«Факультет мониторинга окружающей среды Кафедра энергоэффективных технологий О. И. Родькин ПРОИЗВОДСТВО ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО БИОТОПЛИВА В АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТАХ: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ Минск 2011 УДК ...»

К другим антропогенным факторам воздействия на природные ландшафты относятся отчуждение земель под строительство и добыча полезных ископаемых.

Таким образом, в настоящее время на территории Беларуси основное распространение получили следующие виды агроландшафтов.

По данным Государственного земельного кадастра Республики Беларусь, площадь земель страны по состоянию на 1 янв. 2009 г. составляет 20 759,8 тыс. га. Структура земельного фонда по видам земель отражена на рис. 1.2.

Площадь сельскохозяйственных земель в последние годы постепенно снижалась и на начало 2009 г. составила 8944,7 тыс. га, что на 23,3 тыс. га меньше, чем в 2007 г.

Центральным звеном аграрных ландшафтов являются почвенноземельные ресурсы.

Рис. 1.2. Структура земельного фонда территории Беларуси Если в 1900 г. на одного жителя планеты приходилось 0,66 га пашни, то в 1980 г. этот показатель составил 0,41 га, а в 2000 г. – приблизительно 0,23 га. Сегодня, чтобы обеспечить потребности 6,5-миллиардного населения земного шара, интенсивность эксплуатации почвенно-земельных ресурсов резко усилилась, что обуславливает их масштабную деградацию. В результате ежегодные потери плодородных почв на планете оцениваются в 5–7 млн га.

Обеспеченность одного жителя РБ почвенно-земельными ресурсами на 2010 г. составляет около 0,57 га пашни и 0,92 га с/х угодий [Государственный земельный кадастр Республики Беларусь, 2010]. Этот показатель значительно превосходит как среднемировой уровень, так и уровень большинства европейских государств, тем не менее, за последние сорок лет он существенно снизился. Начиная с 2002 г., площадь пахотных земель в расчете на одного жителя стабилизировалась (табл. 1.1). Однако необходимо учитывать тенденцию снижения количества жителей. За данный отрезок времени население страны уменьшилось более чем на 400 тыс. человек.

Таким образом, в абсолютном выражении площадь пахотных земель в стране неуклонно снижается, в том числе за последние десять лет на 613 тыс. га.

Динамика обеспеченности почвенно-земельными ресурсами Вид ресурсов Причинами потери пахотных угодий является их отчуждение под строительство населенных пунктов, дорог, трубопроводов, а также деградация.

Средний норматив площади отчужденных земель на планете составляет приблизительно 0,1 га на одного жителя. В РБ приблизительно 1,6 млн га таких земель. Из них особую категорию представляют нарушенные земли, образовавшиеся в результате проведения различного рода строительных, культуротехнических, геологических и других работ.

В 2009 г. их площадь составила 22,9 тыс. га.

Причины деградации земель разнообразны, следствие этого – постепенное снижение плодородия почв и вывод их из с/х производства.

Вопросы основных причин деградации, методов восстановления земель и направлений экологического менеджмента почвенно-земельных ресурсов будут рассмотрены в следующем разделе.

Луговые экосистемы в Республике Беларусь занимают около 3300 тыс. га, что составляет приблизительно 16 % от всей территории. Из них на сенокосы приходится около 53 % и на пастбища 47 %. За последние 30–40 лет наблюдается тенденция к уменьшению их абсолютной площади. Луга – это фитоценозы, растительность которых характеризуется более или менее сомкнутым покровом. Они образованы чаще мезофильными (предпочитающими умеренно увлажненные места обитания), а иногда и гигрофильными (влаголюбивыми) травами, имеют зимний перерыв в вегетации и не имеют летнего угнетения. Растения луга хорошо приспособлены к умеренным условиям увлажнения почвы, минерального питания и аэрации почвы. Поэтому они широко распространены в лесной зоне умеренного пояса.

В земельном фонде Беларуси луга сенокосного использования занимают 1436,5 тыс. га, или 15,6 % земель сельскохозяйственного использования. Лугов пастбищного использования немного больше – 1807,8 тыс. га, или 19,7 % сельскохозяйственных земель. Таким образом, луга занимают 3244,3 тыс. га, что составляет 15,6 % площади Беларуси [Богдевич И. М., 2001; Лазаревич С. В., 2005].

Луга имеют большое хозяйственное значение. Они способствуют сохранению и увеличению естественного плодородия почвы. На одном гектаре посева бобово-злаковой травосмеси при среднем урожае накапливается за счет сбережения растительных остатков около 1 т гумусовых веществ. Кроме того, луга являются сельскохозяйственным угодьем, на котором заготавливается ценный корм для домашних животных. В 1 кг лугового сена содержится примерно 0,6 кормовых единиц, 55 г переваримого протеина, 7,6 г кальция, 4,0 г фосфора, до 30 мг каротина. Наиболее продуктивными являются пойменные кратковременно затопляемые (до 15 суток) луга, на которых получают до 47 ц/га сена.

Среди луговых экосистем можно выделить следующие виды ландшафтов.

Лугово-пахотные ландшафты сформировались под влиянием земледельческой и животноводческой деятельности человека. Они занимают более 12 % площади сельскохозяйственных ландшафтов, 4 % территории Беларуси. Встречаются повсеместно, но наиболее типичны для севера, востока и центральных равнин республики. В структуре земельных угодий преобладает пашня (50–80 %) и естественные луга (10–40 %).

Удельный вес лесов не превышает 20 %, болот – 15 %.

Пахотно-культурно-сенокосные ландшафты представляют собой подкласс сельскохозяйственных ландшафтов, занимающих 4,5 % площади последних. Они сформировались на месте прежних болотных массивов, осушенных и освоенных в качестве культурных сенокосов и пастбищ. В структуре земельных угодий преобладает пашня (30–60 %), доля лесов не превышает 20 %, лугов – 10 %, неосушенных болот – от 15 до 50 %. Распространены преимущественно на юге Беларуси, в пределах нерасчлененных комплексов с преобладанием болот.

Сенокосно-пастбищные ландшафты занимают примерно такие же площади, как и ландшафты предыдущего подкласса – около 4 % площади сельскохозяйственных ландшафтов, и развиты на востоке и в пределах центральных равнин Беларуси. Они сформировались там, где земельные угодья используются в качестве пастбищ и сенокосов. Вследствие этого в структуре угодий преобладают луга (70–90 %); доля пашни, лесов, болот не превышает 15 %.

Пастбищно-лугово-болотные ландшафты имеют минимальное распространение среди подклассов сельскохозяйственных ландшафтов Беларуси, занимая всего около 2 % их площади. Представлены в южной части республики на участках, где преобладают (до 90 %) открытые травяные неосушенные болота; пашня, леса и луга занимают подчиненное положение, их доля не более 15–20 %. Около 70 % площади этих систем приходится на вторичные водно-ледниковые ландшафты, которые характеризуются плосковолнистым рельефом с колебаниями относительных высот 2–5 м. В понижениях рельефа сформировались болота – низинные гипново-осоковые и верховые кустарничково-пушицево-сфагновые с торфяно-болотными почвами. Низинные болота используются в качестве сенокосов, реже пастбищ, верховые играют водоохранную роль и подлежат охране. Участки пашни тяготеют к автоморфным дерновоподзолистым почвам. На повышенных элементах рельефа произрастают сосновые леса, по днищам ложбин стока – мелкоосоковые луга.

В зависимости от положения в рельефе и уровня увлажнения луга подразделяются на материковые и пойменные (заливные). Материковые (внепойменные) луга делятся на суходольные, расположенные на повышенных участках рельефа, и низинные, приуроченные чаще к бессточным понижениям.

Суходольные луга в Беларуси имеют, как правило, вторичное происхождение. Они возникли на местах, некогда занимаемых лесом. В видовой структуре лугового фитоценоза выделяют мятликовые, бобовые и злаковые травы, а также разнотравье, образуемое другими семействами. Из злаков встречаются полевица обыкновенная, овсяница красная, луговик дернистый, белоус торчащий, мятлик луговой и др. Из бобовых – клевера (луговой, средний, горный, ползучий и др.), люцерна хмелевая, лядвенец рогатый, чина луговая, горошек заборный и мышиный. Из разнотравья обычны лютик едкий и золотистый, лапчатка гусиная и серебристая, ясколка полевая, гвоздика травянка, тмин обыкновенный, бедренец камнеломковый, подорожник ланцетолистный, подмаренник настоящий, истод обыкновенный, вероника дубравная.

На низинных лугах с достаточным и повышенным уровнем увлажнения встречаются высокорослые овсяница луговая, ежа сборная, тимофеевка луговая, манник наплывающий, канареечник тростниковидный, бекмания настоящая. Бобовые растения из-за недостатка кислорода в почве встречаются реже, чем на суходолах. Из клеверов здесь наиболее часто встречаются клевер розовый и ползучий. Много широколистного разнотравья. Это горец змеиный, горицвет кукушкин, гравилат речной, таволга вязолистная, лютик ползучий и др. На болотистых лугах много осоковых – осока двудомная, лисья, заячья и другие, камыш лесной. Из злаков встречаются канареечник, бекмания, манник; из разнотравья – калужница болотная, щавель кислый, сабельник болотный, незабудка болотная, валерьяна лекарственная, реже – дремлик болотный, ятрышник широколистный, шпажник болотный.

Пойменные луга располагаются в поймах рек и озер. На их долю в Беларуси приходится 5 % площади сельскохозяйственных земель. Наиболее обширны они в Гомельской (11,2 %), Брестской (5,2 %) и Минской (6,2 %) областях. Много пойменных лугов в долинах Днепра, Припяти, Березины, Сожа и их притоков [Лазаревич С. В., 2005; Парфенов В. И., 1986].

Пойменные луга отличаются большой продуктивностью и разнообразием видового состава. В поймах небольших рек, где разливы кратковременны и основным источником увлажнения являются атмосферные осадки, флористический состав лугов близок к суходольным материковым лугам. Если же основным источником влаги являются грунтовые воды, то на таких пойменных лугах больше трав, характерных для низинных материковых лугов. Но в любом случае влаголюбивые растения преобладают: овсяница красная, полевица тонкая, бекмания, тимофеевка, лисохвост, клевер красный и розовый, частуха подорожниковая, разнообразные осоки, хвощ приречный.

Для повышения продуктивности луговых угодий в Беларуси часто проводят поверхностное улучшение без нарушения дернины (подсев трав в дернину, внесение удобрений, известкование) или коренное с разрушением дернины и последующим залужением. При реконструкции лугов используют разные травосмеси. Например, на минеральных почвах можно высевать клевер луговой в смеси с кострецом безостым, овсяницей луговой и тимофеевкой луговой. На осушенных торфяно-болотных почвах рекомендуется вместо клевера лугового использовать клевер гибридный.

1.3. Экологические проблемы в агроландшафтах Сельскохозяйственное производство является наиболее длительным по времени и значительным по масштабности проявления фактором воздействия на окружающую среду. Сельскохозяйственные ландшафты, или агроэкосистемы, занимают менее 30 % от площади суши планеты и обеспечивают человечеству производство 95–98 % пищевой энергии.

Поэтому рост народонаселения планеты, особенно интенсивный за последние 50 лет, требует непрерывного увеличения продуктивности агроэкосистем.

В настоящее время сельскохозяйственные земли занимают 43 % общей площади Беларуси, из них 62 % приходится на пашню, 38 % – на кормовые угодья. Основной пахотный фонд Беларуси (52 % пашни) составляют дерново-подзолистые почвы, для повышения плодородия которых необходимо проводить известкование, вносить достаточное количество органических и минеральных удобрений.

Приблизительно с середины прошлого века сельское хозяйство стало на путь интенсификации, основными составляющими которой являются комплексная механизация, химизация, мелиорация и интенсивное животноводство. Такая концепция позволила в течение нескольких десятилетий в три раза увеличить производство продуктов питания. Современное интенсивное сельское хозяйство достигло высоких как средних, так и максимальных показателей продуктивности. Так, получена рекордная урожайность зерновых культур – около 20 т с га, картофеля – 100 т с га, надоев молока – 22 т на корову в год и т. д. Средние уровни для развитых в с/х отношении стран приблизительно в 3 раза меньше.

Достижение таких показателей в свою очередь потребовало активной эксплуатации земель, резкого роста использования различного рода материальных и энергетических ресурсов. К негативным последствиям интенсификации в первую очередь относится усиление экологического воздействия аграрных экосистем на окружающую среду.

В Национальный план действий по рациональному использованию природных ресурсов и охране окружающей среды (НПДООС) на 2006– 2010 гг. включены следующие приоритетные направления деятельности в области охраны и использования земель и почв:

– создание системы стимулирующих экономических механизмов по эффективному использованию и охране земель;

– обеспечение комплексного подхода к планированию, использованию и охране земель, предусматривающего поддержание экологических функций почв в ландшафтах и реализацию мер по борьбе с деградацией и загрязнением;

– продолжение мероприятий по оптимизации землепользования с целью формирования экологически устойчивых природно-территориальных комплексов путем перепрофилирования сельскохозяйственных низкоплодородных земель, повышения лесистости малолесных районов, развития сети особо охраняемых территорий;

– получение достоверной объективной информации о состоянии земель/почв республики на основе широкого использования дистанционных методов, эколого-геохимического картографирования, мониторинга, развития методической и аналитической базы для принятия своевременных и оперативных управленческих решений;

– разработка и реализация приоритетных мероприятий Национальной программы действий по борьбе с деградацией земель с целью повышения координации действующих секторальных программ и объединения усилий заинтересованных сторон в обеспечении устойчивого использования и охраны земель/почв;

– получение информации о загрязнении почв в населенных пунктах, эколого-геохимическое картирование состояния городских почв, выявление типовых загрязнителей для основных видов (типов) предприятий республики.

Деградация – это постепенное снижение плодородных свойств почвы под влиянием естественных (нарушение условий почвообразования) или искусственных причин (хозяйственная деятельность человека). Деградация сопровождается снижением плодородия, изменением почвенной флоры и фауны, формированием пустошей.

На территории Беларуси основными причинами деградации земель являются водная и ветровая эрозия, радиоактивное и химическое загрязнение, минерализация осушенных торфяных почв, трансформация земель в результате добычи полезных ископаемых и строительства, подтопление и заболачивание, выгорание осушенных торфяников, нерациональное использование земель.

В свою очередь земли, подвергнутые деградации, влияют на местные и региональные климатические условия. Это обстоятельство достаточно ярко проявилось в последние десятилетия в южной части республики (Белорусское Полесье). Вследствие того, что здесь мелиоративное преобразование земель затронуло обширные пространства и изменило геофизический и водный режимы природных экосистем, это внесло заметные изменения в климат приземного слоя воздуха и почв всего региона.

Наиболее значительные потери плодородных почв как в мировом масштабе, так и в Республике Беларусь связаны с эрозией. Эрозия (от лат.

erosio – разъедание) – это разрушение верхнего плодородного слоя почвы под воздействием климатических факторов и хозяйственной деятельности человека и вынос продуктов этого разрушения в окружающую среду.

Установлено, что на образование 1 см почвы природе необходимо приблизительно от 200 до 300 лет. Таким образом, средний плодородный слой на территории нашей страны формировался на протяжении нескольких тысячелетий. Эрозионные процессы, как свидетельствуют конкретные исторические примеры, способны разрушить плодородный слой в особенно сложных случаях в течение нескольких суток и даже часов.

По данным UNEP (программа ООН по охране окружающей среды), на земном шаре в среднем ежегодно деградирует до 5 млн га земель и основной причиной этой негативной тенденции является именно эрозия [72].

В Республике Беларусь эрозии различной степени подвержены более 490 тыс. га почв. Из всех видов деградации земель на территории страны наиболее выражена водная и ветровая эрозия. Процессы водной эрозии наиболее активны в северной и центральной частях страны – в Белорусском Поозерье и Центральной Беларуси. На этих территориях преобладают расчлененный холмистый рельеф и почвы тяжелого гранулометрического состава. Ветровая эрозия (дефляция) наиболее характерна для Полесской низменности, где широко распространены осушенные торфяники и мелиорированные земли и преобладают почвы легкого гранулометрического состава.

Из земель сельскохозяйственного использования на долю земель, подверженных водной эрозии, приходится 5,3 %, ветровой – 1,1 % (табл. 1.2).

Характеристика эрозионно-опасных земель [Сельское хозяйство Примечание: * % от общей площади сельскохозяйственных земель, подверженных водной эрозии; ** % от общей площади сельскохозяйственных земель, подверженных ветровой эрозии.

Площадь дефляционноопасных и дефлированных земель на территории Беларуси составляет 3,9 млн га, или 18,8 % площади страны, эрозионноопасных и эродированных земель около 1,4 млн га, или 6,8 %.

Эрозия почв наносит существенный экономический и экологический ущерб в связи с разрушением почвенного покрова, ухудшением агрохимических, агротехнических, физических и биологических свойств почв.

По данным многолетних исследований в среднем за год с каждого гектара эродированных земель теряется около 10 т плодородной почвы, 150– 180 кг гумуса, 8–10 кг азота, 5–6 кг фосфора и калия. Это не только негативно сказывается на плодородии (снижение урожайности на 15–20 %), но и является мощным фактором загрязнения окружающей среды [135].

Эрозионные процессы, развивающиеся на осушенных торфяноболотных почвах, приводят к их ускоренному разрушению, которое усиливается при нарушении правил эксплуатации мелиоративных систем и нерациональной агротехнике. В Белорусском Полесье, где высока доля мелиорированных земель и преобладают почвы рыхлого гранулометрического состава, а также осушенные торфяные почвы, заметное развитие получили процессы ветровой эрозии. Из 330 пыльных бурь, зафиксированных в Беларуси за последние 35 лет, 64 % приходится на Полесье.

В Полесье в разные годы выявлено значительное усложнение структуры почвенного покрова мелиорированных территорий, которое выражается в деградации осушенных торфяных почв и появлении целой группы антропогенно преобразованных разновидностей с различным остаточным количеством органического вещества торфа, при этом степень дефляционной опасности почв возрастает на 20–30 %.

На 2010 г. общая площадь деградированных торфяных почв в стране составляла около 220 тыс. га, в том числе 50 тыс. га деградировало в малопродуктивные песчаные почвы [Сельское хозяйство Республики Беларусь, 2010].

Одним из наиболее опасных факторов деградации является загрязнение почв, под которым понимается поступление в почву химических, биологических, радиоактивных и механических загрязнителей в количествах и концентрациях, превышающих способность почв к их разрушению, утилизации, включению в биологический круговорот веществ.

Различают несколько видов загрязнения почв.

Химическое. Основные источники – сельскохозяйственное производство, промышленность, автотранспорт, коммунально-бытовое хозяйство.

К потенциальным загрязнителям почв можно отнести любые химические соединения, поступающие в почву в чрезмерных концентрациях.

Из них к наиболее опасным относятся тяжелые металлы, остатки пестицидов, нефтепродукты, стойкие органические загрязнители (СОЗ) и др.

Из источников загрязнения, связанных с сельскохозяйственным производством, к категории наиболее масштабных относятся с/х химизация и интенсивное животноводство.

Возросшие объемы химизации способствовали росту урожайности с/х культур, но в то же время обусловили усиление воздействия на окружающую среду. Наблюдения за химическим загрязнением почв на фоновых территориях являются одним из направлений мониторинга земель, проводимого в рамках национальной системы мониторинга окружающей среды (НСМОС). Мониторинг фонового загрязнения почв осуществляется на сети пунктов наблюдений, включающих около 100 объектов, размещенных по всей территории страны. Пункты наблюдений представлены пробными площадками, где поочередно с периодичностью один раз в 3 года производится отбор и исследование почв на содержание приоритетных для территории Беларуси загрязняющих веществ.

В 2008 г. Республиканским центром радиационного контроля и мониторинга (РЦРКМ) был произведен отбор проб почв на 53 пунктах наблюдения с последующим химическим анализом на содержание тяжелых металлов (кадмия, цинка, свинца, меди, никеля и марганца), сульфатов, нитратов и остатков хлорорганических инсектицидов.

Результаты химико-аналитических исследований отобранных проб почв показали, что содержание загрязняющих веществ в почвах изучаемых территорий практически не изменилось относительно результатов прошлых лет.

Тем не менее, в ряде мест, прилегающих к крупным животноводческим комплексам и вблизи городов, имеет место загрязнение почв тяжелыми металлами. Всего превышение ПДК, например, по цинку было отмечено на 180 тыс. га, по меди – на 260 тыс. га, по свинцу и кадмию соответственно на 100 тыс. и 45 тыс. га сельскохозяйственных угодий [166].

Дополнительным источником тяжелых металлов является их содержание в виде примесей минеральных, органических удобрений, а также в продуктах переработки мусора и сточных водах, используемых для поднятия плодородия почв. Проблема усугубляется отсутствием должного контроля по данному вопросу. Вместе с тем, например, минеральные фосфорные удобрения в среднем имеют примеси кадмия 4 мг/кг, свинца 39 мг/кг, цинка 48 мг/кг и т. д. [156].

Следует отметить, что проводить мониторинг почв на содержание нитратов сложно вследствие их высокой подвижности и быстрого выбывания из почвенных экосистем. В результате нитраты, так же как и другие соединения, попадают не только в продукты питания, но и в грунтовые воды. Как следствие, повышенное содержание нитратов отмечено на ряде водозаборов, расположенных в зоне влияния сельскохозяйственных объектов. Очевидно, что оптимизировать качество вод можно только при соответствующем рациональном управлении сельскохозяйственными экосистемами.

К химическому загрязнению относится также засоление почв, под которым понимается процесс накопления солей натрия, кальция, магния в верхних слоях почвы в концентрациях, недопустимых для нормального роста и развития растений.

В Республике Беларусь проблема засоления почв связана, прежде всего, с Солигорским районом, где происходит добыча, переработка и складирование отходов производства калийных удобрений. В отходах содержится довольно высокая концентрация солей, которые распространяются под воздействием осадков. Засоление земель вокруг солигорского комбината наблюдается в радиусе десятков километров.

Имеет место также локальное засоление почв, прежде всего вблизи автомобильных дорог, что связано с интенсивным использованием содержащих соль отходов для борьбы с обледенением в зимний период.

Биологическое загрязнение обуславливается главным образом воздействием интенсивного сельскохозяйственного животноводства и коммунального хозяйства. К потенциальным источникам биологического загрязнения можно отнести животноводческие стоки, сбросные воды, свалки бытового мусора, скотомогильники. Основные загрязнители – это патогенные микроорганизмы, гельминты.

Механическое загрязнение. Основные источники – промышленность, коммунальное хозяйство, бытовой сектор. К потенциальным загрязнителям почв относятся отходы промышленного производства, размещаемые на так называемых полигонах, строительный и бытовой мусор.

На 2009 г. под объектами с промышленными отходами в стране было занято около 2275 га земель. Из них на солеотвалы и шламохранилища ПО «Беларуськалий» приходится 1570 га, на отвалы фосфогипса – 97 га. За последние 10 лет для размещения объектов с промышленными отходами ежегодно изымалось в среднем 20–24 га земель.

Некоторая часть отходов производства (3–4 классов опасности и неопасных) захоранивается на полигонах коммунальных отходов. Это характерно для областных и районных центров, в которых не хватает мощностей или отсутствуют специализированные объекты размещения отходов производства.

Большинство объектов размещения производственных отходов (75,5 %) эксплуатируется уже более 25 лет.

Радиоактивное загрязнение. Основные потенциальные источники – это месторождения радиоактивных руд, аварии на АЭС, ядерные испытания, захоронения ядерных отходов. В Беларуси радиоактивное загрязнение связано, прежде всего, с аварией на Чернобыльской АЭС.

В результате катастрофы было загрязнено около 23 % территории, основными загрязнителями являются 137Cs и 90Sr.

Большая часть радионуклидов, выпавших на почву, остается в ее верхних слоях и в настоящее время. Глубина и скорость их вертикального перемещения зависит от типа почвы. В дерново-подзолистых почвах они накапливаются в верхних горизонтах, в торфяно-болотных проникают на глубину до 40–45 см. Своеобразным барьером, связывающим от до 98 % цезия и до 45 % стронция, является гумусовый слой.

Наряду с вертикальной миграцией имеет место горизонтальная миграция под воздействием водной и ветровой эрозии, с поверхностным стоком, дождевыми потоками и т. д.

На 1 янв. 2009 г. из сельскохозяйственного оборота выведено 248,7 тыс. га загрязненных радионуклидами земель, или 1,2 % общей площади территории Беларуси. При этом 160,7 тыс. га, или 64,6 % выведенных площадей, относится к лесным и другим лесопокрытым землям, 69,2 тыс. га, или 27,8 %, – к неиспользуемым и иным землям, 18,7 тыс. га, или 7,5 %, – к землям под болотами, 0,1 тыс. га – к землям под дорогами и иными транспортными коммуникациями.

За послеаварийный период радиационная обстановка на сельскохозяйственных землях значительно улучшилась. Произошел распад короткоживущих радионуклидов. Концентрация долгоживущих радионуклидов 137Cs и 90Sr в почве уменьшилась более чем на 1/3 только по причине естественного распада. Наблюдается постепенное уменьшение площади используемых загрязненных земель [Состояние природной среды Беларуси, 2009].

Сельскохозяйственное производство по состоянию на 1 янв. 2009 г.

ведется на 1018,8 тыс. га земель, загрязненных 137Cs с плотностью 37– 1480 кБк/м2.

Основные массивы сельскохозяйственных угодий, загрязненных Cs, сосредоточены в Гомельской (47,0 % общей площади) и Могилевской (23,8 %) областях. В Брестской, Гродненской и Минской областях доля загрязненных земель невелика и составляет соответственно 6,5 %, 2,6 и 3,6 %.

Загрязнение территории 90Sr имеет более локальный характер. Загрязнение почвы стронцием-90 с плотностью более 6 кБк/м2 обнаружено на 10 % от общей площади страны. Максимальные уровни содержания Sr в почве выявлены в границах 30-километровой зоны ЧАЭС, достигали величины 1798 кБк/м2 в Хойникском районе Гомельской области.

Земли, загрязненные 90Sr, находятся в пределах зон, загрязненных 137Cs, что весьма затрудняет сельскохозяйственное производство.

Из общей площади земель, загрязненных 90Sr (347,1 тыс. га), 329,4 тыс. га сельскохозяйственных угодий, включая 188,7 тыс. га пашни и многолетних насаждений, сосредоточены в Гомельской области. Здесь доля загрязненных пахотных и луговых почв составляет 26,8 % от общей площади используемых сельскохозяйственных земель. В Могилевской области доля загрязненных 90Sr пахотных и луговых почв значительно ниже – соответственно 1,2 и 1,7 %.

Рекультивация нарушенных земель В соответствии с государственным стандартом, к категории нарушенных относятся земли, утратившие свои жизнеобеспечивающие свойства и являющиеся источником отрицательного воздействия на окружающую среду в связи с нарушением почвенного покрова, гидрологического режима и образованием техногенного рельефа в результате производственной деятельности человека [ГОСТ 17.5.1.02-85].

Нарушают земли при выполнении открытых и подземных горных работ, складировании промышленных, строительных и коммунальнобытовых отходов, строительстве линейных сооружений, а также при проведении геологоразведочных, изыскательских, строительных и других работ. При этом, как правило, нарушается почвенный покров, изменяются гидрогеологический и гидрологический режимы, образуется техногенный рельеф, а также происходят другие качественные изменения, ухудшающие экологическую обстановку в целом.

Нарушенные территории в результате хозяйственной деятельности разделяют на две группы:

– земли, поврежденные насыпным грунтом, – отвалы, терриконы, кавальеры и свалки;

– территории, поврежденные выемкой грунта, – карьеры открытых горных разработок, добычи местных строительных материалов и торфа, провалы и прогибы на месте подземных горных работ, резервы и траншеи при строительстве линейных сооружений.

Преобразование нарушенных в результате производственной деятельности земель в состояние, пригодное для использования их в народном хозяйстве, предотвращение их отрицательного воздействия на прилегающие ландшафтные комплексы, охрана этих комплексов, оптимизация сочетания техногенных и природных ландшафтов достигается рекультивацией нарушенных земель [ГОСТ 17.5.1.01-83]. Рекультивация относится к мероприятиям восстановительного характера, направленным на устранение последствий воздействия промышленного производства на окружающую среду, в первую очередь на земли, и рассматривается, как основное средство их воспроизводства.

В зависимости от тех целей, которые ставятся при рекультивации земель, различают несколько основных направлений:

– сельскохозяйственное – с целью создания на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий;

– лесохозяйственное – с целью создания лесных насаждений различного типа;

– рыбохозяйственное – с целью создания в понижениях техногенного рельефа рыбоводческих водоемов;

– водохозяйственное – с целью создания в понижениях техногенного рельефа водоемов различного назначения;

– рекреационное – с целью создания на нарушенных землях объекта отдыха;

– санитарно-гигиеническое – с целью биологической или технической консервации нарушенных земель, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве экономически неэффективна или нецелесообразна в связи с относительной кратковременностью существования и последующей утилизацией этих объектов (техногенных образований);

– строительное – с целью приведения нарушенных земель в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства.

За последние 20 лет объемы рекультивации земель в стране снизились в несколько раз. Если в 1990 г. рекультивация проводилась на площади 11 821 га, то в 2000 на 3162 га, а в 2009 г. на 1000 га (табл. 1.3).

Динамика площадей нарушенных и деградированных земель в Республике Беларусь [Сельское хозяйство Республики Беларусь, 2010] в том числе под:

Таким образом, основными направлениями рекультивации нарушенных земель являются лесохозяйственное и водохозяйственное восстановление.

1.3.2. Химизация сельскохозяйственного производства как фактор Интенсификация с/х производства обусловила резкое увеличение объемов внесения минеральных удобрений и пестицидов. К началу 90-х гг.

прошлого века по сравнению с 1960-ми гг. они возросли в 20–25 раз.

В 1991 г. на 1 га пашни в Республике Беларусь вносилось 261 кг минеральных удобрений в действующем веществе. К 2000 г. этот показатель составлял приблизительно 160 кг. Но в 2009 г. на 1 га сельскохозяйственных земель внесено уже 205 кг минеральных удобрений в действующем веществе, в том числе на пашне 288 кг (табл. 1.4). Таким образом, развитие сельского хозяйства, необходимость роста продуктивности производства за последние годы обусловило закономерное увеличение масштабов химизации [156].

Загрязнение природной среды продуктами разложения минеральных удобрений оказывает негативное влияние практически на все звенья биосферы, в том числе отрицательно сказывается на живых организмах.

Процессы аммонификации, нитрификации приводят к попаданию соединений азота (аммиака, оксидов, двуокиси азота) в атмосферу. Это является одной из причин разрушения озонового экрана, выпадения кислотных дождей и т. д.

Динамика использования минеральных удобрений [Сельское хозяйство В расчете на один га сельскохозяйственных земель, кг всего всего Нитраты в результате вымывания из пахотного горизонта накапливаются в подземных водах, что значительно снижает их пригодность для питья. Тяжелые металлы, присутствующие в минеральных удобрениях, попадая через растениеводческую продукцию в организм животных и человека, вызывают различные заболевания. Избыток хлора и фтора нарушает окислительно-восстановительные процессы, приводит к флюорозам и др.

Нерациональное использование удобрений приводит к ухудшению агрохимических свойств, плодородия и экологического состояния почвы.

Минеральные удобрения (особенно азотные) интенсифицируют кислотность почвенного раствора. Подкисление почв в свою очередь приводит к снижению количества доступных элементов питания, увеличению концентрации аммония в почве, к потерям гумуса.

Интенсивное внесение удобрений нарушает баланс почвенных экосистем, оказывая отрицательное влияние на структуру ее микробного сообщества, биологическую активность и биологические процессы. Загрязнение тяжелыми металлами снижает жизнеспособность полезных организмов, приводит к падению численности в почве насекомых (жужелиц) и дождевых червей, в то же время количество грибов, подавляющих активность почвенных ферментов, возрастает.

Изменение биологического режима – главная причина снижения содержания гумуса, после разложения которого большая часть азота вымывается и становится источником загрязнения вод нитратами.

Нарушение технологии применения удобрений приводит к снижению качества сельскохозяйственной продукции. Ухудшаются хлебопекарные качества пшеницы, пригодность картофеля к промышленной переработке, содержание в нем крахмала и т. д.

Превышение предельно допустимых концентраций тяжелых металлов, нитратов и других загрязнителей в продуктах питания негативно сказывается на здоровье людей и животных.

Попадание биогенных элементов, в первую очередь фосфора и азота, в окружающую среду приводит к эвтрофикации поверхностных водоемов и загрязнению подземных водных источников. Эвтрофикация приводит к появлению в воде опасных возбудителей болезней и интенсивному заболачиванию водоемов.

Наряду с косвенным воздействием, минеральные удобрения могут быть причиной прямого отравления и гибели водных организмов, в частности, нарушения процессов жизнедеятельности амфибий, головастиков, рыб и т. д.

Нарушение оптимального баланса питания при непропорциональном внесении отдельных видов удобрений, например, азота, приводит к снижению сопротивляемости растений к болезням, что негативно сказывается на фитосанитарном состоянии посевов.

Экологические проблемы применения пестицидов В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства не представляется возможным полностью отказаться от применения пестицидов. По оценкам экспертов ФАО, в этом случае урожайность сельскохозяйственных культур сократится на 25–30 %.

В среднем на земном шаре плотность применения пестицидов составляет около 5–6 кг/га пашни. Активнее всего они используются в Голландии и Италии. В Республике Беларусь в 1990 г. вносилось около 3,5 кг/га, а к 2005 г. объем внесения пестицидов сократился до 1 кг/га.

Вместе с тем в последние годы в Беларуси отмечается неуклонная тенденция к увеличению количества используемых пестицидов (рис. 1.3).

С 2002 по 2006 г. применение пестицидов возросло с 4,3 до 10,5 тыс. т, или в 2,4 раза. При этом применение гербицидов увеличилось в 2,8 раза, инсектицидов – в 1,4, фунгицидов – в 1,8, регуляторов роста – в 7, десикантов и дефолиантов – в 3 раза. Использование биопрепаратов сократилось почти в 15 раз.

Использование средств химической защиты растений является одной из наиболее тревожных проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. Масштабное использование пестицидов, обеспечивая получение более высоких урожаев, приводит к деградации ландшафтов.

Пестициды обладают токсическими свойствами, поэтому исключительно важно изучить пути их миграции, особенности накопления, скорости и условий разложения, влияние на компоненты биоценозов и здоровье человека. Наибольшую опасность для живых организмов представляют инсектициды, или химические средства борьбы с вредными насекомыми.

Эти пестициды могут мигрировать по трофическим цепям и в результате разнообразных превращений могут образовывать вещества более токсичные, чем исходные. Например, ДДТ и ГХЦГ мигрируют в цепи почва – поверхностный сток – вода водоемов – водные фитоценозы – рыбы.

При этом их содержание в последнем звене цепочки может быть в десятки раз выше, чем в начальном. Являясь исключительно стойкими к разложению, они длительное время сохраняются и накапливаются в природной среде, тканях растений и животных. С применением пестицидов связано сокращение популяций ряда видов хищных птиц, тюленей Балтийского моря, рыб и т. д. Попадая в организм человека, инсектициды приводят к негативным токсическим явлениям.

Рис. 1.3. Динамика применения пестицидов сельскохозяйственными организациями Беларуси в 2002–2006 гг. [Состояние природной среды Беларуси, 2009] В составе пестицидов велик удельный вес гербицидов, т. е. препаратов, используемых для борьбы с сорными растениями. Отрицательное влияние вносимых в почву гербицидов чаще всего проявляется на жизнедеятельности микрофлоры в первое время после внесения. В дальнейшем состав и деятельность микрофлоры нормализуется. Прежде всего, это связано с поступлением значительного количества свежего органического вещества в почву при отмирании корней сорных растений, погибших от воздействия гербицидов.

Если дозы препаратов превосходят допустимые нормы, то это приводит к значительному нарушению почвенных экосистем, к стерилизации почвы (уничтожение бактериальной и грибной флоры) и накоплению нежелательных организмов. При этом повышается интенсивность окислительно-восстановительных процессов, что может привести к снижению почвенного плодородия. Наблюдается избирательное действие гербицидов на отдельные группы почвенной микрофлоры.

В целом, при систематическом внесении гербицидов часто снижается численность аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий, изменяется структура микробных сообществ почвы.

Фунгициды, или препараты, используемые для борьбы с болезнями растений, также оказывают существенное негативное влияние на численность и активность почвенной микрофлоры и количество грибов.

Весьма чувствительны к ним аммонифицирующие, нитрифицирующие бактерии, актиномицеты.

Химические средства активно применяются и в животноводстве.

Для сохранения и повышения качества кормов используются различные консерванты, небелковые азотсодержащие добавки, витамины, антиоксиданты, а также биологически активные вещества. Среди них имеются гормонально активные препараты, способные внести значительные изменения в биологические процессы у животных. Кормовые добавки имеют большое значение для продуктивности животных, однако слишком высокая их концентрация при передаче по трофическим путям может оказывать отрицательное воздействие на организм человека [156].

1.3.3. Экологические проблемы осушительных мелиораций Мелиорация в переводе с латинского языка означает улучшение.

Сельскохозяйственная мелиорация – это коренное улучшение природных условий сельскохозяйственных угодий. По своему назначению мелиорации бывают оросительные, осушительные, опреснительные, противоэрозийные и др.

Экологические проблемы, связанные с мелиорацией земель, можно классифицировать по трем основным направлениям: проблемы осушительных мелиораций, оросительных мелиораций и проблемы рационального использования и сохранения торфяно-болотных почв, преобладающих на осушаемых территориях.

Осушительными мелиорациями называется комплекс мероприятий, направленных на преобразование переувлажненных земель в плодородные, на которых можно получать высокие устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур.

Переувлажненные земли делятся на 3 типа:

– болота (если мощность торфа составляет свыше 30 см);

– заболоченные (менее 30 см);

– минеральные (при отсутствии торфяного покрова).

Площадь заболоченных и переувлажненных земель сельскохозяйственного использования в РБ составляет около 5 млн га, из них около 2 млн га приходится на торфяно-болотные почвы.

Мелиорация способствует улучшению почвообразовательного и микробиологического процессов в почве путем регулирования водного, воздушного, теплового и питательного режимов, что создает благоприятные условия для развития растений.

Вместе с тем нельзя допускать чрезмерного осушения земель. Экологически необоснованные и широкомасштабные мелиорации могут вызывать негативные изменения в окружающей среде, что отрицательно сказывается на флоре и фауне.

В Республике Беларусь с середины прошлого века было осушено около 3 млн га земель, что составляет приблизительно 15 % территории страны. Естественно, такие масштабы не могли не оказать определенного негативного воздействия на состояние природных комплексов.

Так, в районах Полесья наряду с ростом урожайности сельскохозяйственных культур в ряде мест наблюдается значительное снижение уровня грунтовых вод на прилегающих территориях, обмеление рек и озер, обеднение пахотных торфянистых слоев. Дальнейшее снижение грунтовых вод приведет к падению продуктивности деградированных сельскохозяйственных земель, нанесению урона лесным экосистемам.

Масштабные осушительные мелиорации способствовали изменению микроклимата Полесского региона. Наблюдается рост среднезимних температур, увеличение интенсивности ранневесенних и поздневесенних заморозков, изменение количества осадков, что значительно снижает эффективность сельскохозяйственного производства в регионе.

Осушительные мелиорации крайне отрицательно сказываются на разнообразии видов растений и особенно животных, приспособившихся к существованию в болотных и околоболотных экосистемах. В Красную книгу попали такие виды, как болотная черепаха, большая и малая выпи, серая цапля, вертлявая камышовка и т. д.

В настоящее время невозможно масштабное обратное заболачивание территорий, хотя отдельные мероприятия в данном направлении проводятся. Основные меры, направленные на снижение последствий осушительных мелиораций, заключаются в проектировании, строительстве и эксплуатации мелиоративных объектов, с учетом баланса подземных вод во времени, изменения микроклимата, состояния флоры и фауны.

Необходимо поддерживать рациональную эксплуатацию уже существующих мелиоративных систем. При строительстве новых мелиоративных систем следует отдавать приоритет созданию осушительноувлажнительных систем, позволяющих регулировать уровень грунтовых вод в зависимости от требований.

Орошение – это искусственное увлажнение почвы для повышения ее плодородия. Однако при чрезмерном орошении может наблюдаться повышение уровня грунтовых вод, что может привести к заболачиванию, уменьшению количества гумуса, ухудшению водно-физических свойств почвы, ее уплотнению. Поэтому необходимо тщательно соблюдать нормы полива в зависимости от влажности почвы, использовать капельное и малообъемное орошение. Республика Беларусь относится к зоне устойчивого увлажнения, поэтому оросительные мелиорации, а соответственно и связанные с ними проблемы, имеют локальный характер.

Проблемы рационального использования торфяных ресурсов В первые годы освоения и использования слаборазложившихся торфяно-болотных почв необходимо создавать условия для усиления процессов гумификации и минерализации органического вещества, т. к.

эти почвы отличаются низкоэффективным плодородием. Оно может быть улучшено только посредством активизации почвообразовательного процесса, что неизбежно связано с разрушением органического вещества. Это в свою очередь связано с уменьшением его запасов и образованием относительного избытка минерального азота.

Поэтому главная проблема рационального использования торфяников – это регулирование интенсивности их «сработки» в целях максимального продления сроков эксплуатации для выращивания сельскохозяйственных культур. Минерализация органического вещества торфа – это закономерный процесс биосферы, круговорота в ней веществ и энергии, который можно затормозить, но не остановить. Срок жизни средних по мощности торфяно-болотных почв в Республике Беларусь составляет от 50 до 300 лет. Таким образом, торф – это исчерпаемый и не возобновляемый человеком природный ресурс.

Интенсивность минерализации торфяно-болотной почвы обусловлена рядом экологических факторов. Главными из них являются климатические условия, водно-воздушный режим и характер сельскохозяйственного использования.

В засушливых условиях разложение органического вещества протекает значительно медленнее. На территории РБ сочетание влажного климата и благоприятных температурных условий способствует интенсификации процессов минерализации. В научной литературе утвердился термин «сработка» торфа, отражающий величину среднего ежегодного уменьшения торфяной залежи за счет физического уплотнения и разрушения органического вещества под действием физических, химических и биохимических факторов. «Сработка» торфа в РБ составляет от 1 до 12 см в год, в среднем 2–3 см. Поэтому основная задача рационального использования торфяно-болотных почв сводится к максимальному получению растениеводческой продукции при минимальном количестве минерализуемого торфа, на основе применения эффективных методов сдерживания процессов минерализации.

1.3.4. Экологические проблемы интенсивного животноводства Одним из факторов активного загрязнения окружающей среды является интенсификация животноводства. В РБ построено 185 крупных животноводческих комплексов, из них 5 гигантов на 108 тыс. голов свиней.

Ежегодный объем навозных стоков составляет около 20 млн м3 [135].

Наличие такого количества крупных предприятий способствует увеличению объемов производства животноводческой продукции, но в то же время оказывает негативное воздействие на экологическую обстановку в зонах их размещения. Это обусловлено, прежде всего, недостаточной обоснованностью размеров комплексов (например, в странах Евросоюза мощность свинокомплексов ограничивается 15 тыс. голов), нарушениями, связанными с эксплуатацией систем удаления навоза, отсутствием надлежащего контроля за состоянием окружающей среды, бессистемным внесением жидкой фракции навоза в почву. В результате в окружающую среду ежегодно выбрасывается 33 тыс. т азота, 17 тыс. т фосфора, 23 тыс. т калия.

Кроме химического интенсивное животноводство обуславливает и мощное биологическое загрязнение близлежащих почв, поверхностных и грунтовых вод [156].

Основными источниками загрязнения являются навоз, моча, техническая вода и дезинфицирующие средства, используемые во время ветеринарно-санитарных мероприятий, скотомогильники.

Навоз по влажности подразделяется на несколько видов: твердый, или подстилочный (влажность 75–80 %), полужидкий (влажность до 90 %), жидкий (влажность 90–93 %) и навозные стоки (влажность свыше 93 %).

С экологической точки зрения особую опасность создают жидкие навозные стоки, которые представляют собой смесь экскрементов и остатков корма, сильно разбавленную водой. Вследствие значительного содержания воды, наличия аммиака и хлоридов развитие термофильных микроорганизмов в стоках подавляется, соответственно тормозятся биотермические процессы и естественного обеззараживания не происходит.

Навоз может содержать свыше 100 видов возбудителей болезней животных, в том числе опасных для человека. Многие их них могут сохранять свою жизнеспособность, особенно в жидком навозе, достаточно длительное время, например, возбудители бруцеллеза 110–170 суток, а споры сибирской язвы – несколько десятилетий.

Содержащиеся в навозных стоках микроорганизмы являются основной причиной вспышек инфекционных заболеваний как среди населения, так и среди с/х животных. По данным ФАО, экономический ущерб, причиняемый болезнями скота и птицы в среднем составляет:

в США – 15 %, Англии – 15 %, Италии – 19 %, Германии – 12 % от годовой стоимости продукции животноводства.

Наряду с патогенными микроорганизмами в навозе может образовываться ряд химических загрязнителей, представляющих опасность для окружающей среды. В первую очередь это производные азота (нитраты и нитриты, аммиак, метан, вторичные амины и др.). Некоторые из этих соединений обладают канцерогенным и мутагенным эффектом, способствуют заболеванию внутренних органов, разрушению гемоглобина и т. д.

Содержащиеся в органических удобрениях биогенные элементы, в первую очередь фосфор и азот, попадая в водоемы, обуславливают их интенсивную эвтрофикацию. В ряде случаев имеет место попадание животноводческих стоков в подземные воды. Загрязненная химическими соединениями и микроорганизмами вода становится небезопасной для питьевого снабжения населения.

Органические удобрения содержат в своем составе также ряд тяжелых металлов, в том числе Mn, Zn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd, Hg и др. Попадая в организмы человека и животных, тяжелые металлы отрицательно сказываются на их жизнедеятельности.

Наряду с загрязнением вод и почв животноводческие стоки оказывают отрицательное воздействие на качество атмосферного воздуха. Они являются источниками вредных газов и запахов, обуславливают попадание в воздушную среду микроорганизмов, отрицательно сказываются на микроклимате животноводческих помещений и окружающих территорий.

Свиноводческий комплекс мощностью 54 тыс. голов ежесуточно выбрасывает в атмосферу 578 кг аммиака, 3,1 кг сероводорода, 8 кг меркаптанов, 96 кг углекислого газа, 167 кг пыли и миллиарды микроорганизмов [135]. Основным источником загрязнения воздуха являются животноводческие помещения и сооружения по обработке бесподстилочного навоза. В воздухе животноводческих помещений содержание аммиака и микроорганизмов может в десятки раз превышать ПДК. Дальность распространения загрязнителей зависит от метеорологических условий, от наличия и густоты древесной растительности. При слабом ветре аммиак и другие газы далеко не разносятся. В ветреную погоду они могут распространяться на расстояние 3–4 км и более, что особенно выражено в безлесных районах.

К физическим факторам загрязнения атмосферы относится шум, уровень которого на современных комплексах интенсивного типа может составлять от 75 до 95 децибел, что превышает предельно допустимый. Как показывают эксперименты, уже при 65 децибелах резко снижаются надои молока, уменьшаются привесы свиней, птиц, крупного рогатого скота.

Положение усугубляется недостаточным объемом навозохранилищ, плохой их гидроизоляцией и несоответствием площадей утилизации фактическому выходу бесподстилочного навоза.

Кроме того, применять стоки в качестве удобрений можно лишь после соответствующей подготовки и обеззараживания, поскольку из-за высокой влажности и отсутствия в них биотермических процессов увеличивается срок выживания патогенной микрофлоры.

Бессистемное применение жидких органических удобрений в высоких дозах ведет к повсеместному загрязнению кормов, почв и грунтовых вод нитратами, аммонийным азотом, хлоридами и другими соединениями, особенно на угодьях с расчлененным рельефом. В почвах легкого гранулометрического состава возрастает содержание фосфатов до 800 мг/кг, что в 3–4 раза превышает оптимальный уровень. Отмечается также тенденция к повышению содержания тяжелых металлов и микроэлементов (особенно цинка, марганца и меди) в пахотном слое.

Между тем для утилизации только жидкой фракции стоков, например, свиноводческого комплекса на 54 тыс. голов, требуется по меньшей мере 1000–1200 га ЗПО (земледельческие поля орошения). Фактически же их строилось в 1,5–2 раза меньше. Ситуация осложняется тем фактором, что на ЗПО вместо многолетних трав нередко возделываются зерновые, которые меньше всего нуждаются в орошении. Это в свою очередь привело к перенасыщенности удобрениями оставшихся площадей ЗПО со всеми вытекающими отрицательными последствиями для природной среды. Например, в условиях Полесья после пятилетнего орошения высокими поливными нормами животноводческих стоков содержание нитратов в грунтовых водах в некоторых регионах на глубине 6 м достигло 130 мг/дм3 (при ПДК для вод питьевого назначения 45 мг/дм3) [135].

Наряду с этим дренажный сток иногда характеризуется наличием в воде условно патогенной микрофлоры из-за внесения на осушенные земли недостаточно обеззараженных жидких органических удобрений.

Не меньше вреда приносит и поверхностный сток, с которым может выноситься до 30 % азота и 17 % фосфора, содержащихся в используемых для орошения стоках. Одним из путей сокращения потерь является выравнивание поверхности орошаемых угодий и соблюдение научно обоснованного режима орошения.

Наряду с проблемами животноводческих стоков существует проблема утилизации трупов животных, а также нейтрализации моющих и дезинфицирующих средств. Скотомогильники обуславливают биологическое загрязнение окружающей среды, а дезинфицирующие средства относятся к категории биоцидов, т. е. соединений, способных убивать полезные почвенные микроорганизмы.

1.3.5. Экологические проблемы, связанные с нерациональным использованием сельскохозяйственной техники Интенсификация сельского хозяйства обуславливает все более возрастающие темпы механизации. Сельскохозяйственные машины вследствие значительной массы, скорости перемещения, использования топлива в качестве энергоносителя, необходимости их ремонта и хранения создают ряд экологических трудностей, накопление которых может перерасти в трудноразрешимые экологические проблемы. Воздействие сельскохозяйственной техники на факторы природной среды можно классифицировать по следующим направлениям:

1. Разрушение почвы при основной ее обработке и проведении технологических операций выращивания сельскохозяйственных культур.

2. Технологические потери почвы вследствие выноса плодородной земли с сельскохозяйственной продукцией и на рабочих органах машины за пределы поля. Для решения данной проблемы необходимо предусмотреть комплекс специальных мер.

3. Загрязнение почв и вод горючим и маслами вследствие утечки из двигателей, гидросистем и смазки при транспортировке и заправке машин, при хранении ГСМ, в местах ремонта техники и т. д.

4. Потребление кислорода и загрязнение воздуха выхлопными газами, с которыми в атмосферу попадают вредные химические соединения.

5. Использование воды для охлаждения двигателей и мойки машин.

6. Травмирование и уничтожение диких животных и птиц.

7. Переуплотнение почв.

Перечисленные виды воздействия сельскохозяйственных машин и механизмов на природную среду можно классифицировать как непосредственные. Существует и косвенное воздействие через промышленность, выпускающую сельскохозяйственную технику.

Особенно острой экологической проблемой, обусловленной механизацией сельскохозяйственного производства, является уплотнение почвы. Существующая ныне технология выращивания сельскохозяйственных культур предполагает многократное воздействие ходовых устройств машинно-тракторных агрегатов на почву. Например, поле под озимой пшеницей подвергается как минимум трехкратному воздействию, под пропашными культурами или рапсом – 5–6-кратному, при интенсивных современных технологиях количество проходов резко увеличивается. Исследования, проведенные в разных зонах и на разных типах почв, свидетельствуют, что многократные проходы тракторов и других сельскохозяйственных машин и агрегатов приводят к уплотнению почв, нарушению почвенных экологических систем и, как результат, к снижению плодородия. Современные машино-тракторные агрегаты (МТА) уплотняют почву за один проход на глубину до 50–70 см [Русанов В. А., 1998]. Негативные явления, связанные с переуплотнением почв, можно разделить на следующие виды:

– уплотнение почвы меняет ее структуру. Разрушаются наиболее ценные для физических свойств почвы поры – размером 100–300 мкм и более;

– ухудшается воздухообмен в почве. Интенсивность выделения CO из уплотненной почвы снижается в 1,2–1,6 раза;

– ухудшаются условия азотного питания растений;

– повышение плотности в свою очередь увеличивает твердость почвы, что отрицательно сказывается на всходах растений.

Негативным фактором использования сельскохозяйственной техники является также ее воздействие на естественную флору и фауну.

Результатом антропогенного воздействия становится загрязнение аграрных ландшафтов, уменьшение площади естественных сенокосов и пастбищ, лесов и т. д. Особо остро стоит вопрос о сохранении зверей и птиц, обитающих в лесных и сельскохозяйственных угодьях.

Каждый вид животных как компонент биоценозов в процессе эволюции приспособился жить в определенных, типичных для него ландшафтах, изменение которых приводит к снижению ареала и уменьшению численности популяций. Например, массовая распашка степей привела к снижению численности дрофы, хомяков, сусликов; осушение болот – цапли и журавля; уменьшение площади поймы – выхухолей и т. д.

Для некоторых видов животных местом обитания являются поля и сельскохозяйственные угодья. До широкой индустриализации сельскохозяйственный ручной малопроизводительный труд незначительно изменял ландшафт, и животные могли своевременно скрыться, избежав гибели. В настоящее время применение широкозахватной высокопроизводительной техники лишает их этой возможности. Животные затаиваются и гибнут под рабочими органами техники или становятся легкой добычей для хищников.

Боронование сельскохозяйственных угодий, культивация, скашивание трав, уборка зерновых и другие сельскохозяйственные работы приводят к гибели дичи, разрушению нор, логовищ и гнезд. Так, при сенокошении гибнет 30–45 % гнезд куропаток, перепелов, тетеревов, коростелей и других птиц. При бороновании гибнут заячьи пометы и взрослые животные, детеныши косули и т. д.

Для снижения воздействия сельскохозяйственной механизации на окружающую среду необходимо внедрение специальных мероприятий, которые должны быть направлены на достижение следующих условий:

1. Снижение количества проходов сельскохозяйственной техники на полях за счет оптимизации и логистики ее движения и изменения технологии возделывания культур.

2. Внедрение систем экологического менеджмента или управления на уровне агроландшафтов. Это означает изменение подходов к организации территорий, сохранение мест естественного обитания флоры и фауны, внедрение аграрного лесоводства.

3. Разработка и внедрение методов экологического земледелия, которые сегодня активно используются в ряде зарубежных стран.

1.4. Основные направления развития биоэнергетики Подробная характеристика экологических проблем, имеющих место в современных аграрных ландшафтах, представленная в предыдущих разделах, необходима для анализа и оценки перспективы внедрения различных направлений биоэнергетики. В настоящее время как принятие концепции в целом, так и отдельных ее составляющих является дискуссионным вопросом в научной литературе. Противники развития биоэнергетики утверждают, что производство биомассы требует дополнительных площадей сельскохозяйственных угодий.

Согласно новому отчету, опубликованному Международным исследовательским институтом продовольственной политики (International Food Policy Research Institute), в 29 странах мира число голодающих остается на тревожном уровне, а в 2009 г. около 1 млрд человек страдали от недоедания, сообщает агентство Reuters. Страны – мировые лидеры еще очень далеки от выполнения задачи, поставленной в 1990 г. – уменьшить к 2015 г. число голодающих в два раза [72].

Рассматривать проблему обеспеченности продуктами питания на планете необходимо с различных позиций и прежде всего с учетом концепции устойчивого развития, одобренной всеми странами мирового сообщества. За последние 200 лет население планеты возрастало достаточно интенсивно, но не достигло темпов, предсказанных и обоснованных теорией Медоуза (теория пределов роста). Используя довольно простые математические модели, Д. Медоуз и его коллеги провели расчеты, позволяющие сопоставить перспективы промышленного развития, роста потребления, роста населения и загрязнения окружающей среды. Результаты оказались сенсационными (рис. 1.4). Коротко их можно свести к следующему: человечество (если будет и дальше так развиваться) идет к своей гибели. В соответствии с выводами авторов число жителей планеты должно удваиваться каждые 25 лет, и уже к 2050 г. человечество неизбежно придет к глобальной катастрофе [Meadows D. L. et al., 1972].

Рис. 1.4. Сценарий глобальной катастрофы вследствие истощения возобновимых Тем не менее, геометрическая прогрессия роста народонаселения не подтвердилась (рис. 1.5).

В перспективе плотность населения Земли должна достичь уровня 70 чел/км2 суши. В то же время среднеевропейская плотность уже сегодня составляет 95 чел/км2. Плотность населения Германии – 220 чел/км2, Японии – 240, Республики Беларусь – 48 чел/км2. Таким образом, средняя плотность населения не является лимитирующим фактором, и проблем с пространством в перспективе не возникает, тем не менее, актуальной остается проблема обеспеченности продуктами питания. По расчетам, сделанным группой социологов под руководством К. Кларка для ООН, планета способна прокормить до 45 млрд чел. По более оптимистичным прогнозам – до 80 млрд чел. Тем не менее, как уже было упомянуто, по статистике ООН голод испытывают около 1 млрд человек, или 20 % населения земного шара.

Бурный рост населения в середине прошлого века и необходимость увеличения производства продуктов питания способствовал развитию новой концепции сельского хозяйства и интенсификации производства.

Интенсификация основана на следующих направлениях:

1. Химизация сельского хозяйства, т. е. увеличение использования минеральных удобрений и пестицидов в 20–30 раз.

2. Мелиорация (было осушено 15–30 % территории развитых в сельскохозяйственном отношении стран).

3. Комплексная механизация.

4. Интенсификация животноводства, т. е. строительство крупных животноводческих комплексов.

Рис. 1.5. Динамика роста населения на планете Интенсификация обусловила резкое возрастание экологической нагрузки на окружающую среду, но способствовала значительному росту производства продуктов питания. С 1950 по 1980-е гг. производство продуктов питания увеличилось приблизительно в 3 раза и на этом отрезке опережало рост народонаселения. Тем не менее, начиная с 80-х гг. прошлого века, производство продуктов питания замедлилось и их количество в пересчете на душу населения планеты стало сокращаться.

Необходимо отметить, что в результате интенсификации сельского хозяйства, уровень его производства и прежде всего в развитых странах значительно повысился.

При среднем уровне сельскохозяйственного производства, достигнутом в развитых странах, для того, чтобы обеспечить продуктами питания одного человека в соответствии с нормативами, достаточно площади пашни около 0,1 га. Площадь пахотных земель на планете составляет приблизительно 1,3 млрд га, и следовательно, количество населения, которое может быть обеспечено продуктами питания в должной мере составляет около 13 млрд человек.

Таким образом, реальный выход из сложившейся сегодня ситуации с обеспечением продовольствием возможен только при условии увеличения с/х продуктивности в мире до уровня развитых стран и перераспределения продуктов питания на планете. Решение этой проблемы находится в рамках программы устойчивого развития, принятой в Рио-де-Жанейро в 1992 г.

В 2005 г. для производства биотоплива и побочных продуктов на планете по данным ФАО использовалось примерно 14 млн га, что составило около 1 % от всей площади пашни. За последующие пять лет она увеличилась на 4–5 млн га и, по прогнозам, в течение ближайших десятилетий может возрасти до 50–70 млн га. В то же время рост площадей приходится в основном на страны Южной Америки и Африки и в первую очередь обусловлен освоением новых земель, потенциал которых на планете оценивается более чем в 1000 млн га (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Потенциал расширения площади пахотных земель [ФАО, 2008] В соответствии с прогнозом, разработанным мировым энергетическим советом (МЭС), в 2050 г. потребление энергии возрастет более чем в 2 раза. Более 40 % энергетических потребностей будет покрываться за счет возобновляемых источников энергии, в том числе 32 % составит вклад биоэнергетики [ФАО 2008]. Таким образом, часть вновь осваиваемых земель может быть использована для развития биоэнергетики без ущерба для производства продуктов питания в планетарном масштабе.

Очевидно, что развитие биоэнергетики получит приоритетный статус, что является исключительно актуальным и для Беларуси. Биоэнергетический потенциал Республики Беларусь включает такие источники, как лесные и растительные остатки, энергетические культуры, твердые отходы и отходы животноводства.

Сельскохозяйственные остатки С учетом природно-климатических и хозяйственных условий нашей страны наиболее перспективными для биоэнергетики культурами являются кукуруза, рапс, многолетние травы, зерновые и зернобобовые культуры.

Площадь пашни в РБ, занятая зерновыми культурами за последние годы, в среднем составляет около 2,5 млн га, а средний валовой сбор зерна в стране приближается к 6 млн т, что соответствует производству приблизительно 9 млн т соломы [Сельское хозяйство Республики Беларусь, 2010]. Возможность ее применения на энергетические цели ограничивается рядом условий (использование в качестве источника корма и подстилки для с/х животноводства, необходимость восстановления плодородия земель, экономическая эффективность и т. д.).

Энергетическая ценность соломенных остатков составляет 10– 17 МДж/кг, в зависимости от влажности, вида культуры и т. д. [69].

Определенный энергетический потенциал имеют также травянистые остатки. Суммарная площадь пастбищ, лугов и посевов многолетних трав в стране составляет около 4 млн га. Однако следует учитывать, что основной объем получаемой продукции используется на кормовые цели, а энергетическая ценность травянистых остатков невысока.

По расчетам специалистов, количество соломы, которую можно использовать в качестве возобновляемого биотоплива, составляет около 10 % от ее общего объема производства. В масштабах республики это составляет около 1 млн т.

Таким образом, суммарный потенциал соломистых и травянистых остатков не превышает приблизительно 0,4–0,5 млн т условного топлива (ТУТ). Для более точной оценки необходимо проведение дополнительных исследований в различных регионах страны.

Специальные энергетические культуры (рапс, ива, тополь, китайский камыш, конопля и т. д.) Одним из наиболее перспективных направлений как с экономической, так и с экологической точек зрения является сельскохозяйственное лесоводство, которое основано на использовании специальных быстрорастущих древесных насаждений. Изучение потенциала быстрорастущих подвидов и гибридов ивы, тополя, осины и других растений сегодня активно проводится в ряде зарубежных стран (Швеция, Финляндия, США, Канада, Польша и др.) [Lawrence P. Abrahamson et al., 2002].

В этой связи особый интерес вызывает ива, как растение способное произрастать в условиях повышенной увлажненности, на разных типах почв характеризующихся различным уровнем плодородия.

Среднегодовой урожай при четырехлетней ротации ивы в соответствии с результатами, полученными в ряде зарубежных стран, может достигать до 10–15 т древесины влажностью 10 % с га (Швеция, США, Канада). Однократно заложенная плантация может быть использована для получения 3–4 урожаев продукции без значительного снижения продуктивности. Потенциальные площади для посадок быстрорастущих древесных насаждений в Беларуси могут составить до 200–300 тыс. га.

В масштабах страны это позволит получить около 2–3 млн т сухой древесины в год, что составляет 0,7–1 млн т у.т.

Рапс – это однолетняя с/х культура, семена которой могут использоваться для получения масла. В дальнейшем масло может использоваться двумя путями:

1. Этерификация до кондиций дизельного топлива. В этом случае образуется метило-эфир, известный как биодизель. Это горючее можно использовать во всех видах дизельных двигателей.

2. Модификация дизельного двигателя под чистое рапсовое масло.

1 т семян рапса обеспечивает 300 кг рапсового масла и 270 кг биодизельного горючего. Урожай рапса достигает 2–3 т семян с га. С 1 га можно получить до тонны биодизельного топлива [144].

Биомасса сопутствующей лесной продукции Суммарная площадь лесных земель государственного лесного фонда и покрытых древесно-кустарниковой растительностью земель составляет около 8,5 млн га [Состояние природной среды Беларуси, 2009].

Количество древесных остатков, или сопутствующей лесной продукции, зависит от состояния леса, его возраста, видов деревьев и т. д.

Годовой объем заготовок древесины равен 10 млн м3. Потери древесины происходят при сплошных рубках. Мелкотоварная древесина теряется при повале леса, его трелевке, погрузке, транспортировке. Как правило, не используются пни, ветки и другой неликвид. При обработке и распилке древесины образуются щепки, опилки, стружки и др. потенциальные источники биосырья. Энергетическая ценность 1 т у.т. эквивалентна приблизительно 2,33 т древесины при влажности 10 %. Таким образом, суммарный годовой энергетический потенциал лесных остатков может составить от 2 до 3 млн т у.т.

Твердые производственные и бытовые отходы Количество древесных отходов за последние годы в РБ составляет от 0,6–0,7 млн т, что эквивалентно приблизительно 0,1–0,2 млн т у.т.

Масса остальных твердых бытовых отходов составляет около 2,5 млн т.

Отходы такого рода достаточно разнообразны, поэтому их суммарный энергетический потенциал оценить достаточно сложно. По укрупненным оценкам он может составить около 0,7–0,8 т у.т. [135].

Биогазовые установки внедряются главным образом на с/х предприятиях. Навоз и фекалии домашних животных доставляются в специальную траншею, где твердые части измельчаются до образования гомогенной смеси. Эта смесь в дальнейшем закачивается в герметически изолированный и подогреваемый бродильный резервуар. Там в анаэробных условиях происходит разложение органических субстанций и производство газа. Перебродивший субстрат снова закачивается в резервуар или используется в качестве чистого, не содержащего вредных микроорганизмов органического удобрения. В качестве сырья для биогаза можно использовать свиной навоз, навоз КРС, птичий навоз, солому, твердые отходы и др. (табл. 1.5).

Потенциальное количество производства энергии из животноводческих Следует отметить, что экономически целесообразно использовать навозные стоки с влажностью не более 95 %.

Биогаз, полученный из отходов животноводства и птицы, содержит 60–75 % метана, 30–40 % углекислого газа, до 1,5 % сероводорода и других летучих веществ.