VI 1.4. Геоэкологические проблемы земледелия

Естественные экосистемы, как правило, замкнуты, то есть отли­чаются весьма малыми потоками вещества и энергии через их грани­цы. Любая сельскохозяйственная экосистема существенно отличает­ся от природных экосистем значительными потоками вещества и энергии через ее границы из-за выноса веществ с урожаем, поступ­ления удобрений, воды для орошения, пестицидов, и т.п. Централь­ным звеном в агроэкосистеме является почва, в которой, несмотря на массированные антропогенные воздействия, плодородие должно со­храняться на определенном уровне, чтобы обеспечивать ожидаемый уровень продукции. При этом возникает ряд проблем окружающей среды на уровне отдельного сельскохозяйственного поля. Другая группа проблем связана с воздействием сельского хозяйства на ок­ружающую среду за пределами поля, и часто весьма далеко за пре­делами.

Основные неблагоприятные процессы на уровне поля снижают плодородие почв, модифицируя их физическое, химическое и биоло-

гическое состояние. Это водная и ветровая эрозия, последствия при­менения удобрений и пестицидов, уплотнение почвы, ее загрязнение, а также засоление, подтопление и заболачивание почв.

VII.4.1. Водная и ветровая эрозия почв

Эрозия почв - это естественный геоморфологический процесс, не­отъемлемое звено как глобальных биогеохимических циклов, так и глобального цикла денудации-аккумуляции. Наибольшие величины естественной водной эрозии вне горных территорий наблюдаются в зонах полупустынь и степей. Здесь количество осадков, составляю­щее около 250-500 мм в год, еще достаточно велико, чтобы обеспе­чить размыв и смыв почвы, а естественная растительность уже не полностью защищает почву от воздействия дождевых капель. Наи­меньшие величины естественной водной эрозии характерны для тех ландшафтных зон, где сплошная, зачастую многоярусная раститель­ность защищает поверхность почвы от размыва (в зонах влажных ле­сов), или где осадков недостаточно для заметного смыва (зоны пус­тынь). Распределение естественной водной эрозии почв в мире в це­лом подчиняется закону географической зональности.

Максимум естественной ветровой эрозии располагается в аридных зонах (полупустыни и пустыни). На глобальном уровне роль ветро­вой эрозии приблизительно вдвое меньше, чем водной эрозии. Об­щая площадь в мире, подвергающаяся необратимым изменениям вследствие ветровой эрозии, невелика, но локальный эффект этого процесса может быть весьма серьезным.

При превращении природной экосистемы в сельскохозяйственное поле условия для эрозии резко меняются. Поверхность почвы стано­вится слабо прикрытой растительностью, а значительную часть года и вовсе голой. Многочисленные данные указывают на то, что при преобразовании лесного ландшафта в полевую агроэкосистему вели­чины эрозии увеличиваются по крайней мере на два-три порядка ве­личины, а при преобразовании открытого (нелесного) ландшафта - на один-два порядка. Поэтому при сельскохозяйственном освоении территорий эрозия почв резко увеличивается и остается на высоком уровне.

В России почти половина площади почв подвержена водной и вет­ровой эрозии. На 5 млн. га бывшего СССР располагаются сильно эродированные почвы, на которых урожаи не превышают 40% от тех, которые были бы при неизмененной почве. В последние годы существования СССР с полей выносилось 100 млн тонн гумуса и бо­лее 40 млн. тонн соединений азота, фосфора и калия в год. Это в полтора раза больше количества вносимых в то время в почву удоб­рений, и именно таким образом потенциальное плодородие почвы неуклонно снижается.

Многочисленные факты из других районов мира также указывают на чрезвычайно высокую степень снижения естественного плодоро­дия почв.

В США за последние 200 лет смыто около трети верхнего слоя почвы, и естественное плодородие сократилось на 10-15%. Около двух третей пашни США нуждаются в защите от эрозии. Почвенная эрозия в США уносит приблизительно вдвое больше биогенных ве­ществ, чем их вносится в почву в виде удобрений. Около половины наносов рек США обязаны своим происхождением эрозии почв.

Еще хуже ситуация с эрозией почв в развивающихся странах, где благоприятные для эрозии природные условия сочетаются, как пра­вило, с низким уровнем противоэрозионной агротехники. На о.Ява, например, рост доходов сельскохозяйственного производства за по­следние 10-15 лет составлял около 4% в год, но эта величина при­мерно равна потерям плодородия почв в результате эрозии. В Зим­бабве эрозия уносит втрое больше биогенов, чем их вносится еже­годно.

Главная причина эрозии почв - сельское хозяйство. Например, в штате Нью-Йорк (США) земледельческие системы занимают 20% площади, но они дают 63% всего объема эрозии почв штата.

Противоэрозионная способность почв зависит от содержания гу­муса и карбонатов, концентрации катионов в поглощающем ком­плексе, механических и агрегатных свойств почвы. Каждый генети­ческий тип почвы отличается характерным для него набором пара­метров. Наибольшей эрозионной устойчивостью среди почв Русской равнины обладают черноземы. К северу и югу от зоны черноземов устойчивость почв к водной эрозии снижается. С другой стороны, более 70% черноземов мира распахано. Поэтому общий объем эро­зии в черноземной зоне под влиянием земледелия значительно уве­личился.

Насколько увеличилась эрозия почв мира вследствие трансформа­ции естественных экосистем в пашню? Автором были выполнены расчеты влияния сельского хозяйства на водную эрозию почв мира. Установлено, что с полей смывается ежегодно не менее 90 млрд. тонн почвы. Для сравнения: твердый сток рек мира оценивается в 22 млрд. т в год. В настоящее время водная эрозия почв по крайней ме­ре в пять раз больше, чем она была при ненарушенных земледелием условиях. Объем смытой почвы содержит больше фосфора, чем все производство фосфорных удобрений в мире за год.

Главные потенциальные резервы земельных ресурсов под пашню располагаются в тропических и экваториальных районах. Расшире­ние площади пашни приведет там к значительному росту эрозии почв. Продолжающееся обезлесение приведет к дальнейшему увели­чению эрозии почвы, в особенности во влажной экваториальной зо­не, где, по сравнению с доземледельческим периодом, эрозия уже увеличилась в 8 раз, и при условии использования всех доступных земельных ресурсов может вырасти в 24 раза.

Наибольшее увеличение эрозии почвы, в 33 раза по сравнению со временем до начала земледелия, отмечается в районах достаточного увлажнения умеренного пояса, где по климатическим условиям из­начально произрастали леса и где площадь пашни весьма велика.

На уровне речного бассейна смытые почвы представляют собой наносы, переносимые реками. Увеличение стока наносов приводит к заилению водохранилищ, каналов, оросительных систем и судоход­ных путей. Для условий США подсчитано, что это приносит боль­ший экономический ущерб, чем снижение плодородия почв в ре­зультате эрозии почв.

Далеко не весь рыхлый материал, образующийся вследствие эро­зии пахотных почв, достигает больших рек и океана. Преимущест­венная часть его отлагается ниже по склону и в гидрографической сети первого порядка. Чем выше порядок сети или чем больше пло­щадь бассейна, тем меньшая доля наносов попадает в реки.

В бассейне Оки, например, распределение отложенных наносов по элементам рельефа выглядит следующим образом:

Отношение объема наносов, достигших определенного створа на реке, к объему наносов, первоначально образовавшихся в этом бас­сейне, называется показателем поступления наносов (,Sediment Delivery Ratio - SDR). Величина SDR находится в обратной нели­нейной зависимости от площади бассейна. Обширный фактический материал, собранный в различных районах мира, позволил получить следующее выражение для определения показателя поступления на­носов (SDR):

SDR = kSⁿ

где S - площадь бассейна, кип- числовые параметры. При этом па­раметр п изменяется в пределах от -0,01 до -0,25.

Геоморфологические и геологические исследования подтвержда­ют ведущую роль расширяющегося земледелия в увеличении эрозии почв и стока наносов. На юге Украины в балках, не имеющих посто­янного стока воды, отмечены значительные отложения наносов, ак­кумулированные 100-150 лет тому назад, то есть во времена земле­дельческого освоения южных степей. Анализ кернов осадков в Чер­ном море показал, что средняя скорость осадконакопления в период 7000-2000 лет тому назад составляла 90 млн. т в год. Затем скорость накопления увеличилась до 250 млн т в год, причем она была наи­большей в X-XV вв., когда происходила наиболее активная транс­формация лесов в бассейне Дуная в агроэкосистемы.

Русло реки Хуанхэ в нижнем течении чрезвычайно неустойчиво. Река течет в собственных отложениях, очень быстро и резко изменяя свое положение и вызывая катастрофические затопления. За послед­ние 4000 лет было около 1500 наводнений, в результате которых русло реки перемещалось на десятки и сотни километров 26 раз. И все же до времени примерно 1000-2000 лет тому назад река Хуанхэ имела относительно нормальный объем стока наносов. Затем сель­скохозяйственное освоение Китая привело к распашке поверхности Лессового плато в бассейне р. Хуанхэ, где эрозии стали подвергаться чрезвычайно легко размываемые, тонкие отложения лесса. Мутность воды необычайно возросла и достигает сейчас 1 т/куб. м. Сток нано­сов Хуанхэ - около 1 млрд. т в год, или около 10% стока взвешенных наносов всех рек мира. Это ставит ее на второе место в мире после Ганга-Брамапутры. На реке построено несколько водохранилищ, ра­ботающих в специальном режиме, препятствующем накоплению большей части переносимых наносов, но выполняющих свою основ­ную функцию увеличения стабильных водных ресурсов.

VII. 4.2. Геоэкологические последствия применения удобрений

Для своего развития растения нуждаются в определенном количе­стве биогенных веществ (соединений азота, фосфора, калия и др.), обычно поглощаемых из почвы. В естественных экосистемах биоге­ны, ассимилированные растительностью, возвращаются в почву в ре­зультате процессов деструкции в круговороте вещества: разложения плодов, растительного опада, отмерших побегов, корней и пр. Неко­торое количество соединений азота фиксируется бактериями из ат­мосферы. Часть биогенов привносится с осадками. На отрицательной стороне баланса находятся инфильтрация и поверхностный сток рас­творимых соединений биогенов, их вынос с почвенными частицами в процессе эрозии почвы, а также преобразование соединений азота в газообразную фазу с уходом ее в атмосферу.

В природных экосистемах скорость накопления или расходования питательных веществ обычно невелика. Например, для девственной степи на черноземах Русской равнины соотношение между потоком соединений азота через границы избранного участка степи и его за­пасами в верхнем метровом слое составляет около 0,0001 или 0,01%. Можно сказать, что в масштабах жизни человека баланс биогенных веществ, так же как и гумуса для девственных (первичных) экоси­стем, замыкается с высокой точностью.

Сельское хозяйство нарушает естественный, практически замкну­тый баланс биогенов. Ежегодный урожай уносит часть биогенов, со­держащихся в произведенном продукте. В агроэкосистемах скорость выноса питательных веществ на 1-3 порядка больше, чем в природ­ных системах, причем чем выше урожай, тем относительно больше интенсивность выноса. Следовательно, даже если первоначальный запас питательных веществ в почве и был значительным, в агроэко- системе он может израсходоваться сравнительно быстро.

Всего в мире с урожаем зерна выносится, например, около 40 млн. т азота в год, или примерно 63 кг на 1 га площади зерновых. Отсюда следует необходимость применения удобрений для поддержания плодородия почвы и повышения урожаев, так как при интенсивном земледелии без удобрений плодородие почвы снижается уже на вто­рой год. Обычно применяются азотные, фосфорные и калийные удобрения в различных формах и сочетаниях, в зависимости от ме­стных условий. В то же время, применение удобрений маскирует де­градацию почв, заменяя естественное плодородие на плодородие, ба­зирующееся в основном на химических веществах.

Производство и потребление удобрений в мире неуклонно росло, увеличившись за 1950-1990 гг. приблизительно в 10 раз. Среднее мировое использование удобрений в 1993 г. составляло 83 кг на 1 га пашни, из них примерно половина - азотных удобрений. За этой средней величиной скрыта большая разница в потреблении различ­ных стран. В Нидерландах применяется больше всего удобрений, и там уровень применения удобрений в последние годы даже сокра­тился: от 820 кг/га до 560 кг/га. С другой стороны, среднее потреб­ление удобрений в Африке в 1993 г. составляло лишь 21 кг/га, при­чем в 24 странах применяли 5 кг/га и менее.

Наряду с положительными эффектами, удобрения создают также экологические проблемы, в особенности в странах с высоким уров­нем их применения. О загрязнении природных вод нитратами и о связанной с этим эвтрофикации водоемов уже говорилось в главе, посвященной проблемам гидросферы.

Нитраты опасны для здоровья человека, если их концентрация в питьевой воде или продуктах сельского хозяйства выше установлен­ной ПДК. Концентрация нитратов в воде, стекающей с полей, обыч­но находится между 1 и 10 мг N/л, а с нераспаханных земель она на порядок меньше. По мере роста массы и продолжительности приме­нения удобрений, все большее количество нитратов попадает в по­верхностные и подземные воды, делая их непригодными для питья. Если уровень применения азотных удобрений не превышает 150 кг N/ra в год, то в природные воды попадает примерно 10% от объема применяемых удобрений. При более высокой нагрузке эта доля еще выше. В особенности серьезна проблема загрязнения подземных вод после того, как нитраты попали в водоносный горизонт.

Водная эрозия, унося почвенные частицы, переносит также со­держащиеся в них и адсорбированные на них соединения фосфора и азота. Если они попадают в водные объекты с замедленным водооб­меном, улучшаются условия для развития процесса эвтрофикации. В реках США главным загрязнителем воды стали растворенные и взвешенные соединения биогенов.

Зависимость сельского хозяйства от минеральных удобрений при­вела к серьезным сдвигам в глобальных циклах азота и фосфора. Промышленное производство азотных удобрений привело к наруше­нию глобального баланса азота вследствие роста объема доступных для растений соединений азота на 70% по сравнению с доиндустри- альным периодом. Избыток азота может изменить кислотность почв, а также содержание в них органического вещества, что может при­вести к дальнейшему выщелачиванию питательных веществ из поч­вы и ухудшению качества природных вод.

По нашей оценке, смыв фосфора со склонов в процессе почвенной эрозии составляет не менее 50 млн. т в год. Эта цифра сравнима с го­довым объемом промышленного производства фосфорных удобре­ний. По другой оценке, в 1990 г. столько же фосфора было вынесено реками в океан, сколько было внесено на поля, а именно 33 млн. т. Поскольку газообразных соединений фосфора не существует, он пе­ремещается под воздействием силы тяжести, главным образом с во­дой, преимущественно с континентов в океаны. Это ведет к хрониче­скому дефициту фосфора на суше и к еще одному глобальному гео­экологическому кризису.

Зависимость величины урожая от объема применяемых удобрений в целом похожа для любой культуры: растение заметно реагирует на первые порции применяемых удобрений, при последующих порциях прирост урожая становится меньше, а затем уже прироста практиче­ски нет (кривая зависимости в этой области стремится к асимптоте), а при дальнейшем увеличении нагрузки удобрениями может отме­чаться и снижение урожая. Деградация почв, обсуждавшаяся выше, не остановила рост сельскохозяйственного производства, потому что фермеры в мире применяли все больше удобрений, чтобы компенси­ровать теряемое природное плодородие почв, и увеличивать урожаи.

В настоящее время рост применения удобрений вызывает все меньшее приращение урожая (на кривой зависимости урожая от на­грузки удобрениями эта ситуация находится в зоне асимптоты). Вследствие этой причины, а также вследствие изменения типа эко­номики в ряде стран, объем применения удобрений в мире не растет с 1990 г. В такой ситуации удобрения более не маскируют снижение плодородия почв, потому что они не могут заменить другие важные компоненты почвы как сложного природного тела: органического вещества, тонкой фракции почвы, водоудерживающей способности почвы, почвенной фауны беспозвоночных и микроорганизмов и пр.

В то же время, развивающиеся страны нуждаются в более высо­ком уровне применения удобрений для повышения сельскохозяйст­венной продукции, что, с другой стороны, неизбежно повлечет за со­бой рост геоэкологических проблем.

Научно обоснованные стратегии сельского хозяйства должны ис­следовать возможности сокращения объема применяемых удобрений с целью поиска оптимального уровня их применения, а также вклю­чать такие компоненты, как корректная технология их применения и защита почв от эрозии.

VII. 4.3. Геоэкологические последствия применения пестицидов

Значительная часть урожая уничтожается вредителями и погибает вследствие болезней как на поле, так и, позднее, в хранилищах. Ино­гда потери достигают половины урожая (в бывшем СССР - до 30—40 %, в США - 33%). Одно из основных направлений борьбы с вреди­телями сельского хозяйства (насекомыми, грызунами, грибками, сорняками и пр.) - это применение химических веществ, называемых пестицидами. В США, например, необходимо бороться со 160 вида­ми патогенных грибов и бактерий, 250 видами вирусов, 8000 видами насекомых и клещей, 2000 видами сорняков.

Пестициды - общее название для всех химических веществ, при­меняемых для борьбы с вредителями, а также и более узкое название для части веществ, применяемых против насекомых. Гербициды применяются для контроля сорняков, фунгициды - против грибков, родентициды - против грызунов. Основной потребитель пестицидов - сельское хозяйство. В СССР в 1989 г. 88% всей пашни обрабатыва­лось пестицидами.

Всего в мире используется не менее 180 пестицидов в виде не­скольких тысяч препаративных форм. За десятилетия 1960-1980 гг. объем пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве мира, увели­чился на порядок. Однако затем употребление пестицидов стало за­медляться вследствие обнаруженных серьезных проблем. В России и прилегающих странах уровень производства и применения пестици­дов понижается также вследствие экономической депрессии.

Большинство проблем применения пестицидов, возникает потому, что практически все пестициды являются ксенобиотиками - чужды­ми для природы химическими соединениями.

По оценкам Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), ежегодно в мире от применения пестицидов умирают 20000 человек и около 1 млн. чел. получают отравление со значительными послед­ствиями для здоровья. Многочисленные исследования однозначно свидетельствуют, что любое увеличение пестицидных нагрузок по­вышает частоту распространения самых различных патологий, ведет к увеличению заболеваемости (в особенности детей) не только по­средством прямого поражения организма человека, но и путем по­давления иммунной системы, нарушения процессов роста, развития и обмена веществ. Если применение пестицидов в мире будет воз­растать, то можно ожидать соответствующего увеличения заболе­ваемости и смертности.

Воздействие пестицидов на природу столь же серьезно, как и воз­действие их на человека. Каждый вид, численность которого подле­жит регулированию, обитает вместе с сотнями видов, численность которых изменять нежелательно. Поэтому обычно менее одного процента применяемых пестицидов достигает цели. Остальные 99% попадают в окружающую среду, загрязняя почву, воздух и воду и от­равляя биоту, часто с непредсказуемыми последствиями.

Большую роль в плодородии почв играет почвенная биота. Подав­ляя вредителей пестицидами, человек снижает также численность почвеныых организмов. В пойменных почвах Нечерноземья насчи­тывалось до 300 дождевых червей на 1 кв. м, пропускавших сквозь свой кишечник ежегодно до 10 кг почвы. В настоящее время их чис­ленность сократилась в десятки и сотни раз.

Многообразные пестициды различным неблагоприятным образом воздействуют на ландшафты и их компоненты. Группы животных, наиболее страдающих от пестицидов, оказываются (в порядке уве­личения степени поражения): беспозвоночные, рыбы, птицы, млеко­питающие, микроорганизмы. Внутренние водоемы загрязняются пестицидами и продуктами их распада. Пестициды сыграли, напри­мер, немалую роль в ухудшении состояния Аральского моря, его притоков и бассейна. Исследование поведения пестицидов в ланд­шафте в зависимости от географических условий - важная и пока недостаточно изученная проблема.

Попавший в окружающую среду пестицид включается в процессы биоаккумуляции, когда может происходить многократное (до сотен тысяч раз) повышение его концентрации по мере продвижения пес­тицидов по пищевым цепям. В результате отдельные, иногда отда­ленные от пестицидной мишени звенья пищевых цепей могут ока­заться крайне токсичными. Широко известен пестицид ДДТ, почти везде запрещенный к использованию (но это запрещение не всегда выполняется). Период полного распада ДДТ составляет многие де­сятки лет, и около половины произведенного промышленностью препарата еще находится в окружающей среде. Биоаккумуляция ДДТ в экосистеме озера Мичиган приводит к его накоплению в ры­боядных птицах в 180 тыс. раз большему, чем его концентрация в озерной воде:

Последствия биоаккумуляции пока еще не полностью поняты и могут оказаться даже более опасными, чем это видится сейчас.

Другая серьезная проблема применения пестицидов в том, что вредители привыкают к пестицидам, это привыкание передается по наследству, снижая эффективность пестицидов и заставляя вводить в использование все новые и новые химические вещества. Это явле­ние, так называемая резистентность, привело к тому, что более де­сятка массовых видов насекомых развили нечувствительность ко всем основным классам применяемых соединений. К ним относятся домовая муха, таракан, колорадский картофельный жук, капустная моль и др. Резистентность к применяемым пестицидам вырабатыва­ется через 10-30 поколений, так что в недалеком будущем, при со­временной стратегии применения пестицидов, все основные вреди­тели могут стать резистентными.

Если обобщить проблемы применения пестицидов, то можно ска­зать, что их основная опасность заключается в нарушении жизне­обеспечивающих свойств экосферы и ухудшении состояния здоровья людей.

В долгосрочной перспективе большая часть применяемых хими­ческих веществ должна быть запрещена и заменена на биологиче­ские средства борьбы (или на интегрированные биологические, хи­мические и другие средства защиты урожая). Однако немедленный запрет вряд ли возможен. На переходный период необходимо со­блюдать несколько весьма очевидных правил. Следует вспомнить старый закон медицины: "Если можешь, не вреди", то есть не при­меняй пестициды там, где не надо, и когда не надо. Должны приме­няться пестициды с относительно коротким временем распада. Не следует стремиться к поголовному истреблению вредителя, что вряд ли возможно, а лишь к поддержанию его численности на заданном, низком уровне. Поскольку менее 1% всех случаев смерти зарегист­рировано в развитых странах, хотя в них применяется 80% всего объема пестицидов, необходимо специальное обучение людей, рабо­тающих с пестицидами.

VII.4.4. Уплотнение почвы

Существуют две основные линии интенсификации сельского хо­зяйства: увеличивающееся применение или технологии (механизмов, энергии и пр.), или ручного труда. При технологически интенсивном сельском хозяйстве (где производится около половины продовольст­вия мира на одной пятой пахотной площади) широко используются сельскохозяйственные машины. Всего в мире в сельскохозяйствен­ном производстве используется более 30 млн. тракторов, не считая комбайнов, плугов, сеялок и пр., а также грузовиков. Почти все эти машины очень тяжелые. Некоторые сельскохозяйственные машины превышают допустимую нагрузку даже на асфальтированные дороги.

Многократное использование тяжелых сельскохозяйственных ма­шин за сезон и за многие годы приводит к уплотнению почв. Разру­шается структура почвы, снижается ее пористость, ограничивается развитие корней растений, и таким образом неуклонно снижается плодородие почвы. Если эти процессы развиваются в верхнем слое почвы, то ситуация может быть скорректирована ежегодной вспаш­кой. Но все более интенсивное использование тяжелых машин при­водит к уплотнению глубоких горизонтов почвы, что не может быть исправлено снятием нагрузки или вспашкой.

VII.4.5. Геоэкологические проблемы орошения

Орошение применяется издавна, чтобы обеспечить повышенный и устойчивый урожай. На 1995 г. площади орошаемых земель в мире составляют около 250 млн. га. Это всего лишь 17% пашни, но они обеспечивают около одной трети всех продуктов земледелия.

Большинство древних цивилизаций основывалось на орошаемом земледелии. Однако истинное расширение ирригации произошло в

XX столетии, когда площадь орошаемых земель в мире выросла в 5- 6 раз. В начале XX в. площадь орошаемых земель в мире не превы­шала 40 млн. га. Наиболее интенсивный рост площадей орошения был в 1950-1960 гг., но затем он замедлился, а в некоторых странах, например в США, стал отрицательным. Прирост орошаемых площа­дей в мире в течение XX в. превысил прирост численности населе­ния и был, таким образом, важным фактором в решении проблемы продовольствия.

Имеется несколько причин современного снижения темпов разви­тия орошения:

- высокая стоимость новых проектов, в среднем не менее 1000- 2000 долларов США за гектар;

- невыгодность вложения средств в проекты орошения по сравне­нию с другими областями инвестиций;

- дефицит водных ресурсов;

- дефицит подходящих земель;

- потеря орошаемых территорий вследствие засоления, заболачи­вания и подтопления почвы;

- деградация оросительных систем.

На территории бывшего СССР заметный прирост орошаемых площадей, происходивший в течение 1955-1985 гг. резко остановил­ся во второй половине 1980-х гг., сначала вследствие протестов эко­логических движений, полагавших, что в конечном итоге гидроме­лиоративные проекты приносят больше вреда, чем пользы, а затем из-за отсутствия средств вследствие деградации экономики.

Особенности развития орошения и сопутствующие ему проблемы ассоциируются с тремя основными геоморфологическими типами земель (в основном на материале Средней Азии):

а) Высокие и приподнятые подгорные равнины, первые террасы рек. Обычно они состоят из водопроницаемых отложений, таких как песок или гравий. Поэтому они не нуждаются в искусственном дре­наже, а почвы не подвержены засолению. Это районы традиционно­го устойчивого орошения, существовавшего в течение столетий и даже тысячелетий.

б) Низкие подгорные равнины, межгорные депрессии, вторые и третьи террасы древних озер и рек. Они сложены лессами, суглин­ками, глинами и не обладают достаточными дренирующими свойст­вами. Почвы содержат значительные запасы солей. Эти территории нуждаются в искусственном дренаже из-за опасности засоления и за­болачивания почв.

в) Морские и внутриконтинентальные дельты, низкие равнины и депрессии, террасы в низовьях рек. Они сложены глинами и суглин­ками и практически не обладают естественным дренажом. Подзем­ные воды - соленые и залегают близко к поверхности. До начала развития ирригации необходимо промыть почвы и построить глубо­кий дренаж. В большинстве случаев резервы земель для орошения располагаются именно на таких территориях, что делает новые про­екты орошения весьма дорогими, и со значительными сопутствую­щими экологическими проблемами.

Орошение - это, безусловно, благо для человечества, но одновре­менно оно приносит серьезные проблемы, прежде всего, геоэкологи­ческого характера. Превращение естественного ландшафта в агро- экосистему всегда приводит к очень глубоким преобразованиям со­стояния и режима территории. Это еще более верно, когда естест­венный ландшафт превращается в систему орошения, то есть в но­вую, почти полностью искусственную инженерную систему. Веду­щие процессы коренным образом изменяются: вместо малого коли­чества воды, поступающей с атмосферными осадками, что характер­но для засушливых областей, поле получает большое количество во­ды. В результате изменяется основной тип водного режима почвы: вместо непромывного режима, когда воды не промачивают ежегодно почвенный профиль, возникает промывной режим, при котором про­исходит ежегодное, обычно многократное промачивание почвы. Из­меняются все особенности режима почвы, в том числе условия ми­грации химических соединений, а затем и физические свойства почвы.

При значительном развитии ирригации не только отдельное поле или оросительная система претерпевают глубокие геоэкологические изменения, но они захватывают речные бассейны, включая такие крупные как Нил, Колорадо, Инд или Амударья.

Опыт показывает, что какая бы территория ни находилась под влиянием орошения, будь это речной (озерный) бассейн, ороситель­ная система, или поле, она приобретает тенденцию к деградации, и требуются постоянные, энергичные меры, поддерживающие ее ус­тойчивость и, таким образом, контролирующие ситуацию. Сущест­вует масса примеров этого как из прошлого, так и из настоящего. Природа ничто не отдает бесплатно: чем больше ее нарушаешь, тем больше надо платить за это.

Основная задача ирригации - поддержание оптимальной влажно­сти почвенного слоя для развития растений; орошение, этот главный пользователь воды в мире, забирает до 80% всей используемой воды.

С точки зрения ресурсов, главная проблема состоит в малой эф­фективности использования воды. Коэффициент полезного действия для поля или оросительной системы есть отношение объема исполь­зуемой растениями воды к объему забираемой воды. Он сильно варьирует, в зависимости от многих условий, но в целом можно ска­зать, что обычно к.п.д. находится в пределах 0,4-0,6, часто и того ниже.

Существует много причин неэффективного использования воды. Одна из них, может быть, главнейшая, в том, что цена за воду (если она вообще есть) намного ниже, чем ее социальная стоимость. Во многих случаях и во многих странах вода для орошения бесплатна, или же она ниже даже затрат на поддержание систем орошения, не говоря уже о капитальных затратах. В результате воду не берегут, и чрезмерное расходование воды типично для большинства ороси­тельных систем мира, независимо от типа экономики.

Непропорционально высокое расходование воды, превышающее потребности растений, приводит к неблагоприятным геоэкологиче­ским последствиям. Главное из них - подъем уровня грунтовых вод вследствие избыточного количества оросительной воды при недос­таточно эффективном или отсутствующем дренаже. Это приводит к подтоплению или заболачиванию территории. (При подтоплении уровень грунтовых вод находится очень близко к поверхности поч­вы, а при заболачивании вода стоит на ее поверхности.)

Кроме того, соли, вымываемые из почвы, вместе с солями, нахо­дящимися в значительном количестве в грунтовых водах, оказыва­ются в пределах почвенного профиля, вызывая тем самым чрезвы­чайно неблагоприятный для земледелия процесс - засоление почв. Предотвращение засоления заключается в обеспечении хорошего дренажа почв, то есть в обеспечении отвода избыточного количества воды. Существуют земли с хорошим естественным дренажом. Обычно это территории традиционного орошения. В остальных слу­чаях необходимо строить инженерные системы дренажа. Для уде­шевления строительства это не всегда делается, но скупой, как из­вестно, платит дважды, потому что мелиорация засоленных почв об­ходится дороже, чем первоначальное сооружение дренажа.

Примерно четверть орошаемых площадей мира в той или иной степени засолена, и очень большие территории совершенно выведе­ны из обращения как прошлыми цивилизациями, так и в результате хозяйствования последних десятилетий.

Если главной геоэкологической проблемой ирригации на уровне поля или оросительной системы является проблема заболачивания и засоления почвы, то основной проблемой на уровне речного бассей­на является значительное увеличение транспорта растворенных со­лей. По оценкам Н.Ф.Глазовского, общий перенос солей с дренаж­ными водами с орошаемых полей мира составляет 2 млрд. т в год. Этот перенос стал одним из основных компонентов глобальных био­геохимических циклов. Для сравнения, естественный транспорт рас­творенных веществ с речным стоком мира составляет 3 млрд. т в год.

При грамотном планировании развития орошения необходимо учитывать вновь возникающие потоки растворенных веществ. Это делается на основе анализа уравнений водно-солевого баланса, со­временного и проектируемого. С этой точки зрения, каждая террито­рия уникальна, и перспективное планирование водно-солевого ба­ланса требует междисциплинарных знаний, а управление большими орошаемыми территориями должно быть фактически сочетанием науки и практического опыта.

Развитие орошения, особенно в тропических странах, обычно со­провождается рядом социальных последствий. Одно из наиболее важных - рост болезней, связанных с переносчиками, таких как ма­лярия, шистосоматоз или онкоцеркоз. Другие последствия - это ухудшение качества питьевой воды и заболачивание (подтопление) населенных пунктов вследствие неэффективного управления оро­шаемыми массивами.

Геоэкологические проблемы орошения указывают на необходи­мость учета полной стоимости ирригации, которая бы включала не только затраты на строительство и эксплуатацию оросительных сис­тем, но и стоимость ухудшения состояния окружающей среды, за­траты на решение экологических вопросов и социально-эконо­мических проблем. Такая полная стоимость, несмотря на очевидные трудности подобных расчетов, помогла бы оценивать действитель­ную эффективность проектов оросительных систем. Таким образом, орошение будет рассматриваться не как привлекательный и недоро­гой способ увеличения производства продуктов сельского хозяйства, а, как и в случае с сельскохозяйственными химикалиями, как обою­доострый меч, с которым надо обращаться с осторожностью, потому что он может принести как добро, так и зло.

VII. 4.6. Геоэкологическая устойчивость сельского хозяйства

Анализ антропогенных факторов изменения состояния почв и ис­пользования земель мира говорит о том, что педосфера как основа живого вещества Земли, как критическое звено в глобальных био­геохимических циклах, как основной источник продовольствия для быстро растущего населения мира, находится под угрозой. Деграда­ция педосферы - одна из самых серьезных, долгосрочных геоэколо­гических проблем мира, потому что нигде более разрушение систем жизнеобеспечения Земли не зашло так далеко. Имеются более види­мые и более впечатляющие общемировые проблемы, встречаются очень острые локальные проблемы, и они привлекают внимание. Но деградация педосферы все еще не расценивается так, как она того за­служивает.

Главная область беспокойства - сельское хозяйство, где возмож­ность временно поправить ситуацию посредством внесения удобре­ний и пестицидов, введение искусственного полива, или же исполь­зование новых машин может временно отложить или скрыть насту­пающий кризис. С одной стороны, технологические вложения, лишь временно замещающие естественные факторы плодородия почв, приносят с собой ряд геоэкологических проблем, обсуждавшихся выше. С другой стороны, сами эти технологические вложения есть продукт экологически неблагополучной промышленности или энер­гетики. В результате сельское хозяйство, играющее столь большую роль в трансформации экосферы, экологически весьма неустойчиво.

Тревожное состояние ресурсной базы сельского хозяйства можно видеть в большинстве стран мира, от самых богатых и развитых до наиболее обнищавших. Казалось бы, можно полагать, что сельское хозяйство США - это блестящая демонстрация того, что может быть достигнуто при весьма благоприятных природных условиях, умелых, трудолюбивых и предприимчивых фермерах, значительных вложени­ях со стороны науки и техники в виде постоянно совершенствующихся машин, химикалиев, семян и пр. и благоприятной ситуации на мировом рынке сельскохозяйственных продуктов. И действительно, успехи весь­ма впечатляющие. Но нужно также помнить, что успехи американско­го сельского хозяйства идут во многом за счет потерь почвенных ре­сурсов, то есть вследствие его геоэкологической неустойчивости.

Известно, что половина толщины почвенного слоя штата Айова исчезла за последние 150 лет. Говорят, что один мешок произведен­ного зерна кукурузы в этом штате уносит с собой вследствие эрозии два мешка почвы. Поэтому достижения в земледелии Айовы все бо­лее основываются на технологии и все менее на естественном пло­дородии почв. Но если столь значительная степень деградации ха­рактерна для штата и страны, располагающих высококлассной Службой охраны почв, то что говорить о большинстве стран? Выше приводился пример Индонезии, где весь прирост сельского хозяйст­ва происходит из-за потери плодородия почв, и это не самый худший пример. Об антропогенной деградации почв России и бывшего СССР уже говорилось. Четыре самые крупные сельскохозяйственные стра­ны мира, США, Китай, Индия и бывший СССР, используют несколь­ко меньше половины пахотных земель мира, но потери от эрозии и засоления почв превышают 50% общемировых потерь.

Геоэкологическая неустойчивость агроэкосистем отмечается на всех иерархических уровнях. Существует очень много примеров де­градации почв на уровне поля вследствие эрозии, засоления, загряз­нения, уплотнения почв. На уровне водосбора проявляются в основ­ном проблемы химического характера, такие как увеличивающийся транспорт растворенных солей реками или рост концентрации нит­ратов в источниках водоснабжения. На глобальном уровне - нару­шения, в основном, в социально-экономической сфере, но природ­ные процессы также испытывают неблагоприятные воздействия. На­пример, животноводство Нидерландов в значительной степени зави­сит от производства корнеплодов (ямса, маниоки и пр.) в странах юго-восточной Азии, таких как Индонезия или Таиланд. В результа­те усиливается разрушение ресурсной базы в странах-производи­телях маниоки вследствие, например, эрозии почв, и возрастает за­грязнение воды и почвы в Нидерландах вследствие избытка навоза, превышающего естественную способность его переработки на гол­ландской территории.

Несмотря на продолжающееся ухудшение ресурсной базы сель­ского хозяйства, растущее население мира должно быть обеспечено питанием. Необходим переход к экологически устойчивому сель­скому хозяйству. Стратегия перехода весьма сложна и требует очень больших усилий даже для ее разработки, не говоря уже о выполне­нии. В сложной системе, какой является сельское хозяйство, элемен­ты стратегии могут быть весьма далеки от состояния почв, но могут привести к желаемым результатам. К ним относятся эффективное управление численностью населения, оптимизация качества питания взамен максимизации объема производства, устранение или сниже­ние государственных субсидий сельскому хозяйству.

Наряду с социально-экономическими элементами стратегии пере­хода к экологически устойчивому сельскому хозяйству, существуют экологически благоприятные методы ведения хозяйства. Они осно­ваны на минимизации чуждых для природы агротехнических прие­мов, таких как применение пестицидов или минеральных удобрений. Это так называемое органическое земледелие. Его также называют биологическим, или экологическим (organic, biological, ecological farming). В среднем такой метод ведения хозяйства приносит мень­шие урожаи, но их продукты отличаются высокими питательными качествами. Вследствие более высоких цен на такие продукты орга­ническое земледелие может приносить не меньше дохода, чем высо­котехнологичное сельское хозяйство.

Однако доля площади, обрабатываемой с применением органиче­ского земледелия, не превышает нескольких процентов даже в пере­довых странах. При этом отмечается определенная, хотя и слабая, тенденция к росту. В качестве переходной, или компромиссной стра­тегии можно рассчитывать на снижение количества вносимых хими­ческих веществ (удобрений и пестицидов), более эффективное их применение, более эффективное управление оросительными система­ми, разумное ограничение в строительстве новых оросительных сис­тем, применение менее тяжелых машин за более короткое время и пр.

Мы уже приводили пример Нидерландов, где за 10 лет (1983- 1993 гг.) уровень применения минеральных удобрений сократился на 47%, оставаясь при этом все же очень высоким (560 кг/га). При вы­соком уровне применения удобрений растения слабо реагируют на сверхвысокие дозы, и потому экономичнее снизить интенсивность применения удобрений, получив в то же время несколько более низ­кий урожай. Меньшая масса применяемых удобрений приводит так­же к снижению уровня загрязнения окружающей среды (воды и поч­вы). От этой стратегии еще очень далеко до органического земледе­лия, но тенденция эта правильная, и она характерна для большинства развитых стран.

Человечество достигло многого в производстве продуктов пита­ния. Но цена была столь высока, что пришлось занимать ресурсы у внуков. Больше занимать нельзя. Более того, пришло время отдавать, и единственный путь к этому - общемировая трансформация сель­ского хозяйства в духе концепции устойчивого развития.