методичка экология ПроЭкол Москва

Рис. 8.1. Строение почвы (в разрезе):

1 – подстилка; 2 – перегной; 3 – слой вымывания; 4 – слой накопления минеральных солей; 5 – подпочва

Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие: соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает состояние стабильности. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе ее форми-

рования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.

В. Вернадский называл этот слой Земли корой выветрива-

ния. Типы почв очень разнообразны. Различают тундровые и подзолистые почвы хвойных лесов, бурые и серые – лиственных,

черноземы и каштановые – степей, бурые и серо-бурые – пус-

тынь.

Рис. 8.2. Компоненты почвы

Одно из важнейших свойств любой почвы – её структур-

ность, т. е. степень образования комочков в почве, их размер и количество. Оструктуренные почвы, содержащие большое коли-

чество склеенных в комочки частиц с участием минеральных и органических коллоидов, благодаря рыхлому строению хорошо питают корни растений всем необходимым.

Толщина (мощность) почвы наиболее велика у черноземов – несколько метров.

Каждому типу почв соответствуют определенные типы рас-

тительных сообществ. Так, сосновые боры, как правило, растут на легких песчаных почвах, а еловые леса предпочитают более тяжелые и богатые питательными веществами суглинистые поч-

вы.

Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные сложные процессы. Для того чтобы под-

держивать почву в хорошем состоянии, необходимо знать приро-

ду обменных процессов всех её составляющих.

Поверхностные слои почвы обычно содержат много ос-

татков растительных и животных организмов, разложение кото-

рых приводит к образованию гумуса. Количество гумуса опреде-

ляет плодородие почвы.

В почве обитает великое множество различных живых орга-

низмов, формирующих сложную пищевую детритную сеть: бак-

терии, микрогрибы, водоросли, простейшие, моллюски, члени-

стоногие и их личинки, дождевые черви и многие другие. Все эти организмы играют огромную роль в формировании почвы и из-

менении её физико-химических характеристик.

Среди почвенных есть болезнетворные организмы, вызы-

вающие заболевания сельскохозяйственных животных и челове-

ка. Многие из них связаны с определенными типами почв. Так,

гистоплазмоз вызывается паразитическим грибком Histoplasma capsulatum, поражающим соединительные ткани и эндотелий че-

ловека и некоторых млекопитающих. При этом заболевании уве-

личиваются печень, селезёнка, лимфатические узлы, происходят кожные кровоизлияния, при лёгочном гистоплазмозе – крово-

харканье. Распространение гистоплазмоза связано с красно-

жёлтыми оподзоленными почвами субтропиков и тропиков. На других почвах эта болезнь практически отсутствует. В почве мо-

гут находиться возбудители брюшного тифа, дизентерии, бру-

целлёза, многих глистных заболеваний и т. д. Наибольшая смерт-

ность от холеры связана с заболоченными почвами пойм рек За-

падной Индии.

Химический состав почвы оказывает влияние на состояние здоровья человека через воду, растения и животных. Недостаток или избыток определенных химических элементов в почве быва-

ет столь велик, что приводит к нарушению обмена веществ, вы-

зывает или способствует развитию серьёзных заболеваний. Так,

широко распространенное заболевание эндемический (местный)

зоб связано с недостатком йода в почве. Малое количество каль-

ция при избытке стронция служит причиной уровской болезни.

Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. При высоком со-

держании фтора (свыше 1,2 мг/л) нередко возникают заболевания костной системы (флюароз).

Почва представляет собой сложную природную систему, где под влиянием живых организмов и других факторов происходят образование и разрушение сложных органических соединений.

Минеральные вещества извлекаются растениями из почвы, вхо-

дят в состав их собственных органических соединений, затем включаются в органические вещества тела сначала растительно-

ядных, затем насекомоядных, хищных животных. После гибели растений и животных их органические соединения поступают в почву. Под воздействием микроорганизмов в результате сложных многоступенчатых процессов разложения эти соединения пере-

ходят в формы, доступные для усвоения растениями. Они час-

тично входят в состав органических веществ, задерживаются в почве или удаляются с фильтрующимися и сточными водами. В

результате происходит закономерный круговорот химических элементов в системе «почва – растения – (животные – микроор-

ганизмы) – почва». Этот круговорот В.Р. Вильямс назвал малым,

или биологическим. Благодаря малому круговороту веществ в почве постоянно поддерживается плодородие.

В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен,

т. к. человек изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя её для своих нужд. Из-за неучастия этой части продукции в круговороте почва становится малоплодород-

ной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в ис-

кусственных агроценозах, человек вносит органические и мине-

ральные удобрения.

Применяя необходимые севообороты, тщательно обрабаты-

вая и удобряя почву, человек повышает её плодородие столь значительно, что большинство современных обрабатываемых почв следует считать искусственными, созданными при участии человека.

Таким образом, в одних случаях воздействие человека на почвы приводит к повышению их плодородия, в других - к ухуд-

шению, деградации и гибели. К особо опасным последствиям

влияния человека на почвы следует отнести ускоренную эрозию,

загрязнение чужеродными химическими веществами, засоление,

заболачивание, изъятие почв под различные сооружения (транс-

портные магистрали, водохранилища и др.). Ущерб, наносимый почвам в результате нерационального использования земель,

принял угрожающий характер. Уменьшение площадей плодород-

ных почв происходит во много раз быстрее, чем их образование.

Особенно опасна для них ускоренная эрозия.

8.3. Эрозия почв и методы борьбы с ней

Под эрозией (от лат. «erodere» – разъедать) почвы понимают многообразные процессы разрушения и выноса почвенного по-

крова потоками воды и ветра.

Эрозия – естественный процесс, существующий в природе,

который протекает очень медленно, а поэтому разрушение и по-

тери почвы от выдувания и смыва уравновешиваются процессами почвообразования. Эта естественная, или геологическая, эрозия

является частью эволюции Земли. Наряду с этим нормальным геологическим процессом существует ускоренная, или разруши-

тельная, эрозия, возникающая под влиянием деятельности лю-

дей. При этом процессы разрушения и сноса почвы происходят во много раз быстрее, чем при естественной эрозии. Потери поч-

вы не компенсируются естественными почвообразовательными процессами и почва частично или даже полностью теряет плодо-

родие.

Образование плодородного гумусового горизонта мощно-

стью 20–25 см происходит в течение 2–7 тысячелетий. При уско-

ренной эрозии разрушение этого слоя может произойти за 10–30

лет. При катастрофических ураганах, ливнях нарушенные хозяй-

ственной деятельностью почвы могут быть уничтожены в тече-

ние нескольких дней или даже часов.

Различают несколько видов эрозии почв. Ветровая эрозия

распространена, как правило, в засушливых зонах, на почвах, со-

держащих много мелких пылевидных частиц и лишенных расти-

тельности. Различают повседневную ветровую эрозию (поземку)

и пыльные, или черные, бури. Последние возникают при сильных ветрах и могут практически уничтожить плодородный слой поч-

вы.

Водная эрозия может быть плоскостной, струйчатой, ов-

ражной, а также в виде селевых потоков и оползней.

При плоскостной эрозии происходит смыв поверхностного слоя почвы талыми водами и дождями в более низкие места.

Струйчатая (или бороздчатая) эрозия развивается при дружном таянии снега весной и в результате сильных ливней на склонах, лишенных растительности.

Овражная эрозия развивается на склонах, лишенных дре-

весной растительности, со слабо развитой растительностью.

Селевые потоки и оползни — наиболее опасные формы вод-

ной эрозии в горах. Сели (от арабск. поток) — это мощные грязе-

каменные потоки, возникающие на горных склонах после силь-

ных дождей.

Урожай зерновых на эродированных почвах в 3–4 раза ниже по сравнению с таковыми на сохранившихся почвах, смытые уча-

стки часто заболачиваются. Если в результате эрозии с гектара площади смывается или сдувается 8 т пахотного слоя чернозема или соответственно 14 т серой лесной, 20 т дерново-подзолистой почвы, то вместе с пахотным слоем уносится столько азота и фосфора, сколько их необходимо для получения среднего урожая при интенсивном севообороте.

Исключительно опасна эрозия почвы в горах, где при обна-

жении склонов развиваются разрушительные селевые потоки.

Главная причина их образования – неправильная рубка леса вдоль склонов с последующей трелевкой хлыстов, при которой сдирается растительный покров, а также неумеренная пастьба скота и снежные лавины.

Береговая эрозия связана с размыванием берегов рек, она может происходить и без влияния человека. Поэтому укрепление берегов рек, водохранилищ и каналов совершенно необходимо.

Приёмы борьбы с эрозией почв весьма разнообразны и за-

висят от почвенно-климатических и агроэкономических условий.

Они должны осуществляться на основе внедрения зональных систем земледелия. Для защиты почв от ветровой и водной эро-

зии разработаны следующие мероприятия:

-в районах распространения ветровой эрозии – почво-

защитные севообороты с полосным размещением посевов и паров, кулисы, залужение сильно эродированных земель,

буферные полосы из многолетних трав, снегозадержание,

закрепление и облесение песков, выращивание по-

лезащитных лесных полос, а также безотвальная обработка почвы с оставлением стерни на поверхности полей. Эти ме-

роприятия должны проводиться главным образом в рай-

онах Западной и Восточной Сибири и в отдельных районах Поволжья;

-в районах распространения водной эрозии – обработка почв и посевов сельхозкультур поперек склонов, контурная вспашка, укрепление пахотного слоя и другие способы об-

работки, уменьшающие сток поверхностных вод;

-почвозащитные севообороты, полосное размещение сель-

хозкультур, залужение крутых склонов, выращивание поле-

защитных лесных полос, облесение оврагов, балок, песков,

берегов рек и водоемов, строительство противоэрозийных гидротехнических сооружений (перепадов прудов, водо-

емов, лиманов, вершин оврагов);

-в горных районах – устройство противоселевых со-

оружений, терассирование, облесение, залужение склонов,

регулирование выпаса скота, сохранение горных лесов.

Работам по борьбе с эрозией обычно предшествует противо-

эрозийная организация территории.

Самым простым и эффективным агротехническим ме-

роприятием по регулированию поверхностного стока талых и ливневых вод, по борьбе с эрозией почв и одновременно с засу-

хой является вспашка, культивация и рядовой посев или посадка поперёк склонов. При этом каждая бороздка пашни, каждое вы-

росшее растение препятствуют стоку, во много раз сокращают смыв почвы и повышают запас влаги в ней.

Кроме этого, успехом пользуются обвалование зяби и паров временными земляными валиками, углубление пахотного слоя,

глубокая безотвальная обработка с оставлением стерни и пож-

нивных остатков на поверхности, контурная вспашка, лункование и мульчирование. На эродированных почвах чистые пары заме-

няются занятыми и сидеральными, подбираются соответствую-

щие культуры; весьма эффективны удобрения, особенно ор-

ганические.

8.4. Лесные ресурсы, их роль и тенденции развития

Особую роль в формировании почв, в их качестве играют растения вообще и леса в частности. Мир растений насчитывает более 500 тыс. видов. У нас в стране из древесины производится более 30 тыс. изделий и продуктов. Для этого добывается от 250 (1989 г., СССР) до 174 млн м3 (1993 г., РФ) древесины. Сейчас на одного жителя России приходится 1,2–1,6 м3 древесины в год,

причем около 1/3 используется как топливо. Но даже не это самое страшное: в 1993 г. пожарами уничтожено около 1 млн га лесов и еще около 2 млн га вырублено. В том же году впервые высажено больше, чем вырублено, но это не компенсирует потери от пожа-

ров. Леса России за последние 150 лет уменьшились почти на 1/3.

А лес, если суммировать все сказанное о его влиянии на атмо-

сферу, почву, воду, – это не только лёгкие Земли1, но и её мыш-

цы, печень и почки!

Один гектар леса дает от 3 до 5 т кислорода, перерабатывает около 6 т углекислого газа, осаждает 30–60 т пыли в год. Количе-

ство осадков над лесами на 10–30 % больше, чем в других местах

(из-за конденсации влаги над ними). Любой лес увеличивает за-

пас воды в почве (за счет снежного покрова) в 1,5–2 раза, снижа-

ет поверхностный сток до 10 раз, фильтрует воду (повышает ее прозрачность, улучшает цвет, запах). Фитонциды, выделяемые в

1 Легкие человека усваивают кислород, а леса его генерируют, так что

принятое сравнение, конечно, условно.

лесу, убивают микробы и некоторых вредителей. Недаром садо-

воды используют хвойный экстракт для опрыскивания растений.

Все леса подразделяются на три группы по степени их ис-

пользования:

-леса защитных функций (заповедники, лесополосы и т. п.);

-леса малоресурсные и в густонаселенной местности;

-леса многолесных районов, используемые преимуществен-

но в эксплуатационных целях.

В рамках ООН рассматриваются предложения «малолесных» стран (Германии и др.) по сохранению и увеличению российских лесов в интересах всей планеты, а относительно тропических ле-

сов подобное соглашение принято в начале 1990-х гг. Развитые северные страны обязались выплачивать развивающимся афри-

канским странам своеобразную премию в 10 долл. за каждую тонну углекислого газа, переработанную в кислород (оценка по площади лесов, породе деревьев). Такие выплаты начаты в

1996 г.

Для нас интерес представляют не только растения лесных массивов, но и зелёные насаждения городов, способные улуч-

шить состояние среды в центрах загрязнения. Площадь насажде-

ний общего пользования не превышает 2 % от площади городов России и составляет в среднем около 10 м2 на человека, что вдвое ниже нормативов. Доказано, что между площадью зеленых насаждений (обследовано 68 городов и населенных пунктов Подмосковья), приходящейся на одного жителя, и средней про-

должительностью жизни в них существует прямая зависимость.

Подсчитано, что один гектар леса за один час поглощает около 8 л углекислого газа (такой же его объем выделяется при дыхании 200 человек за то же время), причем 1 га еловых насаж-

дений задерживает в год до 32 т пыли, сосновых – 35 т, дуба –

54 т. Способность переработки СО2 для ели – наименьшая; у со-

сны – в 1,5 раза больше, у липы – в 2,5, у дуба – в 4,5, а у тополя

– в 7 раз. Но ель может служить индикатором загрязнения: она очень быстро погибает при пылегазовом загрязнении воздуха.

Вместе с тем такие деревья, как каштан, береза и дуб достаточно

устойчивы к подобным загрязнениям. Не менее важно свойство растений выделять в окружающую среду фитонциды, которые способствуют оздоровлению окружающей среды и вместе с лег-

кими ионами, генерируемыми растениями, создают условия для восстановления сил человека и мобилизации его иммунной сис-

темы. Один гектар зарослей можжевельника, например, выделяет в сутки до 30 кг фитонцидов, что среди зелени человеку требует-

ся на 60 % меньше времени для восстановления сил после рабо-

чего дня, а выносливость людей здесь увеличивается на десятки процентов. При этом не следует забывать о влиянии общеклима-

тических и моральных факторов, включая благоприятное воздей-

ствие разнообразия видов растений, впечатлений и др.

Следует признать, что механизм оздоровительного действия растительности не до конца изучен. Так, по мнению Н.Ф. Реймерса, установленное Т.Д. Гавриковой соответствие ме-

жду продолжительностью жизни горожан с удельной площадью насаждений, о котором говорилось выше, может объясняться по-

ложительным информационным воздействием («люди видят зе-

лень»). Гипотеза Н.Ф. Реймерса основана на установленном фак-

те влияния «функциональной окраски» стен и оборудования в производственных помещениях на работоспособность и утом-

ляемость работающих.

По характеру защитного действия различают посадки изоли-

рующие и фильтрующие. Изолирующие посадки – плотные структуры, создающие упругий механический барьер (чаще всего такими являются лесополосы вдоль железных дорог). Они сни-

жают газо- и парообразные примеси (сернистый ангидрид, окись углерода, азота, фенолы и т. п.) на 25–30 % за счет поглощения, а

также отклоняющего и рассеивающего действия. Именно такие посадки при достаточной ширине могут снижать концентрации

SO2 от 0,27 до 0,08 мг/м3, H2S – от 0,026 до 0,007 мг/м3, NO2 – от

0,22 до 0,007 мг/м3. Причем (по данным Г.Е. Мищенко) плотные посадки густокронных деревьев не только задерживают 21–86 %

пыли, но и на 19–44 % снижают загрязнение воздуха вредными микроорганизмами, понижают уровень шума на 8–10 дБ и