Почва как компонент биосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Почва как компонент биосферы



Содержание

Введение.

Основные вехи эволюции биосферы и почвообразования:

-гидроземный период

-атмоземный период

-литоземный период

-почвообразование и эволюция биосферы

Классификация почв:

-додокучаевский период

-генетический принцип в классификациях Докучаева и других почвоведов

Земельные ресурсы.

Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на экологическое равновесие в природе.

Ландшафтная организация экосистем.

Основные показатели потенциала возобновимых ресурсов по некоторым типам равнинных ландшафтов европейской части России.

Воздействие пестицидов на агроэкосистемы.

Рекультивация земель.

Заключение.

Литература.



Введение

«Земля-кормилица. Нет более привычного.

для человека и более уникального.

явления в природе. Почва - связующее;

звено между живой и неживой материей.

В противоборстве стихий возник

и сформировался этот тончайший, легко-

ранимый плодородный покров планеты.

У истоков плодородия - Человек».

М.И. Калинин

Начиная с VII в. До н.э. почва - основа сельскохозяйственного производства, ценнейшее богатство человечества. Почва - часть окружающей человека природной среды. Она возникла в результате сложного взаимодействия атмосферы, гидросферы, литосферы, растительного и животного мира.

Писатель и агроном Сергей Залыгин писал, что уникальный плодородный слой земли -- едва ли не главное чудо нашей планеты. От всех других планет Земля отличается наличием на ней почвы. Возможно, что она отличается этим от всей вообще Вселенной. Тончайший слой земли, облегая даже не всю сушу, а только часть ее, составляет ничтожные доли процента от массы и объема Земли. Но именно эти ничтожные доли - толщина почвы в среднем составляет 20 см - взаимодействуют с солнцем таким образом, что оказались возможным человек и человеческое существование, не говоря уже о многом другом, что мы включаем в понятие природа. « Подумать только! - восклицает писатель. - Речь идет о тончайшей пленке, менее полуметра толщиной, даже не повсюду, а лишь кое-где облекающей сушу земного шара!» Почва - основа для получения урожая сельскохозяйственных культур, главное богатство, от которого зависит наше существование. Она является основным средством сельскохозяйственного производства, главным источником продуктов питания.

На Земле сегодня насчитывается около 80 тысяч видов съедобных растений, а кормят человечество только 30 сельскохозяйственных культур. Пшеница, рис, кукуруза, картофель являются основными, дают больше продовольствия, чем все остальные культуры вместе взятые.

C поверхности суши, на почвах Евразии, Австралии, Африки, Америки ежегодно получают около 300 млн т пшеницы, такое же количество риса, 250 млн т кукурузы, 200 млн т ячменя, овса, ржи, 100 млн т сорго, проса, 300 млн т картофеля, 100 млн т фруктов, 60 млн т бобовых, 30 млн т помидоров и лука, 60 млн т чистого сахара, 20 млн т растительного масла, 100 млн т мяса, 400 млн т молока.



Основные вехи эволюции и почвообразования

Гидроземный период

Развитие биосферы и почвообразование началось в докембрийское и послекембрийское время. Это доказано наличием остатков организмов и следов их жизнедеятельности в породах докембрия.

Приобретение водорослями способности прикрепляться к донному субстрату способствовало образованию сомкнутого водорослевого покрова и созданию на месте обитания значительной биомассы и, следовательно, большого количества мертвых остатков, которые формировали органическое вещество подводных почв.

В дальнейшем с увеличением видового разнообразия биоты и в зависимости от условий осадконакопления формировались богатые органическим веществом подводные почвы. Об этом свидетельствуют такие высокоуглеродистые породы, как шунгиты, битуминозные сланцы, черные сланцы и др.

Из органического вещества древних подводных почв, захороненных в осадочных породах, образовались основные запасы современных месторождений нефти и газа.

Подводные почвы, обогащенные органическим веществом и металлами, формировались в докембрии и в нижнем палеозое. После силура развитие таких почв резко сократилось, хотя в бассейнах всех океанов оно продолжалось в юрское и меловое время и даже в морях позднего палеоцена.

В современных условиях образование подобных почв возможно в водоемах застойного типа с аномальным сероводородным режимом. Например, на дне глубоководных впадин Черного моря накапливаются серые и черные углеродсодержащие илы, гомологами которых в геологическом прошлом были черные сланцы.

К позднепалеоценовым подводным почвам можно приурочен слой глинистых и глинисто-мергелистых пород, обогащенных органическим веществом и некоторыми химическими элементами и названных сапропелитовым горизонтом.

Велика историческая роль гидроземных почв в становлении современной биосферы. Древнее подводное почвообразование кроме очищения гидросферы выполнило исключительно важную функцию -- формирование кислородсодержащей атмосферы.

Фотосинтез, осуществлявшийся водорослями, и утилизация недоокисленной органики подводными почвами с последующим переводом ее в ископаемое состояние привели к накоплению свободного кислорода на планете.

Атмоземный период

Утилизация органического вещества после гидроземного периода проявилась наивысшим образом в последующий период развития биосферы -- атмоземный, о чем свидетельствуют залежи каменного угля, исходным материалом образования которых служили древние болотные почвы.

Болотные почвы оказались наиболее благоприятной экологической средой в процессе выхода растений из воды и освоения ими воздушного окружения, а затем и литосферной оболочки суши. Они появились на Земле в конце силура--начале девона, т.е.примерно 400 млн лет назад. Этим же временем специалисты эволюционной фитоценологии датируют выход из водной среды предков современных растений.

На этом этапе развития биосферы растения во многих отношениях были сходны с водными предками и длительное время сохраняли потребность в постоянном обильном увлажнении среды обитания. Роль фактора, стабилизировавшего водообеспечение, выполняло органическое вещество, которое по своей природе обладает высокой способностью поглощать и удерживать воду в больших количествах. Эта особенность органического вещества послужила предпосылкой использования создаваемых самими же растениями запасов мертвых остатков в качестве субстрата -- почвы.

Болотные почвы служили не только резервуаром влаги, но и источником азота и зольных элементов, количество и пропорции которых в какой- то мере были упорядочены и более или менее соответствовали составу произраставших на них растений. Мертвые остатки, формировавшие почву, служили благоприятной средой обитания для гетеротрофных организмов, которые создавали замкнутые пищевые цепи и соответствующие круговороты веществ. Удачное сочетание основных свойств делало органогенные почвы благоприятным субстратом в период адаптации растений к воздушной среде, а затем и к литосферной оболочке суши.

Атмоземный период в развитии биосферы продолжался около 200 млн лет. За это время организмы адаптировались к жизни в условиях воздушного окружения.

На ранних этапах формирование атмоземных почв было приурочено к мелководным заливам, лагунам и другим низменным приморским водоемам.

По мере образования литоземных почв и наложения на них болотного процесса увеличивалось видовое разнообразие болотных растений и возрастала конкурентная борьба между видами за условия минерального питания. На заболачивавшихся бедных почвах поселялись менее требовательные к условиям минерального питания растения, и фитоценозы здесь характеризовались простым составом. На заболачивавшихся плодородных почвах, способных удовлетворить потребность в элементах минерального питания многих видов растений, конкурентная борьба была ослаблена и формировались болотные фитоценозы более сложного видового состава.



Литоземный период

Усиливавшаяся сухость климата ограничивала влагообеспеченность растений и тем самым снижала продукционный процесс и темпы накопления растительных остатков, формировавших влагоемкий органогенный субстрат для самих же растений. Это привело к уменьшению мощности органогенного слоя и затуханию болотного почвообразования. Свидетельством резкого ослабления на планете болотного процесса служат ничтожные запасы каменного угля триасового времени.

Растительный мир достиг огромного разнообразия видов и их специализации. Эволюция растений на рассматриваемом этапе истории биосферы была теснейшим образом связана с формированием первичного почвенного покрова на литосферной оболочке суши.

На первых порах освоения растениями литосферной оболочки суши подзолистый процесс проявлялся не в «чистом» виде, а с наложением болотного: образование маломощного слоя торфа и оглеение. В дальнейшем по мере адаптации хвойных к жизни в условиях суши подзолообразование приобретало большую самостоятельность и «чистоту» проявления. Под пологом хвойных лесов происходило становление подзолообразовательного процесса.

Суша во времена литоземного периода развития биосферы характеризовалась физико-географическим разнообразием слагавших ее отдельных территорий. Неоднородность поверхности была обусловлена климатической зональностью, которую усложняли рельеф и состав горных пород.

Общая тенденция эволюционного развития представителей зеленого ствола растительного мира, в том числе цветковых, состояла в следующем: чем дальше уходил вид от водных предков, тем менее требовательным он становится к повышенному увлажнению среды своего обитания.

Следовательно, первые представители цветковых растений были более требовательны к увлажнению среды обитания, чем виды, появлявшиеся позже.

Под сообществами относительно влаголюбивых цветковых растений могли формироваться почвы с повышенной влажностью профиля, например лугово- болотные, луговые. Кроме того, дерновый процесс вполне мог накладываться на подзолистый, что приводило к появлению почв, подобных современным дерново-подзолистым. С возникновением новых видов, более выносливых и устойчивых к недостатку влаги, осуществлялось постепенное по мере усиления сухости климата заселение растениями территории суши и зарождение под их сообществами таких новых (зональных) типов почв, как серые лесные, черноземы, каштановые, сероземы.

На рубеже мезозойской и кайнозойской эр, примерно 70 млн лет назад, в основном завершилось становление современных растительных формаций природных зон и зональных типов почв.



Почвообразование и эволюция биосферы

В истории развития биосферы отмечены периоды, сопровождавшиеся массовыми вымираниями организмов - биосферные кризисы или кризисные эпохи.

Крупные вымирания морских и наземных животных происходили в конце ордовика, на рубежах пермского и триасового, триасового и юрского, мелового и третичного периодов.

Катастрофы -- явления случайные, и организмы к ним эволюционно не были подготовлены. Поэтому виды и группы организмов после таких непредсказуемых событий могли сохраниться и выжить благодаря «счастливой» случайности, а их эволюционный прогресс, достигавшийся на протяжении эпох, сведен на нет.

В конце литоземного периода происходит коренное преобразование органического мира. Вымирают многие группы высших растений, сокращается количество цикадовых и гинкговых. В наземной флоре происходит постепенная смена мезозойской растительности растительностью современного облика. Господствующее положение занимают цветковые растения. В морях исчезают аммониты и основные группы белемнитов, изменяется состав фораминифер и других беспозвоночных животных. Вымирают динозавры, а также летающие и плавающие виды пресмыкающихся. На литосферной оболочке суши сформировался почвенный покров. Появились все современные типы почв.

Почвообразование могло влиять на эволюцию биоты двояким путем: через изменения внешних условий при участии почвообразования, и напрямую, т.е. непосредственно через почву как среду обитания.

Формирование почвенно-растительного покрова на суше ознаменовало новый этап в развитии водной биоты. Корневые системы растений приобретали способность активно осваивать большие объемы верхнего слоя литосферы и вовлекать в почвообразование и биологический круговорот значительные количества зольных элементов, что приводило к сокращению объемов стока химических элементов в водоемы. Эти процессы продолжались в течение всего мезозоя и сопровождались очередным снижением минерализации вод Мирового океана и, следовательно, изменением экологических условий жизни обитавших в нем организмов.

В палеоисторическое время почва могла выступать в качестве одного из сильных факторов среды, способствовавшего активизации обмена наследственной информацией между организмами.

Почва -- основной носитель генетического разнообразия жизни на планете. И кто знает, возможно, высокие темпы видообразования и огромное разнообразие форм живых существ во многом обязаны почвообразованию, которое всегда сопровождало процесс эволюции организмов и биосферы в целом.



Классификация почв

Додокучаевский период

Представления о почве в 18-19вв. (до открытий В.В.Докучаева) были весьма ограниченны. Почва рассматривалась чаще всего как поверхностное геологическое образование, являющееся объектом сельскохозяйственного использования.

Одной из первых классификаций почв, широко использовавшихся в практике сельского хозяйства, была классификация А.Тэера. Он определял почву так: «Поверхность нашей планеты состоит из мягкого и рыхлого вещества, называемого нами почвой. Это есть соединение и смесь веществ весьма различных».

Все почвы подразделены на 6 родов:

1) глинистые,

2) суглинистые,

3) песчанисто-суглинистые или суглинисто-несчаные,

4) песчаные,

5) гумусовые,

6) известковые.

В основе классификации Ф.Фалла (1862 е.) лежит представление о почве, как о коре выветривания.

Все почвы он разделил на 2 класса:

1) первичные или коренные,

2) наносные почвы.

Геолого-геоморфологическая классификация почв Ф.Рихтгофена базируется на его концепции почвы как продукта «физических процессов, определяемых частью климатом, рельефом земной поверхности и свойствами материнских горных пород, частью колебаниями суши и моря и передвижениями твердых масс».

Фактически Рихтгофен классифицирует не почвы, а поверхности генетических областей земного шара, хотя и называет он свою классификацию как «Подразделение поверхности земного шара на характерные области почвообразования».

Выделяются пять областей:

1) Область аутогенного почвообразования, посредством накопляющегося разрушения пород,

2) Область равновесия между накоплением и удалением продуктов выветривания,

3) Область господствующей денудации (ледниковой, эоловой, речной, морской абразии и т.п.),

4) Область преобладающих наносов (морских, аллювиальных),

5) Область эродированных эоловых отложений (европейские лёссы).

Второе направление западноевропейского почвоведения в додокучаевский период - агрикультурхимическое. Примером классификации почв, построенной на таком принципе, является классификация В.Кноппа (1871).

Кнопп делит почвы на три большие группы, подразделяемые, в свою очередь, на более мелкие:

Почвы силикатные: глиноземно-силикатные, железисто силикатные, одноокисно-силикатные, песчаные или кремнеземные;

Почвы карбонатные: известковые, доломитовые;

Почвы сульфатные: гипсовые, ангидритовые.

Кроме того, существовало направление, которое объединяло оба рассмотренных направления. В качестве примера можно привести классификацию П.А.Костычева, изложенную им в курсе "Почвоведение" в 1886 г. Он выделяет 5 отделов почв:

1) иловатые,

2) лёссовые,

3) супесчаные,

4) песчаные,

5) хрящеватые.

Отделы подразделяются на классы (их всего 25): например, отдел лёссовых почв делится на классы: кварцевые или силикатовые, суглинистые мергельные или известковые, перегнойные, железистые, гипсовые, солончаковые, т.е. разделение на отделы производится по механическому составу почв, а на классы - в основном по их химическим свойствам.

Генетический принцип в классификациях Докучаева и других почвоведов

В.Д. Докучаев (1886)

Прежде всего В.В.Докучаев обращает внимание на то что «всякая вполне законченная и легально разработанная научная классификация может явиться результатом только всестороннего изучения классифицируемого материала». Именно поэтому анализ главнейших почвенных классификаций В.В.Докучаев начинает с рассмотрения существовавших в то время определений почвы.

Широко распространенным было отождествление понятия почвы с пахотным культурным слоем, при этом мощность почвы приравнивалась к глубине вспашки, а нижележащий слой назывался "подпочвой". Называя эту трактовку понятия почвы наиболее искусственной, Докучаев ставит вопрос: "что же называть почвой на русских целинах, которые еще никогда не видали сохи?"

Согласно другой точке зрения, почва отождествлялась со всякой "рыхлой горной породою, лишь бы она выходила на дневную поверхность, сообразно с этим и толщина почвы возрастала иногда до нескольких десятков футов и более".

Докучаев решительно выступал против такой трактовки почвы. Он писал: «Покамест горная порода ... не изменилась на известную глубину от совокупного действия воды, воздуха и организмов, до тех пор она не почва, а остается горною породою...».

Одной из причин отсутствия четкого определения почвы Докучаев считал то обстоятельство, что в Европе пришлось изучать и классифицировать почвы «уже не в естественном их состоянии, уже не такими, как они образовались», а в России можно изучать почвы при самых разнообразных условиях как климата, так растительности и рельефа местности, чего далеко нельзя сказать про отдельные государства Западной Европы.

Докучаев предлагает такую классификацию:

1) почвы, образовавшиеся путем превращения различных коренных пород при свободном доступе воздуха, при этом продукты разрушения остаются на месте, это так называемые растительно-наземные почвы,

2) типично болотные почвы, образовавшиеся при зарастании озер,

3) сухопутно-болотные почвы, занимающие промежуточное положение и образующиеся при периодическом переувлажнении за счет плохой водопроницаемости пород и выровненности рельефа,

4) почвы, формирующиеся на постоянно обновляющихся наносных отложениях, - аллювиальные почвы,

5) почвы переходные между наносными и типичными.

После описания разнообразия факторов - почвообразователей на территории Русской равнины Докучаев делит растительно-наземные почвы на пять типов: светло-серые северные, серые переходные, черноземные, каштановые переходные, южно-бурые солонцеватые.

Рассматривая вопрос о дальнейшем более дробном подразделении типов почв Докучаев приходит к заключению, что «центром, так сказать фокусом всех составных частей почвы (следовательно, и их свойств) является глина, а нагляднейшим выражением их общего характера - органические вещества».

Следует отметить, что Докучаев имел в виду так называемую цеолитную глину разлагаемую соляной кислотой, т.е. наиболее дисперсную коллоидную часть почвы, обладающую способностью к ионному обмену.

Таким образом, в основу классификации Докучаева (1886) положена идея генезиса почв. Он классифицировал почвы по происхождению, местоположению, признакам и свойствам.

Н.М. Сибирцев (1900)

Продолжатель Докучаева Н.М. Сибирцев (1900) предложил научные принципы своей классификации, сформулируя их следующим образом: «При установке главных почвенных групп должны быть уловлены существующие в природе типы почвообразования или почвопроисхождения, должны быть сформулированы те сочетания естественных условий, которые ведут почвообразовательный процесс в определенном направлении, к определенному и постоянному в главных своих чертах результату».

В отличие от классификации Докучаева 1886 г., у Сибирцева основное деление почв строится на географическом принципе - выделяются зональные, интразональные и азональные почвы.

Следует заметить, что именно в этой работе Н.М.Сибирцевым были введены в научную терминологию эти важнейшие понятия географии почв. Дальнейшее деление почв на генетические типы основано на характере динамических процессов почвообразования (черноземообразование, подзолообразование и т.д.).

Интразональные почвы - почвы, расположенные пятнами внутри зональных почв вследствие очень сильного влияния локальных факторов. Таковы солонцы, иловато-болотные почвы и др.

С.А. Захаров назвал классификацию Сибирцева морфолого-географо-генетической.



К.Д.Глинка (1908)

Во многом сходная попытка была предпринята К.Д.Глинкой (1908). Все разнообразие почв он разделил на 2 отдела: почвы эктодинамоморфные, в формировании которых основная роль принадлежит внешним факторам, и почвы эндодинамоморфные, свойства которых предопределены характером почвообразующей породы (например, рендзины).

Эктодинамоморфные почвы были разбиты на шесть классов по степени увлажнения: 1. Почвы оптимального увлажнения. 2. Почвы среднего увлажнения. 3. Почвы умеренного увлажнения. 4. Почвы недостаточного увлажнения. 5. Почвы избыточного увлажнения. 6. Почвы временно избыточного увлажнения. Односторонность и искусственность этой классификации очень скоро стала очевидной, что побудило его к созданию новой классификации (1924 г.), основанной на совершенно ином, генетическом, принципе.

А.Н.Сабанин (1909 г.)

Исследование роли растительности в почвообразовании, сформулированной еще Докучаевым как «закон постоянства соотношений между почвой (ее физикой и химией), с одной стороны, и обитающими на ней растительными и животными организмами - с другой» привело к появлению классификации почв по растительности (первой и единственной) проф. А.Н.Сабанина (1909 г.). Он писал: «...живая плазма и продукты разложения отмирающей растительности обусловливают коренное различие в составе минеральной части почв, сравнительно с составом горных пород...». Классификация Сабанина имела следующий вид:

Почвы вечнозелено-лиственного типа: 1-й класс - железистые почвы (латериты, красноземы);

Почвы хвойно-лиственного типа: 2-й класс - подзолистые почвы (светло-серые), 3-й класс - неподзолистые, кремнеземистые почвы;

Почвы чернолесного типа: 4-й класс -- ореховатые почвы;

Почвы лугово-лесного типа: 5-й класс -- черноземы, 6-й класс каштановые почвы;

Почвы полынно-травяного (полупустынного) типа: 7-й класс - слоевато-столбчатовидные почвы (буровато-каштановые белоземы),8-й класс - солончаковые (солонцы) почвы;

Почвы болотисто-растительного типа: 9-й класс - лугово-болотные почвы, 10-й класс - торфянистые сухие почвы, 11-й класс - маршевые почвы.

Д.Г. Виленский (1924) и С.А. Захаров (1927)

Несколько усложненные варианты факторно-генетических классификаций были разработаны Д.Г.Виленским (1924) и С.А.Захаровым (1927). В своей основе они представляли собой дальнейшее развитие идеи Докучаева о рядах почвообразования, образованных почвами растительно-наземными, сухопутно-болотными и болотными в различных природных зонах, являющих собой аналогичные ряды почвообразования.

При построении своей классификации Д.Г.Виленский выделял отделы по преобладающим факторам почвообразования, характерным для каждой зоны, -- термогенный (тропическая зона), фитогенный (степная зона), гидрогенный (тундровая зона) и т.д., а внутри отделов выстраивается ряд почв (А,В,С и т.д.), отражающий весь зональный спектр почв различной степени увлажнения (стадии почвообразования).

Аналогичнык взгляды на классификационную проблему были и у С.А.Захарова. Он писал, что «с генетической точки зрения нужно предпочесть объединение типов почв по признаку не географического, а преобладающего фактора».

Самыми крупными группировками будут отделы или классы, которые устанавливаются по преобладающему почвообразователю.

Выделены отделы:

климатогенные почвы - с преобладанием климатического фактора, большинство почвообразований,

органогенные почвы - с преобладанием рельефа, почвы горных стран,

гидрогенные почвы - с преобладающим влиянием влаги, почвы понижений рельефа,

галогенные почвы -- с преобладанием растворимых солей в горной материнской породе или грунтовых водах,

флювигенные почвы - с преобладанием воздействия текучих вод, аллювиальные почвы,

литогенные почвы - с преобладанием влияния характера литосферы.

Все рассмотренные классификации носили научно-поисковый характер и не могли служить основой для практической деятельности. Однако потребность в такой классификации или по крайней мере в систематическом списке почв была очень велика в связи с началом работ по составлению почвенной карты СССР масштаба 1:1 ООО ООО и выработке легенды к ней.

В 1936 г. под руководством акад. Л.И.Прасолова была разработана "Схема классификации и номенклатуры основных типов почв зоны подзолистых почв и зоны черноземных почв" - основных земледельческих районов.

В 1938 г. состоялось Всесоюзное совещание по вопросам классификации почв. В докладе Л.И.Прасолова «Общие принципы классификации и номенклатуры почв» было введено понятие типа почв, которое понималось как «основной таксон, объединяющий большую группу широко распространенных почв, характеризующихся единством происхождения и процессов превращения и миграции веществ». Это понятие было взято за основу.

Работа в рамках создания систематического списка почв СССР, начатая в 30-е годы, продолжалась долгое время. В 1947 г. в статье И.П.Герасимова о систематике почв насчитывается уже 128 типов. В 1952 г. был опубликован новый систематический список, подработанный в соответствии с рекомендациями Всесоюзного совещания по картографии и номенклатуре почв 1950 г.

В статье И.П.Герасимова «Научные основы систематики и классификации почв», вышедшей в 1954 г., в качестве основополагающих принципов новой почвенной систематики были выдвинуты: 1) идея стадийного развития процесса почвообразования и 2) идея специфических для каждого типа особенностей биологического круговорота.

Созданная в 50-е годы специальная Межведомственная комиссия по классификации почв под руководством И.В.Тюрина в 1958 г. приняла следующую таксономию почв: генетический тип (зональный), генетический подтип (подзональный, фациальный), литологический род, генетический вид (количественная выраженность процесса), петрографический разряд, эрозионная форма.

Тип почвы понимался как большая группа почв, развивающихся в однотипно-сопряженных биологических, климатических и гидрогеологических условиях и характеризующихся ярким направлением основного процесса почвообразования при возможном сочетании с другими. С учетом принятой таксономии в 1966 г. был опубликован "Единый систематический список почв СССР", который был утвержден Минсельхозом СССР для Гидроземов. По сути, "Единый систематический список" стал первой официально признанной классификацией, прообразом ныне действующей "Классификации почв РФ" 2000 г.

биосфера почвообразование ландшафтный равновесие



Земельные ресурсы

Производство продуктов растениеводства и животноводства обеспечивают пашни, пастбища и сенокосы. Почвы, используемые в сельском хозяйстве под пашню, для выращивания сельскохозяйственных культур, характеризуются разным плодородием -- способностью обеспечивать растения водой, элементами питания, воздухом и этим создавать возможность получения урожая сельскохозяйственных культур.

Одним из важных показателей уровня плодородия почв является мощность гумусового слоя и содержания гумуса в почве. Гумусовый слой -- это кладовая, из которой растения получают пищу в виде растворов солей. Гумус склеивает минеральные элементарные частицы в комочки, придает почве агрономически благоприятную структуру, при которой создается оптимальный режим для обеспечения растений водой и воздухом. Так, почвы Озерского района Московской области относятся к высокому уровню плодородия при содержании гумуса: дерново-подзолистые -- 2,5%, серые лесные -- 3%, черноземы -- 7%.

Различают два вида плодородия почв: естественное и эффективное.

Естественное плодородие определяется содержанием гумуса, валовыми запасами питательных веществ, естественным водным, воздушным и тепловым режимом. Эффективное плодородие определяется получением урожая благодаря не только естественным свойствам почв, но и свойством, измененным хозяйственной деятельностью человека (известкование кислых почв, внесение удобрений, мелиоративные мероприятия и т. д.).

По современным подсчетам пашня занимает всего 10% территории Земли, луга и пастбища -- 17%, 73% почв не используются в сельском хозяйстве.

В Северной Америке на душу населения приходится 1,62 га пахотной почвы, в России -- 0,88 га, Западной Европе--0,2, в Западной Азии -- 0,2, в Восточной Азии -- 0,32 га. Одновременно на площади около 30 млн км2 пастбищ кормится свыше 3 млрд голов скота, а на птицефермах и в личных хозяйствах ежегодно взращивается 3 млрд индюков, гусей, уток, кур и др.

До появления сельского хозяйства все наземные фотосинтезирующие растения и животные могли поддержать существование около 10 млн человек. С развитием сельского хозяйства 10% земли было вспахано, удобрено, орошено человеком. В 90-х гг. XX в. эта земля обеспечивала существование более 5 млрд человек.

По данным Международной организации по вопросам продовольствия (ФАО), общая площадь потенциально пригодных почв для земледелия в мире составляет около 3,2 млрд га. Сейчас в обработке находится 1,5 млрд га. Однако для включения в сельскохозяйственное производство этого резерва потребуются колоссальнейшие вложения труда и средств.



Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на экологическое равновесие в природе

В течение многих веков человеку, созерцающему сельский пейзаж, казалось, что он приобщается к чему-то незыблемому, вечному. Это приносило ощущение спокойствия, умиротворения, незыблемости существования, снимало стресс. Помните стихи Ф. Тютчева:

В процессе развития общества меняются характер и масштабы воздействия человека на природу. С возникновением оседлого сельского хозяйства в начале неолита (III--VIII в. до н.э.) воздействие человека на биосферу по сравнению с кочевым хозяйством увеличивается во много раз. В освоенных человеком районах начинается быстрый рост населения. Разрабатываются приемы и способы обработки земли для возделываемых культур, совершенствуется технология содержания скота. Прошедшие преобразования называют второй технической революцией.

Развитие сельского хозяйства во многих случаях сопровождалось полным искоренением первоначального растительного покрова на обширных пространствах, освобождалось место для незначительного количества видов растений, отобранных человеком, наиболее пригодных для питания. Эти виды растений постепенно окультуривались и организовывалось их постоянное возделывание.

Распространение сельскохозяйственных культур оказало огромнейшее, нередко катастрофическое влияние на наземные экосистемы. Уничтожение лесов на обширных территориях, нерациональное использование земель умеренных и тропических зон безвозвратно разрушило исторически сложившиеся здесь экосистемы. Вместо естественных биоценозов, экосистем, ландшафтов появились агросфера, агроэкосистемы, агроценозы, аграрные ландшафты и т. д.

Агросфера -- глобальная система, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную сельскохозяйственной деятельностью человека.

Агроэкосистемы -- экосистемы, измененные человеком в процессе сельскохозяйственного производства. Это сельскохозяйственные поля, огороды, сады, виноградники, полезащитные лесные полосы и т. д. Основой агроэкосистем являются агроценозы.

Агроценозы -- биоценозы на землях сельскохозяйственного пользования, созданные с целью получения сельскохозяйственной продукции, регулярно поддерживаемые человеком биотические сообщества, обладающие малой экологической надежностью, но высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких избранных видов (сортов, пород) растений или животных.

Аграрный ландшафт -- экосистема, сформировавшаяся в результате сельскохозяйственного преобразования ландшафта (степного, таежного и т. д.).

До XIX в. в процессе становления аграрной цивилизации использовалась энергия, которая была накоплена в течение одного вегетационного периода первичными консументами, а также аккумулированная в течение многих лет деревьями. Общее же количество используемой одним человеком энергии (около 22 000 ккал/сут.) лишь вдвое превышало энергопотребление человеком неолита (около 10 000 ккал/сут.).

Необратимые, глобальные изменения биосферы Земли под влиянием сельскохозяйственного производства резко усилились в XX в. В 70--90-х гг. XX в. внедрение интенсивных технологий (монокультура, высокопродуктивные, но незащищенные сорта, агрохимикаты) сопровождалось водной и ветровой эрозией, вторичным засолением, почвоутомлением, деградацией почв, обеднением эдафона и мезофауны, уменьшением лесистости, увеличением распаханности и т.п.



Ландшафтная организация экосистем

В конце XX в. наиболее широкое распространение получило следующее определение ландшафта. Ландшафт -- это имеющий естественные границы участок зеленой поверхности, в пределах которого все природные компоненты (горные породы, рельеф, воды, почвы, растительный и животный мир) образуют взаимосвязанное и исторически взаимообусловленное единство. При этом каждый ландшафт характеризуется также определенным уровнем прихода разных видов энергии и параметрами атмосферно-климатических процессов, показателями и динамикой круговорота веществ. . Щербакову (1988) построена на основе зональных и азональных признаков в дифференции природы поверхности суши (рис 1).

Полная система классификации ландшафтов, основанная на учете , как зональных, так и азональных признаков, строится по принципу:

страна

® зона

® провинция

® подзона и т. д., т. е. путем чередования единиц, выделенных на основании зональных и азональных признаков.

В основе формирования потенциала возобновимых ресурсов лежит соотношение обеспеченности ландшафта теплом и влагой. По мере продвижения с севера на юг происходит нарастание тепловых ресурсов, увеличивается и биопродуктивность ландшафтов.

Антропогенный ландшафт, в современном понимании, -- это ландшафт, преобразованный хозяйственной деятельностью человека настолько, что изменена связь природных (экологических) компонентов в степени, ведущей к сложению нового по сравнению с ранее существующим на этом месте природным комплексом.

Антропогенное преобразование природных ландшафтов в аграрные происходило в течение тысячелетий.

По А. Н. Каштанову и др. (1988), зарождение земледелия на территррии России относится к более позднему периоду времени, чем в странах Древнего Востока и юга Азиатского материка. Объясняется это длительным периодом оледенения территории нашей страны, которое доходило до южных районов Украины, гор Памира и Тянь-Шаня. Появление здесь растительности и животных происходило по мере таяния ледников и отступления их на север. Постепенно русские равнины с юга стали заселяться человеком, появились зачатки земледелия.

Первыми системами земледелия были примитивные -- подсечно-огневая, лесопольная, залежная, переложная. Они соответствовали низкому уровню развития производительных сил общества: первобытнообщинным, рабовладельческим и феодальным производственным отношениям. Человечество в эти периоды располагало еще большими площадями свободных земель, и по мере утраты плодородия на распаханных участках люди их забрасывали и распахивали новые участки. Вследствие действия природных сил (растительности, микроорганизмов и др.) заброшенные площади в течение нескольких десятилетий восстанавливали плодородие почвы. Кроме собственной мускульной силы, примитивных орудий и тягловых животных, при освоении новых участков земледелец использовал и огонь.

Постепенно на смену подсечно-огневой пришла лесопольная система земледелия. Здесь в основу было положено чередование посевов однолетних растений с лесом. Появляется возможность с развитием животноводства продлить время использования отвоеванной у леса пашни благодаря внесению в почву навоза. И все же эпизодическое унавоживание небольшими дозами не могло обеспечить сохранение и особенно повышение плодородия почвы.

Примитивные системы земледелия, характеризуются низким уровнем использования земли под пашню и ее продуктивностью, крайне медленным и длительным периодом восстановления плодородия почвы за счет использования природных факторов, высокими затратами труда на единицу урожая. При этих системах производство растениеводческой продукции осуществлялось за счет естественного плодородия почвы.

На смену примитивным системам пришла паровая система земледелия. Это был шаг вперед. Паровая система земледелия позволила в 3-4 раза расширить площади под посевами зерновых культур, повысить интенсивность использования земли и увеличить производство зерна. Создавались хорошие условия при этой системе для применения навоза, борьбы с сорняками, накопления влаги и питательных веществ в почве, что позволяло более устойчиво вести полеводство, особенно в засушливые годы.

Характерны для этой системы земледелия зернопаровые севообороты с короткой ротацией.

При положительных сторонах паровой системы земледелия необходимо отметить, что она не создавала условия для развития животноводства, так как кормовые культуры здесь не вводились в севооборот. Из-за распашки природных кормовых угодий скот выпасали на паровых полях, что резко снижало их эффективность.

Паровая система земледелия была в России основной вплоть до 20-х гг. XX в. В дальнейшем паровая система развилась в зернопаровую почвозащитную систему земледелия, широко применяемую в Поволжье, Зауралье, Сибири и ряде других регионов страны. Развитием паровой системы в регионах с хорошим увлажнением за счет осадков и развитым животноводством явилась в середине XX в. многополъно-травяная система земледелия. Более половины всей площади пахотнопригодной земли при этой системе отводилось под луга и выпасы. Естественные кормовые угодья заменялись улучшенными с посевом многолетних трав. Высокое насыщение севооборотов многолетними травами создает благоприятные условия для повышения плодородия почвы за счет накопления в ней органического вещества, улучшения ее пищевого режима и фитосани-тарного состояния. Следует помнить, что при многопольно-травяной системе земледелия, как и при паровой, плодородие почвы восстанавливается исключительно за счет природных факторов.

Использование удобрений и других средств воздействия промышленного производства на почву здесь крайне ограничено. В регионах и областях с более континентальным климатом многопольно-травяная система не нашла широкого применения.

На основе совершенствования паровой и многопольно-травяной систем земледелия возникли улучшенные зерновые системы земледелия. Переход многопольно-травяной системы земледелия в улучшенную зерновую происходил за счет сокращения площади под многолетними травами при увеличении посевов зерновых культур. Севооборота улучшенных зерновых систем земледелия представляют собой зерновое трехполье с полем многолетних трав: 1 -- чистый пар, 2 -- озимые с подсевом клевера, 3 -- клевер, 4 -- яровые зерновые; или 1 -- чистый пар, 2 -- яровая пшеница с подсевом донника или люцерны, 3--4 -- донник (люцерна), 5 -- яровые зерновые. В дальнейшем при совершенствовании улучшенной зерновой системы чистые пары постепенно начали заменять занятыми, а в севооборот вводить пропашные культуры.

В 80--90-х гг. XX в. в зернопроизводящих районах европейской части России, Сибири широкое применение находит паро-пропашная система земледелия с такими севооборотами: 1 -- пар чистый, 2 -- озимые, 3 -- картофель, 4 -- яровые зерновые или 1 -- пар, 2--3 -- яровая пшеница, 4 -- кукуруза на силос, 5 -- пшеница, 6 -- овес или ячмень.

Для различных природно-экономических зон России научными учреждениями в 90-х гг. XX в. предложены следующие системы земледелия: 1. Зернопаровая почвозащитная в районах Зауралья и Западной Сибири. 2. Зернопаропропашная и плодосменная почвозащитная (от водной эрозии) в лесостепных районах Центрально-Черноземной зоны и южной части Нечерноземной зоны. 3. Плодосменная льноводнокормового направления в льносеющих районах Нечерноземной зоны с применением мелиоративных мероприятий по регулированию водно-воздушного режима и окультуриванию почв. 4. Зернокормовая почвозащитная на склоновых землях. 5. Система горного почвозащитного земледелия. 6. Система земледелия для районов Дальнего Востока с муссонным климатом. 7. Система почвозащитного бесплужного земледелия.

В Российской Федерации в 90-х гг. XX в. было занято под сельскохозяйственными угодьями 220,8 млн га, пашней -- 131,1 млн га, пастбищами -- 63,6 млн га, сенокосами -- 21,8 млн га.

В 1993 г. общая посевная площадь равнялась 111,8 млн га, в том числе зерновые культуры возделывались на 60,9 млн га, кормовые--41 млн. га, технические-- 5,5 млн га, картофель, овоще-бахчевые -- 4,4 млн га.

В Курганской области сельскохозяйственные угодья составляют 443 7,1 тыс. га (62,1 %), пашня -- 3017,8 тыс. га (42,2%), пастбища -- 933,4 тыс. га (13%), луга -- 484 тыс. га (6,8%).

Таким образом, преобразование естественных (природных) ландшафтов в аграрные ландшафты связано с изменением живой и неживой природы, пищевых цепей, геохимических циклов. В результате, как утверждают Н. А. Уразаев, А. А. Бакунин и др. (1996), экосистемы из многокомпонентных, богатых информацией превращаются в малокомпонентные, информативно обедненные или гетерогенные в гомогенные. При специализации и интенсификации сельского хозяйства, переводе растениеводства и животноводства на промышленную основу гомогенность аграрного ландшафта возрастает. При чрезвычайном возрастании интенсивности антропогенного фактора механизмы адаптации и самосохранения агроэкосистем могут ослабляться, подавляться и привести к разрушению аграрного ландшафта.

Отсюда, необходимо разработать более совершенные, экологически обоснованные методы управления агроэкосистемами, нужно научиться создавать агроэкосистемы, работающие по принципу естественных (природных) экосистем.

Воздействие пестицидов на агроэкосистемы

Пестициды, применяемые в сельском хозяйстве, относятся к различным классам главным образом органических соединений (хлорорганические, фосфорорганические, симметричные триазины, гетероциклические соединения и др.), обладают токсичностью не только для вредных организмов, но и человека, животных, несут опасность для окружающей среды. Пестицид, каким бы он ни был, неизбежно вызывает глубокие изменения всей экосистемы, в которую его внедрили. Из совокупности экологических свойств, присущих всем пестицидам, действия их никогда не бывают однозначными.

1. Пестициды, как правило, имеют широкий спектр токсического действия как на виды растений, так и на виды животных. Отсюда названия инсектициды, фунгициды, гербициды и т. д. вводят в заблуждение, так как не дают представления о реальном диапазоне воздействия этих веществ.

2. Пестициды очень токсичны для животных и человека.

3. Человек использует пестициды для уничтожения ограниченного числа организмов, составляющих не более 0,5% общего числа видов, населяющих биосферу, в то время как пестициды при применении воздействуют на все живые организмы.

4. Пестициды всегда при проведении защитных мероприятий направлены против популяций.

5. Действие пестицидов не зависит от плотности популяции, но их используют только в том случае, когда численность популяции вредителя достигает большого значения.

6. Нередко применяют значительно больше пестицидов, чем необходимо для уничтожения вредителя: преднамеренные излишки обработки полей объясняют «надежностью» и т. д.

7. Площади, на которых используются пестициды, значительны, составляют сотни миллионов гектаров.

8. Многие пестициды обладают длительным сохранением в почве -- от нескольких месяцев до 2--3 лет, а иногда и более.

Стабильность пестицидов опасна различными последствиями, которые еще более усугубляют проблемы, связанные с этим видом загрязнения.

Пестициды распространяются далеко за пределами тех агроэкосистем, где они применяются. Даже в случае использования наименее летучих компонентов более 50% активных веществ в момент воздействия переходит прямо в атмосферу.

Большую опасность как источник загрязнения продуктов питания пестицидами представляет почва. В почву пестициды поступают различными путями: при непосредственном внесении их в почву для уничтожения почвообитающих вредителей, сорняков, с протравленными семенами, сносе препаратов при обработке посевов во время вегетации полевых культур, неосторожном выполнении различных операций с химическими препаратами (расфасовке, приготовлении рабочих растворов, транспортировке и т. д.), при поверхностном стоке с вышерасположенных участков, с осадками, оросительными, коллекторно-дренажными и сточными водами, с частицами почвы при ветровой эрозии.

Пестициды после целенаправленного внесения или случайного попадания в почву могут вызывать в окружающей среде следующие изменения:

- уничтожить вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур, сорные растения или изменить процессы роста и развития растений в желательном для человека направлении, а затем минерализоваться в течение разного периода времени;

- вызвать нежелательные эффекты (фитотоксическое действие персистентных, например гербицидов, на последующие культуры, изменение химического состава культурных растений в отрицательную сторону и т. п.).

Пестициды или продукты их распада и превращения по отношению к почвенным микроорганизмам, которые в значительной степени определяют плодородие почвы, действуют по-разному:

- угнетают их рост (некоторые фунгициды и средства для дезинфекции почвы);

- действуют нейтрально-подавляюще -- большинство инсектицидов;

- изменяют их видовой состав в течение определенного периода.

Пестициды прямо или косвенно влияют на доступность питательных элементов, которые, в свою очередь, воздействуют на персистентность химических средств защиты растений непосредственно химическим способом или изменением микробиологических процессов.

После применения пестицидов в сельском хозяйстве значительная часть их вымывается из почвы и попадает в водоемы. Они могут ухудшать вкус, запах и цвет пресной воды. Многие пестициды устойчивы в водной среде и могут накапливаться в отдельных органах животных. Установлено, что до 25% применяемых пестицидов попадает в водные экосистемы. Водный дренаж с полей, обработанных пестицидами, загрязняет не только небольшие водоемы, реки, но и эстуарии (широкое устье реки, впадающее в море или океан). В Средней Азии при орошении сельскохозяйственных культур коллекгорно-дренажными водами выносится 1,1--2,5% хлорорганических и 0,2--0,5% фосфорорганических препаратов от общего количества внесенных на поля. В сбросных водах содержится 11,5% хлорорганических соединений, которые используются при первой и второй обработках полей, и около 0,3% фосфорорганических пестицидов. Суммарный вынос пестицидов, включая и дефолианты, составляют 2,5--4,2% применяемых.

Заслуживает пристального внимания изучение путей миграции пестицидов, применяемых в рисоводстве. Они легко попадают в коллекторно-дренажные воды и разносятся ими на большие расстояния. Например, пропанид обнаруживается в лиманах Азовского и Черного морей. При анализе свыше десяти видов рыб (линь, лещ, окунь, судак, тарань и др.) в органах и тканях был найден препарат и его метаболиты. Пропанид накапливается и в высших водных растениях. Водные организмы способны концентрировать пестициды, в большей или меньшей степени становясь источниками распространения их по трофическим цепям. Наибольшим коэффициентом кумуляции характеризуются водные беспозвоночные, особенно личинки некоторых насекомых и ракообразных.

Таким образом, применение пестицидов влечет за собой отрицательные последствия для отдельных видов и биоценозов в целом. С экологической точки зрения, различают несколько форм воздействия пестицидов. Первая категория форм воздействия называется демэкологической и выражается совокупностью нарушающих воздействий на уровне популяций отдельных видов, чувствительных к какому-либо фитосанитарному веществу. Последствия подобных воздействий проявляются быстро и обусловлены повышенной токсичностью таких веществ для видов растений и животных. Это вымирание определенной части особей, входящих в состав зараженной популяции, прямо пропорциональное дозе примененного вещества. Пестицид является экологическим фактором, который не зависит от плотности популяции, т. е. какой бы ни была численность популяции, занимающей определенную территорию, данная концентрация пестицидов вызовет одинаковый процент смертности в популяции. Другие демэкологические эффекты характеризуются замедленным действием. Например, есть пестициды, как уже было отмечено выше, обладающие свойством накапливаться в пищевой цепи до тех пор, пока животное -- пищевой объект хищника -- не достигнет критического порога, с которого начинается хроническая интоксикация.

Помимо высокого уровня смертности вследствие хронической интоксикации, имеется и другая форма влияния пестицидов на биологические виды, не столь явная, но не менее вредная, которая выражается в уменьшении биотического потенциала вида.

Хроническая интоксикация может изменить коэффициент рождаемости путем снижения обычной плодовитости, или снижения выживаемости яиц и молодняка, или в связи с действием указанных факторов одновременно. Эти отрицательные влияния сказываются на биотическом потенциале и в худшем случае могут привести к полной бесплодности популяции, подвергшейся интоксикации. Наряду с демэкологическими воздействиями пестицидов различают и биоценотические воздействия. Так, если какое-то животное абсолютно нечувствительно к данному пестициду, все же численность его популяции может значительно уменьшиться из-за уничтожения тех растений или животных, которые служат ему добычей или пищей (рис. 18.24.4). С другой стороны, разрушение гербицидами растения-хозяина исключает из экосистемы тех насекомых и других беспозвоночных, для которых это растение служило пристанищем и на котором они паразитировали.

Другие экологические последствия применения пестицидов характеризуются возрастанием численности популяций, плотность которых до применения пестицидов была относительно небольшой. Рост численности популяции может быть обусловлен исчезновением конкурирующего вида, имеющего аналогичные требования к корму и условиям гнездования или по-давлением хищников и паразитов.

Применение пестицидов вызывает необратимые потрясения структуры биоценоза, часто называемого нарушением биологического равновесия (рис. 18.24.6, 7). Иногда оно, как это ни парадоксально, проявляется в увеличении численности этой популяции, которую собирались уничтожить.

В связи с этим применение пестицидов в сельском хозяйстве должно быть строго регламентировано и использоваться только в том случае, когда другие методы защиты (агротехнические, селекционные, биологические и др.) не позволяют избежать потерь урожая возделываемых культур от вредителей, болезней и сорняков.

...