книги / Основы общей экологии. Прикладная экология

Глава 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЛИТОСФЕРУ

4.1. Почвы. Понятие о деградации почв

Наибольшей трансформации в биосфере подвергается верхний слой литосферы в пределах суши и участки земной коры, на которых разрабатываются залежи полезных ископаемых. Процессы воздействия на литосферу не ограничиваются привнесением новых видов загрязнений, что актуально для воздушной и водной среды. Не представляется возможным подробно рассмотреть все виды воздействий на литосферу из-за сложности процессов их проявления, разной степени интенсивности в регионах одной страны, а также причин их порождающих (природных и техногенных), поэтому в качестве примеров антропогенного воздействия на верхний слой литосферы рассмотрим деградацию земельных ресурсов и загрязнение почв.

Почвы – особое природное образование, созданное под воздействием на поверхностные слои литосферы физических, химических и биологических факторов. Эволюционное преобразование поверхностного слоя литосферы связывают с содержанием в нем органического вещества (гумуса), образованного в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, и наличием или недостатком ряда минеральных веществ и микроэлементов.

По совокупности абиотических факторов, влияющих на почвообразование, и по содержанию гумуса различают множество разнообразных типов почв. Первая научно обоснованная классификация почв России предложена В.В. Докучаевым в 1886 г. Классификация почв В.В. Докучаева является системно-генетической, при ее разработке ученый исходил из условий и характера образования почв, подчиненных закону географической зональности. В современной классификации, разработанной экспертами продовольственной и сель-

51

скохозяйственной комиссии ООН (Food and Agriculture Organization – FAO UN), выделены типы почв, образование которых связано с почвообразующими породами, рельефом местности, почвообразовательными процессами, климатом

идлительной эволюцией деятельности человека.

ВРоссии ярче, чем в других странах, проявляется широтная зональность. Это результат большой протяженности страны с севера на юг, а также преобладания равнинного рельефа. На территории нашей страны выделяют районы с преобладанием следующего почвенного типа: тундровые, глеевые, подзолистые и дерново-подзолистые, серые и бурые лесные, черноземы, каштановые, бурые почвы полупустынь, серо-бурые и сероземы; во влажных субтропиках распространены желтоземы и красноземы.

Россия одна из немногих стран с высокой обеспеченностью земельными ресурсами – открытыми поверхностями Земли, на которых могут быть размещены природнотехногенные объекты хозяйственной деятельности, транспортные коммуникации, жилье, сельскохозяйственные территории и др. Однако количество земельных угодий, благоприятных для жизни и хозяйственной деятельности людей, относительно невелико. Наиболее плодородные чернозёмы, лугово-чернозёмные и серые лесные почвы занимают около 10 % площади страны. Доля самых ценных угодий (пашни) составляет до 7,7 % от площади страны, при этом более половины всей пашни (52 %) – это черноземы. Освоение остальных почв (малопродуктивные земли, земли тундры, заболоченные территории) требует проведения специальных агро- и лесомелиоративных мероприятий.

При неправильной эксплуатации земель, интенсивном сведении лесов, изъятии площадей под линейные коммуникации (дороги, магистральные нефте- и газопроводы), гидротехнические сооружения и объекты военно-промышленного комплекса, полигоны захоронения промышленных и быто-

52

вых отходов, и использовании других способов механического удаления плодородного слоя почвы значительно сокращается площадь ненарушенных земель сельскохозяйственного и рекреационного назначения. Сокращению площадей пахотных земель способствуют применение необоснованных с экологических позиций технологий мелиорации и повсеместной химизации (внесение пестицидов, использование химических средств защиты растений и т.п.). Все перечисленные причины способствуют процессу деградации почв. В наибольшей степени деградируют почвы агросистем; к одной из причин деградации относят упрощенный (однообразный) фитоценоз искусственных экосистем сельскохозяйственных территорий. Нарушение почвенных процессов из-за неправильной эксплуатации может сопровождаться усилением эрозии почв, заболачиванием, засолением, а также выведением из оборота вследствие загрязнения.

Деградация почв – процесс постепенного ухудшения свойств почв и потеря главного качества – плодородия, связанного с уменьшением количества гумуса, а также других питательных веществ, таких как азот, калий, фосфор, различные микроэлементы. Снижение содержания органического вещества в почве уменьшает доступность питательных веществ для почвенных организмов, что, в свою очередь, оказывает опосредованное действие на почвенные экосистемы и их функции, снижает разнообразие микроорганизмов, животных и растений, влияя на продуктивность и как следствие изменяя биоценоз всей территории.

Выделяют физическую деградацию (эрозия, переуплотнение, запечатывание и др.), химическую деградацию почвы, при которой меняется химический состав (истощение или переизбыток питательных элементов, засоление, химическое и радиационное загрязнение и др.), и биологическую деградацию – нарушение соотношения почвенных микроорганизмов, например снижение численности доминирующих видов, уве-

53

личение популяций патогенных микроорганизмов и др., что в целом ведет к нарушению круговоротов биогенных элементов и частично к изменению санитарно-эпидемиологического благополучия территорий.

Физическая деградация почв проявляется как уменьше-

ние мощности органогенного и гумусо-аккумулятивного горизонтов почв. Если происходит уничтожение всего почвенного профиля и почвенных горизонтов, то это механическая деградация. Если же измененяются конкретные физические свойства механически ненарушенного почвенного профиля, то это собственно и есть физическая деградация.

Одной из главных причин деградации почв является эрозия (лат. erosio – разъедание) – разрушение и вынос наиболее плодородных, верхних горизонтов.

Если разрушение, вынос почвенных горизонтов происходит под действием ветра, то имеет место процесс, получивший название ветровая эрозия. Процессу ветровой эрозии подвержены наибольшие площади поверхности суши

(до 34 %).

Если же процесс разрушения связан с действием потоков воды, то это водная эрозия. Процессу водной эрозии подвержено до 30 % площади суши.

На интенсивность процесса ветровой эрозии (дефляции) существенным образом влияют такие факторы, как скорость ветра, устойчивость почвы, которая обусловлена не только физическими характеристиками почвенных структур, но и наличием растительного покрова, особенности рельефа. При сильных и продолжительных ветрах возникают пыльные бури, способные за несколько часов унести до 500 т почвы с 1 га пашни, поднять в воздух килограммы взвешенных частиц, снизить прозрачность атмосферы на локальных территориях, повлиять на здоровье части населения. В России пыльные бури характерны для региона Нижнего Поволжья, Калмыкии, Ставропольского края, Башкирии и др.

54

Разрушение почв под действием водных потоков может формировать плоскостную, струйчатую, овражную, берего-

вую водную эрозию. Условия для проявления водной эрозии создают не только природные факторы (изменение русла реки), но и процессы, появлению которых способствует деятельность человека – сведение лесов, уничтожение растительности на обширных площадях, отвальная обработка почв, использование тяжелой почвообрабатывающей техники и др. Среди различных форм проявления водной эрозии значительны овражные эрозии. Оврагов на территории Русской равнины 5 млн га, и площадь их увеличивается.

Выделяют несколько причин возникновения эрозии почв:

–климатические (интенсивность и продолжительность дождя, температура воздуха, скорость, направление и время появления ветра);

–топографические (длина, крутизна, форма, экспозиция и микрорасчлененность склонов; площадь водосбора, глубина местного базиса эрозии, характер рельефа);

–почвенные (водопроницаемость, водоэрозиостойкость, зависящая от водопрочности структуры, межагрегатного сцепления и плотности агрегатов);

–биогенные (влияние жизнедеятельности беспозвоночных, создание ими каналов и пор, оструктуривание почв);

–антропогенные, формированию которых способствуют сельскохозяйственное использование земель (ирригационная эрозия – при прокладке каналов и нарушении норм поливов; пастбищная эрозия – при интенсивном и нерегулируемом выпасе скота), разрушение почв территорий горнопромышленных разработок (промышленная эрозия), нарушение территорий в зоне военных действий (военная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными.

Уплотнение почвы – вид физической деградации, связанный с изменением исходной почвенной структуры, разме-

55

ра и формы микро- и макрочастиц. Признаками уплотнения почвы является снижение пористости, проницаемости, формирование однородного слоя почвы, в границах которого затруднен доступ почвенных сообществ и корней растений к воде и кислороду. Непосредственным результатом уплотнения почвы является снижение числа доступных местообитаний для почвенных организмов. Уплотнение влияет в основном на почвенные организмы, живущие в верхних слоях почвы (дождевых червей), а также через нарушение аэрации может изменять микробную активность, влияя на пищевые цепи. Процесс уплотнения связан с использованием тяжелой сельскохозяйственной техники. Считается, что давление техники массой в 13 т на влажных почвах вызывает уплотнение глубиной до 1 м.

Запечатывание поверхности почвы происходит, когда поверхностная корка препятствует проникновению воды в более глубокие слои почвы. Этот же термин применяется для обозначения антропогенного запечатывания почв на урбанизированных территориях, когда почва покрывается непроницаемым слоем асфальта, бетона или других материалов дорожных одежд. Запечатанные почвы утрачивают свои функции, снижают адсорбционные и нейтрализующие свойства, приводят к гибели почвенных организмов.

Заболачивание почв наблюдается в переувлажненных районах, например в нечерноземной зоне России, ЗападноСибирской низменности, зоне вечной мерзлоты. Заболачивание сопровождается деградационными процессами в биоценозах, накоплением на поверхности неразложившихся остатков, ухудшением агрономических свойств и снижением продуктивности и воспроизводства лесов.

Одним из важных проявлений деградации почв является опустынивание. Опустынивание – процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения ее биологической продуктивности, который может привести к полному

56

разрушению биосферного потенциала территории. Опустыниванию подвержено Приаралье, земли в Калмыкии и Астраханской области.

Химическая деградация – ухудшение агрохимических свойств почв, вторичное засоление и осолонцевание, истощение запасов питательных элементов, привнесение новых химических веществ и соединений. В наибольшей степени этот вид деградации влияет на буферные, фильтрационные

итрансформационные свойства почвы. Химическая деградация – это:

–изменения, вызванные агрохимическими и мелиоративными процессами, связанные с потерей элементов минерального питания и гумуса, подкислением за счет высоких доз кислых удобрений и за счет окисления сульфидов в почвах, влиянием на почву избытка питательных веществ и др.;

–изменения, вызванные привнесением материальных

ихимических загрязнителей при размещении промышленных

икоммунальных отходов, связанные с внесением разных рецептур пестицидов и средств защиты растений, обусловленные разливами нефти и нефтепродуктов и др.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся виды химической деградации (засоление, изменение баланса минерального питания и дегумификация) и загрязнения почв пестицидами, нефтепродуктами.

Засоление почв может происходить естественным путем

ибыть следствием искусственного орошения, при этом соли, растворенные в воде, накапливаются на поверхности в виде соляной корки или существенно меняют соотношения минеральных элементов в почвенных растворах. Процесс засоления почв (ранее не засоленных) может происходить по причине подъема минерализованных грунтовых вод и в процессе постоянного полива и орошения земель в засушливых районах. Поднимаясь по капиллярам, испаряясь или, напротив, застаиваясь, избыток влаги вызывает заболачивание террито-

57

рии, а соли, растворенные в водной среде, аккумулируются почвенными горизонтами. Капилярный подъем и вынос солей приводит к засолению почв и ослаблению вклада в поддержание круговорота веществ.

К засоленным относятся почвы с повышенным (более 0,25 %) содержанием легкорастворимых в воде минеральных солей. Это главным образом натриевые, кальциевые и магниевые соли серной, соляной и угольной кислот. В редких случаях встречаются соли азотной кислоты. Чаще других встречаются солончаки хлоридно-сульфатные, содержащие на поверхности хлориды и сульфаты натрия (NaCl, Na2SО4).

В зависимости от количества солей и характера распределения по почвенным горизонтам различают солончаки (1–3 % солей и более), солончаковые и солончаковатые почвы. В солончаках с засолением хлоридами натрия поверхность покрыта коркой. Слабозасоленные почвы содержат 0,25–0,4 % водорастворимых солей, среднезасоленные – 0,4–0,7 %, а сильнозасоленные – 0,7–0,1 %. Легкорастворимые соли повышают осмотическое давление почвенного раствора и формируют физиологическую сухость, при которой растения страдают, как от почвенной засухи. Избыток солей ведет к изреженности и угнетению растительности, появлению дикорастущих видов растений, устойчивых к солям – растений галофитов.

Процессам вторичного засоления и осолонцевания подвержено около 30 %, в России – 18 % общей площади орошаемых земель. Засоленные почвы не имеют сплошного распространения, локальные зоны засоления встречаются в Западной Сибири, Среднем и Нижнем Поволжье. Наибольшее распространение засоления отмечено в Казахстане, Средней Азии, на юге Украины (рис. 4.1).

Для предотвращения вторичного засоления используются дренаж, восстановление фильтрационных свойств и промывание засоленных почв.

58

Изменение баланса минерального питания и гумуса связаны с избыточным внесением комплексных минеральных удобрений и навоза для повышения плодородия почв. Мировой опыт свидетельствует, что в формировании урожайности большую долю (до 55 %) составляет применение минеральных удобрений. При оценке производительности сельскохозяйственного производства не всегда учитываются процессы миграции в почву больших количеств нитратов, сульфатов, в меньшей степени – хлоридов и других соединений.

При неправильном хранении навоза на животноводческих комплексах в почву поступает большое количество нитратов. Избыточное содержание соединений азота в почве и растительной биомассе влияет на качество урожая и плодов, снижает в них содержание сухих веществ и сахаров, изменяет окрашивание и уменьшает сроки хранения. Для человека употребление сельскохозяйственных продуктов с высокими концентрациями нитратов опасно образованием под влиянием микрофлоры кишечника более токсичных нитритов.

Естественное содержание фосфора в почве небольшое. Фосфорные удобрения практически не вымываются из почвы и поэтому представляют меньшую угрозу загрязнения, но могут приводить к зафосфачиванию почв и переходу питательных элементов в плохо усвояемое для растений состояние микроэлементов, особенно железа и цинка. Фосфорные удобрения не обладают столь выраженным подкисляющим эффектом, как азотные, но они могут вызывать цинковое голодание растений и накопление стронция в получаемой продукции. Избыток фосфора может приводить к снижению урожайности и усиливает вероятность случаев некроза и хлороза у растений и плодовых деревьев.

Использование больших объемов калийных удобрений приводит к избыточным концентрациям хлоридов в почвах, грунтовых и поверхностных водах.

60