Экологические последствия интенсификации сельского хозяйства (стр. 2 из 6)

В результате эрозии происходит снижение плодородия почв (при поверхностной водной эрозии и дефляции) или полное уничтожение почвенного покрова (при линейной водной эрозии).

Снижение плодородия связано с постепенным удалением наиболее плодородного верхнего слоя и вовлечением в пахотный горизонт менее плодородных нижних горизонтов. Степень снижения плодородия зависит от степени смытости или сдутости.

В результате эрозии ухудшаются физические, химические и биологические свойства почвы. Снижается содержание и запас гумуса, часто ухудшается и его качественный состав, снижаются запасы элементов питания (азота, фосфора, калия и др.) и содержание их подвижных форм. Ухудшаются структурное состояние и сложение, уменьшается пористость и увеличивается плотность, что приводит к снижению водопроницаемости, увеличению поверхностного стока, снижению влагоемкости и запасов доступной для растений влаги. Потеря верхнего наиболее гумусированного и оструктуренного слоя ведет к снижению биологической активности почв: уменьшается численность микроорганизмов и мезофауны, снижается микробиологическая и ферментативная активность почв.

Кроме того, водная эрозия сопровождается рядом других неблагоприятных явлений: потерей талых и дождевых вод, уменьшением запасов воды в почве, расчленением полей, заилением рек, оросительных и дренажных систем, других водоемов, нарушению дорожной сети и т.д.

В конечном счете, ухудшение плодородия эродированных почв приводит к снижению урожая сельскохозяйственных растений.

Переувлажнение земель

На протяжении последних десятилетий на Юге России, в Центральном черноземном районе, Молдавии получило развитие масштабное, исключительно актуальное явление глубокой современной трансформации свойств, режимов и плодородия почв, обусловленное их переувлажнением. Особенно опасно то, что интенсивному переувлажнению подвергаются еще недавно типично автоморфные черноземы. Под влиянием поверхностных и грунтовых, нередко засоленных вод, они приобретают признаки интенсивного гидроморфизма. Следствием этого современного процесса является то, что сегодня на десятках и сотнях тысяч гектаров огромные массивы пахотных почв из-за переувлажнения существенно снизили или полностью утратили свое плодородие. На месте черноземов возникли новые ландшафты с типичной гидрофильной растительностью и минеральными гидроморфными почвами разной степени заболоченности и засоления. Такие ландшафты получили название мочары. Мочарным ландшафтом (синоним – мочар, мочак) называется переувлажненная территория степной зоны, возникшая под влиянием естественных (первичных) и антропогенных (вторичных) факторов, отличающаяся особым гидрологическим режимом. По сути, это комплекс болотных, лугово-болотных, луговых и лугово-степных почв. Ареалы распространения мочаров тесно связаны с режимами грунтовых и поверхностных вод, ирригационных систем, другими гидрологическими факторами, определяющими их переувлажнение. Поскольку их действие в основном не стабильно, то ареалы мочаров нередко имеют пульсирующий характер. Они могут исчезать совсем или вновь появляться во влажные годы. Выявлены следующие факторы существенного повсеместного увеличения площади мочаров. Во-первых, общее изменение условий увлажнения, связанное со сменой относительно сухого цикла лет влажным циклом. Эта естественная цикличность не зависит от деятельности человека. Вместе с тем она может быть причиной пульсации площади мочарных ландшафтов во времени. Во-вторых, деятельность человека. Именно это обстоятельство является в настоящее время одним из основных факторов, обуславливающих изменение состояния биосферы. Переувлажнение, застой влаги на поверхности черноземов при интенсивной современной обработке тяжелыми машинами приводят к формированию таких территорий. Усложняет обстановку и перенос опыта ирригации почв Средней Азии в условия степной зоны России без учета различий в экологических условиях. Вовлечение крупных земельных массивов в орошение привело не только к ухудшению их физических, химических свойств и водного режима, но и способствовало поднятию уровня грунтовых вод различной степени минерализации, вторичному засолению и осолонцеванию почв. Разнообразие мочаров можно свести к двум основным группам: климатогенные и литогенные. Такое деление обусловлено типом водного питания и факторами, препятствующими оттоку избыточных вод. Выделяются два типа водного питания: атмосферный, подземный. Источниками подземного питания могут быть: верховодки, грунтовые, пластовые и межпластовые воды. Оттоку избыточных вод препятствуют замкнутые или полузамкнутые понижения, участки склона с малым уклоном, наличие водоупора, а также низкие фильтрационные свойства грунтов. На водораздельных пространствах ступенчатого строения, образованных разновозрастными поверхностями выветривания, распространяются литогенные мочары. Как правило, они приурочены к нижним ступеням и имеют грунтовый или пластовый тип водного питания. Преобладают литогенные мочары и на склонах. Их образование связано с наличием водоупора неглубоко от поверхности в виде красно-бурых, серо-зеленых глин или погребенных горизонтов на бурых лесовидных отложениях, по которым грунтовый поток выклинивается на поверхность. Крутизна склона может быть разной. Источником водного питания являются грунтовые и пластовые воды. В последнее время стали выделять третью группу переувлажненных почв – техногенные мочары. Причиной их образования служит нерациональное использование земли под строительство дорог, промышленных и гражданских объектов, продуктопроводов и других сооружений, препятствующих естественному дренажу территории. Кроме вышеперечисленных причин к образованию техногенных переувлажненных земель могут приводить частые и систематические порывы водопроводов, канализации, продуктопроводов, повреждение оросительных лотков, фильтрация воды из каналов, отсутствие в населённых пунктах ливневой канализации. Генезис почв, подвергающихся сезонному или постоянному локальному переувлажнению, конечно же обусловлен отличным от автоморфных видов набором элементарных почвенных процессов. Основным фактором воздействия на переувлажнение минерального субстрата является среда, в которой происходит контакт минеральной массы и влаги. При этом определяющим является наличие (или отсутствие) в составе твердой фазы почвы органического вещества. При наличии органического вещества переувлажнение вызывает развитие анаэробиоза. В этом случае возможна консервация органики, развитие глееобразования и сульфатредукции. Переувлажнение провоцирует аккумуляцию грубого гумуса, оторфовывание, развитие торфяных и глеевых (оглееных) почв, а также осолонцевание, засоление, загипсовывание и окарбоначивание почв. Сульфатредукция возможна в присутствии органического вещества в анаэробной среде, возникающей в результате временного или постоянного переувлажнения. Следствием сульфатредукции является восстановление серы сульфатов до сероводорода и образование сульфидов металлов. Глееобразование – процесс, протекающий в анаэробных условиях при обязательном участии гетеротрофной анаэробной микрофлоры и наличии органического вещества в условиях постоянного или периодического переувлажнения отдельных горизонтов или всего профиля. Глееобразование сопровождается восстановлением окисных соединений металлов и несбалансированным выносом железа. Степень и глубина оглеения являются основным диагностическим признаком мочаров. В настоящий момент мы оказались свидетелями замещения за весьма короткий отрезок времени черноземов переувлажненными, заболоченными, оглеенными, засоленными, осолонцованными и слитыми почвами. Автоморфные черноземы подвергаются интенсивному переувлажнению, не соответствующему экологии этих почв, приобретают признаки гидроморфизма, что и приводит к их деградации. Засоление почв К засоленным почвам относятся солончаки, солончаковые, солончаковатые и глубокозасоленные почвы, солонцы и солонцеватые почвы. Засоленные почвы распространены в пустынной, пустынно-степной (полупустынной), степной и лесостепной зонах. Территории, подверженные наибольшему засолению, приурочены к морским, дельтово-морским, древним и современным дельтовым равнинам и равнинам приледниковых областей. Особенно широко распространены засоленные почвы в районах неглубокого залегания соленосных пород, отложенных в течение неоднократных морских трансгрессий. Наряду с природно-засоленными почвами в районах орошаемого земледелия значительные площади заняты вторично засоленными почвами. Основными причинами вторичного засоления почв являются бездренажное орошение, большие потери воды на фильтрацию на полях, строительство оросительных каналов без гидроизоляции, применение для орошения минерализованной воды. Вторичное засоление почв возникает не только при орошении, но и при осушении земель. Процессы вторичного засоления развиты при осушении избыточно увлажненных почв обвалованием. Причина вторичного засоления обвалованных земель заключается в изменении после прекращения затоплений промывного водного режима почв, что в условиях минерализованных грунтовых вод приводит к образованию вторичных солончаковатых почв и солончаков. Вторичное засоление почв возникает и при перегрузке пастбищ. Причинами вторичного засоления на пастбищах в условиях интенсивного выпаса являются увеличение физического испарения влаги почвой по мере уничтожения травянистой растительности и рост капиллярной влагопроводимости в связи с уплотнением почв. На лугах это усиливает приток влаги и солей в верхнюю часть профиля из грунтовых вод, а на автоморфных солончаковатых почвах обусловливает поступление минерализованных растворов из нижележащих солевых горизонтов (особенно при выпасе сразу же после дождя или полива на орошаемых пастбищах), что вызывает солончаковое засоление почв. Засоленные почвы различаются по глубине залегания солевого горизонта, химизму засоления и степени засоления. По глубине залегания верхнего солевого горизонта (его верхней границы) засоленные почвы разделяются на солончаковые — солив слое 0–30 см; солончаковатые — 30–80 см; глубокосолончаковатые — 80–150 см; глубокозасоленные — глубже 150 см. В связи с тем, что разные соли неодинаково токсичны для растений засоленные почвы различают по составу солей. Химизм (тип) засоления определяется по данным анализов водных вытяжек и основывается главным образом на соотношении анионов. В наименовании типа засоления встречаются те анионы, содержание которых превышает 20% суммы м.-экв анионов; преобладающий анион в названии ставится на последнее место. По химизму выделяют следующие типы засоления: — хлоридное и сульфатно-хлоридное; — хлоридное и сульфатное, сульфатное; — содовое хлоридное и сульфатное; — хлоридно- и сульфатно-содовое. По степени засоления почвы делятся на незасоленные, слабозасоленные, сильно и очень сильнозасоленные (солончаки). К солончакам относя почвы, которые в поверхностном горизонте содержат в зависимости от химизма более 0,5–1,2% водно-растворимых солей. Растительность на солончаках либо отсутствует, либо представлена специфическими видами (солянка, шведа, солерос, аджерек, кермек и др.), не образующими сомкнутого покрова. В отечественной и мировой практике накоплен большой опыт по освоению засоленных земель при возделывании риса. Однако недоучет особенностей водно-солевого режима рисовых полей, недостатки в проектировании, строительстве и эксплуатации коллекторно-дренажной сети привели в ряде случаев к снижению урожаев и гибели посевов риса на значительных площадях. На рисовых оросительных системах в Казахстане, на Украине, Северном Кавказе и Сарпинской низменности наблюдаются процессы вторичного засоления почв. Наиболее интенсивное засоление земель под рисом происходит в зоне, расположенной вдоль хозяйственных, участковых и картовых оросительных каналов, а также на низких чеках. Для борьбы с вторичным засолением почв и его предотвращения применяется целая система мер. Это, прежде всего, строительство глубокого горизонтального (2,5–3,5 м) дренажа или там, где это позволяют литолого-гидрогеологические условия орошаемой территории, — вертикального дренажа глубиной 25–80 м. Роль дренажа будет различной в зависимости от типа местности и почв, глубины залегания и минерализации грунтовых вод, засоленности и химического состава солей почвы, подлежащей освоению и орошению. Например, если минерализованные грунтовые воды залегают сравнительно глубоко, но при орошении ожидается их подъем, то на оросительной системе должен быть сооружен профилактический дренаж, обеспечивающий поддержание уровня грунтовых вод на глубине ниже критической и промывной тип водного режима почв. Для борьбы с потерями воды на фильтрацию из магистрального канала и межхозяйственных распределителей применяют антифильтрационную одежду (синтетические пленки, бетонная защита), а участковую оросительную сеть строят в закрытых трубопроводах. Большое значение в увеличении коэффициента полезного действия оросительной системы и поддержании благоприятных почвенно-мелиоративных условий при орошении имеет применение широкозахватной дождевальной техники, а также строгое соблюдение режима орошения в соответствии с нуждами растений и свойствами почвенного покрова. Иссушение и опустынивание земель Иссушение земель является следствием комплекса явлений: частая повторяемость засух; нарушение водного режима ландшафта; повсеместная распашка черноземов и каштановых почв, порой до уреза воды рек и водохранилищ; уничтожение естественной растительности, особенно девственных лесов; разрушение структуры и потеря гумуса; ухудшение физических свойств почв; развитие эрозионных процессов. Деятельность человека играет первостепенную роль. С усиленной распашкой степей все чаще и чаще повторяются засухи. Снижение урожаев сельскохозяйственных культур создает серьезные трудности во всем народном хозяйстве. В засушливые годы резко сокращается эффективность всех мероприятий по повышению плодородия почв, и это ощущается в масштабах всей страны. Плодородие почвы зависит как от количества выпавших осадков, так и от упорядочения круговорота влаги. В эрозионно-опасных районах наблюдается неурегулированный поверхностный сток талых и дождевых вод, что приводит к ежегодной потере более 55% влаги. Состояние поверхности земли и почв формирует водный баланс территории и речной сток. Почва выступает в роли посредника между климатом и рекой. В почвенном покрове метеорологические явления преобразуются в явления водного режима. Инфильтрационная и водоудерживающая способность почв существенно влияют на водный баланс территории, определяет размеры поверхностного стока, расхода воды на питание подземных вод, испарение и транспирацию. Повсеместно действует следующая закономерность: чем меньше воды уходит на поверхностный сток, тем оптимальнее водный режим ландшафта в целом. Коренных способов борьбы с засухой пока нет, но есть много приемов, выполнение которых сильно ослабляет ее действие. Орошение, правильные севообороты, рациональная система обработки почвы и борьба с сорной растительностью, снижение поверхностного стока, восстановление структурного состояния почвы, полосное размещение культур, контурная вспашка, лесоразведение — вот главные средства борьбы с засухой. Безусловно, наиболее эффективным является орошение сельскохозяйственных культур. Однако из-за недостатка поливных вод оросительные системы пока функционируют на сравнительно небольших площадях, и еще долгое время на огромных пространствах степей будет преобладать неполивное земледелие. Да и орошение не всегда спасает растения от засухи. Есть такое явление, как воздушная засуха. При интенсивных суховеях с высокой температурой воздуха и низкой относительной влажностью транспирация, испарение из листьев растений идет настолько сильно, что подача воды из почвы отстает от этого процесса, растения увядают и даже гибнут при достаточной влажности почвы. В борьбе с иссушением степей, с суховеями важным средством становится полезащитное лесоразведение, основоположником которого можно с полным правом назвать В. В. Докучаева. Итогом работы В.В. Докучаева стали лесные полосы и каскады прудов. Эти рукотворные леса и по сей день в прекрасном состоянии. Они надежно защищают от засухи поля НИИ земледелия Центральной черноземной полосы, который по праву носит имя В.В. Докучаева. На полях, защищенных лесополосами, совершенно нет поверхностного стока. Каскады докучаевских прудов полноводны и существуют исключительно за счет подземных вод. Черноземы около лесополос стали хорошо водопроницаемыми, с зернистой структурой. Ушедшая в почву влага весной и в первую половину лета хорошо подпитывает посевы и постоянно обеспечивает полноводность водоемов. Урожаи сельскохозяйственных культур на полях института всегда намного выше, чем в целом по зоне. Опустынивание — это интенсификация и расширение пустынных условий, процесс, ведущий к сокращению биологической продуктивности экосистем, что в свою очередь вызывает сокращение запасов кормов на пастбищах, уменьшение урожая сельскохозяйственных культур и ухудшение условий жизни людей. Опустынивание — результат длительного исторического процесса, в ходе которого явления природы и деятельность человека, усиливая друг друга, приводят к изменению характеристик природной среды. Особенно проявляется опустынивание в районах с засушливым климатом. Опустынивание представляет собой социальный, а не естественный процесс — такова была концепция, принятая конференцией ООН по проблемам опустынивания. Однако в исследованиях и проектах первоочередное внимание уделяется физическим аспектам этой проблемы, а гуманитарные остаются в стороне. Между тем процесс физического разрушения природных факторов связан с трагическим ухудшением социальных условий населения засушливых районов, что ведет к распаду его традиционной социальной культуры. К причинам опустынивания относятся процессы и явления, вызываемые деятельностью людей или природными факторами и ведущие к опустыниванию. К ним относятся: перевыпас, вырубка древесно-кустарниковой растительности, строительные и изыскательские работы и др. Установлено, что из 45 выявленных факторов опустынивания 87% приходится на нерациональное использование водных и земельных ресурсов, растительности, полезных ископаемых и только 13% относится к природным процессам. Опустынивание — неизбежное последствие широкого сельскохозяйственного и промышленного использования природных ресурсов аридных областей. Это явление протекает в процессе деградации растительного покрова, обычно обусловленной перегрузкой пастбищ поголовьем скота (перевыпас), вырубкой деревьев и кустарников, выжиганием и распашкой земель, при водной и ветровой эрозии, в связи с ослаблением защитных функций растительного покрова, в результате уменьшения содержания гумуса в почвах, а также при засолении и осолонцеватости, разрушением растительного и почвенного покрова техническими средствами (машинами и механизмами). Пространственное распространение процессов опустынивания характеризуется расширением площадей сильно деградированных земель. При этом действуют ряд специфических факторов, обуславливая закономерные изменения в степени аридной деградации и опустынивания (3.Г. Залибеков, И.С. Зонн, Г.Н. Гасанов). Первая закономерность имеет почвенную основу, содержание которой сводится к тому, что при разрушении поверхности почвы мелкоземистый материал поднимается ветром в атмосферу и насыщает увлажненные ее слои. При этом изменяется температурный градиент, подавляя конвективные токи воздуха, препятствуя выпадению осадков. Вторая закономерность связана с функциональной ролью биологического фактора в биосфере и экосистемах. Речь идет о накоплении растительным покровом общей биомассы, содержащей в своем составе более 80% биологически чистой воды, участвующей во влагообороте в результате транспирации и десукции. Уменьшение биологически чистой воды при сведении и деградации растительного покрова и соответственно его долевого участия в формировании атмосферных осадков повышает степень засушливости климата и среднесуточных температур воздуха. Третья закономерность исходит из альбедо земли, т.е. связана с влиянием отражательной способности поверхности почвы, образуемой при сведении почвенно-растительного покрова и расширении площадей отчуждаемых земель для размещения объектов промышленного, жилищного, дорожного, рекреационного назначения. По мере уменьшения площадей лесов и травянистой растительности и расширения ареалов техногенного покрова и нарушенных земель увеличиваются размеры открытой поверхности почв, значительно усиливая отражательную способность земли. Это приводит к формированию процессов инверсии сжатия в потоке воздуха, ослабляя конвекцию и выпадение осадков. Главные негативные последствия опустынивания: сокращение урожайности, деградация многолетнего растительного покрова и сокращение биомассы и водных ресурсов, наступление песков, исчезновение почвенного покрова, преобладание литогенеза над педогенезом, засоление почв и т.д.

Применение агрохимикатов