Геоэкологические проблемы использования почвенных и земельных ресурсов

1. Основные функции сферы почв (педосферы)

Совокупность почв мира часто выделяют в особую часть экосферы, называемую сферой почв, или педосферой.

Почва - многокомпонентное, но целостное природное образование. Она образуется на земной поверхности там, где проникают друг в друга и взаимодействуют все четыре геосферы (литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера), составляющие экосферу.

Функции почвенного покрова

• Биоэкологическая (почва это место размещения и функционирования живого вещества);
• Биоэнергетическая (это место преобразования солнечной энергии, аккумулированной в гумусе и других органических веществах, в биомассу);
• Функция фиксации азота и образования белков;
• Функция активного агента в глобальных биогеохимических циклах основных химических элементов;
• Функция преобразования подстилающих кристаллических пород в измельченные фракции (выветривание);
• Гидрологическая функция (это область активного водообмена между геосферами);
• Метеорологическая функция (это область, вносящая заметный вклад в формирование состава и режима атмосферы).

Эти функции определяют очень многие взаимосвязи в глобальном механизме функционирования экосферы как системы.

(2) роль почвы как тонкой поверхностной оболочки экосферы, через которую осуществляется обмен веществом и энергией во многих звеньях глобальных биогеохимических циклов и регулируется химический состав вод и воздуха. Выражаясь языком журналистов, можно сказать, что роль почвы во многом похожа на роль кожи у животных.

Проблем геоэкологии, связанные с почвой

1. Химические изменения атмосферы и вытекающие отсюда последствия зависят от участия почвы в глобальных биогеохимических циклах вещества.

Состояние океанов, окраинных и внутренних морей и, в особенности, прибрежных зон в сильной степени определяется выносом наносов, растворенных и взвешенных химических веществ со стоком с материков. А в формировании стока всех этих веществ, равно как и собственно жидкого стока, почвенный покров и его состояние играют очень большую роль.

Изменения состояния и продуктивности природных экосистем, в частности обезлесение и опустынивание, влияют на состояние почвенного покрова, а оно, в силу существования обратных связей, влияет на дальнейшее снижение продуктивности.

Ряд проблем окружающей среды, возникающих в искусственно созданных или сильно преобразованных человеком экосистемах, таких как агроэкосистемы, также тесно взаимосвязаны с состоянием почвенного покрова или его воздействием на другие компоненты экосферы.

Большая часть суши непригодна, малопригодна или неудобна для земледелия. Согласно одной из оценок, в мире имеется 32,8 млн. км2 пригодных к пахоте почв, или 22% общей площади суши. При этом лишь 3% площади суши представляют высокопродуктивные почвы.

Глобальная оценка деградации почв

Почвы - это возобновимый природный ресурс, но практически, вследствие малых скоростей естественных процессов по сравнению с антропогенными, этот ресурс в большинстве ситуаций может рассматриваться как невозобновимый. Использование почв зачастую приводит к ухудшению их природных свойств, то есть к их деградации. Деградация почв - антропогенный процесс снижения способности почв обеспечивать существование людей.

Глобальная оценка деградации почв (ЮНЕП, 1990 г.)

Согласно оценке, только малонаселенные районы бореальных лесов и пустынь не затронуты антропогенной деградацией почв.

а) "Сильно деградированные" (15%). Эти почвы столь сильно деградированы, что их восстановление или невозможно, или же трудно достижимо из-за технических сложностей и крайне высокой цены такой работы. Так, восстановление неполивных почв в США обходится в среднем в 4000 американских долларов на гектар.

б) "Умеренно деградированные" (46%) со значительно сократившейся продуктивностью.

Деградация почв происходит вследствие различных причин антропогенного характера. Основные процессы деградации почв: водная и ветровая эрозия почв - важнейшие процессы, распространенные на 84% деградировавших почв; ухудшение структуры почвы; техногенное загрязнение; засоление; заболачивание и подтопление. Основные причины деградации почв мира: сведение лесов, главным образом для сельского хозяйства; перевыпас скота; несовершенное и неправильное сельское хозяйство; переэксплуатация почв.

3. Геоэкологические проблемы земледелия

Естественные экосистемы, как правило, замкнуты, то есть отличаются весьма малыми потоками вещества и энергии через их границы. Любая сельскохозяйственная экосистема существенно отличается от природных экосистем значительными потоками вещества и энергии через ее границы из-за выноса веществ с урожаем, поступления удобрений, воды для орошения, пестицидов. При этом возникает ряд проблем окружающей среды на (1) уровне отдельного сельскохозяйственного поля. Другая группа проблем связана с воздействием сельского хозяйства на окружающую среду (2) за пределами поля, и часто весьма далеко за пределами. Основные неблагоприятные процессы на уровне поля снижают плодородие почв, модифицируя их физическое, химическое и биологическое состояние. К ним относятся: водная и ветровая эрозия, последствия применения удобрений и пестицидов, уплотнение почвы, ее загрязнение, а также засоление, подтопление и заболачивание почв.

1. Водная и ветровая эрозия почв. Эрозия почв - это естественный геоморфологический процесс, неотъемлемое звено, как глобальных биогеохимических циклов, так и глобального цикла денудации-аккумуляции. Наибольшие величины естественной водной эрозии вне горных территорий наблюдаются в зонах полупустынь и степей. Здесь количество осадков, составляющее около 250-500 мм в год, еще достаточно велико, чтобы обеспечить размыв и смыв почвы, а естественная растительность уже не полностью защищает почву от воздействия дождевых капель. Максимум естественной ветровой эрозии располагается в аридных зонах (полупустыни и пустыни). На глобальном уровне роль ветровой эрозии приблизительно вдвое меньше, чем водной эрозии. Главная причина эрозии почв - сельское хозяйство. геоэкологический почвенный удобрение эрозия

Пример. В США за последние 200 лет смыто около трети верхнего слоя почвы, и естественное плодородие сократилось на 10-15%. Около двух третей пашни США нуждаются в защите от эрозии. Почвенная эрозия в США уносит приблизительно вдвое больше биогенных веществ, чем их вносится в почву в виде удобрений. Около половины наносов рек США обязаны своим происхождением эрозии почв.

2. Геоэкологические последствия применения удобрений. В агроэкосистемах скорость выноса питательных веществ на 1-3 порядка больше, чем в природных системах, причем, чем выше урожай, тем относительно больше интенсивность выноса. Всего в мире с урожаем зерна выносится, например, около 40 млн. т азота в год, или примерно 63 кг на 1 га площади зерновых. Отсюда следует необходимость применения удобрений для поддержания плодородия почвы и повышения урожаев, так как при интенсивном земледелии без удобрений плодородие почвы снижается уже на второй год. Обычно применяются азотные, фосфорные и калийные удобрения в различных формах и сочетаниях, в зависимости от местных условий. В то же время, применение удобрений маскирует деградацию почв, заменяя естественное плодородие на искусственное.

Производство и потребление удобрений в мире неуклонно росло, увеличившись за 1950-1990 гг. приблизительно в 10 раз. Среднее мировое использование удобрений в 1993 г. составляло 83 кг на 1 га пашни, из них примерно половина - азотных удобрений. За этой средней величиной скрыта большая разница в потреблении различных стран. В Нидерландах применяется больше всего удобрений, и там уровень применения удобрений в последние годы даже сократился: от 820 кг/га до 560 кг/га. С другой стороны, среднее потребление удобрений в Африке в 1993 г. составляло лишь 21 кг/га, причем в 24 странах применяли 5 кг/га и менее.

3. Геоэкологические последствия применения пестицидов. Одно из основных направлений борьбы с вредителями сельского хозяйства (насекомыми, грызунами, грибками, сорняками) - это применение химических веществ, называемых пестицидами

Пестициды - общее название для всех химических веществ, применяемых для борьбы с вредителями, а также и более узкое название для части веществ, применяемых против насекомых. Гербициды применяются для контроля сорняков, фунгициды - против грибков, родентициды - против грызунов. Основной потребитель пестицидов - сельское хозяйство.

Всего в мире используется не менее 180 пестицидов в виде нескольких тысяч препаративных форм. Большинство проблем применения пестицидов, возникает потому, что практически все пестициды являются ксенобиотиками - чуждыми для природы химическими соединениями. Ежегодно в мире от применения пестицидов умирают 20000 человек и около 1 млн. человек получают отравление со значительными последствиями для здоровья. Многочисленные исследования однозначно свидетельствуют, что любое увеличение пестицидных нагрузок повышает частоту распространения самых различных патологий, ведет к увеличению заболеваемости (в особенности детей) не только посредством прямого поражения организма человека, но и путем подавления иммунной системы, нарушения процессов роста, развития и обмена веществ. Обычно менее одного процента применяемых пестицидов достигает цели. Остальные 99% попадают в окружающую среду, загрязняя почву, воздух и воду и, отравляя биоту, часто с непредсказуемыми последствиями.

Многообразные пестициды различным неблагоприятным образом воздействуют на ландшафты и их компоненты. Группы животных, наиболее страдающих от пестицидов, оказываются (в порядке увеличения степени поражения): беспозвоночные, рыбы, птицы, млекопитающие, микроорганизмы. Пестициды сыграли, например, немалую роль в ухудшении состояния Аральского моря, его притоков и бассейна. Попавший в окружающую среду пестицид включается в процессы биоаккумуляции, когда может происходить многократное (до сотен тысяч раз) повышение его концентрации по мере продвижения пестицидов по пищевым цепям. В результате отдельные, иногда отдаленные от пестицидной мишени звенья пищевых цепей могут оказаться крайне токсичными (ДДТ). Резистентность, привела к тому, что более десятка массовых видов насекомых развили нечувствительность ко всем основным классам применяемых соединений. К ним относятся домовая муха, таракан, колорадский картофельный жук, капустная моль и др. Резистентность к применяемым пестицидам вырабатывается через 10-30 поколений, так что в недалеком будущем, при современной стратегии применения пестицидов, все основные вредители могут стать резистентными.

Таким образом, основная опасность пестицидов заключается в нарушении жизнеобеспечивающих свойств экосферы и ухудшении состояния здоровья людей.

В долгосрочной перспективе большая часть применяемых химических веществ должна быть запрещена и заменена на биологические средства борьбы (или на интегрированные биологические, химические и другие средства защиты урожая). Должны применяться пестициды с относительно коротким временем распада.

4. Уплотнение почвы. При технологически интенсивном сельском хозяйстве (где производится около половины продовольствия мира на одной пятой пахотной площади) широко используются сельскохозяйственные машины. Всего в мире в сельскохозяйственном производстве используется более 30 млн. тракторов, не считая комбайнов, плугов, сеялок и пр., а также грузовиков. Почти все эти машины очень тяжелые. Некоторые сельскохозяйственные машины превышают допустимую нагрузку даже на асфальтированные дороги.

Многократное использование тяжелых сельскохозяйственных машин за сезон и за многие годы приводит к уплотнению почв. Разрушается структура почвы, снижается ее пористость, ограничивается развитие корней растений, и таким образом неуклонно снижается плодородие почвы. Если эти процессы развиваются в верхнем слое почвы, то ситуация может быть скорректирована ежегодной вспашкой. Но все более интенсивное использование тяжелых машин приводит к уплотнению глубоких горизонтов почвы, что не может быть исправлено снятием нагрузки или вспашкой.

5. Геоэкологические проблемы орошения. Орошение применяется издавна, чтобы обеспечить повышенный и устойчивый урожай. На 1995 г. площади орошаемых земель в мире составляют около 250 млн. га. Это всего лишь 17% пашни, но они обеспечивают около одной трети всех продуктов земледелия. Большинство древних цивилизаций основывалось на орошаемом земледелии.

Имеется несколько причин современного снижения темпов развития орошения:

• высокая стоимость новых проектов, в среднем не менее 1000-2000 долларов США за гектар;
• невыгодность вложения средств в проекты орошения по сравнению с другими областями инвестиций;
• дефицит водных ресурсов;
• дефицит подходящих земель;
• потеря орошаемых территорий вследствие засоления, заболачивания и подтопления почвы;
• деградация оросительных систем.

Проблемы, связанные с орошением

1. Глубокие преобразования состояния и режима территории. В результате изменяется основной тип водного режима почвы: вместо непромывного режима, когда воды не промачивают ежегодно почвенный профиль, возникает промывной режим, при котором происходит ежегодное, обычно многократное промачивание почвы (засоление почв).

. Изменяются все особенности режима почвы, в том числе условия миграции химических соединений, а затем и физические свойства почвы.

При значительном развитии ирригации не только отдельное поле или оросительная система претерпевают глубокие

Малая эффективность использования воды. Коэффициент полезного действия для поля или оросительной системы есть отношение объема используемой растениями воды к объему забираемой воды (обычно КПД равен 0,4-0,6).

Если главной геоэкологической проблемой ирригации на уровне поля или оросительной системы является проблема заболачивания и засоления почвы, то основной проблемой на уровне речного бассейна является значительное увеличение транспорта растворенных солей. По оценкам Н.Ф. Глазовского, общий перенос солей с дренажными водами с орошаемых полей мира составляет 2 млрд. т в год. Развитие орошения, особенно в тропических странах, обычно сопровождается рядом социальных последствий. Одно из наиболее важных - рост болезней, связанных с переносчиками, таких как малярия, шистосоматоз или онкоцеркоз. Другие последствия - это ухудшение качества питьевой воды и заболачивание (подтопление) населенных пунктов. Таким образом, орошение - это обоюдоострый меч, с которым надо обращаться с осторожностью, потому что он может принести как добро, так и зло.

Геоэкологическая устойчивость сельского хозяйства

Деградация педосферы - одна из самых серьезных, долгосрочных геоэкологических проблем мира. Не смотря на продолжающееся ухудшение ресурсной базы сельского хозяйства, растущее население мира должно быть обеспечено питанием. Необходим переход к экологически устойчивому сельскому хозяйству.

Стратегия в области сельского хозяйства

Стратегия перехода весьма сложна и требует очень больших усилий даже для ее разработки, не говоря уже о выполнении. В сложной системе, какой является сельское хозяйство, элементы стратегии могут быть весьма далеки от состояния почв, но могут привести к желаемым результатам. К ним относятся (1) эффективное управление численностью населения, (2) оптимизация качества питания взамен максимизации объема производства, (3) устранение или снижение государственных субсидий сельскому хозяйству. Наряду с социально-экономическими элементами стратегии перехода к экологически устойчивому сельскому хозяйству, существуют (4) экологически благоприятные методы ведения хозяйства. Они основаны на минимизации чуждых для природы агротехнических приемов, таких как применение пестицидов или минеральных удобрений. Это так называемое органическое земледелие. Вследствие более высоких цен на такие продукты органическое земледелие может приносить не меньше дохода, чем высокотехнологичное сельское хозяйство.

Однако доля площади, обрабатываемой с применением органического земледелия, не превышает нескольких процентов даже в передовых странах. При этом отмечается определенная, хотя и слабая, тенденция к росту.

В качестве переходной, или компромиссной стратегии можно рассчитывать на снижение количества вносимых химических веществ (удобрений и пестицидов), более эффективное их применение, более эффективное управление оросительными системами, разумное ограничение в строительстве новых оросительных систем, применение менее тяжелых машин за более короткое время.

Человечество достигло многого в производстве продуктов питания. Но цена была столь высока, что пришлось занимать ресурсы у внуков. Больше занимать нельзя. Более того, пришло время отдавать, и единственный путь к этому - общемировая трансформация сельского хозяйства в духе концепции устойчивого развития.
 

Литература

Голубев Г.Н. Геоэкология: Учебник для студентов вузов/Г.Н. Голубев. 2-е изд. испр. и доп. М.:Аспект Пресс, 2006. 288с.

Петров К.М. Геоэкология: Учеб. пособие. Спб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. 274 с.

Егоренков Л.И., Кочуров Б.И. Геоэкология: Учеб. пособие. М.: Финансы и статистика, 2005. 320 с.

Братков В.В. Геоэкология: Учеб. пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по экологическим специальностям/ В.В. Братков, Н.И. Овдиенко. М.: Высшая школа, 2006. 271 с.