CC BY
25
УДК 55:504:574
ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕСУРСА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ ПОД ВЛИЯНИЕМ АГРОИНДУСТРИИ
В.Т. Трофимов1, Т.А. Барабошкина1, М.А. Харькина', А.Д. Жигалин2
'Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова 2Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва Поступила в редакцию 20.05.18
В статье отражена систематика современных природно-антропогенных факторов риска и вклада социально-экономических трендов в формирование качества ресурса геологического пространства аграрных территорий Северной Евразии. Выявленные тенденции говорят об актуальности экологизации данного вида хозяйственной деятельности для решения проблем продовольственной безопасности и устойчивого развития стран и регионов в условиях глобализации.
Ключевые слова: ресурс геологического пространства, агроиндустрия, экономика, экологические последствия, Северная Евразия.
Troflmov V.T., Baraboshkina T.A., Kharkina M.A., Zhigalin A.D. Changes of resource quality of geological space in North Eurasia under influence of agroindustry. Bulletin of Moscow Society of Naturalists. Geological Series. 2018. Volume 93, part 4. P. 68-79.
The article reflects the systematics of modern natural-anthropogenic risk factors and the contribution of socio-economic trends to the formation of the resource quality of the geological space of the agrarian territories of the Northern Eurasia. The revealed tendencies speak about the urgency of ecologizing this type of economic activity for solving the problems of food security and sustainable development of countries and regions in the context of globalization.
Key words: resource of geological space, agroindustry, economy, ecological consequences, North Eurasia.
Сельское хозяйство — одна из составляющих первичного сектора экономики, находящегося в тесной зависимости от природно--климатических, геолого-геоморфологических и ландшафтных факторов. Современная агроиндустрия — интенсивное многоотраслевое сельское хозяйство, основанное на механизации, химизации и автоматизации процессов получения растениеводческой и животноводческой продукции, производимой в натуральном и частично переработанном виде (Финансовый..., 2018).
Земельные ресурсы, необходимые для ведения сельского хозяйства, лимитированы. Сельскохозяйственные системы (земледельческие и животноводческие) занимают в мире порядка 50 млн км2, т.е. около 38% свободной от льда суши (из них на пашню приходится около 30% и на пастбища — 70%). В целом на глобальном уровне в настоящее время около 15 млн км2 (11% от имеющихся) земель деградированы (Горшков, 2001; Голубев, 2006; Дронин, Кириленко, 2012; Романова, 2018) вследствие водной и ветровой эрозии почв, их засоления и заболачивания, антропогенного опустынивания.
Земельные ресурсы уникальны, они являются и средством и предметом труда. В России только 13% из 1712,5 млн га земель суши составляют сельскохозяйственные угодья (Российский..., 2017). Однако в третьем тысячелетии в России появился новый термин в сфере сельского хозяйства «не используемые пашни», когда не только по эколого-геоло-гическим причинам прекращается хозяйственная деятельность (Теория и методология., 1997; Трофимов и др., 2000), но и в результате трудностей в социально-экономической сфере.
Так, например, в 1990 г. в Российской Федерации было учтено 102541 тыс. га посевных площадей, в 2016 г. — 79581тыс. га, что на 22960 тыс. га (на 22,4%) меньше, из них 8690,8 тыс. га заросло лесом и 464,8 тыс. га заболочено (Коршунов, Светлаков, 2018).
«В Российской Федерации не используется 21 млн гектаров пашни, из них почти 9 млн гектаров не используются более 10 лет, 10 млн гектаров — от 2 до 10 лет, подвержено деградационным процессам почти 10 млн гектаров пашни, в том числе закустарено более 7 миллионов. Больше всего неиспользуемой пашни по отношению к общей
площади сельскохозяйственных земель в Смоленской, Калужской, Ивановской и Тульской областях» (Заседание Совета..., 2016).
Российская Федерация сможет претендовать на независимость от глобальной экономики только в случае рационального использования земельных угодий на основе наилучших доступных технологий.
Экологизация агроиндустрии является одной из актуальных задач современности. Для ее решения в статье выполнена систематизация накопленных знаний об эколого-геологических особенностях сельскохозяйственных регионов и тенденций трансформации качества ресурса геологического пространства под влиянием геодинамических, геохимических и геофизических факторов для определения перспектив устойчивого развития сельскохозяйственных территорий.
Трансформация ресурсного потенциала биофильных элементов под воздействием агроиндустрии
Качество ресурса геологического пространства территории для сельскохозяйственной деятельности в значительной мере предопределено совокупностью особенностей проявления экологических функций литосферы на территории и лимитирующих обеспеченность регионов макро- и микробиогенными элементами.
Макробиогенные элементы включают углерод, кислород, азот, водород, кальций, фосфор, серу и др.
Микробиогенные элементы (1) для растений: Бе, М§, Си, 7п, В, 81, Мо, С1, V, Са — обеспечивают функции фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию; (2) для животных требуются как перечисленные выше элементы (кроме бора), так и дополнительно селен, хром, никель, фтор, йод и олово (Ковальский, 1982; Трофимов и др., 2000; Ермаков, 2015); (3) для человека среди микроэлементов жизненно-важными (эссенциаль-ными) являются: железо, йод, медь, цинк, кобальт, хром, молибден, никель, ванадий, селен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий. Значение их в целом сравнимо со значением витаминов, важно, что они не синтезируются в организме, а поступают из внешних компонентов среды, в том числе и из литосферы (Ковальский, 1982; Экологические.., 2000; Рустембекова, Барабошкина, 2006; Ермаков, 2015).
Агроиндустрия вносит значимый вклад в интенсификацию процесса миграции элементов биофильного ряда по трофической цепи. В России внесение минеральных удобрений на один гектар под посевы в сельскохозяйственных организациях в среднем составляет 49 кг (Российский..., 2017) (рис. 1).
Однако увеличение урожайности на сельскохозяйственных угодьях1 синхронно с ростом объемов сельхозпродукции предопределяет и изъятие из почв вместе с урожаем запасов биофильных элементов. Компенсационные мероприятия осуществляются благодаря химической мелиорации почв, что обусловливает мощный дополнительный приток биофильных элементов в компоненты эко-лого-геологических систем, и такие мероприятия должны проводиться при четком контроле специалистами высшей квалификации.
Химизация земледельческих регионов Северной Евразии, начатая в 60-х гг. ХХ в., развивалась довольно успешно до конца 80-х гг. двадцатого столетия, решив проблему продовольственной безопасности на региональном уровне от Нечерноземных регионов Центральной России до целинных земель Центральной Азии. В период социально-экономической и политической перестройки была минимизирована система подготовки кадров для отрасли, системные сбои привели к хаотичному развитию агроиндустрии на рубеже тысячелетий.
Проведенные нами полевые исследования в различных регионах России (Южный федеральный округ, Центрально-Черноземная зона и Центральная Нечерноземная зона России, Алтайский край) показали, что трансформированные почвы сохраняют в ряде регионов экологический след избыточной химизации аграрных территорий до начала третьего тысячелетия, который максимален под бывшими плантациями плодовых деревьев, злаковых культур и на сопредельных с ними территориях (Трофимов и др., 2000; Трофимов и др., 2006; Барабошкина, Березкин, 2007; Барабошкина, 2012; Каюкова и др., 2016).
Избыточные концентрации макроэлементов антагонистически действуют на усвоение растениями микроэлементов. Например, при внесении высоких доз фосфорных удобрений понижается усвоение цинка, а недостаток магния часто бывает обусловлен высокими дозами хлористого калия, так как примесь натрия отрицательно влияет на усвоение магния (Чумаков, 1983).
Соединения калия и фосфора хорошо усваиваются растениями, а также сорбируются глинистыми компонентами пород, и лишь незначительная их часть выносится в подземные воды (Экогеоло-гия..., 2000; Трофимов и др., 2005, 2006; Каюкова и др., 2016).
1 Сельскохозяйственные угодья — пашни, сенокосы, пастбища, залежи, земли, занятые многолетними насаждениями (садами, виноградниками и др.) — в составе земель сельскохозяйственного назначения имеют приоритет в использовании и подлежат особой охране (Земельный кодекс, 2001).
Рис. 1. Внесение минеральных и органических удобрений в расчете на один гектар посевов в сельскохозяйственных организациях РФ (2000=100%) (Сельское..., 2015)
Наиболее часто в аграрных районах на региональном уровне меняется качество водных ресурсов за счет нитратов, при существующих темпах внесения удобрений их динамика составляет 0,1—6 мг/л в год. Скорость вертикального движения в водоносных известняках и песчаниках достигает порядка 1 м в год, вследствие этого загрязнение напорных вод продуктивных горизонтов артезианских бассейнов нитратами — широко распространенное явление (Экогеология..., 2000; Эколого-геологиче-ские..., 2016).
При длительном использовании сельскохозяйственных угодий развивается процесс дегумифи-кации почв — снижение содержания гумуса при «сработке» органогенных горизонтов, в том числе и вследствие избыточного внесения, например, азотных удобрений, предопределяющих рост кислотности поровых растворов и интенсификацию процесса растворения в кислой среде органических соединений гумуса. За 70 лет аграрного использования осушенных торфяников Новгородской и
Минской областей мощность органогенной толщи уменьшилась с 1,5—2,0 до 0,3—0,4 м (Ефимов, Му-нина, 1986), что неизбежно приводит к снижению урожайности пропашных культур. Максимальная продуктивность аналогичных земельных угодий приходится на 5-7-ой год после осушения, а тренд к снижению фиксируется на 10-15-ый год. В среднем «срок жизни» мелиорированных торфяников равен 50 годам, а затем неизбежен вывод пашни из оборота и замена ее лугами.
С развитием агроиндустрии произошло сужение естественных ареалов распространения растений и животных. По данным биолога Эдвара Уйл-сона, потери составляют несколько тысяч видов в год. Распахивая луга, человек заменяет тысячи взаимосвязанных видов растений и животных монокультурной экосистемой.
Снижение наземной биомассы растений часто отмечается при использовании для орошения подземных вод, имеющих повышенную минерализацию и служащих источником вторичного засоления
почв. Так, например, в Забайкалье за счет этого снизилась наземная биомасса у овса на 0,49 кг/м2, у донника — на 0,39 кг/м2, у люцерны —на 0,52 кг/м2 по сравнению с полями, орошаемыми пресной водой (Куликов, Мангатаев, 2000). В этом регионе накоплению солей в почвах способствуют и криогенные процессы, так как в период осенне-зимнего промерзания в верхние слои почвы вместе с криомигра-ционной влагой происходит сезонная «переброска» солей.
Влияние геодинамических процессов на качество ресурса геологического пространства аграрных районов
Снижение качества ресурса геологического пространства территорий для аграрной деятельности происходит под влиянием как природных, так и антропогенно активизированных процессов.
Пашни и пастбища в составе земель сельскохозяйственного назначения в исторической ретроспективе наиболее уязвимы для эрозии и дефляции (Горшков, 2001; Трофимов, Зилинг, 2002; Голубев, 2006; Романенко и др., 2009; Емельянова, Новиков, 2016; Трофимов и др., 2016). Активизация дефляционных процессов начинается на пастбищах в районе развития пылеватых песков при снижении проективного покрытия до 30—40%, а на более крупных - до 40-50% (Ларионов, 1993; Трофимов и др., 2016).
При ветровой эрозии (дефляции) за счет захвата и переноса частиц почвы идет их механическая миграция в атмосферу и пылевые фракции переносятся на измеряемые сотнями и тысячами километров расстояния. Допустимым уровнем дефляции является вынос ветром почвенного слоя до 0,2 мм/год (Горшков, 2001), так как в этом случае потери при выдувании компенсируются за счет природного почвообразовательного процесса и отсутствуют негативные экологические последствия. Однако существует множество районов, где скорость дефляции выше и почвы теряют существенную часть своего профиля. Так, в Карачаево-Черкессии на отдельных участках в ходе пыльных бурь 1969-1970 гг. продолжительностью около 200 часов местами был снесен слой почвы толщиной до 70 см, а в среднем мощность почвенного профиля сократилась на 26 см (Природные., 2002).
Опасны и деградация плодородного слоя, и сам процесс его выдувания, лимитирующий выживаемость фитоценозов в целом и сельскохозяйственных растений в частности. При падении с высокой скоростью по наклонной траектории песчинок или почвенных частиц происходит «засекание» и гибель ростков озимых и всходов яровых культур, либо их «захоронение» под слоем переотложенного материала (Деградация. , 2002). Синергети-
ческим последствием данного процесса является сокращение урожая, что зачастую приводит к региональным социально-экономическим потрясениям.
Детально изучены вопросы влияния на качество ресурса геологического пространства при земледелии эрозионных процессов. На базе статистических исследований установлено, что в течение первых лет экстенсивной распашки запас гумуса в почве снижается на 25-50% от исходного (на целине), так как интенсивность эрозии почвы увеличивается более чем в пять раз, по сравнению с природными условиями (Голубев, 2006). Две трети территории континентальной России являются потенциально опасными в отношении эрозии, предопределившей тенденцию к деградации черноземов на Русской равнине2 (Заславский, 1987; Деградация..., 2002; Трофимов и др., 2016).
Степень эродированности земель, наряду с такими факторами, как экспозиция склона, климатические параметры и сорт сельскохозяйственной культуры, в значительной мере определяют объем урожая (Эколого-экономические..., 2016). По данным многолетних наблюдений установлено, что, по сравнению с «несмытыми» участками, на склонах южной экспозиции происходит снижение урожая в 1,3 раза озимой пшеницы сорта «Курская 124», а на склонах северной экспозиции аналогичное снижение урожая зафиксировано у пшеницы сорта «Харьковская 68» (Заславский, 1987).
Самые популярные направления оптимизации качества ресурса геологического пространства эколого-геологических систем для сельского хозяйства — это методы гидромелиорации: осушительный и оросительный.
Орошение позволяет минимизировать природные риски дефицита атмосферных осадков и получать более высокие и стабильные урожаи сельскохозяйственных культур. Но если орошение идет неконтролируемо, то водная мелиорация инициирует возникновение новых геологических процессов, не типичных ранее для данных территорий вследствие изменения уровня грунтовых вод (УГВ). Повышение УГВ формируется на аграрных землях за счет избыточного полива и потерь из оросительной сети, что в комплексе приводит к переувлажнению, подтоплению и засолению массивов и снижает качество ресурса геологического пространства
2 М.Н. Заславский ввел критерий «допустимая норма эрозии», понимая под ним ту предельную интенсивность эрозии, которую компенсирует почвообразование. Эта норма составляет для дерново-подзолистых почв 10,9 т/га при глубине смытости 0,87 мм, а для черноземов — 3,5 т/га при глубине смытости 0,28 мм (Заславский, 1987).
для сельскохозяйственной деятельности.
При избыточном орошении грунтовые воды получают дополнительное питание, превышающее величину инфильтрации осадков. Например, в условиях Волгоградской области превышение составляет 5-10 раз (Трофимов и др., 2005, 2006).
При испарении грунтовых вод с поверхности идет постепенное насыщение почвы солями. Подъем уровня грунтовых вод до критической глубины (порядка 2-3 м от поверхности) вызывает вторичное засоление корнеобитаемого слоя как на орошаемых массивах, так и на прилегающих территориях (Снытко и др., 2017). Вторичное засоление почв при орошении земель фиксируется в различных регионах. Например, в Азии данная проблема была обусловлена ошибками в создании ирригационных систем, и засоление почв на территории орошаемых оазисов происходило широким фронтом. В долине р. Инд засолено 65% всей площади; хлопковые районы Узбекистана засолены на 50% (Трофимов и др., 2005, 2006).
По архивным данным Министерства сельского хозяйства СССР, с 1952 по 1972 г. площадь пахотных земель в расчете на душу населения страны сократилась с 1,06 до 0,90 га, что было вызвано преимущественно вторичным засолением орошаемых почв и почвенной эрозией.
Земледелие при низком уровне внедрения наилучших доступных технологий (НДТ) активизирует и оползневые процессы. Особенно ощутимые негативные экологические последствия отмечаются в районах, где оползни являются рельефообра-зующим фактором. Катастрофические экологические последствия, связанные с полной потерей винограда и многолетних трав известны при активизации оползней в Республике Молдавия, где на рубеже тысячелетий каждые 2-3 года изымалось из агроиндустрии от 2 до 10 тыс. га плодородных земель (Смольников, 1986).
Геодинамические процессы снижают качество ресурса геологического пространства не только для сельскохозяйственной деятельности, но и для проживания. Например, на территориях избыточного орошения установлен рост острых кишечных инфекций. Люди, работающие на орошаемых землях — на приречных участках, чаще болеют дизентерией, чем проживающие на водораздельных пространствах (Прогноз., 1986).
Второй популярный метод гидромелиорации — осушение — наиболее широко внедрялся в практику в середине XX в. в районах распространения торфяников с целью использования «природных кладовых», обогащенных гумусовыми веществами. Однако торфяные почвы неоднозначно способствуют увеличению урожайности. Повышение продуктивности осушенных торфяных почв носит временный характер (Барановский, 1999), а ко-
ренные изменения видового состава, структуры и продуктивности водно-болотных угодий происходят непоправимые, так как основная масса травянистых растений и мхов болот не переносит осушения. Как правило, исчезают клюква, осока, пушица, росянка, шейхцерия, сфагновые мхи и другие растения (Боч, Смагин, 1993). Водно-болотные угодья теряют свои экологические функции. А глобальные изменения климата (Зайдельман, 2002; Алкамо и др., 2004) привели к повышению уровня пожароопасности в районах распространения осушенных торфяных массивов и росту пирогенной уязвимости территорий.
Трансформация геохимических полей под влиянием агроиндустрии
Задача обеспечения продовольственной безопасности стран, при ограниченности территориальных ресурсов, пригодных для сельскохозяйственной деятельности, предопределяет возвращение к историческому опыту расширения спектра применения минеральных и органических удобрений с целью оптимизации природно-ресурс-ного потенциала в новом тысячелетии (табл. 1).
Химическая мелиорация предопределяет четкое соблюдение нормативов внесения удобрений и графиков с учетом агрогеохимических региональных особенностей, рассчитанных на основании данных мониторинговых наблюдений за состоянием сельхозугодий.
Однако эпоха застоя экономики, затем анархия социально-политической перестройки привели к дефициту кадрового высококвалифицированного потенциала в отрасли и к частым нарушениям аг-ротехнологий. Как следствие, помимо ожидаемого положительного эффекта вновь формируются сельскохозяйственные регионы, накапливающие в компонентах экогеосистем даже биофильные элементы в токсичных концентрациях. Особенно это типично для тепличных хозяйств, не имеющих лицензий и нелегально, любой ценой в кратчайшие сроки желающих получить максимальный доход. В табл. 2 приведены обобщенные данные по содержанию тяжелых металлов в составе современных удобрений и мелиорантов в сопоставлении с санитарно-гигиеническими нормативами РФ, из которой видно, что в отдельных видах удобрений, помимо биофильных макроэлементов, содержится ряд токсичных элементов первого класса опасности в очень высоких концентрациях, поэтому и важен жесткий контроль их применения.
Как видно из табл. 2, максимальное количество тяжелых металлов 1—3 классов опасности в комплексе с макробиогенами поступает при внесении фосфорных удобрений; промежуточное положение занимают калийные и сложные удобрения, а наименьшее — азотные. Однако при избыточном
внесении азотных удобрений начинают формироваться повышенные концентрации нитратов в различных компонентах экогеосистем.
Негативное влияние токсикантов на почву проявляется, в том числе, в трансформации ее биологической активности.
В почвенном горизонте происходит угнетение наиболее чувствительных к токсикантам микроскопических грибов, бактерий аммонификаторов, азотобактер и ферментов, контролирующих активность почвы3. Подавление активности ферментов азотного и углеродного циклов негативно отражается на плодородии почвы, а замедление разложения целлюлозы (снижение целюлозолитической активности) тормозит поступление органического вещества для воспроизводства гумуса (Водяниц-кий, 2013).
При начальном уровне загрязнения, пока почва еще сохраняет растительность, тяжелые металлы, в первую очередь Сг, стимулируют микробиологическую активность и усиливают дыхание почвы и выделение СО2, как следствие, черноземы теряют гумус. Однако при избыточных концентрациях хром резко подавляет каталазную активность черноземов, а окислы кобальта и хрома снижают способность почв к разложению целлюлозы (Во-дяницкий, 2013).
Как следствие, почвы, подвергшиеся химической деградации, теряют свои экологические функции и угнетают развитие фитоценозов, так как токсиканты нарушают биохимические процессы у растений. Так, например, с увеличением в почве концентрации тяжелых металлов (свинца и кадмия) уменьшается (по сравнению с контролем) биомасса побега и корня у растений ячменя. При концентрации уксуснокислой соли кадмия в почве до 800 мг/кг рост растений и накопление ими биомассы останавливались уже в фазе проростков (Титов и др., 2007).
При загрязнении почв нефтью нарушаются гидрофизические свойства в ризосфере и минимизируется водный транспорт питательных веществ в корневые системы растений, отмечается кислородное голодание. В эколого-геологических условиях южной тайги даже год спустя растения не могут нормально развиваться, если загрязнение составляет более 20 л/м2 (Вопросы., 2006; Тгойшоу е! а1., 2017).
Наиболее часто встречаются аномальные концентрации целого спектра элементов — Щ, РЬ, Сг,
3 Каталазная активность — потенциальная способность разлагать перекись водорода, обусловленную активностью ферментов-каталаз, относящихся к группе дыхательных ферментов, и наличием в почве неорганических катализаторов этого процесса. Инвертазная активность обусловлена активностью ферментов-инвертаз, продуцируемых почвенными организмами, потенциальная способность почвы вызывать гидролиз углеводов, содержащих в качестве компонента фруктозу (Водяницкий, 2013).
N1, гп, Си, 8п, Л£, что преимущественно обусловлено в исторической ретроспективе нарушением норм использования удобрений и ядохимикатов в земледелии, а также накоплением органических отходов в животноводстве и птицеводстве (Трефи-лова, 2000).
Животноводческие территории охватывают пастбища и животноводческие комплексы. Ассоциации накапливающихся элементов в отходах животноводческих комплексов представлены V, 8г, гп, Си, Б, Л£, В1, 8п с некоторыми вариациями в зависимости от видов отходов. Отходы птицефабрик обогащены гп, ^ 8г, Си, Л£, комплексов крупного рогатого скота — гп, ^ 8г, Л£, Б, свиноводческих комплексов — 8г, В1, 8п. Естественно, что бесконтрольное использование отходов животноводческих комплексов в качестве удобрения, особенно важного для выращивания овощей, будет обогащать (загрязнять) почвы и продукцию
Таблица 1
Внесено минеральных удобрений в РФ (Российский..., 2017)
Внесено минеральных удобрений Годы
2000 2010 2014 2015 2016
млн тонн (в пересчете на 100% питательных веществ) 1,4 1,9 1,9 2,0 2,3
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в удобрениях и мелиорантах, мг/кг, по (Деградация..., 2002), с дополнением
Элемент РЬ Zn Си са N1 Сг
Класс опасности 1 3 3 2 3 3
ОДК (на примере песчаных и супесчаных почв) 32,0 55 33 0,5 20
Удобрения
Азофоска 10,5 31,1 20,0 1,3 11,0 3,2
Аммиачная селитра 0,3 0,5 1,0 0,3 0,9 0,6
Известковая мука 37,5 21,0 5,8 5,5 30,0 37,0
Мочевина 1,3 6,0 0,8 0,25 7,5 —
Навоз 11,5 48,5 9,5 4,5 35,0 37,0
Нитрофоска 5,0 7,6 10,8 1,0 4,3 3,2
Сульфат аммония 0,6 0,4 1,0 0,9 4,3 0,6
Суперфосфат двойной 38,0 14,2 13,0 2,5 17,0 41,0
Суперфосфат простой 42,5 19,3 14,3 3,5 24,8 10,0
Фосфоритная мука 30,0 81,0 45,0 1,3 73,6 40,0
Хлористый калий 12,5 12,3 4,5 4,3 19,3 0,5
указанными элементами (Трефилова, 2000; Экоге-ология..., 2000; Трофимов и др., 2005, 2006).
В районах интенсивного животноводства существенное влияние на качество ресурса геологического пространства оказывают органические отходы животноводческих комплексов, содержащие азот, сероводород, метан, тяжелые металлы, высокие концентрации которых токсичны. В лесной зоне умеренного пояса контрастность аномалий, связанных с отходами, увеличивается в ряду: птицефабрики — комплексы крупного рогатого скота — свиноводческие комплексы. Воздействие на приповерхностную часть литосферы крупных животноводческих комплексов, птице- и звероферм сопоставимо со слабым и средним загрязнением в промышленных городах = 10—30).
При попадании соединений азота в почву аммонийная их форма (НН4+) хорошо сорбируется породами и не вымывается так быстро, как нитратная. Та часть солей аммония, которая не усваивается растениями и не сорбируется породами, окисляется сначала до нитритов, а затем до нитратов. Нитраты отличаются высокой растворимостью и отсутствием гидрохимических барьеров, по аналогии с хлором.
Ядохимикаты широко применяются в земледелии как средства борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений. Пестициды — это высокотоксичные хлор-фосфор-ртутьсодержащие органические вещества. В настоящее время известно более ста тысяч пестицидов, что затрудняет их аналитическую идентификацию в окружающей среде. 70—80% хлорорганических (ХОП) и фосфорорга-нических пестицидов применяется в Западной Европе, Японии и США. Многие из них, прежде всего ДДТ, не разлагаются несколько десятков лет и аккумулируются в почвах, водах, донных осадках, пищевых цепях, вредно действуя на организмы (Теория..., 1997; Юфит, 2002).
Кроме педосферы, отходы животноводства являются источниками сильного химического и бактериального загрязнения гидросферы. В первую очередь, это органические вещества (мочевина, органические кислоты, фенолы, медицинские препараты, добавляемые в корма, СПАВы и т.д.), неорганические вещества (соединения азота, фосфора и калия, Си, Мп, 7п, Со, Лб, Бе и другие микроэлементы), патогенные микроорганизмы (сальмонеллы, бациллы Банга), бактерии фекального загрязнения и гетеротрофные сапрофитные микроорганизмы. Загрязнение подземных вод происходит как в результате фильтрации из навозохранилищ, так и в случае избыточных доз внесенной в почву в качестве удобрения навозной жижи (Экогеология... , 2000).
Человек потребляет в сутки порядка 1 кг пищи, преимущественно полученной в ходе сельскохо-
зяйственного производства. Даже при ничтожных концентрациях опасных ингредиентов за годы жизни организм человека подвергается опасности накопления канцерогенов. Особенно губительны пестициды. По данным ЮНЕП (1986 г.), в мире ежегодно отравляется пестицидами около 1 млн человек, из них 5—20 тыс. умирают (Экогеология..., 2000; Юфит, 2002).
Часто концентрация токсикантов в цепях питания увеличивается в силу биоаккумулирующего эффекта. В США такие явления описаны на примере белоголового орлана и скопы, питавшихся рыбой, обитавшей в водах, содержащих ДДТ и другие пестициды. В экологическом отношении особую тревогу вызывает привыкание к пестицидам организмов. С течением времени для получения одного и того же эффекта приходится увеличивать их дозировки. Например, устойчивость колорадского жука к инсектицидам в ряде районов США возросла в 20 раз. Скорость привыкания организмов к ядам обычно тем значительнее, чем более короткий цикл воспроизводства характерен для них (от яйца до яйца). Насекомые и сорняки преимущественно характеризуются короткими циклами и поэтому привыкают быстрее к стандартным дозам пестицидов и инсектицидов, чем другие организмы. А человек, находясь в верхнем звене пищевой цепи, получает тяжелые металлы и пестициды в концентрированном виде (Трофимов и др., 2000; Юфит, 2002).
При использовании ядохимикатов наблюдается феномен, когда пестициды выступают в роли стимулятора размножения вредителей, так как синхронно после их применения уничтожаются их конкуренты или хищники, стоящие на более высокой ступени развития и для которых типична меньшая скорость адаптационных процессов. По существу, срабатывает механизм: «разведение вредителей с помощью пестицидов». Вред от сельскохозяйственных ядов зачастую связан не столько с действием на организмы-мишени, а на их потомство. Так, упомянутые выше белоголовый орлан и скопа (рыбоядные виды) вымирали в США по причине того, что родители не могли высиживать птенцов, так как яйца разбивались в гнезде из-за слабой скорлупы вследствие нарушения кальциевого обмена под воздействием ДДТ (Юфит, 2002).
Важно помнить, что только около 1% вносимых в среду ядохимикатов имеет непосредственный контакт с «целевыми» видами организмов. Значительная их часть мигрирует в различные звенья экосистем. Кроме того, имеет место их трансформация в среде. Так, например, ДДТ под действием ультрафиолетового излучения превращается в стойкий и ядовитый токсикант ПХБ, имеющий длительный срок жизни, аккумулирующийся в цепях питания, меняя репродуктивные и другие си-
стемы у живых организмов (Экогеология..., 2000). Пестициды целесообразно применять только в тех случаях, когда другие методы не позволяют достичь поставленной цели. Например, для снятия «вспышек численности» нежелательных видов. В других случаях надо использовать более мягкие методы. Их обычно называют «беспестицидные технологии», «биотехнологии», «биологические меры борьбы с вредителями» при жестком контроле качества аграрной продукции.
Один из перспективных методов решения подобных проблем — развитие органического сельского хозяйства, инновационной производственной системы, которая сочетает в себе традиционные методы и новейшие наилучшие доступные технологии, оказывающие положительное воздействие на окружающую среду (Митусова, Буйволова, 2016; Коршунов, Светлаков, 2018). В России в ряде НИИ и вузов4 проводятся актуальные исследования по проблемам органического сельского хозяйства (Емельянова, Новиков, 2016; Эколого-экономическая..., 2016). В рамках Европейской технологической платформы TP Organics (http://tporganics.eu/) приводится описание современных органических ферм: «созидательные "живые" лаборатории, где рождаются зеленые инновации» (Implementation Action Plan., 2010).
Влияние геофизических полей на качество ресурса геологического пространства аграрных территорий
Согласно статистическим данным, в последнее десятилетие уровень потребления энергетических мощностей в сельскохозяйственных организациях имеет тенденцию к снижению. Однако наблюдается их увеличение в среднем в расчете на одного работника (табл. 3).
В общем можно выделить три категории предприятий первичного цикла по производству и переработке сельскохозяйственной продукции: (1) предприятия, обеспечивающие земледельческие работы; (2) предприятия, занятые разведением птицы, свиней, мелкого и крупного рогатого скота; (3) перерабатывающую отрасль сельскохозяйственной продукции. Однако предприятия третьей категории относятся, по сути, к пищевой промышленности. Поэтому их физическое техногенное воздействие следует уже классифицировать как один из видов воздействия промышленного производства на эколого-геологическую обстановку, однако обсуждение этого вопроса выходит за рамки данной статьи. Для предприятий первой категории характерно незначительное потребление электрической и еще меньше тепловой энергии.
4 Институт органического сельского хозяйства, Кубанский государственный аграрный университет, Российский государственный аграрный университет им. К.А. Тимирязева, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова.
Таблица 3
Энергетические мощности в сельскохозяйственных организациях (Сельское..., 2015)
Энергетические мощности Годы
2000 2005 2010 2011 2012 2013 2014
Всего, млн л. с. 240,0 156,9 109,6 106,3 102,6 98,9 97,6
В расчете на одного работника, л.с. 51,3 58,6 66,9 69,0 69,8 72,5 74,7
Учитывается только энергия, необходимая для функционирования механических ремонтных мастерских и других служб, обеспечивающих полевые работы, а также для управления механизмами ирригационных сооружений. В силу этого сельскохозяйственное производство, связанное с земледелием, оказывает влияние на эколого-геологи-ческую обстановку в основном через избыточный потенциал электромагнитного и температурного полей. Вибрационное поле имеет локальное влияние в границах вспомогательных служб (Богословский и др., 2000; Трофимов и др., 2000; Тгойтоу, Zhigalin, 2014).
Предприятия, относящиеся ко второй категории, в ббльшей степени потребляют электрическую и тепловую энергию, что повышает их роль в качестве агентов преобразования геофизической экологической функции литосферы. Однако и в этом случае ареал воздействия не выходит за рамки территорий, занятых предприятиями, если только не осуществляется сброс разогретых вод в реки и поверхностные искусственные и естественные водоемы, что расширяет зону влияния аномального техногенного температурного поля.
Наибольшие пространственные размеры техногенных аномалий отмечаются по температурному полю. Они меняются в пределах 0,1—5 км2 по площади и 0,01—0,05 км по глубине. Температурные аномалии (до 2—5° С) связаны с изменением теплового режима верхней части разреза при загрязнении зоны аэрации грунтовых вод биостоками. Локальные тепловые аномалии, приуроченные к местам скопления биоотходов (скотные дворы, навозохранилища, силосные ямы) и сброса разогретых вод, могут превышать 5—10° С.
Вибрационные техногенные аномалии до 10—60 дБ приурочены к местам установки стационарных агрегатов и механизмов, используемых в ремонтных мастерских, на животноводческих фермах и в ирригационных системах, с работой силовых установок (генераторов, вентиляторов, насосов) и транспорта (Богословский и др., 2000; Трофимов и др., 2005, 2006; Тгойтоу, Zhigalin, 2014).
Экологические последствия трансформации геофизических полей под влиянием агориндустрии носят локальный характер и преимущественно сводятся к изменению температурных полей и увеличению вегетационного периода на прогретых участках навозохранилищ, теплопроводов и мест сброса сточных вод с повышенной температурой. Вблизи стационарных машин и механизмов формируются вибрационные поля, создающие зону дискомфорта для персонала и населения. Актуально совершенствование технологических процессов с учетом наилучших доступных технологий и внедрение их в практику для минимизации негативного воздействия.
Заключение
Современное качество ресурса геологического пространства территорий в районе предприятий агроиндустрии претерпевает значительную трансформацию под воздействием геодинамических, геохимических и геофизических факторов как природного, так и техногенного генезиса. Природная
составляющая является пока предопределяющей, хотя динамика техногенных изменений под влиянием объектов агроиндустрии фиксируется на региональном уровне по ресурсным, геодинамическим и геохимическим параметрам; техногенное воздействие по техногенным геофизическим факторам обусловливает преимущественно локально выраженную трансформацию.
Один из перспективных методов решения экологических проблем в отрасли — развитие органического сельского хозяйства, инновационной производственной системы, которая сочетает в себе традиционные методы и новейшие наилучшие доступные технологии, минимизирующие негативное воздействие на компоненты окружающей среды аграрного комплекса.
Для минимизации деградации почв, по аналогии с зарубежными странами, актуально лимитировать режим и нормы получения урожая зерновых с учетом уровня трансформации качества ресурса геологического пространства сельскохозяйственных территорий.
ЛИТЕРАТУРА
Алкамо Д., Дронин Н.М., Ендиян М. и др. Оценка влияния изменения климата на сельское хозяйство России // Докл. АН. 2004. Т. 396, № 6. С. 819—822.
Барабошкина Т.А. Геохимические факторы экологического риска // Геориск. 2012. № 3. С. 14—19.
Барабошкина Т.А., Березкин В.Ю. Эколого-геологи-ческие особенности сельскохозяйственных территорий Крымско-Кавказской горной зоны // Юг России: экология, развитие. 2007. № 4. С. 92—95.
Барановский А.З. Формирование профиля осушенных торфяных почв при сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 1999. № 4. С. 521—529.
Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая геофизика. М.: Моск. ун-т, 2000. 256 с.
Боч М.С., Смагин В.А. Флора и растительность болот северо-запада России и принципы их охраны. СПб.: Ги-дрометеоиздат, 1993. 224 с.
Водяницкий Ю.Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор) // Почвоведение. 2013. № 7. С. 872—881.
Вопросы общей ботаники: традиции и перспективы // Мат-лы Междунар. науч. конф., посвященной 200-летию Казанской ботанической школы (23—27 января 2006 г.). Ч. 1 / Ред. А.П. Ситников. Казань, 2006. 210 с.
Голубев Г.Н. Геоэкология. М.: Аспект Пресс, 2006. 288 с.
Горшков С.П. Концептуальные основы геоэкологии. Смоленск: Смоленский ун-т, 2001. 448 с.
Деградация и охрана почв / Ред. Г.В. Добровольский. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. 654 с.
Дронин Н.М., Кириленко А.П. Роль климатических и политэкономических факторов в динамике урожайно-
сти зерновых в отечественной истории XX века // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2012. № 5. С. 13—18.
Емельянова Т.А., НовиковД.В. Экологическое агропро-изводство в России: целесообразность и реальность // Московский экономич. журн. 2016. № 1. С. 1—31.
Ермаков В.В. Геохимическая экология и биогеохимические критерии оценки экологического состояния таксонов биосферы // Геохимия. 2015. № 3. С. 203—221.
Ефимов В.Н., Мунина Н.Ф. Изменение состава органического вещества торфяных почв за 70 лет их сельскохозяйственного использования // Почвоведение. 1986. № 7. С. 79—87.
Зайдельман Ф.Р. Пирогенная и гидротехническая деградация торфяных почв, их агроэкология, песчаные культуры земледелия, рекультивация. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. 164 с.
Заседание Совета по вопросам агропромышленного комплекса и природопользования при Совете Федерации на тему «О совершенствовании законодательного регулирования оборота земель сельскохозяйственного назначения», город Москва, 24 июня 2016 года. http://counci1.gov.гu/шedia/fi1es/гFNKEwR-ro4WH31JXvDKjmsjJEGN7BDzt.pdf (дата обращения 05.07.2018).
Заславский М.Н. Эрозиоведение. Основы противоэ-розионного земледелия. М.: Высшая школа, 1987. 376 с.
Земельный кодекс Российской Федерации от 25.10.2001 N 136-ФЗ (ред. от 31.12.2017).
Каюкова Е.П., Барабошкина Т.А., Бударина В.А. Ресурсный потенциал пресных вод Крыма. Статья 2. Водные ресурсы, экология и политика // Вестн. Воро-нежск. ун-та. Сер. Геол. 2016. № 1. С. 131—135.
Ковальский В.В. Геохимическая среда и жизнь // Чтения им. В.И. Вернадского. XXI. М.: Наука, 1982. 282 с.
Коршунов В.К., Светлаков А.Г. Современные подходы оценки земельных отношений внегородских территорий. Пермь: ИПЦ «Прокростъ», 2018. 171 с.
Куликов А.И., Мангатаев Ц.Д. Изменение солевого режима при орошении минерализованной водой в условиях Забайкалья // Почвоведение. 2000. № 3. С. 346-353.
Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. 200 с.
Митусова Ю.А., Буйволова А.Ю. Развитие органического сельского хозяйства в России // Продовольственная безопасность в Евразийском регионе. № 2. М.: ООО Эксперт Москва, 2017. С. 7-30.
Природные опасности России. Экзогенные геологические процессы / Ред. В.М. Кутепов, А.И. Шеко. М.: КРУК, 2002. 348 с.
Прогноз возможных изменений в природной среде под влиянием хозяйственной деятельности на территории Молдавской ССР. Неблагоприятные экологические ситуации, пути их предупреждения и устранения. Кишинев: Штиинца, 1986. 411 с.
Романенко Г.А., Завалин А.А., Якушев В.П. и др. Устойчивость земледелия и риски в условиях изменения климата. СПб.: НОУ НПО «Салезианский Центр "Дон Бо-ско"», 2009. 95 с.
Романова Э.П. Глобальные геоэкологические проблемы М.: Юрайт, 2018. 170 с.
Российский статистический ежегодник. М.: Росстат, 2017. 686 с.
Рустембекова С.А., Барабошкина Т.А. Микроэлемен-тозы и факторы экологического риска. М.: Университетская книга; Логос, 2006. 112 с.
Сельское хозяйство, охота и охотничье хозяйство, лесоводство в России. 2015: Стат. сб. М.: Росстат, 2015. 201 с.
Смольников П.А. Опыт и дальнейшее направление работ по закреплению и сельскохозяйственному освоению оползневых земель // Народнохозяйственное освоение территорий с развитыми опасными геологическими процессами в Молдавии. Кишинев: Госстрой Молдавской ССР, РП НТО СТРОЙИНДУСТРИИ, ин-т «Молдгиинтиз», Дом техники РС НТО, 1986. С. 37-40.
Снытко В.А., Собисевич А.В., Шенфельдер Т. Вторичное засоление почв как эколого-географическая проблема // Эколого-географические проблемы регионов России. Мат-лы VIII Всеросс. научно-практ. конф. с международным участием. Самара, 2017. С. 225-228.
Титов А.Ф., Таланова В.В., КазнинаН.М.,Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 2007. 172 с.
Теория и методология экологической геологии / Ред. В.Т. Трофимов. М.: Изд -во Моск. ун-та, 1997. 368 с.
Трефилова Н.Я. Геохимическая специализация территорий различного хозяйственного использования // Прикладная геохимия. Вып. 1. Геохимическое
картирование / Ред. Э.К. Буренков. М.: ИМГРЭ, 2000. С. 135-144.
Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология. М.: Геоинформмарк, 2002. 415 с.
Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г., Барабошкина Т.А. и др. Экологические функции литосферы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. 432с.
Трофимов В.Т., Харькина М.А., Барабошкина Т.А., Жигалин А.Д. Трансформация экологических функций литосферы в эпоху техногенеза под влиянием сельскохозяйственной деятельности (ресурсная и геохимическая экологические функции) // Экологический вестн. научных центров Черноморского экономического сотрудничества (ЧЭС). 2005. № 4. С. 52-58.
Трофимов В.Т., Харькина М.А., Барабошкина Т.А., Жигалин А.Д. Трансформация экологических функций литосферы в эпоху техногенеза под влиянием сельскохозяйственной деятельности (геодинамическая и геофизическая экологические функции) // Экологический вестн. научных центров Черноморского экономического сотрудничества (ЧЭС). 2006. № 1. С. 85-91.
Трофимов В.Т., Харькина М.А., Барабошкина Т.А. и др. Эколого-геологические условия России. Трансформация экологических функций литосферы территории России под влиянием антропогенного воздействия и ее экологические последствия: учебное пособие. Т. 2. М.: КДУ, Университетская книга, 2016. 280 с.
Финансовый словарь [Электронный ресурс] URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/fin_enc/19878 (дата обращения: 02.06.2018).
Чумаков А.В. Визуальная диагностика недостатка питательных веществ в почве // Биологическая роль микроэлементов / Ред. В.В. Ковальский, И.Е. Воротниц-кая. М.: Наука, 1983. С. 10-70.
Экогеология России. Т. 1. Европейская часть / Ред. Г.С. Вартанян. М.: Геоинформмарк, 2000. 300 с.
Эколого-экономическая оценка деградации земель / Ред. А.С. Яковлев, О.А. Макаров, С.В. Киселев, Э.Н. Молчанов. М.: МАКС-Пресс, 2016. 256 с.
Эколого-геологические условия России. Т. 3. Эколо-го-геологические условия крупнейших регионов России как современное проявление экологических функций литосферы: учебное пособие / Ред. В.Т. Трофимов. М.: Изд-во КДУ; Университетская книга, 2016. 238 с.
Юфит С.С. Яды вокруг нас. М.: Классика стиль, 2002. 368 с.
Implementation Action Plan for organic food and farming research / S. Padel, U. Niggli, В. Pearce, М. Schlüter, О. Schmid, Е. Cuoco, С. Micheloni. Brussels: TP Organics. IFOAM- EU Group, 2010. 200 p.
Trofimov V.T., NikolaevA. V., Zhigalin A.D. et al. Expansion of oil and gas production and increase of environmental risk // Moscow Univ. Geol. Bull. 2017. Vol. 72, N 4. P. 235-244.
Trofimov V.T., Zhigalin A.D. Transformation of the geophysical ecological function of abiotic spheres of the earth under the impact of technogenesis and its consequences // Moscow Univ. Geol. Bull. 2014. Vol. 69, N 2. P. 101-106.
Сведения об авторах: Трофимов Виктор Титович — докт. геол.-минерал. наук, проф., зав. кафедрой инженерной и экологической геологии геологического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail, trofimov@geol.msu.ru; Барабошкина Татьяна Анатольевна — канд. геол.-минерал. наук, ст. науч. сотр. каф. экономики и экономгеографии ИСАА; лаб. экологической геологии геологического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail, baraboshkina@mail.ru; Харькина Марина Анатольевна — канд. геол.-минерал. наук, ст. науч. сотр. лаб. экологической геологии геологического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: kharkina@mail.ru; Жигалин Александр Дмитриевич — канд. геол.-минерал. наук, вед. науч. сотр. ИФЗ РАН, лаб. экологической геологии геологического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail, zhigalin.alek@yandex.ru
