Экология почвы

Определенная часть почв как в России, так и во всем мире с каждым годом выходит из сельскохозяйственного обращения в силу разных причин, подробно рассмотренных в УИР. Тысячи и более гектаров земли страдают от эрозии, кислотных дождей, неправильной обработки и токсичных отходов. Чтобы избежать этого, нужно ознакомиться с наиболее продуктивными и недорогими мелиоративными мероприятиями (Определение мелиорации см. в основной части работы), повышающими плодородие почвенного покрова, а прежде всего с самим негативным воздействием на почву, и как его избежать.

Эти исследования дают представление о вредном воздействии на почву и проводились по ряду книг, статей и научных журналов, посвященных проблемам почвы и защите окружающей среды.

Сама проблема загрязнения и деградации почв была актуальна всегда. Сейчас к сказанному можно еще добавить, что в наше время антропогенное влияние сильно сказывается на природе и только растет, а почва является для нас одним из главных источником пищи и одежды, не говоря уже о том что мы по ней ходим и всегда будем находиться в тесном контакте с ней.

ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ (1, c. 9)

Почвенный покров является важнейшим природным образова­нием. Его значение для жизни общества определяется тем, что почва является основным источником продовольствия, обеспечи­вающим 97—98% продовольственных ресурсов населения планеты. Вместе с тем, почвенный покров является местом деятельности че­ловека, на котором размещается промышленное и сельскохозяй­ственное производство.

Выделяя особую роль продовольствия в жизни общества, еще В. И. Ленин указывал (2): “Настоящие основы хозяйства — это про­довольственный фонд”.

Важнейшее свойство почвенного покрова — его плодородие, под которым понимается совокупность свойств почвы, обеспечиваю­щих урожай сельскохозяйственных культур. Естественное плодо­родие почвы регулируется запасом питательных веществ в почве и ее водным, воздушным и тепловым режимами. Велика роль поч­венного покрова в продуктивности наземных экологических систем, так как почва питает сухопутные растения водой и многими сое­динениями и является важнейшим компонентом фотосинтетической деятельности растений. Плодородие почвы зависит и от аккумули­рованной в ней величины солнечной энергии. Живые организмы, растения и животные, населяющие Землю, фиксируют солнечную энергию в форме фито- или зоомассы. Продуктивность наземных экологических систем зависит от теплового и водного баланса зем­ной поверхности, которым определяется многообразие форм обмена материей и веществом в пределах географической оболочки пла­неты.

Анализируя значение земли для общественного производства, К. Маркс выделял два понятия: земля-материя и земля-капи­тал. Под первым из них следует понимать землю, возникшую в про­цессе ее эволюционного развития помимо воли и сознания людей и являющуюся местом поселения человека и источником его пиши. С того момента, когда земля в процессе развития человеческого общества становится средством производства, она выступает в но­вом качестве—капитала, без которого немыслим процесс труда, “...потому что она дает рабочему... место, на котором он стоит..., а его процессу—сферу действия...” (3). Именно по этой причине зем­ля является универсальным фактором любой человеческой дея­тельности.

Роль и место земли неодинаковы в различных сферах мате­риального производства, прежде всего в промышленности и сель­ском хозяйстве. В обрабатывающей промышленности, в строитель­стве, на транспорте земля является местом, где совершаются про­цессы труда независимо от естественного плодородия почвы. В ином качестве выступает земля в сельском хозяйстве. Под воз­действием человеческого труда естественное плодородие из потен­циального превращается в экономическое. Специфика использова­ния земельных ресурсов в сельском хозяйстве приводит к тому, что они выступают в двух различных качествах, как предмет труда и как средство производства. К. Маркс отмечал: “Одним только новым вложением капиталов в участки земли... люди увеличивали землю-капитал без всякого увеличения материи земли, т. е. про­странства земли” (3, т. 4, с. 176).

Земля в сельском хозяйстве выступает в качестве производи­тельной силы благодаря своему естественному плодородию, кото­рое не остается постоянным. При рациональном использовании земли такое плодородие может быть повышено за счет улучшения ее водного, воздушного и теплового режима посредством проведе­ния мелиоративных мероприятии н увеличения содержания в почве питательных веществ. Напротив, при нерациональном использова­нии земельных ресурсов их плодородие падает, вследствие чего происходит снижение урожайности сельскохозяйственных культур. В некоторых местах возделывание культур становится вовсе невоз­можным, особенно на засоленных и эродированных почвах.

При низком уровне развития производительных сил общества расширение производства продуктов питания происходит за счет вовлечения в сельское хозяйство новых земель, что соответствует экстенсивному развитию сельского хозяйства. Этому способствуют два условия: наличие свободных земель и возможность ведения хозяйства на доступном среднем уровне затрат капитала на еди­ницу площади. Такое использование земельных ресурсов и веде­ние сельского хозяйства типичны для многих развивающихся стран современного мира.

В эпоху НТР произошло резкое разграничение системы ведения земледелия в промышленно развитых и развивающихся странах. Для первых характерна интенсификация земледелия с использо­ванием достижений НТР, при которой сельское хозяйство разви­вается не за счет увеличения площади обрабатываемой земли, а благодаря увеличению размеров капитала, вкладываемого в зем­лю. Известная ограниченность земельных ресурсов для большин­ства промышленно развитых капиталистических стран, увеличение спроса на продукты земледелия во всем мире в связи с высокими темпами роста населения, более высокая культура земледелия способствовали переводу сельского хозяйства этих стран еще в 50-е годы на путь интенсивного развития. Ускорение процесса интенсификации сельского хозяйства в промышленно развитых капита­листических странах связано не только с достижениями НТР, но главным образом с выгодностью вложения капитала в сельское хозяйство, что сконцентрировало сельскохозяйственное производ­ство в руках крупных землевладельцев и разорило мелких фер­меров.

Иными путями развивалось сельское хозяйство в развиваю­щихся странах. Среди острых естественно-ресурсных проблем этих стран можно выделить следующие: низкую культуру земледелия, вызвавшую деградацию почв (повышенную эрозию, засоление, снижение плодородия) и естественной растительности (например, тропических лесов), истощение водных ресурсов, опустынивание земель, особенно отчетливо проявившееся на африканском конти­ненте. Все эти факторы, связанные с социально-экономическими проблемами развивающихся стран, привели к хронической нехватке в этих странах продовольствия. Так, на начало 80-х годов по обес­печенности на одного человека зерном (222 кг) и мясом (14 кг) развивающиеся страны уступали промышленно развитым капита­листическим странам соответственно в несколько раз. Решение продовольственной проблемы в развивающихся странах немыслимо без крупных социально-экономических преобразований.

В нашей стране основу земельных отношений составляет об­щегосударственная (общенародная) собственность на землю, воз­никшая в результате национализации всей земли. Аграрные отношения стро­ятся на основе планов, по которым должно развиваться сельское хозяйство в будущем, при финансово-кредитной помощи государ­ства и поставок необходимого количества машин и удобрений. Оплата работников сельского хозяйства по количеству и качеству труда стимулирует постоянное повышение их жизненного уровня.

Использование земельного фонда как единого целого осущест­вляется на основах долговременных государственных планов. При­мером таких планов явилось освоение целинных и залежных зе­мель на востоке страны (середина 50-х годов), благодаря которому стало возможным за короткий срок ввести в состав пахотных зе­мель более 41 млн. га новых площадей. Еще пример — комплекс мероприятий, связанных с выполнением Продовольственной про­граммы, предусматривающей ускорение развития сельскохозяйст­венного производства на основе повышения культуры земледелия, широкого проведения мелиоративных мероприятий, а также осу­ществления широкой программы социально-экономического пере­устройства сельскохозяйственных районов.

Земельные ресурсы мира в целом позволяют обеспечить продук­тами питания большее количество людей, чем имеется в настоя­щее время и чем оно будет в ближайшем будущем. Вместе с тем, в связи с ростом населения, особенно в развивающихся странах, количество пашни на душу населения сокращается.

В земледельческих районах в направлении с севера на юг на­блюдается закономерное уменьшение площади слабоокультурен­ных угодий и возрастание площади пашни, которая достигает максимума в лесостепной и степной зонах. Если в северных областях Нечерноземной зоны РСФСР площадь пашни составляет 5—6% общей площади, то в лесостепной и степной зонах площадь пашни увеличивается более чем в 10 раз, достигая 60—70%. Севернее и южнее этих зон земледельческая территория резко сокра­щается. На севере граница устойчивого земледелия определяется суммой положительных температур 1000° за вегетационный период, на юге — годовой суммой осадков в 200—300 мм. Исключение со­ставляют лучше увлажненные предгорные и горные районы юга Европейской части страны и Средней Азии, где земледельческая освоенность территории составляет 20%. На севере Русской рав­нины в лесотундровой и тундровой зонах площадь пашни состав­ляет лишь 75 тыс. га (менее 0,1% территории).

Для ускорения развития сельского хозяйства страны требуется осуществление ряда крупномасштабных мероприятий:

внедрение научно обоснованной системы земледелия для каж­дой природной зоны и ее отдельных регионов;

осуществление широкой программы мелиорации земель в раз­личных природных зонах;

ликвидация процессов вторичного засоления и заболачивания мелиоративных массивов;

применение комплексов мероприятий по борьбе с водной и вет­ровой эрозией на площадях, измеряемых миллионами гектаров;

создание сети культурных пастбищ в различных природных зо­нах с применением их орошения, обводнения и внесения удоб­рений;

проведение широкого комплекса мероприятий по окультуриванию освоенных почв с созданием глубокого оструктуренного гори­зонта;

модернизация машинно-тракторного парка и почвообрабаты­вающих орудий;

применение полноценной дозы удобрений под все вилы сель­скохозяйственных культур, в том числе малорастворимых в защит­ной оболочке;

осуществление комплекса мероприятий по социальному пере­устройству земледельческих территорий (строительство дорог, жи­лищ, складов, школ, больниц и т. д.);

всемерное сохранение существующего земельного фонда. Эта программа может быть рассчитана на продолжительное время.

Нечерноземная зона РСФСР простирается от Прибалтийских равнин на западе до Уральского хребта на востоке, от побережья Северного Ледовитого океана на севере до границы лесостепи на юге. Ее площадь составляет около 2,8 км². Нечерноземье отличается высокой концентрацией населения. Здесь проживает более 60 млн. человек (около 44% населения РСФСР), в том числе око­ло 73% в городах. Эта зона насчитывает 47 млн. га сельскохозяйственных угодий, из них 32 млн. га — пашни. Нечерноземная зона отличается развитым сельским хозяйством, на долю которого при­ходится до 30% сельскохозяйственной продукции РСФСР, в том числе почти все льноволокно, до 20% зерна, более 50 — картофеля, около 40 — молока и яиц, 43 — овощей, 30% — мяса.

Важнейшей особенностью Нечерноземной зоны является нали­чие большой площади естественных кормовых угодий. На каждый гектар пашни здесь приходится от 1 до 3 га кормовых сенокосов и пастбищ. Природно-климатические условия почти повсеместно благоприятствуют развитию сельского хозяйства мясо-молочной специализации. Для интенсификации сельского хозяйства предпо­лагается на болотах и заболоченных землях провести мелиора­тивные мероприятия и химизацию сельскохозяйственных угодий.

2. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ. МЕЛИОРАЦИЯ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ (1, с. 14)

С переводом земледелия страны на интенсивный путь развития предполагается прежде всего лучшее использование существующе­го земельного фонда, повышение плодородия почв и резкое повы­шение урожайности основных зерновых, кормовых и технических культур, разработка и внедрение научно обоснованной системы земледелия, которые должны сочетаться с продуманными мерами по предупреждению нежелательных экологических последствий.

Интенсификация земледелия невозможна без улучшения плодо­родия почвы с помощью мелиоративных мероприятий. Однако эти мероприятия не дадут полноценной отдачи без внесения полной дозы минеральных удобрений, сбалансированной по отдельным компонентам. Химические методы широко используются и для со­хранения выращенной сельскохозяйственной продукции. Ограни­чение вредного воздействия водной и ветровой эрозии является также одним из наиболее эффективных и доступных способов по­вышения плодородия почвы.

Под мелиорацией почв понимают систему мероприятий, связан­ных с коренным улучшением свойств почвы и условий почвообра­зования с целью повышения плодородия почвы. Мелиорация осу­ществляется путем искусственного регулирования водно-теплового, воздушного, солевого, биохимического и других режимов с по­мощью орошения, осушения, промывок, обработки почвы и внесе­ния в нее химических и органических удобрений. Мелиорация поч­вы—важный агротехнический метод, особенно для территорий с неблагоприятным водно-тепловым и воздушным режимом почвы и ее засолением.

Различают два вида мелиорации: орошение земель, при кото­ром наибольшее значение имеет искусственное увлажнение почвы благодаря подаче воды для повышения влагообеспеченности рас­тений и их урожая; осушение земель, при котором преследуется цель отвести избыточную влагу из пределов корневого слоя для до­стижения необходимых водно-тепловых условий произрастания растений и улучшения аэрации почв.

Оба вида мелиорации практикуются с момента возникновения земледелия, хотя их научные основы были разработаны лишь вXXв.

Потребность в мелиорации земель мира определяется прежде всего климатическими особенностями. Большая часть населения Земли проживает в тропическом и субтропическом поясах, где особенно требуется орошение земель. Почти 20% населения прожи­вает на территориях, где требуется борьба с избыточным увлаж­нением почв. Поэтому оросительные и осушительные мелиорации земель применялись с древнейших времен. Практика показывает, что при орошении земель урожайность сельскохозяйственных куль­тур повышается в 2—3 раза, а возделывание некоторых из них (рис, хлопок) вообще невозможно без орошения.

2.1. Орошение. Борьба с вторичным засолением почвы

В настоящее время площадь орошаемых земель во всем мире, по экспертным оценкам Всемирной организации по проблеме про­довольствия (ФАО), составляет 236 млн. га, из них около поло­вины приходится на территорию Южной Азии. Около 60% всех орошаемых площадей мира приходится на долю четырех стран:

Китая—85,2 млн. га (45% обрабатываемой площади), Индии — 36.4 (21%), США— 16,5 (9%), бывшего СССР — 16,0 (7% обрабатываемой площади). Эксперты ФАО полагают, что к концу XX в. площадь орошаемых земель в развивающихся странах возрастет на 50%, главным образом, за счет расширения орошаемого земледелия в Южной Азии, Африке и Латинской Америке. В развитых капи­талистических странах прогнозируется умеренный рост орошае­мых площадей (порядка 17—19%), причем особое внимание уде­ляется экономии воды при Орошении, поскольку потери ее в откры­тых каналах на фильтрацию и испарение в настоящее время оцени­ваются в 40—60%.

Орошаемое земледелие в развивающихся странах со скудной дозой минеральных удобрений и современных средств защиты рас­тений не может привести к резкому росту урожайности. Разрыв в масштабах применения минеральных удобрений от промышленно развитых стран здесь еще весьма велик. Так, в Индии 1 га обра­батываемой земли получает минеральных удобрений в 7 раз мень­ше, чем в США. Послеуборочные потери урожая в развивающихся странах оцениваются в 25—40%, вследствие чего амбарный уро­жай на такой же процент меньше биологического.

В целом мире многими исследователями фиксируется возраста­ние; степени засушливости климата, особенно на Африканском кон­тиненте. Катастрофические засухи 70-х годов охватили огромные территории Африки (Эфиопия, Судан, Вольта, Чад, Нигерия, Мав­ритания, Сенегал, Кения, Танзания и др.). Засушливые явления наблюдались в Латинской Америке (Бразилия, Аргентина, Параг­вай, Боливия). Засухи отмечались в пределах Северной Америки. Только в XX в. их насчитывается более 26. В Северной Америке наиболее часты засухи в центральных районах США и Канады.

Причиной засух являются квазиритмические колебания увлаж­ненности, а также антропогенные факторы. К последним относят уничтожение лесов на обширных территориях, неумеренный выпас скота, приводящий к деградации растительного покрова, и другие факторы подстилающей поверхности суши, нарушающие естествен­ный влагооборот. Необходимость осуществления крупных мелиоративных мероприятии в России диктуется неблагоприятными кли­матическими условиями обширных территорий, вследствие кото­рых большая масса сельскохозяйственных земель находится в рай­онах избыточного либо недостаточного увлажнения. Мелиорация земель является важнейшей мерой, необходимой для неуклонного наращивания производства зерна и создания устойчивой кормовой базы животноводства, повышения общей эффективности сельскохозяйственного производства.

Неблагоприятные климатические условия в засушливые годы приводят к большим колебаниям валового сбора зерновых в уро­жайные и неурожайные годы, достигающим около 60—70 млн. т. Развитие мелиорации включает в себя ввод новых площадей и реконструкцию старых. Предусмотрены другие меры, направленные на упорядочение структуры посевов, с целью повы­шения удельного веса производства зерна, кукурузы на зерно и кормовых культур, внесения полной дозы минеральных удобре­ний (330—350 кг), сбалансированных по отдельным компонентам. Особое внимание обращается на повышение уровня мелиоратив­ного строительства, внедрение прогрессивных мер организации труда, экономное использование водных ресурсов на мелиоративных системах, особенно в орошаемом земледелии.

С развитием орошаемого земледелия выдвигаются экологиче­ские проблемы. Главная из них — борьба с вторичным засолением почв, которое возникает при неумеренном орошении и высоком уровне грунтовых вод. Решение этой проблемы возможно при разработке и внедрении научно обоснованных норм полива примени­тельно к конкретным климатическим и гидрологическим условиям территорий.

Борьба с засолением почвы актуальна и в глобальном мас­штабе. Засоление почвы происходит почти на половине орошаемых земель мира, в том числе на 30% орошаемых земель США. Хотя в нашей стране достигнуты значительные успехи в борьбе с засо­лением почвы, это явление не ликвидировано до сих пор.

При осуществлении широких мелиоративных мероприятий в зоне степей следует иметь в виду, что новообразование грунтовых вод здесь происходит значительно быстрее, нежели в зонах полу­пустынь и пустынь. Примерно за 10 лет уровень грунтовых вод может достигнуть критического состояния (1,5—2,5 м от поверх­ности), вызывая засоление и заболачивание почвы. Кроме того, в условиях орошения возникает способность вторичного содового засоления почв, так как южные черноземы и каштановые почвы в ряде районов имеют повышенную остаточную солонцеватость и щелочность на глубине 0,5—1 м. Присутствие соды в поверхност­ных горизонтах почвы вызывает ряд сложных трудно устранимых физико-химических процессов, снижающих плодородие почвы. В степных районах Прикаспийской низменности почти отсутствует верхняя зона пресных вод при слабой естественной дренированности территории. В Среднем и Нижнем Поволжье из 8,2 млн. га земель, пригодных для орошения, лишь 14,6% не потребуется дре­нажа. В Зауралье к воздействию указан­ных факторов добавляется необходимость учета более сокращен­ного по сравнению с условиями Европейской части России вегета­ционного периода, когда возможна потеря части урожая вследствие наступления ранних заморозков.

Основной экологической проблемой орошаемого земледелия в степной и аридной зонах является предотвращение вторичного засоления почвы. Она может решаться различными методами: гид­ротехническим (строительство глубокого дренажа), мелиоратив­ным (нормирование поливов, вплоть до перехода на “голодные” нормы полива во влажные годы, промывка мелиоративных систем), агрономическим (внедрение фитомелиорации, глубокое рыхление почвы).

Проблема, тесно связанная с экологической — нормирование качества возвратной (дренажной) воды, сбрасываемой с полей орошения, содержащих включения минеральных удобрений, гер­бицидов и пестицидов. Она является особенно актуальной для пус­тынной и полупустынной зон России, где водные ресурсы весьма ограничены и существует опасность их истощения.

Экономия воды в орошаемом земледелии является одной из наиболее ответственных задач водного хозяйства страны. Главный путь ее решения: повышение коэффициента полезного действия (к.п.д.) оросительных систем, который меняется в весьма широких пределах. Это означает, что в старых мелиоративных системах на пути от источ­ника водозабора до корнеобитаемого слоя орошаемого поля те­ряется от 65 до 75% воды. Поэтому инженерное переустройство оросительных систем является действенным средством не только экономии воды, но и дальнейшего развития орошаемого земле­делия.

2.2. Осушение почвы

Осушение по своей принципиальной основе противоположно орошению. Его существо заключается в отводе избыточной влаги за пределы корнеобитаемого слоя растений с целью улучшения водно-теплового режима почвы и повышения ее плодородия. Осу­шению подвергаются переувлажненные земли и болота с целью вовлечения последних в сельскохозяйственное производство. По­этому осушаемые массивы располагаются в зоне избыточного ув­лажнения.

Высокой заболоченностью отличаются равнинные территории с замедленным водообменом и высоким положением уровня грун­товых вод. Много заболоченных земель и болот имеется на Евро­пейском Севере и Северо-Западе (около 60% общей площади). Сильной заболоченностью отличаются Полесье, Мещерская и Кост­ромская низменности. Однако центром мировой заболо­ченности является Западно-Сибирская низменность площадью в 1,3 млн. кв. км, заболоченность которой составляет около 50%. Болота распространены на территории Якутии, Дальнего Востока. Методы осушения заболоченных земель в принципе мало отли­чаются друг от друга. Основной метод заключается в понижении уровня грунтовых вод с помощью открытого либо закрытого дре­нажа. В настоящее время развитие получил более прогрессивный метод осушения — двустороннее регулирование, когда мелиора­тивная система может использоваться в засушливые периоды — для орошения земель, а во влажные — для отвода избыточных вод через дренажную сеть. Потенциальный фонд для осушения земель в России весьма велик.

Мелиорация земель — активный метод повышения продуктивности земледелия. Наибольший экономический эффект мелиорация земель приносит в том случае, если она проводится в комплексе с хозяйственным освоением земель, включая их химизацию, культур-технические работы и надлежащий уход за посевами. В 70-е годы при быстром росте осушаемых земель в отдельных районах отмечалась тенденция отставания их хозяйственного освоения, что снижало эффективность мелиорации. В отдельных случаях земли переосушивались (Белорусское Полесье). Внедрение мелиоратив­ных систем двустороннего регулирования позволяет проводить ме­лиорацию более эффективно.

Неблагоприятные экологические последствия осушения земель заключаются в их переосушении, вследствие чего снижается уро­вень грунтовых вод в прилегающих территориях и происходит уменьшение величины устойчивого стока в реки, а в ряде случаев на прилегающих территориях наблюдается подсыхание лесов и ис­чезновение влаголюбивой растительности. Вместе с тем, повышен­ная густота открытой осушительной сети может привести к повы­шению весенних максимумов стока на малых реках. На крупных мелиоративных системах наблюдается существенное обеднение рас­тительного и животного мира. Низкое качество осушительной ме­лиорации может привести к вторичному заболачиванию почвы.

2.3. Применение удобрений. Пестициды

Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся десятки мил­лионов тонн питательных веществ: азота, калия, фосфора, магния, серы и других, которые необходимо компенсировать. Поэтому вне­сение в почву органических и минеральных удобрений является важнейшим средством повышения плодородия почв.

Каж­дый рубль затрат на минеральные удобрения приводит к возраста­нию окупаемости, оцениваемой для различных видов сельскохозяй­ственной продукции от 2 до 5 руб. Особенно эффективно применение удобрений в южных районах страны при выращивании хлопка, сахарной свеклы, плодов, овощей. В этих условиях затраты на вне­сение удобрений окупаются в течение года. Данные о повышении урожайности приводятся в табл. 1.

Таблица 1

Повышение урожайности от внесения в почву минеральных удобрений в пересчете на 100% содержания питательных веществ