Антропогенные изменения биосферных функций почв

Разработать модель функционирования бассейна малых рек и на ее основе оптимизировать комплексное использование водных ресурсов.

Разработать методику оценки ущерба от загрязнения вод с учетом экологической безопасности для человека и окружающей среды.

Совершенствовать методы и способы очистки природных и сточных вод.

Оценить современное состояние загрязнения поверхностных и подземных вод, выполнить его прогноз на ближайшую перспективу.

Водные ресурсы едины в пределах водосборной площади, поэтому для их управления следует использовать бассейновый подход, позволяющий поддерживать режим поверхностных и подземных вод, обеспечивающий биосферное функционирование природных экосистем и комплексное решение народохозяйственных задач.

Почвенный покров является одним из важнейших видов природных ресурсов окружающей среды любого региона мира. Его следует рассматривать как невозобновимый природный ресурс, обеспечивающий 98 % получения человеком продуктов питания и многих видов продовольствия. Не менее важна общая экологическая роль почвы в качестве основной среды обитания и жизнедеятельности всего разнообразия живых существ на Земле. Именно с почвой связано 92 % видов растений и 93 % видов животного мира. Биологическая масса растений, животных и микроорганизмов, связанная с почвенным покровом земной суши, составляет 2,5 триллиона тонн и почти в тысячу раз превышает биомассу океана.

Почва является центральным звеном глобальной биосферной системы, планетарным узлом экологических связей, объединяющим в единое целое другие структурно-функциональные составляющие этой системы: гидросферу, атмосферу, биомир планеты, земную кору. Поэтому, если человечество планирует сохранить естественную среду своего обитания - биосферу, оно должно экстренно прекратить дальнейшее разрушение и деградацию почвенного покрова.

Все более актуальной становится разработка с единых позиций программ по сбережению биологического и почвенного разнообразия, тем более что основная часть видов живых организмов на Земле пока не описана. Из общего числа 5-30 млн. видов охарактеризовано только 2 млн. Причем слабо изученными в таксономическом отношении оказались микроорганизмы - 80-90 % их видов не имеют научного описания. Если не предпринимать реальных действенных мер по сохранению почв и их географо-генетического разнообразия, то многие из числа неизученных организмов исчезнут, так и не дождавшись таксономического определения.

Широкомасштабные воздействия на окружающую среду вызвали разнообразные, в первую очередь негативные изменения биосферных функций почв.

Почва благодаря своей огромной активной поверхности в состоянии поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы, а также снижать избыточное поступление биофильных элементов, которое может привести к эвтрофированию водоемов. Эта роль почв исключительно важна, поскольку, например, радиоактивные изотопы из водной среды поглощаются организмами гораздо активнее, чем из почвы, что может привести к быстрому нарушению в них обмена веществ. Почва представляет собой сильный природный сорбент, благодаря чему оказывается мощным барьером для многих элементов и соединений на пути их миграции в водоемы стока.

Возможности сорбционной функции почв, к сожалению, не беспредельны. В настоящее время в связи с резко возросшими антропогенными нагрузками она уже во многих случаях не справляется со своими “задачами”. В результате в речные воды и водоемы поступают избыточные количества многих соединений. В результате возникает явление эвтрофирования водоемов: острый дефицит растворенного кислорода вследствие его расхода на окисление органических веществ, избыточное минеральное и азотное питание водорослей и микроорганизмов; денитрификация и десульфирование с образованием сероводорода, метана, этилена, что приводит к гибели рыбы и других животных, населяющих водоемы, заболеванию людей и животных в случае потребления загрязненной воды.

Почвы, загрязненные вредными соединениями и элементами, становятся непригодными. Так, от загрязнения рек часто страдают очень плодородные пойменные земли. На сорбционных почвенных барьерах может в десятки раз увеличиваться содержание различных канцерогенных соединений и тяжелых металлов. Например, в верхней части профиля аккумулируется свинец, особенно в гидроморфных условиях. Часть свинца вступает в биологический круговорот, что может вредить растениям.

Став фактором глобального масштаба, человеческая деятельность существенно отразилась и на атмосферных функциях почвенного покрова. В настоящее время можно достаточно надежно констатировать ослабление и изменение атмосферных функций почвы, что тесно связано с деградационными процессами в биосфере.

Особенно серьезные негативные последствия возникают при нарушении нормального газообмена в системе почва-атмосфера в результате ухудшения физического состояния почв. Это сказывается прежде всего на составе почвенной атмосферы. Наибольшие изменения в почвенном воздухе производят мелиоративные мероприятия. Важным показателем воздушного состояния почв является коэффициент аэрации - отношение концентраций О₂ к СО₂, показывающее степень отличия состава почвенного воздуха от атмосферного. Для атмосферного воздуха коэффициент аэрации равен 700. Для обычного состояния черноземов оптимальная аэрация достигается при коэффициенте аэрации 20-50, что оптимально для развития растений.

Серьезные изменения и нарушения атмосферных функций почвы происходят при химизации сельскохозяйственных угодий. Наряду с положительными изменениями почв при использовании удобрений происходит ослабление ряда их важных атмосферных функций. Так, в результате широкого применения азотных удобрений в почвах сильно снижается естественная азотфиксация. Почвы ежегодно недополучают миллионы тонн азота, усвояемого почвенными микроорганизмами.

Применение агрохимикатов, обработка полей тяжелыми сельскохозяйственными орудиями приводят к уменьшению численности и разнообразия почвенной биоты и, как следствие, к ослаблению газовых функций почв в целом. Это, в частности, прослеживается по изменению скорости газообмена у беспозвоночных животных почвы. Отмечено, что газообмен дождевых червей даже на полях с посевами трав, благоприятствующих их размножению, ниже, чем в продуктивных зональных экосистемах.

В результате антропогенного изменения почвенного покрова происходит трансформация его газовых функций. Наиболее наглядным примером может служить потеря гумусовой оболочкой углерода, накопленного в ходе эволюции Земли. В результате распашки земель, недостаточного внесения органических удобрений, осушения заболоченных почв происходит минерализация гумусовых запасов планеты, вследствие чего в атмосферу вновь возвращается углекислый газ, изъятый из нее для образования живого и гумусового вещества. Масштабы этого процесса весьма ощутимы. Подсчеты показали, что в результате уничтожения естественной растительности и минерализации гумуса антропогенно измененных почв в атмосферу поступило около 20 % СО₂ от общей прибавки углекислого газа в воздушной оболочке за техногенный период.

Ученые с тревогой отмечают сокращение углерода на суше. При этом установлено, что сокращение массы органического углерода суши происходит в основном за счет разрушения почвенного гумуса. Ускоренное окисление гумуса в результате распашки почв и использования их под пастбища привело к уменьшению в них углерода на 20-50 % и значительному, в связи с этим, пополнению поступления СО₂ в атмосферу. Эти процессы имеют тенденцию к усилению в ближайшем будущем.

Сокращение содержания фиксированного углерода на суше, особенно в почвенном покрове, и, как следствие этого, возрастание концентрации СО₂ в атмосфере свидетельствуют о явной антропогенной редукции и трансформации некоторых важнейших газовых функций почвенной оболочки Земли. Так, очевидно, что на современном этапе изменений хозяйственной деятельности почвенный покров не в состоянии эффективно выполнять функцию поглотителя и консерватора избытка СО₂ атмосферы. Более того, налицо трансформация углеродонакопительной функции почвенной оболочки в противоположную – углеродовыделительную. Это естественно, не может не вызвать озабоченности за будущее биосферы. Очевидно, что трансформация эволюционно сложившихся газовых функций почвы в глобальном масштабе - явление негативное со многими дополнительными осложнениями и отрицательными последствиями в будущем.

Особое беспокойство вызывает продолжающееся наступление человека на почвенно-растительный покров Земли, сопровождающееся дальнейшей деградацией органогенных горизонтов многих почв, в том числе торфяных - эффективных поглотителей СО₂.

Необходимо также отметить региональное и глобальное усиление функции почв как источника и приемника твердого вещества и микроорганизмов атмосферы. Активизация данной функции вызвана всевозрастающим хозяйственным процессом на Землю. Почвы оказались лишенными защитного растительного покрова на обширных пространствах пахотных угодий, а также в районах интенсивного строительства, добычи полезных ископаемых, в районах чрезмерного выпаса скота и высокой рекреационной нагрузки. Во всех этих случаях поверхность почвы в течение значительной или большей части года, а то и круглый год, непосредственно соприкасается с воздушными слоями тропосферы и подвергается эрозионному разрушению.

Поступление в атмосферу почвенных частиц и адсорбированных ими микроорганизмов суммируется с попаданием в воздух агрохимикатов с поверхности обрабатываемых почв. Это стало одним из факторов, сильно ухудшающих санитарно-гигиеническое состояние атмосферы. Так, сдуваемые с поверхности почв пестициды наносят значительный ущерб и здоровью людей, страдают или гибнут многие животные.

В эпоху техногенеза почва начала выполнять еще одну антропогенно обусловленную функцию: стала служить своего рода противогазом - поглотителем твердых, а также газообразных загрязнителей атмосферы. Механизм данного процесса достаточно сложен.

Установлено весьма значительное накопление многими почвами свинца. Источники его поступления в атмосферу многочисленны. Фактически на Земле нет ни одного региона, не испытавшего в той или иной мере воздушного загрязнения свинцом и многими другими техногенными компонентами. Определенное антропогенное загрязнение через атмосферу отмечено даже в наиболее удаленных от населенных пунктах районах ледовой зоны и Сибири.

Кроме свинца, почвы поглощают цинк, кадмий, медь, никель, марганец, ртуть, селен, железо и др. элементы. Кадмий, никель, фтор, таллий, ртуть и ряд других микроэлементов потенциально фитотоксичны.

Особенно в значительных размерах почвы накапливают атмосферные антропогенные примеси вблизи городов, промышленных объектов, шоссейных дорог. Так, в10 м от шоссейной дороги с интенсивным движением уровень свинца может быть выше фонового (10 - 20 мг/кг почвы) в 5 - 15 раз, а на расстоянии в несколько метров иногда в 30 раз. Накопление экосистемами металлов из техногенных воздушных примесей усугубляется еще и тем, что загрязненные почвы освобождаются от них в ходе естественного самоочищения, как правило, значительно медленнее, чем незагрязненные.

Антропогенное воздействие на систему атмосфера - почвенная оболочка Земли привело также к неоднозначному изменению климатообразующей функции почвы. Выделяется несколько аспектов этой проблемы.

Заметное воздействие на глобальный климат может оказывать дополнительное поступление СО₂ из почвы в результате усиления минерализации почвенного органического вещества при хозяйственном использовании земель.

Отмечаются также определенные изменения местных климатических условий в связи с антропогенной трансформацией почв. Эти изменения могут иметь различный, в том числе противоположный, характер. Так, например, в результате широкомасштабных осушительных мелиораций без двойного водорегулирования в районах их проведения стали отмечаться более частые атмосферные засухи. Причины этого понятны. Главная из них - снижение поступления в атмосферу водяного пара местного происхождения в связи с осушением почвенного покрова, что затрудняет процесс образования дождевых осадков.

В районах широкого распространения оросительных мелиораций местные климатические изменения носят уже другой характер. В таких районах нередко отмечается увеличение облачности, а также годовой суммы осадков. Изменяется также и температурный режим нижних слоев тропосферы и самой почвы.

Воздействие на климат может оказать и увеличившаяся антропогенная запыленность атмосферы, обусловленная, в частности, возрастанием содержания твердых частиц почвенного происхождения.

В последние годы обсуждается также возможное негативное воздействие некоторых газов почвенного покрова на озоновый экран. Хотя, по существующему мнению, основными разрушителями озонового экрана является техногенные загрязнители атмосферы, в первую очередь фреоны, нельзя сбрасывать со счетов и другие источники, среди которых оказывается закись азота, которая может, в частности, попадать в атмосферу в результате недоиспользования сельскохозяйственными культурами азота минеральных удобрений.

Поскольку сельскохозяйственные растения используют азот минеральных удобрений в среднем лишь на 30-50 %, загрязнение атмосферы закисью азота может представлять серьезную опасность, особенно если учесть, рост производства азотных удобрений мировой промышленностью. Опасность загрязнения атмосферы N₂О заключается в том, что закись азота, являясь вполне устойчивой в тропосфере, при попадании в стратосферу вступает в реакцию с озоном, что может способствовать нарушению сложившегося в атмосфере равновесия.

Дата добавления: 2014-11-25