65

Державний вищий навчальний заклад

«Запорізький національний університет»

МіністерствА освіти І НАУКИ України

До захисту допущений

Зав. кафедри

__________________________

(підпис)

____________________________________

__________________________

(дата)

КУРСОВА рОбота

Природодоцільне ведення сільського господарства.

сидерати

Виконав

ст. групи

(шифр групи) (підпис і дата) (прізвище, ім’я, по батькові)

Науковий керівник

(посада) (підпис і дата) (прізвище, ім’я, по батькові)

Запоріжжя

2012

ЗМІСТ

1 АКТУАЛЬНІСТЬ

2 ВСТУП

3 ОГЛЯД НАУКОВОЇ ЛІТЕРАТУРИ

3.1. важнейшие свойства почвы как среды обитания

3.1.1. Механічні властивості ґрунту

3.1.2. Екосистема ґрунту

3.1.3. Взаимозависимость растений и почвы

3.2. втрата ґрунту

3.2.1. Голая почва, эрозия и опустынивание

3.2.2. Причины потерь почвы

3.2.3. Масштабы проблемы

3.2.4. Предупреждение эрозии и опустынивания

3.3. сидерати

3.3. 1. Загальні відомості

3.3. 2. Сидерати – зелене добриво

3.3. 3. Порівняння з іншими методами органічного землеробства

3.3. 4. Сидерати як протиерозійний захід

3.3. 5. Строки висіву

3.3. 6. Відновлення родючості на дуже бідних, виснажених ґрунтах

3.3. 7. Сидерати + безвідвалка = родючість

3.3. 8. Від слів до діла

3.3.9. Досвід використання у ПП «АГРОЕКОЛОГІЯ»

3.3. 10. Різноманітність сидеральних культур

4 ВИСНОВКИ

5 СПИСОК ВИКОРИСТОНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

6 ДОДАТОК

АКТУАЛЬНІСТЬ

Бурная антропогенная деятельность привела к деградации и опустыниванию более 2 млн. га. Крах великих древних цивилизаций Месопотамии, в долинах Тибр и Фреда – это тоже последствие необратимой деградации земель.

Продовольствие, которым снабжалась Римская империя, выращивалось в основном на богатых, плодородных землях Северной Африки, в настоящее время представляющих собой пустыню [1].

Сегодняшний пример: одна, из самых крупных техногенных пустынь в Европе находится в Херсонской обл., так называемые «Олежковские пески».

Тем не менее человечество еще не усвоило урок истории. Эрозия набирает силу, так как рост населения и экономические трудности толкают людей на вырубание лесов, распашку склонов и малоплодородных засушливых территорий, а также на использование методов интенсивного земледелия, ненадолго повышающих урожаи за счет дополнительной эрозии. Процессы выветривания и почвообразования сильно зависят от климата и состава материнской породы. Однако в среднем почва формируется со скоростью приблизительно 12,5 т/га в год, что составляет ее слой толщиной около 0,4 см. Значит, почвы могут выдерживать эрозию с такой же скоростью, оставаясь в состоянии равновесия. Однако на большинстве лесных и пахотных земель этот баланс нарушен [1].

Распашка же и культивация, перевыпас и сведение лесов, проводимые в широких масштабах во имя обеспечения населения земли продовольствием, оставляют почву обнаженной и вызывают беспрецедентную эрозию, лишь подрывающую будущее плодородие [1].

Н деградированных землях вода не впитывается в почву, а стекает в низины. При этом из непокрытой земли, вымываются частицы почвы, а ветер выдувает и уплотняет их. Уплотнение почвы, нарушенный дренаж, окисление, ощелачивание и засоление – вот процессы, приводящие к деградации почв. И всё это результат деятельности человека. А ведь здоровая почва может не только обеспечить продовольственную безопасность и поддержать чистые водные источники, но и они оказывают влияние на мировой климат.

В настоящее время мы имеем дело с 10-тью глобальными проблемами:

– продовольственная безопасность;

– доступность воды;

– изменение климата;

– потребность в энергии;

– утилизация отходов;

– исчезновение биоразнообразия;

– деградация почв и опустынивание;

– бедность;

– политическая и этническая нестабильность;

–быстрый рост населения

«Решение всех этих проблем лежит в управлении почвами. Это не означает, что сельское хозяйство является единственным решением, но играет важную роль в решении этих вопросов» – Роберт Лал, сотрудник школы экологии и природных ресурсов.

Високий процент розораності сільськогосподарських угідь (понад 80 %), зменшення до 1990 року внесення мінеральних добрив у 8, органічних у 5, вапнування в 6 разів привело до зниження вмісту гумусу в ґрунті на 0,2 –0,3% і як результат – неминуче зниження родючості [2]. При этом разрушается почвенный мир. Казалось бы, растение должно быть положено на совсем небольшую глубину, а плуг разрезает ее почти на 30 см, переворачивая пласты. Зачем? Борьба с сорняками? Но ведь с ними можно бороться иначе, не переворачивая тот плодородный шар, который нам дан природой [3, 4, 5]. Природе нужно более 300 лет, чтобы создать 1 см плодородного слоя. Разрушить созданное человек может за пару лет. Миллиарды капилляров, оставшиеся после корней растений и образовавшимися в результате деятельности дождевых червей и почвенных организмов – пронизывают целинное поле на глубину до 3 м. Покрытая почва впитывает влагу, а с поверхности обнаженной земли вода улетучивается почти сразу. Кроме того, плужная подошва как разрушенные капилляры тоже становится непреодолимым барьером на пути воды.

Запахивая растительные остатки человек оставляет землю без защиты под удары дождевых капель. А ведь каждая капля подобна бомбе. Они разбивают почвенные агрегаты, превращая их в пыль, которая уноситься с ветром с полей. Поэтому та пыль, которая нас окружает и есть бывший плодородный слой.

И напоследок ещё одно важное исследование…

Различие между пахотным слоем и подпочвой (нижележащим слоем) в их способности поддерживать развитие растений изучали [1], высаживая растения на смежные участки, с одного из которых верхний гумусовый горизонт был снят. Результаты поразительные. Удаление пахотного слоя привело к снижению урожая на 85%.Другими словами, потеря этого слоя позволяет получить только 15% продукции. И наоборот, восстановив хороший пахотный слой из подпочвы, можно увеличить урожайность в шесть раз.

Это чрезвычайно важный вывод, так как гумус не вечен. Будучи естественным органическим веществом, он, несмотря на неусвояемость организмами, разлагается со скоростью от 20 до 50% своего объема в год в зависимости от условий. Следовательно, без периодического поступления обильного детрита гумус постепенно разрушится. При этом будут утрачены почвенная структура и все свойства, которые она обуславливает. Такую потерю гумуса, а в результате и пахотного слоя называют минерализацией, так как в результате остается только сыпучая минеральная часть почвы – песок, пыль и глина (рис. 1).

Рисунок 1. Формування і мінералізація орного шару. Сам він - результат динамічної рівноваги між надходженням органічної речовини і втратами його за рахунок розкладання і окислення, тобто мінералізації. В залежності від інтенсивності цих процесів змінюються властивості ґрунту

Многие страны, и в частности США, тратят миллиарды на оказание военной помощи и еще миллионы на поддержку голодающих и беженцев из районов экологических катастроф. Но без развития устойчивого сельского хозяйства и охраны лесов никакая помощь не спасет человечество от надвигающейся трагедии опустынивания [1].

Виникла потреба вишукувати засоби для збереження та відновлення родючих властивостей орного шару. Одним з ефективних засобів підвищення родючості ґрунту є сидерати [2].

ВСТУП

Сільське господарство – основне джерело продовольства для населення більшості регіонів світу. Воно з'явилося 10 тисяч років тому. Природа дала людині перші культурні рослини, перших домашніх тварин, і головне – ґрунт, на якому вона могла вирощувати рослини.

На зорі свого розвитку сільське господарство було стійким, оскільки природа була сильніша людини. Людина змогла лише ненадовго «в борг» брати у неї невеликі ділянки для створення ріллі: через 3-4 роки всі поля заростали бур'янами. Контролювати щільність їх популяцій людина ще не вміла, і тому була змушений повертати цю землю природі і освоювати нову ділянку.

Втім, і в цей благодатний час траплялися серйозні конфлікти людини і природи, пов'язані з розвитком поливного землеробства, що руйнував ґрунт. Саме полив став причиною загибелі землеробських цивілізацій шумерів у Месопотамії, інків і майя в Америці.

Відносини людини і природа змінилися в XX столітті, коли внаслідок науково-технічної революції він спробував стати сильніше природи. У його розпорядженні з'явилися трактор, відвальні плуги, мінеральні добрива, пестициди, високопродуктивні сорти культурних рослин і породи сільськогосподарських тварин, виведені з використанням досягнень генетики. Сільське господарство втратило стійкість.

Человечество пришло к порочному кругу:

Любое нарушение продукционно-деструкционного равновесия приводит к возврату экосистемы к одной из более ранних сериальных стадии. Причиной такого нарушения может быть лесной пожар, катастрофическое наводнение, вмешательство человека. Вырубка лесов, распашка целины, строительство городов, гидроэлектростанций, разработка полезных ископаемых — все эти и многие другие виды хозяйственной деятельности людей разрушают климаксные экосистемы и могут положить начало вторичной сукцессии. В некоторых случаях люди сознательно создают условия, при которых продукция экосистемы должна постоянно превышать деструкцию. В этом, в сущности, состоит смысл сельскохозяйственного производства, так как избыточная продукция любой агроэкосистемы — это либо урожай продовольственной или технической культуры (первичная продукция), либо прирост продукции животноводства в любой форме (получение мяса, молока, шерсти и т.д., вплоть до рогов и копыт). Таким образом, для обеспечения устойчивых урожаев необходимо все время удерживать экосистему в неравновесном состоянии, затрачивая на это немалую дополнительную энергию. В частности, при выращивании сельскохозяйственных культур приходится ежегодно перепахивать поля, предотвращая вторичную сукцессию растительного сообщества [Экология микроорганизмов: Учеб. для студ. вузов / А. И. Нетрусов, Е. А. Бонч-Осмоловская, В. М. Горленко и др.; Под ред. А. И. Нетрусова. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 272 с.].

Выход из него – выращивать покровные культуры, о чём и пойдет речь далее.

Крім того, агроекологія пропонує підвищити стійкість агроекосистем (АгрЕС). Теоретично це просто: потрібно «лише» відтворити в ній закономірності функціонування природних екосистем.

Ґрунти – головний ресурс АгрЕС, від стану якого залежать врожаї сільськогосподарських культур і відповідно прирости і надої худоби. У стійкій АгрЕС створюється естафета родючості, ґрунт – це капітал, який не можна витрачати, можна жити тільки на відсотки з нього.

Для забезпечення естафети родючості необхідно:

•

Рисунок 2. Важливі ґрунтові організми [6]

Підтримка її біоти (бактерій, грибів, фауни). Функції бактерій різноманітні: редуценти руйнують органічну речовину і повертають в атмосферу вуглець; гуміфікаторов формують гумус; азотфіксатори переводять атмосферний азот в доступні для рослин форми; нітріфікатори і денітріфікатори повертають атмосфері спожитий з неї азот. У складі мікроорганізмів є захисники рослин від патогенів (наприклад, кореневої гнилі) і санітари, які руйнують токсичні речовини (пестициди та ін.) Ґрунтові тварини (детритофаги) допомагають бактеріям руйнувати мертву органічну речовину, а хижаки контролюють щільність детритофагів і мікроорганізмів (рис. 2).

• Підтримка балансу між руйнуванням органічної речовини редуцентами і його надходженням у ґрунт з кореневими і пожнивними залишками рослин. Оскільки більша частина органічної речовини надземної фітомаси вилучається з урожаєм, то для підтримки цього балансу необхідні «дотації» у вигляді органічних добрив (рис. 3).

• Збереження балансу між приходом і витратою елементів мінерального живлення. Елементи мінерального живлення надходять в ґрунтовий розчин в результаті діяльності редуцентів і виносяться з ґрунту з урожаєм. Оскільки винесення велике, підтримувати стійкість ґрунтів можна тільки за рахунок мінеральних добрив – фосфорних, калійних та мікродобрив (мідь, марганець, бор, молібден та ін.). Тільки азотом ґрунт може забезпечити себе сам за рахунок біологічної азотфіксації.

• Збереження оптимальної структури ґрунту, тобто розмірів ґрунтових грудочок, діаметр яких повинен бути в межах від 0,5 до 1 см. Саме в такій грудочці найбільш органічно поєднується діяльність бактерій-редуцентів і бактерій-гуміфікаторів.

Таким чином, прийти до клімаксного стану. Існує два критерії, що інтегрально відображають екологічність АгрЕС: витрати антропогенної енергії і рівень замкнутості кругообігу речовин.

Рисунок 3. Лісовий ґрунт і тварини-деструктори [6]

Нарешті, можна повертати АгрЕС частина елементів живлення які виносяться з неї з урожаєм технічних культур (використовувати на корм худобі відходи виробництва цукру, соняшникової олії та ін.) [7].

Важнейшие свойства почвы как среды обитания [1]

1. Механические свойства почвы

Чтобы растения могли выжить, почва как среда обитания должна удовлетворять их потребность в минеральных элементах питания, воде и кислороде. Очень важны также pH и соленость. В естественных экосистемах все эти свойства сбалансированы и поддерживаются согласно общебиологическим циклам (биологических и геологический круговороты веществ).

Механический состав почвы

Механический состав почвы существенно влияет на инфильтрацию, водоудерживающую способность, ионообменную емкость и аэрацию. Зависимость почвы и ее различными свойствами обобщена в табл. 1.

Таблиця 1. Взаимоотношения между механическим составом почвы и ее физическими и химическими свойствами

Тип почвы	Инфильтрация воды	Водоудерживающая способность	Ионообменная емкость	Аэрация	Обрабатываемость
Песок	Хорошая	Низкая	Низкая	Хорошая	Хорошая
Пыль	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя
Глина	Слабая	Высокая	Высокая	Плохая	Плохая
Суглинок	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя

Но какая же почва самая плодородная? Наилучшим оказывается суглинистый или пылеватый механический состав, обеспечивающий компромисс между свойствами песка и глины.

Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать

Когда ионы биогенов высвобождаются, они становятся доступными растениям, но могут также вымываться просачивающейся сквозь почву полой. Последний процесс называется выщелачиванием. Выщелачивание не только снижает плодородие почв, но и способствует загрязнению среды. Следовательно, способность почвы связывать и удерживать ионы биогенов, чтобы они не выщелачивались и могли поглощаться корнями, столь же важна, как и их исходный запас. Эту способность называют ионообменной емкостью почвы.

В естественных экосистемах основной источник биогенов – разлагающиеся детрит и метаболические отходы животных, т.е. круговорот биогенов. Если ионообменная емкость утрачена, биогены выщелачиваются и плодородие падает.

В агроэкосистемах происходит неизбежное удаление биогенов с собранным урожаем, так как они входят в состав растительного материала. Поэтому запас регулярно пополняют, внося удобрения.

Даже при внесении удобрений ионообменная емкость почвы сохраняет свое жизненно важное значение. Во-первых, выщелачивание удобрений наносит очевидный экономический ущерб. Во-вторых, что более существенно, выщелоченные биогены попадают в водоемы, вызывая серьезные проблемы, связанные с загрязнением.

Вода и водоудерживающая способность

В листьях растений, через устьица, кроме выделение кислорода, высвобождаются пары пары воды из влажных клеток. Чтобы компенсировать эти потери водяных паров (транспирация), необходимо по меньшей мере 99% всей поглощаемой растением воды; на фотосинтез же расходуется менее 1%. Если воды недостаточно для восполнения потерь воды на транспирацию, растение вянет. Более того, поливы в жару могут усугубить ситуацию [8]

Рисунок 4. Динаміка температури на непокритому ґрунті

Для наглядности изменения температуры почвы по мере погружения в глубину, построим график (рис. 4).

На горизонтальной оси координат откладывается глубина почвы. На оси указаны отметки 10,20, 30, … см. По оси ординат откладывается температура почвы: 10, 20, 30 … градусов. Общеизвестно, что на достаточной глубине почвы (в наших краях – с полутора-двух метров), устанавливается постоянная суточная низкая положительная температура. Будем считать эту постоянную температуру – для определенности – равной 12^◦С (на этой высоте проведена штриховая линия).

Все цифры – условны и нужны лишь для того, чтобы на качественном уровне уяснить эффект полива в жару.

Допустим, что почва – неукрыта. Если температура в тени достигла, скажем, 40^◦С, то на солнце будет 50^◦С, а на поверхности почвы, накалившейся к 15-16 часам, – все 70^◦С!

Теперь проследим за изменением температуры (по мере проникновения в почву) от 70 до 12 градусов. График этого процесса – убывающая экспонента. Она проходит через точку 70^◦С на оси ординат и асимптотически прижимается к штриховой линии.

На графике (фото 2) таких экспонент – две. Верхняя экспонента соответствует среде с более высокой, а нижняя – среде с более низкой теплопроводностью. Иначе говоря, в среде с высокой теплопроводностью кривая падает медленно, отлого, а в среде с низкой теплопроводностью падение линии – крутое.

Теперь выделим слой почвы на глубине 10-20 см. Здесь, в основном, сосредоточены корни культурных растений.

В сухой почве температура в этом слое, как следует из графика, может превышать 30^◦С. Помидор, например, при такой температуре в ризосфере теряет завязь. Перестает завязываться картошка. Листья теряют тургор. Растение перестает плодоносить. Но жить – в ожидании лучших времен – будет. Ему полегчает уже ближайшей ночью.

При поливе почва становиться влажной, то есть теплопроводной. И корни оказываются словно в закипающей кастрюле – при температуре выше 50^◦С!

Таким образом, неукрытая земля и поливы – в жару – не совместимы. Почвы должна быть похожей на почву в естественных биоценозах, т.е. замульчированной.

Что касается дождевой воды, которая стекает по поверхности грунта, а не впитывается, пользы от нее не будет. Поэтому весьма важна инфильтрация, т.е. впитывание воды с поверхности почвы. Так как корни большинства растений в нее не очень глубоко проникает, вода, которая просачивается глубже, чем на несколько футов, становится недоступной. Следовательно, в период между дождями растения зависят от запаса воды, удерживаемого поверхностным слоем почвы, как губкой. Величина этого запаса называется водоудерживающей способностью почвы. Даже при редких осадках почвы с хорошей водоудерживающей способностью могут запасти достаточно влаги для поддержания жизни растений на протяжении довольно длительного сухого периода. Растений же на почвах со слабой водоудерживающей способностью могут пострадать даже во время короткой засухи, так как небольшой запас почвенной влаги быстро испаряется.

Наконец, запас воды в почве сокращается не только в результате его использование растением, но и за счет испарения с поверхности почвы. Чтобы снизить его, применяют мульчирование или создают растительный покров. Взаимосвязь вода-почва изображены на рис. 5.

Рисунок 5. Відношення рослина-ґрунт-вода. Втрата води рослиною при транспірації повинні компенсуватися капілярною водою у ґрунті. Цей запас залежить не тільки від достатку і частоти опадів, але й від здатності ґрунту вбирати і утримувати воду, а також від прямого

Таким образом, зеленые удобрения действуют на почву комплексно: переводят минеральные элементы в усвояемую для культурных растений форму, создают рыхлыстую структуру, повышают инфильтрационную, водоудерживающую способность и аэрацию.

2. Экосистема почвы [1]

Исследуя верхний, плодородный слои почвы, мы обнаруживаем сложное сочетание следующих компонентов:

– минеральные частицы;

– детрит, т.е. мертвое органическое вещество растений и животных, включая отходы их жизнедеятельности, на разных стадиях разложения;

– множество живых организмов от редуцентов (грибов и бактерий) до более крупных детритофагов (дождевых червей, моллюсков и насекомых), формирующих сложную пищевую цепь, основанную на детрите.

Таким образом, почва, обеспечивающая рост растениям, – это не просто «грязь», а сложная экосистема (рис. 6). Охрана почвенной экосистемы необходима для поддержания плодородия почвы.

Рисунок 6. Родючий ґрунт - це не просто "бруд". Його система полягає на динамічній взаємодії між мінеральними частинками, детритом, детритофагами і редуцентами. Порушення хоча б одного з цих трьох найважливіших компонентів може мати надзвичайно згубні для ґрунту наслідки.

Д етрит, почвенные организмы, гумус и пахотный слой

Рисунок 7. Ґрунтові організми. На малюнку представлені основні їх групи. Саме в процесі життєдіяльності цих організмів детрит перетворюється в гумус, перемішування якого з ґрунтом надає їй структуру.

Замечательное улучшение всех свойств почв происходит при сочетании с ее минеральной частью гумуса. Питаясь, каждый организм оставляет некоторое количество неусвоенных отходов. Гумус – это остаток органического вещества после потребления детрита.

Естественный процесс проникновения гумуса в минеральную часть почвы начинается с накопления мертвых корней, листьев и другого детрита на поверхности и внутри почвы. Детрит поддерживает сложную пищевую сеть, включающую множество видов бактерий, грибов, простейших, клещей, многоножек, пауков, насекомых и их личинок, дождевых червей, брюхоногих моллюсков, кротов и других землероев (рис. 7). Питаясь, эти организмы не только преобразуют детрит в гумус, но и в процессе жизнедеятельности перемешивают и соединяют его с минеральной частью почвы. Мы с вами можем это наблюдать на территории лесопосадок, где почва не поддается различного рода обработки.

В результате частицы песка, пыли и глины соединяются в более крупные комки и агрегаты. Деятельность таких землероев, как мыши, не дает этим комкам слеживаться. Такую рыхлую структуру называют почвенной структурой (рис. 8).

Т

Рисунок 8. Природна структура ґрунтового профілю

аким образом, независимо от механического состава гумус и создаваемая им почвенная структура создают необходимы для жизни растений условия.

Органические и минеральные удобрения

Среди фермеров и садоводов существуют значительные разногласия относительно использования органических и минеральных удобрений. Понимание процесса и значения формирования пахотного слоя позволяет разобраться в этом вопросе. Недостаток минеральных удобрений появляется при попытке заменить ими поступление детрита. Без внесения в почву достаточного его количества её организмы голодают, содержание гумуса падает, и все необходимые свойства сходят на «нет» по мере минерализации пахотного слоя и разрушения структуры.

Разумное сочетание минеральных удобрений с внесением органического вещества для защиты и поддержания пахотного слоя может обеспечить наилучшие земледельческие результаты. Наконец, чередование бобовых (рис. ), фиксирующих азот, с другими культурами, т.е. правильный севооборот, позволяет обогатить почву как азотом, так и органическим веществом.

3

Рисунок 9. Рослини і ґрунтова середу взаємодіють. Властивості ґрунту покращуються завдяки надходженню детриту, що виникає в основному при відмиранні частин рослин

. Взаимозависимость растений и почвы

Теперь попробуем наглядно представить себе взаимозависимость, существующую между почвой и растущими на ней растениями. Последние обеспечивают пищей почвенную экосистему, которая нужна для поддержания пахотного слоя в состоянии, наилучшем для развития растений (рис. 9).

Растения предохраняют почву и другими способами. Наиболее успешно растительный покров защищает ее от эрозии, а покров из органогенного материала существенно сокращает потери воды от испарения, не препятствуя инфильтрации. Это вместе с высокой водоудерживающей способностью пахотного слоя делает процент доступных растениям осадков максимальным.

К

Рисунок 10. Деградація ґрунту може йти по порочному колу. На деградованому ґрунті розвивається менше рослин, а це призводить до його подальшої деградації

ак и все экологические связи, взаимоотношения между почвой и растительностью представляют собой динамическое равновесие, а не стационарное состояние. Деградация почвы – это своего рода цепная реакция, которую со временем все труднее остановить или обратить. Ухудшение земель снижает продуктивность растений, что означает снижение количества детрита для формирования гумуса, а также защиты почвы от эрозии и потерь воды за счет испарения. Эти последствия ведут к дальнейшей деградации почвы, еще меньшей продуктивности растений и т.д. до тех пор, пока не останется голый грунт (рис. 10). Порочный круг можно разорвать, применив подходящее мульчирование и возобновив растительный покров, что и дорого, и очень медленно. Для этого может потребоваться несколько десятков или даже сотен лет. Отсюда ясна первостепенная важность охраны почв.

Втрата ґрунту [1]

Если мы хотим, чтобы человечество устойчиво развивалось, следует осознать типы отрицательного воздействия на почву и принять меры для борьбы с ними.

1. Голая почва, эрозия и опустынивание

Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия, т.е. процесс захватывания частиц почвы и их выноса водой или ветром.

О бычно растительный покров или естественный опад (опавшие листья и другой детрит) обеспечивают защиту от всех форм эрозии. Энергия удара дождевых капель рассеивается этим материалом, и вода постепенно проникает в почву, не разрушая ее структуры. При инфильтрации поверхностный сток сокращается. Когда он все-таки имеет место, растительный покров или опад замедляют скорость воды настолько, что ее энергии не хватает для захвата частиц почвы. Аналогичным образом растительность снижает скорость ветра и удерж

Рисунок 11. Ерозія. Оголений ґрунт надзвичайно до неї чутливий. Удари падаючих крапель розбивають ґрунтові агрегати. Тонкі частинки гумусу, глини та пилу легко виносяться потоками води або вітром, залишається тільки грубий пісок і камені, стійкі до площинної ерозії. Рослинний покрив захищає ґрунт від всіх видів ерозії

ивает почвенные частицы (рис. 11).

Водная эрозия начинается с капельной эрозии, т.е. действия падающих дождевых капель, разбивающихся об обнаженную почву. Вспомните комковатую, агрегированную структуру пахотного слоя. Когда дождевые капли ударяются об его голую поверхность, они разбивают почвенные комки и агрегаты, а мелкие частицы закупоривают поры и пространства между другими агрегатами, ухудшая в результате как аэрацию, так и инфильтрацию.

Очень важным свойством эрозии является то, что она захватывает и уносит частицы почвы дифференцированно, т.е. в зависимости от их веса. Более тонкие и легкие частицы гумуса и глины вымываются первыми, тогда как грубый песок, камни и выходы породы остаются

В результате эрозии земля может терять плодородие до тех пор, пока не превратится в пустыню т.е. происходит ее опустынивание.

Итак, почва, не защищенная растительным покровом, страдает от ветровой и водной эрозии. Когда разрушается и уносится ее верхний плодородный слой, плодородие резко падает (вспомните эксперименты, демонстрирующие потерю урожайности на 85% в результате уничтожение пахотного слоя). Конечным итогом может быть не более (и не менее) чем голый «пустынный» ландшафт, практически лишенный растительности.

2. Причины потерь почвы

Важнейшими причинами, приводящими к обнажению почвы в результате эрозии и опустыниванию, являются: (1) выпахивание, (2) перевыпас, (3) сведение лесов, а кроме того, засоление почв при орошении.

Выпахивание

Традиционно первым этапом в выращивании урожая была и в значительной мере остается распашка. Пашут для того, чтобы уничтожить сорняки, т.е. дикорастущие виды, успешно конкурирующие за воду и биогены с культурными растениями. Без борьбы с сорняками земледелец получит заросшее ими поле и очень низкий урожай, если он вообще будет. Переворачивая верхний слои почвы, сорняки засыпают и как бы «удушают». Недостаток при этом – открытие почвы воздействию водной и ветровой эрозии.

Часто неправильно считают, что вспашка и культивация необходимы для «разрыхления» почвы, т.е. улучшения аэрации и инфильтрации. Обычно эффект как раз противоположный. Капельная эрозия разрушает комковатую структуру почвы и утрамбовывает ее поверхность, так что аэрация и инфильтрация ухудшается, а поверхностный сток увеличивается. Уплотнение происходит и за счет веса применяемых при вспашке тракторов. Распаханная земля теряет больше влаги вследствие испарения, что усугубляет проблему понижения инфильтрации и водоудерживающей способности.

Основные проблемы, связанные с перекопкой можно свести к следующим:

– погибают микроорганизмы и дождевые черви;

– разрушается природная структура почвы;

– нарушаются почвенные каналы;

– почва пересыхает.

Перевыпас

Угодья, где выпадает слишком мало осадков для выращивания культурных растений, традиционно использовались для выпаса скота. К сожалению, такие земли часто подвергаются перевыпасу. Это означает, что трава съедается быстрее, чем может возобновляться; результат – ее отмирание, обнажение «пахотного» слоя и воздействие на него эрозии.

Опустынивание пастбищ – не простой процесс. Пастухи могут считать, что численность их стада не превышает емкости среды, т.е. количества животных, которые может прокормиться без ущерба для экосистемы. Однако при интенсивном выпасе уменьшается поступление в почву детрита, необходимого для возобновления гумуса. Значит, в течение многих лет может происходить постепенная минерализация почвы, которую трудно заменить. Затем ухудшение почвы и, может быть, ненормально сухой год приводят к падению продуктивности травы ниже требуемого для выпаса уровня. Растительность стравливается, земля оголяется, начинается эрозия и запускается цикл все усиливающейся деградации почвы и падения продуктивности пастбищ. Так на первый богатые земли неожиданно и часто катастрофически быстро превращаются в бесплодные пустыни. Огромные площади пашен и пастбищ уже частично опустынены (табл. 2). Внезапность наступления последней стадии опустынивания не позволяет строить радужных прогнозов.

Таблиця 2. Опустыненные плодородные земли засушливых регионов ¹⁾ (World Resources 1986. Washington, D. C.: World Resources Institute)

Регион	Площадь, млн. акров	Процент 2) опустыненных земель
Судано-Сахельская Африка	1175	88
Южная Африка	755	80
Средиземноморская Африка	250	83
Западная Азия	335	82
Южная Азия	750	70
Азиатская часть бывшего СССР	725	55
Китай и Монголия	162,5	69
Австралия	1222,5	23
Средиземноморская Европа	175	39
Южная Америка и Мексика	702,5	71
Северная Америка	962,5	40
Всего	7815	61
Включая пастбища и пахотные земли с минимальным количествм осадков. В сумме: от умеренно (потеря плодородия менее 25%) до сильно опустыненных (более 50%)

Сведение лесов

Лесной покров особенно эффективно предохраняет от эрозии и удерживает почвенную влагу, так как принимает на себя удары дождевых капель и позволяет воде впитываться в рыхлый «пахотный» слой почвы, покрытый опадом. Исследования в лесу Хаббард-Брук (шт. Нью-Гэмпшир) показали, что поверхностный сток с облессенного склона на целых 50% меньше, чем с аналогичного склона, поросшего травой. Также леса усиливают элементы питания, высвобожденные при разложении детрита, т.е. рециклизируют их. Те же исследования показали, что после сведения леса вымывание азота из почвы увеличивается в 45 раз.

Таким образом, вырубка чревата не только эрозией почвы, но и обеднением ее биогенами. Кроме того, потоки воды и снос эрозией почвы с оголенных склонов вызывают затопление и заиление сельскохозяйственных и водных экосистем в низинах.

Орошение, засоление и опустынивание

Орошение, т.е. искусственное снабжение водой пахотных земель, способствовало существенному увеличению сельскохозяйственной продукции в регионах, обычно получающих недостаточное количество осадков.

Однако орошение может привести к засолению, т.е. увеличению солености почвы до уровня, не переносимого растениями, так как даже лучшая поливная вода содержит по меньшей мере 200-500 мл^-1 солей, перешедших в нее из грунта. Соль вымывается и из минеральных частиц самой орошаемой почвы. По мере того как вода теряется на испарение и транспирацию, остающиеся в почвенном растворе соли могут накапливаться в количестве, препятствующем развитию растений. Засоление считается одной из форм опустынивания.

Как показано в табл. 3, 30% всех орошаемых земель уже засолены, т.е. пропала стоимость и оросительной системы, и самой земли.

Таблиця 3. Орошаемые земли, опустыненные вследствие засоления (World Resources 1986. Washington, D. C.: World Resources Institute)

Регион	Площадь, млн. акров	Процент опустыненных земель
Судано-Сахельская Африка	7,5	30
Южная Африка	5,0	30
Средиземноморская Африка	2,5	40
Западная Азия	20,0	40
Южная Азия	147,5	35
Азиатская часть бывшего СССР	20,0	25
Китай и Монголия	25,0	30
Австралия	5,0	19
Средиземноморская Европа	15,0	25
Южная Америка и Мексика	30,0	33
Северная Америка	50,0	20
Всего	327,5	30