Обработка почвы. Опустынивание
Со стороны человека почвы подвергаются постоянным воздействиям: механическому (при обработке), химическому (под действием ядохимикатов и удобрений), биологическому (взаимодействие с микроорганизмами и растениями), атмосферному (осадки, температурный режим). Только высокая культура земледелия может предотвратить истощение почвенного слоя земли и повысить плодородие почвы.
Почвенный слой – насыщенная жизнью среда, являющаяся источником энергии для растений, животных, бактерий и грибов. Пользуясь земельными угодьями, человек берет из почвы все необходимое для жизни: корнеплоды, зерно, фрукты. Сельскохозяйственная продукция всегда была и остаётся материальной основой жизни человека. В настоящее время поголовье основных видов сельскохозяйственных животных превзошло число людей на Земле.
Среди наиболее важных факторов, обусловивших рост мирового производства зерна, является применение пестицидов и удобрений, а также появление новых видов высокоурожайных зерновых культур. Во второй половине ХХ века производство зерна в мире увеличилось в три раза и превысило 2 млрд т/год.Вместе с урожаем из почвы извлекаются многие органические и неорганические вещества. По этой причине в мире ежегодно теряется около 6 млн га плодородных почв.
Для осуществления фотосинтеза растения получают энергию от Солнца, а углерод и водород из воздуха и воды. Далее простые углеводы превращаются в сложные углеводы, составляющие основу всех растений. Однако помимо названных компонентов фотосинтеза растениям необходимы по меньшей мере еще 13 минеральных питательных веществ, которые они получают из почвы. Это основные питательные вещества (азот, фосфор, калий), второстепенные питательные вещества (кальций, магний, сера) и микроэлементы. Все эти минеральные вещества поглощаются из почвы корнями растений из водных растворов.
Азот необходим растениям для производства аминокислот и белков при росте листьев и стеблей. Он необходим растениям в наибольших количествах. Например, при созревании 1 кг кукурузных зерен расходуется до 30 г азота, поэтому дефицит азота в почве возникает раньше, чем по другим элементам.
Фиксация азота осуществляется бактериями в почве и в узелках корней бобовых растений. Ученые до сих пор не понимают как ферменты бактерий фиксируют атмосферный азот. Фиксирующие растения превращают азот в аммиак (NH3), который затем трансформируется в аммоний (NH4+), который затем растения окисляют до нитратных ионов (NO3-) – наиболее предпочтительной формой азота для растений.В настоящее время аммонийные соли, мочевина и жидкий аммиак являются основными восстановителями содержания азота в почве. В процессе производства азотных удобрений на первом этапе получают аммиак из азота и водорода.
Фосфор необходим растениям для синтеза ДНК, РНК, АТФ и АДФ. Растения усваивают фосфор в виде фосфатных ионов (НРО4 2-) и (Н2РО4-). Для восстановления содержания фосфора в почве используют суперфосфат Са(Н2РО4)2 и фосфат аммония (NH4)3PO4, содержащий два необходимых растениям элемента – фосфор и азот.
Калий участвует в образовании крахмала и целлюлозы из сахаров, а также важен как фермент в синтезе белков. Соответствующим удобрением является поташ К2СО3.
Магний является компонентом хлорофилла и вводится в почву в виде сульфата MgSO4. Сера входит в состав аминокислот и важна для синтеза белков. Вводится в почву в виде сульфата аммония и других сульфатов.
Микроэлементы необходимы в следовых количествах, но важны для здорового роста растений. Применять их надо осторожно. Например, количество бора, которое является оптимальным для сахарной свеклы, токсично для сои.
При использовании только неорганических удобрений почва становится плотной, неспособной удерживать воду, питательные вещества и обеспечивать фиксацию азота. Постепенно почва становится минерализованной и подверженной эрозии. По этой причине используются органические удобрения: навоз и компостная масса, содержащая вещества, подобные гумусу.
Проблемой номер один в сельском хозяйстве стало падение естественного плодородия. Попытки компенсировать снижение естественного плодородия за счет роста искусственного плодородия малоэффективны. Вера в то, что техника, удобрения и пестициды могут бесконечно повышать плодородие почвы и урожайность, привела к застою в развитии агрокультуры.
Зеленая революция в странах, где применяются химические удобрения, привела к повышению урожайности, но имеет и негативные последствия. Наибольший ущерб почвам нанес отказ от севооборота. Сегодня, чтобы поддержать высокий уровень урожайности, требуется все большее количество химических удобрений и гербицидов. Так в Англии за 30 лет количество вносимых азотных удобрений возросло в 8 раз, а урожайность повысилась только на 50%.
Ежегодно в мире вредители уничтожают треть производимых пищевых продуктов. Очевидно, что без борьбы с сельскохозяйственными вредителями невозможно прокормить население мира.Синтетические пестициды позволили снизить заболевания растений, переносимых насекомыми.
Тремя основными классами синтетических органических инсектицидов являются:хлорированные углеводороды и фосфорорганические соединения, которые уничтожают насекомых, в том числе полезных; карбаматы, которые токсичны лишь для некоторых насекомых, но и они убивают пчел.
Большое количество хлорорганических пестицидов выделено в группу устойчивых органических загрязняющих веществ и запрещено. Сюда, например, относится дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ).
Примером фосфорорганического инсектицида является токсичный к млекопитающим дихлофос (величина смертности LD50 для него составляет 25 мг/кг). Эти инсектициды относятся к нейротоксинам. Их попадание снутрь человека приводит к конвульсиям и смерти. Нервно-паралитические газы табун и зарин разработаны на их основе.
Применение пестицидов привело к проблемам, которые состоят в том, что пестициды представляют опасность для окружающей среды и здоровья людей, а у паразитов повышается устойчивость к ним. Одновременно с вредителями погибают полезные насекомые и пчелы, которые опыляют растения. Работники сельского хозяйства оказываются вовлеченными в пестицидную гонку. Вызывает озабоченность загрязнение пестицидами подземных вод. Вред здоровью наносят остатки пестицидов в пищевых продуктах, а также их использование для обработки фруктов.
Перспективным является использование феромонов – химических веществ, которые выделяются насекомыми в качестве средств общения. Они используются для того, чтобы метить территорию и привлекать партнеров. Если, например, территория заражена мужскими особями насекомых, то их привлекают в ловушки с феромонами (половым аттрактантом) женских особей. Препараты феромонов нетоксичны, но дороги.У насекомых есть феромоны тревоги, передающие сигнал опасности. Если их использовать на полях, то насекомые убегают. Используются половые аттрактанты, направленные на препятствование спариванию взрослых насекомых.
Почвенный слой является возобновляемым материалом, если он не удаляется быстрее, чем может восстанавливаться. Обычно корни растений защищают почвенный слой от чрезмерной эрозии, обусловленной ветром и дождями. Но когда удаляется поверхностный слой, эрозия происходит с нарастающей скоростью. К эрозии и потере ценного почвенного слоя приводят такие виды человеческой деятельности, как строительство, разработка месторождений полезных ископаемых, вырубка леса, выпас скота. Восстановление почвенного слоя является медленным процессом – несколько сантиметров в течение тысячи лет. Поэтому во многих частях мира почва стала не возобновляемым ресурсом.
Для того чтобы улучшить ситуацию в землепользовании, необходимо отойти от экстенсивного типа мышления, для которого важнейшим показателем является засеянная площадь. Прошло около 60 лет с того времени, когда в Советском Союзе началась уникальная в истории человечества экономическая, экологическая и социальная экспансия – освоение целинных и залежных земель. За три года в Сибири, Поволжье и Казахстане были распаханы гигантские территории – 42 млн га. Превзойти этот рекорд человечеству уже не суждено. Освоение новых земель происходило не комплексно: быстрый рост распашки при нехватке уборочной техники и хранилищ. Всё это привело к огромным потерям зерна. Постоянный вынос питательных веществ вместе с урожаем, развитие эрозии и потеря гумуса привели к уменьшению природной силы земли. Традиционная пахота с оборотом пласта привела к развитию ветровой эрозии и пыльным бурям. Всего с начала целинной эпопеи было «сдуто» 10 млн га пашни. В результате новые земли так и не стали житницей страны.Земельный фонд России составляет 1710 млн га. Наиболее ценной частью земельного фонда являются сельскохозяйственные угодья (222 млн га), в том числе пашня (127 млн га).
Почвы оказались наименее защищенным ресурсом планеты, несущим большие потери под натиском цивилизации. Под воздействием человека меняются факторы почвообразования – рельеф и микроклимат, сводятся леса, вносятся удобрения, сбрасываются сточные воды, создаются водохранилища, перемещаются миллиарды тонн грунта.
Внешними проявлениями ухудшения экологической ситуации в аграрном секторе стали деградация почв и потери сельскохозяйственных угодий из-за эрозии, уменьшение содержания в почве гумуса и питательных веществ, засоление, заболачивание, перегрузка тяжелой техникой, загрязнение химическими продуктами и отходами животноводства.К эрозии и потере ценного почвенного слоя приводят такие виды человеческой деятельности, как строительство, разработка месторождений полезных ископаемых, вырубка леса, выпас скота.
Земельный фонд России составляет 1710 млн га. Наиболее ценной частью земельного фонда являются сельскохозяйственные угодья (222 млн га), в том числе пашня (127 млн га). Истощение почв в России за счет ежегодных потерь гумуса пашен в размере 80 млн т достигло предельного уровня. За последние 30–40 лет богатые чернозёмы русской равнины потеряли треть своего гумуса, их плодородный слой уменьшился на 10–15 см. В результате подзолистые почвы переходят в низший тип – дерново-луговые, болотные. Ежегодно выводятся из оборота до 100 тыс. га продуктивных земель.
Таблица 10.2