Лекция 6 Тема: Земельные ресурсы. Использованиезагрязнение.

Для характеристики ресурсов литосферы, в частности, земельных, наиболее существенными являются:

- размеры территории освоения и эксплуатации, совокупность площадей для размещения объектов, техноемкость и демографическая емкость территории;

- географическое положение территорий, принадлежность их к определенной природно-климатической зоне, географической провинции и типу ландшафта;

- качество земли, почвы – субстрата и источника биопродуктивности, в том числе продукции сельского хозяйства;

- земля как покров недр и доступ к их богатствам.

По данным аэрокосмических исследований, проведенных в 80-е годы, не затронутых хозяйственной деятельностью земель осталось лишь около 38 млн. км² , т.е. 28%, не считая материковых льдов. Нарушение естественных экосистем на большей части территории суши – самый существенный результат экономики техногенеза, более серьезный, чем глобальное изменение климата.

Из 149 млн. км² площади суши на долю земель, пригодных для хозяйственного освоения и в значительной степени уже освоенных, приходится лишь около 60 млн. км².

В настоящее время площадь занятых и возделанных человеком земель близка к 25 млн. км² (1/6 площади суши). Из них около 10 млн. км² заняты городами и другими поселениями, сооружениями, коммуникациями, полигонами, горными выработками, т.е. техногенными ландшафтами, исключающими на этих землях биосферную регуляцию. Остальные 15 млн. км² заняты агроценозами, пашней, т.е. также сильно измененными ландшафтами. Площадь постоянных пастбищ для сельскохозяйственных животных близка к 25 млн. км². Следовательно, под прямым контролем человека находится около 50 млн. км². По мнению экологов, эта площадь уже превышает допустимый предел земельных ресурсов, подлежащих хозяйственному использованию, в том числе и для интенсивного земледелия. Площадь пашни может быть увеличена лишь за счет пастбищ и лесов, что чревато серьезными эколого-экономическими потерями.

Землепользование на большой площади сельскохозяйственных угодий имеет истощительный характер: нарушается агротехника, недостаточно или неправильно вносятся удобрения, отклик урожая на внесение удобрений невысокий.

Несмотря на большую потребность в расширении посевных площадей освоение новых земель в отдельных регионах мира уже практически не приводит к увеличению мировой пашни, поскольку все время нарастает экспансия неаграрных объектов и одновременно с распашкой новых земель значительные площади пашни выбывают из хозяйственного использования из-за разных форм детериорации, т.е. порчи земли. Значительные затраты на мелиорацию часто уже не могут остановить этот процесс.

Мелиорацией почв называют заметное улучшение свойств почвы и условий почвообразования с целью повышения плодородия. Осуществляется путем искусственного регулирования водного, солевого, воздушного теплового, биохимического и физико-химического режимов почвы.

Основные причины утраты части земельных ресурсов сельского хозяйства:

- эрозия почвы – смыв или сдувание поверхностного, наиболее плодородного слоя почвы водой и ветром;

- потеря гумуса и снижение плодородия вследствие неправильной агротехники, в основном из-за отсутствия севооборотов и недостаточного возвращения в почву питательных веществ;

- подтопление и вторичное засоление почвы, вызываемое бездренажным орошением неконтролируемой подачей воды;

- машинная деградация почвы (переуплотнение, нарушение структуры пахотного слоя, смешивание его с подстилающей породой и т.п.);

- химическое и радиационное загрязнение почвы.

Одним из наиболее серьезных проявлений деградации земель является техногенное опустынивание, вызванное деятельностью человека и изменениями климата. Большая площадь современных пустынь имеет антропогенное происхождение. От деградации почвы уже пострадали 70% засушливых земель планеты (3,6 млрд. га) – территория, по площади втрое превышающая Европу. Скорость опустынивания в мире сейчас достигла 7 – 10 млн. га в год. Кроме этого, ежегодно еще 20 млн. га теряют продуктивность из-за эрозии и наступления песков. Примерно такова же и скорость сокращения площади лесов. Это одна из самых длительных и грозных тенденций утраты природы.

Загрязнение земель. Поверхность Земли испытывает самую значительную антропогенную нагрузку. Если в атмосферу выбрасывается около 1 млрд. т. вредных веществ (без СО₂), а в гидросферу – около15 млрд. т. загрязнителей, то на землю попадает ежегодно примерно 85 млрд. т. антропогенных отходов. По некоторым оценкам, их общий объем к концу 90-х годов превысил 1500 км³, что соответствует объему 600 тыс. пирамид Хеопса. Если даже преобладающая часть этого объема химически инертна, то для того, чтобы разместить его на земле, человек уничтожает природные экосистемы на значительной площади.

На каждого жителя Земли приходится в среднем за год 0,12 т. отходов потребления, 1,2 т. всех продуктов производства (“отложенных” отходов) и около 14 т. отходов переработки сырья. С экоцентрической точки зрения вся масса отходов опасна. Но для человека считается опасной лишь их часть, которые обладают тем или иным уровнем токсичности.

Существуют различные оценки опасности отходов, загрязняющих землю. Наиболее опасны те токсичные терраполлютанты, которые и геохимически, и биохимически достаточно подвижны и могут попасть в питьевую воду или в ткани растений, служащих пищей для человека и сельскохозяйственных животных. Это, в первую очередь, соединения тяжелых металлов, некоторые производные нефтепродуктов – полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и соединения типа диоксинов, а также разнообразные синтетические яды – биоциды. Кроме них, в связи с определенной вероятностью технических аварий, террористических актов и вооруженных конфликтов чрезвычайно высокую опасность представляют боевые отравляющие вещества (ОВ) и радионуклиды.

В качестве показателя загрязнения почв применяется коэффициент концентрации загрязнения (ККЗ) почвы, вычисляемый по формуле:

ККЗ_i = с_i /ПДК_i, или ККЗ_i = С_i /С_Ф,

где ККЗ_i - коэффициент концентрации загрязнения для i–го вещества,

С_i - содержание i–го вещества,

С_Ф - фоновое содержание этого вещества.

Основными загрязнителями почвыантропогенного происхождения являются:

- твердые и жидкие отходы добывающей, перерабатывающей и химической промышленности, теплоэнергетики и транспорта;

- отходы потребления, в первую очередь твердые бытовые отходы (ТБО);

- сельскохозяйственные отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты;

- токсичные вещества, содержащиеся в атмосферных осадках;

- аварийные выбросы и сбросы загрязняющих веществ.

Удалить отходы можно несколькими известными способами:

1) закопать (требуются новые территории и значительные расходы на земляные работы, изоляцию и последующую рекультивацию);

2) затопить (сохраняется опасность загрязнения гидросферы);

3) сжечь (загрязняются атмосфера и гидросфера);

4) утилизировать.

Последний вариант предпочтителен, но реален лишь для небольшой части отходов и содержит немало технических, экономических и организационных трудностей. В развитых странах мира (США, Германия) сейчас утилизируется всего лишь 10% ТБО.

Итак, главные загрязнители земли – это тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты и их высокотоксичные производные.

По токсичности, присутствию в современной окружающей среде и вероятности попадания в живые организмы может быть выделена приоритетная группа тяжелых металлов (ТМ): свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, таллий, висмут, олово, ванадий, сурьма. Несколько меньшее значение имеют хром, медь, цинк, марганец, никель, кобальт, молибден и селен. Все эти ТМ токсичны по отношению к человеку и высшим животным. Они попадают в организм с пищей, водой, при вдыхании загрязненного воздуха, и в зависимости от химической формы их соединений с той или иной скоростью (иногда довольно быстро) выводятся из организма. Но незначительная их часть задерживается в органах и тканях, вступая в соединение с биогенными элементами и радикалами. Так как эти элементы не участвуют в нормальном обмене веществ и для большинства из них характерны длительные периоды полувыведения (от и месяцев до десятков лет), происходит постепенное накопление ТМ, ведущее к различным нарушениям и хроническим заболеваниям.

К началу 90-х годов мировое производство ТМ составляло более 36 млн. т в год. По приблизительной оценке, к концу XX века в мире накоплено (в млн. т): меди – 300, цинка – 200, хрома – 70, свинца – 20, никеля – 3,5, кадмия – 0,6, ртути – 0,5. Природа никогда прежде не знала такого груза ТМ на поверхности Земли, в экосфере. ТМ попадают в атмосферу с эмиссиями предприятий энергетики, промышленности и транспорта – в виде аэрозолей, пыли и копоти, в составе растворов и суспензий промышленных стоков, с твердыми промышленными отходами, а также с минеральными красителями, бытовой техникой и другими товарами.

Предельно допустимые суточные дозы (ПДД_с) различных ТМ, поступающих в организм человека с водой или пищей, колеблются в широких пределах – от 0,1 мкг (ртуть) до 5 мг (цинк). Сопоставление ПДД_с с массой ТМ, находящихся в окружающей среде, и простой расчет показывают, что эти вещества заключают в себе потенциал многократного отравления всего человечества.

С середины нашего столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения – пестициды. В зависимости от объекта назначения их подразделяют на инсектициды (убивают насекомых), гербициды (уничтожают нежелательную растительность), фунгициды (уничтожают болезнетворные виды грибов). Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе и для людей. Т.е. все они являются биоцидами – веществами, угрожающими различным формам живого. Никакие организмы не обладают соответствующими механизмами детоксикации, даже сравнительно малотоксичные пестициды не подвергаются ферментативному разложению. Все пестициды являются ксенобиотиками – чужеродными по отношению к биосфере, искусственно синтезированными веществами, участие которых в биогенном круговороте «не предусмотрено конструкцией», и поэтому ущерб от них может быть непредсказуем.

В 1938 г. был рекомендован к применению сильный инсектицид – дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ), обладающий широким спектром действия и устойчивый в окружающей среде. Достоинства ДДТ казались столь выдающимися, что его создатель – швейцарский химик П.Мюллер – получил за свое открытие Нобелевскую премию. Сегодня в мире применяется около 6000 наименований пестицидов, а их производство достигло 1,2 млн. т в год.

Однако выяснилось, что применение пестицидов вызывает целый ряд проблем:

1) приспосабливаемость и развитие устойчивости вредителей к применяемым препаратам;

2) восстановление и вторичные вспышки численности вредителей, повышение их агрессивности;

3) рост затрат на применение в возрастающих дозах все новых и более дорогих пестицидов;

4) отрицательное воздействие на природную среду и здоровье человека.

В результате загрязнения биосферы гибнут целые популяции полезных насекомых, рыб, птиц и других животных. По данным ВОЗ, отравлению пестицидами каждый год подвергается в мире до 2 млн. человек и умирает от него до 40 тыс. человек.

Новая стратегия защиты сельскохозяйственных культур должна исходить не из идеи уничтожения неугодных нам форм жизни, а из идеи сосуществования с ними, контроля численности агрессивных биологических видов, что предполагает сохранение биоразнообразия, более широкое применение биологических методов борьбы с вредителями.

Почвы. Классификация и состояние.

Почвы– это природные органо-минеральные образования, возникшие в результате длительного взаимодействия живых организмов и субстрата (определенного типа горных пород – гранитов, известняков, базальтов, глин, песков, сланцев и т.д.), разложения живых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха. Характеризуются плодородием (способностью обеспечивать растения веществами, необходимыми для их жизнедеятельности, а также накопленными водой и воздухом).

Самые плодородные и мощные почвы – черноземы, формировавшиеся тысячелетиями в зонах луговых степей, где был благоприятный климат (теплое лето, 500 – 600 мм осадков в год) для развития богатой травяной растительности.

Севернее, где больше влаги, но не достаточно тепло, в лесной зоне сформировались темно-серые, серые и светло-серые почвы (подзолистые, дерново-подзолистые и болотные) и торфяники.

Южнее, где больше тепла, чем в степной зоне, но значительно меньше влаги, растительность бедная, почвообразование осуществляется слабее. Здесь, в сухих степях, полупустынях и пустынях преобладают бурые, серо-бурые и каштановые почвы, сероземы, солонцы и солончаки. Всего в РФ более 650 видов разных почв.

Важным компонентом почвы является перегной (гумус) – органическое вещество, образующееся из остатков растений под влиянием микроорганизмов, питающихся углеводами, белками, жирами. Лигнином, пектином, сахарами и др. веществами (они разлагают их на глюкозу, аминокислоты, глицерин, хиноны и полифенолы).

С помощью ферментов они синтезируют гумус (почвенный перегной), СО₂ и воду, аммиак, окислы азота и другие вещества.

Почвообразование является важной составной частью биологического круговорота веществ и энергии. Почва обеспечивает растительные организмы калием и углеродом, а также азотом и фосфором, входящими в состав белка.

Плодородие зависит от количества азота в перегное, перегноя в почве и мощности почвы. Лучшие черноземы содержат 10 – 15% гумуса (перегноя).

Значение почв:

1. Являются основным источником получения продуктов питания.

2. Играют активную роль в очистке сточных вод, которые через них фильтруются (почва – универсальный фильтр и нейтрализатор всех антропогенных загрязнений).

3. Почвенно-растительный покров планеты является регулятором водного баланса суши (поглощает, удерживает и перераспределяет огромное количество атмосферной влаги).

Как сказано в одном из последних докладов ООН о состоянии земельных ресурсов мира, дальнейшее существование нашей цивилизации поставлено под угрозу вследствие широкомасштабного уничтожения плодородных земель.

Одна из актуальных задач – охрана и рациональное использование земельных ресурсов (пахотных земель, пастбищ, сенокосов, рекреационных зон).

Общая площадь пахотных земель суши около 1,5 млрд. га (10 – 11% площади суши), пастбищ и сенокосов – около 3 млрд. га (20% площади суши). На каждого жителя планеты приходится в среднем лишь 0,4 га пахотной земли.

Около ¾ почв земного шара имеют пониженную продуктивность из-за недостаточной обеспеченности влагой и теплом.