Эрозия почв (водная и ветреная) и методы борьбы с ней

Эрозия почв (водная и ветреная) и методы борьбы с ней

Эрозия -- это природный процесс, обусловленный смывом верхних горизонтов почвы преимущественно ливневыми осадками. Но при освоении территории масштабы эрозии резко возрастают -- она становится крупнейшим «пожирателем» пахотных и пастбищных угодий. Широкое использование земель, особенно возросшее в эпоху НТР, привело к увеличению распространения водной и ветровой эрозий (дефляции). Под их воздействием происходит вынос (водой либо ветром) почвенных агрегатов из верхнего, наиболее ценного слоя почвы, который приводит к снижению ее плодородия.

Общая площадь земель, подверженных водной и ветровой эрозии, измеряется многими миллионами гектаров. По имеющимся  оценкам, водной эрозии подвержено 31% суши, а ветровой --34%. Косвенным свидетельством возросших масштабов водной и  ветровой эрозии в эпоху НТР является увеличение твердого стока реками в  океан, который ныне оценивается  в 60 млрд. т, хотя 30 лет тому назад  эта величина была почти в 2 раза меньше.

Общее сельскохозяйственное использование земель (включая пастбища и сенокосы) составляет около 1 / 3 суши. В результате водной и ветровой эрозии во всем мире пострадало около 430 млн. га земли, а при сохранении нынешних масштабов эрозии к концу века эта величина может удвоиться.

Одним из наиболее существенных факторов, влияющих на качество почв, являются методы возделывания, применяемые в  сельском хозяйстве. Потери органических веществ и последующая утрата плодородности часто являются следствием непоследовательной практики землепользования (например, глубокая вспашка и монокультура), в то время как тяжелая техника  разрушает структуру почвы вследствие ее сжатия.

На территориях с недостаточным  атмосферным увлажнением более  развита ветровая эрозия. Количество выдуваемого почвенного субстрата  в отдельных случаях может  достигать 100 тонн с 1 гектара и более. Степень проявления ветровой эрозии зависит от скорости ветра, гранулометрического  состава почвенного субстрата, проективного покрытия растительных сообществ и  других факторов. Так, на породах легкого  гранулометрического состава уже  при слабом ветре начинается «выдувание»  почвенного субстрата и перенос  его с пыльными бурями на огромные расстояния. Ветровой эрозии наиболее подвержены частицы почвы 0,5-- 0,1 мм и  менее, которые при скоростях  ветра у поверхности почвы 3,8--6,6 м/с приходят в движение и перемещаются на большие расстояния. Мелкие почвенные частицы (<,0,1 мм) способны преодолевать расстояние в сотни (иногда тысячи километров). На основании аэрокосмических снимков выявлено, что пыльные бури в Сахаре прослеживались вплоть до Северной Америки.

Категория частиц 0,5--0,1 мм является одной из агрономически ценных, поэтому ветровая эрозия снижает почвенное плодородие. Не менее деятельным процессом является водная эрозия, так как при смыве водой возрастает размер вымываемых почвенных частиц. Смыв почвы зависит от типа почвы, ее физико-механического состава, величины поверхностного стока и состояния поверхности почвы (агрофон).

Наиболее подвержен водной эрозии почвенный покров тропических  районов мира из-за ливневого характера  дождей. Атмосферные осадки обусловливают  плоскостной смыв верхних горизонтов почвенного субстрата, а ливневые дожди, разрушая всю почвенную толщу, приводят к образованию промоин, рытвин, оврагов. И даже в высокоразвитых странах  эрозия до сих пор остается в списке главных экологических угроз. Так, в США: за последние 150-170 лет было потеряно около 100 миллионов гектар пашни, и вплоть до последнего времени  ежегодные потери от эрозии составляли до 200 тысяч гектар земель. Но поистине ошеломляющими являются масштабы эрозии в развивающихся странах: если в  среднем с 1 гектара пашни в  США смывается около 9,6 тонн плодородного субстрата, то в Индии -- 75 тонн с 1 гектара, в Китае -- до 251 тонны, а в горных районах Эквадора -- до 564 тонн. Особенно сильно развивается эрозия в горах, где с крутых склонов буквально на глазах смывается живительный мелкозем, превращая их в голые скалы.

В трудном положении оказываются  районы, в которых происходит одновременное  проявление водной и ветровой эрозии. В нашей стране к таким относятся  лесостепные и частично степные  районы Центральной черноземной  области, Поволжья, Зауралья, Западной и Восточной Сибири с интенсивным  сельскохозяйственным использованием. Водная и ветровая эрозии развиваются  в зоне недостаточного увлажнения с  чередованием влажных и засухоустойчивых лет (либо сезонов) по таким схемам: смыв -- осушение почвы -- выдувание, выдувание -- переувлажнение почвы -- смыв. Одновременное развитие водной и ветровой эрозий может вызывать особенно большие нарушения почвенного покрова.

Причинами эрозии является также  перевыпас или низкий уровень земледелия. Распашка или вытаптывание скотом сомкнутой дернины «оголяет» почву и делает верхний почвенный слой уязвимым как для ветра, так и воды. В результате действия воды и ветра происходит механическое уничтожение верхнего плодородного приповерхностного гумусово-аккумулятивного горизонта, восстановление которого длится десятками и сотнями лет. Вместе с гумусовым субстратом выносятся и питательные элементы, приводя к общему истощению и обеднению почвенного покрова.

Разведение человеком  домашних коз привело к исчезновению лесов в Северной Африке, Сирии, Ливане и во многих других странах. Козы с  необыкновенной быстротой истребили  всю древесную и травяную растительность и буквально «выбили» копытами весь приповерхностный почвенный слой, превратив  живописные ландшафты в пустынные. На склонах гор и холмов, оставшихся без дернового «сдерживающего» почвенного горизонта, начались процессы эрозии, увеличивающие изменение экосистем. В некоторых странах, например, в Новой Зеландии и на Кипре появились даже «антикозьи» законы, гласящие: «Даже единственная коза, оставшаяся на свободе, представляет национальную опасность!».

Ветровая эрозия возникает  в степных районах с большими площадями пашни при скоростях  ветра 10--15 м/с. (Поволжье, Северный Кавказ, юг Западной Сибири). Наибольший ущерб  сельскому хозяйству наносят  пыльные бури (наблюдающиеся ранней весной и летом), которые приводят к уничтожению посевов, снижению почвенного плодородия, загрязнению  атмосферы, занесению полос и  мелиоративных систем.

Одним из главных последствий  эрозионных процессов стало опустынивание. Многие пустыни и полупустыни  Центральной и Передней Азии, Северной Африки обязаны своим происхождением кочевникам-скотоводам, населявшим некогда  эти территории. Так, вытаптывание дернины бесчисленными стадами овец и коз привело к эрозии и резкому снижению водоудерживающей способности у почв. Необратимая деградация почв усугублялась вырубкой лесов и кустарников.

В результате этих процессов  большие массивы тропических  и кустарниковых саванн, травяных и кустарниковых сообществ Средиземноморья, Южной Африки, южной Калифорнии, Чили, некогда пригодные для сельского хозяйства, деградировали до состояния искусственных пустынь. Так, увеличились площади пустынь Атакамы, Тар, Намиб и других. Наиболее ярким и грустным примером опустынивания является южная часть Сахары -- Сахель, где население в 2,5 раза превышает уровень, допустимый для землепользования без дальнейшей интенсификации сельского хозяйства.

При сохранении существующих темпов разрушения земель прогнозы неутешительны: процессы опустынивания могут затронуть  уклад жизни более 1 миллиарда  человек, проживающих в Северной Африке, Средней и Юго-Восточной  Азии, Австралии.

В засушливых зонах урожайность  сельскохозяйственных культур напрямую зависит от количества поступающей  в почву влаги, и на этих территориях  издавна применялось искусственное  орошение. В условиях низкого уровня земледелия неконтролируемая подача воды и отсутствие дренажа приводят к  поднятию уровня минерализованных грунтовых  вод. Когда уровень вод достигает  критической глубины, начинается интенсивное  накопление в почве солей за счет процессов испарения. В результате сельскохозяйственные почвы превращаются в солончаки. Другая причина засоления -- орошение почв минерализованными водами. Кроме этого, из-за несоблюдения норм полива и резкого избытка влаги на полях могут возникать процессы заболачивания, выводящие продуктивные почвы из сельскохозяйственного оборота.

Для защиты почв от эрозии в  настоящее время используется система  научно-организационных, агролесомелиоративных и гидротехнических мероприятий. Основные виды борьбы с водной эрозией заключаются в максимальном снижении величины поверхностного стока и перевода его в подземный за счет почвозащитных севооборотов при соотношении посевов многолетних трав и однолетних культур 1:2, глубоком поперечном бороздовании склонов, лунковании почвы, внедрении лесонасаждений. Гидротехнические меры борьбы с водной эрозией включают в себя строительство прудов и водоемов для уменьшения величины талого стока. В зависимости от степени смытости почвы все сельскохозяйственные земли разделяются на девять категорий. К первой из них отнесены земли, не подверженные эрозии, к девятой -- непригодные земли для земледелия. Для каждой из категорий земель (кроме девятой) рекомендована своя противоэрозионная система земледелия.

Гигиена почвы. Роль почвы в обмене веществ

Почва в городах и прочих населенных пунктах и их окрестностях уже давно отличается от природной, биологически ценной почвы, играющей важную роль в поддержании экологического равновесия. Почва в городах подвержена тем же вредным воздействиям, что  и городской воздух и гидросфера, поэтому повсеместно происходит значительная ее деградация. Гигиене  почвы не уделяется достаточного внимания, хотя ее значение как одного из основных компонентов биосферы (воздух, вода, почва) и биологического фактора  окружающей среды еще более весомое, чем воды, поскольку количество последней (в первую очередь качество подземных  вод) определяется состоянием почвы, и  отделить эти факторы друг от друга  невозможно. Почва обладает способностью биологического самоочищения: в почве  происходит расщепление попавших в  нее отходов и их минерализация; в конечном итоге почва компенсирует за их счет утраченные минеральные  вещества.

Если в результате перегрузки почвы  будет утерян любой из компонентов  ее минерализирующей способности, это неизбежно приведет к нарушению механизма самоочищения и к полной деградации почвы. И, напротив, создание оптимальных условий для самоочищения почвы способствует сохранению экологического равновесия и условий для существования всех живых организмов, в том числе и человека.

Поэтому проблема обезвреживания отходов, оказывающих вредное биологическое  действие, не сводится только к вопросу  их вывоза; она является более сложной  гигиенической проблемой, так как  почва является связующим звеном между водой, воздухом и человеком.

Биологическая взаимосвязь между  почвой и человеком осуществляется главным образом путем обмена веществ. Почва является как бы поставщиком  минеральных веществ, необходимых  для цикла обмена веществ, для  роста растений, потребляемых человеком  и травоядными животными, съедаемыми в свою очередь человеком и  плотоядными животными. Таким образом, почва обеспечивает пищей многих представителей растительного и  животного мира.

Следовательно, ухудшение качества почвы, понижение ее биологической  ценности, способности к самоочищению вызывает биологическую цепную реакцию, которая в случае продолжительного вредного воздействия может привести к самым различным расстройствам  здоровья у населения.

Человек добывает из почвы воду, необходимую  для поддержания процессов обмена веществ и самой жизни. Качество воды зависит от состояния почвы; оно всегда отражает биологическое  состояние данной почвы.

Это в особенности относится  к подземным водам, биологическая  ценность которых существенно определяется свойствами грунтов и почвы, способностью к самоочищению последней, ее фильтрационной способностью, составом ее макрофлоры, микрофауны и т. д.

Прямое влияние почвы на поверхностные  воды уже менее значительно, оно  связано главным образом с  выпадением осадков. Например, после  обильных дождей из почвы смываются  в открытые водоемы (реки, озера) различные  загрязняющие вещества, в том числе  искусственные удобрения (азотные, фосфатные), пестициды, гербициды, в  районах карстовых, трещиноватых отложений  загрязняющие вещества могут проникнуть через щели в глубоко расположенные  подземные воды.

Несоответствующая очистка сточных  вод также может стать причиной вредного биологического действия на почву и в конечном итоге привести к ее деградации. Поэтому охрана почвы в населенных пунктах представляет одно из основных требований охраны окружающей среды в целом.

В связи с изложенным удаление и окончательное обезвреживание твердых отходов представляет весьма существенную, более трудно осуществимую гигиеническую проблему в условиях усиливающейся урбанизации. Необходимо отметить, что гигиеническое состояние почвы в городах в результате ее перегрузки быстро ухудшается, хотя способность почвы к самоочищению является основным гигиеническим требованием для сохранения биологического равновесия. Почва в городах уже не в состоянии справиться без помощи человека со своей задачей. Единственный выход из создавшегося положения -- полное обезвреживание и уничтожение отходов в соответствии с гигиеническими требованиями.                                                        Некоторые токсические соединения рано или поздно попадают в подземные воды, в результате чего нарушается не только биологическое равновесие почвы, но ухудшается и качество подземных вод до такой степени, что их уже нельзя использовать в качестве питьевых.