Использование земельных ресурсов, их деградация

Минеральные и органические удобрения.

Продуктивность современного сельского хозяйства в значительной степени зависит от использования минеральных и органических удобрений. По оценке американских ученых, удельный вес минеральных удобрений в системе мер повышения урожаев достигает 41%, по данным немецких специалистов — 50, а по мнению французских исследователей—даже 50—70%. Мировое производство туков составляет в наши дни 120 млн. т в год.

В нашей стране производство минеральных удобрений в середине XX в. стало значительно расширяться. О росте применения удобрений и их роли в повышении урожайности сельскохозяйственных культур свидетельствует и зарубежный опыт. Необходимость применения минеральных удобрений одновременно с повышением урожайности вызывает загрязнение почв и поверхностных вод биогенными элементами и балластными веществами. Например, при внесении в почву калийного удобрения хлорида калия КС1 вместе с необходимым для растений калием вносится не только бесполезный, но и вредный хлор; при мелиорации солонцовых почв фосфогипсом в почву попадает некоторое количество стронция.

Если балластные соединения хорошо растворимы, они вымываются из почвы и поступают в поверхностные и подземные воды, загрязняя их. Если они малорастворимы, то аккумулируются в почве и при достижении определенной концентрации поступают в растения и далее по трофическим цепям в организмы животных и человека. Иногда содержание балластных веществ может достигать токсичных уровней и стать причиной нарушений здоровья человека. Токсичного уровня может достичь и содержание в почве биогенных элементов, чаще всего азота в форме нитратов, что уже неоднократно служило причиной отравления сельскохозяйственными продуктами.

Таблица 1. Поставка минеральных удобрений сельскому хозяйству и внесение ex под основные сельскохозяйственные культуры (по Панникову и Минееву)

Таблица 2. Применение минеральных удобрений, кг-га^-1 пашни и многолетних насаждений, и урожайность важнейших сельскохозяйственных культур, ц/га^-1, в некоторых индустриально развитых странах (по Панникову и Минееву)

Основной причиной загрязнения биосферы являются грубые нарушения научно обоснованной технологии их транспортировки, хранения и внесения в почву. Чаще всего биогенные элементы, содержащиеся в удобрениях, поступают в окружающую среду:

1. при транспортировке от завода до поля;
2. за счет смыва удобрений с поверхности полей в реки, озера, моря и вымывания по профилю почвы до грунтовых вод;
3. в процессе водной и ветровой эрозии почвы;
4. за счет аккумуляции избыточного количества удобрений в почвенном профиле при передозировке или неравномерном внесении и бесконтрольном использовании в качестве минеральных удобрений отходов различных отраслей промышленности.

В практике земледелия бесполезно теряется до 30 — 50% всех вносимых минеральных удобрений. Из 23 млн. т азота удобрений, вносимых в пахотные земли в нашей стране, только 12 млн. т выносится с урожаем; остальное утрачивается, уходя в атмосферу за счет процессов денитрификации (7—8 млн. т), или смывается и поступает в поверхностные и подземные природные воды (до 2 млн. т). Выделение оксидов азота в атмосферу влечет за собой не только экономические потери, но и грозит нарушением озонового экрана планеты. В наши дни возникла угроза локального и регионального повышения содержания соединений азота до уровня, токсичного для человека. Данные по балансу азота, полученные с помощью изотопа N, свидетельствуют о том, что в полевых условиях растениями усваивается лишь около 40%, в отдельных случаях — 60 — 70% действующего вещества азотных удобрений; 18 — 33% азота иммобилизуется в почве, а 10 — 30% его улетучивается в виде различных газообразных соединений. Потери азота зависят от дозы вносимых удобрений и соотношения содержания N с другими питательными элементами, сроков и способов внесения, формы азотных удобрений и особенностей технологии их применения, а также от почвенно-климатических условий местности. Сельское хозяйство является основным источником поступления в биосферу соединений фосфора.

Структура и ассортимент фосфатов постоянно изменяются в зависимости от требований сельского хозяйства. В общем объеме выпуска фосфорных удобрений постоянно возрастает доля концентрированных и комплексных форм.

От других биогенных элементов фосфор отличается практическим отсутствием газообразных соединений и тем, что большинство фосфатов плохо растворимы. Тем не менее большое количество соединений фосфора ежегодно поступает в природные воды вследствие смыва фосфорных удобрений с полей под воздействием орошения и эрозионных процессов; за счет возрастания производства различных фосфорсодержащих препаратов (ядохимикатов, детергентов и т. п.), используемых в сельском хозяйстве, быту, промышленности; вследствие вовлечения в биогеохимический круговорот фосфора, входящего в состав горных пород — фосфоритов и апатитов.

По мнению Ковды (1985), 14—17 млн. т фосфора ежегодно поступает с континентов планеты в Мировой океан с тенденцией к возрастанию. Постоянная миграция вызывает эвтрофикацию водоемов суши. Подсчитано, что только за счет поверхностного смыва с каждого гектара пашни ежегодно уносится до 10 кг фосфора. Наряду с удобрениями источником фосфорного загрязнения почв и вод являются фосфорсодержащие пестициды.

Кроме азотных и фосфорных в современном земледелии используется широкий ассортимент калийных удобрений, поставки которых достигают 12 млн. т в год. Калий играет важную и многообразную роль в жизнедеятельности растений, однако большинство калийных удобрений содержит балластные вещества, не только загрязняющие почву, но и в определенных количествах вредные для растений. Так, сильвинит (nКС1+nNaCl), каинит (КС1*MgS0₄*ЗН₂0), карналлит (KCI*MgCb*6Н₂0) содержат хлор и натрий в больших количествах, токсичны для растений, причем доля натрия и хлора составляет 75—80 и 50% соответственно. С фосфорными удобрениями в почву поступает также фтор.

Наряду с минеральными удобрениями в сельском хозяйстве широко используются органические, способствующие не только формированию высоких урожаев возделываемых культур, но и сохранению и повышению почвенного плодородия. Анализ структуры органических удобрений в нашей стране показывает, что основное место в ней принадлежит отходам животноводства. Для содержания животных нередко строятся крупные комплексы по откорму свиней, крупного рогатого скота, птицы. Скопление большого числа животных и птицы на сравнительно малых площадях, в свою очередь, приводит к производству больших масс навоза и птичьего помета, смешанных с подстилочными материалами или разбавленных водой, использующейся для смыва и удаления экскрементов.

Количество экскрементов, их химический состав, уровень разбавления зависят от вида, породы, числа животных, режима их кормления, технического состояния оборудования и качества их обслуживания. В среднем из комплекса по выращиваню коров (3 тыс. голов) ежедневно удаляется 210 — 215 м смеси экскрементов и сточной воды, из комплекса по откорму крупного рогатого скота (10 тыс. голов) — 450 — 675 м, а суточный выход экскрементов и сточных вод из комплекса по откорму свиней производительностью 150 тыс. голов достигает 2000 — 4000 м³. С учетом потерь сточных вод в трубах и накопителях эти величины можно считать на 20 — 25% выше.

Благодаря высокому содержанию сравнительно легкоразлагаемого органического вещества, сбалансированному содержанию важнейших биогенных элементов (NPK) и необходимых растениям микроэлементов навоз и птичий помет издавна считаются ценными удобрениями. Во многих странах с высококультурным земледелием рациональное использование отходов животноводства позволяет существенно снизить производство и применение минеральных удобрений. Так, например в Англии отходы животноводства обеспечивают всю пахотную площадь страны азотом из расчета 75 кг*га^-1, фосфором (Р₂0₅) — 25 кг*га^-1, калием (К₂0) — 75 кг*га^-1, что позволяет выпускать меньше минеральных удобрений; одновременно решается проблема утилизации отходов животноводства и защиты окружающей среды от загрязнения экскрементами животных и птиц.

Однако при неграмотном использовании в качестве удобрений отходов животноводства и птицеводства происходит загрязнение почвы и сельскохозяйственных растений патогенными микроорганизмами и семенами сорных трав, перенасыщение питательными веществами пахотного слоя удобряемых угодий. С поверхностными стоками биогенные элементы и патогены поступают в водоемы, стимулируя развитие сине-зеленых водорослей, снижая содержание кислорода в воде, вызывая заморы рыбы.

Избыточное внесение экскрементов животных в почву ведет к увеличению содержания в ней подвижного цинка и железа, иногда меди и магния, к повышению содержания нитратов. В Румынии после девяти лет орошения сточными водами свиноводческого комплекса в пахотном горизонте содержание нитратов достигало 250 мг*кг^-1 почвы и 100 мг*кг^-1 на глубине 1м, что существенно превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК).

Применение больших количеств навоза на пастбищах также приводит к появлению избыточного NO^-3 в почвах и кормовых культурах, вызывая нарушения обмена веществ у животных. Аналогичное действие вызывает силос с повышенным содержанием нитратов. Продукция животноводства также может содержать нитраты выше допустимых норм, если животных кормили подобными кормами.

Загрязнение биосферы при использовании отходов животноводства в земледелии происходит из-за недостатков технологии их переработки и внесения в почву.

К таким недостаткам можно отнести:

1) недостаток оборудования для использования в орошении животноводческих стоков и жидкой фракции бесподстилочного навоза, отсутствие трубопроводного транспорта, полевых навозохранилищ;

2) недостаточное использование подстилочных материалов (соломы и торфа), несовершенство систем навозоудаления, что в 1,5— 2,0 раза снижает выход органических удобрений и вызывает ежегодные потери десятков миллионов тонн жидких органических компонентов навоза;

3) недостаточная оснащенность большинства хозяйств техникой для компостирования, навозохранилищами и площадками для компостирования, что снижает количество и качество компостов на базе навоза;

4) широкое использование свежего, неперепревшего навоза, повышающего засоренность посевов и опасность загрязнения почв патогенами и гельминтами;

1. отсутствие совершенной техники для внесения органических удобрений, недостаточное использование навозоразбрасывателей и, как следствие, неравномерное внесение навоза и компостов;
2. при проектировании животноводческих комплексов нарушение соотношения численности животных и удобряемой площади (2—3 условных головы крупного рогатого скота на 1 га), что ведет к избыточному внесению навоза в пахотные почвы и, как следствие, загрязнению окружающей среды.

Пестициды.

В современном земледелии широко используют;

различные виды пестицидов (от лат. pestis — зараза, caedo — убивать). Пестициды— вещества, используемые при возделывании, уборке и хранении продукции растениеводства для борьбы с вредителями, сорняками, фитопатогенами и другими растительными, животными и микробиологическими формами, вредными для растений. К пестицидам относят также регуляторы роста растений — дефолианты, десикаторы и т. п.

В зависимости от характера использования пестициды подразделяют на следующие группы:

гербициды — для борьбы с сорными растениями;

альгициды — для уничтожения водорослей и другой сорной растительности;

арборициды — для уничтожения нежелательной древесной и, кустарниковой растительности;

фунгициды — для борьбы с грибковыми заболеваниями растений;

бактерициды — для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями;

инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми;

акарициды— для борьбы с клещами;

зооциды — для борьбы с грызунами;

лимациды — для борьбы с моллюсками;

нематоциды — для борьбы с круглыми червями;

афициды — для борьбы с тлей.

Высокая экономическая эффективность пестицидов способствует их активному применению и расширению ассортимента используемых ядохимикатов. Мировое производство пестицидов на 1982 г. превысило 2 млн. т в год, а ассортимент пестицидных препаратов насчитывает более 100 тыс. наименований на основе более чем 700 химических веществ, принадлежащих к различным классам органических и неорганических соединений.

Пестициды, распыленные в воздухе при использовании самолетов,. переносятся на огромные расстояния и с осадками выпадают не только на' поверхность земли, но и на водную поверхность, нанося огромный вред всему живому. Кроме того, в ряде случаев биоциды вносятся непосредственно в водную среду для уничтожения обитающих там вредных насекомых, непромысловых видов рыб, некоторых водных растений. Даже тщательная дозировка и контроль при массовом применении пестицидов (например, при истреблении комаров) оказываются недостаточными: гибнут птицы и мелкие животные, планктон и бентос. Поэтому Мировой океан можно считать аккумулятором особо стойких пестицидов. Так, для наиболее хорошо изученного из них — ДДТ — установлено, что в гидросферу поступило более 25% общего количества использованного препарата. Следовательно, использование долгоживущих пестицидов должно быть ограничено или запрещено. Например, применение ДДТ уже запрещено.

Использование земельных ресурсов, их деградация

Земельный фонд России — один из крупнейших в мире и насчитывает 1710 млн га. Распределение и структура земельных угодий представлена в таблице. Почти половину территории покрывают леса и древесно-кустарниковые насаждения — 46 %. Пятая часть страны занята оленьими пастбищами. На урбанизированные территории, где расположены города, поселки, дороги и пр., приходится всего 1% территории.

Таблица 3. Распределение и структура земельного фонда России

(на 1 января 1996 г.) (млн га)

Ценнейшей частью фонда являются сельскохозяйственные угодья, их площадь составляет 222 млн га (13% земельного фонда России), в том числе пашня — 130 млн га. Страна обладает огромными территориями плодороднейшей в мире почвы — черноземами, которые являются, может быть, самым ценным природным ресурсом, который имеет Россия.

Большое влияние на спад в сельском хозяйстве оказала постоянно ухудшающаяся экологическая ситуация в аграрном секторе. Сохраняющиеся тенденции формирования техногенного природоразрушающего типа развития АПК ведут к экологическому кризису в сельском хозяйстве. Внешними проявлениями этого кризиса стали крупномасштабная деградация и потери сельскохозяйственных угодий из-за эрозии, уменьшение содержания в почве гумуса и питательных веществ, засоление, заболачивание, перегрузка тяжелой техникой, падение естественного плодородия, загрязнение водных ресурсов химическими продуктами и отходами животноводства.

Быстрое нарастание темпов и масштабов деградации земельных ресурсов явно недооценивается. В России только за период с 1990 г. выбыло из сельскохозяйственного оборота 25,6 млн га сельхозугодий, в том числе пашни — 8,2 млн га. Основными причинами сокращения

аграрных площадей стало развитие эрозионных процессов, зарастание лесом и кустарником небольших и отдаленных участков, подтопление и заболачивание земель, отчуждение земель на несельскохозяйственные нужды. В некоторых регионах эти процессы происходили на фоне попытки компенсировать сокращение ценных аграрных земель за счет вовлечения в сельскохозяйственный оборот новых участков. Причем подавляющая часть вновь осваиваемых земель являются маргинальными и малоплодородными. Поэтому можно говорить не только об уменьшении площадей сельскохозяйственных угодий, но и об ухудшении ихкачества в целом.

Сохранение техногенных подходов может привести к масштабному экологическому кризису в большинстве аграрных районов России в ближайшие два десятилетия. Может начаться массовая деградация десятков миллионов гектаров земель, порождающая падение урожайности, что крайне отрицательно скажется на продовольственном балансе страны. По оценкам специалистов только в результате переуплотнения почвы из-за тяжелой сельскохозяйственной техники в ближайшие годы может быть утрачено до 10-15% пашни и 5-10% пастбищ. Истощительное сельскохозяйственное землепользование является ведущим фактором деградации почвенного покрова и представляет реальную угрозу продовольственной безопасности России.

Уменьшение естественного плодородия, выражающееся прежде всего в сокращении самого плодородного, гумусного горизонта почвы и уменьшении содержания гумуса в почве, является довольно известным процессом. Сейчас в стране и в большинстве регионов мира наблюдается природоемкий тип ведения сельского хозяйства, определяемый суженным воспроизводством естественного плодородия. О значительной деградации земельного потенциала говорят данные о быстром качественном ухудшении пашни. Так, с 1970 г. в России площадь пашни с эродированными, засаленными и кислыми почвами увеличилась примерно в 2 раза, с переувлажненными и каменистыми — в 3, супесчаными — в 8 раз. Потери органического вещества восполняются лишь на одну треть.

Особенно заметно снижение естественного плодородия в Центрально-Черноземном, Волго-Вятском, Восточно-Сибирском регионах. В этом отношении показателен пример Центрально-Черноземного района, где находятся плодороднейшие земли — черноземы. Еще В.В. Докучаев в начале века писал, что русский чернозем — самая плодородная земля в мире, гораздо лучшая по качеству, чем черноземы Европы и Америки. В настоящее время на этих землях сложилась катастрофическая экологическая ситуация. За последние 30-40 лет богатые черноземы русской равнины потеряли треть своего гумуса (перегноя), их плодородный слой уменьшился на 10-15 см.

Допущенное за последнее время снижение естественного плодородия почв соответствует недобору зерна в среднем по 10 ц/га. Если взять

за основу среднегодовую урожайность зерновых культур, то обеспечение только простого воспроизводства естественного плодородия почв позволило бы увеличить выход продукции с единицы площади более чем в 1,5 раза.