Воздействие человеческого общества на почву представляет собой одну из сторон общего влияния человека на окружающую среду в целом. При этом почва, будучи важнейшим условием существования человека, имела для него особое значение.[ ...]
Воздействие человеческого общества, беспрестанно возрастая на протяжении истории, проявлялось как в формах направленного преобразования, так и прямого разрушения. В отдаленные времена бесчисленными стадами была сведена растительность и вытоптана дернина на обширной территории аридных ландшафтов. Дефляция довершила уничтожение почв. В более близкое время в результате бездренажного орошения десятки миллионов гектаров плодородных почв превратились в засоленные земли и соленые пустыни. По данным ООН, ежегодно от засоления и заболачивания гибнет 200-300 тыс. га поливных земель. Буквально на наших глазах большие площади высокоплодородных пойменных почв были затоплены и заболочены в результате строительства плотин и водохранилищ на крупных реках. Однако, как ни велики явления разрушения почв, это лишь небольшая часть результатов воздействия человеческого общества на почвенный покров Земли. Основной результат человеческого воздействия на почву - постепенное изменение процесса почвообразования, все более глубокое регулирование процессов круговорота химических элементов и трансформации энергии в почве.[ ...]
Один из важнейших факторов почвообразования - растительность Мировой суши - подвергся глубокому изменению. За историческое время площадь лесов сократилась более чем наполовину. Обеспечивая развитие растений, которые ему полезны, человек на значительной части суши заменил естественные биоценозы искусственными. Биомасса культурных растений (в отличие от естественной растительности) полностью не поступает в круговорот веществ в данном ландшафте. Значительная часть культурной растительности (до 40 и даже до 80%) выводится с поля. Это приводит к истощению запасов в почве гумуса, азота, фосфора, калия, микроэлементов и в итоге к снижению плодородия почвы.[ ...]
Жизненная необходимость поставила человеческое общество перед задачей восстановления ресурсов почв. С середины прошлого века началось промышленное производство минеральных удобрений, внесение которых обеспечивало компенсацию элементов питания растений, отчуждаемых с урожаем. Со временем были выработаны агротехнические приемы, активизирующие миграцию химических элементов в системе почва - растение, способствующие вовлечению в биологический круговорот возможно большей части почвенных ресурсов и нейтрализующие отрицательные свойства отдельных типов почв. Современные системы земледелия направлены на поддержание и увеличение почвенного плодородия.[ ...]
В итоге деятельности человека возникли совершенно новые типы почв. Так, например, в результате тысячелетнего орошения в Египте, Индии, в республиках Средней Азии созданы мощные искусственные наносные почвы с высокими запасами гумуса, азота, фосфора, калия, микроэлементов. На обширной территории лёссового плато Китая трудом многих поколений созданы особые антропогенные почвы - хейлуту. В некоторых странах более сотни лет проводилось известкование кислых почв, которые постепенно были преобразованы в нейтральные. В особый тип культурных почв превратились почвы виноградников южного берега Крыма, используемые более двух тысяч лет. Отвоеваны у моря и превращены в плодородные земли низменные побережья Голландии.[ ...]
Широкий размах получили работы по предупреждению процессов, разрушающих почвенный покров; создаются лесозащитные насаждения, сооружаются искусственные водоемы и ирригационные системы. О масштабах деятельности человека по регулированию почвообразования можно судить по тому, что в настоящее время во всем мире искусственное орошение осуществляется на площади около 240 млн га. В плане международной программы ООН и ЮНЕСКО «Человек и биосфера» предусматриваются усилия по разработке наиболее эффективных мер по защите и повышению продуктивности почв.
Введение в специальность
(городское строительство и хозяйство)
Конспект лекций
(по кафедре Городского строительства и экологической безопасности)
Воздействие человека на почву и влияние ее загрязнения на объекты биосферы.
Почва - это особая органо-минеральная природная многофазная структурная система, обдадающая плодородием, возникшая в поверхностном слое выветривания горных пород в результате воздействия живых организмов на органические и минеральные субстраты, разложения мертвых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха, в различных условиях климата, рельефа и времени в гравитационном поле Земли.
Основное свойство почвы - плодородие. Оно, связано с качеством почв, в том числе с содержанием в них простых элементов, мощностью, загрязненностью и т. д. Убирая ежегодно урожай, человек тем самым отчуждает накопленные в почве сотнями и тысячелетиями питательные вещества - элементы питания растений. Запас их в почве не безграничен, даже с учетом всех вносимых в мире удобрений. Деградация и потери почвенного покрова в последнее десятилетие особенно увеличились в засушливых местах и полузасушливых районах мира, прилежащих к пустыням. Это так называемый процесс опустынивания, по борьбе с которым в ООН разработан всемирный план действий.
В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:
1. Аридизация суши - комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодиях, окаймляющих пустыни, почвы превращаются в пустыни.
2. Эрозия почв, т. е. разрушение почв под воздействием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия - смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Отмечаются при крутизне уже 1-2°, чем круче склон, тем интенсивнее эрозия. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, направление вспашки (по склону).
Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частиц почвы, с которыми выносятся важнейшие вещества. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота. Известно, что пыльные бури уничтожали почвы огромных сельскохозяйственных территорий Азии, Южной Европы, Африки, Австралии и Америки. Так в 1934 г. в США в районе распаханных прерий Великой равнины 20 млн га пыльной бурей превращены в бросовые земли, а 60 млн га резко снизили свое плодородие.
Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники. иррациональная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии.
3.3асоление почв в основном связано с этими нарушениями. Различают естественное засоление, когда губительное количество углекислых солеи Са, Мg, Nа накапливаются в почве, поступая из грунтовых вод, и вторичное засоление орошаемых почв. В этом случае из-за отсутствия дренажа на поливных участках и гидро¬изоляции оросительных систем, происходит подъем грунтовых вод, заболачивание земель и их засоление.
В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель значительно засолено и потеряны миллионы ранее плодородных земель.
Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и человека. Недостаток или избыток тех или иных микроэлементов приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные заболевания. Так недостаток йода в почве (Западные области Украины) ведет к болезни щитовидной железы и кретинизму, недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания - причина болезни, приводящей к поражению суставов, их деформации, задержке роста (С. Китай, р-ны Забайкалья, Дальнего Востока и др.). Недостаток фтора вызывает кариес зубов (одл. на реке Дон и др.). Выбросы предприятий и транспорта попадают в почву, изменяя состав микроэлементов.
Основными источниками регионального заражения почвы канцерогенами являются выхлопы самолетов, автотранспорта, выбросы промпредприятий, продукты нефтепереработки и др. Таким образом, основная опасность загрязнения почвы связана с глобаль¬ным загрязнением атмосферы.
Предельно допустимую концентрацию (ПДК) вредных веществ в почве устанавливают с учетом опасности не только от непосредственного контакта с ней, но главным образом с учетом последствий вторичного загрязнения контактирующих с почвой растений и животных, атмосферы и водоемов. Наряду с безвредными живыми организмами в почве обитают постоянно или временно патогенные (греч. раtlios - страдание и genos- рождение) - болезнетворные организмы - возбудители инфекционных болезней: сибирской язвы, газовой гангрены, столбняка, ботулизма и др.
Заражение человека может наступить при обработке почвы уборке урожая, строительных работах и т. д. К числу более опасных болезней человека и животных относится сибирская, язва (возбудитель - сибирская язвенная палочка, которая попадая в почву с мочой и испражнениями больных животных, образует вокруг себя спору и она в таком состоянии может сохраняться годами). Человек, как правило, заражается при контакте с животными. В почвах встречается также столбнячная палочка (заражение происходит через поврежденную кожу или слизистую, спороносная палочка (возбудитель ботулизма-тяжелого пищевого отравления). Кроме перечисленных в почве могут присутствовать кишечная палочка, аэробные и анаэробные бактерии, различные гельминты.
Оценку санитарного состояния почв проводят в соответствии с «оценочными показателями санитарного состояния почвы населенных мест». В качестве химического показателя берут санитарное число - частное от деления количества белкового азота на количество органического азота. При внесении в почву загрязнений содержание органического азота увеличивается.
В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют титр кишечной палочки и титр одного из анаэробов, т.е. определение количества изменяемого параметра на единицу объема.
Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почвы является число яиц гельминтов в 1 кг почвы, а санитарно-энтомологическим наличие личинок и куколок мух в 0,25 м ее поверхности.
Значение почв для жизни на Земле и развития человеческого общества невозможно переоценить. Земля сегодня может прокормить 15 млрд чел. Следует учитывать, что оставшиеся нераспаханными пахотопригодные. земли все низкого качества. Лучшие земли уже распаханы. Кроме того, освоение новых земель потребует вовле¬чения новых ресурсов пресной воды, а свободных запасов пресной воды в мире уже нет.
Говоря о земельных ресурсах мира, необходимо иметь в виду и их соотношение с прогрессивным ростом населения планеты, что объективно ведет к прогрессивному уменьшению пахотопригодной земли на душу населения. В целом мировая норма фонда пахотопригодных земель на души населения снизилась с 1,5 га 1900 г. до 0,55 га 1990 г.
Техногенная интенсификация производства способствовала загрязнению и дегумификации, уплотнению, нарушению, вторичному засолению, эрозии почв и другим негативным последствиям.
Загрязнение почв - это привнесение в почву новых (не характерных для нее) физических, химических или биологических агентов или превышение их концентраций естественного средне-многолетнего уровня в рассматриваемый период времени. В связи с тем, что почва - это основа биологического круговорота, она становится источником миграции загрязняющих веществ в смежные сферы: атмосферу, литосферу, и гидросферу, а также в продукты питания (через растения).
Применительнок уровню региона, области, города, района и иных типологических географических единиц, где имеется антропогенное воздействие на ОПС состояние может быть охарактеризовано через характеристики ландшафта. В настоящее время более половины территории суши всей планеты представлены антропогенными ландшафтами. Если в естественных ландшафтах природные процессы саморегулируются, то в антропогенных они контролируются человеком, во многом определяя в целом состояние ОПС. Поэтому целесообразно рассмотреть, каким образом населенные пункты влияют на ландшафты и отходами жизнедеятельности.
Рассматривая населенный пункт как термодинамически откры¬тую экосистему, отходы его следует понимать как отвод необра¬тимого рассеивания энергии, как энтропию городской среды, обуславливающие устойчивость, при допустимых их количествах, и саморегуляцию ОПС.
Отходы жизнедеятельности.
Защита городской среды от ТБО состоит в обеспечении сбора, накопления, транспортировки, пере¬работки (складировании) отбросов и отходов. Определение количества транспортных единиц, потребных площадей и т. п. технических слагающих этого процесса производится на основе средне¬суточных норм накопления отбросов.
Повышение уровня комфортности жилья приводит к увеличению на 1-3% в год от каждого жителя. При определении количества мусора на предприятиях, в общественных зданиях и д. показатели относятся к одному рабочему, служащему, посетителю, зрителю. они составляют от 0,02-0,3 кг/сут., при этом на нормы накопления отходов влияют климат, характер застройки, демографические показатели, уровень промышленного развития, торговли, сферы услуг и т. д. Неравномерность накопления ТБО имеет место по дням недели, времени года, суток.
Годовое количество мусора:
Qг= p М + giПi", м3 ,
где р - расчетная норма мусора накопления на 1 чел, мэ/год; М - количество жителей в населенном пункте, чел.; gi- удельная норма накопления мусора на 1 рабочего, служащего и т. д., на производстве, в общественных, зрелищных и пр. зданиях, м3/год; Пi - количество рабочих, служащих и т. д. соответственно, чел.
Среднесуточный объем мусора:
Qс=Qг x Ki/365,
где Ki - коэффициент суточной неравномерности накопления мусора принимается равным 1,2-1,3.
В населенных пунктах России ежегодно образуется около -115-118 млн м3 ТБО. Исходя из сложившегося ежегодного прироста, ожидадось, что 2005 г. их объем возрастет до 170 - 180 млн м3. К настоящему моменту стало 300 м3. Основная масса ТБО имеет размер компонентов менее 0,25 м (95-98%). Крупногабаритные отходы (мебель, ящики, елки и т. п., составляющие 15-25 кг/чел-год,) не включаются расчетные характеристики проектирования полигонов.
Загрязнение атмосферы компонентами свалок и полигонов ТБО определяется выделением биогаза, содержащим: углекислый газ, метан, сероводород, аммиак, фосфина, и др. суммарным объемом до 5 м3 в 1 м3 . В результате выпадения атмосферньгх осадков и процессов развивающихся в теле полигона образуется фильтрат, содержащий органических ве¬ществ по БПКП = 7,4 г/л, по ХПК =12,9 г/л, хлоридов до 55 г/л, рН = 5,3 - 9,0, коли-титр 0,00001, яйца гельминтов до 10 шт./л. Фильтрат, даже при наличии противофильтрационных экранов, поступает в подземные воды, загрязняя их. Исследователя показано, что фильтратом за 2 года из 1 т ТБО в подземные воды выносится 0,5 кг хлоридов, 12 кг сульфатов, 1 кг сульфидов, с одновременным выносом бактериальных загрязнений, вызывающих брюшной тиф, паратиф, дизентерию, туберкулез. Обезвреживание ТБО является главной составляющей охраны ОПС.
Наиболее распространенные, в большей степени природные, приемы обработки ТБО:
1) открытые свалки - неконтролируемый сброс отходов, без уплотнения, изоляции, чаще всего «диким» способом; наиболее низкий и неприемлемый способ удаления ТБО;
2) закрытые свалки - в настоящее время самый распространен¬ный организованный метод обезвреживания, позволяющий обра¬батывать большие объемы ТБО при относительно малом воздей¬ствии на ОПС, однако при этом методе отсутствует утилизация продуктов ТБО;
3) полигоны ТБО - более современный способ обработки.
(отходов, совмещающий достоинства предыдущего, но при этом утилизируется «биогаз», метан (55-60%). образующийся в теле полигона вследствие анаэробной биодеструкции органических веществ. С каждой тонны ТБО образуется до 200 м газа, отводимого системой горизонтальных дырчатых труб в газгольдер, и используемого в топливных или энергетических установках. К сожалению такого отечественного практического опыта не имеется. Данные природные методы обработки ТБО рассчитаны на длитель¬ное (более 100 лет) отторжение площадей, поэтому их нельзя
признать перспективными, поскольку отходы не включаются в малые и большие круговороты вещества и энергии и, следователь¬но, ведут к дополнительной антропогенной нагрузке на ОПС, снижению ее экологической, резистентной устойчивости;
4) компостирование - биохимический процесс обезвреживания ТБО, результатом которого является отсутствие выбросов, отходов, занимаемых площадей, получение биотоплива и компоста, исполь¬зуемого в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Как и любая другая технология более высокого уровня биокомпостирование требует соблюдения режимных параметров по соотношению
С: N: Р; температуры, влажности, интенсивности аэрации, перемешивания, сушки и т. д. Процесс этот может осуществляться в буртах, на площадках с высотой слоя ТБО не более 2 м или во вращающихся барабанах диаметром 3-3,5 м и длиной не менее 20 м. В тоже время преимущества последнего варианта компостирования ТБО очевидны, так как срок обезвре¬живания сокращается до 6 суток. Мусороперерабатывающие заводы используют именно эту технологию;
5) Прессование – принудительное разделение ТБО на твердые и жидкие компоненты и последующая переработка давлением 80 МПа. Получаемый при таких параметрах твердый материал имеет объемную массу около 1000 кг/м и используется в строительстве дорог, жидкая фаза подвергается компостированию;
6) пиролиз - нагрев до 600-800°С ТБО в условиях дефицита кислорода, что приводит к термическому разложению органиче¬ской части и обезвреживанию, получению при этом горючих газов, нефтепродуктов. Следует констатировать с сожалением, что отечественного практического опыта прессования и пиролиза ТБО нет. Сжигание ТБО, имеющих теплотворную способность в зависимости от морфологического состава и влажности 800- 2000 ккал/кг привлекательно в случае комплексного использова¬ния образующегося тепла для выработки тепловой или электриче¬ской энергии, а также защиты атмосферы от газов и твердых выбросов, утилизации образующегося (до 20%) шлака, содержа¬щего потенциальные источники загрязнения (тяжелые металлы).
За рубежом комплексные подходы к сжиганию ТБО реализованы достаточно широко (Франция, ФРГ, Италия, Венгрия). Единичные (Сочи, Пятигорск, Москва и другие), построенные без учета морфологического состава ТБО мусоросжигательные заводы России, ориентированные только на сжигание, являются энергетически затратными и не оправдывают возлагаемых надежд общества на существенный природоохранный эффект. Одним из основных приемов предотвращения воздействия полигонов ТБО на городскую среду является обеспечение зоны санитарной охраны не менее 500 мг При этом эффективность защиты ПС будет выше, если эта зона| заполнена деревьями. Вероятнее всего для нашей страны наиболее! перспективными методами обезвреживания ТБО будут 2, 3 и 4.
Вредное антропогенное воздействие, а также разгул природных и усиленных человеком стихий почвам наносит огромный, иногда непоправимый вред. Это прежде всего водная и ветровая эрозия, ухудшение почвенной структуры, механическое разрушение и уплотнение почвы, обеднение гумусом и питательные вещества, загрязнения минеральными удобрениями, ядохимикатами, маслами и топливом, переувлажнение и засоление земель (табл. 3.4).
Сейчас в мире пахотные земли и многолетние насаждения занимают около 1440 млн.га (более 11% суши) (World Resources, 1994-95). Естественно бесплодные земли (климатические пустыне, выходы скальных пород и т.п.) занимают 2500 га, а площадь непродуктивных земель антропогенного происхождения достигла 2000 млн.га.
самым Весомым фактором деградации почв является водная и ветровая эрозия, то есть смыв или сдувание плодородных слоев почвы. Эродированные земли составляют более 80% всех антропогенно истощенных почв планеты (Программа действий.., 1993). Основные причины эрозии - чрезмерная эксплуатация сельскохозяйственных земель (сплошное разорение, чрезмерное пастбищное животноводство), сведение лесных массивов и другой естественной растительности. В засушливых и полузасушливых (аридных, семіаридних и субаридних) климатических регионах планеты эрозия почв вызывает процессы антропогенного опустынивания, т.е. потеря экосистемами способности обеспечивать живые организмы водой. Последствия опустынивания испытывают около 12% жителей Земли, наиболее угрожающих масштабов они достигли в странах Африки, Южной Азии и Латинской Америки.
Таблица 3.4. Последствия антропогенных воздействий на почвы
|
Вид воздействия |
Основные изменения в почве |
|
Ежегодное распашка |
Ветровая и водная эрозия, угнетение почвенных организмов |
|
Сенокошение, сбор урожая |
Изъятия биогенных химических элементов, повышение испарения |
|
Выпаса скота |
Уплотнение почвы, уничтожение растительности, задернение, эрозия, обеднение на отдельные химические элементы, биологическое загрязнение, удобрения навозом |
|
Выжигание травы |
Уничтожение почвенных организмов в поверхностных слоях, повышение испарения |
|
Орошение |
Заболачивание и засоление почв (при избыточном орошении) |
|
Осушение |
Снижение влажности, ветровая эрозия |
|
Применение пестицидов |
Гибель почвенных организмов, изменения почвенных процессов, накопление токсичных веществ |
|
Создание промышленных и бытовых свалок |
Уменьшение площади, пригодной для земледелия, отравление почвенных организмов на прилегающих участках |
|
Работа наземного транспорта |
Уплотнения грунта во время движения вне дорог, отравления отработанными газами и топливом |
|
Сточные воды |
Переувлажнения фунтов, отравление грунтовых организмов, химическое загрязнение, изменение состава фунтов |
|
Выбросы в атмосферу |
Химическое загрязнение, изменение кислотности и минерального состава почв |
|
Вырубка лесов |
Ветровая и водная эрозия, усиление испарения |
|
Удобрение органическими отходами и фекалиями |
Биологическое загрязнение и изменения состава почв |
Потеря почвами комковатой структуры в верхнем горизонте происходит вследствие уменьшения содержания органических веществ, механического разрушения разнообразными орудиями обработки, а также под воздействием осадков, ветра, перепадов температур и т.д.
Важной причиной потери плодородия является многократный обработка почвы различными орудиями с помощью мощных и тяжелых колесных тракторов. Часто поле в течение года обрабатывается до 10 - 12 раз, не считая того, что удобрения, посевной материал, зерно и солому, корнеплоды и клубнеплоды завозят на поле и вывозят прицепами. Часто случается так, что автотранспорт, избегая розкислих дорог, едет по полю, посевами, образуя параллельные временные дороги. Такого нет ни в одной стране, где каждое поле имеет своего настоящего хозяина. Высокая частота обработки объясняется еще и тем, что наше сельское хозяйство не имеет конкретных орудий для одновременного проведения нескольких видов возделывания земли и ухода за посевами.
Через частый возделывание земли распыляется поверхность почвы. Один трактор "Беларусь", работая на сухом поле, образует по 13-14 тонн пыли на каждом гектаре, что приводит к ветровой эрозии (дефляции) и износа миллиардов тонн плодородного слоя почвы ежегодно.
Через уплотнение почвы колесами тяжелых тракторов и комбайнов типа "Дон" (15-20 т) резко снижается плодородие. Нормальная объемная масса структурного почвы 1,1 - 1,2 г/куб.см на многих полях изменяется вплоть до 1,6 - 1,7 г/куб.см, что значительно превышает критические величины. В таких почвах почти вдвое уменьшается общая пористость, резко снижается водопроницаема. и водоудерживающая способность, уменьшается сопротивляемость к эрозионных процессов. Колеса трактора "Кировец-700" уплотняют в пути грунт на глубину до 20 см, и урожай на таких полосах два раза ниже, чем на участках между ними. Только за счет этого фактора общий урожай на поле уменьшается на 20%.
Глобальной проблемой на сегодняшний день является уменьшение содержания гумуса в почвах (дегуміфікація), который играет ведущую роль в формировании почвы, его ценных агрономических свойств, обеспечении растений питательными веществами. Одной из основных причин него есть потребительский подход к земле, стремление как можно больше с нее взять и поменьше ей вернуть. А гумус расходуется не только на минерализацию с высвобождением доступных для растений питательных веществ, но и выносится из почвы в процессе эрозии, с корнеплодами и бульбоплодами, на колесах транспортных средств, разрушается под воздействием различных химических веществ.
Все более ощутимыми становятся негативные последствия химизации сельского хозяйства - ухудшение свойств грунта, его состояния через накопление большого количества вредных химических веществ, которые вносились без надлежащих расчетов и учета экологических законов. В таких химических веществ, в первую очередь, относятся минеральные удобрения и пестициды. В результате внесения высоких доз минеральных удобрений почва загрязняется балластными веществами - хлоридами, сульфатами, нитратами.
Чрезмерное применение пестицидов негативно влияет на качество почвы. Стойкие пестициды, играя важную роль в защите растений и животных от болезней и вредителей, вместе с тем дают резкий негативный эффект в отношении количества и активности почвенной фауны и микроорганизмов. Остатки пестицидов или продукты их превращения попадают в виде примесей в природные воды, включаются в трофические цепи, попадают в продукты питания и часто оказываются очень вредными для человека. Там, где интенсивно применяются сельскохозяйственные ядохимикаты, у местного населения повреждаются структуры наследственности, разлаживается деятельность центральной нервной системы и жизненно важных органов, у женщин учащаются осложнения беременности, случаи рождения неполноценных или мертвых детей, возникает аллергия. Американские исследователи выявили, что 30% инсектицидов, 60% гербицидов, 90% фунгицидов, применяемых в США, являются канцерогенными.
В связи с этим усиленно изучается судьба биоцидов в почвах и возможности их обезвреживания химическими и биологическими способами. Очень важно создавать и применять исключительно препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи, но проблемы в целом остаются не решенными.
Почвы также загрязняется отработанными газами тракторов, комбайнов, автомобилей, маслами и топливом, выливающиеся из них во время работы на полях. В почву попадают и техногенные загрязнения от промышленных предприятий - сульфаты, окислы азота, тяжелые металлы и другие соединения.
Исключительно острой проблемой является изъятие пахотных земель под застройку промышленных объектов, прокладка дорог, а также складирования промышленных и бытовых отходов.
отрицательную сторону могут иметь и такие важные для сельского хозяйства работы, как мелиоративные. За действием на фунт и растения мелиорация подразделяется на несколько видов. Агротехническая мелиорация предусматривает значительное улучшение агрономических свойств почвы путем оптимального возделывания с применением специальных приемов - прерывистого боронование, щілинування, лункування и приемов для задержания снега и влаги. Лесотехническая мелиорация осуществляется с целью улучшения водного режима и микроклимата, защиты почв от эрозии путем облесения склонов, балок и оврагов, водоразделов и подвижных песков, насаждения лесов общего агрономического назначения. Химическая мелиорация улучшает агрохимические и агрофизические свойства почвы путем использования извести, гипса, дефеката, торфа, сапропелей, торфа, навоза и других материалов, которые обогащают почву органикой. Гидротехническая мелиорация направлена на улучшение водного режима путем обводнения и осушения.
Орошаемые земли дают около 30% продукции растениеводства, но создание водоемов и орошения больших площадей приводят к поднятию уровня грунтовых вод и изменения химического состава почвы. Возникает засоление и заболачивание почв, повышается сейсмичность территории. Вследствие осушения пересыхают болота, мелеют реки, что в свою очередь приводит к разрушению мест обитания животных и растений.
Поэтому все виды мелиорации нужно применять только на основе экологически обоснованных потребностей, чтобы не ухудшить состояние земель.
Воздействие человеческого общества на почвенный покров представляет собой одну из сторон общего влияния человека на окружающую среду.На протяжении истории воздействие человеческого общества на почвенный покров непрерывно возрастало. В отдаленные времена бесчисленными стадами была сведена растительность и вытоптана дернина на обширной территории аридных ландшафтов. Дефляция (разрушение почв под действием ветра) довершила уничтожение почв. В более близкое время в результате бездренажного орошения десятки миллионов гектаров плодородных почв превратились в засоленные земли и соленые пустыни. В 20 в. большие площади высокоплодородных пойменных почв были затоплены или заболочены в результате строительства плотин и водохранилищ на крупных реках. Однако, как ни велики явления разрушения почв, это лишь небольшая часть результатов воздействия человеческого общества на почвенный покров Земли. Основной результат человеческого воздействия на почву постепенное изменение процесса почвообразования, все более глубокое регулирование процессов круговорота химических элементов и трансформация энергии в почве.
Один из важнейших факторов почвообразования растительность Мировой суши подвергся глубочайшему изменению. За историческое время площадь лесов сократилась более чем вдвое. Обеспечивая развитие полезных ему растений, человек на значительной части суши заменил естественные биоценозы искусственными. Биомасса культурных растений (в отличие от естественной растительности) полностью не поступает в круговорот веществ в данном ландшафте. Значительная часть культурной растительности (до 80%) вывозится с места произрастания. Это приводит к истощению запасов в почве гумуса, азота , фосфора , калия, микроэлементов и в итоге к снижению плодородия почвы.
В отдаленные времена, в связи с избытком земли по отношению к небольшой численности населения, эта проблема решалась за счет того, что после снятия одного или нескольких урожаев обрабатываемый участок на долгое время оставлялся. С течением времени биогеохимическое равновесие в почве восстанавливалось и участок снова можно было обрабатывать.
В лесной полосе применялась подсечно-огневая система земледелия, при которой сжигался лес, а освобожденная площадь, обогащенная зольными элементами сожженной растительности, засевалась. После истощения обрабатываемый участок забрасывался и выжигался новый. Урожай при таком типе земледелии был обеспечен поступлением элементов минерального питания с золой, получаемой за счет сжигания древесной растительности на месте. Большие затраты труда на расчистку окупались очень высокими урожаями. Расчищенный участок использовался 13 года на песчаных почвах и до 58 лет на суглинистых, после чего его оставляли зарастать лесом или некоторое время использовали как сенокос или пастбище. Если после этого такой участок переставал подвергаться какому-либо воздействию со стороны человека (рубки, выпас скота), то в течение 4080 лет (в центре и юге лесного пояса) гумусовый горизонт в нем восстанавливался. Для восстановления почв в условиях севера лесной зоны требовался в два-три раза более продолжительный период времени.
Воздействие подсечно-огневой системы приводило к обнажению почвы, увеличению поверхностного стока и эрозии почв, выравниванию микрорельефа, обеднению почвенной фауны. Хотя площадь обрабатываемых участков была сравнительно невелика, а цикл длился долго, за сотни и тысячи лет огромные территории были глубоко преобразованы подсекой. Известно, например, что в Финляндии за 1819 вв. (т.е. за 200 лет) через подсеку прошло 85% территории.
На юге и в центре лесной зоны последствия подсечной системы особенно остро отразились на массивах песчаных почв, где коренные леса заменились специфическими лесами с господством сосны обыкновенной. Это привело к отступлению на юг северных границ ареалов широколиственных видов деревьев (ильма, липы, дуба и др.). На севере лесной зоны развитие домашнего оленеводства, сопровождаемое усиленным выжиганием лесов, привело к развитию зоны тундры из лесотундры или северной тайги, достигавших, судя по находкам крупных деревьев или их пней, берегов Северного Ледовитого Океана еще в 1819 веке.
Таким образом, в лесном поясе земледелие привело к наиболее глубоким изменениям живого покрова и ландшафта в целом. Земледелие было, видимо, ведущим фактором широкого распространения в лесном поясе Восточной Европы подзолистых почв. Возможно, этот мощный фактор антропогенного преобразования природных экосистем оказал определенное влияние и на климат.
В степных условиях наиболее древними системами земледелия были залежная и переложная. При залежной системе использованные участки земли после истощения оставлялись на длительное время, при переложной на более короткое. Постепенно количество свободных земель уменьшалось, срок перелога (перерыва между посевами) все сокращался и, в конце концов, достиг одного года. Так возникла паровая система земледелия с двух- или трехпольным севооборотом. Однако такая усиленная эксплуатация почвы без внесения удобрений и с невысокой культурой агротехники способствовали постепенному снижению урожайности и качества продукции.
Жизненная необходимость поставила человеческое общество перед задачей восстановления ресурсов почв. С середины прошлого века началось промышленное производство минеральных удобрений, внесение которых компенсировало элементы питания растений, отчуждаемых с урожаем.
Рост населения и ограниченность площадей, пригодных для земледелия выдвинули на передний план проблему мелиорации (улучшения) почв. Мелиорация направлена, в первую очередь, на оптимизацию водного режима. Территории излишнего увлажнения и заболачивания осушаются, в аридных районах искусственное орошение. Кроме того, ведется борьба с засолением почв, кислые почвы известкуют, солонцы гипсуют, восстанавливают и рекультивируют площади горных выработок, карьеров, отвалов. Мелиорация распространяется и на высококачественные почвы, еще выше поднимая их плодородие.
В результате деятельности человека возникли совершенно новые типы почв. Например, в результате тысячелетнего орошения в Египте, Индии, государствах Центральной Азии созданы мощные искусственные наносные почвы с высоким запасом гумуса, азота, фосфора, калия и микроэлементов. На обширной территории лессового плато Китая трудом многих поколений созданы особые антропогенные почвы хейлуту. В некоторых странах более сотни лет проводилось известкование кислых почв, которые постепенно были преобразованы в нейтральные. В особый тип культурных почв превратились почвы виноградников южного берега Крыма, используемые более двух тысяч лет. Отвоеваны моря и превращены в плодородные земли измененные побережья Голландии.
Широкий размах получили работы по предупреждению процессов, разрушающих почвенный покров: создаются лесозащитные насаждения, сооружаются искусственные водоемы и ирригационные системы.
Структура земельного фонда планеты. По В.П.Максаковскому, общая площадь земельного фонда всей планеты составляет 134 млн. км 2 (это площадь всей суши за исключением площади Антарктиды и Гренландии). Земельный фонд имеет следующую структуру:11% (14,5 млн. км 2) обрабатываемые земли (пашни, сады, плантации, сеянные луга);
23% (31 млн. км 2) естественные луга и пастбища;
30% (40 млн. км 2) леса и кустарники;
2% (4,5 млн. км 2) населенные пункты, промышленность, транспортные пути;
34% (44 млн.км 2) малопродуктивные и непродуктивные земли (тундра и лесотундра, пустыни, ледники, болота, овраги, бедленды и водоемы суши).
Обрабатываемые земли дают 88% необходимых человеку продуктов питания. Луга и пастбищные земли обеспечивают 10% пищи, потребляемой человеком.
Обрабатываемые (прежде всего, пахотные) земли, в основном, сосредоточены в лесных, лесостепных и степных районах нашей планеты.
В первой половине 20 в. половина всех обрабатываемых земель приходилась на черноземы степей и лесостепей, темные почвы прерий, серые и бурые лесные почвы, поскольку обрабатывать эти почвы наиболее удобно и продуктивно, в наше время эти почвы распаханы менее, чем на половину занятой ими территории, однако дальнейшее увеличение распашки этих земель сдерживается рядом причин. Во-первых, ареалы этих почв сильно заселены, в них сосредоточена промышленность, территория пересечена густой сетью транспортных магистралей. Во-вторых, дальнейшая распашка лугов, редких сохранившихся лесных массивов и искусственных насаждений, парков и других рекреационных объектов опасна в экологическом отношении.
Следовательно, необходимы поиски резервов в ареалах распространения других групп почв. Перспективы расширения пахотных земель в мире исследовались почвоведами разных стран. По одному из таких исследований, проведенному русскими учеными с учетом экологических условий, увеличение земледелия экологически допустимо за счет распашки 8,6 млн. км 2 пастбищ и 3,6 млн. км 2 лесов, при этом распашка лесных территорий предполагается, в основном, во влажных тропиках и отчасти в таежных лесах, а пастбищ на территории сезонно влажных тропиков и субтропиков, а также во влажных тропиках, полупустынях и пустынях. По прогнозу этих ученых наибольшее количество пахотных земель в будущем должно быть сосредоточено в тропическом поясе, на втором месте будут земли субтропического пояса, в то время как традиционно считающиеся главной базой земледелия почвы суббореального пояса (черноземы, каштановые, серые и бурые лесные, темные почвы прерий) займут третье место.
Неравномерность использования в земледелии разных типов почв иллюстрирует картина земледельческого использования почвенного покрова материков. По состоянию на 70-е годы почвенный покров западной Европы был распахан на 30%, Африки на 14 %, на огромной поверхности Северной и Южной Америки пахотные земли составляли всего 3,5% от этой территории, Австралия и Океания были распаханы чуть более чем на 4%.
Главная проблема мирового земельного фонда деградация сельскохозяйственных земель. Под такой деградацией понимают истощение почвенного плодородия, эрозию почв, их загрязнение, снижение биологической продуктивности естественных пастбищных угодий, засоление и заболачивание орошаемых площадей, отчуждение земель для нужд жилищного, промышленного и транспортного строительства.
По некоторым расчетам человечество уже потеряло 2 млрд. га некогда продуктивных земель. Только из-за эрозии, широко распространенной не только в отсталых, но и в развитых странах, ежегодно из сельскохозяйственного оборота выпадает 67 млн. га. Примерно половина орошаемых земель мира охвачена засолена и заболочена, что также приводит к ежегодной потере в 200300 тыс. га земель
Разрушение почв в результате деятельности человека. Окружающая нас природная среда характеризуется тесной связью всех своих составных частей, осуществляемой благодаря циклическим процессам обмена веществ и энергией. Почвенный покров Земли (педосфера) неразрывно связана этими процессами другими компонентами биосферы. Необдуманное антропогенное воздействие на отдельные природные компоненты неотвратимо сказывается на состоянии почвенного покрова. Общеизвестными примерами непредвиденных последствий хозяйственной деятельности человека служат разрушение почв в результате изменения водного режима после вырубки лесов, заболачивание плодородных пойменных земель из-за подъема уровня грунтовых вод после строительства крупных гидроэлектростанций и др. Серьезную проблему создает антропогенное загрязнение почв. Бесконтрольно нарастающее количество выбросов индустриальных и бытовых отходов в окружающую среду во второй половине 20 в. достигло опасного уровня. Химические соединения, загрязняющие природные воды, воздух и почву, по трофическим цепям поступают в растительные и животные организмы, вызывая этим последовательное повышение в них концентрации токсикантов. Охрана биосферы от загрязнения и более экономное и рациональное использование природных ресурсов глобальная задача современности, от успешного развития которой зависит будущее человечества. В этой связи особо важное значение принимает охрана почвенного покрова, который принимает на себя большую часть техногенных загрязнителей, частично закрепляет их в почвенной массе, частично трансформирует и включает в миграционные потоки.Проблема возрастающего загрязнения окружающей среды уже давно приобрела общепланетарное значение. В 1972 в Стокгольме состоялась специальная конференция ООН по окружающей среде, на которой была разработана программа, включающая рекомендации по организации глобальной системы мониторинга (контроля) окружающей среды.
Почву необходимо оградить от влияния процессов, разрушающих ее ценные свойства структуру, содержание почвенного гумуса, микробного населения, и в то же время от поступления и накопления вредных и токсичных веществ.
Эрозия почв. При нарушении естественного растительного покрова под воздействием ветра и атмосферных осадков может происходить разрушение верхних горизонтов почвы. Это явление получило название эрозии почвы. При эрозии почва теряет мелкие частички и меняет химический состав. Из эродированных почв выносятся важнейшие химические элементы гумус, азот, фосфор и др., содержание этих элементов в эродированных почвах может сократиться в несколько раз. Эрозия может вызываться несколькими причинами.Ветровая эрозия вызывается развеванием незакрепленного растительностью почвенного покрова ветром. Количество выдуваемой почвы в отдельных случая достигает очень больших размеров 120124 т/га. Ветровая эрозия развивается преимущественно на территориях с уничтоженным растительным покровом и недостаточным атмосферным увлажнением.
В результате частичного развевания почва теряет с каждого гектара десятки тонн гумуса и значительное количество элементов питания растений, что вызывает заметное снижение урожайности. Каждый год из-за ветровой эрозии почв забрасываются миллионы гектар земель во многих странах Азии, Африки, Центральной и Южной Америки.
Развевание почв зависит от скорости ветра, механического состава почвы и ее структурности, характера растительности и некоторых других факторов. Развевание почв легкого механического состава начинается при сравнительно слабом ветре (скорость 34 м/с). Тяжелосуглинистые почвы развеваются ветром со скоростью около 6 м/с и больше. Оструктуренные почвы более устойчивы к эрозии, чем распыленные. Эрозионно-устойчивой считается почва, содержащая в верхнем горизонте более 60% агрегатов крупнее 1 мм.
Для защиты почв от ветровой эрозии создают препятствия для движущихся воздушных масс в виде лесных полос и кулис из кустарников и высокостебельных растений.
Одним из глобальных последствий эрозионных процессов, происходивших как в очень давние времена, так и в наше время является образование антропогенных пустынь. К ним относят пустыни и полупустыни Центральной и Передней Азии и Северной Африки, которые своим образованием были обязаны, вероятнее всего, скотоводческим племенам, заселявших когда-то эти территории. То, что не могло быть съедено бесчисленными стадами овец, верблюдов, лошадей, было вырублено и сожжено скотоводами. Незащищенная после уничтожения растительности почва подвергалась опустыниванию. В совсем близкое от нас время, буквально на глазах нескольких поколений, аналогичный процесс опустынивания вследствие непродуманного овцеводства охватил многие районы Австралии.
Общая площадь антропогенных пустынь к концу 1980-х превысила 9 млн. км 2 , а это почти равно территории США или Китая и составляет 6,7% всего земельного фонда планеты. Процесс антропогенного опустынивания продолжается и сейчас. Под угрозой опустынивания оказались еще от 30 до 40 млн. км 2 в пределах более 60 стран. Проблему опустынивания относят к глобальным проблемам человечества.
Основные причины антропогенного опустынивания это избыточный выпас скота, вырубка лесов, а также чрезмерная и неправильная эксплуатация обрабатываемых земель (монокультурность, вспашка целины, возделывание склонов).
Остановить процесс опустынивания можно, и такие попытки предпринимаются, прежде всего в рамках ООН. Еще в 1997 Международной конференцией ООН в Найроби был принят план борьбы с опустыниванием, касающийся, в первую очередь, развивающихся стран и включавший 28 рекомендаций, осуществление которых, по мнению экспертов, могло бы, по крайней мере, предотвратить расширение этого опасного процесса. Однако осуществить его удалось лишь частично по разным причинам и, в первую очередь, из-за острой нехватки средств. Предполагалось, что для претворения этого плана в жизнь потребуется 90 млрд. долларов (по 4,5 млрд. в течение 20 лет), но полностью изыскать их так и не удалось поэтому срок действия этого проекта был продлен до 2015 года. А численность населения в аридных и полуаридных регионах мира, по оценкам ООН, составляет сейчас более 1,2 млрд. человек.
Водная эрозия разрушение незакрепленного растительностью почвенного покрова под воздействием текучих вод. Атмосферные осадки сопровождаются плоскостным смывом мелких частиц с поверхности почвы, а ливневые дожди вызывают сильное разрушение всей почвенной толщи с образованием промоин и оврагов.
Этот вид эрозии появляется при уничтожении растительного покрова. Известно, что травянистая растительность задерживает до 1520% выпадающих осадков, а кроны деревьев еще больше. Особо важную роль играет лесная подстилка, которая полностью нейтрализует ударную силу дождевых капель и резко снижает скорость текучей воды. Сведение лесов и уничтожение лесной подстилки вызывает усиление поверхностного стока в 23 раза. Усиленный поверхностный сток влечет за собой энергичный смыв верхней части почв, наиболее богатой гумусом и элементами питания, и способствует энергичному образованию оврагов. Благоприятные условия для водной эрозии создает и распашка обширных степей и прерий и неправильная обработка почвы.
Смыв почв (плоскостная эрозия) усиливается явлением линейной эрозии размывом почв и почвообразующих пород в результате роста оврагов. В отдельных районах овражная сеть столь развита, что занимает большую часть территории. Образование оврагов полностью разрушает почву, усиливают процессы поверхностного смыва и расчленяют пахотные площади.
Масса смываемой почвы в районах земледелия составляет от 9 т/га до десятков тонн с каждого гектара. Количество органических веществ, смываемых на протяжении года со всей суши нашей планеты, составляет внушительную цифру около 720 млн. т.
Предупредительными мероприятиями водной эрозии являются сохранение лесных насаждений на крутых склонах, правильная вспашка (с направлением борозд поперек склонов), регулирование выпаса скота, укрепление почвенной структуры посредством рациональной агротехники. Для борьбы с последствиями водной эрозии применяют создание полезащитных лесных полос, устройство различных инженерных сооружений для задержания поверхностного стока плотин, запруд в оврагах, водозадерживающих валов и канав.
Эрозия один из наиболее интенсивно протекающих процессов разрушения почвенного покрова. Самая отрицательная сторона эрозии почвенного покрова заключается не во влиянии на потери урожая данного года, а в разрушении строения почвенного профиля и потере важных составных его частей, для восстановления которых требуются сотни лет.
Засоление почв. На территориях с недостаточным атмосферным увлажнением урожайность сельскохозяйственных культур сдерживается недостаточным количеством поступающей в почву влаги. Для восполнения ее недостатка с давних времен применяется искусственное орошение. Во всем мире почвы орошаются на площади свыше 260 млн. га.Однако неправильное орошение приводит к накоплению солей в орошаемых почвах. Главными причинами антропогенного засоления почв являются бездренажное орошение и неконтролируемая подача воды. В результате этого повышается уровень грунтовых вод и когда уровень грунтовых вод достигает критической глубины, начинается энергичное соленакопление за счет испарения содержащей соли воды, поднимающейся к поверхности почвы. Этому способствует и орошение водой с повышенной минерализацией.
В результате антропогенного засоления во всем мире ежегодно теряется около 200300 тыс. га высокоценных поливных земель. Для охраны от антропогенного засоления создаются дренажные устройства, которые должны обеспечить расположение уровня грунтовых вод на глубине не менее 2,53 м, и системы каналов с гидроизоляцией для предотвращения фильтрации воды. В случае накопления водорастворимых солей рекомендуется промывка почв с дренажным водоотводом для удаления солей из корнеобитаемого слоя почвы. Охрана почв от содового засоления включает в себя гипсование почв, применение минеральных удобрений, содержащих кальций, а также введение в севооборот многолетних трав.
Для предупреждения негативных последствий орошения необходим постоянный контроль за водно-солевым режимом на орошаемых землях.
Рекультивация почв, нарушенных промышленностью и строительством. Хозяйственная деятельность человека сопровождается разрушением почвы. Площадь почвенного покрова неуклонно уменьшается за счет строительства новых предприятий и городов, прокладки дорог и линий высоковольтных электропередач, затопления сельскохозяйственных угодий при строительстве гидроэлектростанций, развития горнодобывающей промышленности. Так, огромные карьеры с отвалами выработанной породы, высокие терриконы вблизи шахт являются неотъемлемой частью пейзажа районов действия горнодобывающей промышленности.Многими странами проводится рекультивация (восстановление) разрушенных участков почвенного покрова. Рекультивация это не просто засыпка горных выработок, а создание условий для быстрейшего формирования почвенного покрова. В процессе рекультивации происходит формирование почв, создание их плодородия. Для этого на отвальные грунты наносят гумусированный слой, однако если отвалы содержат токсичные вещества, то сначала его покрывают слоем нетоксичной породы (например, лёсса) на которую уже наносится гумусированный слой.
В некоторых странах на отвалах и карьерах создают экзотические архитектурно-ландшафтные комплексы. На отвалах и терриконах разбиваются парки, в карьерах устраиваются искусственные озера с рыбой и колониями птиц. Например, на юге Рейнского буроугольного бассейна (ФРГ) отвалы с конца прошлого века отсыпали с расчетом создания искусственных холмов, позже покрытых лесной растительностью.
Химизация земледелия. Успехи земледелия, достигнутые в результате внедрения достижений химии, хорошо известны. Высокие урожаи получаются благодаря использованию минеральных удобрений, сохранение выращиваемой продукции достигается с помощью пестицидов ядохимикатов, созданных для борьбы с сорняками и вредителями. Однако все эти химические средства нужно применять очень осторожно и строго соблюдать разработанные учеными количественные нормы вносимых химических элементов.1. Применение минеральных удобрений
Когда дикие растения отмирают, они возвращают в почву поглощенные ими химические элементы, поддерживая этим биологический круговорот веществ. Но с культурной растительностью этого не происходит. Масса культурной растительности лишь частично возвращается в почву (примерно на одну треть). Человек искусственно нарушает сбалансированный биологический круговорот, вывозя урожай, а вместе с ним и поглощенные из почвы химические элементы. В первую очередь это относится к «триаде плодородия»: азоту, фосфору и калию. Но человечество нашло выход из этого положения: для восполнения потерь элементов питания растений и повышения урожайности эти элементы вносятся в почву в форме минеральных удобрений.
Проблема азотных удобрений. Если количество вносимого в почву азота превышает потребности растений, то избыточные количества нитратов частично поступают в растения, а частично выносятся почвенными водами, что вызывает увеличение нитратов в поверхностных водах, а также ряд других отрицательных последствий. При избытке азота происходит увеличение нитратов и в продукции сельского хозяйства. Поступая в организм человека, нитраты могут частично трансформироваться в нитриты, которые вызывают тяжелое заболевание (метгемоглобинемия), связанное с затруднением транспортировки кислорода по кровеносной системе.Применение азотных удобрений должно осуществляться со строгим учетом необходимости азота для выращиваемой культуры, динамики его потребления данной культурой и состава почвы. Нужна продуманная система охраны почв от избыточного количества соединений азота. Это особенно актуально в связи с тем, что современные города и крупные животноводческие предприятия являются источниками загрязнения азотом почв и вод.
Разрабатываются приемы использования биологических источников этого элемента. Таковыми служат азотофиксирующие сообщества высших растений и микроорганизмов. Посевы бобовых культур (люцерны, клевера и др.) сопровождаются связыванием азота до 300 кг/га.
Проблема фосфорных удобрений. С урожаем выводится около двух третей фосфора, захваченного сельскохозяйственными культурами из почвы. Эти потери также восстанавливают путем внесения в почву минеральных удобрений.Современное интенсивное сельское хозяйство сопровождается загрязнением поверхностных вод растворимыми соединениями фосфора и азота, которые накапливаются в конечных бассейнах стока и вызывают бурный рост водорослей и микроорганизмов в этих водоемах. Это явление называется эвтрофикацией водоемов. В таких водоемах кислород быстро расходуется на дыхание водорослей и на окисление их обильных остатков. Вскоре создается обстановка дефицита кислорода, из-за которой погибают рыбы и другие водные животные, начинается их разложение с образованием сероводорода, аммиака и их производных. Эвтрофикацией поражены многие озера, в том числе Великие озера Северной Америки.
Проблема калийных удобрений. При внесении высоких доз калийных удобрений неблагоприятное действие не обнаружено, но в силу того, что значительная часть удобрений представлена хлоридами, часто сказывается воздействие ионов хлора, отрицательно влияющего на состояние почвы.Организация охраны почв при широком использовании минеральных удобрений должна быть направлена на сбалансированность вносимых масс удобрений с урожаем, с учетом конкретных ландшафтных условий и состава почвы. Внесение удобрений должно быть максимально приближено к тем стадиям развития растений, когда они нуждаются в массированном поступлении соответствующих химических элементов. Основная задача охранных мероприятий должна быть направлена на предотвращение выноса удобрений с поверхностным и подземным водным стоком и на недопущение поступления избыточных количеств вносимых элементов в продукцию сельского хозяйства.
Проблема ядохимикатов (пестицидов). По данным ФАО, ежегодные потери во всем мире от сорняков и вредителей составляют 34 % от потенциально возможной продукции и оцениваются в 75 млрд. долл. Применение ядохимикатов сохраняет значительную часть урожая, поэтому их применение быстро внедряется в сельское хозяйство, однако это влечет за собой многочисленные отрицательные последствия. Уничтожая вредителей, они разрушают сложные экологические системы и способствуют гибели многих животных. Некоторые ядохимикаты постепенно накапливаются по трофическим цепям и, поступая с продуктами питания в организм человека, могут вызывать опасные заболевания. Некоторые биоциды воздействуют на генетический аппарат сильнее, чем радиация.Попадая в почву, пестициды растворяются в почвенной влаге и переносятся с ней вниз по профилю. Длительность нахождения пестицидов в почве зависит от их состава. Стойкие соединения сохраняются до 10 лет и более.
Мигрируя с природными водами и переносясь ветром, стойкие пестициды распространяются на большие расстояния. Известно, что ничтожные следы пестицидов были обнаружены в атмосферных осадках на просторах океанов, на поверхности ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды. В 1972 на территории Швеции с атмосферными осадками выпало ДДТ больше, чем производилось этой стране.
Охрана почв от загрязнения пестицидами предусматривает создание возможно менее токсичных и менее стойких соединений. Разрабатываются приемы уменьшения доз без снижения их эффективности. Очень важно сокращение авиационного распыления за счет наземного, а также применение строго выборочной обработки.
Несмотря на принимаемые меры, при обработке полей пестицидами лишь незначительная их часть достигает объекта воздействия. Большая часть накапливается в почвенном покрове и природных водах. Важная задача ускорить разложение ядохимикатов, распад их на нетоксичные компоненты. Установлено, что многие пестициды разлагаются под воздействием ультрафиолетового облучения, некоторые ядовитые соединения разрушаются в результате гидролиза, однако наиболее активно пестициды разлагаются микроорганизмами.
Сейчас во многих странах, в том числе в России, осуществляется контроль за загрязнением окружающей среды пестицидами. Для пестицидов установлены нормы предельно допустимых концентраций в почве, которые составляют сотые и десятые доли мг/кг почвы.
Индустриальные и бытовые выбросы в окружающую среду. На протяжении двух последних столетий резко возросла производственная деятельность человечества. В сферу промышленного использования в нарастающем количестве вовлекаются разнообразные виды минерального сырья. Сейчас люди расходуют на различные нужды 3,5 4,03 тыс. км 3 воды в год, т.е. около 10% суммарного стока всех рек мира. Одновременно в поверхностные воды поступают десятки миллионов тонн бытовых, промышленных и сельскохозяйственных отходов, а в атмосферу выбрасываются сотни миллионов тонн газов и пыли. Производственная деятельность человека превратилась в глобальный геохимический фактор.Такое интенсивное воздействие человека на окружающую среду естественно отражается и на почвенном покрове планеты. Опасны и техногенные выбросы в атмосферу. Твердые вещества этих выбросов (частицы от 10 мкм и крупнее) оседают вблизи от источников загрязнения, более мелкие частицы в составе газов переносятся на большие расстояния.
Загрязнение соединениями серы. Сера выделяется при сжигании минерального топлива (угля, нефти, торфа). Значительное количество окисленной серы выбрасывается в атмосферу при металлургических процессах, производстве цемента и др.Наибольший вред приносят поступление серы в виде
SO 2 , сернистой и серной кислоты. Оксид серы, проникая через устьица зеленых органов растений, вызывает снижение фотосинтетической активности растений и уменьшение их продуктивности. Сернистая и серная кислоты, выпадая с дождевой водой, поражают растительность. Присутствие SO 2 в количестве 3 мг/л вызывает снижение рН дождевых вод до 4 и образование «кислых дождей». К счастью, время жизни этих соединений в атмосфере измеряется от нескольких часов до 6 дней, однако за это время они могут переносится с воздушными массами на десятки и сотни километров от источников загрязнения и выпадать в виде «кислых дождей».Кислые дождевые воды повышают кислотность почв, подавляют деятельность почвенной микрофлоры, усиливают вынос из почвы элементов питания растений, загрязняют водоемы, поражают древесную растительность. В некоторой мере действие кислотных осадков может быть нейтрализовано известкованием почв.
Загрязнение тяжелыми металлами. Не меньшую опасность для почвенного покрова представляют загрязнители, выпадающие вблизи от источника загрязнения. Именно так проявляется загрязнение тяжелыми металлами и мышьяком, которые образуют техногенные геохимические аномалии, т.е. участки повышенной концентрации металлов в почвенном покрове и растительности.Металлургические предприятия ежегодно выбрасывают на земную поверхность сотни тысяч тонн меди, цинка, кобальта, десятки тысяч тонн свинца, ртути, никеля. Техногенное рассеяние металлов (этих и других) происходит также при других производственных процессах.
Техногенные аномалии вокруг производственных предприятий и индустриальных центров имеют протяженность от нескольких километров до 3040 км в зависимости от мощности производства. Содержание металлов в почве и растительности довольно быстро уменьшается от источника загрязнения к периферии. В пределах аномалии можно выделить две зоны. Первая, непосредственно примыкающая к источнику загрязнения, характеризуется сильным разрушением почвенного покрова, уничтожением растительности и животного мира. В этой зоне очень высокая концентрация металлов-загрязнителей. Во второй, более обширной зоне, почвы полностью сохраняют свое строение, но микробиологическая деятельность в них угнетена. В загрязненных тяжелыми металлами почвах, четко выражено увеличение содержания металла снизу вверх по профилю почв и наиболее высокое его содержание в самой наружной части профиля.
Главный источник загрязнения свинцом автомобильный транспорт. Большая часть (8090%) выбросов оседает вдоль автомагистралей на поверхности почв и растительности. Так образуются придорожные геохимические аномалии свинца шириной (в зависимости от интенсивности движения автотранспорта)от нескольких десятков метров до 300400 м и высотой до 6 м.
Тяжелые металлы, поступая из почвы в растения и затем в организмы животных и человека, обладают способностью постепенно накапливаться. Наиболее токсичны ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, отравление ими вызывает тяжелые последствия. Менее токсичны цинк и медь, однако загрязнение ими почв подавляет микробиологическую деятельность и снижает биологическую продуктивность.
Ограниченное распространение металлов-загрязнителей в биосфере в значительной мере обязано почве. Большая часть легкоподвижных водорастворимых соединений металлов, поступая в почву, прочно связывается с органическим веществом и высокодисперсными глинистыми минералами. Закрепление металлов-загрязнителей в почве настолько прочно, что в почвах старых металлургических районах Скандинавских стран, где около 100 лет назад прекратилась выплавка руд, высокое содержание тяжелых металлов и мышьяка осталось до сих пор. Следовательно, почвенный покров выполняет роль глобального геохимического экрана, задерживающего значительную часть элементов-загрязнителей.
Однако защитная способность почв имеет свои пределы, поэтому охрана почв от загрязнения тяжелыми металлами является актуальной задачей. Для сокращения поступления выбросов металлов в атмосферу необходим постепенный переход производства на замкнутые технологические циклы, а также обязательно применение очистных сооружений. См. также ТИПЫ ПОЧВ ; МОРФОЛОГИЯ ПОЧВ.
Наталия Новоселова
ЛИТЕРАТУРА Почвы СССР . М., Мысль, 1979Глазовская М.А., Геннадиев А.Н. , М., МГУ, 1995
Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения . М., Владос, 2001
Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии . М., Наука, 2003
