Реферат: Почва как важнейшая составляющая часть биосферы

Содержание.

Стр.

Введение 3

Глава 1. Почва важная составляющая часть биосферы 4

1.1. История возникновения науки почвоведение 4

1.2. Теоретическое представление почвы 7

1.3. Роль почвы в биосфере 11

1.4. Структура почвы 12

Глава 2. Актуальные проблемы почв 15

2.1. Эрозия почв и борьба с ней 15

2.2. Мероприятия по борьбе с эрозией почв 17
2.3. Аридизация почвы 19

2.4. Деградация и загрязнение земель 20

Глава 3. Охрана почв от загрязнения 23

3.1. Охрана почв от загрязнения неорганическими отходами и

выбросам 22

3.2. Охрана почв от загрязнения тяжелыми металлами 24

3.3. Охрана почв от загрязнения радиоактивными веществами 26

3.4. Охрана грунта от загрязнения экскрементами животных 27

3.5. Охрана почв от засоления 28

3.6. Охрана почв от загрязнения пестицидами 28

3.7. Охрана почв от загрязнения минеральными удобрениями 30

Заключение 32

Список использованной литературы 34

Введение

Почвенный покров Земли представляет собой важный компонент биосферы Земли, который необходимо рассматривать в единстве его основных свойств как ничем не заменимый природный объект, как главное средство производства. Это принципиально важно для организации защиты почв от уничтожения как одного из важнейших компонентов биосферы, участвующих в глобальном процессе поддержания жизни на Земле. Признание почвы компонентом биосферы, окружающей среды выводит её из сферы узковедомственных сельскохозяйственных интересов в ранг глобальных проблем, связанных с выживание человека как биологического вида. Поэтому охрана почв должна быть составной частью проблем окружающей среды.

Изучение данных о качественном состоянии земель в России показывает, что темпы их деградации прогрессируют. Низкое плодородие земель, их мелиоративная неустроенность. Огромные масштабы и интенсивность деградации почв обуславливает ежегодно значительный недобор сельскохозяйственной продукции. Наряду с этим значительно выросли масштабы загрязнения, захламления и других форм деградации почв городских и сельских поселений, других форм категорий земель. Вместе с тем, рекультивация земель и восстановление качественных характеристик почв ведется низкими темпами. Таким образом, эта проблема не утратила свое значение и является актуальной на сегодняшний день.

Цель данного исследования – изучить роль почвы в биосфере. Исходя из указанной цели, можно выделить следующие задачи исследования:

1. Изучить современную литературу по выявлению роли почвы в биосфере.

2. Выявить актуальные проблемы загрязнения почв.

3. Возможные пути решения проблемы загрязнения почв.

Объектом исследования является почва как часть биосферы.

Предмет исследования: процессы и явления происходящие в почве.

Методы анализ литературы, сравнение, синтез.

Глава 1. Почва важная составляющая часть биосферы

1.1. История возникновения науки почвоведение

Чуть более века назад, в 1883 году, в семье естественных наук появилась новая наука - почвоведение. Знания о почвах накапливались веками. Почва, ее свойства, проявляющиеся в плодородии, издавна привлекали внимание исследователей разных стран, но именно в XIX столетии благодаря, прежде всего российскому ученому В.В. Докучаеву почвоведение получило особый статус - сформировалось как наука. Датой ее рождения можно считать 7 декабря, день, когда в Санкт-Петербургском университете состоялась защита докторской диссертации Василием Васильевичем Докучаевым. Официальными оппонентами на защите выступали известные ученые Д.И. Менделеев и А.А. Иностранцев. Диссертация была посвящена проблеме образования, распространения и свойств русского чернозема, о котором позже в одной из своих лекций В.В. Докучаев скажет: "Сегодня я буду беседовать с вами. Затрудняюсь назвать предмет нашей беседы - так он хорош! Я буду беседовать с вами о царе почв, о главном основном богатстве России, стоящем неизмеримо выше богатства Урала, Кавказа, богатства Сибири, - все это ничто в сравнении с ним; нет тех цифр, какими можно было бы оценить силу и мощь царя почв, нашего русского чернозема. Он был, есть и будет кормильцем России" [2].

Однако в России интерес к почвам, их особому свойству - плодородию появился задолго до того, как почвоведение стало наукой. Это было обусловлено особенностями географии, климата и экономики страны: огромные пространства, неблагоприятные климатические условия, характеризующиеся частыми жесточайшими засухами, аграрный характер производства. А.Н. Радищев писал: "Если кто искусством покажет путь легкий и мало издержестный к претворению всякой земли в чернозем, то будет благодетель рода человеческого". Многие известные ученые делали попытки разобраться в сложных вопросах почвообразования: М.В. Ломоносов, В.М. Севергин, М.И. Афонин, И.М. Комов, А.В. Советов. В частности, именно приход в 1859 году на кафедру агрономии Санкт-Петербургского университета Александра Васильевича Советова, первого в России доктора сельского хозяйства, и последовавший через два года перевод кафедры со второго философского факультета на физико-математический факультет способствовали повышению интереса к почвам. Значительная и наиболее существенная часть университетского курса лекций профессора А.В. Советова была посвящена почвам, что оказало большое влияние на формирование научных взглядов и интересов вначале студента, а затем молодого сотрудника кафедры минералогии В.В. Докучаева. Позже А.В. Советов как председатель 1-го отделения Вольного экономического общества занимался исследованиями в области сельскохозяйственного производства и привлек В.В. Докучаева к изучению почв.

Вольное экономическое общество (ВЭО) было основано в 1765 году в Петербурге видными учеными-естествоиспытателями на средства крупных землевладельцев. Среди деятелей ВЭО прежде всего надо назвать А.Т. Болотова, А.И. Синявина, А.А. Нартова, Д.И. Менделеева, А.М. Бутлерова, П.П. Семенова-Тян-Шанского. Общество организовывало конкурсы по политэкономическим и прикладным сельскохозяйственным и техническим проблемам, выставки, хозяйственные анкетные обследования, издавало научно-популярную литературу, и научные журналы в том числе, способствовало, помогая финансами, учреждению в 1899 году журнала "Почвоведение". Во многом именно благодаря деятельности ВЭО в России было начато практическое изучение почв. Летом 1882 года на средства ВЭО была организована комплексная почвенная экспедиция, руководство которой было поручено по рекомендации А.В. Советова В.В. Докучаеву. В этой и последующих экспедициях формируются и развиваются взгляды Докучаева на почву как особое естественноисторическое тело природы. В этих же экспедициях воспитываются ученики и последователи Докучаева - складывается школа докучаевского почвоведения. Ее ученики получали знания не в аудиториях, а в поле, на разрезах, воочию убеждаясь во взаимосвязи, "целостности и единстве всего существующего и живущего". Они изучали связь почвы с климатом, растительностью, рельефом, усваивали стиль мышления своего учителя. Из этой научной школы вышли не только почвоведы, но и географы, геологи, ботаники. Среди них можно назвать ученых, ставших впоследствии основателями собственных научных школ, получивших мировое признание: В.И. Вернадского, Н.М. Сибирцева, Л.С. Берга, А.Н. Краснова, Г.Ф. Морозова, П.А. Земятченского, К.Д. Глинки.

Итогом этих экспедиций явился фундаментальный труд В.В. Докучаева, вышедший в том же 1883 году, когда состоялась защита диссертации, - "Русский чернозем" [1]. Одна за другой выходят в свет статьи Докучаева, в которых он обосновывает самостоятельность почвы как естественноисторического тела, формулирует основные законы новой науки. Изучая почвы и факторы почвообразования: климат, почвообразующие породы, растительный и животный мир, рельеф на пространствах Средне-Русской равнины, в Предкавказье, Поволжье и горах Кавказа, он установил тесную связь между ними (рис. 1). Причем связь настолько тесную и закономерную, что, как писал Докучаев, зная почвы, можно предсказать климат и растительность, под воздействием которых формировалась эта почва, и наоборот. Итогом познания этих закономерностей явился открытый Докучаевым закон мировой зональности почв. Суть этого закона: распространение почв на Земле подчиняется в общих чертах закону природной широтной зональности и каждой природной зоне соответствует свой "зональный" тип почвы. В работе "К учению о зонах природы" В.В. Докучаев писал: "раз все важнейшие почвообразователи располагаются на земной поверхности в виде поясов или зон, вытянутых более или менее параллельно широтам, то неизбежно, что и почвы наши - черноземы, подзолы и пр. - должны располагаться на земной поверхности зонально, в строжайшей зависимости от климата, растительности и пр." [3]. Наиболее четко эта закономерность проявляется на просторах Русской равнины, но выдерживается далеко не всегда. И Докучаев обращал внимание на наличие отклонений от схемы идеального широтного распределения почв на земной поверхности, объясняя возможность таких отклонений особенностями топографии и гидрологии. "Наша планета испещрена горами и долами, материки изрезаны морями, заливами, озерами, реками и пр., вызывающими иное распределение климата, осадков, теплоты, а вместе с этим и иное местное географическое распределение растительности и животных организмов". Поэтому каждая природная зона характеризуется не одним каким-то типом почвы, а определенным набором весьма многочисленных, сопряженных между собой, но генетически не связанных почвенных типов.

В.В. Докучаев, изучая факторы почвообразования и закономерности распределения почв, пришел к убеждению о неизбежности возникновения новой науки, предметом изучения которой станут соотношения и взаимодействия между живой и неживой природой. По мнению Докучаева, "наука будущего" охватит все основные разделы естествознания: геологию, климатологию, ботанику, зоологию, учение о человеке, а ядром этой науки будет почвоведение [4]. Действительно, несколькими десятилетиями позже в России появилась такая наука - учение о биосфере. У ее истоков стоял выдающийся ученик Докучаева В.И. Вернадский.

Важную роль в формировании почвоведения сыграл и П.А. Костычев, современник Докучаева, заведующий кафедрой почвоведения Лесного института, его постоянный оппонент в научных дискуссиях. В своих трудах профессор Костычев уделял особое внимание роли организмов в формировании почв: высших растений, синтезирующих органическое вещество - источник гумуса в почвах, и микроорганизмов, его разрушающих. Главной задачей почвоведения Костычев считал исследование свойств почв, обеспечивающих плодородие, а среди факторов плодородия к важнейшим относил воду. Именно поэтому он разработал систему практических мероприятий по ослаблению влияния засух на черноземах.

Так, в результате огромной работы и горячих дискуссий Докучаева и Костычева в течение нескольких лет были заложены основы науки о почве. В познании почв и почвенного покрова планеты почвоведение широко использует достижения других естественных наук, в то же время теория и методология генетического почвоведения, созданная В.В. Докучаевым, явились плодотворной основой для формирования новых наук: ландшафтоведения, биогеохимии, биогеоценологии и др. (рис. 2).

1.2. Теоретические представления о почвах

Первое научное определение почвы тоже принадлежит В.В. Докучаеву: "Почва - это те дневные или близкие к ним горизонты горных пород (все равно каких), которые были более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов - живых и мертвых, что и сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких образований". В этой формулировке Докучаев сделал акцент на факторах - почвообразователях, тем самым утверждая ее самостоятельность как природного образования. П.А. Костычев остался верен себе и в определении почвы, уделив главное внимание роли организмов: "Мы прежде всего выделяем верхний слой земли до той глубины, до которой доходит главная масса корней, и называем этот слой почвой". Емкое, поэтичное определение почвы принадлежит В.И. Вернадскому: "Почва - благородная ржавчина Земли". В четырех словах определения ученому удалось сказать очень многое. Назвав почву "ржавчиной Земли", ученый указал путь ее образования из литосферы под влиянием геофизических оболочек планеты: атмосферы, биосферы и гидросферы. При этом продукт переработки первозданных горных пород ("ржавчина" - почва) обладает благородством, то есть способностью рождать благо, производить урожай растений. Особое значение такому качеству почвы, как плодородие, придавал и другой крупный ученый-почвовед - академик В.Р. Вильямс. Он писал: "Когда мы говорим о почве, мы разумеем, рыхлый поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений".

Итак, внешний облик почвы, ее свойства и плодородие определяются теми факторами почвообразования, под влиянием которых она сформировалась. Морфология почвы отражает ее внутренние свойства, и поэтому почвовед уже в поле на основании изучения морфологических свойств почвы может сделать предварительное заключение о качестве почвы. Одним из наиболее важных морфологических признаков почвы является ее окраска (цвет). Об этом ее свойстве читателям "Соросовского Образовательного Журнала" поведал Д.С. Орлов [8]. Важно, что уровень плодородия почвы тесно коррелирует с окраской: темные почвы обычно характеризуются более благоприятными для жизнедеятельности растений условиями, чем светлые. Связано это с количеством и качеством почвенного органического вещества - гумуса, так как именно гумус чаще всего обеспечивает темный цвет почвы. Однако не менее важным для формирования почвенного плодородия является и наличие хорошо выраженной водопрочной структуры. Структура почвы - это те отдельности (комочки), на которые она самопроизвольно распадается в состоянии оптимальной влажности. Размер, форма, такие внутренние свойства этих отдельностей, как механическая прочность и водопрочность, во многом определяются количеством и качеством органического вещества в почвах. Работами С.А. Захарова было показано, что все многообразие форм структурных отдельностей можно свести к трем основным типам: кубовидному, призмовидному и плитовидному. Кубовидный тип структуры характеризуется примерным равенством горизонтальной и вертикальной осей отдельностей. Кубовидные структуры в природе характеризуются высокой устойчивостью, и почвенные структурные отдельности этого типа не являются исключением из этого общего правила. Для верхних горизонтов плодородных почв характерна именно такая структура, так как она обеспечивает благоприятные для растений водно-воздушные свойства. Другие типы структур неспособны противостоять размывающему действию воды, а плитовидные отдельности известны и своей крайне низкой механической прочностью. Именно поэтому с агрономической точки зрения структурными являются только почвы, обладающие кубовидной структурой, но для диагностики почв важно учитывать особенности структуры независимо от ее способности обеспечивать растения необходимыми для нормальной жизнедеятельности условиями. И наиболее общие закономерности здесь такие. Очень часто процесс почвообразования включает явления вымывания (элювиирования) веществ из верхней части профиля и накопления (иллювиирования) их в средней или нижней части почвы. Такой сценарий почвообразования характерен для почв, формирующихся в условиях избыточного количества влаги и свободного дренажа. Причем элювиирование обычно сопровождается формированием структуры плитовидного типа, а иллювиирование - призмовидного типа.

Одним из наиболее заметных следствий почвообразовательного процесса является дифференциация изначально однородной материнской породы на генетические горизонты - слои, различающиеся окраской, структурой и другими морфологическими свойствами. Лабораторные исследования убеждают в том, что эти горизонты характеризуются своеобразием биологии минералогического и химического состава и особенностями физических свойств.

На рис. 3 и 4 показаны почвенные профили чернозема и подзола. Чернозем, зональная почва луговых и разнотравно-типчаково-ковыльных степей, характеризуется очень высоким уровнем природного плодородия. Растительность степей накапливает большую фитомассу, которая при ежегодном отмирании становится источником для синтеза специфического почвенного органического вещества - гумуса. С растительным опадом в почву ежегодно поступает от 600 до 1400 кг/га азота и зольных веществ, в то время как с опадом хвойных лесов в почву поступает только 40-300 кг/га этих элементов. В гумусе, как в кладовой, до поры до времени хранятся элементы питания, в том числе азотистые соединения. Минеральные соединения азота, как известно, все без исключения характеризуются высокой растворимостью в воде, и природа выработала защитный механизм, позволяющий предотвратить потери азота путем связывания его в органическом веществе почвы. Именно процессу аккумуляции гумуса обязан чернозем своей окраской и зернистой структурой, относящейся к кубовидному типу, обеспечивающей благоприятный водно-воздушный режим. Отсутствие процессов элювиирования и иллювиирования в отношении большинства соединений обеспечивает монотонное убывание интенсивности темной окраски с глубиной, хотя наиболее легкорастворимые соединения выносятся нисходящим током влаги на глубину наибольшего промачивания почвы. Подтверждением этому является наличие в черноземах на некоторой глубине скоплений мелких конкреций белого цвета - "белоглазки", - представляющих собой стяжения карбонатов кальция (см. рис. 3).

Подзол - почва, сформировавшаяся под хвойным лесом. Особенности климата обусловливают преобладание осадков над испаряемостью и обеспечивают промывание почвенной толщи фильтрующейся влагой. Причем влага эта, пройдя предварительно через слой лесной подстилки и растворив накопившиеся в полуразложившемся хвойном опаде органические кислоты, приобретает кислотные свойства и обеспечивает протекание гидролиза минералов, составляющих почвенную массу (оподзоливание). Продукты гидролиза током влаги распределяются в нижележащей толще почвенного профиля, а в верхней его части обособляется белесый обесструктуренный горизонт элювиального генезиса, масса которого напоминает золу (см. рис. 4). Горизонт характеризуется однородным химическим составом, он на 80-99% состоит из кремнезема. Это обеспечивает практически полное бесплодие слоя, что хорошо иллюстрирует строение корневой системы ели, растущей на подзоле: отсутствие элементов питания в почвенной массе горизонта делает излишним развитие корней в этом слое. Бурая лесная почва формируется также под влиянием промывного водного режима, но в условиях более теплого климата под пологом широколиственного леса с примесью хвойных пород. Листовой опад содержит значительно больше таких химических элементов, как Ca и Mg, они нейтрализуют органические кислоты продуктов разложения опада, и это предопределяет отсутствие или слабое проявление оподзоливания в этой почве. Отсюда сравнительно однородный химический состав и более благоприятные условия для развития корневой системы.

Размеры статьи не позволяют рассказать хотя бы вкратце о наиболее распространенных почвах, так как разнообразие факторов почвообразования, их различное сочетание в природных условиях дают огромное количество разновидностей почв на земном шаре. На Почвенной карте мира, составленной по заданию ФАО-ЮНЕСКО в масштабе 1 : 5 000 000 в 1974 году, было выделено 106 почвенных единиц (примерно соответствующих понятию "тип почв"). На карте, составленной в 1987 году, нанесено уже 144 почвенные единицы (типа). Новая почвенная карта, составленная для электронного атласа мира "Человек и земля" содержит 178 почвенных единиц. Расширение списка происходит как за счет детализации легенд, некоторого уточнения классификационных схем, так и за счет изучения национальных почвенно-картографических материалов. Особенно значительные изменения внесены в изображения тропических областей Африки и Южной Америки.

1.3. Роль почвы в биосфере

Почвенный покров образует одну из геофизических оболочек Земли - педосферу. Основные геосферные функции почвы как природного тела обусловлены положением почвы на стыке живой и неживой природы. И главная из них - обеспечение жизни на Земле. Именно в почве укореняются наземные растения, в ней обитают мелкие животные, огромная масса микроорганизмов. В результате почвообразования именно в почве концентрируются жизненно необходимые организмам вода и элементы минерального питания в доступных для них формах химических соединений. Таким образом, почва - условие существования жизни, но одновременно почва - следствие жизни на Земле.

Запасание энергии - следующая общая функция почвы. Почва является важнейшим условием фотосинтетической деятельности растений. Этим путем аккумулируется на Земле колоссальное количество энергии. В.А. Ковда приводит такие данные. В форме топлива, пищи, кормов ежегодно на земном шаре расходуется примерно 7 " 1012 кВт " ч этой энергии. Еще 16,2 " 1012 кВт " ч человечество сжигает в виде ископаемого топлива (угля, нефти, газа, торфа), созданного в прошлые геологические эпохи также, по-видимому, растениями. Другие источники энергии (реки, ветер, ядерное топливо) дают неизмеримо меньше энергии. И в настоящее время и, вероятно, еще долго в будущем именно система почва - растения - животные будет главным поставщиком трансформированной энергии Солнца человечеству. Живое вещество неустойчиво, после отмирания организмов оно быстро разрушается, минерализуется, и только небольшая часть его превращается в почве в гумус и надолго сохраняется, обеспечивая нормальное функционирование почв в биосфере.

Третья глобальная функция почвы - обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов веществ, так как биогеохимические циклы элементов, в том числе таких важнейших биофилов, как углерод, азот, кислород, осуществляются через почву. Эти элементы в разной форме и в разных соотношениях участвуют в синтезе органического вещества растениями. Затем они проходят сложный цикл превращений в почве, и часть продуктов поступает в атмосферу и гидросферу. Тем самым почва участвует в процессе регулирования состава атмосферы и гидросферы. Это четвертая глобальная функция почвы.

Пятая глобальная функция почвы - регулирование биосферных процессов, в частности плотности и продуктивности живых организмов на земной поверхности. Почва обладает не только плодородием, она имеет и свойства, лимитирующие жизнедеятельность тех или иных организмов. Не случайно зарождение древних цивилизаций происходило в тех регионах нашей планеты, где естественное плодородие почв особенно велико. Таким образом, почва - основное средство производства и объект труда в сельском хозяйстве, а ее распределение - причина острых социальных конфликтов.

1.4. Структура почвы

Почва — это особое природное образование, обладаю­щее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Почва — это та среда, где взаимодействует большая часть элементов биосферы: 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. Почва состоит из нескольких горизонтов (слоев с одина­ковыми признаками), возникающих в результате сложного взаимодействия материнских горных пород, климата, растительных и животных организмов (особенно бактерий), рельефа местности. Для всех почв характерно умень­шение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.

Горизонт A l — темно-окрашенный, содержащий гумус, обо­гащен минеральными веществами и имеет для биогенных про­цессов наибольшее значение.

Горизонт А 2 — элювиальный слой, имеет обычно пепельный, светло-серый или желтовато-серый цвет.

Горизонт В — элювиальный слой, обычно плотный, бурый или коричневой окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.

Горизонт С — измененная почвообразующими процессами материнская порода.

Горизонт В — исходная порода.

Поверхностный горизонт состоит из ос­татков растительности, составляющих основу гумуса, из­быток или недостаток 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 располагается 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 [7].

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

Образование почв происходит на Земле с момента возникно­вения жизни и зависит от многих факторов:

Субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почв (пористость, водоудерживающая способность, рыхлость и т. д.). Они определяют водный и тепловой режим, интенсивность пе­ремешивания веществ, минералогический и химический соста­вы, первоначальное содержание элементов питания, тип поч­вы.

Растительность — зеленые растения (основные создате­ли первичных органических веществ). Поглощая из атмосферы углекислоту, из почвы воду и минеральные вещества, используя энергию света, они создают органические соединения, пригод­ные для питания животных [10].

С помощью животных, бактерий, физических и химических воздействий органическое вещество разлагается, превращаясь в почвенный гумус. Зольные вещества наполняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал созда­ет благоприятные условия для действия почвенной фауны и ми­кроорганизмов (устойчивый газообмен, тепловой режим, влаж­ность).

Животные организмы, выполняющие функцию пре­образования органического вещества в почву. Сапрофаги (зем­ляные черви и Др.), питающиеся мертвыми органическими ве­ществами, влияют на содержание гумуса, мощность этого го­ризонта и структуру почвы. Из наземного животного мира на почвообразование наиболее интенсивно влияют все виды грызу­нов и травоядные животные.

Микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы) разлагающие сложные органические и минеральные ве­щества на более простые, которые в дальнейшем могут исполь­зоваться самими микроорганизмами и высшими растениями.

Одни группы микроорганизмов участвуют в превращени­ях углеводов и жиров, другие — азотистых соединений. Бак­терии, поглощающие молекулярный азот воздуха, называют азотофиксирующими. Благодаря их деятельности, атмо­сферный азот могут использовать (в виде нитратов) другие живые организмы. Почвенные микроорганизмы принимают уча­стие в разрушении токсических продуктов обмена высших расте­ний, животных и самих микроорганизмов в синтезе витаминов, необходимых для растений и почвенных животных.

Климат, влияющий на тепловой и водный режимы почвы, а значит на биологический и физико-химические почвенные про­цессы.

Рельеф, перераспределяющий на земной поверхности тепло и влагу.

Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, сни­жении и повышении их плодородия. Под влиянием человека ме­няются параметры и факторы почвообразования — рельефы, ми­кроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.

Глава 2. Актуальные проблемы почв

2.1. Эрозия почв и борьба с ней

Издавна бедой для земледельца была и все еще остается эрозия почв. Современной науке удалось в определенной мере установить закономерности возникновения этого грозного явления, наметить и осуществить ряд практических мер по борьбе с ним. Слово «эрозия» происходит от латинского erosio, что означает «разъедать», «выгладывать» или «выгрызать». В зависимости от факторов, обусловливающих развитие эрозии, выделяют два основных ее типа — водную и ветровую. В свою очередь, водная эрозия подразделяется на поверхностную (плоскостную) и линейную (овражную) — размыв почвы и подпочвы. Скорость эрозии превышает скорость естественного формирования и восстановления почвы. По оценкам научных учреждений, почвы сельскохозяйственных угодий россии ежегодно теряют около 1,5 млрд. Т плодородного слоя вследствие проявления эрозии. Годовой прирост площади эрозированных почв составляет 0,4-1,5 млн. Га, оврагов — 80-100 тыс. Га. Загрязнения водоемов продуктами водной эрозии по своим отрицательным последствиям не уступают воздействию сброса загрязненных промышленных стоков. Снижение урожая на эрозированных почвах составляет 36—47%. Причиной снижения биопродуктивности почв сельхозугодий является уменьшение запасов гумуса. Ежегодные его потери составляют в среднем 0,62 т/га. Согласно прогнозу института наблюдений за состоянием мира (Нью-Йорк), при существующих темпах эрозии и обезлесения к 2330 г. Плодородной земли на планете станет меньше на 960 млрд. Т, а лесов — на 440 млн. Га.

Если сейчас на каждого жителя планеты приходится в среднем по 0,28 га плодородной земли, то к 2030 г. Площадь сократится до 0,19 га.
Сельскохозяйственное производство на большей части территории России ведется в сравнительно неблагоприятных климатических и почвенно-гидрологических условиях. И главными бедами являются эрозия почв и засухи. Эрозия — естественный геологический процесс, который нередко усугубляется неосмотрительной хозяйственной деятельностью. Более 54% сельскохозяйственных угодий и 68% пашни в настоящее время эродировано или эрозионно опасно. На таких землях урожайность снижается на 10-30%, а порой и на 90%. Оврагами разрушено 6,6 млн. Га земель. С их ростом площадь пашни ежегодно сокращается на десятки тысяч гектаров, а площадь смытых земель увеличивается на сотни тысяч. Каждую весну с таянием снегов сначала маленькие ручейки, а затем и шумные потоки устремляются по склонам в низины, смывая и унося с собой оттаявшую почву. При бурном снеготаянии в почве появляются промоины — начало процесса образования оврагов. Овраги, веером расходясь от центрального «стержня» — балки, разрушают поля, луга, перерезают дороги. Нередко длина балки достигает десятков километров, а оврагов — нескольких километров. Вовремя не остановленный овраг растет вглубь и вширь, захватывая все больше и больше плодородной земли. Чаще всего овраги зарождаются на склоновых пастбищах с сильно изреженным травостоем. Однако там, где хорошо развит травостой, даже на очень крутых склонах новые овраги, как правило, не образуются. К тому же создание хорошего растительного покрова способствует резкому повышению продуктивности всех земель [1].

Другая беда — ветровая эрозия, вызываемая пыльными бурями. Ветер поднимает тучи пыли, почвы, песка, мчит их над широкими степными просторами, и все это оседает толстым слоем на землю и поля. Иногда наносы бывают до 2—3 м высотой. Гибнут посевы и сады. Ветер выдувает слой почвы на 16—25 см, поднимает ее на высоту 1— 3 км и переносит на огромные расстояния. Не раз уже фиксировался перенос пыльных бурь с африканского континента на американский. После пыльной бури, разразившейся на северном кавказе и в восточной украине, частицы почвы были обнаружены на снегу финляндии, швеции, норвегии. В нашей стране пыльные бури наиболее часто поражают нижнее поволжье и северный кавказ. Отличие ветровой эрозии от водной выражается в том, что первая не связана с условиями рельефа. Если водная эрозия наблюдается при определенном уклоне, то ветровая может наблюдаться даже на совершенно выровненных площадках. При водной эрозии продукты разрушения перемещаются только сверху вниз, а при ветровой — не только по плоскости, но и вверх. Важным отличием этих двух типов эрозии является то, что при ветровой эрозии происходит выдувание лишь механических элементов почвы, а при водной — не только смываются частицы почвы, но одновременно происходит растворение в текущей воде питательных веществ, удаление их [5].

При интенсивной эрозии промоины, рытвины, овраги превращают сельскохозяйственные угодья в неудобные земли, затрудняют обработку полей. Смываемый слой почвы выносится в реки и водоемы, вызывает их заиливание. Разрушительная эрозия возникает и развивается при отсутствии или слабой защищенности почвы культурными сельскохозяйственными растениями от воздействия (ударов) дождевых капель, ливневых струй и талых вод. Поэтому чем дружнее всходы и чем быстрее развиваются и смыкаются культурные растения, тем лучше защищена почва от разрушающего воздействия воды и ветра. В результате эрозии в почвах уменьшается содержание азота и усвояемых растениями форм фосфора и калия, ряда микроэлементов (йода, меди, цинка, кобальта, марганца, никеля, молибдена), от которых зависит не только урожай, но и качество сельскохозяйственной продукции. Эрозия способствует проявлению почвенной засухи. Это объясняется не только тем, что значительная часть осадков стекает со склонов, но и тем, что на эродированных почвах с плохими физическими свойствами увеличивается потеря влаги. Засуху в районах проявления эрозии нередко называют «эрозийной засухой».

В связи со смывом минеральных элементов питания растений, усилением почвенной засухи, ухудшением физических свойств почв, снижением их биологической активности на склонах с эродированными почвами резко снижается урожай возделываемых культур. Большой вред почвам наносит многократная механическая обработка: вспашка, культивация, боронование и т.д. Все это усиливает ветровую и водную эрозию. Теперь на смену традиционным методам обработки почв постепенно приходят почвозащитные с заметно меньшим объемом механического воздействия. Почва в результате такой щадящей обработки приобретает почти идеальные качества: она не уплотняется, становится в достаточной степени рыхлой, с многочисленными небольшими ходами, способствующими проветриванию и быстрому отводу воды после сильных ливней, что предотвращает образование застойной влаги. При вспашке такая структура была бы разрушена. Поскольку при щадящей обработке земля может впитывать влагу в больших количествах и отводить ее излишки, почва не вымывается и не выветривается. Чтобы тяжелые тракторы не уплотняли и не разрушали почву, важно «обуть» их в особые шины низкого давления Важнейшую роль в борьбе с эрозией почв играют почвозащитные севообороты, агротехнические и лесомелиоративные мероприятия, строительство гидротехнических сооружений [3].

2.2. Мероприятия по борьбе с эрозией почв
1. Почвозащитные севообороты. Чтобы защитить почвы от разрушения, необходимо правильно определить состав возделываемых культур, их чередование и агротехнические приемы. При почвозащитных севооборотах исключают пропашные культуры (так как они слабо защищают почву от смыва, особенно весной и в начале лета) и увеличивают посевы многолетних трав, промежуточных подсевных культур, которые хорошо защищают почву от разрушения в эрозионно опасные периоды и служат одним из лучших способов окультурирования эродированных почв. На склонах крутизной до 3—5° со слабо- и среднесмытыми почвами, где появляется опасность проявления эрозии, предпочтение в севооборотах отдают травам и однолетним культурам сплошного сева. На более крутых склонах (крутизна 5—10°), в основном со средне- и сильносмытыми почвами, в севооборотах увеличивают посевы многолетних трав и промежуточных культур, которые хорошо защищают почву от эрозии.

2. Агротехнические противоэрозионные мероприятия. Почвы на склонах резко отличаются от почв на равнинных участках, поэтому и приемы земледелия в первом случае должны иметь специфический характер. Наиболее простыми мероприятиями по регулированию поверхностного стока талых вод являются вспашка, культивация и рядовой посев сельскохозяйственных культур поперек склона, по возможности параллельно основному направлению горизонталей. Один из наиболее эффективных почвозащитных приемов на склоновых землях — замена отвальной вспашки обработкой почвы без оборота пласта [9].

3. Лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия. В комплексе мер, направленных на борьбу с водной и ветровой эрозией почв, важное место принадлежит агролесомелиорации из-за ее дешевизны и экологической безвредности. Созданием защитных лесонасаждений занимаются в России более 500 предприятий. Ими заложено 2,8 млн. Га на землях сельхозпользования, в основном в районах с интенсивным ведением сельского хозяйства. Основными лесомелиоративными противоэрозионными мероприятиями являются: создание водорегулирующих лесополос в малолесных районах, создание водоохранных лесных насаждений вокруг прудов и водоемов, сплошные противоэрозионные лесопосадки на сильноэродированных крутосклонных и бросовых землях, непригодных для использования в сельском хозяйстве [9].

2.4 водорегулирующие лесополосы. Закладываются на эродированных склонах, используемых под сельскохозяйственные культуры, и предназначены для перевода поверхностного стока во внутрипочвенный. Число лесополос и расстояние между ними зависят главным образом от крутизны и длины склона: с увеличением крутизны расстояние между лесополосами уменьшается. Располагаются водорегулирующие лесополосы вдоль горизонталей. Ширина полос должна быть не менее 12,5 м. Сокращение или прекращение смыва почвы и улучшения водного режима водорегулирующими полосами повышают продуктивность сельскохозяйственных угодий в полтора-два раза.

2.5 водоохранные лесные насаждения вокруг прудов и водоемов. Создаются для защиты берегов от разрушения, водоемов — от заиления продуктами эрозии. Ширина водоохранных лесных насаждений (полос) вокруг прудов и водоемов в зависимости от крутизны склона и механического состава почвы колеблется от 10 до 20 м.

2.6 лесомелиоративные противоовражные мероприятия. Лесомелиоративные противоовражные мероприятия проводятся для приостановления роста и закрепления действующих оврагов с целью перевода поверхностного стока во внутрипочвенный, увеличения противоэрозионной устойчивости почвы, распыления поверхностного стока и скрепления почвенного грунта. Лесомелиоративные почвозащитные насаждения способствуют повышению эффективности всех мероприятий единого противоэрозионного комплекса. Применяются два вида насаждений:

а) приовражные, прибалочные и надвершинные лесонасаждения;
б) облесение сетевого фонда — дна и откосов оврагов, балок.

2.7 приовражные и прибалочные лесные полосы
создаются на расстоянии 2—5 м от бровок и над их вершинами для перехвата стоковых вод и скрепления почвенного грунта корневыми системами с целью замедления или полного прекращения роста оврагов. Ширина приовражных и прибалочных лесных полос должна быть не менее 15 м. Надвершинные насаждения создаются в основном над головными вершинами действующих оврагов, ширина их соответствует ширине водоподводящих ложбин; протяженность зависит от площади водосброса. Сплошное облесение проводится на откосах оврагов крутизной 8° и более, а также на берегах балок (лощин), которые мало пригодны для луговых и пастбищных угодий. Облесение откосов оврагов допускается только в том случае, если откосы сформировали устойчивый профиль, т.е. Угол их естественного откоса составляет не более 32° на суглинках и 26° — на супесях. Лесные насаждения на дне оврага позволяют избежать дальнейшего его углубления. На ранней стадии развития дно оврага узкое и облесение произвести трудно, поэтому первоначально устраняют запруды, а затем дно закрепляют влаголюбивыми быстрорастущими породами деревьев.

2.8 гидротехнические сооружения. С помощью гидротехнических сооружений производится задержание, отвод и безопасный сброс той части атмосферных осадков, которую не удается задержать на прилегающих к оврагам полях агротехническими и лесомелиоративными приемами.
По назначению гидротехнические сооружения подразделяются на три группы: задерживающие стекающие в овраг стоковые воды на приовражной полосе; осуществляющие безопасный сброс поверхностных вод в овраги; укрепляющие дно и откосы оврага от дальнейшего размыва и разрушения.

Воды на приовражной полосе задерживают, устраивая систему водозадерживающих валов, которые перехватывают у самого оврага ту часть поверхностных вод, что не была задержана на водосборе. Водозадерживающие валы сооружают параллельно горизонталям поверхности на расстоянии не менее 15 м от вершины растущего оврага или эродируемого склона, чтобы предотвратить сброс всей воды при одиночном прорыве. Через 50—150 м под прямым углом к оси вала строят перемычки, а для сброса незадержанного стока — водосливы. Для сооружения водозадерживающих валов и перемычек более пригодны суглинистые грунты. Чтобы сбрасываемые в овраг воды не размывали его дно, в русле оврага устанавливают систему поперечных стенок, разбивающих продольный профиль дна на ряд террас. Деревянные и плетневые запруды применяются только в небольших оврагах, так как срок их действия не превышает двух-трех лет. Закрепленные овраги, превращенные в задерненную балку, используют в сельском хозяйстве. Богатое илистыми отложениями дно отводят под искусственные луга, а откосы — под древесные насаждения или под ягодники.

2.3. Аридизация почвы

Аридизация почвы — это сложный и разнообразный комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращения биологической продуктивности экологических систем «почва — растения». Проявления аридизации (от частых засух до полного опустынивания) на обширных территориях африки, юго-восточной и южной азии, ряда стран южной америки крайне обостряют проблемы продовольствия, кормов, воды, топлива, вызывают глубокие изменения экосистемы. Угодья, окаймлявшие пустыни, не выдерживают нагрузки и сами превращаются в пустыни, что приводит к ежегодной потере тысяч гектаров пригодных для сельского хозяйства земель. Процесс усугубляют и примитивное земледелие, нерациональное использование пастбищ и других сельскохозяйственных угодий, хищническая эксплуатация огромных территорий, которые возделываются без всякого севооборота или ухода за почвой [7].

Опустынивание . Уменьшение или уничтожение биологического потенциала земли может привести к возникновению условий, аналогичных условиям пустыни. Особенно остро эта проблема стоит в калмыцком заповеднике черные земли. Основными причинами опустынивания стали увеличение площади подвижных песков, снижение продуктивности пастбищ, истощение местных источников водоснабжения. В период максимального опустынивания (в 1985 г.) Территория экологического бедствия в черных землях занимала площадь 3760 км2, окружающая ее территория — 8130 км2. В настоящее время площади эти уменьшились — соответственно до 2780 км2 и 6900 км2, что свидетельствует о стабилизации за последние десятилетия процессов экологической деградации. Эти положительные тенденции можно объяснить развитием фитомелиорации, сокращением нелегальной эксплуатации пастбищ, приостановкой неоправданного гидростроительства. Однако и сегодня большая часть территории черных земель остается разрушенной. Большинство ученых считают, что образование пустынь связано с вырубкой лесов и неразумным использованием пастбищ. Учащение засух и, следовательно, недородов, гибель растительности, разрушение почв на значительных территориях связаны между собой, зависят от общей тенденции аридизации суши и усугубляются отрицательными последствиями неразумной деятельности человека.

2.4. Деградация и загрязнение земель

Деградация. Острейшей экологической проблемой в России является деградация земель. Ярким примером этого служит некогда славившиеся богатством кормового разнотравья черные земли прикаспия, раскинувшиеся на миллионы гектаров. Сейчас значительная их часть стала полупустыней, русло канала Волга — чаграй, строительство которого было прекращено несколько лет назад, являет картину удручающего экологического бедствия. В связи со строительством водохранилищ на реках площадь затопленных земель превысила 30 млн. Га. Все больше становятся площади подтопленных земель (в ставропольском крае, например, за последние десять лет они увеличились с 0,3 до 1,2 млн. Га.) В результате подъема вод каспийского моря затоплено и подтоплено 560 тыс. Га сельскохозяйственных угодий.

Кислые почвы на сельхозугодиях выявлены на 48,7 млн. Га, из них 37,1 млн. Га пашни. В лесостепной и центрально-черноземной зонах участились кислотные дожди, что вызывает деградацию почв и появление новых ареалов кислых почв. На 50% площади черноземов, ранее не требовавших известкования, этот прием становится необходим. Продолжаются процессы деградации, разрушения, и уничтожения почв в засушливых районах на юго-востоке европейской части России, где на месте некогда продуктивных пастбищ и земель теперь все большую площадь занимают барханные пески. Деградация пастбищных земель в тундре происходит в результате нарушения растительного покрова при освоении месторождений полезных ископаемых, неконтролируемого бездорожного проезда автотранспорта, перегрузок оленьих пастбищ скотом, проведения геологоразведочных работ. Все более опасный характер приобретает захламление и загрязнение земель несанкционированными свалками промышленных, бытовых, сельскохозяйственных и других отходов производств и потребления. Вокруг многих промышленных предприятий земли загрязнены токсичными веществами. В России выявлено 730 тыс. Га земель с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения почв.

Самыми мощными источниками загрязнения почвенных покровов являются крупные комбинаты цветной металлургии. В прилегающих к ним землях зарегистрированы высокие уровни тяжелых металлов, относящихся к i классу опасности. Объясняется это прежде всего тем, что на горнодобывающих предприятиях отрасли все еще преобладает открытый способ добычи минерального сырья. В десятках городов вблизи металлургических предприятий в почвенном покрове обнаружены тяжелые металлы в количестве, равном или превышающем пдк. По суммарному индексу загрязнения почвенного покрова первое место занимает рудная пристань (приморский край), где расположен завод по выплавке свинца. Содержание здесь в почве свинца составляет 300 пдк. В белово (кемеровская область) содержание свинца в почвенном покрове достигает 50 пдк, в ревде (свердловская область) — 5 пдк. Возросло содержание тяжелых металлов в почвах московской области. Так, в горках ленинских концентрация в почве кадмия в 70—100 раз выше фонового, в районе серпухова — в 70 раз больше фонового. Превышение пдк подвижных форм свинца в 40 и более раз зафиксированы в почвах новосибирска, томска, марганца — новосибирска, томска, линево. Превышение пдк подвижных форм меди в 10 и более раз выявлено в почвах владивостока, касли, сухого лога, никеля — в ретте и сухом логе, цинка — в линево и сухом логе. Вокруг иркутского и братского алюминиевых заводов среднее содержание валовой формы фтора в почвах пятикилометровой зоны выше фонового уровня в 13 и 19 раз, максимальное — в 58 и 156 раз. Содержание водорастворимого фтора в почвах вокруг промышленных предприятий братска, шелехова, кировограда, новосибирска превышает пдк в 5—95 раз [4].

В десятки раз превышает пдк загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в местах, связанных с ее добычей, переработкой, транспортировкой и распределением. В иванове и томске максимальное содержание нефти превышает фоновый уровень в 9—56 раз, среднее — в 4—7 раз. Высокий уровень загрязнения почв отмечен на территории волгоградского нефтеперерабатывающего завода (нпз) и в радиусе 250 м вокруг него. Загрязнение нефтепродуктами вокруг новокуйбышевского нпз выявлено в радиусе 1 км. Нефтепродуктами пропитан слой почвы на глубине 0,5 м, так как загрязняющие вещества поступают с территории нпз вместе с естественным поверхностным стоком. Аэрокосмическая съемка, снежного покрова показала, что зона негативного воздействия комбината черной металлургии наблюдается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения. Кроме того, увеличилось время содержания тяжелых металлов в почве. Так, в магнитогорске этот показатель составляет: по свинцу — 46 лет, по меди — 0,1 года, цинку — 0,5-1,7 года, никелю — 0,6 года, марганцу — 81 год, кобальту — 9,5 лет. Инфильтрация нефти и нефтепродуктов привела к образованию крупных подземных их залежей в ангарске, моздоке, туапсе, ейске, орле, новокуйбышевске, уфе, комсомольске-на-амуре и других городах [8].

Система показателей, отражающих изменение процессов почвообразования.

Промышленные и сельскохозяйственные загрязнения изменяют свойства почвы и почвообразовательных процессов, снижают потенциальное плодородие, технологическую и питательную ценность сельскохозяйственной продукции и т.д. Для контроля, определения комплекса природоохранных мероприятий и прогноза потенциальной продуктивности почвы разработана единая система показателей, отражающих изменение процессов почвообразования и как следствие — свойств почвы. Система показателей позволяет анализировать состояние почвы (водно-физические, химические и биологические свойства) в условиях антропогенных загрязнений. Классификация почв учитывает влияние загрязняющих веществ на такие почвенные изменения, как:

а) продукции биомассы;
б) хозяйственных частей урожаев;
в) технологической ценности этих урожаев;
г) питательной ценности урожаев;

д) ухудшение санитарно-гигиенической ценности.

По степени устойчивости к загрязняющим веществам почвы разделяют на:

— очень устойчивые,
— устойчивые,
— среднеустойчивые,
— малоустойчивые,
— очень малоустойчивые.
По степени чувствительности к загрязняющим веществам почвы разделяют на:
— очень чувствительные,
— чувствительные,
— среднечувствительные,
— малочувствительные,
— устойчивые.

Устойчивость или чувствительность почв к загрязняющим веществам целесообразно определять в соответствии с:

а) содержанием гумуса;
б) качеством гумуса;
в) биологической активностью;
г) глубиной гумусового горизонта;
д) содержанием фракции (механический состав почвы);
е) частями глиностных минералов;
ж) глубиной почвенного профиля.

Глава 3. Охрана почв от загрязнения

Почва - основной компонент наземных экосистем, который образовался в течение геологических эпох в результате постоянного взаимодействия биотических и абиотических факторов. Как сложный биоорганоминеральный комплекс почвы являются естественной основой функционирования экологических систем биосферы.

Важным свойством почв является их плодородие. Благодаря нему почвы являются основным средством производства в сельском и лесном хозяйствах, главным источником сельскохозяйственных продуктов и других растительных ресурсов, основой обеспечения благосостояния населения. Поэтому охрана почв, рациональное использование, сохранность и повышение их плодородия, - непременное условие дальнейшего экономического прогресса общества [9].

Загрязнение почвы - это попадание в почву разных химических веществ, токсикантов, отходов сельского хозяйства и промышленного производства, коммунально-бытовых предприятий в размерах, которые превышают их обычное количество, которое необходимо для участия в биологическом круговороте грунтовых экологических систем. Ниже рассмотрены основные виды загрязнения почв и мероприятия борьбы с ними.

3.1. Охрана почв от загрязнения неорганическими отходами и выбросами

Нагромождение твердых отходов и выбросов на заселенных площадях - неминуемый результат современной цивилизации. Это могут быть минеральные отходы или отложения пустой породы вблизи действующих шахт, промышленные, городские (хозяйственные, торговые) и сельские отходы, выбросы и мусор.

Доказано, что в настоящее время каждый обитатель Земли ежедневно производит в среднем 2-4 кг отходов и мусора, а все население земного шара - 8-16 млн. т/сутки, или приблизительно 3-6 млрд., т/год. Предусматривается, что в ближайшее время твердые отходы и выбросы от производства и потребления достигнут 15 млрд., т/год.

Отвалы промышленных отходов занимают значительные площади, которые становятся непригодными для использования, причем они размещены так нерационально, что иногда составляют серьезную угрозу для населения [10].

В результате деятельности человека образуются отходы и выбросы, которые представлены продуктами разных технологических процессов: метали, металлоиды, химические вещества (кислоты, соли), ил станций с очистки отходов, минеральная пыль, зола, химический шлам, шлаки, стекло, керамика и так далее. К ним также принадлежат отходы и выбросы в результате строительства, благоустройства населенных пунктов и тому подобное. Обнаружено, что в случае загрязнения почв промышленными выбросами происходит выделение углекислоты в течение всего вегетационного периода, а, следовательно, и ослабление интенсивности биологических процессов. Об этом, прежде всего, свидетельствуют изменения численности микроорганизмов в случае загрязнения почв и ослабления их ферментативной активности.

В результате загрязнения почв фенольными соединениями изменяется их структура, разрушаются некоторые минералы, образовывая с металлами, которые содержатся в них, соединения. Все это негативно влияет на жизнедеятельность грунтовой микрофлоры и растений, на ферментативную активность почв и их плодородие [7].

Почва поддается значительному загрязнению из атмосферы как за счет естественных, так и антропогенных источников. Например, теплоэнергетические станции являются источником загрязнения почв угольной пылью, золой, дымом и некоторыми токсичными твердыми частицами, газами (SO2, SO3, H2S, NO2), некоторыми циклическими углеводами, фтористыми и мышьяковыми соединениями; черная металлургия - рудной и железистой пылью, окислами железа, марганца, мышьяка, золы, сажи, SO2, SO3, NH3, H2S, соединениями свинца; транспорт - углеводами, натрием, свинцом, угольной пылью, золой, SO2, SO3, H2S и так далее.

По официальным данным (К. Реуце, С. Кристе, 1986), ежегодно в земную атмосферу выделяется только в результате деятельности человека приблизительно 1012 тонн разных веществ. В них количество SO2 и H2S составляет 220 и 106 т на год, аэрозоли, - 102 т на год [1].

Ядовитые вещества из атмосферы попадают на почву и проникают в нее непосредственно или с осадками. Они загрязняют почву и растительную продукцию, снижают урожай и вызывают даже разрушения самой экосистемы.

В последние годы во многих странах большую проблему создают кислотные дожди, которые связаны с выбросами в атмосферу серной и азотной кислот. Кислотные дожди, с одной стороны, приводят к вымыванию из почвы питательных элементов, а со второй - к подкислению почвы. Подкисление в свою очередь влияет на растворимость питательных элементов, а также на рост и на жизнедеятельность микроорганизмов в почве.

3.2. Охрана почв от загрязнения тяжелыми металлами

В природе насчитывается 78 тяжелых металлов, а их общая масса не превышает 1,2 % общей массы литосферы (А. А. Беккер и др., 1989).

Чаще всего почва загрязняется таким тяжелыми металлами, как железо, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт, ртуть, свинец, кадмий и др. Они известны и под названием микроэлементов, поскольку необходимые растениям в небольших количествах.

Во многих случаях тяжелые металлы содержатся в почвах в незначительных количествах и не являются вредными. Однако концентрация их в почве может увеличиваться за счет выхлопных газов транспортных средств, вывоза в поле ила станций очистительных вод, орошения стоковыми водами, отходов, остатков и выбросов, во время эксплуатации шахт и промышленных площадок, внесения фосфорных и органических удобрений, применения пестицидов и др.[2].

Излишек этих элементов или наличие некоторых токсичных элементов (И, F, U, V, Pb, Cd) даже в очень незначительных количествах могут вызывать заболевание, и даже гибель растений.

Стойкость почв к загрязнению тяжелыми металлами разная, в зависимости от их буферности. Почвы с высокой адсорбционной способностью и соответственно высоким содержанием глины, а также органического вещества могут удерживать эти элементы, особенно в верхних горизонтах. Это свойственно карбонатным почвам и почвам с нейтральной реакцией [1].

Отдельные тяжелые металлы по-разному влияют на растениеводческую и животноводческую продукцию. Да, содержимое свинца в почве преимущественно колеблется от 0,1 до 20 мг/кг. Однако в почву поступает значительное количество свинца из естественных и антропогенных источников. К первым принадлежат: силикатная пыль, галоидные соединения, дым лесных пожаров, морские соли, метеоритная пыль, а из второго - сгорание этилового бензина, других видов топлива, инсектициды, распахивание земель, но др. Так, известно, что в настоящий момент в мире ежегодно производится около 3,5 тыс. тонн свинца, из которых от 2,5 тыс. тонн до 3,1 тыс. тонн сгорает с этиловым бензином.

По данным И.И. Скрипниченко и Б.М.Золотаревой (1981) [1], токсические концентрации свинца в почве для большинства растений находятся в пределах 1000-2000 мг/кг. Однако некоторые виды растений погибают уже при содержимом его около 500 мг/кг. Например, в пшенице за концентрации 500-1000 мг/кг этого элемента наблюдается снижение урожайности на 10 %, в то время как овес без видимых изменений выдерживает загрязненность свинца до 1500 мг/кг почве, а некоторые виды растений даже - 10 г/кг почвы.

Свинец негативно влияет на биологическое свойство в почве, ингибируя активность ферментов (в особенности дегидрогеназу и уреазу) уменьшением интенсивности выделения углекислого газа и численности микроорганизмов. Свинец вызывает нарушение метаболизма микроорганизмов, особенно процессов дыхания и клеточного разделения [1].

Нагромождение свинца в организме человека может вызывать серьезные заболевания, такие, как свинцовые энцефалопатии, вырождения периферических нервов, венозный стаз, псевдосклероз, сердечная гипертония, цирроз печени и др.

Существуют и другие металлы, загрязнение почв которыми негативно отражается на жизнедеятельности живых организмов. Однако если они содержатся в почве в концентрации, что не превышают допустимую, при нейтральной величине рН, эти металлы не влияют негативно на растения, а, следовательно, на животных и людей. В тех случаях, когда концентрация тяжелых металлов (за исключением молибдена и селена) в почве превышает допустимые пределы, их токсичность можно блокировать путем изменения рН почвы к нейтральной или слабощелочной реакции, применяя известкование кислых почв, внося известняковые материалы. Кроме того, для снижения концентрации тяжелых металлов рекомендуется плантажная пахота на 40-50 см с вынесением на поверхность нижних горизонтов почв, которые содержат меньше тяжелых металлов. К радикальным мероприятиям борьбы из загрязнения почв принадлежит удаление поверхностного загрязненного слоя почвы, покрытия его, незагрязненным слоем не менее 30 см, который бы исключал перемещение металлов из почвы в растения. Возможно также применения некоторых растений, которые осаждают и обезвреживают избыток тяжелых металлов в почве.

К агротехническим приемам борьбы с загрязненностью почв тяжелыми металлами принадлежат известкование и внесение органических удобрений. Благодаря известкованию удается в несколько раз уменьшить содержание свинца в сельскохозяйственных культурах, которые выращивают на загрязненных почвах. Известь наиболее эффективна на почвах, загрязненных кадмием.

Высокими свойствами детоксикации характеризуются гной, торф, компосты, а также цеолит.

Большую роль в локализации тяжелых металлов играют зеленые насаждения. Да, посадка вдоль автомагистралей сплошной полосы из боярышника и клена полевого снижает содержание свинца в овощах, которые выращивают в зоне влияния автострад, на 30-50%.

Существует и ряд биологических методов, например: выращивания растений, которые слабо реагируют на избыток тяжелых металлов в почве; выращивание на загрязненных почвах культур, которые не употребляют животные и люди. Наиболее загрязненные участки необходимо отводить под посадку леса и выращивание декоративных растений.

3.3. Охрана почв от загрязнения радиоактивными веществами

К радиоактивным элементам, которые могут загрязнять почву и является наиболее опасными принадлежат: Ва, U и особенно элементы с длительным периодом распада, как, например, Cs (50 лет) и Sr (27 лет).

Потенциальными источниками радиоактивного загрязнения могут быть аварии или несчастные случаи на атомных установках. Однако ионизирующее излучение в природе существует, и существовало раньше. Это связано с космической радиацией, которая заполняет все междузвездные и даже межгалактические пространства. Кроме ионизирующего излучения космических элементов, человек поддается влиянию теллуровых компонентов, вызванных наличием в земной коре многих радиоактивных элементов, которые постоянно излучают радиацию [2].

В 50-80 годах важным источником радиоактивного загрязнения почв было испытание атомных бомб, а в 1986 году - авария на ЧАЭС.

Радиоактивные элементы в почве мигрируют преимущественно двумя способами. Первый предопределяется перемещением их в результате хозяйственной деятельности человека, а второй - физико-химическими свойствами, как почвы, так и отдельных изотопов. Существенное значение в этом процессе имеют: форма соединений, в которых находятся радионуклиды, наличие в почве ионов, близких за химическими свойствами к радиоизотопам, рН среды, количество осадков, и некоторые грунтово-климатические условия. Да, из крутых склонов радионуклиды вместе с частицами почвы могут сноситься поверхностными стоками и накапливаться в низинах и водных источниках [1].

В почве, особенно в ее верхнем горизонте, концентрируются радиоактивный стронций (Sr) и цезий (Cs), откуда они попадают в растения или животные.

Поскольку эти радиоактивные элементы имеют длительный период распада, их последующая судьба в почве, проникновения в растения представляют интерес для здравоохранения людей.

В последнее время придается большое значение углерода С, который выделяется под воздействием космических лучей, отсоединяясь от азота. Он может накапливаться в грунте, откуда легко поступает в растения, а позже попадает в органы животных и людей. Однако нет еще сведений о его токсичности в больших концентрациях.

Борьбу с радиоактивным загрязнением в Украине в настоящий момент ведут специальные подразделы Министерства из чрезвычайных ситуаций.

3.4. Охрана грунта от загрязнения экскрементами животных

Экскременты животных и птицы благодаря высокому содержанию органического вещества, а также питательных элементов (фосфор, калий, микроэлементы) издавна считаются ценным удобрением. Однако внесение их в избыточных количествах, то есть в дозах, которые превышают потребности растений, ведет к нарушению механизма преобразования и может ухудшить свойства грунта (водопроницаемость, влагоемкость, содержимое кислорода, и др.), а, следовательно, и плодородие почвы.

Одновременно с основными питательными элементами (азотом, фосфором и калием), которые содержатся в экскрементах животных, в почву попадают и могут накапливаться в токсичных концентрациях и другие соединения, которые негативно влияют на грунт и растения.

Исследования показывают, что внесение в почву экскрементов животных в дозах, которые превышают оптимальную (45 т/га на год), негативно отражается на плодородии почв и жизнедеятельности микроорганизмов и растений. Например, в грунте появляется избыток растворимых солей, которые могут задерживать рост, или вымываются в грунтовые воды. Вместе с экскрементами в почву попадают медь и мышьяк, которые добавляют в корм для птицы против некоторых заболеваний или для стимуляции роста. Нитраты, присутствующие в почве в избыточном количестве, могут мигрировать через грунтовой профиль к грунтовым водам, а также смываться поверхностными водами в процессе эрозии [6].

Учитывая это, основными мероприятиями охраны почв от загрязнения экскрементами животных является нормируемое кормление животных и использование органических удобрений в оптимальных количествах.

3.5. Охрана почв от засоления

Под засолением понимают избыточное содержимое в верхнем слое грунта солей, которые пагубно действуют на развитие сельскохозяйственных культур. К токсичным солям, которые имеют ядовитое влияние на растительный организм, принадлежат: NACI, CaCI2, Na2SO4, MgSO4, NaHCO3, Na2CO3 и к нетоксичным - CaSO4, CaCO3.

Различают два вида засоления - первичное и вторичное. Первичное засоление почв проявляется в естественных условиях и обусловлено такими факторами, как глубина и минерализация грунтовых вод, гранулометрический состав, строение и складень почвы, водообмен, климатические условия и др.

Вторичное засоление грунта обусловлено производственной деятельностью человека через ненормируемое орошение и отсутствие естественного или искусственного дренажа. В случае этого засоления грунта наблюдается разрушение грунтовых агрегатов и уплотнение почвы, повышения уровня грунтовых вод и поднятия солевых растворов, к поверхности, испарение из поверхности почвы и отложение солей в верхнем слое грунта. Для избежания или уменьшения засоления почв необходимо применять комплекс агротехнических и гидромелиоративных мероприятий, которые включают дренаж, планирование, капиллярную и эксплуатационную промывку почв, капитальное промывание и тому подобное.

3.6. Охрана почв от загрязнения пестицидами

Пестициды - это химические средства борьбы с вредными организмами: насекомыми (инсектициды), болезнями (фунгициды), сорняками (гербициды), но др.

Применение пестицидов, прежде всего, направлено на уменьшение вредных организмов и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Ведь, по данным Л.Д. Воронова (1977), убытки в результате вредителей в среднем составляют 14 %, болезней - 12 % и зарослей бурьяном - 9 %.

Одним из негативных результатов применения пестицидов в агроэкологическом аспекте есть возможность нарушения существующего равновесия численности видов в конкретных популяциях. В результате химических обработок погибают не только вредные организмы, но и много полезных видов. А исчезновение их из агроэкосистемы может привести к значительным изменениям в характере функционирования экосистемы в целом. Под воздействием пестицидов, может изменяться состав вредных насекомых и клещей, при этом на смену одних вредных организмов приходят другие [1].

В то же время, как показывает многолетняя практика, применение пестицидов, в мире является составной частью современной технологии выращивания сельскохозяйственных культур, без применения которых нельзя получить необходимые для населения продукты питания. В связи с этим многие исследователи и практики высказываются против сокращения или полного отказа от использования химических средств защиты растений.

Невзирая на это, нужно помнить, что систематическое применение пестицидов в земледелии приводит к тому, что они становятся постоянным экологическим фактором, который изменяет и формирует макро- и микроценозы.

Важной экологической характеристикой пестицидов является их способность мигрировать в профиле грунта и создавать тем самым опасность загрязнения грунтовых вод.

Персистентность пестицидов в почве зависит от применяемой дозы и формы их внесения, адсорбционной способности, повторности обработок, распределения препарата в почве, типа почвы, добавок к пестицидам разных веществ, его рН, температуры, влажности, комбинации пестицидов и тому подобное [1].

В процессе решения вопроса эффективного и безопасного для окружающей среды применения пестицидов реализуются разные подходы. Постоянно совершенствуется ассортимент пестицидов за счет включения к ним менее токсичных и персистентных препаратов, разрабатывают и внедряют в практику новые технологии и мероприятия, которые позволяют снизить содержание в объектах окружающей среды остатков недостаточно "экологических" за своими характеристиками пестицидов и их негативное влияние на агрофитоценозы, животных и людей.

Важную роль в снижении и предотвращении негативных последствий интенсивного применения пестицидов в земледелии играет контроль за содержимым их остатков в объектах окружающей среды, растениеводческой продукции, кормах и продуктах питания растительного происхождения. Учет результатов контроля над остатками пестицидов позволяет существенно снизить или устранить полностью негативные последствия применения пестицидов.

Одним из путей решения проблемы загрязнения почвы пестицидами является усовершенствование их ассортимента. Наиболее перспективными пестицидами в этом отношении могут быть органические соединения фосфора, производные алифатических карбоновых кислот, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот.

Для предотвращения нагромождения стойких пестицидов в почвах необходимо шире чередовать пестициды с учетом их персистентности дифференцирования для различных грунтово-климатических зон.

Для защиты почвы от загрязнения совершенствуют способы применения пестицидов. В последние годы значительно сократилось использование порохообразных препаратов, и увеличился ассортимент в виде эмульсии и смачиваемых порошков, которые применяются путем опрыскивания, а также препаратов, в виде гранул [1].

Снизить фитотоксичность остатков гербицидов могут также внесенные в почву разные вещества, которые влияют на гербициды. Такое влияние, в частности, имеет активированный уголь. Использование его в дозе от 150 до 600 кг/гектара существенно снижает или полностью устраняет фитотоксичное действие остатков гербицидов на картофеле, сахарной свекле и тому подобное.

3.7. Охрана почв от загрязнения минеральными удобрениями

Современное земледелие базируется на широком использовании минеральных удобрений как основного средства повышения плодородия почвы и получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Однако, избыточное, недостаточно обоснованное, их использование приводит к загрязнению почвы, а также накоплению их, в продовольственных товарах, кормах, поверхностных и грунтовых водах.

Учитывая это, нужен четкий контроль над правильным их использованием. Например, применение удобрений можно регламентировать агротехническими и санитарно-гигиеническими нормативами, нормой удобрений на единицу площади, соотношением питательных элементов для отдельных культур, сроками и способами внесения, и тому подобное.

Да, институтом почвоведения и агрохимии (ИГА) УААН разработаны рекомендации относительно эколого-токсического регламентирования использования удобрений, согласно которого предусматривается вносить не больше 140 кг/гектара азота под озимую пшеницу (160 кг/гектара в случае орошения), 100 - под озимую рожь и ярый ячмень, 120 - под кукурузу (180 кг/гектара в случае орошения), 65 - под гречиху, 75 - под просо, 170 - под рис, 160 - под сахарную свеклу, 120 - под картофель, 90 - под табак, 60 - под огурцы и столовую свеклу и морковь.

Одновременно рекомендуется сбалансировать азотные удобрения фосфорными и калийными, а в отдельных случаях и микроэлементами.

Для предотвращения нагромождения нитратов в растениях азотные минеральные удобрения нужно вносить частями в строгом соответствии с потребностями сельскохозяйственных культур за основными этапами органогенеза на основании данных грунтово-растениеводческой диагностики. Одновременно доказано, что нецелесообразно применять некоторые азотные удобрения на очень кислых почвах, а также на территориях первого пояса зоны санитарной охраны централизованного водоснабжения, на мерзлоталой почве.

Значительно уменьшить избыток нитратов в почве и растениях можно за счет соединенного внесения органических и минеральных удобрений, соломы, сидерации [1].

Загрязнение почвы предопределено не только количеством внесенных минеральных удобрений, но и низкой культурой химизации земледелия, использованием несовершенных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, а также применением примитивных машин.

Причиной загрязнения почвы часто является использование как химических мелиорантов побочных продуктов промышленных предприятий (особенно цементных, серных и металлургических заводов), которые содержат большое количество балластных веществ, большинство из которых является токсичным. Например, для мелиорации солонцов часто используют фосфогипс как отходы химической промышленности. Однако к этому нужно относиться осторожно, потому что в фосфогипсе содержится фтор, который очень вредный для растений и животных.

Заключение.

Почва — верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями.

В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:

—минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;

—детрит — отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных;

—множество живых организмов — от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса.

Таким образом, почва — биокосная система, основанная на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами.

В своем развитии и формировании почвы проходят несколько этапов. Молодые почвы являются обычно результатом выветривания материнских горных пород или переноса отложения осадков (например, аллювия). На этих субстратах поселяются микроорганизмы, пионерные растения — лишайники, мхи, травы, мелкие животные. Постепенно внедряются другие виды растений и животных, состав биоценоза усложняется, между минеральным субстратом и живыми организмами возникает целая серия взаимосвязей. В результате формируется зрелая почва, свойства которой зависят от исходной материнской породы и климата.

Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие, соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает состояние климакса. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе ее формирования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.

Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающий человека продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва обладает особым свойством - плодородием , она служит основой сельского хозяйства всех стран. Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится более плодороднее. Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы земли в целом. Через почвенный покров земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой. Из всего выше сказанного ясно, как велики и разнообразны роль и значение почвы в народном хозяйстве и вообще в жизни человеческого общества. Так, что охрана почв и их рациональное использование, является одной из важнейших задач всего человечества.

\

Список использованной литературы

1. Арустамов Э.А. Природопользование. Учебник. Издательский дом "Дашков и К^о" . М – 2000.

2. Валова. В.Д. Основы экологии. Издательский дом "Дашков и К^о" . М – 2001.

3. Горбацкий Г.В.Почвоведение. – М. 1951.

4. Гришина Л.А. Основы охраны почв.- М.,1980. 100с.

5. Громов Л. В.Почва и ее составляющие. М., 1960.

6. Добровольский Г.В., Гришина Л.А. Охрана почв. – М., 1985. – 223с.

7. Добровольский Г.В., Урусевская И.С. География почв – М., 1984. – 413с.

8. Докучаев В.В. Русский чернозем. Избр. соч. М.: Гос. изд-во с.-х. лит., 1948. Т. 480 с.

9. Докучаев В.В. Лекции о почвоведении .1949. Т. 3. С. 339-374.

10. Докучаев В.В. К учению о зонах природы. С. 317-329.

11. Докучаев В.В. Место и роль современного почвоведения в науке и жизни. С. 330-338.

12. Пасецкий В. М. Аридизация почв. М.: Наука, 1980.

13. Орлов Д.С. Цвет и диагностика почв. 1997. № 4. С. 45-51.

14. Орлов Д.С. Микроэлементы в почвах и живых организмах. 1998. № 1. С. 61-68.

15. Розанов Б.Н. Почвенный покров земного шара. – М., 1977. – 248с.\

16. Урванцев Н. Н.Проблемы почв. 2-е изд. доп. Ленинград, 1969.

17. Экологический энциклопедический словарь. М., 1986.

18. Урванцев Н. Н. На Северной Земле. 2-е изд. доп. Ленинград, 1969.