II. Понятие агроэкосистемы
Понятие «экосистема» предложил англичанин Артур Тенсли в 1935 г. Знание законов организации экосистем позволяет использовать их или даже менять, не разрушая до конца систему возникших природных связей.
Понятие «агроэкосистема» как сельскохозяйственный вариант экосистемы появилось в 60-е гг. Им обозначают участок территории, сельскохозяйственный ландшафт, соответствующий хозяйству. Все его элементы связаны уже не только биологически и геохимически, но и экономически. Профессор Л. О. Карпачевский в предисловии к русскому переводу американской книги «Сельскохозяйственные экосистемы» подчеркнул двойственную социально-биологическую природу агро-экосистемы, структуру которой во многом определяет человек. По этой причине агроэкосистемы относятся к числу так называемых антропогенных (т.е. созданных человеком) экосистем. Однако она все же ближе к естественной экосистеме, чем, скажем, к другому варианту антропогенных экосистем - городских.
Агроэкосистемы это антропогенные (т.е. созданные человеком) экосистемы. Человек определяет их структуру и продуктивность: он распахивает часть земель и высевает сельскохозяйственные культуры, создает сенокосы и пастбища на месте лесов, разводит сельскохозяйственных животных.
Агроэкосистемы автотрофны: их основной источник энергии - солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1 % солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой.
Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов.
Сельскохозяйственные экосистемы или агроэкосистемы (АгрЭС) относятся к числу антропогенных экосистем, которые наиболее близки к естественным. Эти ансамбли видов искусственны, так как состав выращиваемых растений и разводимых животных определяет человек, стоящий на вершине экологической пирамиды и заинтересованный в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции: зерна, овощей, молока, мяса, хлопка, шерсти и т.д. В то же время АгрЭС, как и естественные экосистемы, автотрофны. Основным источником энергии для них является Солнце. Вся вводимая в АгрЭС антропогенная энергия, затрачиваемая на вспашку земли, удобрение, обогрев животноводческих помещений, называется антропогенной энергетической субсидией (АС). АС составляет не более 1% общего энергетического бюджета АгрЭС. Именно АС является причиной разрушения агроресурсов и загрязнения окружающей среды, что осложняет решение проблемы обеспечения FS. Снижение величины АС - основа обеспечения FS.
Величина АС в АгрЭС может меняться в самых широких пределах, и если соотнести ее с количеством энергии, содержащейся в готовом продукте, то это отношение будет меняться от 1/15 до 30/1. В первобытных (но еще сохранившихся) огородах папуасов на одну калорию мускульной энергии получается не менее 15 калорий пищи, но всего лишь одна калория пищи получается при вложении 20-30 калорий энергии в интенсивном сельском хозяйстве. Разумеется, такое интенсивное хозяйство позволяет получать по 100 ц зерна с 1 га, по 6000 л молока от одной коровы и более 1 кг ежесуточного привеса у животных, откармливаемых на мясо. Однако цена этих успехов слишком дорога. Разрушение агроресурсов, которое в последние 20-30 лет приняло угрожающие масштабы, вносит свой вклад в приближение грядущего экологического кризиса.
"Зеленая революция", произошедшая в 60-70-е годы нашего столетия, когда благодаря ее отцу - лауреату Нобелевской премии Н. Берлоугу на полях появились карликовые сорта с урожайностью, превышающей таковую в традиционных культурах в 2-4 раза, и новые породы скота - "биотехнологические монстры", нанесла наиболее ощутимый удар по биосфере. При этом к началу 80-х годов производство зерна стабилизировалось и даже наметилась тенденция его уменьшения из-за утери почвами естественного плодородия и снижения эффективности удобрений. Население планеты при этом продолжает бурно расти, и в итоге количество зерна, производимого в мире в пересчете на одного человека, начало снижаться.
III. Городские экосистемы
Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии, фиксированная городскими растениями или солнечными батареями, расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположены за его пределами. Это - месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомные электростанции.
Город потребляет огромное количество воды, лишь незначительную часть которой человек использует для непосредственного употребления. Основную часть воды тратят на производственные процессы и на бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки, а с учетом промышленности на одного гражданина приходится до 1000 л в сутки.
Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном состоянии - она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы.
Растения, в составе городских экосистем растут в парках, садах, на газонах, их главное назначение - регулирование газового состава атмосферы. Они выделяют кислород, поглощают диоксид углерода и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, попадающих в неё при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения имеют также большое эстетическое и декоративное значение.
Животные в городе представлены не только обычными в естественных экосистемах видами (в парках живут птицы: горихвостка, соловей, трясогузка; млекопитающие: полевки, белки и представители других групп животных), но и особой группой городских животных - спутников человека. В её составе - птицы (воробьи, скворцы, голуби), грызуны (крысы и мыши), и насекомые (тараканы, клопы, моль). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, воробьи). Это санитары города. Разложение органических отходов ускоряют личинки мух и другие животные и микроорганизмы.
Главная особенность экосистем современных городов в том, что в них нарушено экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человеку приходится брать на себя. Человек должен регулировать как потребление городом энергии и ресурсов - сырья для промышленности и пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта. Наконец, он определяет и размеры этих экосистем, которые в развитых странах, а последние годы и в России, быстро "расползаются" за счет загородного коттеджного строительства. Районы низкоэтажной застройки уменьшают площадь лесов и сельскохозяйственных угодий, их "расползание" требует строительства новых шоссейных дорог, что уменьшает долю экосистем, способных производить продукты питания и осуществлять круговорот кислорода.
IV. Промышленное загрязнение среды
В городских экосистемах наиболее опасно для природы промышленное загрязнение.
Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу наиболее опасных для жизни человека. Наиболее распространенные загрязнители - сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, хлор, и др. В некоторых случаях из двух или относительно нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы.
Главные источники загрязнения - ТЭС. Сильно загрязняют атмосферу также котельные, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.
Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными видами, нефть и нефтепродукты также разливаются при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом.
Пока количество загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с ними. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3-10 км от источника загрязнения. Если загрязнителей слишком много, экосистемы не могут с ними справиться и начинаются необратимые последствия. Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.
Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые воды. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.
Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ, работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители.
Химическое загрязнение грунтовых вод. Токи грунтовых вод перемещают промышленные загрязнения на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают соленую воду, поднявшуюся на поверхность вместе с нефтью при её откачке. Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах приобретает горький вкус и оказывается не пригодной для питья.
Шумовое загрязнение. Источником шумового загрязнения может быть промышленное предприятие или транспорт. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. Шум влияет на нервную систему человека, и потому в городах и на предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите. Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум. Самолеты не должны летать над городами.
Шум измеряют децибелах. Тиканье часов - 10 дб, шепот - 25, шум от оживленной магистрали - 80, шум самолета при взлете - 130 дб. Болевой порог шума - 140 дб. На территории жилой застройки днем шум не должен превышать 50-66 дб.
Также к загрязнителям относят: загрязнение поверхности почвы отвалами вскрышных пород и золы, биологическое загрязнение, тепловое загрязнение, радиационное загрязнение, электромагнитное загрязнение.
V. Загрязнение почвы
Почва - верхний слой суши, образующийся 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 нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. Но нередко в нарушении равновесного состояния почвы повинен человек. В результате развития хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение.
Плодородный слой почвы формируется очень долго. В то же время ежегодно вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора - главных компонентов питания растений. Основной фактор плодородия почв - перегной (гумус) содержится в черноземах в количестве менее 5% от массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше. При отсутствии пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-100 лет. Этого не происходит, поскольку культура земледелия предусматривает внесение в почву органических и неорганических (минеральных) удобрений.
Внесенные в почву азотные удобрения используются растениями на 40-50%. Остальная часть (около 20%) восстанавливается микроорганизмами до газообразных веществ - N 2 , N 2 O - и улетучивается в атмосфере или вымывается из почвы. Таким образом, минеральные азотные удобрения не обладают длительным действием и поэтому их приходится вносить ежегодно. Неблагоприятные изменения в почве наступают и в результате неправильных севооборотов, т.е. ежегодного посева одних и тех же культур, например картофеля. Включение же в севооборот бобовых культур обогащает почву азотом. Посевы клевера и люцерны за счет связывания N 2 симбиотическими клубеньковыми бактериями позволяют задержать в почве до 300 кг азота на 1 га. Севообороты необходимы и для борьбы с растительноядными червями нематодами, которые значительно снижают урожайность. Например, луковично-чесночные нематоды могут снизить урожай лука на 50%.
Загрязнение почвенного покрова ртутью (с ядохимикатами и отходами промышленных предприятий), свинцом (при выплавке свинца и от автотранспорта), железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами (вблизи крупных центров черной и цветной металлургии), радиоактивными элементами (в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий, атомных станций или научно-исследовательских институтов, связанных с изучением и использованием атомной энергии), стойкими органическими соединениями, применяемыми в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве и воде и, главное, включаются в экологические пищевые цепи: переходят из почвы и воды в растения, в животных, и в итоге переходят в организм человека с пищей. Неумелое и бесконтрольное использование любых удобрений и ядохимикатов приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере.
К числу антропогенных изменений почв относится эрозия (от латинского erosio - разъедать). Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводят к эрозии почвы - разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Широко распространена и наиболее разрушительная водная эрозия. Она возникает на склонах и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и дождевыми водами с полей ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн почвы.
Ветровая эрозия наиболее сильно проявляется в южных степных районах нашей страны. Она возникает в районах с сухой обнаженной почвой, c изреженным растительным покровом. Чрезмерный выпас скота в степях и полупустынях способствует ветровой эрозии и быстрому разрушению травяного покрова. Для восстановления слоя почвы толщиной 1 см в естественных условиях требуется 250-300 лет.
Значительные территории со сформированными почвами изымаются из сельскохозяйственного оборота вследствие открытого способа разработки полезных ископаемых, залегающих на небольшой глубине.
VI. Антропогенное воздействие на леса, лесопользование
В развитии антропогенного воздействия на леса Европейского Севера России можно выделить два основных периода: до начала интенсивного промышленного освоения лесных ресурсов Севера, ориентированного на потребности других регионов и экспорта, и после. Разумеется, временная граница между этими периодами достаточно расплывчата, и изменяется с юго-запада на северо-восток (от более населенных и близких к крупным хозяйственным центрам регионов к менее населенным и более удаленным). В отдельных частях рассматриваемой территории интенсивное промышленное освоение лесных ресурсов началось уже в XVII - XVIII веках (например, в районе Старой Руссы в связи с активным развитием солеварения или на среднем и южном Урале в связи с развитием древесно-угольной металлургии). Однако, на большей части рассматриваемой территории сколько-нибудь интенсивное промышленное освоение лесных ресурсов начинается в середине XIX столетия и связано с началом бурного роста экспорта лесных материалов из северных портов в страны Европы.
Каждый из этих периодов характеризовался своими особенностями воздействия хозяйственной деятельности человека на таежную природу. Нельзя однозначно сказать, что уровень воздействия человека на природные экосистемы Севера в первый период, до начала интенсивной лесоэксплуатации, был ничтожно мал. Уже в самый начальный период заселения человеком современной таежной территории он был по крайней мере существенным дополнительным источником лесных пожаров - и таким способом уже внес свой немалый вклад в формирование таежных экосистем. Впоследствии немалую роль в формировании таежных ландшафтов сыграли подсечно-огневое земледелие и расчистка сенокосных угодий в поймах таежных рек, рубки леса для местных хозяйственных нужд, охота и рыболовство и многие другие виды хозяйственной деятельности, связанные с натуральным хозяйством северных деревень и городов. Многие формы и элементы хозяйства, сформировавшиеся в этот первый период хозяйственного освоения человеком территории Севера, сохранялись и в течение большей части следующего - промышленного - периода. Так, подсечно-огневое земледелие просуществовало на Севере до 30-х г.г. ХХ столетия и окончательно прекратилось в основном в связи с коллективизацией и истреблением крестьян-единоличников. Использование мелких сенокосных угодий по поймам малых таежных рек и ручьев местами продолжается и в настоящее время, хотя подавляющее большинство таких сенокосов также постепенно забрасывалось, начиная с 20-х г.г. Система охотничьих изб-зимовий существует и местами частично обновляется до настоящего времени, хотя уже и не имеет прежней густоты и былого значения и не столь часто используется местным населением. Явные следы "доиндустриальной" хозяйственной деятельности человека - заброшенные и заросшие лесом участки подсеки или мелкие лесные сенокосы, остатки старых охотничьих изб, а иногда даже мелких поселений - можно местами встретить сейчас в самом центре ныне диких и абсолютно не населенных таежных территорий.
Несмотря на то, что хозяйственная деятельность человека в первый период - до начала интенсивной лесоэксплуатации - была весьма важным фактором, воздействовавшим на структуру и динамику таежных территорий, в данной работе вся эта деятельность рассматривается как исторический фактор формирования тайги, а не как антропогенное нарушение (см. главу "Фоновые антропогенные воздействия"). Разумеется, что созданная в тот период и просуществовавшая до настоящего времени антропогенная инфраструктура (населенные пункты, пути транспорта, промышленные центры) была исключена из потенциальных малонарушенных лесных территорий.
Значительно большее воздействие на природные экосистемы Севера было связано с последующим периодом развития хозяйственной деятельности - с интенсивным промышленным освоением лесных ресурсов тайги.
Используемая литература
1. www.omsk.edu.ru/schools/sch004/ecolog/lit.htm.
2. Гарин В.М., Клёнова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. Ростов- на- Дону, Издательство « Феникс» 2001г.
3. Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов - М: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
План
Введение
2. Влияние человека на почву
3. Эрозия почвы
3.1 Причины и виды эрозии
3.2 Борьба с эрозией почвы
4. Пути попадания загрязнений в почву и классификация почвенных загрязнений
5. Загрязнение почвы пестицидами
6. Аридизация почвы
7. Деградация земель
8. Охрана земельных ресурсов
Заключение
Список литературы
Введение
В настоящее время проблема взаимодействия человеческого общества с природой приобрела особую остроту. Становится бесспорным, что решение проблемы сохранения качества жизни человека немыслимо без определенного осмысления современных экологических проблем: сохранение эволюции живого, наследственных субстанций (генофонда флоры и фауны), сохранение чистоты и продуктивности природных сред (атмосферы, гидросферы, почв, лесов и т. д.), экологическое нормирование антропогенного пресса на природные экосистемы в пределах их буферной емкости, сохранение озонового слоя, трофических цепей в природе, круговорота веществ и другие.
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.
Основными причинами уменьшения площади сельхозугодий являются проявления эрозии почв, недостаточно продуманный отвод земель для несельскохозяйственных нужд, затопление, подтопление и заболачивание, зарастание лесом и кустарником, опустынивание и отчуждение под промышленное и городское строительство.
Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.
1. Почва: значение и структура
Важным этапом в развитии биосферы явилось возникновение такой ее части, как почвенный покров. С образованием достаточно развитого почвенного покрова биосфера – становится целостной завершенной системой, все части которой тесно взаимосвязаны и зависят друг от друга.
Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км 2 или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают около 15 млн. км 2 (10% суши), сенокосы и пастбища – 37,4 млн. км 2 (25% суши). Общая пахотнопригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км 2 .
Представления о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились лишь в конце XIX в., благодаря В. В. Докучаеву, – основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.
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 – темноокрашенный, 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 D – 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.
Структура почвы – это форма и размер комочков, на которые она распадается. Лучшая структура – мелкокомковатая. Внутри комочков складываются условия для деятельности микроорганизмов-гумификаторов, образующих гумус, а между комочками – для микроорганизмов, которые разлагают гумус до доступных растениям минеральных соединений.
Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В твердой фазе преобладают минеральные образования и различные органические вещества, в том числе гумус, или перегной, а также почвенные коллоиды, имеющие органическое, минеральное или органоминеральное происхождение. Жидкую фазу почвы, или почвенный раствор, составляет вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями, а также газами. Газовую фазу почвы составляет "почвенный воздух", включающий газы, заполняющие свободные от воды поры.
Важным компонентом почвы, способствующим изменению ее физико-химических свойств, является ее биомасса, включающая кроме микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы, одноклеточные) еще и червей и членистоногих.
Из сказанного следует, что почва включает минеральные частицы, детрит, множество живых организмов, т. е. почва - это сложная экосистема, обеспечивающая рост растений. Почвы - это медленно возобновляемый ресурс. Процессы почвообразования протекают очень медленно, со скоростью от 0,5 до 2 см за 100 лет. Мощность почвы невелика: от 30 см в тундре до 160 см - в западных черноземах. Одна из особенностей почвы - естественное плодородие – формируется очень длительное время, а уничтожение плодородия происходит всего за 5-10 лет. Из сказанного следует, что почва менее подвижна по сравнению с другими абиотическими составляющими биосферы.
почва эрозия загрязнение пестицид
Влияние человека на почву
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.
Основное свойство почвы - плодородие. Оно связано с качеством почв. В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют несколько процессов.
Особое место среди почв занимают пахотные угодья, т. е. земли, обеспечивающие питание человека. По заключению ученых и специалистов, для питания одного человека следует обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Рост численности жителей Земли напрямую связан с площадью пахотных земель, которая неуклонно сокращается. Так в РФ за последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,9 млн. га, из них пашни - на 2,3 млн. га, сенокосов - на 10,6 млн. га. Причинами этого являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, посёлков и промышленных предприятий.
На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из-за уменьшения содержания гумуса, запасы которого за последние 20 лет сократились в РФ на 25-30%, а ежегодные потери составляют 81,4 млн. т. Земля сегодня может прокормить 15 млрд. человек. Бережное и грамотное обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.
Антропогенное воздействие на почву подразделяется на несколько видов:
1) эрозия (ветровая и водная);
2) загрязнение;
3) опустынивание;
4) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства, а также вторичное засоление и заболачивание.
Сельскохозяйственная освоенность России составляет 13%, 2/3 этой территории – пашня (131,7 млн. га), однако эта площадь год от года сокращается. Каждый год из сельскохозяйственного использования более 1 млн. га теряется в результате эрозии и 100 тыс. га «съедают» овраги. Ежегодно почвы России теряют более 0,5 тонн гумуса на 1 га. Из 5,9 млн. га орошаемых земель более половины этих почв вторично засолены и дают крайне низкие урожаи. Каждый четвертые гектар пашни имеет кислые почвы из-за выпадения кислотных дождей и применения удобрений, что также снижает урожай. Сокращается площадь пашни в результате «расползания» городов, строительства дорого и промышленных объектов.
Почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95–97 % продовольственных ресурсов для населения планеты.
Образование почв происходит на Земле с момента возникновения жизни и зависит от многих факторов. Продолжительность процесса почвообразования для различных материков и широт составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.
Основное свойство почвы – плодородие. Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их плодородия. Этому способствуют следующие процессы.
Аридизация суши – комплекс процессов уменьшения влажности обширных территорий и вызванное этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодьях почвы превращаются в пустыни.
Эрозия почв – разрушение почв под действием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия – смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1–2. Водной эрозии способствуют уничтожение лесов, вспашка по склону.
Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частей. Ветровой эрозии способствуют уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильные ветры, непрерывный выпас скота.
Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники.
Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими нарушениями. В настоящее время не менее 50 % площади орошаемых земель засолено, потеряны миллионы гектаров ранее плодородных земель.
Основные загрязнители почвы
В отличие от загрязнения атмосферы и воды, загрязнение почвы носит только техногенный характер. Техногенная интенсификация производства способствует загрязнению и дегумификации (уничтожению плодородного слоя почвы – гумуса), вторичному засолению, эрозии почвы.
Загрязнителями почвы являются пестициды , применяемые для борьбы с сорняками.
Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, ТЭС на расстоянии в несколько десятков километров загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, соединениями свинца, серы и другими токсичными веществами.
Загрязнение почв нефтью в местах ее добычи, переработки, транспортировки и распределения превышает фоновое в десятки раз.
Таким образом, интенсивное развитие промышленного производства приводит к росту промышленных отходов, которые в совокупности с бытовыми отходами существенно влияют на химический состав почвы, вызывая ухудшение ее качества. Сильное загрязнение почвы тяжелыми металлами вместе с зонами сернистых загрязнений, образующихся при сжигании каменного угля, приводит к изменению состава микроэлементов и возникновению техногенных пустынь.
Изменение содержания микроэлементов в почве сказывается на здоровье травоядных животных и человека, приводит к нарушению обмена веществ, вызывает различные эндемические заболевания местного характера. Например, недостаток йода в почве ведет к болезни щитовидной железы, недостаток кальция в питьевой воде и продуктах питания – к поражению суставов, их деформации, задержке роста.
Вывоз промышленных и бытовых отходов на свалки приводит к загрязнению и нерациональному использованию земельных угодий, создает реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, росту транспортных расходов и безвозвратной потере ценных материалов и веществ.
Очистка почвы от вредных веществ невозможна – самоочищение естественным путём происходит в течение нескольких тысяч лет. Невозможно предотвратить и косвенное воздействие почвы на здоровье людей, через мясо животных и растения. Они аккумулируют в себе вредные вещества, которые накапливаются в них в течение долгого времени. Механизмов эффективной защиты от косвенного влияния отравленных почв не найдено, поскольку терми-ческая обработка не выводит соли тяжёлых металлов из мяса, овощей и злаков.
Вредное антропогенное воздействие, а также разгул природных и усиленных человеком стихий почвам наносит огромный, иногда непоправимый вред. Это прежде всего водная и ветровая эрозия, ухудшение почвенной структуры, механическое разрушение и уплотнение почвы, обеднение гумусом и питательные вещества, загрязнения минеральными удобрениями, ядохимикатами, маслами и топливом, переувлажнение и засоление земель (табл. 3.4).
Сейчас в мире пахотные земли и многолетние насаждения занимают около 1440 млн.га (более 11% суши) (World Resources, 1994-95). Естественно бесплодные земли (климатические пустыне, выходы скальных пород и т.п.) занимают 2500 га, а площадь непродуктивных земель антропогенного происхождения достигла 2000 млн.га.
самым Весомым фактором деградации почв является водная и ветровая эрозия, то есть смыв или сдувание плодородных слоев почвы. Эродированные земли составляют более 80% всех антропогенно истощенных почв планеты (Программа действий.., 1993). Основные причины эрозии - чрезмерная эксплуатация сельскохозяйственных земель (сплошное разорение, чрезмерное пастбищное животноводство), сведение лесных массивов и другой естественной растительности. В засушливых и полузасушливых (аридных, семіаридних и субаридних) климатических регионах планеты эрозия почв вызывает процессы антропогенного опустынивания, т.е. потеря экосистемами способности обеспечивать живые организмы водой. Последствия опустынивания испытывают около 12% жителей Земли, наиболее угрожающих масштабов они достигли в странах Африки, Южной Азии и Латинской Америки.
Таблица 3.4. Последствия антропогенных воздействий на почвы
|
Вид воздействия |
Основные изменения в почве |
|
Ежегодное распашка |
Ветровая и водная эрозия, угнетение почвенных организмов |
|
Сенокошение, сбор урожая |
Изъятия биогенных химических элементов, повышение испарения |
|
Выпаса скота |
Уплотнение почвы, уничтожение растительности, задернение, эрозия, обеднение на отдельные химические элементы, биологическое загрязнение, удобрения навозом |
|
Выжигание травы |
Уничтожение почвенных организмов в поверхностных слоях, повышение испарения |
|
Орошение |
Заболачивание и засоление почв (при избыточном орошении) |
|
Осушение |
Снижение влажности, ветровая эрозия |
|
Применение пестицидов |
Гибель почвенных организмов, изменения почвенных процессов, накопление токсичных веществ |
|
Создание промышленных и бытовых свалок |
Уменьшение площади, пригодной для земледелия, отравление почвенных организмов на прилегающих участках |
|
Работа наземного транспорта |
Уплотнения грунта во время движения вне дорог, отравления отработанными газами и топливом |
|
Сточные воды |
Переувлажнения фунтов, отравление грунтовых организмов, химическое загрязнение, изменение состава фунтов |
|
Выбросы в атмосферу |
Химическое загрязнение, изменение кислотности и минерального состава почв |
|
Вырубка лесов |
Ветровая и водная эрозия, усиление испарения |
|
Удобрение органическими отходами и фекалиями |
Биологическое загрязнение и изменения состава почв |
Потеря почвами комковатой структуры в верхнем горизонте происходит вследствие уменьшения содержания органических веществ, механического разрушения разнообразными орудиями обработки, а также под воздействием осадков, ветра, перепадов температур и т.д.
Важной причиной потери плодородия является многократный обработка почвы различными орудиями с помощью мощных и тяжелых колесных тракторов. Часто поле в течение года обрабатывается до 10 - 12 раз, не считая того, что удобрения, посевной материал, зерно и солому, корнеплоды и клубнеплоды завозят на поле и вывозят прицепами. Часто случается так, что автотранспорт, избегая розкислих дорог, едет по полю, посевами, образуя параллельные временные дороги. Такого нет ни в одной стране, где каждое поле имеет своего настоящего хозяина. Высокая частота обработки объясняется еще и тем, что наше сельское хозяйство не имеет конкретных орудий для одновременного проведения нескольких видов возделывания земли и ухода за посевами.
Через частый возделывание земли распыляется поверхность почвы. Один трактор "Беларусь", работая на сухом поле, образует по 13-14 тонн пыли на каждом гектаре, что приводит к ветровой эрозии (дефляции) и износа миллиардов тонн плодородного слоя почвы ежегодно.
Через уплотнение почвы колесами тяжелых тракторов и комбайнов типа "Дон" (15-20 т) резко снижается плодородие. Нормальная объемная масса структурного почвы 1,1 - 1,2 г/куб.см на многих полях изменяется вплоть до 1,6 - 1,7 г/куб.см, что значительно превышает критические величины. В таких почвах почти вдвое уменьшается общая пористость, резко снижается водопроницаема. и водоудерживающая способность, уменьшается сопротивляемость к эрозионных процессов. Колеса трактора "Кировец-700" уплотняют в пути грунт на глубину до 20 см, и урожай на таких полосах два раза ниже, чем на участках между ними. Только за счет этого фактора общий урожай на поле уменьшается на 20%.
Глобальной проблемой на сегодняшний день является уменьшение содержания гумуса в почвах (дегуміфікація), который играет ведущую роль в формировании почвы, его ценных агрономических свойств, обеспечении растений питательными веществами. Одной из основных причин него есть потребительский подход к земле, стремление как можно больше с нее взять и поменьше ей вернуть. А гумус расходуется не только на минерализацию с высвобождением доступных для растений питательных веществ, но и выносится из почвы в процессе эрозии, с корнеплодами и бульбоплодами, на колесах транспортных средств, разрушается под воздействием различных химических веществ.
Все более ощутимыми становятся негативные последствия химизации сельского хозяйства - ухудшение свойств грунта, его состояния через накопление большого количества вредных химических веществ, которые вносились без надлежащих расчетов и учета экологических законов. В таких химических веществ, в первую очередь, относятся минеральные удобрения и пестициды. В результате внесения высоких доз минеральных удобрений почва загрязняется балластными веществами - хлоридами, сульфатами, нитратами.
Чрезмерное применение пестицидов негативно влияет на качество почвы. Стойкие пестициды, играя важную роль в защите растений и животных от болезней и вредителей, вместе с тем дают резкий негативный эффект в отношении количества и активности почвенной фауны и микроорганизмов. Остатки пестицидов или продукты их превращения попадают в виде примесей в природные воды, включаются в трофические цепи, попадают в продукты питания и часто оказываются очень вредными для человека. Там, где интенсивно применяются сельскохозяйственные ядохимикаты, у местного населения повреждаются структуры наследственности, разлаживается деятельность центральной нервной системы и жизненно важных органов, у женщин учащаются осложнения беременности, случаи рождения неполноценных или мертвых детей, возникает аллергия. Американские исследователи выявили, что 30% инсектицидов, 60% гербицидов, 90% фунгицидов, применяемых в США, являются канцерогенными.
В связи с этим усиленно изучается судьба биоцидов в почвах и возможности их обезвреживания химическими и биологическими способами. Очень важно создавать и применять исключительно препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи, но проблемы в целом остаются не решенными.
Почвы также загрязняется отработанными газами тракторов, комбайнов, автомобилей, маслами и топливом, выливающиеся из них во время работы на полях. В почву попадают и техногенные загрязнения от промышленных предприятий - сульфаты, окислы азота, тяжелые металлы и другие соединения.
Исключительно острой проблемой является изъятие пахотных земель под застройку промышленных объектов, прокладка дорог, а также складирования промышленных и бытовых отходов.
отрицательную сторону могут иметь и такие важные для сельского хозяйства работы, как мелиоративные. За действием на фунт и растения мелиорация подразделяется на несколько видов. Агротехническая мелиорация предусматривает значительное улучшение агрономических свойств почвы путем оптимального возделывания с применением специальных приемов - прерывистого боронование, щілинування, лункування и приемов для задержания снега и влаги. Лесотехническая мелиорация осуществляется с целью улучшения водного режима и микроклимата, защиты почв от эрозии путем облесения склонов, балок и оврагов, водоразделов и подвижных песков, насаждения лесов общего агрономического назначения. Химическая мелиорация улучшает агрохимические и агрофизические свойства почвы путем использования извести, гипса, дефеката, торфа, сапропелей, торфа, навоза и других материалов, которые обогащают почву органикой. Гидротехническая мелиорация направлена на улучшение водного режима путем обводнения и осушения.
Орошаемые земли дают около 30% продукции растениеводства, но создание водоемов и орошения больших площадей приводят к поднятию уровня грунтовых вод и изменения химического состава почвы. Возникает засоление и заболачивание почв, повышается сейсмичность территории. Вследствие осушения пересыхают болота, мелеют реки, что в свою очередь приводит к разрушению мест обитания животных и растений.
Поэтому все виды мелиорации нужно применять только на основе экологически обоснованных потребностей, чтобы не ухудшить состояние земель.
Воздействие человека на почву - составная часть общего влияния человеческого общества на земную кору и ее верхний слой, на природу в целом, особенно возросшее в век научно-технической революции. При этом не только усиливается взаимодействие человека с землей, но и меняются основные черты взаимодействия. Проблема “почва - человек” осложняется урбанизацией, все большим использованием земель, их ресурсов для индустриального и жилищного строительства, ростом потребностей в продуктах питания. По воле человека изменяется характер почвы, меняются факторы почвообразования - рельеф, микроклимат, создаются моря (огромного объема водохранилища), появляются новые реки (каналы), перемещаются миллионы тонн грунта и т. д. Под влиянием промышленных и сельскохозяйственных загрязнений (в том числе удобрений) изменяются свойства почвы и почвообразовательные процессы, потенциальное плодородие, снижается технологическая и питательная ценность сельскохозяйственной продукции и т. д.
Большинство ученых считают, что образование пустынь Ближнего Востока связано с вырубкой лесов и неразумным использованием пастбищ. В. А. Ковда, анализируя многочисленные публикации и доклады по данному вопросу, пришел к выводу, “что учащение засух, усиление недородов, гибель растительности и разрушение почв на значительных территориях связаны между собою, связаны с общей тенденцией аридизации суши и усилены отрицательными последствиями ошибочной деятельности человека” 1 .
Нарушение почвенных процессов в результате неправильной эксплуатации почвенного покрова приводит к усиленному разрушению почв. Различают несколько типов разрушения почвы: ветровое (дефляция), эрозионное, техническое и ирригационное (разновидность эрозии). Самая распространенная и наиболее опасная, наносящая наибольший ущерб почвам, - эрозия. Она выражается в размыве почвы, смыве ее талыми, дождевыми и ливневыми водами. Обычно эрозия возникает на наклонных поверхностях. Во время весеннего снеготаяния размыв почвы наблюдается даже при крутизне склона 1-2°. Чем круче склон, тем интенсивнее эрозия.
В первую очередь, смываются наиболее плодородные верхние слои почвы. Смыв достигает огромных размеров. По данным Ludson (1973), благодаря вызванной человеком ускоренной эрозии ежегодно сносится речной водой до 24 10 9 т/год земли. Усилению губительного действия эрозии способствуют уничтожение лесов, особенно в горах и на склонах, разрушение дернины. Особенно способствует развитию эрозии неправильная обработка склонов большой крутизны - продольное направление вспашки.
Размыв почв нередко сопровождается образованием оврагов. В некоторых районах овраги занимают значительные территории.
Ирригационная эрозия развивается при нарушении правил полива на орошаемых землях. Развевание верхних горизонтов почвы сильными ветрами называется дефляцией. При дефляции почва теряет самые мелкие частицы, а вместе с ними важнейшие для плодородия химические вещества. Развитию дефляции способствует уничтожение растительности на территории с недостаточной атмосферной увлажненностью, неумеренный выпас скота, сильные ветры. Дефляции больше всего подвержены супесчаные, а также плодородные карбонатные черноземы. Во время сильных бурь частицы почвы могут с больших площадей уноситься на значительные расстояния. По данным М. L. Jackson (1973), на планете ежегодно до 500 млн. т пыли попадает в атмосферу. Из истории известно, что пыльные бури разрушали незащищенные почвы огромных сельскохозяйственных территорий Азии, Южной Европы, Африки, Южной и Северной Америки, Австралии. В настоящее время они становятся национальным или региональным бедствием многих государств. Потери почв от дефляции в наиболее катастрофические годы достигают 400 т/га. В США в 1934 г. в результате разразившейся бури в районах распаханных прерий Великой равнины около 200 млн. га пашни были превращены в бросовые земли, 50 млн. га резко снизили свое плодородие. В погоне за прибылью от продажи зерна были распаханы пастбища и залуженные склоны. И это моментально сказалось на устойчивости почв от развеивания. Потери урожая на таких почвах сегодня составляют 50-60%. Аналогичные явления встречаются повсеместно. Так, Африка к югу от 30° ю. ш. ежегодно теряет от эрозии и дефляции до 1,7 млн. га. На 60-80% эродированы пастбища Средиземья, Атласа, Альп. Наиболее интенсивна эрозия в горных безлесных густозаселенных странах.
Дефляция представляет опасность для всех районов Казахстана. Особенно черные бури возникают в северных областях Казахстана при скорости ветра 10-12 м/с, но наибольшей силы они достигают при скорости ветра 15-20 м/с.
В южных областях Украины наиболее опустошительная пыльная буря была в апреле 1928 г., когда пострадало около 400 тыс. км 2 земель от Дона до Днепра. Скорость ветра достигала 10 м/с. Он выдул почву в отдельных местах до глубины 12 см. Эта буря унесла с полей 15 млн. т почвы.
В 1960 г. на Северном Кавказе и Южной Украине со значительной площади бурей был снесен слой почвы толщиной 7-10 см, а в Запорожье погибла часть озимых посевов. Частицы почвы были отнесены на огромные расстояния - в районы Белоруссии, Западной Украины, Румынии и Болгарии.
Почвы разрушаются под воздействием транспорта, землеройных машин и техники.
Борьба с разрушением почвы включает комплекс мероприятий, требующих серьезного научного и инженерно-экономического обоснования для каждого конкретного региона.
Основное значение имеет устранение причин, вызывающих разрушение.
Серьезную проблему для современного земледелия представляет засоление почв. В естественных условиях почвы засоляются через грунтовые воды, насыщенные солями. Если грунтовые воды расположены на небольшой глубине, в жарких и засушливых районах они поднимаются по почвенным капиллярам и испаряются. На поверхности почвы остаются все растворенные до этого в воде соли. Если грунтовые воды лежат на достаточно большой глубине, то даже в засушливых зонах почва не всегда подвергается засолению.
Наибольшую опасность в земледелии представляет вторичное засоление орошаемых почв. Современные оросительные системы, за немногим исключением, строятся и функционируют без гидроизоляции. В результате грунтовые воды, поднимаясь вверх (иногда со скоростью 0,5-2 м/год и более), подтопляют поверхность почвы и при отсутствии хорошего естественного дренажа (свободного оттока грунтовых вод) вызывают заболачивание и засоление земель. Заболачивание и вторичное засоление орошаемых земель практически приобрело повсеместный характер. Засоление почв при орошаемом земледелии наблюдается во всех странах Ближнего и Среднего Востока - от Афганистана до Марокко и Сенегала, в орошаемых районах Австралии, США, Мексики. Вторичное засоление распространено в Индии и других странах Азии. Поданным ФАО, не менее 50% площади орошаемых земель значительно засолено. В результате человечество потеряло многие миллионы ранее плодородных земель.
Почва - среда обитания многочисленных низших животных и микроорганизмов, в том числе бактерий, плесневых грибков, вирусов и др. Большинство почвенных микроорганизмов - сапрофаги; они живут и размножаются в почве и не приносят вреда животным организмам. В почве обитают постоянно или временно и так называемые патогенные (греч. pathos - страдание, genos - рождение) - болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных болезней. Некоторые из них (главным образом постоянные обитатели почвы) образуют спору - плотную оболочку, обеспечивающую им высокую устойчивость по отношению к различным неблагоприятным факторам внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ. Попав в благоприятные условия, споры приобретают первоначальную форму.
Группу спорообразующих бактерий принято называть клостридиями. Накопилось достаточно данных о том, что клостридии не только обладают способностью продолжительное время сохраняться в почве в виде спор, но и размножаться в ней в вегетативный период своего существования. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм и др. Возбудители этих болезней в некоторых почвах остаются жизнеспособными многие десятилетия. Человек заражается ими непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т. п. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы - сибиреязвенная палочка, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Заражению поверхностных слоев почвы на пастбищах могут способствовать земляные работы в неблагополучной по сибирской язве местности (при мелиоративных работах, строительстве и т. д.). Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными (при уходе за ними, убое, снятии шкур и др.), через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой.
Особую опасность для человека представляет столбнячная палочка. Столбнячная палочка обнаруживается в почве в разных географических районах. Заражение человека происходит через поврежденную кожу или слизистую при контакте с загрязненной почвой. В прошлом особенно часто столбняк регистрировали среди солдат во время военных действий. В мирное время заболеваемость столбняком встречается главным образом среди жителей сельской местности.
В почвах встречается также спороносная палочка - возбудитель ботулизма - тяжелого пищевого отравления. При изучении почв некоторых районов Кавказа, Азовского и Каспийского морей, Приморского края, Дальнего Востока и Ленинграда она обнаружена в среднем в 9% проб, у берегов озера Балхаш и в Армянской ССР - в 33% проб. Из почвы она может попасть на овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты и при благоприятных анаэробных условиях из споры переходит в вегетативную форму, продуцирующую токсин (яд). По силе действия на организм человека и животного он превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды. Ботулизм регистрируется во многих странах мира - США, Канаде, Франции, Японии, России, Казахстане и др.
Анализ случаев заражения ботулизмом на территории Казахстана показывает, что в основном они связаны с продуктами домашнего приготовления: рыбой соленой и вяленой, грибами, консервированными в герметически закрытых банках, консервами овощными и фруктовыми.
Почва - источник заражения человека газовой гангреной. Это тяжелое заболевание, характеризующееся быстро распространяющимся отеком тканей и их омертвением. Она возникает при проникновении спор гангренозной палочки в поврежденные ткани вместе с загрязненной почвой, обрывками одежды, обуви и другими предметами. Газовую гангрену могут вызывать несколько видов клостридий. Чаще в почве встречаются клостридии перфрингенс типа А. Эти микробы, по данным различных авторов, встречаются в каждом образце почвы. Попадая в рану, они при благоприятных условиях размножаются в тканях и продуцируют токсин, который и вызывает омертвение и другие тяжелые признаки заболевания.
Из временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша и др. Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и др.). Нельзя сказать, что почва - благоприятная среда для их обитания. В их гибели большую роль наряду с недостатком питательных веществ, не всегда оптимальными влажностью и температурой почвы играет антагонизм между различного рода почвенными микроорганизмами. Не находя подходящих условий для своего развития, патогенные для человека и животных неспороносные бактерии погибают обычно относительно быстро. Однако некоторые из них, особенно в загрязненной почве, сохраняются продолжительное время: возбудители брюшного тифа, паратифов и холеры остаются жизнеспособными от нескольких суток до трех месяцев; бруцеллеза - от нескольких суток до пяти месяцев, туляремии - от нескольких суток до двух месяцев и т. д. Энтеровирусы - возбудители полиомиелита и некоторых кишечных заболеваний вирусного происхождения - выживают в почве от 25 до 170 дней.
Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит через загрязненные овощи. Однако наибольшую опасность имеет вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Атмосферные осадки, попадающие на загрязненную почву и проходящие через нее, выносят микрофлору, в том числе и возбудителей заразных болезней, из поверхностных слоев в нижележащие грунтовые воды и загрязняют их. С ливневыми водами возбудители могут попасть в водоемы.
Для человека определенную опасность представляют отдельные виды актиномицетов, вызывающих поверхностные и глубокие микозы, а также микобактерии - возбудители туберкулеза, проказы, и дифтерии человека. Сроки выживаемости этих микроорганизмов в почве значительны: для палочек туберкулеза - от нескольких дней до 15 месяцев, для дифтерийной палочки - от нескольких дней до двух-трех недель.
Почва может служить местом развития, а при определенных условиях и инфицирования мух. Весь цикл развития мухи связан с почвой. Самка мухи откладывает яйца обычно в местах гнилостных отбросов и нечистот. Цикл развития до окрыленной мухи происходит в земле и сухих отбросах. В них же в зимний период многие мухи сохраняются как во взрослом состоянии, так и в стадии личинок. Значение мух в распространении кишечных и других инфекций убедительно доказано. Муха переносит заразное начало как на поверхности своего тела, на лапках и хоботе, так и в кишечнике. Многие возбудители кишечных инфекций сохраняются в жизнеспособном состоянии на поверхности тела мухи до двух суток, а в кишечнике еще больше.
Ко второй группе гельминтов относятся свиной и бычий цепни (солитеры). Они имеют очень сложный цикл развития. Из кишечника человека яйца гельминтов попадают в почву, оттуда - в корм крупного рогатого скота и свиней. В кишечнике этих животных они превращаются в личинки, которые с током крови разносятся по всему телу и поселяются главным образом в мускулатуре. Человек, употребляя без достаточной термической обработки говядину или свинину, заражается личиночной стадией гельминтов.
На здоровье человека может оказывать определенное влияние химический состав почвы. Еще академик В. И. Вернадский обратил внимание на значение для живых организмов некоторых микроэлементов почвы. Многочисленными исследованиями в нашей стране и за рубежом твердо установлено, что многие из них оказывают существенное влияние на рост и развитие растений, на состояние и функции организма животных, в том числе и человека.
Биохимические процессы, происходящие в земной коре, и процессы образования и обмена химических элементов в организме взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота вещества в природе, как процессы взаимного обмена, обусловливающие жизнь.
В составе организмов обнаружено 47 постоянно присутствующих химических элементов. На них приходится от 0,4 до 0,6% живой массы. К числу достаточно изученных относятся медь, кобальт, цинк, марганец, иод, молибден, селен, фтор, стронций, бор, кадмий, ванадий. Микроэлементы - биогенные химические элементы, играющие роль катализаторов в развитии растений, особенно в процессах усвоения азота и фотосинтеза. Установлено, что при добавлении к кормам животных необходимых микроэлементов у них отмечается усиление роста. Отсутствие того или другого микроэлемента сопровождается специфическими признаками его недостаточности. Так, недостаток меди при некотором избытке молибдена и сульфатов приводит к возникновению эндемической атаксии животных.
Велико значение микроэлементов в организме человека. В состав крови человека входит 24 элемента, женского молока - около 30 (медь, цинк, кобальт, кремний, мышьяк и др.). Однако количество биогенных элементов в различных средах человеческого организма нельзя считать окончательно установленным. Микроэлементы входят в состав некоторых важных желез внутренней секреции - щитовидной, поджелудочной, половых и др. Так, цинк входит в состав щитовидной железы, гипофиза, семенников и яичников; кобальт - поджелудочной и щитовидной желез. Имеется основание полагать, что микроэлементы оказывают существенное влияние на функцию эндокринных желез. Микроэлементы входят в состав многих химических комплексов организма, таких, как соединение металлов с белками, различные ферменты, дыхательные пигменты, гормоны и некоторые витамины. Они участвуют в промежуточных процессах обмена веществ.
Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой, по схеме: почва - растение - организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их прежде всего в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека, влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процесса промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических (от греч. endemos - местный). Районы, в которых обнаруживаются отклонения в развитии растений и животных, регистрируются эндемические заболевания, связанные с местными геохимическими особенностями, А. П. Виноградов назвал биогеохимическими провинциями.
Известны биогеохимические провинции, бедные иодом (западные области Украины), бедные кобальтом и медью (Прибалтийские республики, Ярославская область) и др. Низкий уровень иода в почве ведет к низкому содержанию его в растениях и подземных водах, а следовательно, и в пищевом рационе населения. Недостаток иода служит причиной возникновения зобной болезни и кретинизма. Недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания является, как полагают, причиной уровской болезни Кашина-Бека. Низкое содержание кобальта в почве - причина возникновения дисфункции обменных процессов у рогатого скота и овец. Недостаток содержания в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу зубов. При содержании фтора в питьевой воде выше 1,3 мг/л у человека и животных зубы поражаются “пятнистой эмалью”. При этом заболевании нередко поражается костная система организма (флюороз). В некоторых зарубежных странах в последние годы получило распространение эндемическое заболевание детей раннего возраста - метгемоглобинемия, вызываемая избытком в воде солей азотной кислоты.
Для борьбы с эндемическими заболеваниями в горных районах с йодной недостаточностью в рацион населения вводится специальная иодированная соль. В местностях с недостатком фтора в плановом порядке проводится фторирование воды и т.д.
Наряду с естественным неравномерным распространением тех или других химических элементов в современных условиях в огромных масштабах происходит и искусственное перераспределение их. Выбросы промышленных предприятий и объектов сельскохозяйственного производства, рассеиваясь на значительные расстояния и попадая в почву, создают новые сочетания химических элементов. Из почвы эти вещества в результате различных миграционных процессов могут попадать в организм человека (почва - растения - человек, почва - атмосферный воздух -человек, почва - вода - человек и др.). С промышленными твердыми отходами в почву поступают всевозможые металлы (железо, сталь, медь, алюминий, свинец, цинк) и другие химические загрязнения, в том числе микроэлементы, органические и неорганические соединения. Примером могут быть так называемые кислые дожди, образующиеся при избытке в воздухе оксидов серы, поступающих в атмосферу при сжигании минерального сырья.
Почва обладает способностью накапливать радиоактивные вещества, поступающие в нее с радиоактивными отходами ядерных, энергетических и других реакторов, регенерационных установок “горячих” лабораторий, медицинских, научно-исследовательских учреждений, использующих радиоизотопы, а также с атмосферными радиоактивными осадками после ядерных испытаний. Из радиоактивных изотопов наибольшую опасность представляют Sr и Cs с длительными периодами полураспада (соответственно 28 и 30 лет). Радиоактивные вещества включаются в пищевые цепи и поражают живые организмы. Поражение организма может быть как индивидуальным (например, развитие злокачественных новообразований), так и генетическим, представляющим потенциальную опасность для здоровья будущих поколений.
К числу химических соединений, загрязняющих почву, относятся и канцерогенные вещества - канцерогены. В настоящее время под канцерогенами подразумевают химические, физические и биологические вещества, которые играют существенную роль в возникновении опухолевых заболеваний у животных организмов. Наиболее широко распространены такие канцерогены, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). В эту группу входят до 200 агентов, в том числе бенз(а)пирен (БП), 7-12-диметилбенз(а)антрацен, дибенз(а)антрацен, 3,4-бензфлуорантен и другие, обладающие высокой канцерогенностью. Наиболее известный и активный ее представитель - БП., который принято считать индикатором группы ПАУ.
Основные источники загрязнения почвы канцерогенными веществами - выхлопные газы самолетов, автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций, котельных и т. д. В почву канцерогены поступают из атмосферы вместе с крупно- и среднедисперсными пылевыми частицами, при утечке нефти или продуктов ее переработки и др. Канцерогенные вещества обнаруживаются в почве повсеместно, однако интенсивность загрязнения ими колеблется в значительных пределах. Это зависит от мощности источника загрязнения, расстояния от него исследуемой территории, направлении ветра и других факторов.
Обнаружение БП и других полициклических ароматических углеводородов в пробах, отбирающихся на территории, где отсутствовали какие-либо источники канцерогенов, дало основание предположить, что их наличие обусловлено не только деятельностью человека. Исследования, проведенные Л. М. Шабада, позволили определить “фоновый” уровень канцерогенных углеводородов в почве и других объектах внешней среды сельскохозяйственных районов, где отсутствуют источники загрязнения этими веществами. Знание фонового уровня имеет большое практическое значение для оценки загрязненности почвы канцерогенными углеводородами.
Определенную роль в возникновении фонового уровня канцерогенных загрязнений играют вулканические извержения. По сделанным подсчетам вулканы выбрасывают за год около 3х10 9 т вулканического пепла, 0,04% которого (около 1 млн. т) составляют органические соединения. Из общего числа органических соединений третья часть падает на углеводороды. Вулканический пепел в зависимости от силы извержения выбрасывается на высоту от 1 ,до 5 км и более и с потоками воздуха переносится на большие расстояния. Так, в 1883 г. при извержении вулкана Кракатау (Индонезия) мельчайшие вулканические пылинки облетели вокруг Земли два раза. В 1956 г. при извержении вулкана Безымянный на Камчатке высота выброса достигла 45 км, а пепел был разнесен на десятки тысяч километров. В застывшей вулканической массе обнаруживали канцерогенные углеводороды.
Удельный вес природных канцерогенных веществ в почве невелик и не представляет реальной угрозы для человека. Основная опасность загрязнения почвы связана с глобальным загрязнением атмосферы.
Таким образом, в связи с развитием научно-технической революции взаимосвязь человека и почвы усложняется, и это следует учитывать при планировании мероприятий по охране почвы.
Перед всем человечеством стоит важнейшая задача - сохранение многообразия всех организмов, живущих на Земле. Все виды (растительность, животные) тесно взаимосвязаны. Уничтожение даже одного из них приводит к исчезновению взаимосвязанных с ним других видов.
С того самого момента, как человек придумал орудия труда и стал более-менее разумным, началось его всестороннее влияние на природу планеты. Чем больше развивался человек, тем большее влияние он оказывал на окружающую среду Земли. Каким образом человек влияет на природу? Что есть положительного и что отрицательное?
Отрицательные моменты
Есть и плюсы, и минусы влияния человека на природу. Для начала рассмотрим негативные примеры пагубного :
- Вырубки лесов, связанные со строительством магистралей и проч.
- Загрязнение почвы происходит в связи с использованием удобрений и химикатов.
- Сокращение численности популяций из-за расширения площадей для полей с помощью вырубки лесов (животные, лишаясь нормальной среды обитания, погибают).
- Уничтожение растений и животных в связи со сложностями их адаптации к новой жизни, сильно изменённой человеком, или же просто истребление их людьми.
- и воды разнообразными и самими людьми. К примеру, в Тихом океане существует “мёртвая зона”, где плавает огромное количество мусора.
Примеры влияния человека на природу океана и гор, на состояние пресной воды
Изменение природы под влиянием человека очень существенно. Сильно страдают флора и фауна Земли, загрязняются водные ресурсы.
Как правило, лёгкий мусор остаётся на поверхности океана. В связи с этим затрудняется доступ воздуха (кислорода) и света к обитателям этих территорий. Многочисленные виды живностей пытаются искать новые места для своего обитания, что, к сожалению, удаётся не всем.
Ежегодно течения океана приносят миллионы тонн мусора. Это самая настоящая катастрофа.
Негативное влияние оказывает и вырубка лесов на склонах гор. Они становятся голыми, что способствует возникновению эрозии, как следствие, происходит разрыхление почвы. А это приводит к разрушительным обвалам.
Загрязнение происходит не только вод океанов, но и пресной воды. Ежедневно в реки попадают тысячами кубометров стоки канализационных или промышленных отходов.
А заражены пестицидами, химическими удобрениями.
Ужасные последствия разливов нефти, добычи полезных ископаемых
Всего лишь одна нефтяная капля приводит к непригодности примерно 25 литров воды для питья. Но это не самое страшное. Довольно тонкая пленка нефти покрывает поверхность огромной площади вод - примерно 20 м 2 воды. Это губительно для всего живого. Все организмы под такой пленкой обречены на медленную смерть, потому что она препятствует доступу кислорода в воду. Это тоже прямое влияние человека на природу Земли.
Люди добывают полезные ископаемые из недр Земли, сформировавшиеся за несколько миллионов лет, - нефть, уголь и проч. Такие промышленные производства вместе с автомобилями выбрасывают в атмосферу углекислый газ в огромных количествах, что приводит к катастрофическому уменьшению озонового слоя атмосферы - защитника поверхности Земли от несущего смерть ультрафиолетового излучения от Солнца.
За период последних 50 лет температура воздуха на Земле возросла всего лишь на 0,6 градуса. Но это очень много.
Такое потепление приведет к повышению температуры Мирового океана, что будет способствовать таянию полярных ледников в Арктике. Таким образом, возникает самая глобальная проблема - нарушается экосистема полюсов Земли. Ледники - это самые главные и объемные источники чистой пресной воды.
Польза людей
Надо отметить, что люди приносят и определенную пользу, и немалую.
Надо и с этой точки зрения отметить влияние человека на природу. Положительное заключается в мероприятиях, проводимых людьми для улучшения экологии окружающей среды.
На многих обширных территориях Земли в разных странах организованы заповедные территории, заказники и парки - места, где все сохраняется в первозданном виде. Это самое разумное влияние человека на природу, положительное. В таких заповедных местах люди способствуют сохранению растительного и животного мира.
Благодаря их созданию многие виды животных и растений сохранились на Земле. Редкие и уже исчезающие виды обязательно заносятся в созданную человеком Красную книгу, по которой запрещается промысел на них и сбор.
Также люди создают искусственные водные каналы и оросительные системы, которые помогают поддерживать и увеличивать
В больших масштабах проводятся и мероприятия по высадке многообразной растительности.
Способы решения возникающих проблем в природе
Для решения проблем необходимо и важно в первую очередь активное влияние человека на природу (положительное).
А что касается биологических ресурсов (животных и растений), то их следует использовать (добывать) таким образом, чтобы в природе всегда оставались особи в количествах, способствующих восстановлению прежней численности популяций.
Также необходимо продолжить работы по организации заповедников и посадке лесов.
Проведение всех этих мероприятий по восстановлению и улучшению окружающей среды - влияние человека на природу положительное. Все это необходимо во благо самого себя.
Ведь благополучие жизни человека, как и всех биологических организмов, зависит от состояния природы. Сейчас перед всем человечеством стоит самая главная проблема - создание благоприятного состояния и устойчивости среды жизни.
