Сельскохозяйственные ландшафты

1.3.1. Сельскохозяйственные ландшафты (агроландшафты).

Агроландшафты, включая территории населенных пунктов и ферм занимают около 37% суши, из них 12% - это земледельческие площади и 25% пастбища. Наибольшие площади агроландшафты занимают в умеренном поясе (26%), несколько меньше в субэкваториальном и субтропическом (17-18%).

Главное назначение агроландшафта – производство максимально возможной для данных климатических условий сельскохозяйственной продукции. Но увеличение продуктивности агроландшафтов за счет химизации ведет к загрязнению среды, нередко превышающему допустимые экологические нормы. Увеличение площади распаханных территорий за счет склонов приводит к усилению процессов почвенной эрозии. Это определяет необходимость реализации мер по оптимизации (в первую очередь биогеохимической) агроландшафтов.

Полевой тип. При создании и функционировании этого типа антропогенного ландшафта основные виды антропогенного воздействия включают:

распашку почвенного слоя и уничтожение естественной растительности,

внесение удобрений,

дополнительный полив, постоянное орошение или осушение,

выращивание агрофитоценозов, состоящих из ограниченного числа видов с ежегодным изъятием из них большой части биомассы.

Воздействие человека приводит к изменению многих компонентов первичного ландшафта. Почти полностью уничтожается естественный растительный покров. Изменяются почвы, и создается специфические пахотные почвы с не дифференцированным профилем. Так, при распахивании, почвы разрыхляются, улучшается их водный режим, что приводит к усилению биологической активности - резко увеличивается численность микроорганизмов, усиливаются процессы нитрификации, минерализации органического вещества и гумуса. Вместе с тем использование тяжелой техники вызывает уплотнение почв, снижение ее водопроницаемости и усиление почвенной эрозии: водной эрозии - привоздействие талых и дождевых вод и ветровой эрозии - при воздействии ветра. В агроландшафтах скорость эрозии в сотни и тысячи раз больше, чем в естественных ландшафтах. В настоящее время она привела к существенному ухудшению земельного фонда почти половины мировой пашни. В лесной, лесостепной зонах, а также во влажных саваннах преобладает водная эрозия, в сухих саваннах, степях и полупустынях –ветровая. Ландшафтно-геохимическим следствием антропогенной эрозии почв является интенсификация механической и физико-химической миграции элементов. Из эродируемых автономных и трансэлювиальных ландшафтов выносятся минеральные соединения (до десятков тонн с гектара в год), гумус, содержащие элементы питания растений, микроэлементиы. Часть этих веществ накапливается за пределами пашни, часть выносится в подчиненные ландшафты и местные водоемы, вызывая их обмеление и загрязнение.

Рекомендуемые материалы

С пахотой связано также загрязнение почв железом и другими металлами, органическими соединениями (нефть, мазут, ПАУ).

Изъятие части биомассы приводит к обеднению почвы минеральными соединениями, что требует постоянной их компенсации за счет внесения удобрений. Для борьбы с сорняками, вредными насекомыми и микроорганизмами применяются разнообразные пестициды и другие агрохимические средства. Как показывают исследования, химизация наряду с полезными результатами сопровождается нежелательной трансформацией круговорота и баланса химических элементов и загрязнением почв, растений, вод животных и человека азотом, фосфором тяжелыми металлами и пестицидами. Уровень загрязнения и состав элементов-загрязнителей неодинаков в различных регионах.

Минеральные удобрения делятся на две группы: стандартизованные (азотные, фосфорные, калийные, комплексные, микроудобрения) в которых содержание элементов питания регламентировано ГОСТами и нестандартизованные (осадки сточных вод, коммунальные твердые бытовые отходы, загрязненные речные воды) состав которых не регламентирован. Во всех видах удобрений не нормировано содержание большинства микроэлементов, в том числе приоритетных загрязнителей.

С азотными удобрениями вносится примерно15-20% общего поступления азота в наземные агроландшафты (в бывшем СССР эта доля достигала 25-35%). В районах, удаленных от индустриальных центров, эти удобрения являются основным источником загрязнения окружающей среды соединениями азота. В бассейнах малых рек сельскохозяйственных районов смытые поверхностным стоком азотные удобрения составляют от 50 до 80% общего баланса азота. В районах интенсивного земледелия приход азота в системы превышает его расход, что ведет к аккумуляции соединений азота в почвах, сельскохозяйственной продукции, грунтовых и поверхностных водах. Часто содержание азота превышает предельно допустимые нормы и это создает критические экологические ситуации. Так, сильное загрязнение овощей азотом характерно для супераквальных ландшафтов долин и дельт крупных рек с интенсивным овощеводством (долина Оки, дельты Волги, Амударьи, Сырдарьи и др.). Содержание нитратов и нитритов здесь во много раз превышает ПДК (250-300 мг/кг сырого вещества). Особенно опасно образование в пищевых продуктах нитрозоаминов (R₂NNO, где R – органические радикалы, например, CH₃C₂H₅ и др.), обладающих канцерогенными и мутагенными свойствами.

Загрязнение ландшафтов могут вызывать и фосфорные удобрения. Среди стандартизованных удобрений они содержат наиболее широкий спектр микроэлементов, концентрирующихся в почвах. Так, в суперфосфате содержится, кроме Р, до 1.5% F, 0,005% Cd,(до 100KK), 0,005% -0,003% As (до 10nKK), 5-10 KKYSr, Cu, Pb, редкоземельных элементов.С удобрениями вносится менее 5% природного запаса Р в почвах, но он легко усвояем и обеспечивает необходимый прирост урожая. Тем не менее применение фосфорных удобрений ведет к росту загрязнения, так как доля микроэлементов в них выше потребляемого растениями количества в тысячи (для YAsCd, редких земель) и сотни (для F) раз. Такое малое поглощение этих элементов имеет как положительное (слабое загрязнение растений), так и отрицательное (загрязнение ландшафтов) значение.

Одним изосновным отрицательных последствий применения азотных и фосфорных удобрений является накопление соединений азота (главным образом нитратов) и фосфора в грунтовых и поверхностных водах, в результате чего происходит эвтрофикация водоемов.

Применение нестандартизованных удобрений приводит к поступлению в агроландшафты тяжелых металлов. Эти удобрения используются как правило на локальных участках вокруг крупных индустриальных центров. Особенно широк спектр тяжелых металлов в осадках сточных вод. По Ю.Е Саету и А.И.Ачкасову, наиболее высоки коэффициенты накопления относительно фоновых почв у Cd, Ag (Кс до 200 и более), Hg, Bi, Zn, Cr, Cu, W, Sn (Кс 100-200). В бытовых отходах концентрация микроэлементов ниже, среди них преобладают Hg(Кс 10-100), AgSbZnBiCdPb (Кс около 10). При поливе загрязненными речными водами в почвы и растения поступают большие количества Ag (Кс больше 100), PbCdZn (Кс около 10). Экологическая опасность в зависимости от суммарного загрязнения микроэлементами (Zc) убывает в следующем порядке: осадки сточных вод (500-600), бытовые отходы (100-200) загрязненные речные воды (100-200), минеральные удобрения (50-70). При этом наибольшие значения показателя суммарного загрязнения бывают у тепличных почв, так как аккумуляция тяжелых металлов в открытых почвах меньше. Коэффициенты концентрации тяжелых металлов в почвах и растениях, орошаемых сточными водами, расчитанные относительно средних мировых кларков незагрязненных почв и сельскохозяйственных растений, образуют следующие ряды загрязненности: почвы Cu>Cd>Zn>Hg>Pb>Ni, растения - Hg>Cd>Pb>Ni>Cu>Zn. Это указывает на селективную концентрацию в растениях прироритетныхтоксикантов – Hg, Cd, Pb, малодоступных растениям на незагрязненных почвах. При этом растения обладают видовой биохимической специализацией, которая определяет приоритетное накопление определенных элементов. По данным А.Кабата-Пендиас и Г.Пендиас, кофе концентрирует Cu (в несколько раз больше, чем другие культуры на тех же почвах), грибы – As, V, Ag, томаты –Co, капуста – Co,B, свекла –Li,фасоль –Mo,B люцерна и клевер –Sr,Ba,B, салат-латук – Co, BeF, Cd, Hg, Fe, Zn,Cu.

В районах интенсивного животноводства, кроме промышенных отходов и стоков существенное влияние на ландшафты оказывают органические отходы ферм и комплексов, содержащие азот, сероводород, метан, тяжелые металлы, высокие концентрации которых токсичны. По данным Н.Я.Трефилова и А.И.Ачкасова в лесной зоне умеренного пояса контрастность аномалий, связанных с отходами животноводства, увеличиваются следующим образом: птицефабрики – комплексы курпного рогатого скота – свиноводческие комплексы. Суммарное загрязнение почв этими отходами сопоставимо со слабым и средним промышленным загрязнением ( Zn - 10-30).

Существенные геохимические изменения вносит применение пестицидов. К ним относятся синтетические органические соединения, используемые для борьбы с вредными насекомыми (инсектициды), сорняками (гербициды), болезнями растений (фунгициды, бактерициды), для регулирования роста растений (дефолианты). Сейчас известно более ста тысяч пестицидов, 70-80% которых применяется в Западной Европе. Японии и США. Выделяют хлорорганические и фосфорорганические пестициды, многие из которых разлагаются очень медленно и накапливаются в почвах.водах и донных осадках, попадают в пищевые цепи. Пестициды уменьшают потери урожая и повышают продуктивность сельскохозяйственных культур, но с их применением связана и существенная экологическая опасность – загрязнение почв, вод и растений. Наиболее опасны для млекопитающих и чловека инсектициды, менее токсичны гербициды и фунгициды. Синтетические органические соединения, которые образуют пестициды, поступают в ландшафты только в результате хозяйственной деятельности, чужеродны естественным ландшафтам и разлагаются очень медленно. Поэтому даже низкие дозы их поступления в воздух, почвы и растения могут привести к глобальному загрязнению биосферы.

В настоящее время в фоновые ландшафты из атмосферы поступает в среднем 1 –3 кг/см²год хлорорганических пестицидов. В поверхностных водах их содержание варьирует от 1 до сотен нг/г, в почвах оно колеблется в среднем от 1 до 10 нг/г воздушно-сухой массы и слабо меняется по регионам. В растениях фоновые уровни этих пестицидов лежат в пределах 2-10 нг/г (повышенным содержанием пестицидов отличаются мхи и лишайники). Аккумуляция пестицидов в донных отложениях достигает в некоторых районах значительных величин (дельта Волги 20нг/г, дельта Нила 30-800нг/г) (Ф.Я.Ровинский, М.И.Афанасьев)

Рекомендация для Вас - Дополнение.

Формирование агроландшафтов приводит к значительными изменениями в круговороте воды. Это особенно проявляется при дополнительном увлажнении или осушении территории. Орошение как один из мощных видов антропогенного воздействия приводит не только к дополнительному увлажнению, но и к геохимической трансформации ландшафта. При оптимальных природных предпосылках и нормах орошения в аридных районах создаются высокопродуктивные агроландшафты – оазисы с новыми почвами, климатом и биологическим круговоротом элементов. При этом существенно улучшается водный и тепловой режим почв, усиливается микробиологическая активность, выщелачиваются легкорастворимые соли. В староорошаемых ландшафтах формируется особый грунт - антропогенный ил мощностью до 3,5 м. Это плодороднейшая почва, наложенная в аридных районах на бесплодные такыры.

Основное и широко распространенное негативное последствие орошения – вторичное засоление, которое возникает при поднятии уровня грунтовых вод. В результате кальциевый и кальциево-натриевый классы водной миграции естественных ландшафтов трансформируются в солонцово-солончаковый и солончаковый классы с сульфатным магниево-кальциевым и сульфатно-натриевым составом вод. В засоленных почвах формируются испарительные геохимические барьеры, на которых концентрируются как легкорастворимые соли натрия, хлора и серы, так и Sr,Mo,B, F, Se, Br,Y и другие микроэлементы. Сброс дренажных сильно минерализованных (2-8, до 20 г/л) стоков приводит к трансформации химического состава грунтовых и поверхностных вод. Например, минерализация вод р.Сырдарьи повысилась в низовьях от 0,8г/л в 1960 г. до 2,8 г/л в 1995 г. изменился ее состав – из гидрокарбонатно кальциевого стал сульфатно-натриевым, возросло содержание тяжелых металлов и пестицидов.

Осушительные мелиорации приводят к изменениям окислительно-восстановительных условий заболоченных почв. В возникающих окислительных условиях происходит более энергичное разложение органических веществ, усиливается биологический круговорот, увеличивается количество подвижных форм азота, фосфора и некоторых микроэлементов.

В частности доля нитратного азота по сравнению с аммонийным возрастает в пахотном слое в 20 раз. Эти изменения приводят к росту минерализации грунтовых вод, снижению содержания в них растворенных органических соединений, усилению миграции кальция, фосфора, натрия и калия. При осушении и правильной мелиорации (глубокой вспашке, внесении калийных, фосфорных, медных удобрений) на осушенных болотах возникают плодороднейшие почвы, не имеющие природных аналогов.

Наблюдения в Мещере показали, что осушение приводит к трансформации лесоболотных и луговых супераквальных ландшафтов кислого глеевого класса в ландшафты кислого класса (И.А.Авессаломова, К.Н.Дьяконов). В почвах глеевая обстановка смещается в глубину – на границе окислительного и восстановительного горизонтов формируются кислородно-сорбционные барьеры, на которых накапливаются железо, марганец, ванадий, никель, кобальт, медь. При осушении болотных почв, содержащих сульфиды железа, в результате их окисления формируются резко кислые почвы с рН меньше 3.

Существование полевых ландшафтов возможно лишь при постоянном вмешательстве человека (ежегодном воссоздании полевого ландшафта) ибо через год-три после прекращения распашки начинается восстановление естественных фитоценозов. Через несколько десятков лет проявится дифференциация почвенного профиля, типичная для данной зоны и будет происходить постепенная смена геохимических характеристик почв в сторону зональных.