Почвенные и водные ресурсы
Почвенные ресурсы.
Наша жизнь и жизнь других организмов зависит от почвы, особенно от верхнего плодородного горизонта. Пища, которую мы едим в том или ином виде дает почва. Почва обеспечивает нас древесиной, бумагой, хлопком и другими важными материалами и помогает очистить воду, которую мы пьем. Почва накапливает воду, не давая ей излиться всесокрушающими потоками, и расходует ее по каплям для питания растениям. Микроорганизмы разлагают органические и неорганические вещества почвы, вырабатывая необходимые для жизни живых организмов химические вещества. Почвенные бактерии разлагают выброшенный нами мусор. Почва является основой для жизни и цивилизации. О составе, строении и видах почв было рассказано в разделе абиотических факторов среды, поэтому сейчас мы остановимся на проблемах почвенных ресурсов.
С момента зарождения земледелия мы злоупотребляем этим жизненно важным потенциально возобновимым ресурсом. В настоящее время злоупотребление почвой небывалых за всю историю человечества размеров.
Основные проблемы почвенных ресурсов:
- эрозия (ветровая и водная);
- загрязнение;
- засоление и заболачивание;
- опустынивание.
Эрозия почв
Почва не остается на одном месте постоянно. Эрозия почвы представляет собой процесс перемещения почвы, главным образом ее верхних наиболее плодородных горизонтов. Основными факторами эрозии являются ветер и поверхностные воды. Земли подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными.
В естественных условиях эрозия является неизбежным следствием совокупной деятельности текучих вод и ветра. Однако корни растений обычно защищают почву от чрезмерного разрушения. Темпы эрозии в значительной степени ускоряются в результате хозяйственной деятельности человека, приводящей к уничтожению растительного покрова – распашки земель, вырубки лесов, строительства и т.д.
Почвоведы различают три вида собственно эрозии, то есть разрушения почвы поверхностными водами: плоскостную, струйчатую и овражную.
Плоскостная эрозия имеет место тогда, когда поверхностные воды стекают по склону или по полю сплошным потоком. Так как смыв верхнего слоя почвы при этом происходит равномерно, последствия обнаруживаются, когда уже причинен значительный ущерб. При струйчатой эрозии образуются ручейки, текущие с огромной скоростью по миниатюрным долинам. При развитии овражной эрозии ручейки сливаются воедино, формируются достаточно мощные водотоки.
Чрезмерная эрозия верхних горизонтов почвы не только снижает ее плодородие, но и влагоудерживаюшую способность. Продукты разрушения, один из основных источников загрязнения воды, забивают ирригационные каналы, судоходные реки и водохранилища.
Почва, особенно ее верхний слой, считается возобновимым ресурсом, так как под влиянием природных процессов происходит постоянный процесс ее восстановления. В тропических и средних широтах на восстановление почвенного слоя толщиной в 2,54 см (1 дюйм) требуется от 200 до 1000 лет в зависимости от климата и типа почвы. Однако в случае, если средние темпы эрозии превышают темпы почвообразования, происходят необратимые изменения, и почва на этом участке переходят в разряд невозобновимых ресурсов. Среднегодовые темпы эрозии сельскохозяйственных угодий по всему миру в 18-100 раз превышают естественные темпы восстановления.
Наибольших размеров эрозия почвы, ускоряемая хозяйственной деятельностью человека, достигла в Индии, Китае, России и США, на долю которых приходится свыше половины мирового производства продовольствия и в которых проживает почти половина населения планеты. Например, в Китае эрозии подвержены примерно 34% земли, а угроза заиления рек расценивается страной как национальное бедствие. Эрозия почвы и заиление рек являются также одной из основных проблем и для Индии, где эрозия и засоление распространены на 35% территории страны. По оценкам сотрудников Института Worldwatch, Россия, располагающий самыми обширными площадями возделываемых земель, теряет, возможно, больше пахотного слоя, чем какая-либо другая страна мира.
Эрозия почвы, наряду с уменьшением содержания гумуса, являются одними из наиболее серьезных экологических проблем г. Курска.
Загрязнение почв
Подобно воздуху и воде, почва также подвержена загрязнению. Одним из источников загрязнения является атмосфера. Вредные примеси оседают на почве, а некоторые просачиваются в грунтовые воды, и часть из них в виде взвесей возвращается обратно в атмосферу при эрозии почвы. Другим источником загрязнения почвы служат опасные отходы, среди которых часто встречаются смертоносные побочные продукты промышленных процессов, либо захороненных в курганах, либо сваленные в полях.
Засоление и заболачивание почв
Засоление и заболачивание почв являются следствием орошения.
В настоящее время системами орошения охвачено примерно 18 % пахотных земель планеты, на которых выращивается около трети всего продовольствия. Планируется, что к 2000 г. площадь орошаемых земель по меньшей мере удвоится.
Орошение позволяет увеличить урожайность с одного гектара в 2-3 раза. Однако орошение имеет также и отрицательные побочные эффекты. Поступая на поверхность и просачиваясь в почву, вода растворяет соли, тем самым увеличивается соленость воды. Значительная часть этой воды затем испаряется в атмосферу, оставляя на поверхности почвы скопление различных солей, в частности хлорида натрия. Накопление солей в почве называется засолением. Следствием засоления является чрезмерное потребление воды, увеличение капитальных и текущих расходов, замедление роста растений, падение урожайности. В конечном счете земля становится бесплодной.
По оценкам, в настоящее время засоление отмечается на одной четверти орошаемых площадей мира. Половина из них находится в Индии и Пакистане. В США засоление уже привело к спаду продуктивности сельского хозяйства на 25-35% всех орошаемых земель. Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн га (18% общей площади орошаемых земель).
В засушливых регионах засолению часто сопутствует заболачивание. Чтобы избежать накопление солей и не разрушить хрупкие корневые системы, фермеры используют большие объемы ирригационной воды для вымывания солей вглубь почвы. Если отсутствует дренаж, накапливающаяся под землей вода постепенно поднимает уровень грунтовых вод ближе к поверхности. Соленая вода покрывает корни растений и убивает их, превращая ранее плодородные земли в пустыню. Эта проблема особенно актуальна в интенсивно орошаемой долине Сан-Хуанкин в Калифорнии, где почвы содержат слой водонепроницаемой глины. В мире от заболачивания страдает примерно десятая часть всех орошаемых земель, и ситуация с каждым днем обостряется.
ОПУСТЫНИВАНИЕ
Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей ОПС в целом, является опустынивание.
Опустынивание – это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню.
Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд га практически на всех континентах. На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность, а следовательно, подрывается и способность экосистем восстанавливаться.
Ввиду того, что почва является основой жизни, мы должны потребовать, чтобы хищническое отношение к ней сменилось ее лечением и защитой. Такая трансформация наших мыслей и деятельности не идеализм, а насущная необходимость.
“Цивилизация может пережить истощение запасов нефти, но не прекращающиеся потери пахотного слоя.” Лестер Браун.
Водные ресурсы.
Общие мировые запасы воды во всех ее агрегатных состояниях (пар, жидкость, лед) огромны. Если распределить их поровну, то на каждого жителя планеты пришлось бы по 280 млрд. литров (74 млрд. галлонов). Однако 97% водных ресурсов приходится на долю океанов, в которых вода слишком соленая и поэтому непригодна для питья, выращивания сельскохозяйственных культур и промышленного использования, исключая охлаждение.
Оставшиеся 3% приходятся на долю пресной воды. Тем не менее человечество может использовать из этого количества пресной воды лишь 0,003%, так как она либо сильно загрязнена, либо залегает на очень большой глубине и ее нельзя извлечь по приемлемым ценам, либо содержится в айсбергах, полярных льдах, в атмосфере и почве. Для большей наглядности предположим, что весь водный запас планеты равен 100 литрам. Из этого количества пригодны к потреблению лишь 0,003 литра пресной воды, то есть половина чайной ложки.
Несмотря на столь незначительный объем пригодной к потреблению воды, на каждого жителя Земли все еще приходится 8,4 млн. литров. Вода находится в непрерывном замкнутом процессе перемещается, включающем накопление, испарение и перераспределение воды и известном как гидрологический цикл, или круговорот воды. Этот естественный процесс рециркуляции и очищения воды происходит до тех пор, пока мы не начнем потреблять воду интенсивнее, чем восполняются ее запасы, и пока мы не превысим доступный объем выброса разлагающихся или вообще не разлагающихся отходов.
Существуют два источника пресной воды: грунтовые воды и поверхностный сток. Те атмосферные осадки, которые не просочились в землю и не возвратились в атмосферу в результате испарения и транспирации, называются поверхностной водой и представляют поверхностный сток – пресную воду, стекающую с определенной территории в ручьи, озера, болота и водохранилища. Территория, с которой в главную реку и ее притоки стекают поверхностные воды, поступают насосы и растворенные в воде вещества, называется водосбросом, или водосбросным бассейном.
Доступен для использования, однако, не весь годовой сток. Часть стока рек попадает в моря и океаны с такой скоростью, что его невозможно задержать. Какую-то часть необходимо оставить в реках для поддержания жизнедеятельности представителей дикой природы и для водообеспечения районов, расположенных в низовьях рек. В отдельные годы суммарный объем стока сокращается, так как осадков выпадает ниже нормы.
Часть атмосферных осадков просачивается в землю и накапливается там в виде почвенной воды, заполняя поры между частицами почвы и горных пород в верхних слоях земной коры. В конечном счете большая часть почвенной влаги возвращается в атмосферу в процессе испарения и транспирации.
Под влиянием силы тяжести просочившаяся вода медленно перемещается вглубь. Там она заполняет поры и трещины в слоях песка, гравия и песчаника. Водопроницаемые, насыщенные водой
отложения называются водоносными горизонтами, а находящаяся в них вода – грунтовой водой.
Пополнение водоносных горизонтов происходит естественным путем за счет атмосферных осадков, просачивающихся через почву и горные породы в так называемую область питания (грунтовых вод). Процесс этот происходит достаточно медленно (десятки и сотни лет) в отличие от более быстрого пополнения запасов поверхностных вод. Если темпы забора воды из водоносного горизонта превышают темпы ее накопления, грунтовые воды превратятся из медленно возобновимого ресурса в невозобновимый, если принять во внимание продолжительность человеческой жизни.
Среди отраслей экономики нашей страны первое место по потреблению воды занимает сельское хозяйство. Для получения 1 т пшеницы необходимо 1500 т воды, 1 т риса – более 7000 т, 1 т хлопка – около 10000 т.
Второе место отводится промышленности. Потребность предприятий в воде изменяется в широких пределах и зависит от вида получаемой продукции, принятой технологии, системы водоснабжения, климатических условий и т.п. Так, для получения 1 т угля затрачивается 2 т воды, стали – 15-20 т, целлюлозы – 400-500 т, синтетического волокна – 500 м3 .
Третье место по водоемкости занимает коммунальное хозяйство городов. Значительный объем чистой воды затрачивается на разбавление, обеззараживание стоков и отбросов промышленности, сельского хозяйства, строительства, населенных пунктов и транспортных путей, т.е. на борьбу с загрязнением гидросферы.
Проблемы водных ресурсов:
- дефицит воды;
- избыток воды;
- наличие воды вдали от мест потребления;
- заражение питьевой воды.
Ежегодно от засух страдает 24,4 млн. человек, из которых 23000 погибали. Засуха наступает, когда возникает дефицит воды либо из-за того, что осадков выпадает меньше нормы, либо из-за необычно жаркой погоды. Серьезные периодические засухи отмечаются по крайней мере в 80 странах. Эти страны, в которых проживает 40% населения мира и которые расположены большей частью в Азии и Африке, испытывают значительные трудности в обеспечении населения продовольствием. Нехватка воды может стать причиной конфликта между странами, особенно на Ближнем Востоке. В 1967 г. Израиль развязал войну отчасти из-за того, что арабские государства пытались отвести воду из реки Иордан.
Некоторые страны имеют достаточную среднегодовую сумму атмосферных осадков, но большую часть они получают в одно время года. Например, в Индии 90% всех осадков приходится на период с июня по сентябрь, в так называемый период муссонных дождей. Сток этих осадков настолько стремителен, что невозможно удержать их большую часть и использовать. Кроме того, он является причиной наводнений. Ежегодно от наводнений погибает около 5000 человек, а материальный ущерб оценивается в десятки миллиардов долларов. Кроме большого количества осадков причиной наводнений является хозяйственная деятельность человека (распашка земель, вырубка лесов, перевыпас, строительство автодорог и др.).
В некоторых странах крупнейшие реки, на долю которых приходится большая часть годового стока, протекают вдали от районов земледелия и населенных пунктов, нуждающихся в воде. Например, река Амазонка пролегает вдали от густонаселенных районов. Во некоторых странах женщины и дети проходят по 16-24 км в день, неся наполненные водой кувшины.
Зараженная питьевая вода представляет собой одну из наиболее распространенных опасностей для жителей большей части планеты. По оценкам ВОЗ, ежегодно от холеры, дизентерии и других, передающихся через воду болезней умирает по меньшей мере 5 млн. человек. О причинах и масштабах загрязнения будет рассказано позже.
Мы можем ослабить остроту и снизить скорость распространения проблем водных ресурсов за счет лучшей организации водоснабжения. Два основных подхода к управлению водными ресурсами заключаются в увеличении запасов пригодной воды и снижению ненужных расходов и потерь. Большинство специалистов считают, что любой эффективный план управления водными ресурсами должен объединять эти два похода.
Первый подход включает в себя строительство плотин и водохранилищ, переброску вод (например переброска вод из северных районов Калифорнии в южные), опреснение соленой воды и засев облаков.
Второй поход включает снижение потерь воды при орошении (вывод видов растений требующих меньше влаги и применение современных методов орошения, например, капельного), сокращение потерь воды в промышленности и экономия воды в жилых домах и административных зданиях (рис. 17).
“Вода – больший дефицит, чем энергия. У нас есть альтернативные источники энергии, альтернативной воде нет.” Юджин Одум.
Рис.17. Расходы воды на домашние нужды