Экология почвы

новых площадей и реконструкцию старых. Предусмотрены другие меры,

направленные на упорядочение структуры посевов, с целью повышения удельного

веса производства зерна, кукурузы на зерно и кормовых культур, внесения

полной дозы минеральных удобрений (330—350 кг), сбалансированных по

отдельным компонентам. Особое внимание обращается на повышение уровня

мелиоративного строительства, внедрение прогрессивных мер организации

труда, экономное использование водных ресурсов на мелиоративных системах,

особенно в орошаемом земледелии.

С развитием орошаемого земледелия выдвигаются экологические проблемы.

Главная из них — борьба с вторичным засолением почв, которое возникает при

неумеренном орошении и высоком уровне грунтовых вод. Решение этой проблемы

возможно при разработке и внедрении научно обоснованных норм полива

применительно к конкретным климатическим и гидрологическим условиям

территорий.

Борьба с засолением почвы актуальна и в глобальном масштабе. Засоление

почвы происходит почти на половине орошаемых земель мира, в том числе на

30% орошаемых земель США. Хотя в нашей стране достигнуты значительные

успехи в борьбе с засолением почвы, это явление не ликвидировано до сих

пор.

При осуществлении широких мелиоративных мероприятий в зоне степей следует

иметь в виду, что новообразование грунтовых вод здесь происходит

значительно быстрее, нежели в зонах полупустынь и пустынь. Примерно за 10

лет уровень грунтовых вод может достигнуть критического состояния (1,5—2,5

м от поверхности), вызывая засоление и заболачивание почвы. Кроме того, в

условиях орошения возникает способность вторичного содового засоления почв,

так как южные черноземы и каштановые почвы в ряде районов имеют повышенную

остаточную солонцеватость и щелочность на глубине 0,5—1 м. Присутствие соды

в поверхностных горизонтах почвы вызывает ряд сложных трудно устранимых

физико-химических процессов, снижающих плодородие почвы. В степных районах

Прикаспийской низменности почти отсутствует верхняя зона пресных вод при

слабой естественной дренированности территории. В Среднем и Нижнем Поволжье

из 8,2 млн. га земель, пригодных для орошения, лишь 14,6% не потребуется

дренажа. В Зауралье к воздействию указанных факторов добавляется

необходимость учета более сокращенного по сравнению с условиями Европейской

части России вегетационного периода, когда возможна потеря части урожая

вследствие наступления ранних заморозков.

Основной экологической проблемой орошаемого земледелия в степной и

аридной зонах является предотвращение вторичного засоления почвы. Она может

решаться различными методами: гидротехническим (строительство глубокого

дренажа), мелиоративным (нормирование поливов, вплоть до перехода на

“голодные” нормы полива во влажные годы, промывка мелиоративных систем),

агрономическим (внедрение фитомелиорации, глубокое рыхление почвы).

Проблема, тесно связанная с экологической — нормирование качества

возвратной (дренажной) воды, сбрасываемой с полей орошения, содержащих

включения минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов. Она является

особенно актуальной для пустынной и полупустынной зон России, где водные

ресурсы весьма ограничены и существует опасность их истощения.

Экономия воды в орошаемом земледелии является одной из наиболее

ответственных задач водного хозяйства страны. Главный путь ее решения:

повышение коэффициента полезного действия (к.п.д.) оросительных систем,

который меняется в весьма широких пределах. Это означает, что в старых

мелиоративных системах на пути от источника водозабора до корнеобитаемого

слоя орошаемого поля теряется от 65 до 75% воды. Поэтому инженерное

переустройство оросительных систем является действенным средством не только

экономии воды, но и дальнейшего развития орошаемого земледелия.

2.2. Осушение почвы

Осушение по своей принципиальной основе противоположно орошению. Его

существо заключается в отводе избыточной влаги за пределы корнеобитаемого

слоя растений с целью улучшения водно-теплового режима почвы и повышения ее

плодородия. Осушению подвергаются переувлажненные земли и болота с целью

вовлечения последних в сельскохозяйственное производство. Поэтому осушаемые

массивы располагаются в зоне избыточного увлажнения.

Высокой заболоченностью отличаются равнинные территории с замедленным

водообменом и высоким положением уровня грунтовых вод. Много заболоченных

земель и болот имеется на Европейском Севере и Северо-Западе (около 60%

общей площади). Сильной заболоченностью отличаются Полесье, Мещерская и

Костромская низменности. Однако центром мировой заболоченности

является Западно-Сибирская низменность площадью в 1,3 млн. кв. км,

заболоченность которой составляет около 50%. Болота распространены на

территории Якутии, Дальнего Востока. Методы осушения заболоченных земель в

принципе мало отличаются друг от друга. Основной метод заключается в

понижении уровня грунтовых вод с помощью открытого либо закрытого дренажа.

В настоящее время развитие получил более прогрессивный метод осушения —

двустороннее регулирование, когда мелиоративная система может

использоваться в засушливые периоды — для орошения земель, а во влажные —

для отвода избыточных вод через дренажную сеть. Потенциальный фонд для

осушения земель в России весьма велик.

Мелиорация земель — активный метод повышения продуктивности земледелия.

Наибольший экономический эффект мелиорация земель приносит в том случае,

если она проводится в комплексе с хозяйственным освоением земель, включая

их химизацию, культур-технические работы и надлежащий уход за посевами. В

70-е годы при быстром росте осушаемых земель в отдельных районах отмечалась

тенденция отставания их хозяйственного освоения, что снижало эффективность

мелиорации. В отдельных случаях земли переосушивались (Белорусское

Полесье). Внедрение мелиоративных систем двустороннего регулирования

позволяет проводить мелиорацию более эффективно.

Неблагоприятные экологические последствия осушения земель заключаются в

их переосушении, вследствие чего снижается уровень грунтовых вод в

прилегающих территориях и происходит уменьшение величины устойчивого стока

в реки, а в ряде случаев на прилегающих территориях наблюдается подсыхание

лесов и исчезновение влаголюбивой растительности. Вместе с тем, повышенная

густота открытой осушительной сети может привести к повышению весенних

максимумов стока на малых реках. На крупных мелиоративных системах

наблюдается существенное обеднение растительного и животного мира. Низкое

качество осушительной мелиорации может привести к вторичному заболачиванию

почвы.

2.3. Применение удобрений. Пестициды

Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся десятки миллионов тонн

питательных веществ: азота, калия, фосфора, магния, серы и других, которые

необходимо компенсировать. Поэтому внесение в почву органических и

минеральных удобрений является важнейшим средством повышения плодородия

почв.

Каждый рубль затрат на минеральные удобрения приводит к возрастанию

окупаемости, оцениваемой для различных видов сельскохозяйственной продукции

от 2 до 5 руб. Особенно эффективно применение удобрений в южных районах

страны при выращивании хлопка, сахарной свеклы, плодов, овощей. В этих

условиях затраты на внесение удобрений окупаются в течение года. Данные о

повышении урожайности приводятся в табл. 1.

Таблица 1

Повышение урожайности от внесения в почву минеральных удобрений в

пересчете на 100% содержания питательных веществ

|Сельскохозяйственная |Прирост урожая на 1 т |

|культура |внесенных минеральных |

| |удобрений, т |

| |Р2О5 |N |Ка2О |

|Хлопок-сырец |5—6 |10-14 |2 |

|Сахарная свекла (корни) |50—60 |100—160|40—50 |

|Картофель (клубни) |40—80 |120 |40—60 |

|Пшеница и рожь |20—25 |15—20 |3—4 |

Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях обычно выражают в

процентах азота, фосфора и калия. В России из фосфорных удобрений широко

применяют двойной суперфосфат (до 50% P2O5), из азотных—карбамид (42—46%

N), жидкий аммиак (82,3% N), из калийных удобрений — хлористый калий

(50—62% Ка2О), из комплексных удобрений — аммофос (10— 11% N + 46—48%

Р2О5), нитроаммофос (21—22% N +21— 22% Р2О5), а также новые виды

комплексных удобрений.

При сбалансированном использовании минеральных удобрений каждый рубль на

их производство обеспечивает прибавку урожая на 10 руб. Это достигается при

соотношении азота, фосфора и калия в удобрениях 1:1,1: 0,8. Между тем,

структура производства минеральных удобрений пока не соответствует этому

соотношению. С улучшением структуры производства и использованием

минеральных удобрений должен значительно увеличиться урожай.

Химикаты в земледелии применяются при защите растений от действия

вредителей, сокращении потерь урожая при его транспортировке и хранении.

Потери урожая от действия вредителей в мире приводятся в табл. 2.

Эксперты ООН оценивают ежегодные потери урожая в 75 млрд. долл.,

которые складываются из потерь от вредителей (30 млрд. долл.), от болезней

растений (25 млрд. долл.) и действия сорняков (20 млрд. долл.). Потери

биологического урожая от действия вредителей для различных культур

составляют 30—50%. Особенно велики потери биологического урожая для хлопка,

картофеля, фруктов и винограда. Необходимость применения пестицидов —

химических средств защиты от действия сорняков, вредных насекомых, клещей,

болезнетворных грибков вызывается “биологическим взрывом” разнообразных

вредителей в мире. (Нашествие колорадского жука в США и Европе, гессенской

мухи в США, крыс в тропическом поясе и т.д.). Сельскому хозяйству приносят

ущерб около 8 тыс. различных грибков, 10 тыс. насекомых, около 2

тыс.червей.

Таблица 2

Годовые потери сельскохозяйственных продуктов в мире от действия

вредителей

|Культура |Урожай, |Потери,|Культура |Урожай|Потери, |

| |млн. т |млн. т | |, млн.|млн. т |

| | | | |т | |

|Зерновые |960-1000|500—510|Хлопок |11—12 |5—6 |

|Сахарная |210—250 |65—75 |(волокно) | |21—22 |

|свекла | | |Фрукты |66-67 | |

|Картофель |270—290 |125—135|Овощи |200 |78—79 |

|Виноград |50 |25—26 | | | |

Пестициды по воздействию на вредителей делятся на следующие группы:

гербициды — средство уничтожения сорняков, инсектициды—средство для борьбы

с вредными насекомыми, нематоциды — для уничтожения червей, фунгициды — для

борьбы с грибковыми и вирусными заболеваниями, бактерициды — для

уничтожения возбудителей болезней, дефолианты — средство для удаления

листвы. К классу пестицидов относят и ростовые вещества, используемые для

ускорения либо торможения роста некоторых растений.

Пестициды широко используются в сельском хозяйстве. По мнению зарубежных

исследователей, применение пестицидов позволяет сберечь 50% урожая хлопка,

картофеля, фруктов, увеличить на 25% производство мяса, молока и шерсти.

Защита растений позволяет потенциально сохранить 15 млн. т зерна, 10 млн.

т сахарной свеклы, 1,4 млн. т хлопка, 10 млн. т овощей. Принося, как и

удобрения, огромную пользу сельскому хозяйству, пестициды вызывают

нежелательные вторичные экологические последствия: гибель некоторых видов

полезных растений, насекомых (муравьев, пчел и др.). Некоторые виды их

(например, ДДТ) оказывали вредное воздействие на животный мир и здоровье

человека.

В 90-е годы в нашей стране стали широко применяться биологические методы

защиты растений, не оказывающие вредных воздействий на здоровье человека и

окружающую среду. Они дешевы и высокоэффективны, поэтому перспективны.

Внесение минеральных удобрений приводит к их вымыванию из поверхностных

горизонтов почвы. Особенно опасны соединения фосфора, обычно попадающие в

водоемы в связанном виде вместе с частицами почвы и способные мигрировать

на большие расстояния. При многолетнем применении больших доз фосфорных

удобрений, в особенности туков двойного суперфосфата, в почве могут

накапливаться элементы, обладающие повышенной токсичностью. Внесение

повышенных доз калийных удобрений может приводить к изменению соотношения

между калием и натрием в пастбищном корме, которое вызывает заболевания

скота.

Повышение дозы нитратов в воде неблагоприятно отражается на живых

организмах, так как под действием кишечных бактерии они переводятся в

нитриты, обладающие повышенной токсичностью. Азот мигрирует обычно в

составе водных растворов, проникая в состав как поверхностных, так и

подземных вод. Миграция соединений фосфора вместе с азотом, создавая

питательную среду для сине-зеленых водорослей и высшей водной

растительности, вызывает эвтрофикацию водоемов — загрязнение водоемов

биогенными элементами, приводящее к резкому ухудшению кислородного режима

водоема и снижению качества воды и, как следствие, к вымиранию рыб. Вода

таких водоемов становится непригодной к употреблению в пищу. За последние

годы эвтрофикация водоемов получила широкое распространение, особенно в

Западной Европе, Японии и США. Поэтому при применении химикатов необходимо

принимать меры по предупреждению отрицательных экологических последствий.

Одной из таких мер является внедрение капсулированных удобрений в

водозащитной оболочке.

3. ЭРОЗИЯ ПОЧВ (ВОДНАЯ И ВЕТРЕНАЯ) И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НЕЮ [1, с. 22]

Широкое использование земель, особенно возросшее в эпоху НТР, привело к

увеличению распространения водной и ветровой эрозий (дефляции). Под их

воздействием происходит вынос (водой либо ветром) почвенных агрегатов из

верхнего, наиболее ценного слоя почвы, который приводит к снижению ее

плодородия. Водная и ветровая эрозии, вызывая истощение почвенных ресурсов,

являются опасным экологическим фактором.

Общая площадь земель, подверженных водной и ветровой эрозии, измеряется

многими миллионами гектаров. По имеющимся оценкам, водной эрозии подвержено

31% суши, а ветровой—34%. Косвенным свидетельством возросших масштабов

водной и ветровой эрозии в эпоху НТР является увеличение твердого стока

реками в океан, который ныне оценивается в 60 млрд. т, хотя 30 лет тому

назад эта величина была почти в 2 раза меньше.

Общее сельскохозяйственное использование земель (включая пастбища и

сенокосы) составляет около 1/3 суши. В результате водной и ветровой эрозии

во всем мире пострадало около 430 млн. га земли, а при сохранении нынешних

масштабов эрозии к концу века эта величина может удвоиться.

Ветровой эрозии наиболее подвержены частицы почвы 0,5— 0,1 мм и менее,

которые при скоростях ветра у поверхности почвы 3,8—6,6 м/с приходят в

движение и перемещаются на большие расстояния. Мелкие почвенные частицы

( H2CO3). [5, с. 423-424]

Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни

показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может

отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это,

прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или

иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.

В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус ввел в обращение два термина

- кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, котoрые при

растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода

(Н+). Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде

образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН-). Термин рН

используют в качестве показателя кислотности воды. "Термин рН значит в

переводе с английского "показатель степени концентрации ионов водорода".

[5, с. 428]

Значение рН измеряется на шкале от 0 до 14. В воде и водных растворах

присутствуют как ионы водорода(Н+), так и гидроксид-ионы (ОН-). Когда

концентрация ионов водорода (Н+) в воде или растворе равна концентрации

гидроксид-ионов (ОН-) в том же растворе, то такой раствор является

нейтральным. Значение рН нейтрального раствора равняются 7 (на шкале от 0

до 14). Как вы уже знаете, при растворении кислот в воде повышается

концентрация свободных ионов водорода (Н+). Они то и повышают кислотность

воды или, иными словами, рН воды. При этом, с повышением концентрации ионов

водорода (Н+) понижается концентрация гидроксид-ионов (ОН-). Те растворы,

значение рН которых на приведенной шкале находится в пределах от 0 до 7 до 14, называются щелочными.

Следует обратить внимание еще на одну особенность шкалы рН. Каждая

последующая ступенька на шкале рН говорит о десятикратном уменьшении

концентрации ионов водорода (Н+) (и, соответственно, кислотности) в

растворе и увеличении концентрации гидроксид-ионов (ОН-). Например,

кислотность вещества со значением рН4 в десять раз выше кислотности

вещества со значением рН5, в сто раз выше, чем кислотность вещества со

значением рН6 и в сто тысяч раз выше, чем кислотность вещества со значением

рН9.

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими

загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными оксидами азота

(NOх). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в

результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а

также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы,

они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и

азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются в США, Германии,

Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей

Югославии и еще во многих странах земного шара.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озера,

реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них

погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со

значениями рН между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН

удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать,

лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН6 погибают

пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН5.5, погибают

донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и

органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон -

крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и

питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических

веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство

лягушек и насекомых.

По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают

выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует

более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий,

ртуть и свинец из донных отложений и почв [4, с. 94].

Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди,

пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с

высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также

уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего

дня механизм до конца еще не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ,

включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности

приводят к деградации лесов [4, с. 101].

Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного

исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов

долларов и к концу века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от

потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в

бассейне реки Огайо) и только в штате Минессота 40 миллионов долларов на

медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по

мнению многих специалистов, - это уменьшить количество вредных выбросов в

атмосферу.

4.2. Тяжелые металлы

Тяжёлые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности,

уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные

загрязнители, как двуокись углерода и серы, в прогнозе же они должны стать

самыми опасными, более опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы.

Загрязнение тяжёлыми металлами связано с их широким использованием в

промышленном производстве вкупе со слабыми системами очистки, в результате

чего тяжёлые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и почву,

загрязняя и отравляя её.

Тяжёлые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам,

наблюдения за которыми обязательны во всех средах. В различных научных и

прикладных работах авторы по-разному трактуют значение понятия "тяжёлые

металлы". В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают

элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам

(например, мышьяк).

Почва являются основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том

числе из атмосферы и водной среды. Она же служит источником вторичного

загрязнения приземного воздуха и вод, попадающих из неё в Мировой океан. Из

почвы тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу

более высокоорганизованным животным.

Свинцовая интоксикация

В настоящее время свинец занимает первое место среди причин

Страницы: 1, 2, 3, 4