Антропогенное воздействие на наземные экосистемы

Воздействие на литосферу. Экологические последствия горнопромышленной деятельности. Воздействие на биосферу физических факторов. Энергопотребление и биосфера. Экологическое воздействие транспортных систем. Экологическая обстановка в городских агломерациях и промышленных центрах. Экологические последствия военных действий.

Воздействие на литосферу

Человек интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой оболочки Земли, это воздействие чаще всего приходится на верхний плодородный слой литосферы — почву, благодаря которой человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания. Плодородные земли относятся к условно возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, формирования плодородного слоя, достаточного для сельскохозяйственного использования, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет.

При нормальных природных условиях 1 см толщины плодородной почвы образуется за 125—400 лет. Процесс значительно ускоряется при оптимальной агротехнике, но даже в этих условиях для создания 1 см плодородного слоя требуется не менее 40 лет. На нашей планете в качестве пашни обрабатывается около 10% суши. В начале нового тысячелетия человечество, вероятно, приблизится к полной реализации всех потенциальных земельных ресурсов. Почти вся площадь, используемая под сельскохозяйственные культуры, освоена с давних времен. Несмотря на огромные усилия человечества, рост площадей возделываемых земель низок и обеспеченность ими на душу населения постоянно снижается^[1].

Стремясь повысить урожаи выращиваемых культур, человек широко применяет удобрения, пестициды, строит оросительные и осушительные системы. При этом вносятся существенные антропогенные помехи в биогеохимические круговороты биогенных элементов.

Основное условие формирования высоких урожаев — наличие в почве питательных элементов в доступных формах и в должном соотношении. Основными биогенными элементами являются углерод, азот, фосфор, калий и т. д. (вернее их соединения). Естественные биоценозы — это устойчивые саморегулирующиеся системы, тогда как агробиоценозы — это системы с разрушенными обратными связями, которые могут существовать только при целенаправленной регулирующей деятельности человека¹.

Агроэкосистемы (или агробиоценозы) создаются человеком для получения высоких урожаев, и поэтому их продуктивность выше биологической продуктивности природных биогеоценозов, хотя в значительной степени зависит от экономических и технических возможностей человека. Кроме того, при создании агроэкосистемы человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается прежде всего в ее упрощении. Зачастую человек создает сильно упрощенную монокультурную систему с господством популяций одного вида растений или животных. Примерами таких монокультурных систем являются посадка хлопчатника, риса, чайного куста, винограда.

В природных экосистемах первичная растительная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ, тогда как в агроэкосистемах урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на откорм скоту. Таким образом, в агроэкосистеме происходит удаление чистой растительной продукции, которая не поступает в цепи питания биоценоза, а следовательно, наблюдается разрыв круговорота веществ в данном биогеоценозе.

Поскольку культивируемые человеком виды растений и животных созданы за счет искусственного отбора, направленного в основном на увеличение продуктивности, то такие виды неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами. Агроэкосистемы крайне неустойчивы и неспособны к саморегуляции, поэтому они не могут существовать без поддержки человека^[2][3].

Интенсификация сельскохозяйственной деятельности человека, и прежде всего химизация, вызывает изменения в устоявшихся процессах превращения веществ и энергии в природе. Значительные потери веществ, например азота, происходят в результате их улетучивания из почвы и вымывания. Обогащение биосферы азотом за счет удобрений опасно, так как это ведет к накоплению токсичных азотсодержащих органических соединений.

Для земледелия особенно важен баланс фосфора в экологических системах. Фосфор — важнейший биогенный элемент, и его дефицит резко снижает продуктивность растений. Потери фосфора в экосистемах происходят в результате изъятия его с урожаем и за счет эрозии почвы. Подкисление почв, вызываемое выпадением кислотных осадков, переводит фосфор в формы, недоступные для растений. Высокое естественное содержание калия в почвах обычно не лимитирует урожаи, однако в ряде природных зон повышенные дозы азота и фосфора на сельскохозяйственных угодьях приводят к отрицательному балансу калия^[4].

Сегодня человечество уже не может использовать экстенсивный путь развития сельского хозяйства, в то же время интенсивный путь, основанный на поддержании и повышении плодородия почв, связан с обязательным применением удобрений.

Механизация сельскохозяйственных работ негативно влияет на плотность почвы, в особенности в условиях орошения. В отечественном земледелии принята технология раздельного проведения вспашки, внесения удобрений, посева, боронования, междурядных обработок и т. п. Поэтому практически все типы тракторов, включая тяжелые (МТЗ-82, 150 М и др.), многократно проходят по полю, уплотняя почву на глубину от 0,3 до 1,2 м, особенно рыхлую и увлажненную. Уплотнение усиливается при буксовании, вибрации двигателей, высоком давлении в шинах, при узких расстояниях между опорами ходовых систем и т. д. Поле, укатанное колесами тракторов, покрывается колеями глубиной 25—30 см, после обработок здесь образуются глыбы. При этом самые плодородные почвы теряют свою структуру: деформируются, исчезают поры. Предельно допустимая величина плотности черноземов в пахотном слое (0—20 см) составляет 1,3 г/см³. Однако после десяти проходов трактора по одной колее она возрастает до 1,4—1,45 г/см³ (трактор Т-150К), 1,37—1,38 г/см³ (Т-74) и 1,36—1,42 г/см³ (трактор МТЗ-52)¹.

В определенных условиях тракторы способны уплотнять пахотный слой черноземов до 1,5 г/см³, причем общее возрастание плотности прослеживается до глубины 60—70 см. Это приводит к возрастанию твердости и ухудшению структуры почв. Их водопроницаемость снижается в 1,5—4,0 раза, резко возрастает эрозия, а урожайность сельскохозяйственных культур существенно снижается: зерновых — на 10—40%, зеленой массы кукурузы — на 8—40%^[5][6].

Однако при нарушении технологии использования удобрений их неблагоприятное воздействие на окружающую природную среду многосторонне сказывается на различных компонентах биосферы. При этом может происходить:

• • нарушение круговорота и баланса питательных веществ, снижение плодородия почв;
• • снижение урожаев сельскохозяйственных культур и качества продуктов;
• • развитие грибковых и других заболеваний растений, рост сорняков из-за нарушения соотношения макрои микроэлементов в почве;
• • попадание питательных элементов удобрений и почвы со стоками в грунтовые воды, а далее в поверхностные водоемы, что вызывает их эвтрофикацию;
• • проникновение в стратосферу оксидов азота, образующихся при денитрификации (восстановлении нитратов до газообразных оксидов и молекулярного азота) азотных соединений почвы и удобрений, способствует разрушению озонового слоя.

Одним из видов антропогенного воздействия на почву является усиление (з'скорение) процессов водной и ветровой эрозии. Эрозия — процесс разрушения и переотложения почвенных частиц воздушными или водными потоками. Эрозия почвы происходит и в естественных условиях, однако она значительно ускоряется вследствие антропогенного воздействия на экосистемы, выражающегося в чрезмерной и неправильной распашке земли, в том числе без учета рельефа, сведения лесов, отсутствия противоэрозионных агрохимических мероприятий.

В зависимости от причин возникновения этого процесса различают ветровую, водную и техногенную эрозию. Водная эрозия может быть плоскостной, при которой разрушается поверхностный слой почвы, и линейной, вызывающей процесс разрушения почвенного профиля в глубину и иочвообразующих пород. Борьбе с эрозией почв способствует безотвальная обработка земли, контурная и полосная вспашки, террасирование, создание ветрозащитных полос¹.

Ущерб плодородию почв наносят ливневые осадки и паводки, ненормированный выпас скота, распашка целинных и залежных земель, проводимая без учета возможной эрозии. В сельском хозяйстве США площадь нарушенных земель составляет около 40% всей пашни. За год с сельскохозяйственных угодий только вода уносит почти 3 млрд т плодородной земли. Большая часть унесенного слоя оседает в реках, озерах и искусственных водоемах, что наносит ущерб водным биоценозам. Большие территории ранее плодородных целинных земель, освоенные под пашню, становятся бесплодными из-за неправильной обработки. Оставаясь лишенными на длительное время какой-либо растительности, эти земли оголены ветрами, унесшими верхний гумусовый слой. Превратились в пустыню обработанные в 30-х гг. XX в. большие территории в Техасе (США), часть целинных земель Казахстана.

Африка и Южная Америка — материки, где население не может обеспечить себя продовольствием, но и размеры обрабатываемых земель в этих регионах составляют соответственно 6 и 8%. Помимо широкого распространения пустынь, полупустынь и трудностей освоения влажных тропических лесов, этому препятствует низкий экономический и социальный уровень развития государств, расположенных в данных регионах.

По оценке, проведенной по заданию ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН), первоклассные земли, способные давать высокие урожаи по 2—3 раза в год, занимают всего 400 млн га. Земли второго класса, урожайность культур на которых составляет 40—60% от урожайности первоклассных, — 500 млн га, а земли третьего класса с урожайностью, не превышающей 20—40% от урожайности культур на первоклассных землях, — 1500 млн га. Продукция, полученная на землях третьего класса, неконкурентоспособна на мировом рынке и используется только местным населением. Подсчитано, что из-за нерационального использования человечеством уже потеряно около 1500 млн га земель. Ежегодно выбывают из сельскохозяйственного использования:

• • 8 млн га — за счет застройки населенными пунктами, транспортными магистралями, горными разработками и пр.;
• • 3 млн га — за счет ускоренной эрозии;
• • 2 млн га — за счет опустынивания и ускоренного иссушения;
• • 2 млн га — за счет вторичного засоления или аккумуляции токсичных соединений.

В большинстве стран мира плодородный слой почвы постепенно переходит из категории потенциально возобновимого в категорию невозобновимого ресурса, который быстро истощается. Почва — незаменимая основа сельского хозяйства, источник топлива и других материалов. Проблема расширения площади мировой пашни упирается в необходимость вложения значительных средств для проведения мелиорации, а меры, направленные на получение дополнительного продовольствия, становятся серьезной социально-экономической проблемой^[7][8].

Усилению эрозии почвы, обмелению рек и озер способствует вырубка лесов. Средняя скорость сведения лесов в Юго-Восточной Азии составляет 7,1 млн га/год, в США — 2,8 млн га/год. Так, на северо-востоке Индии у отрогов Гималаев расположено местечко Черапунджи, где ежегодный уровень выпадения осадков составляет до 9150 мм. Ныне над этим «влажным царством» нависла угроза недостатка влаги и даже превращения его в пустыню. Причина — активная вырубка лесов, продолжающаяся уже 25 лет. В результате сведения лесов почва, лишенная растительного покрова, слабо поглощает осадки, и в сезон дождей плодородный слой легко вымывается. Известняки, наиболее распространенная в Черапунджи геологическая порода, оголяются и подвергаются растворению кислыми дождями. В результате образуются карстовые провалы, активно поглощающие воду¹.

Только Азия теряет более 2,2 млн га лесов в год. Латинская Америка и Карибы — 1,9 млн га, Африка — более 1,9 млн га. Более 6,1 млн га лиственных лесов исчезает ежегодно. Печальный список возглавляет Латинская Америка и Карибы, которые теряют более 3,2 млн га ежегодно. Более 1,8 млн га сухих лиственных лесов исчезают ежегодно, 40% этих потерь приходится на Судан, Парагвай, Бразилию и Индию. Леса, растущие в пустынных районах, теряют более 82 тыс. га, 60% которых приходится на Мексику и Пакистан. Ежегодно исчезает 2,5 млн га лесов, которые растут в горах, 640 тыс. га из них теряет Бразилия, 370 тыс. га Мексика и 150 тыс. га Индонезия^[9][10].

В ряде стран сокращение земель, используемых в сельском хозяйстве, происходит из-за чрезмерного выпаса скота: в Аргентине и Чили из-за этого выведено из использования свыше 100 млн га некогда обрабатываемых земель. Выпас скота привел в негодность пастбища и способствует продвижению пустынь в Ираке, Сирии, Индии.

Земельные ресурсы России в настоящее время составляют 1,7 млрд га, но сельскохозяйственные угодья занимают всего лишь 222,1 млн га, в том числе пашни — 132,2 млн га. Состояние сельскохозяйственных угодий РФ далеко не удовлетворительное. Из них около 124 млн га, в том числе 82,5 млн га пашни, подвержено эрозии и дефляции (выдуванию), переувлажнено и заболочено — 26, закислено — 73, засолено и осолонцовано — 40, загрязнено отходами производства — 62, в том числе загрязнено радиоактивными отходами — 5, находятся в процессе опустынивания — 9, заросло мелколесьем и кустарником — 3, нуждается в рекультивации — 2,3 млн га. При этом процессы деградации сельскохозяйственных земель продолжаются: ежегодно переходят в разряд эродированных до 0,5 млн га, зарастают кустарником и мелколесьем 0,2 млн га, находятся в процессе опустынивания 50—60 тыс. га. Ресурсы сельскохозяйственных угодий убывают и за счет отчуждения под строительство городов и поселков, горнодобывающих и других промышленных предприятий, прокладки коммуникаций. Площадь пашни, приходящаяся надушу населения в России, неуклонно снижается, а валовые сборы основных сельскохозяйственных культур падают. Почвы, вековое богатство России, буквально горяту нас под ногами^[11].

Значительно снижает плодородие почв их засоление — повышение содержания легкорастворимых солей. Оно может быть вызвано, например, привнесением солей грунтовыми и поверхностными водами. Наиболее часто засоление вызывается нерациональной системой орошения земель. Почвы считаются засоленными при содержании в них более 0,1% по массе солей, токсичных для растений. Высок процент засоления почв районов древнего орошаемого земледелия: в долине Нила засолено более 80% земель, в долине реки Инд — около 67%. Засолению почвы на больших площадях способствует строительство водохранилищ, вызывающее повышение уровня грунтовых вод.

Даже при невысокой (около 0,5 г/л) минерализации оросительной воды в метровую толщу почвогрунтов ежегодно может поступать 2,5—5,0 т/га солей. Между тем вода со степенью «минерализовано не выше 1 г/л» считается пресной и вполне пригодной для орошения. Однако вследствие недостатка воды в районах массового орошения используются и так называемые воды местного стока (воды малых рек, лиманов, прудов, сточные воды, воды шахтного отлива и т. п.), которые в большинстве случаев относятся к слабоминерализованным (2—4 г/л). Все эти воды — быстрее или медленнее — вызывают вторичное засоление почв.

Опасность вторичного засоления зависит прежде всего от концентрации солей в поливных водах, хотя необходимо принимать во внимание поливные нормы, уровень грунтовых вод и т. п. Воду, содержащую не более 0,4 г/л растворимых солей, можно использовать для орошения в любом случае. Если вода содержит от 0,4 до 1,0 г/л солей, то решать вопрос о ее применении можно только после полного анализа природных и сельскохозяйственных условий, т. е. применять лишь при благоприятной обстановке (наличие дренажа, глубокое залегание грунтовых вод, незасоленные почвогрунты). Если вода содержит более 1 г/л растворенных солей, она засоляет почву.

Другой причиной вторичного засоления почв являются переиоливы. Избыточная влага, не использованная растениями, фильтруется сквозь толщу почвогрунтов и повышает уровень грунтовых вод. В жаркий период минерализованные грунтовые воды подтягиваются к дневной поверхности и испаряются, оставляя содержащиеся в них соли в корнеобитаемом слое почвы¹.

• [1] См.: Николайкии II. Я., Николайкина II. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [2] См.: Николайкин Н. И., Николайкина Н. ?., Мелехова О. II. Экология.
• [3] См.: Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология.
• [4] См.: Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Указ. соч.
• [5] См.: Чернова Н. М., Былова А. М. Общая экология.
• [6] См.: Петров К. М. Геоэкология: основы природопользования.
• [7] См.: Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [8] См.: Там же.
• [9] См.: Николайкин Н. И., Николайкина Н. ?., Мелехова О. 11. Экология.
• [10] См.: Данилов-Данильян В. И., Лосев К. С. Экологический вызов и устойчивое развитие.
• [11] См.: Николайкин II. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Указ. соч.