Реферат: Экология почвы

Проблема, тесно связанная с экологической — нормирование качества возвратной (дренажной) воды, сбрасываемой с полей орошения, содержащих включения минеральных удобрений, гер­бицидов и пестицидов. Она является особенно актуальной для пус­тынной и полупустынной зон России, где водные ресурсы весьма ограничены и существует опасность их истощения.

Экономия воды в орошаемом земледелии является одной из наиболее ответственных задач водного хозяйства страны. Главный путь ее решения: повышение коэффициента полезного действия (к.п.д.) оросительных систем, который меняется в весьма широких пределах. Это означает, что в старых мелиоративных системах на пути от источ­ника водозабора до корнеобитаемого слоя орошаемого поля те­ряется от 65 до 75% воды. Поэтому инженерное переустройство оросительных систем является действенным средством не только экономии воды, но и дальнейшего развития орошаемого земле­делия.

2.2. Осушение почвы

   Осушение по своей принципиальной основе противоположно орошению. Его существо заключается в отводе избыточной влаги за пределы корнеобитаемого слоя растений с целью улучшения водно-теплового режима почвы и повышения ее плодородия. Осу­шению подвергаются переувлажненные земли и болота с целью вовлечения последних в сельскохозяйственное производство. По­этому осушаемые массивы располагаются в зоне избыточного ув­лажнения.

Высокой заболоченностью отличаются равнинные территории с замедленным водообменом и высоким положением уровня грун­товых вод. Много заболоченных земель и болот имеется на Евро­пейском Севере и Северо-Западе (около 60% общей площади). Сильной заболоченностью отличаются Полесье, Мещерская и Кост­ромская  низменности.   Однако центром   мировой  заболо­ченности является Западно-Сибирская низменность площадью в 1,3 млн. кв. км, заболоченность которой составляет около 50%. Болота распространены на территории Якутии, Дальнего Востока. Методы осушения заболоченных земель в принципе мало отли­чаются друг от друга. Основной метод заключается в понижении уровня грунтовых вод с помощью открытого либо закрытого дре­нажа. В настоящее время развитие получил более прогрессивный метод осушения — двустороннее регулирование, когда мелиора­тивная система может использоваться в засушливые периоды — для орошения земель, а во влажные — для отвода избыточных вод через дренажную сеть. Потенциальный фонд для осушения земель в России весьма велик.

Мелиорация земель — активный метод повышения продуктивности земледелия. Наибольший экономический эффект мелиорация земель приносит в том случае, если она проводится в комплексе с хозяйственным освоением земель, включая их химизацию, культур-технические работы и надлежащий уход за посевами. В 70-е годы при быстром росте осушаемых земель в отдельных районах отмечалась тенденция отставания их хозяйственного освоения, что снижало эффективность мелиорации. В отдельных случаях земли переосушивались (Белорусское Полесье). Внедрение мелиоратив­ных систем двустороннего регулирования позволяет проводить ме­лиорацию более эффективно.

Неблагоприятные экологические последствия осушения земель заключаются в их переосушении, вследствие чего снижается уро­вень грунтовых вод в прилегающих территориях и происходит уменьшение величины устойчивого стока в реки, а в ряде случаев на прилегающих территориях наблюдается подсыхание лесов и ис­чезновение влаголюбивой растительности. Вместе с тем, повышен­ная густота открытой осушительной сети может привести к повы­шению весенних максимумов стока на малых реках. На крупных мелиоративных системах наблюдается существенное обеднение рас­тительного и животного мира. Низкое качество осушительной ме­лиорации может привести к вторичному заболачиванию почвы.

     2.3. Применение удобрений. Пестициды

Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся десятки мил­лионов тонн питательных веществ: азота, калия, фосфора, магния, серы и других, которые необходимо компенсировать. Поэтому вне­сение в почву органических и минеральных удобрений является важнейшим средством повышения плодородия почв.

Каж­дый рубль затрат на минеральные удобрения приводит к возраста­нию окупаемости, оцениваемой для различных видов сельскохозяй­ственной продукции от 2 до 5 руб. Особенно эффективно применение удобрений в южных районах страны при выращивании хлопка, сахарной свеклы, плодов, овощей. В этих условиях затраты на вне­сение удобрений окупаются в течение года. Данные о повышении урожайности приводятся в табл. 1.

Таблица 1

Повышение урожайности от внесения в почву минеральных удобрений в пересчете на 100% содержания питательных веществ

Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях обычно выражают в процентах азота, фосфора и калия. В России из фосфорных удобрений широко применяют двойной суперфосфат (до 50% P2O5), из азотных—карбамид (42—46% N), жидкий ам­миак (82,3% N), из калийных удобрений — хлористый калий (50—62% Ка2О), из комплексных удобрений — аммофос (10— 11% N + 46—48% Р2О5), нитроаммофос (21—22% N +21— 22% Р2О5), а также новые виды комплексных удобрений.

При сбалансированном использовании минеральных удобрений каждый рубль на их производство обеспечивает прибавку урожая на 10 руб. Это достигается при соотношении азота, фосфора и ка­лия в удобрениях 1:1,1: 0,8. Между тем, структура производства минеральных удобрений пока не соответствует этому соотношению. С улучшением структуры производства и использованием мине­ральных удобрений должен значительно увеличиться урожай.

Химикаты в земледелии применяются при защите растений от действия вредителей, сокращении потерь урожая при его транспор­тировке и хранении. Потери урожая от действия вредителей в ми­ре приводятся в табл. 2.

Эксперты ООН   оценивают ежегодные   потери урожая в 75 млрд. долл., которые складываются из потерь от вредителей (30 млрд. долл.), от болезней растений (25 млрд. долл.) и действия сорняков (20 млрд. долл.). Потери биологического урожая от дей­ствия вредителей для различных культур составляют 30—50%. Осо­бенно велики потери биологического урожая для хлопка, карто­феля, фруктов и винограда. Необходимость применения пестицидов — химических средств защиты от действия сорняков, вредных насекомых, клещей, болезнетворных грибков вызывается “биоло­гическим взрывом” разнообразных вредителей в мире. (Нашествие колорадского жука в США и Европе, гессенской мухи в США, крыс в тропическом поясе и т.д.). Сельскому хозяйству приносят ущерб около 8 тыс. различных грибков, 10 тыс. насекомых, около 2 тыс.червей.

Таблица 2

Годовые потери сельскохозяйственных продуктов в мире от действия вредителей

Пестициды по воздействию на вредителей делятся на следую­щие группы: гербициды — средство уничтожения сорняков, инсек­тициды—средство для борьбы с вредными насекомыми, нематоциды — для уничтожения червей, фунгициды — для борьбы с гриб­ковыми и вирусными заболеваниями, бактерициды — для унич­тожения возбудителей болезней, дефолианты — средство для уда­ления листвы. К классу пестицидов относят и ростовые вещества, используемые для ускорения либо торможения роста некоторых растений.

Пестициды широко используются в сельском хозяйстве. По мнению зарубеж­ных исследователей, применение пестицидов позволяет сберечь 50% урожая хлопка, картофеля, фруктов, увеличить на 25% про­изводство мяса, молока и шерсти.

Защита растений позволяет потенциально сохранить 15 млн. т зер­на, 10 млн. т сахарной свеклы, 1,4 млн. т хлопка, 10 млн. т ово­щей. Принося, как и удобрения, огромную пользу сельскому хозяй­ству, пестициды вызывают нежелательные вторичные экологиче­ские последствия: гибель некоторых видов полезных растений, насекомых (муравьев, пчел и др.). Некоторые виды их (например, ДДТ) оказывали вредное воздействие на животный мир и здо­ровье человека.

В 90-е годы в нашей стране стали широко применяться биологические методы защиты растений, не оказывающие вредных воздействий на здоровье человека и окружающую среду. Они де­шевы и высокоэффективны, поэтому перспективны. Внесение минеральных удобрений приводит к их вымыванию из поверхностных горизонтов почвы. Особенно опасны соединения фосфора, обычно попадающие в водоемы в связанном виде вместе с частицами почвы и способные мигрировать на большие расстоя­ния. При многолетнем применении больших доз фосфорных удоб­рений, в особенности туков двойного суперфосфата, в почве могут накапливаться элементы, обладающие повышенной токсичностью. Внесение повышенных доз калийных удобрений может приводить к изменению соотношения между калием и натрием в пастбищном корме, которое вызывает заболевания скота.

Повышение дозы нитратов в воде неблагоприятно отражается на живых организмах, так как под действием кишечных бактерии они переводятся в нитриты, обладающие повышенной токсично­стью. Азот мигрирует обычно в составе водных растворов, прони­кая в состав как поверхностных, так и подземных вод. Миграция соединений фосфора вместе с азотом, создавая питательную среду для сине-зеленых водорослей и высшей водной растительности, вызывает эвтрофикацию водоемов — загрязнение водоемов биогенными элементами, приводящее к резкому ухудшению кислород­ного режима водоема и снижению качества воды и, как следствие, к вымиранию рыб. Вода таких водоемов становится непригодной к употреблению в пищу. За последние годы эвтрофикация водоемов получила широкое распространение, особенно в Западной Европе, Японии и США. Поэтому при применении химикатов необходимо принимать меры по предупреждению отрицательных экологических последствий. Одной из таких мер является внедрение капсулированных удобрений в водозащитной оболочке.

3. ЭРОЗИЯ ПОЧВ (ВОДНАЯ И ВЕТРЕНАЯ) И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НЕЮ [1, с. 22]

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. Водная и ветровая эрозии, вызывая истощение почвенных ресур­сов, являются опасным экологическим фактором.

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.

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). Показатели смыва почвы изменяются для раз­личных пахотных угодий в весьма широких пределах. Для южных черноземов показатели смыва почв (т/га) меняются от 21,7 (зяблевая вспашка вдоль склона), 14,9 (то же поперек склона) до 0,2 (многолетняя залежь). Интенсивность эрозии в современную эпоху порождена прямыми либо косвенными последствиями антропогенного происхождения. К первым следует отнести широкую распашку земель в эрозионно-опасных районах, особенно в аридной либо семиаридной зонах. Такое явление типично для большинства раз­вивающихся стран.

     Однако интенсивность эрозии возросла и в развитых странах, в том числе во Франции, Италии, ФРГ, Греции. Эрозионно-опасными считаются некоторые районы Нечерноземной зоны РСФСР, поскольку серые лесные почвы очень подвержены размыву. Эрозия имеет место и на переувлажненных орошаемых массивах.

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. Отмечается, что она может прояв­ляться на участках со сложным рельефом неодинаково: на склонах северных экспозиций преобладает водная эрозия, на южных с ветроударным эффектом — ветровая. Одновременное развитие водной и ветровой эрозий может вызывать особенно большие нарушения почвенного покрова.

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. Граница пыльных бурь проходит южнее линии Балта — Кременчуг — Полтава — Харьков — Балашов  — Куйбышев — Уфа — Новотроицк.

Почвозащитная система земледелия, разработанная в Казах­стане, нашла широкое распространение. Ее основой является пе­реход от отвальной обработки почвы с помощью плуга к безотвальной с применением орудий плоскорезного типа, сохраняющих стерню и растительные остатки на поверхности почвы, а на почвах легкого механического состава — введение почвозащитных севооборотов с полосным размещением однолетних культур и многолет­них трав. Благодаря почвозащитной системе земледелия обеспечивается не только защита почв от ветровой эрозии, но и более эф­фективное использование атмосферных осадков. При плоскорезной обработке почва промерзает на меньшую глубину и весенний поверхностный сток используется для увлажнения поверхностных горизонтов почвы, в результате чего снижается губительное воз­действие засух па урожай зерновых культур в самые засушливые годы. Эрозия почвы может причинять как прямой ущерб — за счет уменьшения плодородия почвы, так и косвенный — за счет пере­вода одних ценных пахотных угодий в другие, менее ценные (на­пример лесные полосы либо луга). Только для агролесомелиоративных мероприятий защиты почв от эрозии, в которой нуждаются многие миллионы гектаров пашни, необходимо под лесопосадки использовать около 2,6% этой площади.

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 соотноше­ние 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.

4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ

4.1. Кислотные дожди

Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO2) и окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы [4, с. 91]. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O —> H2CO3). [5, с. 423-424] Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.

В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус ввел в обращение два термина - кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, котoрые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н+). Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН-). Термин рН используют в качестве показателя кислотности воды. "Термин рН значит в переводе с английского "показатель степени концентрации ионов водорода". [5, с. 428]

Значение рН измеряется на шкале от 0 до 14. В воде и водных растворах присутствуют как ионы водорода(Н+), так и гидроксид-ионы (ОН-). Когда концентрация ионов водорода (Н+) в воде или растворе равна концентрации гидроксид-ионов (ОН-) в том же растворе, то такой раствор является нейтральным. Значение рН нейтрального раствора равняются 7 (на шкале от 0 до 14). Как вы уже знаете, при растворении кислот в воде повышается концентрация свободных ионов водорода (Н+). Они то и повышают кислотность воды или, иными словами, рН воды. При этом, с повышением концентрации ионов водорода (Н+) понижается концентрация гидроксид-ионов (ОН-). Те растворы, значение рН которых на приведенной шкале находится в пределах от 0 до <7, называются кислыми. Когда в воду попадают щелочи, то в воде повышается концентрация гидроксид-ионов (ОН-). При этом в растворе понижается концентрация ионов водорода (Н+). Растворы, значение рН которых находится в пределах от >7 до 14, называются щелочными.

Следует обратить внимание еще на одну особенность шкалы рН. Каждая последующая ступенька на шкале рН говорит о десятикратном уменьшении концентрации ионов водорода (Н+) (и, соответственно, кислотности) в растворе и увеличении концентрации гидроксид-ионов (ОН-). Например, кислотность вещества со значением рН4 в десять раз выше кислотности вещества со значением рН5, в сто раз выше, чем кислотность вещества со значением рН6 и в сто тысяч раз выше, чем кислотность вещества со значением рН9.

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными оксидами азота (NOх). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются в США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей Югославии и еще во многих странах земного шара.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон - крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв [4, с. 94].

Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца еще не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности приводят к деградации лесов [4, с. 101].

Страницы: 1, 2, 3, 4