Техногенные факторы деградации почвы

Экологические функции почв весьма динамичны и подверже­ны сильному изменению под влиянием хозяйственной деятельнос­ти человека, причем эти изменения могут быть как позитивными,так и негативными, вплоть до полной потери тех или иных функций при деградации почв.

Наибольшей трансформации подвергается самый верхний, поверхностный горизонт в пределах суши, которая занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеют плодородные почвы. Они возникли и развивались под влиянием деятельности микроорганиз­мов, растений и животных, пока не стали плодородным субстратом.

Почвы играют огромную роль в круговороте воды, биогенных веществ и углекислого газа. При этом они активно эксплуатируются человеком, подвергаясь разрушению и деградации. Деградация почв постоянно сопровождала сельскохозяйственную и индустриальную деятельность человека. Общая площадь разрушенных и деградиро­ванных за всю историю человечества почв составляет 20 млн. км², что значительно превышает всю пахотную площадь современного мира - 15 млн. км².

В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивность. Биоло­гическая продуктивность в агроэкосистемах обеспечивается не действием естественных законов природы, а уровнем антропоген­ного вмешательства человека.

На Конференции ООН по окружающей среде и развитию, про­ходившей в 1992 г. в Рио-де-Жанейро, была принята оценка степени деградации почв (табл. 7) и представлено соотношение наиболее распространенных видов деградации (табл. 8).

Основными видами антропогенного воздействия на почву яв­ляются:

1) эрозия;

2) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства;

3) вторичное засоление и заболачивание;

4) опустынивание;

5) загрязнение.

Одним из самых распространенных видов деградации почв является эрозия (от лат. eros - разъедание), т.е. разрушение и сносверхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород-ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия).

Таблица 7 Степени деградации почв

К эрозионным процессам относят промышленную эрозию, строительную эрозию, разрушение сельскохозяйственных земель, военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию, иррига­ционную эрозию (разрушение почв при прокладке каналов и нару­шении норм поливов) и др.

Таблица 8 Соотношение наиболее распространенных видов деградации

Под влиянием антропогенной и техногенной деятельности почвы разрушаются в 100-1000 раз быстрее, чем в естественных ус­ловиях. В результате такой эрозии за последнее столетие утрачено около 2,2 млрд. га плодородных земельных угодий, что составляет 27,5% земель сельскохозяйственного использования.

Необходимым условием возникновения водной эрозии явля­ется поверхностный сток. Водной эрозии подвержен 31% земной суши. Различают три основных вида поверхностного стока: дожде­вой, талый и сток поливной воды. Эрозия при снеготаянии отличается меньшей интенсивностью и большей продолжительностью по сравнению с дождевой эрозией. Потери почвы при снеготаянии обыч­но не превышают нескольких тонн с гектара. Продолжительность процесса эрозии при дождях гораздо меньше, но интенсивность выше. Количество смываемой почвы достигает десятков тонн на гектар.

Различают следующие формы водной эрозии: плоскостную, струйчатую, овражную, береговую.

Овражная эрозия отличается значительным ущербом литос­фере. Овраги уничтожают ценные сельскохозяйственные земли, спо­собствуют интенсивному смыву почвенного покрова, заиливают ма­лые реки и водохранилища, создают густо расчлененный рельеф. Площадь оврагов только на территории Русской равнины составля­ет более 5 млн. га и продолжает увеличиваться. Подсчитано, что ежедневные потери почв из-за развития оврагов достигают 200 га.

Под ветровой эрозией (дефляция) понимают выдувание и пе­ренос мельчайших почвенных частиц ветром. Интенсивность ветро­вой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других факто­ров. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные факторы. Например, уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер резко активизируют эрозионные процессы.

Разрушение, измельчение породы без изменения ее химического состава называется физическим выветриванием, а процесс изменения состава породы (реакции окисления, восстановления, замещения) -химическим выветриванием. Физическое выветривание особенно ши­роко распространено там, где происходят быстрые и большие перепа­ды температуры (пустыни, приполярные или высокогорные области). В тех и других природных условиях растительность сравнительно мало защищает горные породы от резких изменений температуры.

Для химического выветривания благоприятны высокие тем­пературы и наличие достаточного количества воды. Растительность не только не препятствует химическим реакциям, но ускоряет их, включая в процесс органическое вещество.

Ветровая эрозия проявляется в виде постоянной и периодичес­кой эрозии. Постоянная эрозия обусловлена ветрами с относительно низкими скоростями и поэтому чаще всего пространственно ограничена пределами одного или нескольких полей. Практически все пахот­ные почвы в той или иной степени подвержены ветровой эрозии.

Периодическая эрозия чаще всего связана с пыльными буря­ми, которые возникают при больших скоростях ветра. Во время пы­левых бурь в воздух поднимаются почвенные частицы на высоту нескольких сотен метров. Ветер переносит их на огромные расстоя­ния, достигающие сотен и тысяч километров.

Каждая почва в той или иной мере подвержена эрозии. Но в естественных условиях интенсивность эрозии не превышает скорость почвообразования, и разрушения почвы не происходит. Такую эро­зию называют допустимой, и она характерна для естественных почв, не нарушенных деятельностью человека. Если интенсивность эрозии выше интенсивности почвообразования, такую эрозию на­зывают ускоренной. Ускоренная эрозия проявляется в почвах, вовле­ченных в сферу хозяйственной деятельности человека.

Водная и ветровая эрозия, однотипные технологии и агроэко-системы стали самыми мощными факторами деструктивного ландшафтогенеза во второй половине XX столетия. В настоящее время ежегодные потери продуктивных и пастбищных земель составляют 13 млн. га, лесов - 18 млн. га, гумуса - 24 млрд. тонн. Свыше 60% почв мира находятся в разной степени деградации.

В России из 222 млн. га сельскохозяйственных угодий водной и ветровой эрозии подвержены 53,6 млн. га, а 124 млн. га относятся к эрозийно опасным. Свыше 60 млн. га сельскохозяйственных угодий вблизи крупных городов загрязнены выбросами промышленных предприятий.

Под влиянием антропогенного воздействия на почву происходит изменение ее физических свойств. Наиболее распространенной формой физической деградации почв является уплотнение корнеобитаемого слоя, которое возникает при интенсивном выпасе животных и при использовании на полях тяжелой техники. Уплотнение снижает водо- и воздухопроницаемость, водо- и воздухоемкость, увеличивает поверхностный сток, вызывающий эрозию почв, затрудняет развитие корневых систем.

В наибольшей степени почвенная эрозия проявляется в мес­тах добычи полезных ископаемых. Добыча полезных ископаемых, особенно открытым способом, приводит к нарушению не только

почвенного покрова, но и ландшафта в целом. Открытый способ добычи полезных ископаемых экономически эффективен, но небла­гоприятен в экологическом отношении. Такой способ приводит к уничтожению почвенного покрова при вскрытии месторождения, захоронению почв при использовании окружающих территорий под отвалы и загрязнению прилегающих ландшафтов, нарушению гид­рологического и гидрохимического режима.

Открытые разработки ухудшают гидрологический режим на территории, равной по площади территории самих разработок. Из­менение гидрологического режима снижает продуктивность сельс­кохозяйственных угодий, ухудшает состояние лесов.

К наиболее значительным проявлениям техногенной деграда­ции почв относится дегумификация, т.е. потеря почвами гумуса. Дегумификация почв является неизбежным следствием изменения биогеохимического цикла углерода в результате уничтожения есте­ственной растительности в результате хозяйственной деятельности. Уже в течение первых лет после распашки запас гумуса в почве сни­жается на 25-50%. Ежегодно потери гумуса в почвах черноземной зоны России уменьшаются на 1,5-8 т/га.

Потеря гумуса влечет за собой ухудшение структуры почв, снижение запаса биогенных элементов, значительное ускорение про­цессов минерализации, что в свою очередь способствует повыше­нию концентрации диоксида углерода в атмосфере. В результате дегумификации почв в атмосферу дополнительно поступает около 1000 млрд. т диоксида углерода, что является весьма существенным для «парникового эффекта».

Потеря органического вещества происходит также при мелиора­ции торфяных почв. Смена анаэробных условий, в которых накаплива­ется торф, на аэробные стимулирует процесс его минерализации и эрозионного разрушения. Ежегодные потери органического вещества после мелиорации торфяных почв составляют от 6 т/га до 36 т/га.

Чрезвычайно мощным фактором воздействия на почвы явля­ется орошаемое земледелие. При неумеренном поливе орошаемых земель, особенно в засушливых районах, наблюдается активизация природного засоления почв. Такое явление носит название вторич­ного засоления.

Во всем мире процессам вторичного засоления и осолонцева-ния подвержено около 30% орошаемых земель. Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн. га (18% общей площади оро­шаемых земель). Экологическими последствиями засоления почв являются: нарушение биологического круговорота веществ, исчез­новение многих видов растительных организмов и замена их гало-фитами, уменьшение генофонда наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиление миграционных процессов. К негативным экологическим последствиям орошения и мелиорации следует также отнести:

1. Образование соляных водоемов в местах сброса мелиора­тивных вод.

2. Резкое ухудшение качества воды в реках вследствие сброса в них мелиоративных вод.

3. Засоление и деградация ландшафтов в низовьях рек вслед­ствие большого водозабора в верховьях.

4. Загрязнение поверхностных и подземных вод избытком солей, минеральных удобрений (в том числе нитратами), пестици­дов, ядохимикатов.

5. Дефицит водоснабжения, особенно питьевого, на больших территориях.

6. Загрязнение токсикантами местообитаний дикой фауны, особенно перелетных водоплавающих птиц, ведущее к исчезнове­нию видов.

7. Распространение болезней среди населения, обитающего как непосредственно среди орошаемых территорий, так и в местах сброса дренажного стока.

8. Загрязнение нитратами сельскохозяйственной продукции вследствие усиленного применения азотных удобрений на орошае­мых полях.

9. Необратимые гидрологические и гидрогеологические из­менения, в частности, исчерпание подземных водных ресурсов.

10. Неблагоприятное воздействие перечисленных последствий на социально-экономическую и политическую сферы.

Перечисленные экологические последствия мелиоративных мероприятий и орошаемого земледелия свидетельствуют о том, что их реализация требует научного обоснования подхода к планирова­нию и проведению.

Одним из глобальных проявлений деградации почв является опустынивание, т.е. процесс снижения биологической продуктив­ности в результате необратимого изменения почвы и растительнос­ти. В экстремальных случаях этот процесс может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению тер­ритории в пустыню. В настоящее время 87% ежегодного прироста пустынь в мире обусловлено антропогенной нагрузкой на природ­ные комплексы и только 13% - естественными факторами. За пос­ледние 70 лет общая площадь пустынь и опустыненных территорий увеличилась в 2,5 раза.

Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд. га. Как правило, к опустыниванию приводит сочетание нескольких фак­торов, совместное действие которых резко ухудшает экологическую ситуацию. На территории, подверженной опустыниванию, ухудша­ются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляют­ся грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность, а, следовательно, подрывается и способность экосистем восстанавли­ваться.

Так как почва является одним из наиболее консервативных компонентов биосферы, то под влиянием внешних воздействий она изменяется медленнее других частей биосферы. Эти изменения не всегда могут быть легко замечены. Однако и восстановление почв идет столь же медленно, поэтому многие последствия их негатив­ных изменений могут быть ликвидированы лишь за десятки и сотни лет, а некоторые из них вообще являются необратимыми. Это опре­деляет роль почвы в формировании экологической ситуации на Зем­ле в целом и в отдельных ее частях