Поиск

Деятельность человека и засуха
18.11.2015

Число стран, расположенных в аридных областях и страдающих от периодических засух, велико и продолжает расти. Имея в виду пустыни, полупустыни, пампы, степи, прерии и саванны, подвергнувшиеся засухам 70-х годов, можно считать, что число стран, заинтересованных в решении проблемы аридизации суши, достигает 70-80. Население территорий аридного климата и периодических засух составляет не менее 30-40% от общей численности человечества. Аридные территории используются человеком с древнейших времен тремя основными путями: в сухом (неполивном) земледелии, в кочевом пастбищном животноводстве и в орошаемом земледелии.
Рост численности населения, развитие сети городов, сел, портов, дорог, рост мировой торговли и общий подъем условий жизни людей сопровождаются отчуждением из биосферы и сельского хозяйства значительной площади земель, ростом площадей вновь освоенных почв и продвижением масс людей, особенно земледельцев и скотоводов в более аридные районы в прошлом менее засоленные. Освоение субаридных территорий относительно более интенсивно происходит в периоды влажного и благоприятного климатического режима. Облегчило проникновение человека в засушливые области появление конных, а затем тракторных плугов, удобрения и общий рост технической оснащенности полеводства. Однако все это вместе взятое усилило зависимость сельского хозяйства многих районов мира от климатических условий и увеличило случаи недородов в засушливые периоды. Особенно это явление было усилено в странах Азии, Африки, Латинской Америки в результате хищнического использования земель и водных ресурсов пришлыми колонизаторами, феодальными магнатами, иностранными фирмами.
Отрицательные изменения биохимических, физических и химических свойств старопахотных почв усиливают тенденцию аридизации территории и ухудшения водного режима полей. На целинных и недавно освоенных почвах гумусовый горизонт выполняет роль важного источника энергии, питающего нормальный цикл биологических и биохимических почвенных процессов. Будучи факторами оструктуривания, корни, гумус, фауна создают благоприятные физические свойства почв (проницаемость, влагоемкость, уменьшение испарения и т.д.). Ведение сельского хозяйства монокультурного типа (без трав), неиспользование навоза и других органических удобрений привели к быстрому истощению запасов гумуса почвы. Содержание гумуса в старопахотных почвах Европы и Америки снизилось на 25-50%. Уменьшилась (на 10-15-30 см) толщина гумусового горизонта; образовался подпочвенный уплотненный горизонт (тяжелые тракторы ускорили его образование). Проницаемость почв понизилась; коэффициент влажности завядания и испарение влаги из почвы, наоборот, увеличились.
Обесструктуривание и распыление почв при обработке - сложный процесс. В старопахотных почвах утрачивается активный гумус и его содержание снижается в несколько раз за 10-25 лет использования в монокультуре зерновых или пропашных. Сильно снижается агрегированность почв и особенно велики потери водоустойчивых микроагрегатов. Например, в новоосвоенных почвах Казахстана содержание ценных микроагрегатов (d>0,25 мм) при бессменных посевах зерновых упало с 25-40% до 10-12%. Практика советского сухого земледелия всегда стремилась мерами агротехники и севооборота улучшить водно-физические свойства почв. Необходимость получения 30-50 ц/га зерна вместо 10-15 ц/га в условиях малоустойчивого климата степей и лесостепей выдвигала ухе давно задачу накопления и сохранения влаги в почвах (улучшение структуры, водопроницаемость, мульчирование). Новые современные сорта зерновых, способные производить урожай до 80-100 ц/га, нуждаются еще в большей степени в почвенной влаге, питательных веществах и атмосферных осадках, а поэтому еще острее стоят вопросы накопления и сохранения влаги в почвах. Отрицательное влияние колебаний в увлажнении почв и особенно наступление засух будут проявляться в неполивном земледелии тем сильнее, чем выше планируемый и ожидаемый урожай, т.е. чем больше потребность растений в воде для создания биомассы. Поэтому внимание к агротехническим методам накопления влаги в почвах должно быть умножено.
Мировое земледелие имеет за собою 40-50 веков истории и опыта. Накоплен и опыт борьбы с засухой. Учитывалась засухоустойчивость растений при вековом отборе их земледельцем. Однако в мировом земледелии преобладали растения средней засухоустойчивости. Около 3/5 посевной площади мира в 1931 г., по оценке Н.И. Вавилова, было занято культурами средней (промежуточной) засухоустойчивости. Сюда входили пшеница, ячмень, кукуруза, рожь, лен, фасоль, подсолнечник, сахарная свекла. Площадь, занятая наиболее засухоустойчивыми растениями (просо, сорго, чечевица, нут, арахис, маслины, виноград, инжир, фисташка, миндаль), занимала сравнительно небольшую территорию. Рис, овес, соя, горох, бобы, конопля, горчица, чайный куст, джут, большинство овощных и плодовых растений являются наименее засухоустойчивыми. После 30-х годов это, уязвимое с точки зрения опасного влияния засух, соотношение культур в мировом земледелии мало изменилось, скорее, наоборот, новые высокопродуктивные сорта пшениц, риса, кукурузы отличаются более повышенными требованиями к влаге в почве и, как правило, менее засухоустойчивы. Нужна организованная селекция растений на высокую засухоустойчивость. Вековая земледельческая культура стран Центральной и Южной Азии, Среднего и Ближнего Востока, Кавказа и Средиземноморья, переходных к пустыням областей Африки, Южной Америки, по мнению Н.И. Вавилова, хранит многие ценные устойчивые местные разновидности и практический опыт сухого земледелия. Поэтому необходимо широким фронтом продолжить работы по сбору и сохранению коллекций местных засухоустойчивых полезных растений мира и по улучшению состава ассортимента земледельческих культур применительно к локальным и региональным особенностям климата, почв, нужд и традиций. Однако общеизвестно, что засухоустойчивость растений редко сочетается с высокой урожайностью. В нашу эпоху рентабельными являются урожаи в 2-4 раза более высокие, чем урожаи 30-х годов. Поэтому неизбежно постепенное расширение технических средств и приемов сухого земледелия, площадей и эффективности орошаемого земледелия. Отсюда и селекция должна быть направлена на создание как засухоустойчивых растений, так и сортов высокой отзывчивости на удобрения и искусственное орошение.
Надо признать, что несмотря на успехи генетиков и селекционеров, проблема создания высокоурожайных, засухоустойчивых и поливных сортов растений далека от разрешения. При самых высоких темпах развития орошаемого земледелия неполивное земледелие играло и будет играть важную роль в производстве продовольствия, фуража, сырья. Сухое (неполивное) земледелие и неполивное пастбищное животноводство и кормодобывание еще долго будут служить человечеству как основной источник продовольствия.
Для многих стран проблема борьбы с засухой была постоянной необходимостью, так как обширные площади посевов пшеницы, сахарной свеклы, подсолнечника, кукурузы исторически оказались в сухих степях, саваннах, прериях. Практика сельского хозяйства Соединенных Штатов, Канады, Австралии, России, Венгрии, Румынии, лёссовых областей Китая, равнин Аргентины традиционно предусматривает вероятность наступления засух ж систематически применяет приемы "сухого земледелия", накопления и сохранения влаги в почвах, защиты от пыльных бурь и засухи.
Так, в условиях России повторяемость засух (табл.7) составляет в различных почвенно-климатических условиях от 10-20 до 90-100%.
Повторяемость засух крайне неравномерна и труднопредсказуема. По мнению многих советских экспертов, субаридные районы юго-востока Европы (степи) характеризуются полным отсутствием регулярности и повторяемости в годовых количествах, в посезонном и помесячном распределении атмосферных осадков. Колебания в количестве и распределении осадков по годам в районах, подверженных засухам, в обе стороны от средних величин могут достигать ±10-40% и более (рис. 22). Все же, зная запасы влаги в почвах осенью и весной, можно ориентироваться и предвидеть трудности вегетационного периода.

Деятельность человека и засуха

Так, в России, Болгарии, Румынии, Венгрии общепризнано, что если весенний запас доступной продуктивной влаги в степных почвах составляет 130-200 мм (а в течение года вегетации растения могут получить 300-400 мм осадков), то хорошие урожаи зерновых порядка 40 ц/га обеспечены.
Деятельность человека и засуха

В неблагоприятный год растения получают всего лишь 150-190 мм влаги. В сильнозасушливые, неурожайные годы запас влаги в почвах опускается до 40-60 мм. Таким образом, дефицит влаги для урожая 30-40 ц/га составляет 450-500 мм в худшие годы и 150-250 мм - в средне засушливые. Это и вынуждает России, Венгрию, Румынию идти на создание оросительных систем в степях для обеспечения дополнительного увлажнения в критические периоды вегетации растений и для получения урожаев 40-60 ц/га.
Экономика и опыт показывают, что территории с вероятностью засухи 50-60% и выше лучше оставлять для пастбищного использования или же вводить постоянное орошение для культуры поливной пшеницы, риса, кукурузы, хлопчатника, садов, овощей. Хотя практика советского сухого земледелия свидетельствует о том, что правильной периодичности (цикличность) засушливых и влажных лет не выявляется, ряд авторов все же считают, что годы наименьшей активности солнца являются и наиболее засушливыми. По А.С. Утешеву, с этой точки зрения следует ожидать, что в ближайшем будущем засушливыми годами, кроме прошедших 1972-1975, будут 1983-1986 и 1994-1997, а периоды высокого увлажнения и высоких урожаев придутся на 1978-1980, 1989-1991 и 1999-2001 гг.
Советские исследователи отмечают совпадение поздних и ранних заморозков с засушливыми годами, а также сдвиги атмосферных осадков на период уборки. Все это - дополнительные факторы снижения урожаев зерновых в засушливые годы.
Локальное проявление засухи ослабляется или усиливается в зависимости от близости уровня подпочвенных вод. При залегании пресных грунтовых вод на глубине 2-4 м растения используют подпочвенную влагу и от засухи не страдают.
Гидроморфность (за счет подпочвенных вод) была характерна для многих районов прерий, луговых степей, пушты и пампы. И это гарантировало высокие урожаи зерновых, кормов, овощей. Однако наблюдается медленное, но достоверное углубление уровня грунтовых вод, как вызванное естественными процессами (поднятия местности, врезание гидрографической сети), так и большим потреблением подземных вод человеком (откачка для городов, предприятий, транспорта и т.д.).
Локальное и региональное (на десятки и сотни километров) снижение уровня грунтовых вод наблюдается в зоне влияния длительно действующих насосных установок и откачек (нефтепромыслы и угольные шахты, тоннели метрополитена, откачка вод для городов).
Уход грунтовых вод глубже от поверхности (на 8-15 м) повышает сухость почв и увеличивает континентальность режима местности. Сухие почвы сильнее и быстрее перегреваются (теплоемкость воды в 2-3 раза выше теплоемкости почвы), быстрее и легче переохлаждаются . Разница с влажными почвами может достигать на поверхности до 20°С. Это в свою очередь сказывается на приземном слое воздуха. Отрицательные последствия засухи в итоге усиливаются.
В обострении последствий атмосферной засухи большая роль принадлежит потерян почвам гумуса (при эрозии почти полностью), зернисто-комковатой структуры, распылению почв (усиливает испарение, ослабляет инфильтрацию) и особенно повышению коэффициента завядания, т.е. снижению доступности влаги для растений.
Повышенный коэффициент завядания и низкая доступность влаги для растений - одно из типичных свойств почв аридных областей. Это связано с повышенной встречаемостью в аридных областях почв глинистого механического состава, присутствию солей и обменного натрия, что повышает осмотическое давление почвенных растворов и переводит влагу в кристаллизационную форму в таких солях, как гипс, мирабилит и др.
Очень важно предвидеть продолжительность и время начала засухи. Весенние засухи в условиях России наиболее губительны. Засухи могут продолжаться от 3 до 12 дней, но они могут тянуться и 2-4 месяца, повторяясь 3-4 года подряд (табл. 8).
Деятельность человека и засуха

Засуха почти прямо пропорционально увеличивает испарение воды в озерах, реках и на ледниках. Сток воды с ледника может расти некоторое время. Ho сам ледник подвергается абляции. Длительные засухи сопровождаются обмелением рек и нехваткой воды для орошения. Увеличение частоты гляциальных селей, что часто наблюдается в Казахстане, также является следствием засухи и ее интенсивности.
Возрастает ли частота засух в историческое время? Есть немало признаков того, что хотя и с колебаниями, повторяемость засух, по-видимому, возрастает. Частично - это следствие общего процесса аридизации суш (см. выше), в большей мере -следствие: а) изъятия из сферы земледелия лучших угодий под города, села, дороги, порты, предприятия; б) вынужденного перемещения земледелия в более засушливые области; в) необходимости получения больших урожаев сельскохозяйственных культур в менее благоприятном климате. Так, по сохранившимся данным, обобщенным А.С. Утешевым, в средневековой Руси в столетие отмечалось 2-5 засух. В течение трех столетий (ХIV, ХV, ХVI) "малого ледникового периода" зарегистрировано соответственно 9, 15 и 8 крупных засух. В ХVII-ХVIII вв. частота засух осталась повышенной (6 и 9 в 100 лет). В XIX в. известно до 20 засух. В XX в. зарегистрировано 15-18 крупных засух на территории России.
Данные, собранные К.Г. Шульмейстером, показывают, что за 70 лет (с 1885 по 1954 г.) на юго-востоке европейской части России засухи повторялись 21 раз. За время с 1954 по 1975 г. засухи повторялись в этом же районе еще 6 раз. Из 27 засух пять были особенно сильными.
Как показал опыт Индии, Африки (Сахель), юго-востока России, засухи охватывают по 2-3 года, а иногда и 5 последовательных лет. Частота сильных засух на юго-востоке России в период 1885-1975 гг. достигла в среднем 30%. Если же учесть все разновидности засухи, включая весенние, летние, осенние и перемежающиеся, то в лесостепных районах Поволжья они составят 38,5%, в черноземно-степных Правобережья Волги - до 58% и в каштановостепных районах Заволжья до 79% от общего числа лет. Эта особенность юго-востока России хорошо иллюстрируется картосхемой А.М. Алпатьева (рис. 23). Сходные данные имеются для Северной Америки (рис. 23а): в XIII-ХIV вв. преобладал период непрерывных сильных засух. В XIX в. число засух составило 8-9 и в XX в. - 10-12. За последние 200 лег в США насчитывается 25-30 крупных засух. Можно и нужно сомневаться в достоверности этих цифр. Они могут быть следствием улучшения статистики и информации в XIX и особенно в XX в. Ho было бы ошибкой и игнорировать вероятность этой тенденции. Засухи сопровождаются не только безводием и неурожаем, но и рядом других катастрофических явлений (падежи скота, степные и лесные пожары и др.). Губительным спутником сильных засух являются пыльные бури. Мы рассмотрим этот вопрос специально.
Деятельность человека и засуха

Для земледельца и агрономического персонала, для ирригаторов и деятелей национальных планирующих органов и правительств очень важно получать вовремя прогнозы погоды на ближайший период, на текущий год и сезоны. Теория и практика прогнозов погоды еще весьма несовершенны и часто ошибочны. Наука пока не может предсказать время наступления засухи, ее продолжительность и степень. Однако мы можем, используя существующие исторические,климатическое, почвенные, ботанические и гидрологические данные, составить карты географического распространения, частоты - повторяемости и остроты засух в прошлом. Эти карты позволят предвидеть регионы и степень проявления возможных засух. Масштаб таких карт для страны мог бы быть 1:1000000, для континентов 1:5000000 и для всей планеты 1:10000000. Эта большая, но необходимая работа была бы столь же полезной, как и составление карт сейсмичности и вероятности землетрясений, составляемых сейсмологами. Зоны, регионы и даже балльность возможных землетрясений показаны на картах и учитываются при строительстве городов, предприятий, гидросооружений.
Землетрясения - настолько страшная катастрофа, что в определенных зонах и регионах к ним всегда необходимо быть готовыми. Примерно то же с засухами. Мы можем предсказать зоны и регионы планеты, где вероятность засух особенно велика, где их частота меньше и где они возникают редко или не возникают вовсе. Пустыни ,полупустыни, области периодической засушливости характеризуются постоянным,временным или спорадическим преобладанием процессов испарения влаги из почв и подпочвенных вод над их оттоком в нисходящем или боковом направления. Повышение концентрации растворенных веществ в почвенной влаге при этом ведет к выпадению их в осадок.
Выпавшие в осадок соли остаются в почве в виде рассеянных примесей или в виде конкреций. Аридизация местности и повторение засух ведут к постепенному накоплению этих признаков в толще почвенных горизонтов. Если аридность и засухи были в какой-то период в прошлом - они могут повториться в будущем. Поэтому большая или меньшая аридность, возможность и вероятность засухи в какой-либо области зафиксированы в виде вторичных соединений углекислого кальция и других солей в гумусовом горизонте почвы или под ним (вскипание, выцвети, конкреции, прослои).
Присутствие гипса в почвах (кристаллики, стяжения, прожилки, прослои) свидетельствует о тон, что область их распространения является устойчиво аридной; сильные засухи бывали в прошлом в этом районе часто и они будут повторяться в будущем.
Сочетание гипса и легкорастворимах солей в почвах свидетельствует о постоянном преобладании испарения над увлажнением и промыванием, о недавних или 0 современных процессах соленакопления и о крайне аридном пустынном или полупустынном климате местности.
Содержание в почвах и грунтах кроме гипса, хлоридов и сульфатов натрия и магния еще и нитратов свидетельствует об исключительно высокой аридности климата, о почти полном отсутствии довдей и необычайно высокой потенциальной испаряемости, что характерно для сверхпустынь Азии, Африки, Южной Америки.
Деятельность человека и засуха

Реликтовыми признаками возможного повторения кратковременных или длительных засух служит присутствие на фоне черноземных почв, брюнеземов, черных тропических почв,коричневых почв единичных пятен солонцеватых или осолоделых почв, щелочных подгумусовых прослоев с pH 8,5-9, остатков конкреций углекислого кальция, высокое содержание смвктитовых минералов или, наконец, линз щелочных грунтовых вод (хотя и невысокой концентрации).
Основываясь на этих признаках, автор совместно о Б.Г. Розановым и С.К. Онищенко составили экспериментальный вариант "Схематической карты аридности суши и вероятности засух" на планете.
Схемам (рис. 23б) и легенда к ней демонстрировались в 1975 г. на международных совещаниях в Риме (ФАО), в Милане (Белляджио-Рокфеллер) и в 1976 г. в Женеве (UNEP).
Авторы этой схемы далеко не уверены в достоверности показанных на ней границ и подразделений. Необходима большая работа по выборке, анализу и синтезу первичных данных о геохимии почв мира, о географии и истории засух и пустынь планеты.
Однако идея, положенная в основу картосхемы,и первая общая картина аридности суши, регионов и вероятности засухи дают достаточно впечатляющую информацию о возможных размерах процессов опустынивания на материках Земли и о необходимости мобилизации средств науки, техники и экономики на борьбу с этим глобальным явлением, раз рушащим биосферу Земли.