63437

Почвы и их рациональное использование. Экологическое состояние земельных ресурсов в РК. Источники, причины загрязнения и истощения земельных ресурсов. Проблемы опустынивания. Мероприятия по защите земель

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Почвы и их рациональное использование. Структура почвы Почва это особое природное образование обладающей рядом свойств присущих живой и неживой природе. Он назвал почвы четвертым царством природы наряду с минералами животными и растениями.

Русский

2014-06-20

78 KB

5 чел.

Дисциплина «Экология и устойчивое развитие»

Лекция №15. Почвы и их рациональное использование. Экологическое состояние земельных ресурсов в РК. Источники, причины загрязнения и истощения земельных ресурсов. Проблемы опустынивания. Мероприятия по защите земель.  

Важным этапом в развитии биосферы явилось возникновение такой ее части, как почвенный покров литосферы — верхней твердой оболочки Земли, включающей земную кору; литосфера ограничена атмосферой и гидросферой. С образованием достаточно развитого почвенного покрова биосфера становится целостной завершенной системой, все части которой тесно взаимосвязаны и зависят друг от друга.

Структура почвы

Почва — это особое природное образование, обладающей рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Почва ' это та среда, где взаимодействует большая часть элементов сферы: вода, воздух, живые организмы. Почву можно определить как продукт выветривания, реорганизации и формирования верхних слоев земной коры под влиянием живых организмов, атмосферы и обменных процессов.

Основатель науки о почве в России В. В. Докучаев говорил что почва есть функция от материнской породы, климата и организмов, помноженная на время. Он назвал почвы четвертым царством природы, наряду с минералами, животными и растениями.

Почва состоит из нескольких горизонтов (слоев с одина^0-выми признаками), возникших в результате сложного взаимодействия материнских горных пород, климата, растительных и животных организмов (особенно бактерий), рельефа местное

Поверхностный горизонт образован остатками растительности, составляющих основу гумуса, избыток или недостатки которого определяет плодородие почвы.

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 располагаются 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.

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

Почва включает минеральные частицы, детрит, множество живых организмов, т. е. почва — это сложная экосистема, обеспечивающая рост растений. В. И. Вернадский называл почву биокосным веществом, подчеркивая тем самым большую роль живых организмов в ее создании и существовании.

Почвы — это медленно возобновляемый ресурс. Почвообразование — сложный и противоречивый, многофакторный и взаимозависимый процесс, включающий минерализацию (гумификацию) органических остатков. Создание почвенного плодородия невозможно без участия великого множества различных живых организмов — животных, грибов и микроорганизмов.

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 Из сказанного следует, что почва менее подвижна по сравнению с другие абиотическими составляющими биосферы.

Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать

Чтобы растения (продуценты) могли нормально расти и развиваться, почва как среда обитания должна удовлетворять их потребности в минеральных элементах питания, воде и кислороде. Очень важное значение имеют кислотно-основные свойства почвы (рН почвы) и ее соленость.

Для питания растений необходимы такие минеральные вещества, как нитраты (нитрат-ионы), фосфаты (фосфат-ионы), соли калия (калий-ионы), кальция (кальций-ионы). За исключением азота остальные биогены изначально входят в состав горных пород наряду с непитательными элементами (окисью кремния, алюминия и др ) Однако эти биогены недоступны растениям, пока закреплены в структуре материнской породы. Чтобы ионы биогенов перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, материнская порода. Должна быть разрушена.

Материнская порода разрушается в процессе естественного выветривания. Выветривание включает все естественные физические процессы (замерзание оттаивание, нагревание, охлаждение и т. д.), биологические факторы (давление корней растений, растущих в мелких трещинах) а также различные химические реакции.

Азот поступает в почву при гниении органических веществ в виде аммиака, который под действием нитрифицирующих бактерий окисляется в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве солями угольной кислоты, например, с карбонатом кальция, образует селитру:

СаС03 + 2НгТО3 -> Са(гТО3)2 + С02 + Н20.

Однако некоторая часть органического азота денитрофицирующими бактериями превращается в недоступную для растений форму (свободный азот). К процессам, возмещающим потерю азота, относятся:

  1.  атмосферные электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота с последующим превращением в азотную кислоту и селитру;
  2.  превращение атмосферного азота в азотные соединения клубеньковыми бактериями, входящими в состав корней некоторых растений (например, бобовых культур, клевера и др.).

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота, так же как и других биогенов. В агроэкосистемах этот круговорот нарушается, поскольку биогены удаляются вместе с собранным урожаем.

Когда ионы биогенов высвобождаются, они становятся доступны растениям, но могут также просачиваться через почвы (процесс выщелачивания). Выщелачивание не только снижает плодородие почвы, но и загрязняет водоемы.

Способность почвы связывать и удерживать ионы биогенов называется ионообменной емкостью почвы. Если ионообменная емкость почвы утрачена, то биогены выщелачиваются и плодородие почвы падает. Поэтому в агроэкосистемах необходимо постоянно пополнять биогены, внося их в виде удобрений.

Неорганические (или химические) удобрения представляют собой смесь минеральных биогенов. Органические удобрения — это растительные остатки и отходы животных (навоз, торф), они увеличивают ионообменную емкость почвы и по мере разложения высвобождают биогены

 

Гранулометрический состав различных типов почв и их свойства

Тип почвы

Диаметр

частиц,

мм

Инфильтрация воды

Водоудер-живающая способность

Ионообменная емкость

Аэрация

Обрабатываемость

Песок

2-0,05

Хорошая

Низкая

Низкая

Хорошая

Хорошая

Пыль

0,05-0,002

Средняя

Средняя

Средняя

Средняя

Средняя

Глины

0,002

Слабая

Высокая

Высокая

Плохая

Плохая

Суглинок (40% песка, 40% пыли и 20% глины)

< 0,002

Средняя

Средняя

Средняя

Средняя

Средняя

необходимые условия для жизни растений. Со временем гумус разрушается (до 50% в год), утрачивается почвенная структура — происходит минерализация почвы. Поэтому необходим постоянный приток детрита в почву. В природных экосистемах имеется взаимосвязь: почва обеспечивает растения биогенами, растения обеспечивают почву детритом, почвенную экосистему — пищей, защищают почву от эрозии, сокращают потерю воды от испарения и не препятствуют инфильтрации. Взаимосвязь между почвой и растительностью — динамическое равновесие, а не стационарное состояние: меньше гумуса -> меньше растений —> меньше детрита -> меньше гумуса и т. д.

Многое изменилось с тех пор, как Земля стала (говоря языком экономистов) предметом труда, средством труда и орудием производства. Естественное почвообразование в значительной мере приостановлено и заменено техногенными процессами, которые в совокупности называются земледелием.

Земледелие — это система воздействия на почву с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственной продукции.

Экосистемы, формирующиеся с участием человека, называются агроэкосистемами. Агроэкосистемы имеют ту же принципиальную схему функционирования с передачей энергии по цепи "продуценты — консументы — редуценты", что и естественные экосистемы. Специфика агроэкосистем заключается в том, что их состав, структура и функции управляются не естественными механизмами самоорганизации, а человеком. Он стоит на вершине экологической пирамиды и организует пищевые цепи так, чтобы получить максимальное количество первичной (растениеводческой) и вторичной (животноводческой) продукции нужного количества.

Естественные экосистемы замкнуты, а агроэкосистемы открыты: с растениеводческой и животноводческой продукцией происходит отток из них элементов питания. Кроме того, некоторое количество элементов питания теряется за счет вымывания в грунтовые и наземные воды, а также эрозии — смывания или сдувания с полей мелкозема — наиболее плодородной части почвы.

Чтобы управлять агроэкосистемой, человек затрачивает антропогенную энергию — на обработку почвы и полив, на производство и внесение удобрений и химических средств защиты растений, на обогрев животноводческих помещений в зимнее время и т. д.

Однако даже при самом интенсивном сельском хозяйстве доля антропогенной энергии в энергетическом бюджете агроэкосистем составляет не более 1%. Основным источником энергии для ее работы остается Солнце.

Загрязнение почвы химическими веществами

К веществам, всегда имеющимся в почве, но концентрация которых может возрастать в результате деятельности человека, относятся металлы, пестициды. Из металлов в почве часто обнаруживают избыточные концентрации свинца, ртути, кадмия, меди и др.

Повышенное содержание свинца может быть вызвано атмосферной эмиссией (поглощением из атмосферы) за счет выхлопных газов автомобилей, в результате внесения компостных удобрений и т. П.

Мышьяк содержится во многих естественных почвах в концентрации около 10 млн"1 г, однако его концентрация может увеличиться в 50 раз за счет применения для протравы семян ар-сената свинца.

Ртуть в обычных почвах содержится в количестве от 90 до 250 г/га; за счет протравливания она может ежегодно добавляться в количестве около 5 г/га; примерно такое же количество попадает в почву с дождем.

Дополнительное загрязнение возникает при внесении в почву удобрений, компостов и с дождевой водой.

Для/уничтожения вредителей изобретены тысячи химикатов, их называют пестицидами. В зависимости от группы организмов, на которые они действуют, их делят на инсектициды (убивают насекомых), родентициды (уничтожают грызунов), фунгициды (уничтожают грибы). Однако ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью в отношении организмов, против которых он разработан, и представляет угрозу также для других организмов, в том числе и для людей.

Экологически значительно целесообразнее для борьбы с сельскохозяйственными вредителями использовать природные или биологические методы. Существуют четыре основных категории биологических методов борьбы с вредителями:

а) с помощью естественных врагов;

б) генетические методы;

в) стерилизация самцов;

г) с помощью природных химических соединений.

Загрязнение почвы пестицидами, ионами тяжелых металлов приводит к загрязнению сельскохозяйственных культур и, соответственно, пищевых продуктов на их основе.

Так, если зерновые культуры выращивают с высоким естественным содержанием селена, то сера в аминокислотах (ци-стеин, метионин) замещается селеном. Образовавшиеся "селеновые" аминокислоты могут привести к отравлению животных и человека. Недостаток молибдена в почве приводит к накоплению в растениях нитратов; в присутствии природных вторичных аминов начинается последовательность реакций, котор могут инициировать у теплокровных животных развитие р ковых заболеваний.

Антропогенное вмешательство может влиять на повы ние концентрации природных веществ или вносить новЫе> сторонние для окружающей среды вещества, такие как пес циды, ионы тяжелых металлов. Поэтому концентрация эти веществ (ксенобиотиков) должна определяться как в об'ьек    ■ окружающей среды (почве, воде, воздухе), так и в пиШеВЫХ продуктах.

Предельно допустимые нормы на присутствие остатков стицидов в продуктах питания различны в разных странах и  < висят от характера экономики (импорта и экспорта продоВ°ль вия), а также от привычной структуры питания населения-

Земельные ресурсы Москвы подвержены загрязнению и захламлению. Для характеристики загрязнения почвы вве5.^ суммарный показатель загрязнения почвы (СПЗ). При ^     > меньшем 15 у. е., почва не опасна для здоровья населения, при СПЗ 16-32 у. е. приводит к заболеваниям детей.

На 25% площади Москвы СПЗ равен 32-128 у. е. При СП«э, большем 128 у. е., очень часто болеют взрослые и дети. Особенно сильно уровень СПЗ отражается на репродуктивной ФУНК" ции женщин.

Потеря почвы

Для устойчивого развития человеку необходимо осозн свое отрицательное воздействие на почву и принять МеРь снижению этого воздействия.

Увеличение численности человечества приводит К °ол интенсивному землепользованию. Характер деятельное™ ловека весьма разнообразен, и условно можно выделить с дующие аспекты:

а) сельское и лесное хозяйство;

б) строительство;

в) горнотехнические мероприятия

Сельское и лесное хозяйство включает земледелие, скотоводство, осушение заболоченных территорий, орошение, обводнение земель, распашку целины, вырубку лесов и др.

Разнообразное строительство также уменьшает количество пахотных земель (строительство крупных водохранилищ, каналов, плотин, ГЭС, промышленных комплексов, городов, железных дорог, населенных пунктов, коммуникаций).

Горнотехнические мероприятия, такие как разработка и эксплуатация минерального сырья, добыча полезных ископаемых, в том числе нефти и подземных вод, также изымают большие территории пахотных земель из природных и агроэкосис-тем. В результате разрушения природных экосистем происходит потеря почвы.

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

Вынос может быть медленным и слабым, когда почва медленно выдувается в ходе ветровой эрозии, и катастрофическим, когда водная эрозия образует глубокие овраги после сильного ливня (овражная эрозия). Растительный покров или естественный опал (опавшие листья) обеспечивают защиту земли от всех видов эрозии.

Водная эрозия начинается с капельной эрозии — действия ударов дождевых капель. Равномерное смывание почвы с поверхности называется плоскостной эрозией. Для удержания воды и биогенов в почве важнее всего гумус и глина, удаление которых за счет эрозии приводит к опустыниванию почвы.

Площадь сельскохозяйственных земель на планете составляет 51 млн км2 (10,4% площади суши). На душу населения приходится: в США — 0,67 га/чел., в ФРГ — 0,12, в Англии — 0,11, в Японии — 0,03, в России — 0,9 га/чел. На душу населения планеты приходится менее 0,5 га земли, и этот показатель имеет тенденцию к дальнейшему снижению. Россия — самая холодная, по территории — самая большая страна в мире, но по "эффективной площади", т. е. пригодной для жизни, занимает пятое место в мире Земельный фонд России имеет много неудобных земель: вечная мерзлота — 47-49%, пески, пустыни, полупустыни — 14-15%, заболоченные земли и болота — 9-10%, тундра — 8%, высокогорье — 3%, города и населенные пункты — 3% и только 15% — пахотные земли, площадь которых составляет около 230 млн га. Из них 160 млн га подвержены эрозии (в большинстве своем это чернозем и краснозем).

Знаменитый воронежский чернозем, 1 м3 которого хранится в Париже в качестве эталона плодородия, уже не дает того урожая, который был раньше (меньше в 1,5-3 раза). За последние 25 лет площадь сельскохозяйственных угодий уменьшилась на 24%, а пашни — на 18%.'

Несмотря на развитие науки и техники, истощение сельскохозяйственных угодий продолжается до сих пор. К концу XX в. утратили плодородие 17% сельхозугодий, больше всего — в Европе, Азии, Африке и Центральной Америке (20-25%), а меньше — в Северной Америке (около 5%).

Причинами потери почвы являются выпахивание, перевыпас, сведение лесов и засоление почвы при орошении.

Выпахивание увеличивает эрозию почвы, уменьшает ее влагоудерживающую способность; инфильтрация и аэрация также уменьшаются.

Перевыпас уничтожает травяной покров.

За счет указанных действий произошло опустынивание 61% плодородных земель засушливых районов, в частности: в Южной Африке — 80%, Западной и Южной Азии — 82-83%, азиатской части бывшего СССР — 55% и т. д. Ежегодно превращается в пустыню 6 млн га природных почв.

Сведение лесов. Лесной покров особенно эффективно предохраняет почву от эрозии и удерживает почвенную влагу, так как принимает на себя удары дождевых капель и позволяет им впитываться в рыхлый, пахотный слой почвы, покрытый опалом. Кроме этого, леса эффективно усваивают элементы питания, освобожденные при разложении детрита, т. е. рециркули-руют их. Следовательно, вырубка леса не только приводит к эрозии почвы, но и обедняет ее биогенный состав.

Великий русский агроном А. Т. Болотов практически определил соотношение между площадью пашни, лугов и количеством коров, при котором сохраняется плодородие почвы: при невысокой урожайности естественных лугов и сеяных трав площади лугов и пашни должны быть равны. В устойчивой агро-экосистеме доля лесов должна составлять 1/3 ее площади.

Способы борьбы с потерей почвы

Для борьбы с эрозией и опустыниванием почвы используются как традиционные, так и новые методы. К числу традиционных методов относятся:

ограничение выпаса;

восстановление лесов и рекультивация опустыненных земель;

борьба с засолением почвы путем использования хорошего дренажа, а также фосфатного гипсования;

применение севооборота;

образование полезащитных полос — рядов деревьев шириной 10-20 м, которые предохраняют поля от выветривания;

контурная вспашка, т. е. вспашка и культивация перпендикулярно склону;

узкополосный посев — чередование полос высеваемых культур (например, кукурузы и травы); часто одновременно используют контурную вспашку и узкополосный (ленточный) посев;

террасирование — оформление склонов в виде ступеней;

мульчирование — обкладывание корней растений соломой, навозом, торфом, компостом и т. д., что ослабляет испарение влаги с поверхности почвы, предупреждает образование поверхностной корки, угнетает прорастание сорняков.

К числу новых методов относятся:

беспахотное земледелие;

посадка многолетних культур.

Основными продуцентами агроэкосистем являются культурные растения. Чтобы культурные растения повышали устойчивость агроэкосистем, необходимо перейти от растений-рекордсменов к растениям-труженикам — возделывать те виды и сорта, которые могут быть "на самообслуживании" и требуют минимальных затрат антропогенной энергии, т. е. устойчивы к засухе и холоду, могут расти на бедных почвах, имеют иммунитет против болезней, способны конкурировать с сорняками.

В принципе, непреодолимых биологических барьеров на пути восстановления почвы нет, особенно если учитывать возможности генетической инженерии.

Охрана почвы обходится значительно дешевле, чем восстановление разрушенного почвенного покрова. Охрана почвы и ее улучшение — одна из главных задач современности.

Дореволюционная Россия была "житницей" планеты. В 1913 г. три четверти ее экспорта составляла сельскохозяйственная продукция, а по суммарному экспорту пяти важнейших зерновых культур — пшеницы, ржи, ячменя, овса и кукурузы — она занимала первое место.

В настоящее время острая необходимость для России — развитие внутреннего рынка сельскохозяйственной продукции, поскольку природные условия, транспортная необустроенность, исторически сложившаяся отсталость сельского хозяйства делают отечественное продовольствие неконкурентоспособным на мировом рынке. Многие отрасли растениеводства и животноводства оказываются нерентабельными из-за чудовищного соотношения между ценами на их продукцию и горюче-смазочные материалы. Однако наша сельхозпродукция вполне конкурентоспособна с точки зрения экологической чистоты.

В 90-е годы XX в. из-за кризиса на российской пашне почти не использовались минеральные удобрения и пестициды, что привело и к снижению урожайности. Это и изменение системы землепользования (переход от коллективного к фермерскому хозяйству) привело к тому, что доля импорта продовольственных товаров за последние 20 лет возросла с 22 до 45%. Для ликвидации продовольственной зависимости России необходимо увеличивать экономическую поддержку сельского хозяйств государством подобно тому, как это делается в США, странах ЕС, которые на это тратят более 50 млрд долл. в год.

Представляется целесообразным косвенное рыночное регулирование сельскохозяйственного природопользования. Как крупные предприятия, так и фермеры должны иметь доступ к льготным кредитам и льготному налогообложению. Однако при нарушении экологических норм и правил сельскохозяйственные производители могут и должны лишаться таких льгот.

  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43607. Практические применения методов оценки доходной недвижимости 199.32 KB
  Недвижимость выступает основой личного существования для граждан и служит базой для хозяйственной деятельности и развития предприятий и организаций всех форм собственности. В России происходит активное формирование и развитие рынка недвижимости и все большее число граждан, предприятий и организаций участвует в операциях с недвижимостью.
43608. Развитие внешнеэкономической деятельности в новосибирском транспортно – логистическом узле 1001.06 KB
  По суммарным показателям научно-промышленного, образовательного и культурного потенциала Новосибирск прочно занимает лидирующее положение в Сибири и третье место в России после Москвы и Санкт-Петербурга.
43610. Финансовое прогнозирование как инструмент улучшения финансового состояния организации на примере ОАО «НМЗ «Искра» 337.83 KB
  Сущность планирования и прогнозирования деятельности организации. Применение показателей финансового состояния в прогнозировании финансово – хозяйственной деятельности организации. Анализ ликвидности платежеспособности и финансовой устойчивости организации.
43611. Основные направления оптимизации денежного обращения в Российской Федерации на примере ОАО «Газпромбанк» 108.11 KB
  Денежное обращение является важнейшей составляющей экономики любого государства, в том числе и России. Сложное переплетение разнообразных производственных, инвестиционных и торговых процессов, вложение капитала, формирования и использования кредитных средств обеспечиваются благодаря денежному обращению
43612. разработка механизмапреодоления дискриминации при найме на работу на примере предприятий г.Сургута 740.01 KB
  Проблема дискриминации в настоящее время является наиболее актуальной проблемой которая не только в социальной жизни занижает его человеческие права при совершении обыденных дел но и в трудовой сфере где ущемляются права не только в связи с плохой профессиональной подготовкой но и в связи с внешними и личностными качествами человека. Правовой подход к изучению дискриминации прав в сфере труда присутствует в работах С.Беккер в своей работе Экономика дискриминациирассматривал различные аспекты дискриминации с целью определения её...
43614. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ЯРМАРОК И ВЫСТАВОК НА ПРИМЕРЕ РЕКЛАМНО - ВЫСТАВОЧНОЙ КОМПАНИИ «ДОМИНАНТА» 133.05 KB
  Особенно эффективны выставки и ярмарки в сочетании с комплексом сопутствующих мероприятий рекламной кампанией в прессе проведением презентаций прессконференций круглых столов встреч со специалистами и т. В эти годы стали проводиться всемирные выставки. Ярмарки и выставки пользуются большой популярностью и в Северной Америке и в частности в США; достаточно сказать что в 80е годы суммарная выставочная площадь увеличилась на 43. Наиболее крупными международными ярмарками и выставками проводимыми в развивающихся странах являются...
43615. Введение в геодезию 582 KB
  Геодезия - это наука, изучающая форму и гравитационное поле Земли, планет солнечной системы, методы и способы определения положения точек в принятой системе координат и занимающаяся точными измерениями на местности, необходимыми для создания карт и планов земной поверхности