Увеличение народонаселения и необходимость производства продовольствия требовали постоянного расширения площадей сельскохозяйственных угодий (в основном пашни) и повышения продуктивности уже освоенных земель. Однако в большинстве стран Европы расширение площадей сельскохозяйственных угодий было ограничено, а состояние пахотных земель ухудшалось, снижались и урожаи сельскохозяйственных культур. Это обстоятельство было осознано еще в XVII веке, а в конце XVIII века Мальтусом был сформулирован закон убывающего естественного плодородия почв со всеми вытекающими отсюда последствиями. Положение усугублялось (особенно в России) еще и тем, что соотношение пашни и лугов было совершенно неудовлетворительно (1:0,38; 1:0,48). Нехватка лугов и пастбищ сопровождалась упадком животноводства и отсутствием в связи с этим органических удобрений (навоза).
В связи с этим, изначально понятие мелиорация включала два основных направления - приведение неиспользуемых земель в культурное состояние и увеличение урожайности на уже возделываемых почвах. В состав первого направления входило в основном освоение под пашню целинных земель, в состав второго - улучшение состояния пахотных почв (орошение, осушение, агротехнические и агрохимические мероприятия).
Позже, когда освоение целинных земель стало проблематичным, а ухудшение свойств почв и снижение урожаев сельскохозяйственных культур на существующих пахотных почвах стало очень заметным, основное внимание стали уделять второму направлению, то есть улучшению пахотных земель. При этом основное внимание обращалось на снижение (предотвращение) сработки гумуса и обеспечение почв элементами минерального питания. А между тем, кроме этого, были еще серьезные причины снижения урожайности, но о них никто никогда не говорил, на них просто не обращали внимания.
Устойчивость естественных биоценозов к флуктуации естественного увлажнения определяется высоким биоразнообразием естественной растительности, поэтому для них не существует «плохой» погоды, они функционируют во всем диапазоне изменений естественного увлажнения. Что же касается агроценозов, то они обладают низким биоразнообразием, но высокой продуктивностью, а, следовательно, очень узким диапазоном изменения влажности, то есть требуемого регулирования водного и других режимов почв. Агроценозы по определению не устойчивы и могут нормально функционировать в диапазоне изменения естественного увлажнения, составляющем не более 20-30% от возможной природной флуктуации (100%).
Иными словами, распашка земель и замена естественных биоценозов агроценозами резко ухудшила агроклиматические условия и увеличила зависимость сельскохозяйственного производства от климатических условий.
Наряду с этим, распашка и сельскохозяйственное использование почв сопровождается изменением альбедо подстилающей поверхности, а, следовательно, изменением всех составляющих теплового и водного балансов.
Распашка почв снижает альбедо, в связи с чем значение радиационного баланса увеличивается.
Рисунок 1.2 – Динамика увеличения радиационного баланса дельты р. Кубань по сравнению с естественным, %
Расчеты показали, что за период полного с.х. освоения дельты р. Кубань (1800-1960гг) радиационный баланс увеличился на 4,6 %, к 2007 г. он возрос до 4,7 % от природного.
Естественно, что изменение теплового баланса ведет к изменению и водного баланса пахотных почв.
При оценке водного баланса пахотных земель очень важно оценить основные элементы, которые определяют направленность и интенсивность природных процессов. К числу таких элементов следует отнести: испарение, характеризующее продуктивность растений; эффективность биологического круговорота и внутреннего влагооборота; поверхностный сток, зависящий от сельскохозяйственного использования земель и влияющий не только на режим и качество поверхностных вод, но и на развитие водной эрозии почв; вертикальный влагообмен между почвенными и грунтовыми водами, который непосредственно влияет на почвообразовательный процесс; связь биологического и геологического круговоротов влаги, и химических элементов.
Использование общего водного баланса в данном случае неприемлемо, так как в нем исключается влагообмен между почвенными и грунтовыми водами. По аналогичным соображениям нельзя использовать и уравнение баланса подземных вод, в котором исключается поверхностный сток.
Наиболее приемлемым является баланс поверхностных и почвенных вод, учитывающий все перечисленные элементы.
W = Oc – E – П ± g
где W - запасы поверхностных и почвенных вод, мм;
Ос - атмосферные осадки, мм;
Е - испарение, мм;
П - поверхностный сток, мм;
±g - влагообмен между почвенными и грунтовыми водами, мм («+» - восходящие и «-» - нисходящие потоки).
Результаты расчетов среднемесячных балансов поверхностных и почвенных вод показали, что распашка земель изменяет соотношение отдельных элементов; при распашке возрастает не только испарение (на 5-10%), но и поверхностный сток (на 20-25%), что свидетельствует об усилении биологического и геологического круговоротов воды и химических элементов. При этом увеличение испарения и поверхностного стока происходит за счет резкого уменьшения интенсивности влагообмена между поверхностными и грунтовыми водами.
Последствия таких изменений весьма разнообразны. С одной стороны, уменьшается продуктивность, что связано с увеличением засушливости. С другой - существенно возрастает поверхностный сток, что наряду с вырубкой лесов влияет на объем и, главным образом, режим поверхностных вод и способствует не только увеличению катастрофических наводнений, но и ухудшению качества речных вод за счет увеличения объема рассредоточенных источников загрязнения. С увеличением поверхностного стока связана еще одна серьезная проблема - водная эрозия почв, масштабы которой возрастают во времени.
Роль снижения интенсивности влагообмена между почвенными и грунтовыми водами также неоднозначна. Положительным фактором является снижение поступления химических элементов из биологического в геологический круговорот, однако может способствовать при наличии минерализованных грунтовых вод развитию процессов засоления и осолонцевания почв.
Загрязнение водных ресурсов за счет выноса биогенов с сельскохозяйственных угодий с поверхностным стоком увеличивается по сравнению с естественными условиями в 10-50 раз, что во многих случаях сопровождается эвтрофикацией водоемов и водотоков. Во многом этому способствовала вырубка лесов.
Помимо всего прочего, агроценозы характеризуются, кроме малого биоразнообразия, еще и отсутствием внутренней устойчивости культурных растений, что делает их с экологической точки зрения малоэффективными. Экологическая значимость пахотных почв в 4-5 раз ниже, чем у сенокосов и пастбищ. В свою очередь, снижение экологической устойчивости агроценозов означает дальнейшее развитие деградационных процессов, ухудшение состояния агроландшафтов и стабилизации сельскохозяйственного производства.
Таким образом, распашка и сельскохозяйственное использование почв сопровождается не только снижением плодородия почв, но и изменением природных систем в целом, включая все их компоненты (приземный слой атмосферы, растительность, почвы, поверхностные и подземные воды), то есть изменением природных ландшафтов. Эти обстоятельства были отмечены еще Докучаевым В.В., в основе учения которого лежала необходимость рассмотрения природных систем как единого целого, а в основе ведения сельского хозяйства - оптимизация структуры использования агроландшафтов и системы различных агротехнических, агрохимических, агролесотехнических и других мероприятий.
