5.3. Антропогенное воздействие на почвы

Выделяют следующие основные виды антропогенного воздействия на почвы:

• эрозия;

• загрязнение;

• вторичное засоление и заболачивание;

• опустынивание;

• отчуждение земель для строительства.

Эрозия почв

Эрозия - это разрушение почв, горных пород с нару­шением их целостности, изменением физико-химических свойств и, соответственно, перемещением верхнего слоя почвы. Причины эрозии - вода, ветер, антропогенный фактор. 15% обрабатываемых земель подвержено интен­сивной эрозии.

По темпам проявления эрозионных процессов различа­ют нормальную или геологическую и ускоренную или ан­тропогенную эрозию.

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

Ускоренная эрозия развивается при отсутствии есте­ственной растительности и при нерациональном использо­вании земель, в результате чего происходит интенсивный смыв почвы.

Различают древнюю и современную эрозию почвы. Древняя эрозия прекратила свое действие. Современная эрозия протекает на фоне древней, она вызвана природ­ными факторами и хозяйственной деятельностью челове­ка. Наиболее распространены следующие виды ускоренной эрозии почв:

• водная (плоскостная и линейная);

• ветровая;

• ирригационная;

• промышленная;

• пастбищная;

• абразия;

• механическая.

Плоскостная эрозия — это смыв верхних горизонтов почвы на склонах при отекании дождевых или талых вод сплошным потоком или ручьями.

Линейная эрозия - это размыв почв водными потока­ми, протекающими по определенному руслу. Они углубля­ют русло (глубинная эрозия) и расширяют его (боковая эрозия).

Ветровая эрозия или дефляция — это развевание и переотложение почвенных частиц ветром. Она наблюдается на легких и тяжелых карбонатных почвах при их низкой влажности, высоких скоростях ветра, невысокой относи­тельной влажности воздуха, отсутствии растительности. Возникает в степных и пустынных районах. Распашка легких почв, их рыхление особенно опасны весной при отсутствии растительности. Ветровая эрозия проявляется в виде повседневной или местной дефляции и пыльных бурь. Пыльные бури на своем пути частично или полностью уничтожают посевы, засыпают дороги, оросительные кана­лы, безвозвратно сносят верхний слой почвы.

Ирригационная эрозия - это смыв и размыв почвы при ее орошении. В результате этого выводится из строя мелиоративная сеть. Основные причины ее размыва - сла­бое закрепление дна и откосов каналов, их засорение, слабая инфильтрационная способность почвы, просадка грунтов, повышенный расход воды в поливных бороздах. При эксплуатации оросительных систем на отдельных участках теряется до 20-45% воды вследствие фильтра­ции и утечки, что способствует эрозии почвы. Ирригаци­онная эрозия проявляется даже в условиях небольших уклонов территории при увеличении поливной струи.

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

Абразия — это разрушение берегов и прибрежных частей дна крупных водоемов волнами. При этой эрозии заиляются водоемы, сокращается площадь пашни и пастбищ.

Пастбищная эрозия - это выдувание, смыв и размыв почв в результате ослабления травяного покрова при его вытаптывании животными и выедании ими травы. 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.

Механическая эрозия — это систематический сдвиг по­чвы вниз по склону в результате работы сельскохозяйствен­ных машин. Она ярче всего выражена при холмистом рельефе местности. К механической относятся любые виды эрозии почв, возникающие под воздействием их обработки. В результате использования сельскохозяйственной техники происходит значительное уплотнение почвы на большую глубину, изменяется ее водный режим, усиливается поверх­ностный сток, что приводит к усилению эрозионных про­цессов. Значительное уплотнение почвы уменьшает урожайность сельскохозяйственных культур на 30-60%.

В результате эрозии каждую минуту на земном шаре выходит из сельскохозяйственного оборота 44 га земель. Последствия эрозии многообразны. Важное последствие -потеря плодородия почв. Эрозия почв привела к полной или частичной, но хозяйственно значимой потере плодо­родия более половины всей пашни мира. По степени смы-тости различают: слабосмытые, среднесмытые, сильносмы­тые почвы. К слабосмытым 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.

Урожайность сельскохозяйственных культур на сла­босмытых почвах уменьшается на 10-15%, на среднесмытых - на 20-40%, на сильносмытых - на 50-60%.

В Беларуси с каждого гектара склоновых земель еже­годно смывается до 15 т, а на осушенных торфяниках и легких почвах переносится до 10 т плодородного слоя почвы. Ежегодные потери гумуса от эрозии составляют 180 кг/га, азота - 80-10, фосфора и калия-5-6 кг/га [4]. Благодаря эрозии водоемы загрязняются удобрения­ми, пестицидами. Из внесенных на склоновые земли удобрений вымывается до 20% азота, 2-5% фосфора, 10-70% калия.

Вынос пестицидов с орошаемых земель достигает 4% от внесенного количества. Во многих развитых странах мира загрязнение поверхностных вод пестицидами опаснее всех промышленных стоков, вместе взятых.

В результате эрозии образуются промоины, рытвины, овраги. В зависимости от почвенно-климатических условий рост и формирование оврагов идет со скоростью от 1 до 8-25 м в год. При образовании на поле в 100 га ов­рага длиной 100 м, шириной 5 м и глубиной 2 м потери почвы составляют 600-800 м³. Утраты же от смыва самого верхнего плодородного слоя толщиной 1 см с площади 100 га эквивалентно потере 10 000 м³ почвы.

«Внесельскохозяйственный» ущерб от эрозии составля­ет 70-100% от величины ущерба сельскому хозяйству.

Все это обусловливает необходимость борьбы с эрози­ей. Противоэрозионные мероприятия делятся на следую­щие группы:

1) организационно-хозяйственные;

2) агротехнические;

3) лесомелиоративные;

4) гидротехнические.

К организационно-хозяйственным мероприятиям от­носится правильная организация территории. На опреде­ленной территории выделяют площади, в различной степени подверженные эрозии, составляют почвенно-эрозионные планы. Противоэрозионная организация территории — это обоснованный состав, соотношение, размещение сельс­кохозяйственных культур, полей, севооборотов, лесополос и др.

Агротехнические мероприятия - это, в первую оче­редь, порядок использования земли в севообороте и сис­тема ее механической обработки. При этом проводят фитомелиоративные, агрохимические и агрофизические мероприятия, снегозадержание и регулирование стока, противоэрозионная обработка почвы.

К фитомелиоративным мероприятиям относятся:

• полосное размещение посевов — чередование полос почвозащитных культур с другими культурами;

• посев промежуточных культур (кукурузы, подсол­нечника, ржи, вики);

• мульчирование - заделка в почву послеуборочных остатков, отходов промышленности, подстилочного или жидкого навоза;

• кулисы создают защитную полосу с подветренной стороны. Для создания кулис используют высоко­стебельные растения (подсолнечник, кукурузу, гор­чицу);

• травосеяние.

Противоэрозионная обработка почвы — это вспашка поперек склона (что задерживает 5—8 мм влаги и дает прибавку урожая зерновых 2-4 ц/га); обработка плугом с почвоуглубителем (что предохраняет от выворачивания на поверхность малопродуктивных почв), ступенчатая вспашка. Ступенчатая вспашка заключается в создании ступенчатой формы плужной подошвы и чередующихся борозд разной глубины на поверхности почв.

Наиболее эффективны способы водозадерживающей обработки почвы - лункование, прерывистое бороздование, щелевание, кротование (ходы 6-8 см на глубине 30-40 см).

Все сельскохозяйственные культуры по их противоэрозионным свойствам можно разделить на три группы. К первой группе, наиболее хорошо защищающей почву от эрозии, относятся многолетние травы; ко второй группе -однолетние травы. Наиболее слабое защитное действие оказывают пропашные культуры. 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. Наиболее на­дежно закрепляют почву многолетние бобово-злаковые тра­восмеси.

На почвах, подверженных дефляции, оправдывают себя почвозащитные севообороты с посевом буферных по­лос из многолетних трав. На песчаных почвах площадь под многолетними травами следует доводить до 50%.

К мероприятиям по снегозадержанию относятся исполь­зование стерневых кулис (это полосы стерни после уборки зерновых шириной 60 см, высотой — 35—40 см на расстоя­нии 6 см друг от друга); снегопахота при высоте снежного покрова 12 см 2-3 раза за зиму во время оттепелей.

Лесомелиоративные мероприятия — это улучшение природных условий территории защитными лесными на­саждениями. При этом улучшается водный и температур­ный режим сельскохозяйственных угодий, повышается противоэрозионная и противодефляционная устойчивость почв. К лесомелиоративным мероприятиям относятся вет­розащитные полосы, водозащитные и берегоукрепляющие полосы, противоовражные, овражные и склоновые полосы.

Гидротехнические противоэрозионные мероприятия чаще всего применяются на крутых склонах и сильно заовраженных землях. На склонах крутизной 4-6° эф­фективны валы-террасы, ступенчатые террасы, водозадер-живающие валы, запруды. Валы-террасы строят на горизонтальной местности на окраине полей, высота их 30—60 см, ширина основания в 8—12 раз больше высо­ты. Валы легко пересекаются сельскохозяйственными машинами при обработке почвы.

Ступенчатые террасы - это непрерывные вытянутые по горизонтали площадки на крутых склонах (где выращи­вают многолетние травы и другие растения).

Водоудерживающие валы устраивают на прилегающих к вершине оврага участках склона (для приостановки его роста). Запруды строят в привершинной части оврагов, где вследствие больших уклонов скорость потока оказы­вается выше допустимой для данного грунта

Химическое воздействие на почву

Один из видов антропогенного воздействия на почву -загрязнение почв.

Основными загрязнителями почв являются:

• пестициды;

• минеральные удобрения;

• тяжелые металлы;

• нефть и нефтепродукты;

• отходы производства;

• газодымовые выбросы загрязняющих веществ в ат­мосферу.

Источниками загрязнения почв служат промышлен­ность, сельское хозяйство, транспорт. Ежегодно в атмосферу выделяется 10¹² т различных соединений, загрязняющих почву.

Интенсивность загрязнения почвы зависит от расстоя­ния до его источника и направления преобладающих вет­ров. Почвы вокруг предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышлен­ности, машиностроения, ТЭС на расстоянии нескольких десятков километров загрязнены тяжелыми металлами. Среднее содержание марганца вокруг предприятий черной металлургии колеблется в пределах 0,05-6 ПДК. Вокруг некоторых предприятий содержание свинца достигает 10-15 г/кг почвы. Почва считается мертвой при содержа­нии в ней 2-3 г свинца на 1 кг почв. Близ Мончегорска почва загрязнена никелем и кобальтом более чем в 10 раз выше нормы.

Загрязнение почв тяжелыми металлами происходит при добыче их из недр земли, при бесхозяйственном раз­мещении отходов, орошении сточными водами, внесении минеральных и органических удобрений, применении пес­тицидов.

Во многих районах мира выпадают кислотные дожди. Они приводят к подкислению почвы, снижают насыщен­ность ее основаниями, способствуют выносу кальция и магния, повышают содержание ионов алюминия и водорода. По данным шведских ученых, насыщенность почвы основаниями уменьшилось на 50%, количество кислоты за последние 60 лет увеличилось в 10 раз, рН понизился на 0,7-1,2 единицы.

Источник загрязнения почв - сельское хозяйство. Наиболее эффективным средством увеличения продуктив­ности сельскохозяйственного производства является ис­пользование удобрений. В настоящее время мировое про­изводство минеральных удобрений составляет примерно 200-220 млн.т/год. Темпы роста производства удобрений во многом сходны с ростом производства электроэнергии. Применение удобрений можно рассматривать как одно из проявлений закона увеличения вложения энергии в еди­ницу производимой сельскохозяйственной продукции. Это значит, что для получения одной и той же прибав­ки урожая требуется все большее количестве минераль­ных удобрений.

Основные источники загрязнения природной среды минеральными удобрениями:

1. потери удобрений в технологической цепи от заво­да до поля;

2. несовершенство свойств и химического состава удобрений;

3. нарушение научно обоснованной системы примене­ния удобрений. Неравномерность внесения мине­ральных удобрений снижает их эффективность на 15% и более. При разбросном способе их внесения теряется больше удобрений по сравнению с локаль­ным. Например, потери удобрения при локальном внесении на 30-40% меньше, чем при сплошном;

4. эрозия почв.

Последствия внесения минеральных удобрений разнооб­разны и проявляются как в районах их внесения, так и на соседних территориях. Растениями усваивается от 10-15 до 50% полезных элементов из удобрений. Например, использование азотных удобрений приводит к накоплению в почве азота в виде нитратов вследствие микробиологи­ческих процессов (аммонификации, нитрификации).

Особенно сильное загрязнение почв нитратами проис­ходит при применении необоснованно высоких (более 200 кг N на 1 га) доз бесподстилочного навоза. Большое количество нитратов снижает содержание кислорода в по­чве, способствует повышенному выделению в атмосферу закиси азота и метана. Значительное содержание нитра­тов в почве приводит к увеличению их в растениях. Изве­стно более 20 факторов, влияющих непосредственно на накопление нитратов в растениеводческой продукции. Ос­новные них - дозы азотных удобрений и соотношение азо­та с другими питательными веществами; формы, сроки и способы внесения; гранулометрический состав почвы и дру­гие ее свойства. 70-80% нитратов человек получает с ово­щами, 15-20% - с питьевой водой, 5-10% - с фруктами, молочными и мясными продуктами.

Нитраты в человеческом организме восстанавливаются до нитритов. При поступлении нитратов в человеческий организм в концентрации более 50 мг/кг отмечается их прямое общетоксическое действие. Опасность нитритов связана с тем, что они вступают в реакцию с гемоглоби­ном крови и превращают содержащееся в ней двухвалент­ное железо в трехвалентное. В результате развивается за­болевание «метгемоглобинемия». Оно особенно опасно для грудных и маленьких детей. У них слабо развит фермен­тативный аппарат, способствующий превращению трехва­лентного железа вновь в двухвалентное. Следствием выс­тупает болезнь, получившая название «цианоз», или синюшность, которая может заканчиваться летальным исходом.

Кроме того, нитриты в человеческом организме способ­ны вступать в реакцию с аминами, содержащимися в же­лудочном соке, и образовывать нитрозамины. Нитрозамины - сильные канцерогены. Канцерогены - это вещества, вызывающие злокачественные новообразования.

Избыточное внесение калийных удобрений нарушает баланс магния, натрия, кальция, бора и других микро­элементов в почве. Это может привести к снижению каче­ства продукции. Повышенное количество калия может вызвать токсикозы у растений.

Главным отрицательным свойством калийных удобре­ний, оказывающим влияние на окружающую среду, явля­ется поступление в почву хлора. Так, при внесении 60 кг/га хлористого калия растения поглощают 10 кг/га, а остальное количество вымывается в воды. Предельно допустимая концентрация хлора в местах водоснабжения установлена на уровне 0,25-0,50 мг/л. Вода с повышен­ным содержанием хлора непригодна для питья.

При применении кислых азотных удобрений увеличи­вается кислотность почв, что влечет за собой повышенное вымывание из них кальция и магния. Фосфорные удобре­ния не обладают столь выраженным подкисляющим эф­фектом, как азотные, но они могут вызвать цинковое го­лодание растений и накопление стронция в получаемой продукции. Фосфорные удобрения содержат примесь фторсодержащих соединений (от 0,2 до 4 % фтора), железа, стронция, селена, мышьяка (не менее 0,006 %), тяже­лых металлов (не менее 0,008 %) и в их числе кадмий (10-30 мг/кг), а из радионуклидов - уран, торий и их дочерние продукты. Фосфорные удобрения приносят в по­чву кадмий, содержание которого в фосфоритах осадочно­го происхождения достигает 5-55 мг/кг, а в удобрениях из них - 34-380 мг/кг. Например, картофель, выращен­ный на почве, удобренной суперфосфатом, содержит в 4 раза больше кадмия, чем контрольный [8].

С фосфорными удобрениями в почву вносится фтор в количестве 8-20 кг/га; 0,1-0,4 % его поступает в расте­ния, 25 % выносится в открытые водоемы, остальная часть сохраняется в почве и мигрирует в подземные воды. Фтор обладает высокой химической активностью и пред­ставляет большую опасность для здоровья человека. По­вышенные дозы фтора снижают продуктивность живот­ных, угнетают их развитие и ведут к отравлению; у людей вызывают разрушение эмали зубов, потерю элас­тичности кровеносных сосудов, остеохондрозные явления.

Тяжелые металлы поступают в почву вместе с удобре­ниями, средствами защиты растений, в результате ис­пользования техники. В качестве удобрений часто приме­няют сточные воды промышленных предприятий и

коммунально-бытового хозяйства, которые отличаются по­вышенной концентрацией тяжелых металлов.

Значительным источником загрязнения почв может быть животноводство. 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.

Отходы животноводства содержат различные формы азота, фосфора, калия, а также метан, аммиак, сероводо­род, фенолы и другие соединения, обладающие высокой токсичностью. Свежий не продезинфицированный ил и сточные воды от свиноводческих комплексов выступают источниками загрязнения почв сальмонеллой, яйцами гельминтов, бактериями тифа и др. В сильнозагрязнен­ных животноводческими стоками почвах возбудители тифа могут сохраняться до 1,5 лет, в незагрязненных -в течение 2-3 суток.

По данным Всемирной организации здравоохранения навоз может быть фактором передачи более 100 видов возбудителей болезней животных, в том числе опасных для человека. Ферма крупного рогатого скота является источником загрязнения атмосферного воздуха на рассто­янии 3 км. В воздухе содержится аммиак, а количество микробов в 4-10 раз превышает их предельно допустимые концентрации.

В сельском хозяйстве для уничтожения или снижения численности вредителей используются пестициды. По дан­ным ФАО, в мире от болезней растений, сорняков и вре­дителей ежегодно теряется около 35% урожая, в разви­тых странах - около 15%.

Экологическая вредность пестицидов зависит в основ­ном от их химической природы, продолжительности жиз­ни, способности избирательно действовать на отдельные организмы и трансформации в среде. Например, ДДТ (дуст — порошкообразный пестицид) под действием ульт­рафиолетового излучения превращается в другой стойкий и ядовитый углеводород - полихлорированный бифенил

(ПХБ). Он имеет значительный срок жизни и накаплива­ется в цепях питания.

Экологические последствия внесения средств защиты растений следующие:

1. развитие устойчивых к пестицидам вредных орга­низмов. Например, устойчивость колорадского жука к пестицидам в ряде районов США возросла в 20 раз. Степень привыкания организмов к пести­цидам определяется продолжительностью цикла их воспроизводства;

2. изменение свойств отдельных природных компонен­тов. Например, использование гербицидов наруша­ет биологическое равновесие почвы, уменьшает видовое разнообразие почвенных микроорганизмов и других животных. Гербициды способствуют ухуд­шению пищевой ценности культурных растений, вырождению отдельных сортов вследствие накопле­ния мутаций;

3. накопление и передача пестицидов по цепям пита­ния. Это увеличивает их количество в пищевых продуктах и ведет к заболеванию населения. Пести­циды накапливаются в жировых тканях людей и животных, отрицательно воздействуя на нервную, сердечно-сосудистую систему. Наиболее опасны пес­тициды для детей. Например, исследованиями, про­веденными в Ставропольском крае, где пестицидные нагрузки не превышали 2 кг/га, удалось установить корреляционную достоверную связь между интенсив­ностью применения пестицидов и уровнем заболева­емости язвенной болезнью желудка и 12-перстной кишки, гипертонической болезнью, хроническим фа­рингитом, назофарингитом, синуситом. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно пестицидами отравляются 500 тыс. человек, более 5 тыс. — со смертельным исходом.

Мероприятия по экологизации средств защиты рас­тений включают:

• использование препаратов в виде гранул, эмульсий и др., а также препаратов с коротким и умеренным сроками сохранения в растениях, в почве;

• соблюдение доз пестицидов и сроков внесения;

• использование биологических методов борьбы с вредителями;

• применение сортов растений, устойчивых к вреди­телям, и др.

К мерам борьбы с загрязнением почвы тяжелыми ме­таллами относятся известкование, внесение удобрений со щелочной реакцией; глубокая вспашка почвы с оборотом пласта, при котором на поверхности оказывается слой почвы с меньшим содержанием тяжелых металлов; произ­растание растений, слабо восприимчивых к тяжелым ме­таллам; выращивание лесных насаждений.

Для уменьшения неблагоприятного воздействия мине­ральных удобрений на окружающую среду необходимо осуществление следующих мероприятий:

• использование специальных машин для доставки удобрений с завода к месту хранения;

• соответствие объемов хранилищ объему удобрений, поставляемых хозяйству;

• соблюдение равномерности внесения удобрений;

• использование новых форм (медленно воздействую­щих) удобрений (капсулированных и т.д.), приме­нение безбаластных удобрений;

• строгое соблюдение доз, форм, сроков, способов внесения удобрений;

• соблюдение соотношения пропашных культур и культур сплошного сева в севообороте, использова­ние однолетних и многолетних трав, покосных и пожнивных культур и др.

Для устранения и предотвращения загрязнения окру­жающей среды органическими удобрениями необходимо:

• оптимизировать размеры крупных животноводче­ских комплексов;

• соблюдать нормативы утилизации жидкого навоза, где норма внесения азота в форме бесподстилочно­го навоза не должна превышать 200 кг/га;

• корректировать дозы с учетом типа и влажности почвы;

• проводить быструю заделку навоза после внесения;

• применять навоз совместно с соломой и торфом;

• вносить бесподстилочный навоз в холодное время года;

• проводить противоэрозионную обработку почвы (глубокую вспашку, рыхление подпахотного слоя, лункование);

• использовать навоз после обеззараживания и обез­воживания.

Для защиты населенных пунктов, водоисточников от выбросов животноводческих комплексов необходимо иметь санитарную зону. Так, санитарная зона для свиноводче­ского комплекса на 54-108 тыс.голов - 3~5 км; комплек­са крупного рогатого скота - 1,5-2 км. По границам территории комплекса необходимо размещать зеленую зону, площадь которой должна составлять не менее 10-15% площади животноводческих помещений.