Рост орошаемых земель. Экологические проблемы

     Введение

     Когда в XIX веке европейский демографический  взрыв породил несоответствие между  темпами прироста населения и  сельскохозяйственных земель, и сделал явным аграрное перенаселение в Европе, частичное решение было найдено в колонизации крупнейших остававшихся неиспользованными пригодных для сельскохозяйственного использования массивов земель в Северной и Южной Америке, в Австралии, на юге России, в Сибири и т.д.

     Но  к середине ХХ века все основные земельные ресурсы планеты были уже использованы. Во второй половине века прирост используемых для сельского  хозяйства земель замедлился, шел  в основном за счет расширения орошаемых  площадей или вовлечения в оборот менее ценных земель - на склонах, в  тропических лесах и т.д. и не поспевал за стремительным ростом населения [1].  

1. Рост орошаемых  земель

     Общая площадь земель, возделываемых под  зерновые культуры, в мире выросла  с 587 млн. га в 1950 до 732 млн. га в 1981 г. (на 25%), но их площадь в расчете на душу населения сократилась за тоже время с 0,23 до 0,16 га (на 30%). А после 1981 г. и общая площадь пашни стала сокращаться. В 90-е годы она была на 15-20% выше, чем в середине века, а население к этому времени выросло более чем вдвое (Рис. 1). 

     Рисунок 1. Площадь пашни на душу населения, в гектарах. 1950-2000 и прогноз до 2050 года

     Во  многих же странах обеспеченность посевными  площадями уменьшится до 0,06 - 0,07 га на душу населения уже в ближайшие  десятилетия. В то же время есть страны, которым нехватка земли не грозит. В России к 2050 году, по оценкам, на душу населения будет приходиться 1,14 га пахотных земель. На протяжении последних десятилетий XX века снижение обеспеченности земельными ресурсами в известной степени компенсировалось приростом высокоэффективных орошаемых земель [1]. За 35 лет - с 1961 по 1996 - их площадь выросла почти на 90% - со 139 до 263 млн. га. Особенно быстрым этот рост был во второй половине 70-х годов, когда он заметно опережал рост населения и позволил несколько увеличить площадь орошаемых земель на душу населения. Земледелие на орошаемых землях высокоэффективно. В середине 90-х годов такие земли составляли всего 17% возделываемых в мире земель, но давали около 40% мирового продовольствия. Площадь орошаемых земель продолжает расти, но постепенно ее прирост замедляется, а часть полученного выигрыша съедается увеличением населения, так что прирост на душу населения становится все менее вероятным [2]. Дальнейший рост будет неизбежно тормозиться нехваткой воды для орошения (Рис. 2).

     Рисунок 2. Орошаемые земли на душу населения, в гектарах на 1000 человек мирового населения. 1950-2000 и прогноз до 2050 года

     Конечно, планета все еще располагает  немалыми резервами пахотных земель. Считается, что теоретически их площадь "может быть увеличена на 40% или  на 2 миллиарда гектаров". Но большую  часть этих "резервных" земель нельзя эффективно использовать без  дорогостоящих мероприятий по повышению  плодородия почвы, вырубки лесов  и т.д., так что их реальное включение  в состав мировой пашни весьма проблематично. С другой стороны, используемые ныне сельскохозяйственные земли, быстро деградируют. Уже сейчас деградации в средней или сильной степени подвержены около 2 миллиардов гектаров пахотных и пастбищных угодий [3]. 

2. Удобрения и ядохимикаты

     Органические  удобрения

     К органическим удобрениям относятся: навоз, навозная жижа, перегной, компост, птичий помёт, озёрный ил, золу, торф, зелёное удобрение, отходы городского коммунального хозяйства (мусор и компосты из него, осадки сточных вод, фекальные массы), пищевой, кожевенной и др. отраслей промышленности, а также сапропель (ил), солома, гуано. Органические удобрения содержат питательные вещества в форме органических соединений растительного или животного происхождения. Органические удобрения оказывают многостороннее агрономическое действие на свойства почвы. При разложении их в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов образуются доступные растениям минеральные соединения N, Р, К, Са, S и др. элементов и перегной, или гумус. Выделяющийся при этом углекислый газ насыщает почвенный воздух и приземной слой атмосферы, улучшая углеродное питание растений [2].

     При систематическом внесении органических удобрений улучшаются физико-химические и химические свойства почвы, её водный и воздушный режимы, активизируется жизнедеятельность полезных микроорганизмов (азотфиксирующих бактерий, аммонификаторов и др.). Через органические удобрения в основном осуществляется круговорот питательных веществ по схеме: почва - растения - животные – почва [4].

     Минеральные удобрения

     Минеральные удобрения бывают азотными, фосфорными, калиевыми, сложными и микроудобрениями. Они являются продукцией химического  производства и содержат в себе одно или несколько питательных веществ  в высокой концентрации [5].

     Кроме этого есть комплексные удобрения, которые включают в себя несколько  сбалансированных действующих веществ. Комплексные удобрения подразделяют по составу на двойные (например, азотно-фосфорные, азотно-калийные или фосфорно-калийные) и тройные (азотно-фосфорно-калийные). По способу производства их делят  на сложные, сложносмешанные (или комбинированные) и смешанные удобрения [5].

     Вещества, которые входят в большую часть  химических удобрений, достаточно легко  обнаружить и в естественной почве, так что они присутствуют при  любом способе производства овощей и при выращивании сельхозкультур на органике в том числе [4].

     Провозглашенная чистой и полезной органика (компостирование), тем не менее, зачастую приводит растения к многочисленным болезням, гниению  и засорению посевов сорняками. По большей части они возникают  в силу поликристаллического характера  многих минеральных удобрений, их ускоренного  растворения и избирательного выщелачивания  грунтовыми водами [6].

     Отрицательное влияние использования минеральных  удобрений: огромная ударная нагрузка приходится на долю растений в момент внесения удобрений и неблагоприятно воздействует на корневую систему; загрязнение водоемов, которое возникает вследствие перекачивания части внесенных минеральных удобрений через грунтовые воды (а избежать этого при нынешних технологиях практически невозможно); технология производства практически любой разновидности минеральных удобрений связана с определенными проблемами, которые иногда решаются довольно сложно (в качестве примера можно привести те трудности, с которыми сталкиваются «средние» производители фосфатов) [6].

     Ядохимикаты

     По  характеру действия средства защиты растений (ядохимикаты) можно разделить  на контактные (убивающие вредный  объект при контакте с ним), и системные (проникающие в ткани и проводящую систему растений, убивающие вредный  объект при питании таким растением). Все средства защиты растений классифицируются по химическому составу, объектам применения, по характеру действия и способам проникновения во вредный организм [4].

     Деление ядохимикатов по объектам применения:

• Инсектициды – борьба с вредными насекомыми;
• Акарициды – против клещей;
• Нематициды – против нематод;
• Родонтициды – против грызунов;
• Фунгициды – против грибов;
• Гербициды – борьба с сорными растениями;
• Арборициды – против сорной древесной растительности;
• Бактерициды – против бактерий [4].

     Использование ядохимикатов на открытых больших пространствах приводит к их циркуляции в биосфере. Многие ядохимикаты могут накапливаться в биологических, водно-пищевых цепях и поступать в организм не только профессионально контактирующих с ними людей, но и всего населения (с пищей, водой, воздухом). Наряду с очевидной пользой для сельского хозяйства применение ядохимикатов потенциально опасно для здоровья человека и окружающей среды: может вызывать отравления людей, животных и растений, полезных для человека, ухудшать качество продуктов питания, среды обитания человека через нарушение экологических процессов, вызывать изменения генофонда [3].

     Попадая в почву, пестициды растворяются в почвенной влаге и переносятся  с ней вниз по профилю. Длительность нахождения пестицидов в почве зависит  от их состава. Стойкие соединения сохраняются  до 10 лет и более. Мигрируя с природными водами и переносясь ветром, стойкие пестициды распространяются на большие расстояния. Известно, что ничтожные следы пестицидов были обнаружены в атмосферных осадках на просторах океанов, на поверхности ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды. В 1972 на территории Швеции с атмосферными осадками выпало ДДТ больше, чем производилось этой стране [6].

     Охрана  почв от загрязнения пестицидами  предусматривает создание возможно менее токсичных и менее стойких  соединений. Разрабатываются приемы уменьшения доз без снижения их эффективности. Очень важно сокращение авиационного распыления за счет наземного, а также  применение строго выборочной обработки. Несмотря на принимаемые меры, при  обработке полей пестицидами  лишь незначительная их часть достигает  объекта воздействия. Большая часть  накапливается в почвенном покрове  и природных водах. Важная задача – ускорить разложение ядохимикатов, распад их на нетоксичные компоненты. Установлено, что многие пестициды  разлагаются под воздействием ультрафиолетового  облучения, некоторые ядовитые соединения разрушаются в результате гидролиза, однако наиболее активно пестициды  разлагаются микроорганизмами [4]. 

3. Технологии  ведения сельского хозяйства

     Сельское  хозяйство производит большее воздействие  на природную среду, чем любая  другая отрасль народного хозяйства. Причина этого в том, что сельское хозяйство требует огромных площадей. В результате меняются ландшафты целых континентов. Сильнее всего на природную среду воздействует земледелие. Его факторы воздействия таковы: сведение природной растительности на сельскохозяйственные угодья, распашка земель; обработка (рыхление) почвы, особенно с применением отвального плуга; применение минеральных удобрений и ядохимикатов; мелиорация земель. И сильнее всего воздействие на сами почвы: разрушение почвенных экосистем; потеря гумуса; разрушение структуры и уплотнение почвы; водная и ветровая эрозия почв [6].

     Животноводство  влияет на природу меньше. Его факторы  воздействия таковы: перевыпас - то есть, выпас скота в количествах превышающих способности пастбищ к восстановлению; непереработанные отходы животноводческих комплексов [6].

     Существуют определённые способы и технологии ведения сельского хозяйства, которые смягчают или полностью устраняют негативные факторы.

     Технология  точного земледелья

     В основе научной концепции точного  земледелия лежат представления  о существовании неоднородностей в пределах одного поля. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используются новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы для агроменеджмента на базе геоинформационных систем (ГИС). Собранные данные используются для планирования высева, расчёта норм внесения удобрений и средств защиты растений (СЗР), более точного предсказания урожайности и финансового планирования. Данная концепция требует обязательно принимать во внимание локальные особенности почв и климатических условий. В отдельных случаях это может позволить легче установить локальные причины болезней или уплотнений [5].

     Агропроизводители применяют технологии переменного или дифференцированного внесения удобрений в тех участках поля, которые идентифицированы с помощью GPS-приёмников и где потребность в определённой норме удобрений выявлена агротехнологом при помощи карт агрохимобследования и урожайности. Поэтому в некоторых участках поля норма внесения или опрыскивания становится меньше средней, происходит перераспределение удобрений в пользу участков, где норма должна быть выше, и, тем самым, оптимизируется внесение удобрений [5].

     Органическое  сельское хозяйство

     Органическое  сельское хозяйство, экологическое сельское хозяйство, биологическое сельское хозяйство — форма ведения сельского хозяйства, в рамках которой происходит сознательная минимизация использования синтетических удобрений, пестицидов, регуляторов роста растений, кормовых добавок, генетически модифицированных организмов [6].