При их сельскохозяйственном использовании

Ухудшение состояния почв

Эрозия и дефляция почв. Эрозию при стоке воды подразделяют на поверхностную – смыв плодородного слоя и подстилающей породы со всей поверхности почвы и линейную – смыв почвы и подстилающей породы по определённой линии. Поверхностная эрозияпроявляется в постепенном равномерном по площади удалении с поверхности наклонного рельефа почвенных частиц потоками талых и дождевых вод. С достаточно крутого склона одним сильным ливнем может быть снесён слой почвы толщиной в 40 – 50 см, причём смывается наиболее плодородный слой.

Все формы линейной эрозии относят к размывам. Последние не имеют своего продольного профиля и повторяют профиль почвы, на которой возникают. Образующиеся промоины могут достигать глубины от 0,3 до 1 м и ширины от 0,5 до 5 м. При дальнейшем поступлении воды с водосборной площади промоина перерастает в овраг, самую крупную форму линейной эрозии. Особенно негативной чертой оврагов является их тенденция к дальнейшему развитию.

Экологический ущерб от оврагов огромен. Овраги заиливают малые реки и водохранилища, создают густорасчленённый рельеф. Площадь оврагов только на территории Русской равнины составляет 5 млн. га и продолжает увеличиваться. Подсчитано, что ежедневные потери почв из-за развития оврагов достигают 100 – 200 га.

Не меньшие, если не большие, потери причиняет почвам ирригационная эрозия – разрушение, перенос и переотложение почв и грунтов водой в процессе поверхностного полива или дождевания. Накладываясь на естественную эрозию, ирригационная эрозия значительно увеличивает интенсивность потерь верхнего, наиболее плодородного слоя почвы. Смыв почвы в условиях орошения начинает проявляться уже при малых (0,002 – 0,004 м) уклонах рельефа, а эрозионно опасны уклоны больше 0,01 м. Потери почвенного покрова за счёт ирригационной эрозии очень велики. Так, в Ставропольском крае (в зоне действия Большого Ставропольского канала) смыв почвы, вызываемый атмосферными осадами, не превышает 2 – 3 т/га за сезон, тогда как за один влагозарядковый или вегетационный полив он достигал 4 – 6 т/га.

Ущерб от ирригационной эрозии многообразен: уменьшается мощность гумусового горизонта, вымываются питательные вещества, непроизводительно расходуются поливные воды, заиливаются и загрязняются удобрениями и пестицидами водоприёмники, размываются каналы, дороги, возникают овраги ирригационного происхождения, снижается урожайность возделываемых культур и качество сельскохозяйственной продукции.

Пыльные бури возникают преимущественно в холодный период года. Этому наиболее активному и опасному виду дефляции способствуют сильные перепады атмосферного давления на сравнительно недалеко отстоящих друг от друга обширных территориях, низкая увлажнённость почв, отсутствие на них снежного покрова.

Куда более опасные виды антропогенной дефляции возникают при введении в сельскохозяйственный оборот обширных территорий без учёта возможной ветровой эрозии. Распахивание целинных земель в Казахстане, над которым в зимнее время устанавливается мощный, обширный и малоподвижный антициклон – источник сильных восточных ветров со скоростью от 15 – 20 до 35 м/с – существенно активизировало пыльные бури в Калмыкии, на юге Ростовской области и Ставрополье.

Уплотнение почв ходовыми системами машинно-тракторных агрегатов. С уплотнением почв уменьшается их общая пористость, ухудшается доступ влаги к растениям, снижается аэрация и скорость фильтрации воды, затрудняется распространение корней. Чрезмерно рыхлое состояние почвы также неблагоприятно, так как почва при этом быстро иссушается, нарушается контакт семян и корневой системы растений с почвой. Плотность почв колеблется от 1,0 до 1,8 г/см³. Она зависит от механического состава, содержания органического вещества и структурного состояния почвы.

Механизация сельскохозяйственных работ негативно влияет на плотность почвы, особенно в условиях орошения. В нашем земледелии принята технология раздельного проведения вспашки, внесения удобрений, посева, боронования, междурядных обработок и т. п. Поэтому практически все типы тракторов, включая тяжёлые (МТЗ-82, 150М и др.), многократно проходят по полю, уплотняя почву на глубину от 0,3 до 1,2 м, особенно рыхлую и увлажнённую.

Поле, укатанное колесами тракторов, покрывается колеями глубиной 25 – 30 см, после обработок здесь образуются глыбы. При этом самые плодородные почвы теряют свою агрономически ценную структуру: их почвенные агрегаты деформируются, исчезают межагрегатные поры.

В определённых условиях тракторы способны уплотнять пахотный слой чернозёмов с исходных 1,3 до 1,5 г/см³, причём общее возрастание плотности прослеживается до глубины 60 – 70 см. Это приводит к возрастанию твёрдости и ухудшению структуры почв. Их водопроницаемость снижается в 1,5 – 4,0 раза, резко возрастает эрозия, а урожайность сельскохозяйственных культур существенно снижается: зерновых – на 10 – 40 %, зелёной массы кукурузы – на 8 – 40 %.

Дегумификация почв. Органическое вещество является важнейшей составляющей частью почвы; его содержание и формы в наибольшей степени определяют основное свойство почвы – плодородие. Органическая часть почвы включает все органические вещества, присутствующие в почвенном профиле, за исключением тех, которые входят в состав живых организмов. Сюда относятся отмершие части живых организмов, ещё не утратившие своего анатомического строения (корни и стебли растений, остатки микроорганизмов и животных). Совокупность всех органических соединений, утративших свое анатомическое строение в результате гумификации под воздействием почвенных микроорганизмов, составляет гумус.

Оптимальное содержание гумуса в почве обеспечивает благоприятный для растений водно-воздушный режим, хорошую прогреваемость почвы, высокую ёмкость катионного обмена, устойчивый пищевой режим. Такие почвы устойчивы к водной и ветровой эрозии, обладают высокой буферной ёмкостью по отношению к внешним факторам, т. е. способны снижать отрицательное действие высоких доз удобрений, «связывать» тяжёлые металлы и пестициды. Оптимальным принято считать такое гумусное состояние почв, которое способно обеспечить планируемый урожай при условии максимальной эффективности использования вносимых удобрений и применяемых агротехнических мероприятий.

Процесс потери почвами гумуса носит название дегумификации. Уменьшение запасов гумуса отмечается в большинстве регионов России, в том числе и в её основной житнице – чернозёмной зоне. Так, гумусированность почв Центрально-Чернозёмного района за столетие снизилась от 10 – 14 % до 7 – 10 %, содержание гумуса в чернозёмах Поволжья и Предуралья упало с 13 – 16 % до 7 – 10 % и с 10 – 13% до 4 – 7 % соответственно.

В числе основных причин, вызывающих дегумификацию сельскохозяйственных угодий, обычно называют следующие: 1) недостаточное поступление в обрабатываемые почвы растительной биомассы – «сырья» для процессов гумификации; 2) ускорение минерализации органического вещества вследствие интенсивной обработки и применения удобрений; 3) ускорение минерализации органического вещества при некоторых приёмах гидротехнической и химической мелиорации; 4) потери гумуса за счёт эрозии и дефляции;
5) отчуждение обогащённого гумусом пахотного слоя при проведении ряда сельскохозяйственных мероприятий.

Если подсчитать ожидаемые потери гумуса, то по данным ряда исследователей можно ожидать, что уже в 2010 году во многих типах почв они могут составить около половины его современных запасов в слое 0 – 20 см.

Закисление почв. Подавляющее большинство культурных растений способно хорошо развиваться и плодоносить лишь на почвах с нейтральной или близкой к нейтральной реакцией среды. Однако на земном шаре весьма распространены почвы с неблагоприятной реакцией почвенного раствора – слишком кислые или слишком щелочные. На северной половине территории России преобладают кислые почвы: болотные, подзолистые, дерново-подзолистые, таёжные. Их площадь составляет более 65 % всей территории РФ и занимает более 50 млн. га сельскохозяйственных угодий, в том числе 43 млн га пашни. Из них 28 млн га составляют почвы сильно- и среднекислые, то есть имеющие рН не выше 5,0.

Основной особенностью кислых почв является недостаток в них ионов кальция и избыток ионов водорода и алюминия, что обусловливает их крайне неблагоприятные агрохимические свойства. Прежде всего, кальций – важный элемент питания растений: его недостаток замедляет их развитие, снижает плодоношение, уменьшает зимостойкость. Понижение рН почвенного раствора отрицательно влияет на усвоение растениями азота, фосфора, калия, снижает растворимость соединений ряда микроэлементов, необходимых растениям.

В почвах с повышенной кислотностью подавляется жизнедеятельность многих полезных организмов – аммонифицирующих и нитрифицирующих микроорганизмов, азотобактерий, бактерий, разрушающих фосфорорганические соединения и т. д. В то же время некоторые формы грибов, выделяющих вещества, вредные для растений, в кислой среде прекрасно развиваются.

Все эти неблагоприятные свойства кислых почв делают их малоплодородными, и для их сельскохозяйственного освоения требуется нейтрализация реакции почвенного раствора.

В середине XX века и особенно в его последнее двадцатилетие одной из основных причин закисления почв на обширных территориях стала хозяйственная деятельность человека. Кислые атмосферные осадки с реакцией рН 4,0 – 3,5 приводят к неблагоприятным изменениям в экосистемах суши и поверхностных вод, особенно врегионах с природно-кислыми почвами. Выпадение таких осадков угнетает растения и может просто их уничтожить. Кроме кислых атмосферных осадков, подкисление почв Нечернозёмной зоны РФ вызывает использование физиологически кислых удобрений, таких как K₂SO₄, (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃ и т. п. Растения используют катионы этих солей, а анионы образуют свободные кислоты. Наиболее опасен в этом отношении сульфат аммония (NH₄)₂SO₄.

Засоление почв. Засолённые почвы содержат в своём профиле легкорастворимые соли в количествах, токсичных для сельскохозяйственных культур. Их формирование происходит в тех районах, где состав грунтовых вод и почвообразующих пород, а также режим увлажнения способствуют поступлению в почву легкорастворимых солей и их последующей аккумуляции. Большие количества растворимых солей образуются в результате выветривания горных пород, при извержениях вулканов, при выходе на поверхность отдельных участков морского дна, покрытых соленосными отложениями. Однако основную роль в соленакоплении играет водный режим, который, в свою очередь, зависит от климата и фильтрационных свойств почвы и почвообразующих пород.

При промывном водном режиме легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля с фильтрующимися водами и не накапливаются в почве. В районах с засушливым климатом, где испаряемость намного превышает количество выпадающих осадков, создаются условия для перемещения грунтовых вод и почвенных растворов из нижних горизонтов в верхние. Вместе с ними мигрируют к поверхности почвы растворимые соли, которые аккумулируются в корнеобитаемом слое. Использовать в сельском хозяйстве засолённые почвы возможно только после их коренной мелиорации.

Одним из основных видов сельскохозяйственной мелиорации является орошение сельскохозяйственных угодий в зонах с засушливым климатом. Однако при неправильном орошении происходит засоление сельскохозяйственных земель, называемое вторичным засолением. Основная причина этого явления – использование для орошения малопригодной воды.

Нетрудно подсчитать, что даже при невысокой (около 0,5 г/л) минерализованности оросительной воды в метровую толщу почвогрунтов ежегодно может поступать 2,5 – 5,0 т/га солей. Между тем, вода со (степенью минерализованности не выше 1 г/л считается пресной и вполне пригодной для орошения. Однако вследствие недостатка воды в районах массового орошения используются и так называемые воды местного стока (воды малых рек, лиманов, прудов, сточные воды, воды шахтного отлива и т. п.), которые в большинстве случаев относятся к слабоминерализованным (2 – 4 г/л). Все эти воды – быстрее или медленнее – вызывают вторичное засоление и осолонцевание почв.

Другой причиной вторичного засоления почв являются переполивы. Избыточная влага, не использованная растениями, фильтруется сквозь толщу почвогрунтов и повышает уровень грунтовых вод. В жаркий период минерализованные грунтовые воды подтягиваются к дневной поверхности и испаряются, оставляя содержащиеся в них соли в корнеобитаемом слое почвы.

Загрязнение почв в процессе их сельскохозяйственного использования. Внесение в почву минеральных удобрений является важным средством управления почвенным плодородием и увеличения продуктивности земледелия. Однако их длительное применение высокими дозами оказывает негативное воздействие на почву. Применение высоких доз азотных удобрений вызывает быструю минерализацию гумуса, азотсодержащих соединений почвы, способствует росту газообразных потерь азота. Длительное применение высоких доз азотных и калийных удобрений активизирует токсинообразующие микроорганизмы, что приводит к микробному токсикозу почв. Избыток нитритов и нитратов ухудшает качество сельскохозяйственной продукции, вызывая у человека и животных острые расстройства пищеварения и накопление в организме канцерогенных соединений.

Соединения фосфора менее подвижны, чем азотные, но и они интенсивно поступают в поверхностные и грунтовые воды, в реки и моря. Избыточные дозы фосфорных удобрений, эрозионный смыв почвы, стоки в районах интенсивного животноводства – все эти источники дают 60 – 70 % фосфора, поступающего в воды. Между тем минеральные ресурсы фосфора на Земле очень ограничены, и бесхозяйственное отношение к его запасам может привести к фосфорному «голоду» на планете. Поэтому вопрос экологически правильного применения фосфорных удобрений и повторного использования в сельском хозяйстве фосфорсодержащих промышленных отходов весьма актуален.

Применение в сельском хозяйстве калийных удобрений, особенно хлорида калия КС1, приводит к накоплению в почве хлорида калия KCl, токсичного для большинства растений. Избыточно вносимые минеральные удобрения с поверхностным и подземным стоком поступают в реки и озера и вызывают их эвтрофикацию («цветение»), резко ухудшая свойства воды.

Одним из наиболее опасных загрязнителей биосферы являются пестициды – химические средства защиты растений и животных от различных вредителей и болезней. В зависимости от цели использования их подразделяют на следующие группы: гербициды – для борьбы с сорными растениями; альгициды – для уничтожения водорослей и другой водной растительности; арборициды – для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности; фунгициды – для борьбы с грибковыми болезнями растений; бактерициды – для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями; инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми; акарициды – для борьбы с клещами; зооциды – для борьбы с грызунами; лимациды – для борьбы с моллюсками; нематоциды –для борьбы с круглыми червями; афициды – для борьбы с тлями.

Разновидностью пестицидов являются дефолианты, служащие для удаления листьев растений, десиканты, вызывающие иссушение растений, дефлоранты, удаляющие цветы и завязи, ретарданты, регулирующие рост растений, реппеленты, отпугивающие насекомых, и некоторые другие.

Самую обширную группу пестицидов как по масштабам практического применения (40 – 50 %), так и по ассортименту выпускаемых препаратов (около 40 %) составляют гербициды, то есть средства борьбы с сорняками.

По характеру действия гербициды можно подразделить на две подгруппы:

– сплошные, действующие на все виды растений и использующиеся для уничтожения нежелательной растительности на определённых территориях;

– избирательные (селективные), опасные для определённых видов растительности и используемые для уничтожения сорняков в агроценозах.

Пестициды используют в виде суспензий, эмульсий, порошков и гранул, концентрированных и коллоидных растворов и распыляют с помощью распылителей разного объёма и мощности, вплоть до распыления при помощи сельскохозяйственной авиации. Естественно, что с воздушными массами они могут переноситься на большие расстоянияи вызывать загрязнение окружающей среды там, где пестициды вообще не применялись или использовались в неизмеримо меньших количествах.

Все пестициды являются ядовитыми веществами не толькодля определённой – вредной для человека – формы жизни, но и для полезных микроорганизмов, животных, птиц и человека. В идеальном случае пестицид, оказав требуемое воздействие на вредителя, должен был бы разрушиться, образовав безвредные продукты разложения. Однако большинствопестицидов представляют собой устойчивые трудноразлагающиеся соединения, из которых используется по назначению приблизительно 4 – 5 % внесённого количества. Остальная масса рассеивается в агроэкосистеме, попадая в почвы, растения и другие компоненты окружающей среды, что создаёт сложные экологические проблемы, особеннопри систематической обработке больших площадей.

В зависимости от устойчивости к процессам разложения пестициды подразделяются на слабостойкие (сохраняются в окружающей среде от 1 до 12 недель), среднестойкие (сохраняются 1 – 18 месяцев) и очень стойкие (сохраняются два года и более). При определённых условиях метаболиты пестицидов дают метаболиты второго порядка и т. д., значение влияния которых на окружающую среду во многих случаях непредсказуемо. Вредное действие пестицидов приводит к уничтожению хозяйственно-нейтральных и даже полезных видов растений и насекомых. Иногда они являются причиной появления устойчивых популяций вредителей, от которых трудно избавиться. Так, на смену одним видам вредных организмов приходят другие, которые вырабатывают иммунитет и способны выживать даже после самых эффективных обработок. Для преодоления иммунитета устойчивых особей вредителей к пестицидам приходится увеличивать дозы препаратов, а это усиливает опасность загрязнения окружающей среды.

В настоящее время в результате интоксикации хлорорганическими препаратами сильно сократилась численность птиц, особенно хищных. Инсектициды весьма опасны для плотоядных животных, так как они постепенно концентрируются в живых организмах по мере продвижения к конечным звеньям пищевых цепей. Здесь инсектициды действуют как кумулятивные яды.

Особенно устойчивы ко всем видам разложения хлорорганические инсектициды – гексахлоран, ДДТ и другие – которые могут сохраняться в почве десятилетиями, накапливаясь при систематическом применении. Напротив, фосфорорганические инсектициды – карбофос, фосфамид, метафос и другие – в почве и других природных средах распадаются сравнительно быстро. Поскольку они при этом отличаются высокой эффективностью и избирательностью действия, их применение весьма перспективно. Широко используются в современном сельском хозяйстве карбаматные инсектициды. Отличаясь высокой токсичностью для некоторых видов насекомых, эти препараты почти полностью безвредны для теплокровных позвоночных и человека.

Современное сельское хозяйство трудно представить себе без пестицидов. Их применение резко снижает потери урожаев сельскохозяйственных культур, в 2 – 3 раза сокращает затраты на производство сельхозпродукции. Масштабы применения пестицидов неуклонно растут, их годовое производство в мире превысило 2 млн т, а ассортимент насчитывает более 100 тыс. наименований. Но параллельно с этим растёт и их побочное негативное действие на животный мир, почву, водоёмы, культурные и полезные дикорастущие растения. Поэтому пестициды допустимо использовать лишь там, где химические средства защиты пока нельзя заменить биологическими.

Дата добавления: 2014-01-20