СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ учебник

воды или ветром. При этом разрушается самый плодородный верхний слой почвы. Для создания этого слоя мощностью 18 см природа затратила примерно 1400-7000 лет, так как почвообразование идет очень медленно

(0,5-2 см в 100 лет).

Большой вред землям причиняют овраги. Они врезаются в поля, нарушая их конфигурацию, затрудняя применение машин, сокращая пахотные земли.

Рост оврагов и смыв почв, как правило, прямое следствие бесхозяйственного обращения с землей.

Различают ветровую и водную эрозию. Выдувание почв, снос ее и переотложение ветром называют ветровой эрозией. На развитие ветровой эрозии влияют: ветер, рельеф, характер поверхности почв, величина и форма участка почвы, подвергающегося ветровой эрозии, его расположение по отношению к дующим ветрам, характер и состояние окружающих полей, почва и ее свойства, температура, влажность.

Ветровую эрозию делят на два подтипа - пыльные или черные бури и местные или повседневные эрозии.

Пыльные бури возникают при сильных ветрах, передвигающих мелкие почвенные частицы во взвешенном состоянии в воздушном потоке. Они уничтожают посевы, сносят верхний слой почвы, загрязняют окружающую среду. Типичные пыльные бури проявляются при сильных ветрах в виде смерчей, столбов пыли, в виде поземок. Обычно ветер далеко не уносит поднятые частички. При поземке ветер не поднимает мелких частиц почвы выше роста человека, а тяжелые частицы перекатывает по поверхности земли, часто повреждая всходы сельскохозяйственных культур. Этот вид эрозии распространен на рыхлых почвах, где песчинки из-за малой связности передвигаются даже при слабых ветрах.

Ветровую эрозию можно наблюдать даже зимой на выпуклых склонах, где обнаженная почва, лишенная снежного покрова, быстро теряет влагу и разрушается ветром. При этом образуются сугробы из смеси снега и почвы. Наиболее опасны голые сыпучие пески, которые не могут быть использованы в сельском хозяйстве. Они заносят леса, сады дороги, водоемы, населенные пункты. Обычно развевание песков ветром происходит после уничтожения на них растительности, при вырубке лесов. Из других причин надо отметить чрезмерный выпас скота и неправильую организацию сельскохозяйственного использования пахотных площадей на песчаных почвах. Для примера приведем катастрофу,

произошедшую 12 мая 1934 года в штатах Техас, Канзас и Оклахома в США. Ветер необычной силы сорвал почву на площади в млн га, поднимая в воздух облака земельной пыли. 25-тисантиметровый слой плодородной почвы за несколько часов был рассеян в пространстве на тысячи км к востоку и западу и на 3 тысячи метров в высоту. Через несколько часов небо над отдаленными Нью-Йорком и Вашингтоном было закрыто земляной тучей.

Следствие катастрофы – распахивание плодородной земли, где паслись бизоны, и выращивание на ней монокультуры. В засушливые годы почва, лишенная растительности, превратилась в пыль и первый же порыв ветра сорвал ее с места.

Борьба с эрозией должна проводится строго дифференцированно, систематически и комплексно, включая организационные, агротехнические, аэробиологические, агрохимические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия.

Агротехнические мероприятия. На пахотных землях главная задача по борьбе с эрозией — это водозадержание и регулирование поверхностного стока. Агротехническими правилами обработки земли запрещается вспашка вдоль склона горы, если он составляет с линией горизонта угол свыше 6-100. На таких склонах пахать можно только в горизонтальном направлении. Благодаря этому каждая борозда поглощает дождевые и снеговые воды и тем самым препятствует смыву мелких и наиболее плодородных частиц почвы.

На склонах, подверженных водной эрозии, необходимо практиковать полосное земледелие, при котором полосы, отведенные под сельскохозяйственные культуры, чередуются с полосами, засаженными кустарниками, древесными породами, травами. Эти зеленые полосы поглощают воды, стекающие со склонов.

Большую роль в борьбе с эрозией почв играет снегозадержание, регулирующее накопление и таяние снега. Почва под обильным снеговым покровом меньше промерзает и ранней весной лучше поглощает и удерживает обильные талые воды. Тем самым уменьшается разрушительное действие этих вод.

Агробиологические мероприятия. Самыми лучшими защит-

никами почвы являются растения. Травы скрепляют почву корнями и препятствуют ее размыванию, деревья прикрывают почву от ветра и защищают ее от размыва водой, так как под деревьями почва впитывает воду лучше, чем на полях. Деревья помогают останавливать рост овра-

гов. Вода, проникающая в глубину почвы, питает потом реки, ручьи, озера, ключи.

Агрохимические мероприятия. Внесение удобрений - мощный фактор повышения плодородия смытых почв. Особенно отзывчивы эродируемые почвы на внесение органических удобрений: навоза, торфа, компоста, птичьего помета. Удобрения улучшают свойства почвы, а это способствует устойчивости почв против эрозии. Зеленые удобрения

— хорошее средство обогащения почв органическим веществом и улучшения ее свойств. Для этой цели используют люпин, вику, бобы. Это самая дешевая и доступная форма быстрого обогащения почв азотом. После такого агрохимического приема можно переходить к выращиванию более требовательных культур. Минеральные удобрения способствуют лучшему развитию надземной массы и мощной корневой системы, которые задерживают выпадающие осадки и прекращают поверхностный сток. В борьбе с эрозией большую роль играет и севооборот.

Лесомелеоративные мероприятия. Лес - мощное средство борьбы с эрозией. Лесные полосы регулируют водный режим почвы, защищают растущие на полях культуры от ветров. Лесная подстилка уменьшает глубину промерзания почвы и увеличивает водопоглащение. Сплошное лесоразведение требуется на бедных, малопроизводительных песках. На более плодородных песчаных почвах целесообразно практиковать полосное лесоразведение. Для борьбы с оврагами создаются специальные овражно-балочные лесные насаждения.

Гидротехнические мероприятия. Предназначены для защи-

ты склонов от смыва и размыва. Наиболее доступные простейшие гидротехнические сооружения из местных материалов (хвороста, древесины, камня) - это запруды, плетни, перемычки, перепады.

Организационные мероприятия. В первую очередь ставят перед собой задачу правильно организовать территорию. Необходимо изучить рельеф почвы, растительность, характер сельскохозяйственных угодий. При организации территории важно правильно разместить различные угодья, лесные насаждения, организовать правильный севооборот, чтобы предотвратить дальнейшее развитие эрозии.

Деградация и рекультивация почв.

Деградация почв это постоянное ухудшение свойства почвы, которое выражается уменьшением содержания гумуса, разрушением структуры и в итоге снижением плодородия.

Деградация почв вызывается не только эрозией. Основными факторами деградации почв являются: эрозия, чрезмерный выпас скота, неправильная агротехника, загрязнение токсикантами, пестициды, кислотные дожди, орошение и осушение, открытая разработка полезных ископаемых.

Непрерывная интенсификация сельского хозяйства не только нарушает круговорот веществ в современных агросистемах, но при повсеместном широком использовании химических удобрений ведет также к необратимому загрязнению культивируемых земель. Из почвы вместе с урожаем человек изымает определенное количество химических элементов, необходимых для питания растений: азот, фосфор, калий, серу, кальций, магний и др. Нехватка элементов компенсируется внесением удобрений. Используемые удобрения, как правило, неочищенные, поэтому вместе с ними в почву попадают многие токсичные химические элементы и их соединения. Как известно, мышьяк, свинец и др. токсиканты накапливаются в почве (обычно в слое 10-12 см) и могут находиться там многие десятилетия. Аккумулируясь в почве, токсические вещества, произведенные человеком, передаются по пищевым цепям биогеоценоза, оказывай губительное действие на все живое. Кроме того, избыток в почве азотных удобрений приводит к насыщению овощей нитратами, которые вызывают тяжелое заболевание — метгемоглобинию (метгемоглобин – форма гемоглобина, в которой железо окислено до трехвалентного и поэтому он не способен переносить кислород к тканям организма).

Мощными загрязнителями почвы являются окислы серы и азота, которые попадают в почву с осадками, повышают ее кислотность и тем самым снижают плодородие.

Огромный вред почве и биоценозам наносится применением пестицидов — это неорганические вещества, многие из которых содержат соли меди и арсениды. Использование пестицидов отрицательно влияет на экосистемы и здоровье человека, т.к. многие пестициды обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. Опасность пестицидов еще и в том, что они распространяются далеко за пределы тех агросистем, где они применяются. Пестициды делятся на следующие группы :

Инсектициды - предназначены для уничтожения насекомых. Фунгициды - используются для борьбы с фитопатогенными

грибками и бактериями.

Гербициды - используются для уничтожения сорняков,

Родентициды — служат для уничтожения грызунов, Нематоциды - предназначены для уничтожения нематод — пара-

зитов растений и животных.

Рекультивация земель — это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды,

Рекультивация делится на два этапа : горнотехнический и биологический. Горнотехнический включает подготовку территорий (планировка, формирование откосов, снятие и нанесение почвенного слоя, создание подъездных путей). Биологический этап - восстановление плодородия почв путем посадки древесных пород или выращивания с- х культур, соблюдая определенную последовательность — раньше культивируют малотребовательные культуры с большой растительной массой, а по восстановлении плодородия почвы - остальные.

Самоочищение почвы.

Попавшие в почву со сточными водами или твердыми отбросами органические вещества, содержащие белки, жиры, углеводы и продукты их обмена, подвергаются распаду вплоть до образования неорганических веществ – процесс минерализации. Благодаря ему недоступные или малодоступные для корневой системы органические вещества переходят в усвояемую форму и таким образом обеспечивают плодородие почвы. С другой стороны перевод органических соединений в минеральные связан с очищением почвы и освобождением ее от органических отбросов.

Параллельно в почве происходит процесс синтеза нового сложного органического вещества, получившего название гумуса. Процесс синтеза почвенного вещества называется гумификацией, а оба биохимических процесса (минерализации и гумификации), направленные на восстановление первоначального состояния почвы, получили название процесса самоочищения почвы.

Механизм самоочищения почвы весьма сложен, причем для его развития имеет значение механическая структура почвенного покрова, его химический состав, физические свойства и вся совокупность живых организмов.

Процесс самоочищения почвы начинается с того, что попавшие в почву органические вещества вместе с содержащимися в них бактериями и яйцами гельминтов частично задерживаются, фильтруясь через почву и адсорбируются ею. Под влиянием биохимических, микробиальных и других процессов стоки, проходя через почву, обесцвечиваются, теряют дурной запах, ядовитость и другие свойства, претерпевая радикальные изменения в химическом составе.

Разложение и минерализация органических веществ происходит при деятельном участии микрофлоры почвы, причем этот процесс может протекать аэробно – при обилии кислорода воздуха, необходимого для жизни аэробных бактерий, и анаэробно – без кислорода, с помощью гнилостных бактерий.

Все вещества попадают в микробную клетку путем осмотического всасывания через мельчайшие поры оболочки (мембрану). Эти поры так малы, что большие молекулы (белки, жиры, углеводы) через них не проникают. Поступление их в микробную клетку возможно лишь после превращения в более простые молекулы (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты). Для осуществления такого способа питания в процессе эволюции у микроорганизмов выработалась способность выделять в окружающую среду гидролитические ферменты, которые подготавливают содержащиеся в ней сложные вещества к усвоению микробной клеткой. Ферменты микроорганизмов по характеру действия делятся на две группы: экзоферменты, действующие вне клетки и участвующие в подготовке питательных веществ для усвоения их клеткой; и эндоферменты, действующие внутри клетки для усвоения пищи.

Углеводы, попавшие в почву с отходами или сточными водами, в аэробных условиях благодаря деятельности микроорганизмов подвергаются превращениям, в результате которых происходит синтез гликогена микробной клетки, образуются вода и СО2, выделяется энергия.

Расщепление жиров в почве происходит очень медленно, так как жиры мало подвержены процессам биохимического разрушения. В аэробных условиях этот процесс протекает с образованием липидов микробной клетки и выделением воды, СО2, энергии.

Сложные молекулы белка (пептиды) под влиянием ферментов, выделяемых микроорганизмами, расщепляется до альбуминов и пептонов, а затем до аминокислот. Часть аминокислот используется как

пластический и энергетический материал размножающимися микроорганизмами, а часть подвергается дезаминированию с образованием аммиака, воды и СО2. В аэробных условиях образовавшийся аммиак растворяется в воде, получается гидрооксид аммония. Большая часть аминокислот, образовавшихся из белков отходов при их расщеплении, используется как пластический материал для биосинтеза микроорганизмов. В дальнейшем при отмирании этих микроорганизмов образуется гумус почвы, являющийся ценным питательным веществом для растений. Растительные соединения (клетчатка, лигнин) при разложении в почве также образуют гумус. Гумус не издает зловонного запаха, не привлекает мух и не имеет живых возбудителей инфекций.

Азотсодержащие органические вещества попадают в почву не только в виде белка, но и в виде аминокислот и продуктов белкового обмена, в частности мочевины. Мочевина под влиянием уробактерий и их фермента уреазы гидролизуется и также образуется аммоний. Образовавшийся аммоний в дальнейшем подвергается биохимическому окислению при помощи аэробных бактерий. Этот процесс, получивший название нитрификации, осуществляется в две фазы: в первой фазе аммонийные соли превращаются в азотистые соединения (нитриты) при участии бактерий из рода B. Nitrosomonas, во второй – в азотные соединения (нитраты) под влиянием бактерий из рода B. Nitrobacter. А при взаимодействии нитратов с калием, натрием и другими элементами образуются соли, доступные для усвоения растениями.

Таким образом, азотная кислота в виде минеральных солей (нитратов) является конечным продуктом окисления белковых веществ и продуктов обмена в животном и растительном организмах.

Одновременно с окислительными процессами в почве происходят и восстановительные процессы, то есть денитрификация. В щелочной среде и при широком доступе воздуха восстановительный процесс не идет дальше образования солей азотистой кислоты; в кислой среде и при затрудненном притоке кислорода восстановление идет до аммиака.

Гигиеническое значение денитрификации весьма важно в связи с тем, что этот процесс при работе сооружений по почвенной очистке может стать преобладающим, например, в начальный период эксплуатации орошения. Положительным моментом в этом процессе является то, что при дефиците кислорода воздуха используется кислород нитратов, чем предотвращается загрязнение ими подземных вод. Судь-

ба нитратов, образовавшихся при биохимическом окислении органических веществ, сводится к тому, что часть из них усваивается корнями растений, часть подвергается денитрификации и, наконец, используется для синтетических процессов микроорганизмами.

Если в почве обезвреживание органического вещества сточных вод в основном осуществляется путем биохимических процессов минерализации, нитрификации, денитрификации и лишь незначительно за счет процессов гумификации, то обеззараживание органических веществ из твердых отбросов, осадка сточных вод и активного ила в искусственных сооружениях осуществляется главным образом за счет гумификации при участии термофильных микроорганизмов.

По мере самоочищения почвы от органических загрязнений в ней снижается и общее количество микробов, особенно неспороносных патогенных. Этому способствуют конкуренция со стороны сапрофитов, бактерицидное влияние солнечной радиации, действие бактериофагов и антибиотиков.

В природе многие виды микроорганизмов выполняют весьма важные санитарно-оздоровительные функции. Например, гнилостные микробы являются естественными ―чистильщиками‖ внешней среды. Разлагая трупы животных, погибших от заразных болезней, и вырабатывая продукты гниения, они способствуют отмиранию большинства патогенных микробов.

Некоторые почвенные микроорганизмы продуцируют антибиотические вещества, являющиеся губительными для других видов микробов. Наличие этих веществ способствует относительно быстрой гибели патогенных микробов, попавших в почву. Установлено, что чем больше в почве имеется микроорганизмов, тем быстрее наступает гибель патогенной микрофлоры. Особенно интенсивное санирование почвы происходит в зоне ризосферы растений (ежа сборная, лисохвост, донник, крестоцветные – рапс яровой и озимый, сурепица, масленичная редька и др.), где около корней и особенно из мелких разветвлений почвенные микробы находят для своего развития благоприятную среду. Происходит это от того, что вокруг корней растений в почве скапливаются органические соединения, выделяемые этими растениями, являющиеся питательной средой для почвенной микрофлоры. Там же микробы используют благоприятные для своего размножения корневые волоски и отмершие клетки эпидермиса корней.

Сроки, в течение которых происходит самоочищение почвы, различны и определяются строением почвы (в крупнозернистых почвах процессы самоочищения проходят быстрее), воздушным, водным и тепловым режимами почвы и количеством загрязнений. Нельзя забывать и том, что самоочистительная способность почвы ограничена. Это объясняется тем, что чрезмерное ее загрязнение может вызвать гибель всей полезной почвенной микрофлоры.

Охрана земельных ресурсов.

Рационализация использования и охраны земель во всех отраслях народного хозяйства и у всех видов собственников на землю в перспективе приобретает особую значимость в связи с тем, что в землепользовании страны, наряду с проблемами загрязнения и нарушения почвенного покрова, наблюдается тенденция сокращения площадей сельскохозяйственных угодий, которая сохранится и в период до 2005 г. Для обеспечения устойчивого экономического развития страны землепользование должно осуществляться способами, исключающими деградацию почвенного покрова, снижение плодородия земли и ее загрязнение. В целях рационального использования и охраны земель, а также дальнейшего формирования нормативно-правовой базы землепользования необходимо в перспективе предусмотреть:

-совершенствование земельных отношений по пути развития различных форм собственности на землю;

-развитие автоматизированной системы государственного земельного кадастра, отвечающего международным стандартам, и улучшение системы государственного контроля за использованием и охраной земель;

-соблюдение почвозащитной системы земледелия, включая проведение соответствующих организационных, агротехнических, мелиоративных и других мероприятий по повышению почвенного плодородия;

-улучшение экологического состояния территорий с высокой антропогенной нагрузкой, в том числе уменьшение загрязнения почв выбросами промцентров и автотранспорта, а также токсическими веществами (тяжелыми металлами, пестицидами и т.п.);

-восстановление нарушенных земель путем проведения рекультивационных работ, объемы которых, к сожалению, снижаются из-за недостаточности финансирования (1995 г. – 6,3 тыс. га, 1999 г. – 2,8 тыс. га, 2005 г. – 1,9 тыс. га);

-осуществление на загрязненных радионуклидами землях всего комплекса защитных мер в соответствии с нормативными документами, регламентирующими ведение на них сельского и лесного хозяйства.

7. ЭКОЛОГИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ, ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА

Значение воды для человека и животных.

Большая часть поверхности нашей планеты (около 71%) покрыта Мировым океаном, составляющим 97 % всех поверхностных вод Земли и около половины литосферы (земная кора). Если срезать сушу и заполнить ею дно океанической чаши, то вся планета покроется слоем воды равным приблизительно 3 км.

Все живое на нашей планете состоит на 2/3 из воды. Без воды невозможно существование живых организмов. На организм человека

иживотных вода как важнейший компонент среды обитания оказывает значительное влияние, начиная с периода эмбрионального развития. Вода содержится в пище, в воздухе, в строительных материалах, почве

ит.д. Она может поменять их свойства, качества, что оказывает положительное или отрицательное влияние на организм.

Содержание воды в организме в значительной степени зависит от вида, возраста, пола и типа тканей животных. Так, в организме собак вода составляет 65%, лошадей – 55%, крупного рогатого скота – около 60%, морских свинок и кроликов – 72%, рыб – 80% от массы тела. В наземных растениях содержание воды составляет 50-75%, в водорослях – 95-99%. В организме молодого животного, особенно новорожденного, содержание воды значительно выше, чем у взрослого. В теле новорожденного теленка вода составляет 72%, полуторагодовалого – 61%, взрослого быка – 52%. В организме упитанных животных воды содержится относительно меньше, чем у тощих, т.к. жировая ткань бедна водой. Организм истощенной овцы содержит 60%, а жирной – 46% воды. Содержание воды в эмбрионах животных может достигать 97% их массы. Доля воды в отдельных тканях организма неодинакова. Любопытно, что, несмотря на высокое содержание воды, ткани представляют собой плотную массу. Объясняется это способностью