Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 176с.

Лекция 6. Природные ресурсы

6.2. Ресурсы для производства продовольствия

Одной из глобальных по своему значению проблем является обеспечение населения земного шара продуктами питания. Ее острота особенно возросла во второй половине XX столетия, когда начался быстрый рост численности населения Земли, получивший название «демографического взрыва».

Энергетической структурной первоосновой создания различных пищевых веществ являются образующиеся в зеленых растениях органические вещества. А так как естественные трофические цепи не в состоянии поддержать существование огромного количества людей, то человек вынужден создавать искусственные экосистемы – агроэкосистемы.

Агроэкосистема – созданное с целью получения сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаемое человеком биотическое сообщество, обладающее малой экологической надежностью, но высокой продуктивностью одного или нескольких видов растений.

Агроэкосистемы обладают рядом существенных особенностей, которые отличают их от других встречающихся в природе экосистем. Основной из них является то, что агроэкосистема, в принципе, существует только за счет постоянного управляющего воздействия со стороны человека. С одной стороны, это обеспечивает высокую степень ее специализации и интенсивный уровень эксплуатации, с другой – приводит к большим затратам энергии и материальных средств, поддерживающих эту специализацию и не дающих системе перейти в состояние устойчивого экологического равновесия, при котором преобладающими оказались бы дикие виды растительности, бесполезные для человека.

Если  в природной экосистеме все виды приспособлены друг к другу так, что в целом они обеспечивают замкнутость циклов круговорота веществ, то в агроэкосистеме эти связи нарушены.

Проблема обеспечения человечества продовольствием почти повсеместно решается путем резкой интенсификации  земледелия за счет применения повышенных доз удобрений и ядохимикатов, подавляющих сорняки и вредителей. К сожалению, эти мероприятия экологически не сбалансированы и приводят к пагубным последствиям: разрушается почва и ухудшается здоровье питающихся этими растениями людей.

Почва – это сложная саморегулируюгцаяся экосистема с высокой способностью к регенерации, которая основана на динамическом взаимодействии между минеральными частицами, детритом (мертвым органическим веществом) и редуцентами.

Нарушение хотя бы одного из этих компонентов может иметь для почвы пагубные последствия. Например, динамическое равновесие представляет собой взаимодействие между почвой и растительностью. Деградация почвы – это своего рода цепная реакция. Ухудшение земель снижает продуктивность растений, что означает снижение количества детрита для формирования гумуса, а также защиты почвы от эрозии и потери воды за счет испарения. Эти последствия ведут к дальнейшей деградации почвы и уменьшению продуктивности растений до тех пор, пока не останется голый грунт. Процесс почвообразования начинается с момента воздействия живых организмов на литосферу. Хотя почва и образовалась из горных пород, но между ними есть существенная разница: в отличие от горной породы почва обладает плодородием.

Плодородная почва должна иметь следующие качества:

 – наличие необходимых для растений питательных веществ в легкоусвояемой форме. По исследованиям В.А. Ковды, чем  выше гумусность верхних почвенных слоев, тем, как правило, более высоким будет накопление и содержание в гумусовых слоях почвы соединений азота, фосфора, калия, серы, кальция. Такая закономерность распространяется и на микроэлементы;

– большой и устойчивый запас воды, вместе с которой в растения поступают питательные вещества;

– рыхлость, т. е. прочная зернисто-комковатая структура, обеспечивающая свободное и глубокое развитие корневой системы растений, а также водо- и воздухопроницаемость. Глубина пахотного слоя не менее 25 см;

– отсутствие ядовитых веществ.

Почвенный покров земной поверхности – педосфера – представляет собой оболочку, которая расположена на поверхности суши там, где литосфера соприкасается с живыми организмами.

Педосфера, являясь условием существования зеленых растений, служащих источником пищи животного мира и человека, может по праву называться «оболочкой жизни». Ведь именно почва, наделенная плодородием, стала условием существования самого человека, ибо с ней связано производство основных продуктов его питания.

Плодородие почвы зависит не только от физических свойств и химического состава, но и от приемов воздействия человека на почву, его производственной деятельности, от уровня производительных сил страны, от социальной структуры общества. Почва и ее плодородие являются не только природным, но  и общественно-экономическим образованием.

Выделяют следующие негативные  антропогенные эффекты, связанные с воздействием человека на почву:

-  эрозия почвы;

-  засоление почвы;

-  закисление почвы;

-  загрязнение почвы ядохимикатами.

Эрозия почвы – процесс разрушения верхних, наиболее плодородных слоев почвы и подстилающих пород талыми и дождевыми водами (водная эрозия) или ветром (ветровая эрозия ,или дефляция ). Под механической (агротехнической) эрозией понимают систематический сдвиг почвы вниз по склону в результате работы сельскохозяйственных машин и орудий при пахоте и других видах обработки земель.

Естественная эрозия почв – очень медленный процесс. Например, снос поверхностными водами 20 см почвы под пологом леса происходит за  174 тыс. лет,  под лугом – за 29 тыс. лет. При правильных севооборотах поля теряют 20 см почвы за 100 лет, а при монокультуре кукурузы – за 15 лет.

В результате смыва почв происходит не только потеря основных элементов питания растений (азота, фосфора, калия и др.), но и резко ухудшаются физические свойства почв, водно-воздушный режим, состояние микробоценоза. Все это приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, возделываемых на смытых почвах.

Методы предупреждения почвенной эрозии включают: контурную вспашку (перпендикулярно склону), узкополосный посев, т.е. чередование полос высеваемой культуры и травы, создание полезащитных лесных полос и террасирование.

Засоление почв может происходить как естественным путем, так и вследствие искусственного орошения, поскольку соль, растворенная в воде, скапливается на поверхности в виде соляной корки. Почвы в жарком и сухом климате засоляются сильнее.  

Видный баланс большинства растений регулируется отношением концентраций солей с внешней и внутренней сторон клеточной мембраны. Если концентрация соли вне клетки слишком высока, вода поглощаться не может. Более того, под действием осмоса она будет оттягиваться из клетки, что приведет к обезвоживанию и гибели растений.

Можно избежать засоления, если использовать достаточное количество воды для вымывания солей из почвы. Однако в этом случае необходима соответствующая дренажная система.

Закисление почв – это процесс повышения кислотности почвенных растворов. Почвенные организмы и растения зависят от реакции почвы, но для них важно не само по себе значение рН, а способность почвы выравнивать внезапно возникающий избыток водородных ионов, т.е. буферная емкость почвы. Причины закисления почв делят на две группы: естественные (выделение кислот корнями растений и микроорганизмами; выдыхание углекислого газа корнями, сопровождающееся образованием угольной кислоты; образование кислых форм гумуса при переработке трудноразложимого органического вещества) и антропогенные, (внесение кислотообразующих удобрений, например аммиачных; выпадение кислотных дождей).

В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением естественных процессов почвообразования, а также при многолетнем выращивании одной культуры (в результате чего накапливаются токсичные вещества, выделяемые растениями)  на культивируемых землях постепенно происходит потеря плодородия почв. Этот  процесс частично нейтрализуется накоплением биомассы подземных частей растений, но главным образом внесением удобрений. Избыток некоторых веществ, содержащихся в удобрениях, может накапливаться в растениях и вызывать загрязнение продуктов питания (например, нитраты в овощах). Такие негативные эффекты накопления многократно усиливаются применением ядохимикатов – пестицидов, которые отравляют почву, воду, воздух, растительные продукты и разрушают нормальную структуру живого покрова Земли.

Известно, что 90 % всех применяемых пестицидов так сильно подавляет бактериальную флору почв, что вновь воспрянуть она способна лишь через месяц (а это 1000 – 5000 поколений бактерий!). Такой провал в круговороте веществ не может остаться без последствий для всей экосистемы в целом.

Вредители, как правило, становятся  малочувствительными  к ядам, так как при систематическом их применении в каждой популяции, подвергающейся химическим обработкам, отбираются особи, нечувствительные к пестицидам. Таким образом, возникнет тупиковая ситуация, которую вряд ли можно преодолеть созданием новых химикатов, поскольку в ответ на полихимизацию насекомые вырабатывают полииммунные  свойства.

Опыт показывает возможность перехода от химических методов к экологическим методам защиты растений, основанным на законах существования природных систем. Данные методы включают: безупречное выполнение агротехнических правил, выдерживание севооборота, привлечение естественных врагов для уничтожения вредителей и пр.