Педосфера. Педосфера лекция. Антропогенное загрязнение педосферы
 Скачать 33.43 Kb.
|
|
Антропогенное загрязнение педосферы Состояние земельного фонда и контроль за использованием земельных ресурсов Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. кв. км, или 86,5% площади суши. Под пашней и многолетними насаждениями в составе сельскохозяйственных угодий занято около 15 млн. км (10%), под сенокосами и пастбищами - 37,4 млн. км (25%). Общая площадь пахотнопригодных земель оценивается разными исследователями по разному : от 25 до 32 млн. км2. Земельные ресурсы планеты позволяют обеспечивать продуктами питания больше населения, чем имеется в настоящее время. Но вместе с тем, в связи с ростом населения, особенно в развивающихся странах, количество пашни на душу населения сокращается. Еще 10-15 лет назад на душу населения приходилось 0,45 - 0,50 га, в настоящее время - 0,35 - 0,37 га. Душевая обеспеченность пахотными угодьями колеблется в широких пределах. Для Канады она составляет 1,4 га, США - 0,63, Германии - 0,15, Японии - 0,04 га. В России на душу населения приходится 0,82 га пашни, что значительно превышает мировой показатель. В 2016 г. земельный фонд России составлял 1709,8 млн. га, в т. ч.: -земли сельскохозяйственных предприятий и граждан - 651 млн. га (38,1%) -земли населенных пунктов - 6,2 млн. га (0,4%) -земли несельскохозяйственного назначения -17,7 млн. га (1.0%) -земли природно-заповедного фонда - 20,7 млн. га (1,4%) -земли лесного фонда - 878, 1 млн. га (51,2 %) -земли водного фонда -18,1 млн. га (1.0 %) hj>^ х -запасные земли -117,8 млн. га (6.9 %) За последние 30 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,2 млн. га, пашни - на 2,4 млн. га, сенокосов - на 10,5 млн. га. Причинами такого сокращения являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, поселков, промышленных предприятий. Рассматривая проблему качества почв, следует отметить, что на больших площадях продуктивность почв снижается из-за уменьшения содержания гумуса. Только за последние 20 лет запасы гумуса сократились на 25-30 %, а ежегодные потери в целом по РФ составляют 81,4 млн. тонн. По данным агрохимического обследования, в России 16,5 млн. га пахотных земель характеризуется очень низким содержанием гумуса, 21 млн. га - низким. Содержание гумуса в черноземах центральных областей за последние 100 лет снизилось почти вдвое - с 14 до 7 %, а ежегодные потери гумуса из черноземов составляют в среднем 0,5 - 1 т/га. Около 43 % пахотных земель характеризуется низким содержанием гумуса, причем на преобладающей части территории России баланс гумуса отрицательный, т.е. расходуется гумуса больше, чем образуется. Порядок осуществления контроля за состоянием, использованием и охраной земель устанавливается действующим законодательством. На всех сельскохозяйственных угодьях должен проводиться мониторинг земель и соблюдаться государственный земельный кадастр. Мониторинг земель представляет собой систематическое наблюдение за состоянием земельного фонда с целью устранения негативных процессов. Мониторинг включает в себя систему данных: -о распределении земли между владельцами и землепользователями, -о продуктивности земельных ресурсов, -о деградации почв и загрязнении земель. Государственный земельный кадастр предназначен для обеспечения землевладельцев, землепользователей и арендаторов информацией о состоянии земель в целях организации их рационального использования и охраны. Закон о земле устанавливает размеры платы на основе земельного кадастра. Понятие о почве и почвенном плодородии Почва - это естественно-историческое, природное образование, сформировавшееся на земной поверхности при взаимодействии геологических пород и биоса ( животные и растительные организмы ) в определенных условиях климата и рельефа со временем и обладающее плодородием. Почва по В.И. Вернадскому - это важнейший компонент биосферы, уникальное, биокосное тело природы, органически сочетающее в себе живое и неживое начало и характеризующееся сложным вещественным составом. Почва представляет собой поверхностную плодородную часть земной коры. Ее толщина в среднем составляет 18-20 см, но в разных районах может колебаться от нескольких мм до 1,5 -2 м. Основным свойством почвы является ее плодородие. Под плодородием в настоящее время понимают способность почвы, как компонента биосферы, обеспечивать необходимые для жизнедеятельности растений земные факторы и условия, определяющие питательный, водно-воздушный, температурный и другие режимы. Иными словами: плодородие - это совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай сельскохозяйственных культур. Различают два вида почвенного плодородия: 1. потенциальное (естественное), которое связано с запасом гумуса и питательных веществ в почве, ее водным, воздушным и тепловым режимами. 2. актуальное (эффективное), которое определяется получением урожая не только за счет естественного плодородия, но и за счет хозяйственной деятельности человека. Уровень потенциального плодородия определяют следующие показатели: - содержание гумуса; - содержание питательных веществ (макро и микро); - гранулометрический состав; - реакция почвенного раствора; - микробиологическая и ферментативная активность почвы ; - уровень грунтовых вод. Об уровне эффективного плодородия почвы судят по урожайности сельскохозяйственных культур. Зависит эффективное плодородие не только от почвы, но и других факторов: - погодно-климатические условия; - растение (сорт, репродукция, качество семян); - фитосанитарные условия (засоренность, зараженность болезнями, заселенность вредителями); - антропогенное воздействие (обработка почвы, внесение удобрений, применение пестицидов, химическая мелиорация). Экологические функции почв Экологические функции почв в биосфере базируются на двух основополагающих ее качествах. Во-первых, почва служит средой обитания и физической опорой для огромного числа организмов, во-вторых, почва является необходимым, незаменимым звеном и регулятором всех биогеохимических циклов, т.е. через почву проходят и почва регулирует круговороты всех элементов в биосфере. Главная функция почвы - обеспечение жизни на Земле. Эта функция определяется тремя основными моментами: 1. В почве концентрируются необходимые организмам элементы питания. 2. Почва обладает способностью аккумулировать необходимый запас воды и равномерно обеспечивать живые организмы влагой. 3. Почва служит средой для укоренения растений, местом обитания для животных и микроорганизмов. Вторая функция почвы - заключается в регулировании всех потоков вещества в биосфере. Почва является связующим звеном и регулирующим механизмом в системах биологической и геологической циркуляции воды, углерода, азота, кислорода и др. элементов. Третья функция почвы - регулирование состава атмосферы и гидросферы. Почва постоянно поставляет в атмосферу различные газы, в том числе и "парниковые" (СО2, СН4). Одновременно почва поглощает кислород из атмосферы. Таким образом, в системе почва - атмосфера почва является генератором одних газов и стоком для других. В системе почва - гидросфера почва избирательно отдает в поверхностный и подземный сток растворимые в воде химические вещества, определяя тем самым гидрохимическую обстановку в водах суши. Четвертая функция почвы - накопление в почвенных органогенных горизонтах специфического органического вещества - гумуса. Пятая функция почвы - заключается в ее защитной роли по отношению к литосфере. Почва защищает литосферу от воздействия экзогенных факторов. Шестая функция почвы - это генерирование и сохранение биологического разнообразия. Почва, являясь средой обитания организмов, ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других. Седьмая функция почвы - по отношению к человеку почва является главным средством сельскохозяйственного производства и местом поселения людей. Экологические группы почвенных организмов Почвенные животные по степени их связи со средой обитания объединены в три экологические группы: • геобионты - постоянные обитатели почвы. Весь цикл их развития протекает в почвенной среде. Представителями являются дождевые черви. • геофилы - животные, у которых одна фаза развития обязательно проходит в почве. К ним принадлежит большинство насекомых (саранчёвые, жуки). Личинки их развиваются в почве, а во взрослом состоянии это типичные наземные обитатели. • геоксены - животные, иногда посещающие почву для временного укрытия. К этой группе относятся таракановые, многие полужесткокрылые (клопы), грызуны и другие млекопитающие, живущие в норах. Почвенных обитателей в зависимости от их размеров и степени подвижности объединяют в следующие экологические группы: • микробиотип (микробиота) - промежуточное звено между растительными остатками и почвенными животными. К этой группе относятся сине-зеленые водоросли, бактерии, грибы. • мезобиотип (мезобиота) - совокупность мелких подвижных животных (нематоды, клещи, ногохвостки и др.). Они многочисленны - от десятков тысяч до миллионов особей на 1 кв. м почвы. • макробиотип (макробиота) - крупные насекомые, дождевые черви и др. животные вплоть до роющих позвоночных. В этот тип включаются и корни деревьев. Особое значение в данной группе имеют дождевые черви. Численность их может достигать до 300 экз/кв.м. Они играют большую роль в рыхлении почвы, способствуя ее аэрации. Деградация почв и почвозащитные мероприятия Деградация – ухудшение свойств и плодородия почвы в результате воздействия природных или антропогенных факторов. Ежегодно в мире безвозвратно теряется вследствие различных процессов деградации около 7 миллионов гектар пахотных земель. Общая площадь разрушенных и деградированных за всю историю человечества почв составляет 20 миллионов км2, что значительно превышает всю пахотную площадь современного мира – 15 миллионов км2. Деградация почв проявляется в разных формах и распределение площадей деградированных почв следующее: - крайняя степень деградации – 1% - сильная степень деградации – 15% - умеренная степень деградации – 46% - легкая степень деградации – 38% Соотношение наиболее распространенных видов деградации таково: - водная эрозия – 56% - ветровая эрозия – 28% - химическая деградация – 12% - физическая деградация – 4% Причины деградации: 1. Отчуждение земель для нужд несельскохозяйственного пользования. По данным ООН, ежегодно толь на строительство городов и дорог в мире используется около 300 тысяч га пашни; 2. Засоление и заболачивание почв; 3. Истощение почв в результате выноса питательных веществ с урожаем культурных растений. Т.е., вынос питательных элементов превышает их внесение с удобрениями; 4. Загрязнение почв пестицидами, удобрениями, тяжелыми металлами, отходами промышленных предприятий. 5. Эрозия и дефляция почв. Перечисленные причины деградации земель определяют основные задачи охраны почв. Они состоят в следующем: 1. Межотраслевое перераспределение площадей под пашню, сенокосы и пастбища с целью обеспечить приоритет сельскохозяйственного использования; 2. Размещение несельскохозяйственных объектов на землях худшего качества; 3. Внедрение научно-обоснованных зональных систем земледелия; 4. Внедрение прогрессивных технологий мелиорации земель; 5. Рекультивация земель – комплекс мероприятий направленный на восстановление продуктивности нарушенных земель для дальнейшего использования в народном хозяйстве; 6. Защита земель от различных видов загрязнений (отходы производства, удобрения, пестициды и прочее). Охрана земель – это система мер по учету и контролю за целевым использованием земельного фонда. Эрозия почвы Эрозия – это процесс разрушения и сноса верхних наиболее плодородных горизонтов почвы под действием естественных )воды и ветра) и антропогенных факторов. Различают эрозию нормальную (естественную геологическую) и современную (ускоренную). Нормальная эрозия возникает на поверхности почвы под воздействием естественных (природных) факторов. Считается, что эрозия нормальная, если интенсивность эрозии не превышает скорость почвообразования и разрушения почвы не происходит. Такая эрозия проявляется в естественных почвах, не нарушенных деятельностью человека. Эта эрозия протекает медленно и незаметно. Современная (ускоренная) эрозия почв связана с хозяйственной деятельностью человека. Считается, что эрозия ускоренная, если интенсивность эрозии выше интенсивности почвообразования. Распашка земель, вырубка леса, интенсивный выпас скота, промышленное строительство усиливают процесс естественной эрозии. К эрозионным процессам относят: - химическое загрязнение почв (снижение плодородия почв в результате накопления пестицидов, удобрений и других агрохимикатов); - механическое перемещение почв (смещение почвы со склонов почвообрабатывающими машинами); - разрушение почв в процессе выпаса скота, лесоразработок, строительства промышленных объектов, военных действий. Различают виды эрозии: водная, ветровая, речная, ледниковая, снежная, оползневая. Наиболее распространены водная и ветровая эрозия почв. Водная эрозия и противоэрозионные мероприятия Водной эрозией называется процесс разрушения почв под действием дождевых капель и водного потока. Водная эрозия имеет следующие формы: - капельную (от действия ударов дождевых капель); - струйчатую (плоскостную); - линейную (овражную); - ирригационную. Струйчатая (плоскостная) эрозия вызывает равномерный по всей площади смыв почвы, образуя небольшие промины. Этот вид эрозии не препятствует обработке почвы. Если в процессе смыва почвы небольшие промоины перерастают в овраги и не могут быть сглажены в процессе обработки, то струйчатая эрозия переходит в линейную (овражную). Ирригационная эрозия проявляется при орошении в результате неправильного выбора уклона каналов и борозд, расчета поливных норм и т.п. Водная эрозия причиняет огромный экологический и экономический ущерб. По оценке ФАО (ФАО – продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН. Организована в 1945г. Входит 156 государств. Центр – в Риме. Цель: сбор и анализ информации о продуктах питания, продовольствии и сельском хозяйстве.), в следствие эрозии в мировом масштабе уже утрачено более 2 миллиардов га плодородных земель, в том числе 50 миллионов га пашни. Воздействию водной эрозии в настоящее время подвержено еще 6 миллиардов га земель. Ежегодно теряется 6-7 миллионов га пашни. Огромный ущерб наносит эрозия и на территории СНГ. За последние 15 лет прирост эродированных земель 3,5 миллиона га в год. Овраги ежегодно отчуждают более 100 тысяч га. Все это приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, заилению рек и водоемов, загрязнению их смывающимися с полей пестицидами, удобрениями и целому ряду других негативных явлений. Степень интенсивности эрозии почв, можно оценить по следующей шкале, приведенной в таблице 1: Таблица 1. Шкала оценки интенсивности эрозии почв (по Кузнецову М.С. и Глазунову Г.П.)
Разрушение верхнего распаханного горизонта эрозией происходит быстро, а для естественного слоя в 20-25 см требуется сотни и тысячи лет. Это видно из таблицы 2: Таблица 2.
Таким образом, монокультуры, а тем более содержание почв без растений (пар), способствуют быстрому разрушению почвы. В связи с огромным ущербом, причиняемым эрозией, ученые разработали систему мероприятий, с помощью которых можно предотвратить или свести к минимуму эрозионные процессы. Что это за мероприятия? Организационные мероприятия – изменение организации территории и севооборотов. Агротехнические мероприятия – совершенствование системы обработки почвы, почвоуглубление, посев кулисных растений, регулирование снегоотложения и снеготаяния, улучшение водно-физических свойств почвы. Фитомелиоративные мероприятия – посадка полезащитных 2-3-рядных лесных полос, улучшение естественных сенокосов и пастбищ путем засева их травосмесями многолетних бобовых и злаковых трав. Гидротехнические мероприятия – устройство на пашне водоотводящих и водозадерживающих валов, водотоков, водоемов и т.п. Дефляция и противодефляционные мероприятия Дефляция – это процесс разрушения почвы ветром (ветровая эрозия). Под действием воздушного потока происходит отделение, перемещение и отложение частиц почвы. Ветровую эрозию разделяют на местную и пыльную бурю. Местная эрозия проявляется в виде развеивания частиц почвы при малой скорости ветра (4-8 м/с). Пыльные бури – наиболее опасная и вредоносная форма ветровой эрозии. Пыльные бури возникают при большой скорости ветра, который поднимает почвенные частицы на высоту нескольких сотен метров и переносит их на сотни и даже тысячи километров. За несколько часов они способны развеять 100-150 тонн почвы с 1 га пашни. Отсутствие растительности и сухая поверхность почвы способствует ветровой эрозии. Ветровая эрозия чаще наблюдается в дневные часы, что определяется скоростью ветра. Начинается она обычно утром, в середине дня достигает максимума, а к вечеру постепенно ослабевает. Но иногда ветровая эрозия продолжается и ночью. Например, на Северном Кавказе в 1960 году при сильных продолжительных ветрах пыльные бури продолжались непрерывно в течении 60 часов. Выдувание почвы может наблюдаться в течении всего года. Но чаще это проявляется в период, когда почва вспахана и недостаточно покрыта растительностью (т.е. в ранневесенний период). Важным фактором, влияющим на развитие ветровой эрозии, является размер частиц почвы. Она начинается с перемещения частиц диаметром 0,1-0,5 мм. Вред наносимый ветровой эрозией выражается в разрушении почв, снижении урожайности, загрязнении окружающей среды. В систему противодефляционных мероприятий входят: 1. Сохранение на поверхности почвы в течении всего года растений или их остатков (стерня и т.п.); 2. Полосное размещение культур сплошного сева с пропашными культурами (зерн. - карт.), при этом полосы должны располагаться поперек направления ветров; 3. Выращивание кулисных высокостебельных культур (подсолнух, кукуруза); 4. Создание полезащитных лесных полос; 5. Приемы улучшения агрофизических свойств почвы, в первую очередь структуры (возделывание многолетних трав, внесение органических удобрений, щадящая обработка почвы). Физическая деградация почв Под влиянием антропогенного воздействия физические свойства почвы ухудшаются. Наиболее распространенной формой физической деградации является уплотнение корнеобитаемого слоя почв сельскохозяйственных полей и пастбищ. В первую очередь склонны к уплотнению слабо оструктуренные (например, песчаные) почвы, содержащие мало гумуса. Причины переуплотнения: - многократное использование на сельскохозяйственных полях тяжелой техники; - неконтролируемый выпас скота на пастбищах. Переуплотнение усиливается, если почва находится в переувлажненном состоянии. Уплотнение почв связано с деградацией почвенной структуры, уменьшением объема пор и изменениям их распределения по размерам. Уплотнение приводит к следующим нежелательным последствиям: - снижается водо- и воздухопроницаемость почвы; - уменьшается водо- и воздухоемкость почвы; - увеличивается поверхностный сток воды, вызывающий эрозию почвы; - затрудняется развитие корневой системы растений. Оптимальными показателями плотности почв считают следующие, (г/см3): - глинистые и суглинистые – 1,0-1,3 - легкосуглинистые – 1,1-1,4 - супесчаные – 1,2-1,45 - песчаные – 1,25-1,6 Дегумификация почв Дегумификация – процесс разложения гумуса в результате минерализации или эрозии, приводящий к его потерям. Наиболее активно дегумификация протекает при мелиорации торфяных почв. Процесс осушения сопровождается уменьшением мощности торфяного слоя в среднем на 2-3 см в год. Этот процесс происходит: а) за счет уплотнения торфяной массы (1,9-2,5 см/год); б) за счет минерализации и эрозии торфа (0,1-0,5 см/год). При распашке целинных почв в результате дегумификации содержание гумуса снижается на 30-40%, причем наиболее резкое уменьшение запасов гумуса происходит в первые 5-10 лет. При дальнейшем использовании почвы темпы потерь гумуса затухают и его содержание стабилизируется на более низком уровне через 30-50 лет. Человек может способствовать накоплению гумуса в почве за счет следующих мероприятий: - применение органических удобрений (подсчитано, что для создания бездефицитного баланса гумуса ежегодно в среднем в почвы следует вносить 8-10 т/га органических удобрений); - известкование кислых почв, т.к. в кислых почвах быстрее идет минерализация гумуса; - использование в севооборотах многолетних трав, т.к. в почву поступает большое количество корневых остатков; - щадящая обработка почв, т.к. в обрабатываемых (рыхлых) почвах идет ускоренная минерализация гумуса. Засоление почв Засолением называют процесс накопления растворимых солей и обменного натрия в концентрациях, снижающих продуктивность почвы. Различают 2 вида засоленных почв: - солончаковые (солончаки), характеризуются высоким содержанием растворимых солей; - солонцеватые (солонцы) характеризуются высоким содержанием обменного натрия >5-10%. Засоленные почвы характерны для засушливых территорий. Во всем мире процессам засоления подвержено около 40% орошаемых земель. Основной фактор ускоренного засоления почв – неправильное орошение. При необоснованно увеличенных нормах полива повышается уровень грунтовых вод и растворимые соли поднимаются в пахотный горизонт по капиллярам почвы. При этом происходит засоление почв. Большой вред оно наносит в Средней Азии и Закавказье. Избыток растворимых солей отрицательно сказывается на развитии растений. Например, урожай пшеницы на слабозасоленных почвах снижается на 50-60%, а на среднезасоленных погибает. Наиболее токсично содовое засоление (гидрокарбонат Na). Оно вызывает резкую смену реакции почвенного раствора (до рН 9-11), ухудшает водно-физические свойства почвы, ее структурное состояние. Для предупреждения засоления необходимо: - устраивать дренаж; - проводить полив строго по оросительным нормам; - применять физиологически кислые и Са-содержащие удобрения; - проводить химическую мелиорацию почв (вносить СаСО3(гипс)); - вводить в севооборот многолетние травы (донник, лядвенец); - соблюдать технологические нормы орошения (режим орошения должен исключать переувлажнение и иссушение почв). Химическое загрязнение почв Главными источниками химического загрязнения почв являются: 1. отходы сельскохозяйственного производства и переработки сельскохозяйственной продукции; 2. отходы животноводства; 3. минеральные удобрения; 4. пестициды и другие химические вещества, используемые в сельском хозяйстве; 5. атмосферные выпадения в районах действия химических и металлургических предприятий, ТЭЦ; 6. выбросы автотранспорта. Почвы существенно различаются по устойчивости к химическому загрязнению. Аккумуляции химических соединений в почве способствуют: - тяжелый гранулометрический состав почвы; - высокое содержание гумуса и карбонатов; - близкая к нейтральной реакция среды почвенного раствора; - высокая емкость катионного обмена в почвах. Выщелачивание загрязняющих веществ легче происходит: - из песчаных и супесчаных почв; - из почв с промывным водным режимом; - из почв с низким содержанием гумуса. В последующих лекциях мы будем более подробно изучать вопросы химического загрязнения почв: отрицательного воздействия на окружающую среду минеральных удобрений, пестицидов, отходов животноводческих ферм, отходов ЖКХ (жилищно-коммунального хозяйства). |