Основы экологии

Технология утилизации осадков на ОСВ заключается в следующем. Осадок сбраживается в метантенках при температуре 50 "С, затем его подсушивают на иловых картах. При таком технологическом процессе уменьшается содержание воды в осадке, упрощается его перевозка и практически уничтожаются все гельминты, благодаря чему в санитарно-гигиеническом отношении осадок не представляет опасности при его применении в качестве удобрения. Подсушенный на иловых картах осадок складируют в бурты, он имеет влажность до 50 %, темный или темно-серый цвет, специфический запах. После соответствующих анализов на наличие солей тяжелых металлов его можно использовать как удобрение. По содержанию азота, фосфора оно превосходит навоз, но уступает ему по содержанию калия. Зарубежный опыт свидетельствует, что 70--80 % осадков сточных вод идет на удобрения, при этом получают повышенные урожаи.

По данным полевых опытов, при внесении ОСВ в почву в дозе 40--60 т/га прибавка урожайности яровой пшеницы на выщелоченном черноземе составляет от 27,7 до 48,6 %. Результаты трехлетних вегетационных опытов с кукурузой, картофелем, томатом, суданской травой показывают, что в вариантах с использованием чистых осадков и их смесей с почвой биомасса культур в 2--3 раза выше, чем на контроле. Результаты химического анализа сельскохозяйственных культур, выращенных на чистом осадке, свидетельствуют, что концентрация солей тяжелых металлов в них не превышает предельно допустимых норм и показателей на контроле.

Во избежание отрицательного последействия осадков и в целях ограничения внесения в почву вредных соединений применение ОСВ на одном и том же поле допускается не более одного раза в 5 лет.

Недостаточная проработка на предпроектной стадии в результате слабой экологической подготовки специалистов часто ведет к негативным последствиям, к мнимой экономии. Вот пример. Совхоз «Краснодонский» имеет свинокомплекс на 108 тыс. голов (самый крупный в Волгоградской области). Однако в связи с тем что при проектировании не учтена возможность сельскохозяйственного использования сточных вод, в совхозе недостаточно водных и земельных ресурсов для организации орошения. В настоящее время действуют лишь две очереди орошения общей площадью 505 га, что является явно недостаточным для утилизации всего объема навозных стоков. Поля орошения работают с большой нагрузкой. Кроме того, на поля орошения не подведена речная вода и они орошаются навозными стоками без разбавления. Это создает угрозу загрязнения почвы, растений и подземных вод.

Доказано, что химический состав сточных вод комплексов крупного рогатого скота позволяет использовать их для внутрипочвенного орошения люцерны после предварительного осветления и трехкратного разбавления. Это приводит к экономии минеральных удобрений и повышает плодородие почв.

Опыт освоения песков в Сирии, Ливии, Алжире и других странах показывает, что при выращивании многих плодовых и сельскохозяйственных культур на песках можно использовать воду с уровнем минерализации до 10 г/л. В некоторых из этих стран в связи с малым запасом пресных вод, что характерно и для Прикаспия, принят закон, обязывающий крестьян проводить в целях полива смешивание пресных и минеральных вод. Это позволяет более рационально использовать водные ресурсы. При этом в Израиле и Алжире орошение на песчаных землях проводят методом дождевания и исключительно в ночной период, что снижает процессы испарения, увеличивает продуктивность фотосинтеза и в целом улучшает водопотребление растений.

Самоочищение воды происходит не только на земледельческих полях орошения и полях фильтрации, но и в самом русле реки. Здесь протекают биохимические и физико-химические процессы, благодаря которым восстанавливаются химические и биологические качества воды. Сточная жидкость и нечистоты, попадая в водоемы, разбавляются водой. Часть микробов оседает на дно и там разрушается. Болезнетворные бактерии гибнут под влиянием света, неблагоприятной для них температуры, бактерицидного действия растворенного в воде кислорода. Огромное количество бактерий пожирают одноклеточные простейшие, рачки и другие зоопланктонные организмы.

Полноводность и степень загрязнения любой реки во многом зависят от ее притоков. Малые реки -- это своего рода капилляры, питающие крупные водные артерии, поэтому нуждаются в особой заботе. Примером хозяйского отношения к малым рекам служит опыт Брянской области. По ее территории протекают или берут здесь начало десятки речек. За последние десятилетия они обмелели. Для того чтобы оздоровить эти реки и дать им вторую жизнь, разработан и осуществляется комплекс мероприятий. Не допускается уничтожение растительности по берегам водоемов, проводят обсадку и закрепление берегов рек, балок и оврагов, усилена охрана водоемов от загрязнения, строят водорегулирующие плотины. В благоустройстве малых рек активно участвуют коллективные члены Общества охраны природы -- колхозы и совхозы.

Однако такое отношение к малым рекам проявляют не везде. Нередко вырубают прибрежные леса и кустарники, что создает условия для возникновения эрозии. Это совершенно недопустимо, так как пойменные леса как водоохранные и почвозащитные относятся к первой категории, где рубки, кроме санитарной, запрещены.

5. Экология почвы

Почва -- основное средство производства в сельском хозяйстве

Почва как естественно-историческое тело представляет собой поверхностный слой земной коры, обладающий свойством давать урожай и являющийся объектом обработки земледельцем. По определению В.А.Ковды, почвенный покров -- это сложная многокомпонентная открытая система бесконечно большого числа первичных локальных почвенных разностей, аккумулирующих потенциальную энергию, влагу и питательные вещества, что обеспечивает существование и воспроизводство растительных организмов. Ее толщина в среднем составляет 18--20 см, хотя в различных районах суши может быть от нескольких миллиметров до 1,45--2,0 м. На формирование почвы уходят тысячелетия взаимодействия воды, воздуха, тепла, растительных и животных организмов и особенно микроорганизмов с почвообразующей горной породой.

Почва -- геохимический аккумулятор всех элементов; она удерживает и предохраняет их вынос со стоком. Гумус -- главное богатство почвы, основа ее важнейших функций, обеспечивающих стабильность экосистем и биосферы в целом. Он накапливает в себе громадное количество солнечной энергии как продукт преобразования растительных материалов. Потери 1 см гумусового слоя на 1 га соответствуют 2--4 т гумуса, что приводит к снижению урожайности зерновых на 0,05 -- 0,2 т/га. Подсчитано, что общая потенциальная энергия, содержащаяся в гумусе почв всего земного шара, примерно равна общей энергии, накопленной в процессе фотосинтеза во всей фитомассе нашей планеты.

Гумус почвы определяет ее общее естественное плодородие. Высокая буферность по отношению к физическим и химическим воздействиям придает почве стабильность. Будучи устойчивой динамической системой с установившимся обменом веществ, она способна противостоять временным перегрузкам, вызванными природными факторами (наводнение, эрозия, морозы, засухи и др.). Но почва весьма чувствительна к длительным воздействиям многих антропогенных факторов (использование пашни, сенокосов, пастбищ, применение техники и др.). От деятельности человека в значительной мере зависит уровень плодородия.

Почва -- незаменимый природный ресурс. Наука пока не в состоянии рекомендовать пути замены естественных почв искусственными. Как бы ни были совершенны способы выращивания растений без почвы (гидропонный, пластопонный, аэропонный), они не могут заменить ее. Поэтому задачей первостепенной важности было и остается поддержание способности почвы к самовозобновлению в процессе почвообразования.

В развитых странах распаханность земель стабилизировалась. Считается экономически более выгодным интенсификация земледелия, чем расширение пахотных земель. Полагают, что площадь пашни можно довести до 20-25 % площади суши посредством орошения земель в аридных условиях, осушения болот и мелководий, расчистки мелколесья, уборки камней. По данным ФАО, до 70 % земельных ресурсов мира приходится на малопродуктивные угодья. Итак:

· Почва - поверхностный слой земной коры, образующийся и развивающийся в результате взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов, горных пород и являющийся самостоятельным природным образованием

· Почва -- это особое биокостное природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе.

· Почва -- это сложная экосистема, обеспечивающая рост растений.

· Почвы -- это медленно возобновляемый ресурс.

Процессы почвообразования протекают очень медленно, со скоростью от 0,5 до 2 см за 100 лет.

Мощность почвы невелика: от 30 см в тундре до 160 см -- в западных черноземах.

Одна из особенностей почвы -- естественное плодородие -- формируется очень длительное время, а уничтожение плодородия происходит всего за 5--10 лет

1. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км² или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают около 15 млн. км² (10% суши), сенокосы и пастбища -- 37,4 млн. км² (25% суши). Общая пахотнопригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км².

2. В.В. Докучаев -- основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.

3. Земельный фонд РБ- 20,7 млн.га

Почва состоит из нескольких горизонтов (слоев с одинаковыми признаками), возникающих в результате сложного взаимодействия материнских горных пород, климата, растительных и животных организмов (особенно бактерий), рельефа местности. Для всех почв характерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.

Горизонт 0 -- свежий опад, частично разложившаяся лесная подстилка, дернина

Горизонт A -- дерновый или гумусовый (пахотный Ап) горизонт темно-окрашенный, содержащий гумус, обогащен минеральными веществами и имеет для биогенных процессов наибольшее значение.

Горизонт В -- иллювиальный или подпахотный горизонт иллювиальный слой, обычно плотный, бурый или коричневой окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.

Горизонт С -- измененная почвообразующими процессами материнская порода.

Гумус -- органическое вещество, наиболее устойчивое к разложению и поэтому сохраняющееся после того, как основной процесс разложения уже завершен. Постепенно гумус также минерализуется до неорганического вещества. Перемешивание гумуса с почвой придает ей структуру.

Обогащенный гумусом слой называется пахотным, а нижележащий слой -- подпахотным.

Основные функции гумуса сводятся к серии сложных обменных процессов, в которых участвуют не только азот, кислород, углерод и вода, но и различные минеральные соли, присутствующие в почве. Под гумусовым горизонтом располагается подпочвенный слой, соответствующий выщелоченной части почвы, и горизонт, отвечающий материнской породе.

Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной.

· В твердой фазе преобладают минеральные образования и различные органические вещества, в том числе гумус, или перегной, а также почвенные коллоиды, имеющие органическое, минеральное или органоминеральное происхождение.

· Жидкую фазу почвы, или почвенный раствор, составляет вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями, а также газами.

· Газовую фазу почвы составляет "почвенный воздух", включающий газы, заполняющие свободные от воды поры. 1% со2

· Важным компонентом почвы, способствующим изменению ее физико-химических свойств, является ее биомасса, включающая кроме микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы, одноклеточные) еще и червей и членистоногих.Значение почв в природе

Значение почвы в природе

1. Почва как среда обитания живых организмов

Почва является наиболее благоприятным субстратом или средой обитания для подавляющего большинства живых существ-- микроорганизмов, животных и растений. Показательно также, что по их биомассе почва (суша Земли) почти в 700 раз превосходит океан, хотя на долю суши приходится менее 1/3 земной поверхности.

2. Почва участвует в круговороте веществ

3. Почва является геохимическим аккумулятором всех элементов

Свойство различных почв по-разному аккумулировать разнообразные химические элементы и соединения, одни из которых необходимы для живых существ (биофильные элементы и микроэлементы, различные физиологически-активные вещества), а другие являются вредными или токсичными (тяжёлые металлы, галогены, токсины и пр.) для растений и животных, человека. В агрономии, ветеринарии и медицине такая взаимосвязь известна в виде так называемых эндемических болезней, причины которых были раскрыты только после работ почвоведов(селен, йод).

4. Почва является источником питания растений

5. Почва является основным объектом с.-х. производства . Экономическое значение Почву часто называют главным богатством любого государства в мире, поскольку на ней и в ней производится около 90% продуктов питания человечества. Деградация почв сопровождается неурожаями и голодом, приводит к бедности государств, а гибель почв может вызвать гибель всего человечества

5.1 Элементы плодородия почвы

Основное свойство почвы -- плодородие. Это:

· совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай с.х. растений

o способность почв обеспечивать потребность растения в элементах питания, воде, воздухе, тепле, рыхлости для корней и прочих благоприятных условий произрастания.

o результат почвообразовательного процесса. Почва и плодородие не отделимы одно от другого.

o эмерджентное свойство почвы.

Различают потенциальное (естественное), искусственное и эффективное плодородие почвы

· Потенциальное плодородие почвы(П_е) определяется общим запасом в почве питательных веществ, влаги, а также другими условиями жизни растений.

· Искусственное плодородие почв (П_и)-- это результат агрономического воздействия на почву, целиком зависящее от антропагенного воздействия.

· Эффективное (или актуальное, экономическое)(П_э) плодородие почвы -- возможность использования элементов плодородия растениями в данном году, т.е. возможность земли продуцировать биомассу растений, это совокупноть естественного и искусственного плодородия. П_э = П_е+П_и

· зависит прежде всего от проведения всего комплекса агротехнических мероприятий. Эффективное плодородие почвы -- очень динамичное свойство почвы, способное быстро изменяться под влиянием природных условий и агротехнических приёмов, количественно - это единица с.х. продуции на единицу площади .

При большом потенциальном плодородие почвы эффективное может быть небольшим, и, наоборот, при соответствующем уровне агротехники можно обеспечить высокое эффективное плодородие малоплодородных почв.

Важнейшие элементы плодородие почвы:

1. содержание необходимых для растений питательных веществ и их формы (внесение минеральных и органических удобрений.)

2. наличие доступной для растений влаги, уровень устойчивости влажности;

3. хорошая аэрация почвы как важное условие развития корневых систем,

· жизнедеятельность микроорганизмов, обеспечивающих разложение органических и накопление питательных веществ в форме, усвояемой для высших растений; механических состав, структурное состояние и строение;

· содержание токсических веществ; реакция и др.

Сумма этих свойств определяет уровень окультуривания почвы.

Главным приём регулирования запасов питательных веществ в почве, в особенности в доступных растениям подвижных формах, --

1. внесение минеральных и органических удобрений.

2. существенное значение имеют введение в севообороты бобовых культур и улучшение условий для жизнедеятельности азотобактера и других организмов, усваивающих азот из атмосферы.

3. Устранение повышенной кислотности достигается известкованием почв, а повышенной щёлочности (солонцы) -- гипсованием почв.

4. Плодородие почвы сильно снижается при наличии в ней вредных химических соединений (закисных соединений железа, подвижных соединений алюминия), накапливающихся обычно в условиях застойного переувлажнения.

5. Регулирование запасов влаги в почве достигается с помощью агротехнических и гидротехнических мероприятий (зяблевая вспашка, снегозадержание, ранневесеннее боронование, междурядная обработка посевов, орошение, осушение и др.).

6. Наиболее высоким эффективным плодородие почвы характеризуются почвы, которые наряду с достаточным количеством влаги имеют хорошую аэрацию.

7. Низкое плодородие почвы нередко зависит от наличия патогенных организмов. Устранение их химическими (стерилизация, внесение фунгицидов, нематоцидов и др.) и агротехническими средствами (севооборот, обработка) резко повышает эффективное

5.2 Эрозия почв, ее виды. Защита почв от эрозии

Разрушающее воздействие воды, ветра и антропогенных факторов на почву и подстилающие породы, снос наиболее плодородного верхнего слоя или размыв называется эрозией. Эрозия причиняет большой вред.

В результате ее деятельности происходит смыв гумусового горизонта, истощаются запасы энергии и питательных веществ в почве, а следовательно, уменьшается энергетический потенциал, снижается плодородие. Достаточно сказать, что каждый смытый сантиметр почвы -- это потеря с 1 га поля около 167472*10⁶ Дж энергии. Указанные факторы приводят к нарушению стабильности экосистемы, причем эти изменения могут быть глубокими и даже необратимыми.

Виды эрозии. По темпу проявления эрозионных процессов различают нормальную, или геологическую, и ускоренную, или антропогенную, эрозию.

Нормальная эрозия протекает повсеместно под лесной и травянистой растительностью. Она проявляется в очень слабой степени, почва полностью восстанавливается в течение года благодаря почвообразовательным процессам.

Ускоренная эрозия развивается там, где естественная растительность уничтожена и территорию используют без учета ее природных особенностей, в результате чего процесс смыва почвы не покрывается процессами ее самовосстановления. Различают древнюю и современную эрозию почвы. Древняя представлена гидрографической сетью (ложбина, лощина, балка, долина). Древняя эрозия прекратила свое действие. Современная эрозия протекает на фоне древней, она вызвана как природными факторами, так и хозяйственной деятельностью человека.

Наиболее распространены следующие виды эрозии почвы: водная плоскостная (смыв) и линейная, или вертикальная (размыв); ветровая (дефляция); ирригационная; промышленная (техногенная); абразия (обрушение берегов водоемов); пастбищная (разрушение почвы скотом); механическая (разрушение почвы сельскохозяйственной техникой).

Плоскостная эрозия -- это смыв верхних горизонтов почвы на склонах при стекании по ним дождевых или талых вод сплошным потоком или ручьями. По степени смытости различают почвы слабо-, средне- и сильносмытые. К слабосмытым почвам относятся почвы, у которых верхний горизонт А смыт до половины своей мощности, среднесмытые -- горизонт А смыт более чем на половину, сильносмытые -- частично смыт горизонт В. На слабосмытых почвах урожай зерновых снижается до 25 %, среднесмытых -- на 50 и сильносмытых -- на 70 %.

Линейная эрозия вызывается талыми и дождевыми водами, стекающими значительной массой, сконцентрированной в узких пределах участка склона. В результате происходит размыв почвы в глубину, образуются глубокие промоины, рытвины, которые постепенно перерастают в овраги. В зависимости от почвенно-климатических условий рост и формирование оврага идут со скоростью от 1-3 до 8--25 м в год.

Особенно опасна плоскостная эрозия, дающая толчок для развития оврагов, прежде всего тем, что ее проявление слабо заметно. Если с пашни площадью 1 га смыт слой почвы мощностью всего 1 мм в год, т.е. примерно 10 т, это остается незамеченным, хотя во многих случаях естественное возобновление почвы значительно ниже. Другой пример еще более нагляден. Если на поле в 100 га образовался овраг длиной 100 м, шириной 5 м и глубиной 2 м, то потери почвы и подпочвы составляют 600--800 м³. Утраты же от смыва самого плодородного верхнего слоя толщиной 1 см с такой же площади (100 га) эквивалентны потере примерно 10 000 м³ почвы. Чтобы яснее представить величину ущерба, следует иметь в виду, что допустимый уровень эрозии для мощных черноземов равен 3 т/га, обыкновенных и южных -- 2,5, темно-каштановых почв -- 2 т/га. Однако реальные потери почвы часто превышают указанные пределы ее естественного восстановления.

С увеличением распаханности земель борьба с этим явлением приобретает все большее значение. Поэтому повсеместной охране лесов и всего растительного покрова, особенно в горно-холмистой местности, правильной их эксплуатации следует уделять постоянное внимание.

Ветровая эрозия, или дефляция, наблюдается как на легких, так и на тяжелых карбонатных почвах при высоких скоростях ветра, низкой влажности почв и невысокой относительной влажности воздуха. Поэтому она преимущественно возникает в засушливых степных районах страны. Распашка легких почв, их рыхление особенно опасны весной, когда они лишены защитного зеленого покрова, что делает их уязвимыми к дефляции. Ветровая эрозия проявляется в виде повседневной или местной дефляции и в виде пыльных или черных бурь.

Пыльные бури подобно зимним метелям развевают рыхлый слой, поднимают легкие и мелкие частицы и переносят их на то или иное расстояние. Самые легкие частицы почвы поднимаются высоко в воздух и уносятся далеко за пределы своего местонахождения, а более тяжелые скачкообразно или переваливанием перемещаются до первого препятствия. Наибольшую опасность представляют скачущие почвенные частицы. Они, ударяясь о почву, разрушают ее, увеличивают выдувание, а при встрече с неокрепшими посевами или многолетними травами засекают и засыпают их. На больших открытых пространствах скачущие почвенные частицы подобно цепной физико-химической реакции с продвижением урагана вперед вызывают в почве все большие и большие разрушения. Пыльные бури на своем пути частично или полностью уничтожают посевы на больших пространствах, засыпают дороги, оросительные каналы, различные постройки, безвозвратно сносят верхний, самый плодородный слой почвы. Пыльные бури, загрязняя окружающую среду, воду, воздух, отрицательно влияют на здоровье человека, домашних и диких животных.

Ветровая эрозия в связи с вырубкой леса и распашкой новых земель охватывает все новые районы вплоть до лесостепи и даже тайги ^Ульяновская область, Казанское Заволжье, бассейн реки Лены.

Ирригационная эрозия часто наблюдается в районах орошаемого земледелия, в зоне ее деятельности выводятся из строя постоянная и временная мелиоративные сети. Основные причины ее размыва -- слабое закрепление дна и откосов каналов, недостаточное количество сопрягающих сооружений при их армировании, увеличение уклонов, слабая инфильтрационная способность почвы, просадка грунтов, ведущая к нарушению нормального профиля каналов, их засорение, повышенный расход воды в поливных бороздах или полосах. При эксплуатации оросительных систем на отдельных участках теряется по разным причинам до 20--45 % воды вследствие фильтрации и утечки, что также способствует эрозии почвы. Ирригационная эрозия проявляется даже в условиях небольших уклонов при увеличении поливной струи. Орошение без учета поливных норм и погодных условий вегетационного периода приводит к накоплению солей в пахотном слое почвы, что порой не только снижает плодородие почвы, но и полностью выводит такие участки из сельскохозяйственного пользования.

Промышленная эрозия возникает в результате разработок полезных ископаемых, особенно открытым способом, строительства жилых и производственных зданий, прокладки дорожных магистралей, газо- и нефтепроводов.

При эрозии, называемой абразией (обрушение берегов рек и других водоемов), сокращается площадь пашни и пастбищ, заиляются водоемы.

В связи с перегрузкой пастбищ скотом значительные площади подвергаются пастбищной (тропочной) эрозии. Она проявляется при нарушении норм пастьбы, проведении ее без учета поголовья скота, емкости пастбищ и лугов, при прогоне скота по одним и тем же участкам, без полива мест прогона дождеванием в жаркую погоду.

Эрозия -- враг плодородия. Подсчитано, что каждую минуту на земном шаре выходит из сельскохозяйственного оборота 44 га земель. От эрозии каждый день безвозвратно теряется более 3 тыс. га, а всего уже утрачено свыше 50 млн га плодородных земель. От смыва, размыва и выдувания почвы урожай всех сельскохозяйственных культур в среднем снижается на 20-40 %. Однако урон, наносимый эрозией, этим не исчерпывается. Образование на поверхности почвы промоин, ложбин и оврагов затрудняет обработку земель и снижает производительность почвообрабатывающей и уборочной техники. Эрозия почвы, а следовательно, разрушение мест обитания растений и животных в биогеоценозах приводят к нарушению сложившегося биологического равновесия в природных комплексах.

Следует, однако, отметить, что ускоренная эрозия не является неотвратимым процессом. Высокий уровень агротехники обеспечивает своевременное проведение комплексной защиты от эрозии.

Факторы проявления эрозионных процессов

1. рельеф. Чередование плоских равнин и возвышенностей в результате деятельности ледников. Новогрудок -330м, Минск - 350 м, Гродненская обл. 200-250м

2. климат. 3 климатические зоны (северная, Центральная и Южная)

3. Почвенный покров и почвообразующие породы (плоскостная на суглинках, ветровая на торфяниках) Северная и Центральная части - водная эрозия, Южная -ветровая эрозия

4. растительность,

Борьба с эрозией почвы.

Эрозия возникает в результате нерациональной хозяйственной деятельности, неправильного использования земельных угодий, низкой агротехники в некоторых хозяйствах. Выпас животных без соблюдения нормы стравливания и нагрузки скота по склонам балок И оврагов, вспашка почвы и междурядные обработки вдоль склонов, непродуманное строительство дорог и т.д. на фоне древней эрозии способствуют появлению и быстрому росту новых ее очагов.

Смыв и размыв земель приводят к заиливанию водоемов, обмелению рек, засорению оросительной сети. Потери несут также рыбное хозяйство, транспорт, энергохозяйство. Урон в сельском хозяйстве от засухи, болезней растений и животных и т.д. значительно меньше, чем от эрозии почвы.

Борьба с этим явлением -- одно из ведущих звеньев высокой культуры земледелия. Для каждой природной зоны в соответствии с ее физико-географическими условиями (почва, климат, рельеф) разработаны системы земледелия. Успех защиты от эрозии во многом зависит от соблюдения основных правил агротехники, применяемых в конкретном районе, и от характера использования земли.

В районах распространения ветровой эрозии необходимы почвозащитные севообороты с полосным размещением посевов и паров, кулисы, залужение сильноэродированных земель, буферные полосы из многолетних трав, внесение удобрений, снегозадержание, закрепление и облесение песков и других непригодных для сельскохозяйственного использования земель, регулирование пастьбы скота, выращивание полезащитных лесных полос, а также безотвальная обработка почвы с оставлением стерни на ее поверхности.

В зонах развития водной эрозии обработку почвы и посев сельскохозяйственных культур следует проводить поперек склона, применять контурную и гребнистую вспашку, углубление пахотного слоя, щелевание и другие способы обработки, уменьшающие сток поверхностных вод; обязательны почвозащитные севообороты, полосное размещение сельскохозяйственных культур, залужение крутых склонов, внесение удобрений, выращивание полезащитных и противоэрозионных лесных полос, облесение оврагов, балок, песков, берегов рек и водоемов, строительство противоэрозионных гидротехнических сооружений (перепады, пруды, террасирование, обвалование вершин оврагов и др.).

В горных районах необходимы противоселевые сооружения, террасирование, облесение и залужение склонов, конусов выноса, регулирование выпаса скота, сохранение горных лесов.

Все перечисленные мероприятия принято делить на группы: организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические.

Для практического осуществления противоэрозионных работ прежде всего требуется проведение ряда организационно-хозяйственных мероприятий. К ним относится правильная организация территории. В колхозах и совхозах выделяют площади, в различной степени подверженные водной и ветровой эрозии, составляют почвенно-эрозионные планы, на которые наносят категории земель, подверженных водной и ветровой эрозии, для дифференцированного применения противоэрозионных мер.

В США в борьбе с водной эрозией широко и успешно применяют обработку почвы вдоль горизонталей или контурное земледелие, что позволило повысить урожайность ведущих культур -- кукурузы, хлопчатника, картофеля и др. Контурное земледелие на склонах небольшой крутизны обеспечивает сохранение влаги, охрану почвы от смыва, повышение ее плодородия. При этом допускается некоторое отклонение от горизонталей в случае их сильной извитости.

Задержанию осадков и переводу поверхностного стока во внутрипочвенный способствует углубление пахотного слоя. В результате этого приема поверхностный сток сократился в нашей стране примерно на 25 %, что уменьшило разрушительное действие талых и дождевых вод.

Особо важную роль в защите почвы как от склонового стока, так и от ливней играет растительный покров.

Высокая плотность растительности обеспечивает также равномерное распределение снега на полях. Корневая система растений обусловливает противоэрозионную устойчивость, оструктуривание почвы. Отмершие части растений, их опад также способствуют снижению стока и, кроме того, улучшению жизнедеятельности микрофлоры и мезофауны, усилению биологической активности почвы.

Наиболее надежно закрепляют почву многолетние бобово-злаковые травосмеси. Они улучшают физические свойства почвы, а также обогащают ее азотом, фосфором, кальцием. Клубеньковые бактерии, развивающиеся на корнях бобовых трав, увеличивают содержание в почве азота фиксацией его из воздуха. Вместе с тем нельзя отрицать значения однолетних культур в борьбе с эрозией, хотя они слабее противостоят ей и обладают меньшей способностью восстанавливать плодородие эродированных земель.

Все культуры по их противоэрозионным свойствам можно разделить на три группы. К первой группе, наиболее хорошо защищающей почву от эрозии, относятся многолетние трапы, ко второй -- однолетние культуры, которые значительно уступают им в этом отношении. Наиболее слабое защитное действие оказывают пропашные культуры, а в определенных случаях, если они размещены вдоль склона, могут способствовать усилению стока и тем самым -- эрозии.

Принято считать, что по сравнению со смывом почвы под многолетними травами смыв ее под зерновыми выше в 4--5 раз, а под пропашными -- в 25 раз. Из однолетних культур сравнительно хорошо защищают почву озимые, так как весной и осенью они формируют устойчивый к эрозии растительный покров. Однако и пропашные во второй половине лета и ранней осенью обеспечивают высокое проективное покрытие и в это время надежно предохраняют почву от эрозии. На склонах эффективно создание буферных полос поперек склона из той же культуры, но при увеличенной дозе удобрений и повышенной норме высева, регулирование снеготаяния полосным прикатыванием и др.

К противоэрозионным относятся и другие приемы: безотвальная обработка почвы с сохранением стерни, обвалование и бороздование зяби, кротование, щелевание, мульчирование соломой из расчета 1--2 т/га. На каждую тонну соломы следует вносить 10 кг азота. Мульчирование почвы на склонах некондиционной соломой в дозе 1--3 т/га снижает эрозию в 3-5 раз. Мульча также уменьшает глубину промерзания почвы, а значит, способствует ранневесеннему поглощению стока, ослаблению смыва и повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

На эродируемых почвах важное значение имеет создание ветроустойчивого поверхностного слоя. Для этого используют специальные стерневые сеялки, применяют полосное размещение сельскохозяйственных культур и трав.

Применение противоэрозионных орудий обеспечивает сохранение стерни на поверхности почвы, способствует задержанию снега на полях, улучшению структуры почвы и резкому снижению ветровой эрозии. Устойчивая к выдуванию почва имеет в верхнем 5-сантиметровом слое 60 % частиц размером более 1 мм и сохраняется даже при скорости ветра 12,5 м/с на высоте 0,5 м.

На почвах, подверженных дефляции (выдуванию), особенно оправдали себя почвозащитные севообороты с посевом буферных полос из многолетних трав. На песчаных почвах площадь под многолетними травами следует доводить до 50 %. На менее дефлируемых почвах целесообразно ими занимать 30 % пашни.

Создание кулис из высокостебельных растений (подсолнечник, кукуруза) улучшает снегораспределение на полях, снижает эродирующую энергию отдельных струй воды, т.е. уменьшает эрозию почвы в целом.

На зяби для сокращения эрозионных процессов нужно создавать снежные валы поперек склона.

Следует также указать на большую эффективность внесения удобрений на эродируемых землях, так как в результате применения всего комплекса противоэрозионных мероприятий резко снижается смыв почвы, а следовательно, и внесенных в нее питательных веществ.

В борьбе с водной и ирригационной эрозией эффективно щелевание, способствующее повышению водопроницаемости тяжелых почв. Другой путь -- использование дождевальных машин с низкой и средней интенсивностью дождя (до 0,3 мм/мин). Это дает возможность увеличить поливную норму до 700--800м³ воды на 1 га без формирования поверхностного стока, экономить воду, избежать засоления и снижения плодородия почв.

Важным звеном противоэрозионного комплекса является также лесомелиорация.

5.3 Охрана почв от засоления, подкисления и заболачивания

Указанные процессы способствуют резкому нарушению нормального функционирования системы почва -- растение.

Засоление почвы -- накопление растворимых солей и обменного натрия в концентрациях, не допустимых для нормального роста и развития растений. Среди засоленных почв различают солончаковые с высокой концентрацией растворимых солей; солонцеватые, содержащие более 5-10 % обменного натрия; солончаки и солонцы. Даже при слабом засолении урожайность кукурузы, например, уменьшается на 40--50 %, пшеницы -- на 50--60 %.

Ежегодно на земном шаре вследствие засоления выходит из оборота 200--300 тыс. га орошаемых земель. Засоленные земли необходимо промывать пресной водой, но при этом возникает другая проблема -- сброса засоленных промывочных вод, которые образуют громадные соленые болота-соры. Сбрасываемые воды насыщены удобрениями, пестицидами и дефолиантами, токсичными для человека и животных.

Один из факторов засоления -- ветер. Он захватывает соленую пыль и переносит ее на большие расстояния в глубь континентов. Подобное явление наблюдается в Приаралье, где ветром усиливается вынос солей и пыли с осушенного дна моря и их перенос на территорию региона.

Засоление почвы возможно при неправильной агротехнике, выворачивании на поверхность засоленных слоев, чрезмерной нагрузке скота на пастбищах. Причиной засоления почвы могут быть сами поливные воды, если они содержат повышенные концентрации растворимых солей.

Отмечены случаи накопления легкорастворимых солей (до 500 кг на 1 га) под влиянием галофитной растительности.

Наиболее часто засоление происходит вследствие обогащения почвы солями, которые содержатся в грунтовых водах. Одновременно с повышением их уровня происходит подъем влаги по капиллярам в зону ризосферы, где и накапливаются соли по мере испарения воды в ней. Чем суше климат и чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, тем в большей степени выражен этот процесс, тем сильнее проявляется токсичность солей по отношению к растениям. Повышенное содержание солей в почве вызывает увеличение осмотического давления почвенного раствора, что затрудняет водоснабжение растений, они хронически голодают, их рост ослабляется. Это прежде всего сказывается на корневой системе, которая теряет тургор и погибает. Особенно опасен для растений карбонат натрия. Если в почве обменного натрия содержится 10--15 % емкости поглощения, состояние растений оказывается угнетенным, при содержании его в пределах 20--35 % угнетение очень сильное.

При увеличенных нормах полива, потерях оросительной воды из каналов также повышается уровень грунтовых вод. Процесс, когда соленакопление в почве происходит в результате нарушения режима полива и фильтрации воды в оросительных каналах, называется вторичным засолением.

В качестве профилактической меры борьбы с вторичным засолением необходим дренаж территории с использованием гончарных, пластмассовых и других труб, укладываемых на глубину 1.0-1,8 м с расстоянием между дренами от 5 до 15м. Полив дождевальными машинами с низкой и средней интенсивностью дождя (до 0,3 мм/мин) также безопасен в этом отношении. Перспективны внутрипочвенное, капельное, мелкодисперсное и импульсное орошение. Общее достоинство этих способов -- экономия воды. Так, при внутрипочвенном орошении норму полива можно снизить до 100--300 м³/га. Расход воды при импульсном дождевании составляет всего 0,01 мм/мин. В связи с малыми нормами орошения вероятность засоления и заболачивания уменьшается. Важное достоинство новых способов полива -- снижение испарения с поверхности почвы, а при мелкодисперсном -- и транспирации. При капельном орошении вода в виде капли подается непосредственно к корням, Применение указанных способов полива предотвращает ирригационную эрозию, поэтому их можно использовать на склонах.

Создание лесных полос по каналам также обеспечивает постоянство уровня грунтовых вод, так как деревья перехватывают и транспирируют фильтрующуюся воду, выполняя роль биологического дренажа. Для удаления солей из почвы применяют промывку пресными водами.

При увеличении кислотности почвы (рН ниже 7) также снижается ее продуктивность: возрастает концентрация подвижного алюминия и одновременно уменьшается содержание питательных веществ. Подкисление зависит от поглотительной способности, гранулометрического состава, водопроницаемости, биологической активности почвы и содержания гумуса в ней. Физиологически кислые азотные удобрения усиливают кислотность почвы. Поэтому на таких землях рекомендуются известкование и внесение удобрений, богатых кальцием. Без применения извести эффективность удобрений снижается.

Переувлажнение почвы, ведущее к заболачиванию, широко распространено в ряде районов Нечерноземной зоны, а также наблюдается и в других районах вблизи каналов, водохранилищ и незатампонированных артезианских скважин. На земном шаре заболачиванию и затоплению подвержено около 8 % суши.

Для осушения заболоченных земель устраивают щелевые дрены, нарезаемые в грунте. На тяжелых землях дрены создают с помощью кротовых плугов. На Дальнем Востоке применяют комплексный дренаж, представляющий собой сочетание трубчатых дрен с сетью кротовин. Из других профилактических мер эффективны оптимальный способ полива и строгое соблюдение режима орошения сельскохозяйственных культур. Закрытый дренаж имеет преимущество перед открытой осушительной сетью, так как в этом случае не теряется полезная площадь.

Однако осушение следует проводить в разумных пределах. Снижение уровня грунтовых вод при осушении болот более чем на 1,5 м от поверхности почвы способствует быстрому окислению торфа и выносу питательных веществ в дренажные канавы. При дальнейшем понижении их уровня происходит отрыв корнеобитаемого горизонта от капиллярной каймы, что приводит к гибели лесов.

Освоение новых земель надо вести с учетом охраны природы. Иногда еще бытует мнение, что болота наносят большой вред, поэтому необходимо их осушать. Однако следует помнить, что болота выполняют важную водохозяйственную функцию, питая реки и грунтовые воды, очищая загрязненные атмосферные осадки.

Мелиорацию заболоченных земель нужно осуществлять с учетом защиты природных ресурсов от истощения и нежелательных воздействий на природу Нечерноземной зоны. В связи с этим следует уделять большое внимание экологическому контролю и широкому обсуждению проектов.

5.4 Охрана почв от загрязнения и разрушения

Промышленность и современное сельское хозяйство с его высокими энерговооруженностью, темпами химизации, индустриализации, концентрацией животноводства, распаханностью территории способны изменять и нарушать сложившиеся биохимические циклы круговорота веществ и энергии в ландшафтных геосистемах, их экологическое равновесие, существенно изменять санитарно-гигиеническое состояние среды. Воздушный бассейн, почвы и водоемы загрязняются выхлопами техники, выбросами предприятий, отходами животноводства, ядохимикатами и удобрениями, продуктами эрозии. Это оказывает значительное отрицательное влияние на химический состав растительной и животноводческой продукции, ее пищевые свойства, качество питьевой воды, что сказывается на здоровье человека.

На участках «индустриальной пустыни» обычно ничего не произрастает, поскольку загрязнители содержат в значительных количествах химические элементы, которых в естественных условиях в почве крайне мало. Это углерод, сера, молибден, медь, кадмий, цинк, серебро, мышьяк, алюминий, никель, вольфрам, натрий, хлор, железо, титан, бор, барий, фтор. Причем сложившиеся в почве определенные соотношения между химическими элементами резко нарушаются.

Наиболее разрушительны открытые разработки. Помимо почв в этом случае значительному повреждению подвергаются и ближайшие участки, площадь которых может в 10 раз и более превышать территорию разработок. На таких непосредственно примыкающих к ним участках нарушаются гидрологический режим, естественная геохимическая миграция элементов, усиливаются процессы эрозии, загрязнение грунтовых вод и т.д.

Большую опасность как загрязнители окружающей среды представляют неорганические отходы и отбросы (металл, химические вещества, шлаки, стекло, керамика и др.).

Почва загрязняется продуктами выбросов, попадающими в атмосферу и затем выпадающими на землю. При этом интенсивность загрязнения зависит от расстояния до его источника и направления преобладающих ветров.

Источники загрязнения, переносимые воздухом, делятся на природные (продукты эрозии, вулканической деятельности, метеоритная пыль) и антропогенные. К источникам антропогенных загрязнителей относятся ТЭЦ, горнодобывающая, металлургическая, химическая, строительная, целлюлозно-бумажная, фармацевтическая, пищевая промышленность, транспорт, населенные пункты, сельское и лесное хозяйство. Ежегодно в атмосферу выделяется 10¹² т различных соединений. Ядовитые вещества (свинец, кадмий, селен, мышьяк, никель, ртуть, медь, фтор и др.), попадая затем в почву, загрязняют ее и сельскохозяйственную продукцию. Через атмосферу в почву поступают многие пестициды. Цементная пыль, хотя и нетоксична, изменяет свойства почвы. Пыль, получаемая при обработке ряда металлов и сжигании горючих материалов, также загрязняет ее, а затем, аккумулируясь растениями, попадает в пищу человека и животных.

Во многих районах Северной Америки и Европы серьезную экологическую проблему представляют кислотные дожди. На этих континентах заражено 5-- 10 млн км² земель. Промышленность выбрасывает в атмосферу за год 70--100 млн т окиси серы и около 20 млн т нитратов, главным образом в результате сжигания ископаемого топлива. Осадки выпадают в виде растворов серной и азотной кислот. Это не только вызывает гибель рыбы и другой водной фауны, а также флоры, но и наносит вред почвам и лесам. Кислотные дожди приводят к подкислению почвы, что способствует вымыванию из нее питательных веществ.

Загрязнение почвы, притом часто необратимое, связано не только с промышленным, но и с сельскохозяйственным производством.

Значительным источником загрязнения почвы (а также воды и воздуха) может быть животноводство. Создание крупных животноводческих предприятий с поточным методом производства продукции выдвинуло проблему утилизации их отходов (навоз, сточные воды, силосная жидкость), которые концентрируются в значительных количествах на относительно небольших участках. Часто жидкий навоз при неправильном хранении попадает в балки, загрязняет грунтовые воды. Так, свинокомплекс на 108 тыс. голов или комплекс крупного рогатого скота на 35 тыс. голов по уровню загрязнения окружающей среды может быть приравнен к промышленному центру с населением 400--500 тыс. человек. Поэтому очень | важно обращать особое внимание на строительство очистных сооружений на фермах, причем его необходимо вести опережающими темпами с соответствующим экологическим обоснованием.

Отходы животноводства содержат различные формы азота, фосфора, калия, серы и других соединений, обладающих высокой токсичностью. Накапливаясь в местах сбросов, они становятся более мобильными и, проникая в воду, разносятся на большие расстояния.

В санитарно-защитной зоне между животноводческими предприятиями и жилой застройкой, между фермами и открытыми водоемами нельзя строить новые и расширять существующие объекты. Навозохранилища располагают за пределами фермы на расстоянии не менее 60 м от животноводческих зданий и не менее 100 м от молочных блоков.

Конструкция и эксплуатация сооружений для хранения жидкого навоза и стоков должны исключать возможность распространения инфекционных заболеваний (промежуточное карантинное выдерживание не менее 6 сут), фильтрацию жидкости в почву и грунтовые воды; вмещать не менее половины годового хранения навоза (для освобождения от патогенных бактерий и яиц гельминтов). Глубина залегания грунтовых вод -- не менее 10 м от дна хранилища.

Загрязнителями почвы различными гельминтами, патогенными микроорганизмами могут быть фекальные массы, моча, промышленные стоки, почвенный смыв, трупы животных и т.д. Отмечено, что наиболее высокое загрязнение почвы гельминтами отмечается на приусадебных участках. Заражение пастбищ возбудителем сибирской язвы может происходить при земляных работах (мелиорация, строительство и т.д.). Эти и другие болезнетворные микробы способны сохранять в почве свою жизнедеятельность многие десятилетия. Необходимо знать места захоронения павших животных. Пасти скот или косить траву допускается не ближе 200-300 м от таких мест. В целях борьбы с другими инвазиями нужно сжигать мусор, гниющие отбросы закладывать для приготовления компостов не ближе 15 м от жилищ и 20--30 м от колодцев.

С экскрементами в почву попадают биостимуляторы, применяемые в животноводстве, каустическая сода, используемая для очистки помещений, средства борьбы с вредителями и др. В связи с этим высокие дозы навоза могут оказать отрицательное влияние на плодородие почвы, жизнедеятельность полезных микроорганизмов и растения. В почву вместе с куриным пометом могут попасть медь и мышьяк, добавляемые на птицефабриках в корм для стимулирования роста птицы.

Нитраты могут мигрировать в грунтовые воды или смываться. При скармливании кормов с высоким содержанием этих соединений у коров наблюдается пастбищная тетания -- недостаток магния в крови в период беременности и лактации. Избыток нитратов приводит к заболеваниям человека. Это особенно опасно для детей.

В почву вместе с отходами и отбросами попадают многие организмы, в основном патогенные -- бактерии, вирусы, нематоды, простейшие насекомые, не теряющие в ней жизнеспособность долгое время.

Свежий непродезинфицированный ил и сточные воды от свиноводческих комплексов служат источниками заражения почв сальмонеллой, бактериями тифа, яйцами гельминтов и др.

Нарушение биологического равновесия в почве, ее водного, питательного режимов, физических и химических свойств приводит к вспышкам токсичных микроорганизмов, снижающих полезную биологическую активность. Такое биологическое загрязнение связано с нерациональной хозяйственной деятельностью человека (подкисление почвы, избыточное увлажнение, уплотнение тяжелой техникой, монокультура, химическое загрязнение и др.).

Часто неправильно хранятся и транспортируются топливо и смазочные материалы. Бывают случаи их попадания в почву, что может вызвать угнетение ее биологической активности.

Разведка и добыча нефти приводят к загрязнению почвы опасными промывочными реагентами. Составные части промывочных жидкостей, используемых при бурении (каустическая сода, хлорид натрия, дизельное топливо, битум), вызывают засоление; как правило, растительность в таких местах погибает. В результате излияния нефти на поверхность почвы в ней появляются битумные вещества.

К опасным загрязнителям относятся углеводороды, которые поступают в почву при фонтанировании нефти, неправильной очистке буровых скважин, хранилищ и резервуаров с мазутом и нефтепродуктами, при утечке нефти из трубопроводов. В основном нефть загрязняет верхние горизонты почвы. Надо иметь в виду. что вместе с ней из скважин выбрасываются грязь и минерализованные подземные воды.

Сжигание нефти и угля приводит к загрязнению атмосферы, почвы и воды полициклическими ароматическими углеводородами и бензопиреном. Эти канцерогенные вещества обладают способностью к аккумуляции в почве. Способы борьбы с таким видом загрязнения включают сжигание мазута на поверхности почвы, глубокую вспашку и заражение ее азотфиксирующими, денитрифицирующими и сульфатвосстанавливающими бактериями. Они минерализуют и окисляют нефть. Однако способность почвы к самоочищению от указанных видов загрязнителей очень слабая, поэтому такие загрязненные углеводородами земли восстанавливаются очень медленно и не должны использоваться для выращивания зерновых и многолетних трав. На них возможно в ближайшей перспективе создание лесных насаждений, а также возделывание технических культур и производство семян.

Почва загрязняется также при нерациональном применении удобрений и пестицидов. Урожайность многих сельскохозяйственных культура развитых странах в течение последних 200 лет возросла в несколько раз. Примерно 50 % прироста урожая обусловлено применением удобрений. Вместе с тем излишки удобрений могут отрицательно влиять на растительность, часть из них не усваивается и сносится в водоемы. Поступление в водоемы азотных и фосфорных соединений вызывает эвтрофикацию -- усиленное развитие синезеленых водорослей, вследствие чего увеличивается потребление ими кислорода, что приводит к гибели рыбы.

Применение чрезмерно высоких доз фосфорных удобрений на пастбищах повышает содержание фосфора в корме в 3--8 раз, что превышает все нормы. То же относится к применению высоких доз азотных удобрений, так как это способствует аккумуляции в растениях всех фракций азота, в частности нитратного, а это опасно для здоровья животных. Повышенные дозы аммиачных удобрений обусловливают недостаток в организме такого важного для физиологических процессов микроэлемента, как медь.