Агроэкологическое значение обработки почвы

Система обработки почвы как основной технологический механизм в агроэкосистемах

Главная технологическая часть всего земледелия. Обработка почвы принципиально отличает агроэкосистемы от естественных экосистем. Обработка должна обеспечить оптимизацию режимов роста и развития культурных растений (водного, воздушного, пищевого, теплового) предотвращать рост сорняков, обеспечивать заделку органических остатков в глубинные слои почвы. Обработка имеет важное значение для защиты от распространения вредителей и болезней растений.

За историю земледелия сформировалась система разных обработок почвы, отличающихся глубиной и характером воздействия на почвенную массу и типом применяемых почвообрабатывающих орудий. Общее во всех обработках почвы - их желательно проводить в состоянии «физической спелости почвы» - это состояние соответствует в среднем влажности около 60% от полной полевой влагоемкости. Полная полевая влагоемкость почвы – это то количество влаги, которое остается в почве после стекания всей вод, способной передвигаться вниз под действием силы тяжести.

Вспашка - основной, капитальный и самый дорогой вид обработки почвы. Основная задача - увеличить объем крупных пор в технологическом горизонте почвы и этим создать условия для оптимального водно-воздушного режима.

Рис. Схема отвальной вспашки плугом с предплужником

При отвальной вспашке разрыхляемый пласт оборачивается. Для лучшего сбрасывания верхней части разрыхляемого слоя на дно борозды на плуг ставится предплужник. Обычная глубина вспашки стандартными отвальными плугами 20-22 см, специальными (кустарниково-болотными) - до 30 см - на минеральных почвах и до 40 см на торфяных почвах. Качественная вспашка не допускает применения лемехов с затупившейся подрезающей кромкой, так как в этом случае на дне борозды формируется переуплотненная «плужная подошва», препятствующая водно-воздушному обмену пахотного и подпахотного горизонтов. Через эту «плужную подошву» не прорастают корни культурных растений, что ограничивает базу формирования урожая. Углубление пахотного горизонта - основная технологическая возможность повышения плодородия почв Пермской области, осложняется тем, что подпахотные горизонты часто имеют очень низкое плодородие, особенно остатки горизонтов А₂ (подзолистых). В таком случае углубление возможно только при условии одновременной мелиорации (внесения извести, навоза, минеральных удобрений).

Безотвальная вспашка не переворачивает почву и потому может проводиться на большую глубину. Ценится тем, что не извлекает на поверхность массу нижних неплодородных горизонтов, - меньше испаряется влага и увеличивается диапазон продуктивной влажности глубинного слоя почвы, семена сорняков остаются сверху и сорняки легче уничтожать, т.к. они не распределяются по всей массе технологического горизонта. В Пермской области безотвальную вспашку рационально применять для углубления технологического горизонта, как дополнение к стандартной отвальной вспашке.

Беспахотное земледелие - это сочетание безотвальной вспашки один раз в несколько (3-5) лет с рыхлительными плоскорезными обработками стерни осенью. Положительный смысл в том, что наличие стерни снижает опасность водной и ветровой эрозии и стимулирует накопление снега на полях.

Лущение и дискование выполняются дисковыми лущильниками. Характер воздействия на почву определяется «углом атаки» дисков. Под острым углом осуществляется полный оборот разрыхляемого слоя и лущильник заглубляется максимально - собственно лущение. При малом угле атаки лущильник дискует, т.е. работает как дисковая борона, без оборачивания. Особо выделяется обработка тяжелой дисковой бороной - это глубокая обработка с полным разрыхлением всего пласта, применяется при разработке дернины на лугах, пастбищах и посевах многолетних трав.

Культивация - поверхностное рыхление на глубину 5-12 см, выполняемое для четырех целей:1) предпосевная культивация проводится на глубину посева семян - 3-8 см, в зависимости от культуры культиваторами со стрельчатыми рыхлящими лапами и призвана создать оптимальные условия для прорастания и укоренения семян (семена важно уложить на жесткий пол и накрыть пуховым одеялом); 2) междурядная культивация пропашных культур выполняется стрельчатыми лапами разной формы; 3) культивация пара для уничтожения сорняков; 4) плоскорезная обработка стерни - для лучшего снегозадержания и защиты от эрозии.

Боронование - мелкое рыхление на 2-5 см для выравнивания поверхности, дробления комков, разрыхления почвенной корки весной и летом после дождей. Первая и самая важная весенняя операция. Призвана «закрыть влагу» - достигается разрыхлением тонкого верхнего слоя почвы, прерывающего капиллярный поток влаги к поверхности испарения. Влага остается в массе почвы и сохраняется для растений. Особенно важно на бесструктурных сплывающихся почвах, на которых легко образуется мощная почвенная корка, нарушающая водно-воздушный обмен в почве и механически препятствующая прорастанию семян и появлению всходов. Боронование особо важно проводить в состоянии «физической спелости почвы», когда почвенная масса легче и полнее крошится на мелкие комки. Для разрушения корки боронуют даже посевы зерновых культур - гибель при этом части растений компенсируется успешным развитием выживающих.

Прикатывание проводится для обеспечения полноты контакта семян с массой почвы - это ускоряет набухание и прорастание. Выполняется специальными кольчатыми ребристыми катками, после которых поверхность остается взрыхленной («влага - закрытой»), контакт семян с массой почвы улучшается, что обеспечивает усиление подтока капиллярной влаги, ускоряет набухание и прорастание семян.

Система зяблевой обработки почвы. В производственных условиях операции обработки почвы группируются в соответствии с требованиями разных культур. В Пермской области общепринята зяблевая обработка почвы, состоящая из осеннего и весеннего циклов.

Осенний цикл включает следующие операции:

а) сразу после уборки предшествующей культуры производится лущение стерни дисковым лущильником, разрыхляется верхний слой почвы и создаются условия влажного аэробиозиса, благоприятные для прорастания семян сорняков. Послеуборочное лущение также существенно облегчает последующую вспашку и улучшает ее качество;

б) зяблевая отвальная вспашка должна обеспечить заделку пожнивных, стерневых остатков и проросших сорняков на дно борозды. Осенние и весенние чередующиеся циклы «замерзания - оттаивания» обеспечивают хорошее разрыхление глыб, часто остающихся после уборки, особенно силосных культур во влажную погоду. Вспаханный горизонт лучше аэрируется, усиливаются процессы минерализации гумуса и накопление минеральной пищи к следующему урожаю. Под зяблевую вспашку вносится 2/3 минеральных удобрений (фосфорные и калийные). Возможно и внесение органических удобрений, если принять оперативные меры по их вывозке на поле, но из-за перегруженности техники в уборочную страду это редко удается.

Весенний цикл: а) ранневесеннее боронование зяби, называемое по производственной терминологии «закрытие влаги» проводится в самое ранее время, как только на пашню можно будет заехать. Задача этой операции - разрыхлить верхний слой почвы и этим перекрыть капиллярный подток влаги к поверхности и предотвратить непродуктивное выпотное испарение. Архиважная операция, в случае ее невыполнение потери урожая могут достигать на сплывающихся почвах (а большинство почв Пермской области именно такие) 50%;

б) предпосевная культивация выполняется через 5-10 дней после «закрытия влаги», когда почва прогреется и ослабнут утренние заморозки и прорастет часть эфемерных сорняков. Обработка проводится культиваторами со стрельчатыми лапами на глубину 6-10 см, для уплотнения основания под семена, которые сверху покрываются разрыхленной почвой «пуховым одеялом». Под культуры позднего сева, кукурузу, отчасти пшеницу даются дополнительные культивации для выпалывания прорастающих сорняков;

г) посев зерновых проводится дисковыми сеялками с одновременным прикатыванием. Если специальных ребристых катков в хозяйстве нет, то прикатывать все же необходимо гладкими катками, но с одновременным боронованием легкими боронами. Эти две операции дают тот же эффект, что и прикатывание ребристыми катками.

Обработка почвы в садах и огородах как
вклад в оздоровление экологии человека

Обработка личных участков выполняется вручную, мотоблоками или на лошади. Трактора применяются редко, обычно только для вспашки, для культивации и боронования участки слишком маленькие (не развернуться). Рационально личные участки (дачи, огороды) обрабатывать вручную. На уровне «личность – экология» это вопрос прямого действия. Человеку как живому организму для полноценного развития необходимо выполнять некоторый объем мышечной работы и вполне рационально выполнять этот объем работы на свежем воздухе, на личном участке. В современной жизни мало позиций, дающих возможность улучшить «экологию самого человека».

Очень серьезный резерв повышения продуктивности огородов представляет углубленная перекопка на перевал; (синонимы: «штыковка», «райолировка»). Такая обработка выполняется на глубину 50-60 см на первом этапе, а на втором этапе может углубляться еще на 25-30 см (Рис. 14).

Смысл такой трудоемкой и поэтому очень дорогой обработки в том, что с ее помощью как бы в 2-3 раза повышается «мощность» технологического продукционного горизонта почвы, которым создается урожай. Обеспечивается это повышение продуктивности активизацией обменных процессов в дополнительном разрыхленном и удобренном слое почвы. Корневая система в этом слое после разрыхления формируется значительно быстрее, имеет в несколько раз большую рабочую поверхность и, соответственно, способна усвоить больше воды и минеральной пищи. Очень важное значение имеет увеличение при глубокой обработке продуктивного диапазона и общего запаса продуктивной влаги; в углубляемом горизонте этот диапазон возрастает в 2-3 раза за счет дробления почвенной массы на комки. Влага осадков быстро просачивается в глубокообработанную почву на такую глубину, что

1 2 3 1 2 3

До перевала После перевала

Рис.14. Изменение структуры пористости после глубокой обработки почвы «на перевал». Уступы - слои по вертикали, равные одному «штыку», - 25-30 см. 1 - поры, большую часть времени заполненные водой; 2 - поры, заполняемые продуктивной влагой после дождей и воздухом по мере расходования запаса доступной влаги; 3 - поры, большую часть времени заполненные воздухом.

уже не может быстро испариться физически, но остается доступной для впитывающих корней, которые активно разрастаются на глубине 30-60 см. При обычной перекопке на один штык и, особенно, при уплотненной подпочве много влаги испаряется непродуктивно, потому что корни в ней растут плохо из-за недостатка кислорода и высокой плотности. Вода в этом случае фильтруется медленно, а поэтому возможно возникновение анаэробной обстановки даже и в верхней, перекопанной части почвы во время сильных ливней и затяжных дождей. В таких условиях тонкие всасывающие корни и корневые волоски быстро отмирают и на их восстановление требуется длительное время. Это время изымается из того ресурса, который необходим для формирования полезной продукции.

Глубокая обработка на перевал выполняется так. Планируемая к обработке делянка делится на две одинаковые части любой длины, но шириной удобнее до 1,5 метра (на расстояние броска земли лопатой). Самое удобное копать две рядом расположенные гряды, сначала первую в одном направлении, а потом соседнюю в обратном направлении. Выкапывается канавка длиной в ширину 1-ой полоски, шириной в 1,5 штыка лопаты и глубиной 50-60 см, т.е. на два штыка в глубину. Части вынутой земли укладываются отдельно, без перемешивания. Верхний слой лучше сразу уложить напротив окончания второй полоски (рис.15).

0-25 см

25-50 см

Рис.15. Схема перекопки "на перевал" двух рядом расположенных грядок

На дно выкопанной канавки сбрасывают верхний слой 0-25(30) см второй канавки, а нижнюю половину земли из второй канавки укладывают наверх, т.е. слои 0-25(30) и 25-50(30-60) см меняются местами (размер «штыка» 25 или 30 см определяется степенью окультуренности огорода и физическими возможностями копальщика). Рядом с засыпанной получается новая выкопанная канавка такого же размера и цикл повторяется до конца первой полоски (гряды). От разрыхления поверхность повышается с среднем на треть, т.е. на 15-20 см. Концевую канавку первой гряды заполняют землей, извлекаемой из первой канавки второй полосы (грядки) и затем таким же образом проходят вторую полосу в обратном направлении. Концевую канавку второй полосы (гряды) заполняют землей, складированной в двух отдельных кучах при выкапывании начальной канавки.

При принятии решения о глубокой обработке «на перевал» важно изучить свойства нижней, углубляемой части почвы. Особое значение имеет наличие подзолистого горизонта, кислого и с очень неблагоприятными водно-физическими свойствами. Перевал можно делать и в этом случае, но только если одновременно выполняются соответствующие меры по капитальному окультуриванию извлеченной на поверхность неплодородной земли. Эти меры такие: внесение извести по полной норме ГК, большая доза органических удобрений - не менее 0,4 тонны и до 1-2 тонн на сотку и внесение полного комплекта минеральных удобрений не менее чем по 1 кг на сотку действующего вещества азотных, фосфорных и калийных удобрений.

Приводимые обычно аргументы против извлечения массы подзолистого горизонта А₂ на поверхность, чтобы не снижать плодородие, не подтверждаются серьезными аргументами. Если так не повезло, что на огороде в почвах есть А₂, - то сильное отрицательное влияние на рост культур масса этого горизонта в любом случае будет оказывать и будет снижать производительность труда, снижать эффект инвестиций, ограничивать урожай на низком уровне, оставаясь в глубине. В глубине подзолистую землю практически невозможно улучшить, а если извлечь на поверхность - это сделать существенно проще. Можно действовать осторожнее - вначале не выбрасывать подзолистый горизонт на поверхность, а закапывать в него навоз, другие органические удобрения и известь по дну перевалочной борозды, но в этом случае повышение плодородия затягивается во времени на более длительное время.

Глубокая обработка на перевал обязательна при посадке плодово-ягодных деревьев и кустарников, лучше на глубину до 90 см. Глубокоукоренившиеся сады значительно лучше зимуют, дают более высокие и стабильные урожаи, более долговечны.

Другое важное затруднение, часто встречающееся на огородах, заключается в необходимости устройства дрен для ускорения стока лишней воды. Избыток воды в огородной почве, как отмечалось выше, вреден для огородных растений, он может быть даже более вреден, чем умеренная засуха. Открытые канавы мешают работам на участке, быстро засоряются и отнимают много площади. Значительно удобнее закрытые осушительные дрены. Вариантов обустройства закрытых дрен много, в зависимости от применяемого материала. В крупномасштабной мелиорации используются керамические трубки и гравийная засыпка. Для небольших участков доступнее дешевый местный материал. Проверен и хорошо работает "фашинно-дощатый" вариант закрытых дрен (рис.16).

Рис. 16. Схема обустройства фашинной дрены

Наддренная засыпка траншеи землей 50 см и более. Меньше нежелательно.

Фашинная дренирующая закладка из тонких жердей и веток

Доска, защищающая фашинную дрену от засорения землей

Важное условие успешной работы дрен - их правильное расположение на местности и в рельефе. Особенно важно точно выдержать уклон. Это можно сделать при помощи инструментального нивелирования, но удовлетворительные результаты может дать внимательное наблюдение за поверхностным стоком весной и после летних стокообразующих дождей.

Дрена закладывается так. Выкапывается траншея по намеченному тальвегу, глубиной около 70 см или больше и шириной по дну на штык лопаты (ширина может быть минимально возможной, насколько позволяют условия выкопки). На дно траншеи укладываются тонкие жерди и ветки слоем до 20 см и сверху покрываются отслужившей доской. Поверх доски траншея засыпается ранее выброшенным грунтом.

Оптимизация водного режима на огородных участках в сочетании с применением минеральных удобрений и механизацией полива создают достаточные условия для экономически эффективного ручного труда на личных участках, что оптимально соответствует задачам экологической стабилизации и оздоровления общего стиля жизни человека, особенно горожанина.

Основные требования к качеству обработки почвы.

Наилучшее средство достижения экологической стабилизации в отношении обработки почвы – качественное ее выполнение. Общие результаты труда земледельца и судьба урожая в существенной мере определяются качеством выполнения полевых работ и главным образом - качеством обработки почвы. Особенно важно качество вспашки, потому, что исправить бывает уже нельзя из-за времени и кроме того, невозможно восстановить качество, например, вспашки пласта многолетних трав, плохо запаханные остатки при перепашке еще больше извлекаются на поверхность.

Важнейшее требование к качеству любой обработки - своевременность ее проведения. Опоздание, как и торопливость, в выполнении обработок снижают урожай. Определение оптимальных сроков обработок почвы на каждом конкретном участке - основная задача специалиста и хозяина, а умение это сделать приходит не сразу, требует высокой квалификации и высоко ценится в производстве.

Важнейшие технические показатели качества обработки почвы - соблюдение заданной глубины обработки и отсутствие огрехов (пропусков, или "плешин"). Средняя глубина вспашки на ровных участках должна выдерживаться с точностью ±1 см, а на полях с неровным рельефом ±2 см. Точность соблюдения глубины поверхностных обработок 1 см.

Качество крошения и оборота пласта также очень важные показатели качества обработки, но их бывает труднее выдержать, поскольку они менее поддаются контролю механизатора, менее определяются его мастерством, а часто зависят от погоды и состояния поля после уборки. Например, поле кукурузы после уборки ее на силос во влажную погоду часто невозможно вспахать с хорошим крошением пласта.

Экологические следствия земледелия

Абсолютная важность этого обстоятельства в том, что земледелие - это самый обширный по масштабу и самый древний по времени вид деятельности человека. Начало его относится к 6-7 тысячелетиям до н.э., т.е. 8-9 тысяч лет назад.

К настоящему времени земледельческой деятельностью охвачены все природные зоны планеты (за исключением Антарктиды). За прошедшие века большая часть суши уже прошла через земледельческое использование, и это уже заметно изменило природу.

Экологические параметры среды при земледелии меняются очень резко, но человек до сих пор не дает отчета своим действиям в плане их общепланетарных последствий. «Маленькая и полезная» по мнению каждого индивидуального человека работа, суммируясь от миллиардов, приобретает общепланетарное значение. В истории много примеров, когда случались катастрофы и гибли цивилизации от неправильного земледелия (Месопотамия, Семиречье, Карфаген). Это были, в основном, так называемые «гидравлические цивилизации» в жарком климате, применяющие орошаемое земледелие.

Вообще-то люди всегда думали о будущем, но действовали соответственно политическим и социальным возможностям («Хотели как лучше, а делали как могли»). Только в конце ХХ века суть и масштабы экологического кризиса поняты в масштабе Планеты. Главная черта этого кризиса - кумулятивный характер в пространстве и времени негативных сдвигов, которые несут опасность «экспотенциального взрыва», т.е. неожиданного и быстрого ухудшения ситуации, когда уже поздно принимать меры.

Самое первое воздействие земледелия на экологию и самое мощное по объему - это уничтожение природной растительности на огромной площади, замена ее посевами. Это имеет биосферные последствия:

1) многочисленные по разнообразию растительные виды, в целом приспособленные к варьирующим природным условиям, заменяются малым числом отобранных видов. Суть отбора (селекции) - форсирование продуктивности за счет выживаемости и приспособляемости (выносливости);

2) высокая устойчивость очень разнообразных по видовому составу природных растительных сообществ к неблагоприятным условиям среды (засухи, заморозки, переувлажнение, вспышки вредителей и болезней) после смены одновидовыми (сортовыми, гибридными, клоновыми) посевами резко снижается;

3) уменьшаются продуктивность (прирост) и общая биомасса суши земного шара и отдельных регионов;

4) изменяется природный биологический круговорот веществ (БИК), из него изымается большая доля ЭМПР и непродуктивно сбрасывается в океан;

5) изменяются радиационный и водный баланс крупных территорий;

6) изменяется гидрологический режим крупных регионов (Арал);

7) уничтожаются природные биотопы животных;

8) загрязняются атмосфера, гидросфера, педосфера;

9) почвы освоенных территорий деградируют и теряются для земледелия;

10) нарушаются эволюционно отобранные связи организмов биосферы (сложные, многокомпонентные и устойчивые комплексы меняются на простые и неустойчивые).

Эти отрицательные последствия по общему итогу не уравновешиваются положительными приобретениями: 1) орошаемые земли в пустынях; 2) поля вместо болот; 3) рисовые поля вместо мангров, плавней, маршей; 4) польдеры (Голландии).

Общие результаты земледельческой деятельности выражаются следующими цифрами. На 1,5 миллиардах га биологическая продуктивность утрачена полностью. Это пустыни, теперь общепризнанно, что они имеют антропогенное происхождение. Еще на 5,5 миллиардах га биопродуктивность заметно снижена из-за небережной деятельности человека. В сумме потери оцениваются в 50% от поверхности суши, составляющей около 14,7 миллиардов га. Ветровая и водная эрозия, которая развилась вследствие изменения растительности, приобрела, из-за масштабов, самостоятельное значение и отрицательно сказывается на состоянии растительности больших пространств.

В целом культурные посевы и посадки (особенно селекционные сорта и гибриды) имеют узкий диапазон приспособления к почвенно-климатическим условиям произрастания. Однако колебания таких важных факторов роста как температура и влажность почвы и приземного воздуха становятся более резкими и на планете в разных регионах растут потери урожаев от: 1) засух; 2) избытка осадков; 3) заморозков; 4) перегрева посевов и посадок.

Системным моделированием с помощью мощных компьютеров получены оценки, что потери урожаев от неблагоприятных погодных условий в планетарном масштабе были бы меньшими, если бы сохранялась эластичность природных катаклизмов, которая обеспечивалась природной растительностью. Параллельно росту средних урожаев в мире быстро растет амплитуда их колебаний из-за роста резкости колебаний погоды.

Рис. С ростом величины урожая увеличиваются его колебания по годам
(Ковда, 1981)

Пока объемы производства продовольствия в мире поддерживаются возрастающими вложениями энергии в производство пищевых калорий. Как будет складываться ситуация во время «экспотенциального взрыва» никто не берется прогнозировать, отмечается, что оснований для оптимизма нет.

Свой вклад в колебания урожаев вносят вспышки численности вредителей. Отдаленные результаты применения ядохимикатов отрицательны.

Изменение БИКов элементов - биогенов при смене природных экосистем посевами приводит к планетарному изменению баланса веществ. Вынос ЭМПР в океан и в большой геологический круговорот в последние десятилетия возрос в 2 - 10 раз (в лесной зоне в 2 раза, в лесостепной в 8 раз и в степной в 10 раз (Т.И.Евдокимова, 1976)).

Особенно резко изменилась ситуация в степи при распашке черноземов: годовое поступление органического вещества сократилось в 13 раз; азота в 13 раз, фосфора в 2,5 раза, калия в 4 раза, кальция в 35 раз, магния в 36 раз, серы в 15 раз. Это радикально ухудшило почвенный круговорот, особенно с учетом развивающейся эрозии почв.

Бесхозяйственность в земледелии, особенно орошаемом и на осушенных земля, оборачивается: 1) недобором сельскохозяйственных продуктов; 2) экономическими потерями; 3) наносится ущерб природной среде - почве, воде, воздуху, биосфере в целом.

Применение минеральных удобрений также связано с обострением проблем. Из азота, вносимого в почву, культурные растения используют только 40 - 50%. Остальное вымывается и улетучивается, но с дождями тоже возвращается в воду и служит причиной эвтрофикации водоемов.

Вносимые фосфорные удобрения, несмотря на малую подвижность фосфорных соединений в почве, тоже увеличивают через эрозию и органофосфатные комплексы, поступление фосфатов в водотоки и водоемы и усиливают эвтрофикацию.

Большие дозы минеральных удобрений отрицательно влияют на качество продуктов. Несбалансированные по фосфатам и калию азотные подкормки приводят даже к перерождению ценной твердой пшеницы в менее ценную мягкую.

Ныне многие ученые - экологи расценивают минеральные удобрения вообще как временное форсирующее средство (наркотического характера), а не как базисную меру, способную фундаментально улучшить почву. При высоких дозах минеральных удобрений отмечено снижение содержания гумуса, а это - свидетельство расхода капитальных почвенных ресурсов, падение плодородия.

Пестициды в земледелии составляют особую проблему. Их сейчас применяется более 300, большинство токсичны для человека и других организмов. Избирательность ядов не всегда надежна, так как это можно уяснить только за длительное время - несколько поколений. Не все пестициды попадают куда надо. При авиаобработке иногда до 50% ядов попадает, например, не на хлопок, а на посевы люцерны и на пастбища, следовательно, страдает качество молочной и мясной пищи. Также отравляются вода, а значит рыба и через рыбные корма - птица. Конечным звеном отравления выступает человек. Контроль затруднен. Во всех нормативных документах указано, что применение пестицидов допустимо лишь при строжайшем контроле, но это не исполняется.

Энергия в земледелии и экологии. Уже отмечалось, что успехи современного земледелия объясняются интенсификацией вложения энергии в сельскохозяйственное производство. При этом необходимо учитывать всю энергию, т.е. не только топливо, расходуемое в сельскохозяйственном производстве, но всю энергию. Следует плюсовать затраченную на производство техники (начиная с разведки месторождений руды и топлива для самой разведки и в последующем для добычи разведанной руды), удобрений, а также на научные исследования по выведению новых сортов и гибридов.

Отходы сельскохозяйственного производства и перерабатывающей промышленности часто выступают в качестве источника отрицательного воздействия на экологическую обстановку. Парадоксальный пример - концентрация навоза и других отходов с больших площадей вблизи ферм. Ценные вещества - удобрения, сконцентрировавшие в себе существенную часть дополнительной энергии земледелия и животноводства, превращаются во вредные токсичные. Особенно велико по масштабам загрязнение воды от переработки сельскохозяйственного сырья.

Изменение гидрологического режима при осушении и орошении отрицательно тем, что растет доля поверхностного стока, особенно в многоводные (многоснежные) годы. Усиливается эрозия весной, но в то же время в сухие сезоны сохнут родники, мелеют реки.

Взаимосвязи земледелия и природы

Земледелие, среда и человек образуют сложную систему с многообразными взаимодействиями и взаимосвязями, которые не всегда понимаются в нужное время, а понимаются лишь после проявления негативных последствий, когда меры принимать обычно уже поздно.

Ныне на планете используется 1,5 млрд га пашни, но еще столько же уже утрачено за историю человечества, приведено в негодность для продуктивного использования и требует нереально больших средств на восстановление.

Особенно активно под земледелие использовались территории степной (степи, саванны, прерии, пампы) и лесной природных зон, речные долины и дельты. При обработке полей человек влияет не только на используемый участок, но и на окружающие, особенно ныне, при интенсивных и энергонасыщенных системах земледелия (мелиорация, механизация, химизация). Необходимо учитывать не только работу в земледелии, но и весь предварительный комплекс работ по изготовлению машин и химикатов. Результат этот в том, что все, не включенное в продукты в виде пищевых калорий, включается в энергию, негативно влияющую на природу.

История и жизнь свидетельствуют о страшном. Люди так и не научились щадяще использовать земельные ресурсы. Огромные площади подвержены деградации. Главный бич земледелия - эрозия почвенного покрова, поражает около половины площади обрабатываемых земель. В мире из-за эрозии ежегодно теряется несколько миллионов га земель. Меньше, но тоже много, теряется из-за засоления.

Есть и примеры благодатного использования земли - строительства «рая на камнях, песке и болотах», но по затронутой площади эти примеры неизмеримо меньше.

Воздействие земледелия на почвенный и растительный покров планеты, на гидрологические процессы (процессы круговорота воды) приводит к резкому изменению структуры и функций биосферы на земледельчески освоенных и прилегающих территориях. Только первый человек был стихийным охотником и собирателем. Современный человек не может жить без земледелия, дающего основу питания. Это значение возрастает по мере роста населения. Рост этот абсолютный и относительный - растет количество земледельческих пищевых калорий и растет доля людей, живущих за счет земледелия и удобрений.

Конкретно главные факторы воздействия земледелия на среду (экологию) следующие.

1. Уничтожение природной многовидовой растительности на больших площадях и замена ее селекционными сортами немногих видов (поля, огороды, сады, плантации).

2. Превращение природных биогеоценозов в агроценозы.

3. Превращение малопродуктивных почв и природных экосистем в высокопродуктивные земледельческие угодья мелиорацией и культурным использованием.

4. Уничтожение природных местообитаний животных.

5. Деградация почвенного покрова при нерациональном использовании:

- водная и ветровая эрозия почв;

- истощение почв;

- засоление и осолонцевание почв;

- заболачивание почв;

- загрязнение почв избыточными удобрениями и пестицидами; образование хардпэнов в почвах.

6. Изменение природного радиационного и водного баланса обширных территорий, ведущее к климатическим изменениям.

7. Изменение гидрологического режима территорий: 1) усиление поверхностного стока; 2) истощение грунтовых вод, падение их уровня; 3) повышение уровня грунтовых вод при орошении; 4) усиление седиментации в руслах рек.

8. Загрязнение поверхностных и грунтовых вод удобрениями, водорастворимыми солями, пестицидами, отходами производства.

9. Загрязнение атмосферы:1) при внесении удобрений и пестицидов с помощью авиации; 2) при выделении азотистых соединений удобрений из почвы в атмосферу путем денитрификации.

10. Загрязнение океана усиленным стоком с земледельческих территорий.

Масштаб влияния земледелия на облик планеты особенно значителен в связи с огромностью затрагиваемых территорий. Особенно большую площадь имеют пустыни, бедлэнд и другие бросовые территории. Большинство современных пустынь - это неправильно использовавшиеся земледельческие территории (другие - результат перевыпаса при пастбищном использовании). Забрасывание деградированных земель активно идет и теперь.

Влияние животноводства на экологию

Влияние животноводства на экологию в основном базируется на земледелии, но имеет и самостоятельное значение. Особенно сильное неблагоприятное действие на экологию оказывает интенсивное (промышленное) животноводство. Конкретно негативное влияние животноводства на природу определяется следующим:

1. Уничтожение природной растительности на больших пространствах и опустынивание вследствие перегрузки пастбищ.

2. Деградация природной растительности на пастбищах.

3. Выбивание растительности и эрозия почвенного покрова вокруг колодцев и коралей (стойбищ), а также на прогонах.

4. Загрязнение поверхностных вод отходами животноводства: 1) близ боен и перерабатывающих предприятий; 2) при стойловом содержании скота; 3) при водопое на природных водоемах и реках.

5. Превращение лесных территорий в саванны в тропическом поясе (Африка, Азия, Латинская Америка).

Животноводством человек занимается многие тысячелетия. Как и земледелие, эта отрасль аграрного производства имеет много разнообразных форм в связи с разнообразием природных условий планеты.

В тундре – это кочевое оленеводство, связанное со сменой зимних и летних пастбищ. В умеренных лесных, лесо-луговых и степных зонах – это пастбищно-стойлдовое содержание скота при запасании сухих кормов на зимний сезон отсутствия зеленого корма. В засушливых холодных условиях – это отгонное скотоводство, а в засушливых теплых – кочевое скотоводство, связанное с сезонной сменой пастбищ.

В последние десятилетия к этим традиционным формам животноводства добавилось промышленно-стойловое откормочное содержание скота на огромных животноводческих пастбищах, включая птицефабрики.

Наиболее экологически стабильным и находящимся в равновесии с окружающей средой, пожалуй, является пастбищное оленеводство в тундрах, устойчивость которого, в частности, определяется оптимальной нагрузкой животных на пастбища при очень низкой плотности населения в этих экстремальных климатических условиях. Природная первичная биологическая продуктивность тундры относительно низкая, и усиление нагрузки на пастбища имело бы здесь катастрофический эффект, тем более, что производство кормов здесь неэкономично (урожай маленький, площади труднопроходимые для техники и человека), завозить корма дорого. Тундровое оленеводство до настоящего времени служит примером экологически сбалансированной хозяйственной деятельности человека и не имеет негативных последствий для окружающей среды, давая в целом только положительный эффект, хотя местами и временами экологические проблемы возникали в тундрах в связи с циклическими природными или антропогенными нарушениями в отдельных звеньях пищевой цепи. Ситуацию серьезно ухудшили геолого-разведочные и добычные работы на газ и нефть. Во многих местах положение может быть названо катастрофическим. В Канадской тундре и на Аляске такой катастрофы нет.

Влияние пастбищно-стойлового животноводства умеренного пояса на окружающую среду более ощутимо. Оно прежде всего связано с загрязнением среды продуктами и отходами животноводства, особенно почвы и воды. Главные виды загрязнений следующие.

1) загрязнение гидрографической среды отходами боен, мясоперерабатывающих и молочных предприятий;

2) загрязнение водоемов экскрементами животных, включая огромные массы навоза вокруг ферм, особенно близ промышленных откормочных ферм, содержащих тысячи голов скота;

3) загрязнение почвы вокруг ферм избытком навоза.

Навоз издревле использовался человеком как ценное органическое удобрение. В регионах недостаточного природного органического топлива в степях, полупустынях и пустынях он особенно тщательно собирался и полностью использовался и используется сейчас как топливо. Однако в последние десятилетия возникла глобальная проблема утилизации навоза, особенно в умеренном поясе, в связи с колоссальным ростом его неиспользуемых запасов. Горы навоза буквально погребают некоторые животноводческие промышленные комплексы. Это связано с рядом социально-экономических обстоятельств:

- для промышленности животноводства навоз – это только загрязняющий отход, вывозка которого стоит дорого и ложится дополнительным бременем на стоимость продукции;

- для земледельцев – это дорого в связи с отсутствием необходимого транспорта, да и агрохимики обещают прибавки урожаев более простым химическим путем.

В целом же это оборачивается потерями для тех и других, а самое главное – почва не получает столь нужную ей органику. Кроме того, загрязненная навозом почвенная и водяная среда – это источник огромного количества патогенных микроорганизмов и паразитов человека и животных, особенно вызывающих кишечно-желудочные заболевания.

В экологически сбалансированной агроэкосистеме взятые из почвы химические элементы и углерод органических соединений должны с навозом и другими отходами животноводства возвращаться в почву для поддержания ее плодородия. Если этого нет, развиваются два неблагоприятных последствия для окружающей природной среды: ее загрязнение и истощение почвы с последующим падением урожаев.

Одной из социальных причин сложившегося положения с навозом служит прогрессирующее до последнего времени отделение животноводства от земледелия и перевод его на промышленную основу. Земледелие для животноводства становится лишь поставщиком кормов, более того, лишь поставщиком сырья для промышленного производства концентрированных кормов. Обратной связи между ними нет, а это уже существенное нарушение экологически сбалансированного природного цикла веществ.

Во многих развивающихся странах эта проблема сейчас решается путем устройства установок для переработки органических отходов сельского хозяйства, включая навоз, в биогаз с использованием бактериального процесса метанового брожения. В Китае, Индии, Пакистане и других странах внедрены уже миллионы таких мелких установок в деревнях на коллективных или индивидуальных началах. Результаты переработки в биогаз следующие:

1) утилизируются отходы и прекращается загрязнение среды;

2) получаемый горючий газ используется для отопления и других бытовых нужд (приготовление пищи, прежде всего), для выработки электричества;

3) вырабатывается концентрированное удобрение в виде остатка после процесса брожения не дорогое, но более эффективное, чем навоз. В промышленно развитых такая технология, вероятно, не будет экономически эффективной и решаться эта проблема должна другими путями.

В засушливых районах мира главная экологическая проблема пастбищного скотоводства – постепенное истощение пастбищ при их перегрузке, уничтожение растительного и почвенного покрова, прогрессирующее опустынивание.

Первичная биологическая продуктивность засушливых экосистем, лимитируемая недостатком воды, небольшая. Соответственно экологический баланс здесь может быть поддержан лишь отчуждением годового текущего прироста растительной биомассы. Если же нагрузка скота начинает превышать природную способность пастбища и отчуждается не только годичный прирост, но и аккумулированный запас фитомассы, неизбежно начинается пастбищная дигрессия и разрушение природной экосистемы. Так было много раз в истории человечества: практически все разбитые подвижные пески мира (Сахара, Аравия, Каракумы и др.) – это наследие былого неумеренного скотоводства. Продолжается процесс и сейчас.

Особенно трудное положение в этом отношении сложилось во второй половине ХХ столетия в ряде засушливых регионов Северной, Южной и Восточной Африки, Южной Америки, Юго-Западной Азии, прежде всего в развивающихся странах. Два главных фактора сыграли свою роль: 1)рост населения в этих регионах; 2) «мясной бум» 50-70 гг., организованный транснациональными мясными корпорациями капиталистического мира.

Рост населения в ХХ в. привел к резкому росту поголовья скота и не только в целях получения товарной мясной и молочной продукции. Дело в том, что для многих народов, населяющих эти регионы, скот не только, а иногда и не столько, товар, сколько главное достояние семьи. Количество голов скота определяет благосостояние человека: его дают в приданое при браках и обменивают на другой товар, им платят долги и т.д. Чем больше скота, тем богаче человек. Следствие – рост перегрузки скота на пастбищах в связи с ростом населения, борьба за продуктивные пастбища, за водопои, истощение пастбищ, опустынивание.

В начале 50-х гг. были вложены огромные капиталы в развитие мясного скотоводства в развивающихся странах. Были созданы многочисленные стада высокопродуктивного скота, построены скотобойни, перерабатывающие предприятия, пути транспортировки. Забыли лишь об одном – кормах. А мясо? Огромный мясной поток пошел не бойни, предприятия, в порты, минуя местное население. За двадцать лет такой «помощи» горы мяса были вывезены в Северную Америку и Европу. Это было в ущерб своим, американским и европейским, животноводам, но зато с сохранением своих природных ресурсов. Корпорации получили баснословные прибыли, а развивающиеся страны остались с пустынями на месте бывших пастбищ, громко взывая о помощи, продолжая голодать и не зная, как решить еще более усиливающиеся проблемы животноводства и развития в целом. Итоговый же результат – разрушение окружающей среды, безвозвратная утрата традиционных ресурсов развивающихся стран.

В ряде стран (Голландия, Дания, Италия, Япония и др.) построено много индустриальных животноводческих комплексов, работающих на привозных импортных кормах, в основном на зерне, из которого изготовляют комбикорма сложной рецептуры. Расходы окупаются импортом мясных и молочных продуктов (Голландия, Дания) или внутренним потреблением (Италия, Япония). В этих странах с кормами завозится столько питательных элементов (NPK), что они полностью перекрывают потребности выраживаемых культур и еще излишек остается.

Лесоразработки

Лесоразработки очень активно влияют на среду. Как правило - отрицательно. Лес - мощный фактор климата, гидрологии и биогеохимии на суше земного шара. Сведение леса резко изменяет радиационный и водный режим и баланс территории, изменяет БИК. Экологические последствия лесоразработок включают:

1. Истощение возобновимых природных ресурсов: 1) смена ценных лесов на малоценные (бамбуковые заросли в тропиках, осиновые, березовые, ольховые заросли в бореальном поясе); 2) уничтожение диких животных и их местообитаний.

2. Смена интенсивной кислородной функции леса на малоинтенсивную иных экосистем.

3. Смена заторможенного биологического круговорота веществ на более интенсивный круговорот иных экосистем; разрушение замкнутого биологического круговорота в тропиках, ведущее к истощению почв (попытки земледельческого освоения тропических лесов по этой причине остаются неудачными - под тропическим солнцем поверхность земли ссыхается в кирпич (later) и плантации гибнут.

4. Деградация почв на вырубках: 1) заболачивание на севере; 2) панциреобразование в тропиках; 3) эрозия почв на склонах, особенно в горах.

5. Гидрологическое влияние на поверхностный и грунтовый сток: 1) увеличение доли поверхностного стока, возрастание пика половодья в лесной зоне; 2) исчезновение родников, обмеление рек (коли вода весной не впиталась в землю, стекла, то нечему питать родники); 3) усиление эрозии и заиливания рек и озер; 4) изменение гидрографической сети.

Изменение среды под влиянием вырубок леса в разных природных зонах проявляется по - разному, но общие черты воздействия схожи и отрицательны. В истории человечества большие площади лесов сведены для пашни и пастбищ. Еще больше вырублено для получения древесины: 1) топливо бытовое; 2) строительный материал; 3) промышленное сырье для переработки (бумага и пр.); 4) топливо для металлургии (Демидовы). В России вырубки почти не восстанавливаются (до 50% срубленной деловой древесины оставалось в лесосеке). Образец лесовосстановления - Финляндия, в которой вся лесная площадь обустроена как лесокультурная и гектар леса дает больше прибыли, чем гектар пашни.