Глава 23. АГРОЛАНДШАФТЫ - АГРОТЕХНОГЕНЕЗ

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Геохимическая систематика агроландшафтов

Агроландшафты составляют особый отряд техногенных ландшафтов, важнейшей геохимической характеристикой которого, как и в большинстве природных ландшафтов, служит биологический круговорот атомов (бик). Но этот бик часто иной, чем в исходных биогенных ландшафтах, запасы и структура фитомассы которых полностью трансформируются.

Так, при выращивании злаковых культур на фоне уменьшения общих запасов растительности резко возрастает доля надземной зеленой массы и уменьшается подземной. Первичная ежегодная продукция достигает 80 — 90% от общих запасов фитомассы, более половины ее ежегодно отчуждается с урожаем, что ведет к снижению количества гумуса. Как отмечалось, особенно сильно трансформирован круговорот азота. На пастбищах и сенокосах общие запасы фитомассы уменьшаются, но доля подземных органов увеличивается. Особенно сильные изменения структуры фитомассы происходят при чрезмерной пастбищной нагрузке и удобрении сенокосов.

Агроландшафты делятся на группы, типы, отделы, классы, роды и виды. Эта таксономия носит предварительный характер и нуждается в дальнейшем анализе и уточнении.

Группы агроландшафтов

По природным условиям выделяется 4 основные группы:

1.         Агроландшафты на месте лесных ландшафтов.

2.         Агроландшафты на месте степей, саванн и лугов.

3.         Агроландшафты тундр.

4.         Агроландшафты пустынь.

Типы агроландшафтов

Каждая группа состоит из нескольких типов. В 1-й группе — это агроландшафты на месте влажных тропиков, тайги широколиственных лесов, во 2-й — агроландшафты черноземных степей, сухих степей, субтропических степей, саванн и т.д. По Т.П. Евдокимовой, эти группы и типы достаточно четко отличаются по особенностям биологического круговорота от групп и типов природных ландшафтов. Так, в таежной зоне растительность полей по сравнению с лесами в 4 — 6 раз больше потребляет К и Mg, в 3 раза — Р, примерно в 2 раза — N, S и Са. Однако в лесостепной зоне потребление элементов растительностью агроценозов примерно такое же, как в широколиственных лесах и луговых степях (кроме Са, который энергичнее накапливается широколиственными деревьями). Замена разнотравно-злаковых степей полевыми ценозами приводит к уменьшению интенсивности бика большинства элементов. Потребление Са и Mg снижается в 6 раз, S,KHNB2 — 3 раза. Таким образом, агроландшафты природных зон различаются направленностью трансформации биологического круговорота: его скорость и интенсивность увеличиваются при замене лесных ландшафтов и уменьшаются в степях.

Соотношение между биологическим круговоротом и водной миграцией в агроландшафтах деформируется. Последняя резко активизируется — с пахотных земель поверхностным и внутрипочвенным стоками выносится в растворенной форме и в виде суспензий значительно больше химических элементов, чем с целинных водосборов. Поэтому во многих агроландшафтах баланс ряда элементов отрицателен и не компенсируется удобрениями.

Зонально-провинциальные природные факторы определяют также фоновые содержания многих элементов. Так, в целом для гумидных агроландшафтов характерны фоновые концентрации азота, агротехногенные аномалии которого относительно локальны и приурочены лишь к участкам наиболее интенсивного использования азотных удобрений, коммунальных и животноводческих отходов. В аридных агроландшафтах испарительная концентрация определяет изначально высокий региональный фон нитратов в грунтовых и поверхностных водах. Поэтому внесение высоких доз азотных удобрений здесь чаще ведет к превышению ПДК нитратов.

Эти же факторы влияют на распределение и миграцию микроэлементов. Более высокие уровни содержаний В, Br, Мо, U, V, Se в аридных агроландшафтах связаны с древней или современной испарительной концентрацией и подвижностью их анионогенных соединений в щелочной среде, что следует учитывать при внесении минеральных удобрений, например, фосфорных, содержащих некоторые из этих элементов в повышенных количествах.

В отличие от природных ландшафтов разделение типов агроландшафтов на семейства только по особенностям биологического круговорота нецелесообразно из-за их конвергенции в пределах природных зон и особенно подзон под влиянием, например, антропогенного опустынивания, саваннизации, формирования пирогенных комплексов и т.д. (Л.И. Куракова, Э.П. Романова).

Отделы агроландшафтов

В пределах типов биологический круговорот агроландшафтов больше зависит от использования земель. Пашни, сады, огороды, пастбища различаются интенсивностью техногенеза, количеством и составом вносимых минеральных и органических удобрений, соотношением биомассы, ежегодной продукции и изъятием химических элементов с урожаем. Под влиянием различных сельскохозяйственных культур происходит биогеохимическая трансформация форм химических элементов. Минеральные формы азота, фосфора, калия, тяжелых металлов в ходе бика переходят в биогенные и органо-минеральные формы. Под влиянием химизации может изменяться и водная миграция. Поэтому в пределах типов по использованию земель выделяются отделы агроландшафтов. Наибольшие изменения испытывают ландшафты с многолетними культурами (сады, виноградники), некоторыми однолетними техническими культурами (хлопчатник), рисовые плантации с большим количеством вносимых удобрений и интенсивным применением пестицидов. Менее интенсивно действие агротехногенеза на полевые и огородные ландшафты, чайные, ягодные и ореховые плантации. Минимальна трансформация животноводческих пастбищных ландшафтов с наименьшей геохимической нагрузкой. К особому отделу, возможно, относятся ландшафты орошаемых и осушаемых территорий, однако их основные геохимические особенности определяются водной миграцией и эти ландшафты лучше выделять на уровне класса.

Биогеохимическая трансформация агроландшафтов в зависимости от использования земель изучалась Н.Ф. Мырляном в Центральной Молдавии, где агроландшафты занимают почти 2/3 территории, причем распределение техногенной нагрузки в ее пределах неравномерное. Данный регион специализируется на выращивании многолетних культур, что определило высокий уровень обработки земли, внесение больших количеств удобрений, интенсивное применение ядохимикатов. Наибольшее влияние агротехногенеза испытывают многолетние насаждения — сады и виноградники, в которых глубина вспашки достигает 1,5 м (плантаж). Большая часть садов орошается. По объему вносимых удобрений данные ландшафты не уступают землям с полевыми и техническими культурами. Главное же их отличие от других агроландшафтов состоит в интенсивном применении пестицидов, а также органических и минеральных соединений тяжелых металлов. Применение медьсодержащих препаратов значительно обогащает медью основные компоненты виноградников. В почвах ее содержание достигает 2,5.10"2%, в отдельных случаях первых долей процента. В золе листьев винограда до 0,5% меди, в поверхностных водах — до 500 мкг/л. Перераспределение техногенной меди приводит к ее накоплению в почвах и современных отложениях аккумулятивных ландшафтов. В почвах установлен техногенный малахит, в горизонтах, обогащенных этим минералом, концентрация меди достигает 1 — 2%. Высокая плотность многолетних насаждений и интенсивное применение медьсодержащих препаратов позволило выделить в Центральной Молдавии техногенную медную биогеохимическую провинцию. Меньшую техногенную нагрузку испытывают агроландшафты Центральной Молдавии с полевыми, техническими и овощными культурами. Здесь ниже уровень механической обработки почвы, меньше спектр применяемых пестицидов.

Антропогенное воздействие можно оценивать в баллах по соотношению доз минеральных удобрений, уровней загрязнения почв нестандартизованными удобрениями и количеству применяемых пестицидов (табл. 23.1).

Число сочетаний этих видов воздействия, достигающее пятидесяти, можно разделить на пять градаций, соответствующих пяти основным отделам агроландшафтов:

I — со слабым — менее 3 баллов

II— средним — 3 — 4

III        — высоким — 5 — 6

IV        — очень высоким — 7

V         — чрезвычайно высоким уровнем воздействия — 8 — 9.

Так, к первому отделу относятся агроландшафты с малыми дозами вносимых веществ (1 + 1 + 1 баллов, 1 + 2 + 0 и т.д.), а к пятому — с высокими дозами минеральных, нестандартизованных удобрений и пестицидов (2 + 3 + 3,3 + 2 + 3 баллов ) и т.д.

Классы агроландшафтов

Как и для естественных ландшафтов, этот таксон выделяется по типоморфным элементам водной миграции, в основном по соотношению окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий. В ландшафтах со слабой интенсивностью химизации, без осушения или орошения, классы агроландшафтов те же, что и в исходных естественных ландшафтах. В районах интенсивного земледелия с большим количеством вносимых минеральных удобрений, осушительными или оросительными мелиорациями классы природных ландшафтов трансформируются, появляются техногенные геохимические барьеры. Степень и направленность этой трансформации зависят как от характера агротехногенеза (известкование, гипсование, виды минеральных удобрений и т.д.), так и от природных ландшафтно-геохимических условий. Например, от геохимических различий лесных и степных ландшафтов.

Длительное известкование кислых почв приводит к замене кислого класса ландшафта (Н+) на переходный от кислого к кальциевому (Н+- Са2+) и даже на кальциевый (Са+). Это ведет к трансформации всей миграционной структуры ландшафта, замещению в поглощающем комплексе обменного алюминия кальцием, уменьшению подвижности катионогенных тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd, Си), формированию местами карбонатного барьера в верхних и средних почвенных горизонтах, не свойственного большинству лесных почв. В результате фитотоксичность некоторых тяжелых металлов снижается. Анионогенные элементы — Мо, Сг, V, наоборот, становятся более подвижными. Агрогенное подщелачивание характерно и для старопахотных почв степей, в которых оно обусловлено появлением соды после замены степной целинной растительности агроценозами (Ф.И. Козловский).

Подкислеиие почв при чрезмерном внесении физиологически кислых удобрений ведет, наоборот, к увеличению подвижности, а следовательно, и токсичности тяжелых металлов. Избыточное внесение фосфорных удобрений благоприятствует связыванию некоторых элементов, например Zn и Сг, в виде слаборастворимых фосфатов (фосфатный барьер), вызывая иногда цинковое голодание растений.

Роды агроландшафтов

Они выделяются по соотношению водной и механической миграции, зависящей от положения агроландшафта в катене, эрозии почв — степени их смытости или намытости (табл. 23.2). В соответствии с этими критериями можно выделить 10 — 12 родов элементарных агроландафтов (автономный со слабосмытыми почвами, трансэлювиальный с сильносмытыми почвами и др.) с характерными для каждого из них потерями урожая, почвенной массы, гумуса и микроэлементов (табл. 23.3).

От положения элементарного агроландшафта в катене или геохимического агроландшафта в каскадной системе зависит дальнейшая миграция загрязняющих веществ, поступающих с удобрениями и пестицидами, а также экологическое состояние ландшафта. Так, в Средней Азии хлопчатники традиционно располагаются на первой и второй надпойменных террасах, а овощные культуры занимают поймы. Подчиненное положение садово-огородных агроландшафтов ведет к их загрязнению пестицидами, соединениями азота и тяжелыми металлами, поступающими с окружающих более автономных позиций с техническими культурами и высокими дозами минеральных удобрений и пестицидов. Загрязнению супераквальных ландшафтов способствует ирригационная сеть, по которой сбрасываются оросительные и дренажные воды, обогащенные многими поллютантами. В Вахшской долине Таджикистана, дельтах Амударьи и Сырдарьи пойменные почвы и донные отложения рек и каналов, как правило, загрязнены мышьяком, селеном, молибденом и хлорорганическими пестицидами.

Латеральную сопряженность катен в агроландшафтах можно использовать для локализации загрязнения. Так, способность меди осаждаться на щелочном барьере использована Н.Ф. Мырляном для локализации ее техногенных аномалий путем создания искусственных геохимических барьеров из карбонатных материалов (известь, карбонатный щебень). Барьеры размещаются на пути движения медьсодержащих потоков в траншеях поперек склона на границе с подчиненными ландшафтами. Такие барьеры практически полностью задерживают соединения меди и других катионогенных металлов, мигрирующих с поверхностным и внутрипочвенным стоками.

Виды агроландшафтов. Они выделяются по особенностям почвообразующих пород (на суглинках, песках, карбонатных, кристаллических силикатных породах и т.д.).

4. Породы с резко аномальными содержаниями элементов в районах месторождений полезных ископаемых. Их биогеохимическая специализация определяется типом месторождения (накопление органических веществ на участках угольных, нефтяных и газовых месторождений, рудных элементов на рудных полях месторождений черных, цветных, радиоактивных и других металлов).

Контрольные вопросы

1.         Чем агрогеохимия отличается от агрохимии?

2.         Охарактеризуйте негативные последствия применения минеральных удобрений.

3.         Каков баланс азота в агроландшафтах, каковы последствия накопления нитратов и нитритов в овощах, питьевых водах?

4.         Что такое эвтрофикация водоемов?

5.         Назовите источники поступления тяжелых металлов в агроландшафты, какие металлы наиболее опасны?

6.         Охарактеризуйте эколого-геохимические аспекты применения пестицидов.

7.         Как гидромелиорации влияют на геохимию агроландшафтов?

8.         Каковы масштабы и геохимические последствия вырубки лесов, эрозии почв, опустынивания?

9.         В чем состоят геохимические принципы систематики агроландшафтов? Охарактеризуйте отдельные таксоны.

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов