БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004
10. ОРГАНИЗМЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
10.8. Влияние человека на экосистемы
10.8.3. Разрушение наземных экосистем
С доисторических времен люди преобразовывали экосистемы, чтобы обеспечить себя пищей, убежищем, топливом и другими ресурсами, а также избавиться от своих отходов. Первые сообщества охотников и собирателей оказывали минимальное влияние на природную среду, но по мере того как человечество становилось все более многочисленным, оседлым и технически оснащенным, вызываемые им изменения биосферы постоянно усиливались, а в последние столетия приобрели местами катастрофические масштабы. Например, сведение лесов в Британии началось еще в неолите, но шло нарастающими темпами, и к началу XX в. леса сохранились только на 3% площади страны. В настоящее время все большую тревогу вызывают глобальные масштабы обезлесивания.
Уничтожение лесной растительности обычно вызвано потребностью в новых полях и пастбищах и ведет к появлению совершенно новых антропогенных экосистем. Нерациональное использование таких экосистем создает другие проблемы, включая эрозию почвы, опустынивание и отрицательные последствия применения синтетических пестицидов.
Глобальное обезлесивание
Леса представляют собой климаксные сообщества на значительной части планеты и не так давно покрывали треть суши. Сейчас площадь лесов умеренного пояса сокращается незначительно, но это лишь остатки их сплошных доисторических массивов, вырубленных человеком. Многие развитые страны строго охраняют оставшиеся у них лесные ресурсы и ведут широкомасштабные лесопосадки. Напротив, тропические леса продолжают сводиться ударными темпами. Если в 1950 г. они занимали примерно 15% площади мировой суши, то к 2000 г. эта доля сократилась до 7%, хотя еще и соответствует 300 млн. га. По существующим оценкам, ежегодно исчезает 12 млн. га леса, что равно территории Англии, а еще 10 млн. га деградирует из-за вырубки наиболее ценных древесных пород, нерационального ведения хозяйства и игнорирования природоохранных проблем.
Там, где плотность населения низка, традиционная переложная (подсечно-огневая) система земледелия, связанная с вырубкой тропических лесов, не наносит им существенного долговременного ущерба. Деревья на небольшом участке вырубаются, пни выкорчевываются, древесина сжигается, и расчищенная почва распахивается и засевается. Зола служит удобрением, а огонь уничтожает потенциальных вредителей. В первые годы урожаи неплохие, но затем они быстро снижаются, поскольку тропические почвы изначально бедны питательными веществами (см. ниже). Одновременно поле начинает захватываться возобновляющейся лесной растительностью. Через 3—4 года его забрасывают, поскольку расчистить и обработать новый участок проще. Через 30—40 лет на месте залежи восстанавливается зрелый полог тропического леса.
Рис. 10.30. Крестьянин сажает маниок на поле, расчищенном подсечно-огневым способом среди мадагаскарского дождевого леса.
Последний момент очень важен для сохранения плодородия почвы. В дождевых тропических лесах основная часть органики и минеральных элементов питания экосистемы сосредоточена в надземных частях растений. Опад, как и любое МОВ, очень быстро минерализуется, и за 5—6 нед, если не раньше, его вещества вновь включаются в состав живой биомассы — в почве почти ничего потенциально полезного не накапливается. Деревья образуют густое поверхностное сплетение корней, которое поглощает 99,9% просачивающихся сквозь грунт минеральных солей. Многие лесные породы относятся к бобовым, и на их корнях находятся клубеньки с азотфиксирующими бактериями. Другие виды обычно связаны с микоризными грибами, которые в процессе собственного питания переносят жизненно необходимые минеральные вещества из разлагающегося опада непосредственно в растения. Такой быстрый круговорот элементов поддерживает высокую продуктивность экосистемы несмотря на низкое плодородие почвы. Она вполне подходит для переложного земледелия, при котором небольшие поля сравнимы с прогалинами («окнами»), периодически возникающими естественным путем в пологе, чтобы быстро зарасти снова. Однако широкомасштабное сведение леса под сельскохозяйственные площади в таких условиях, очевидно, нерентабельно.
Чтобы переложная система была устойчивой, необходимо восстановление на залежи исходной растительности. Если не дождаться появления зрелого леса на ранее использовавшемся участке и снова его расчистить, то золы получится меньше, чем раньше, т. е. почва окажется беднее питательными веществами, урожайность упадет быстрее, придется раньше забрасывать поле и вырубать лес по соседству с ним.
Поскольку народонаселение планеты растет, вполне возможно дальнейшее расширение площадей, занятых продовольственными культурами. Обезлесиванию будет также способствовать рост потребности в топливе — дровах и хворосте. Еще более осложнить ситуацию грозит изменение землепользования, в частности расчистка больших площадей под непродовольственные культуры или пастбища. В некоторых странах одной из главных причин деградации лесов служит коммерческая вырубка ценных пород, в частности тика и красного дерева.
Сведение лесов серьезно ухудшает состояние биосферы по многим причинам.
1. Утрачивается источник традиционно используемых местным населением продуктов — деловой древесины, дров, лозы, меда, плодов, трав, дичи и т. п.
2. Ставится под угрозу долговременное удовлетворение растущего во всем мире спроса на строевой лес, мебельную древесину и сырье для бумажной промышленности.
3. Леса часто находятся на возвышенностях и водоразделах и перехватывают значительную часть дождевой влаги. Лесной полог различными путями смягчает влияние на среду интенсивных тропических осадков. Он возвращает большое количество воды в атмосферу путем испарения и транспирации, одновременно сводя к минимуму поверхностной сток, т. е. обеспечивая просачивание воды в почву (инфильтрацию). Это приводит к формированию на глубине стабильного водоносного горизонта, равномерно питающего ручьи и реки. Если уничтожить лесной полог, то поверхностный сток резко возрастет, что приведет к иссушению водораздельных участков и резким перепадам уровня воды в равнинных реках. Например, происшедшее летом 1988 г. беспрецедентное по масштабам наводнение в Бангладеш, от которого пострадала большая часть страны, объясняют главным образом обезлесиванием гор на севере Индии и в Непале.
4. Усиление поверхностного стока ведет к эрозии почвы. Ее плодородный слой может быть полностью размыт, так что обнажившийся грунт станет непригодным не только для сельскохозяйственного использования, но и для восстановления исходного древостоя. Одновременно произойдет заиление водохранилищ, эстуариев и гаваней, что потребует их регулярного драгирования. Возникнет угроза оползней и селевых потоков.
5. Леса являются основными источниками кислорода и потребителями углекислого газа на планете, поэтому их уничтожение приведет к росту концентрации С02 в атмосфере и усилению парникового эффекта, что чревато глобальным потеплением климата (см. разд. 10.8.1).
6. Леса представляют собой сообщества с высоким видовым богатством и разнообразием. Их уничтожение приведет к вымиранию малоизученных форм живого, т. е. снижению генетических резервов планеты и сокращению потенциально полезных человеку биоресурсов. Тропические леса уже дали нам противомалярийные и противораковые средства, и ученые интенсивно исследуют растения этих лесов в поисках лекарств против СПИДа и многих других болезней.
Эрозия почвы и опустынивание
Обезлесивание не единственная причина эрозии почвы. К широкомасштабным ее потерям ведет нерациональное использование полей и пастбищ. Особенно чувствительны в этом плане холмистые ландшафты с крутыми, регулярно распахиваемыми склонами в областях с обильными дождями и давно сведенными лесами. Основные меры по защите почв в таких ситуациях — террасирование, традиционно применяющееся, например, в Юго-Восточной Азии и доказавшее свою высокую эффективность; контурная (т. е. ведущаяся «поперек» склона) вспашка; обваловка полей для удержания на них поверхностного стока. Хотя эти и другие меры давно известны, ежегодно в результате эрозии утрачивается до 5 млн. га пахотных земель. Перевыпас на пастбищах ведет к изреживанию растительного покрова, закрепляющего грунт. В этом случае дождевая вода свободно течет по его поверхности, вызывая плоскостную эрозию, смывающую верхний плодородный горизонт почвы. Если же водные потоки концентрируются на ограниченных участках, то там образуются глубокие овраги. Ежегодно таким образом теряется 7 млн. га пастбищ, причем значительная часть забрасываемых земель практически превращается в пустыню.
Опустынивание может происходить и естественным путем, например когда в засушливых областях несколько лет подряд выпадает меньше, чем обычно, дождей. Однако сейчас этот процесс ускоряется человеком и понимается более широко. Речь идет не о формировании типичной пустынной экосистемы, а о деградации плодородных земель, ведущей к полной потере их сельскохозяйственной ценности. Причины этого обычно следующие: 1) перевыпас; 2) выпахивание; 3) обезлесивание (см. выше); 4) неправильное орошение.
Перевыпас, или превышение допустимой пастбищной нагрузки, ведет к изреживанию растительного покрова и вытаптыванию почвы с разрушением ее структуры. За этим обычно следует ветровая и водная эрозия. Выпахиванием называют интенсивное использование почвы под производство сельскохозяйственных культур без принятия адекватных мер по восстановлению ее плодородия. Это приводит к уменьшению в почве минеральных элементов питания и гумуса, разрушению структуры, а в результате изреживается растительный покров и идет эрозия.
На орошаемых землях главными проблемами являются переувлажнение и засоление. Переувлажнение наблюдается в тех случаях, когда грунтовые воды находятся вблизи поверхности. Неправильный полив в таких условиях приводит к продолжительному затоплению корней, которого не выдерживают, например, пшеница и хлопчатник. Засолением почвы называют повышение в ней содержания растворимых солей. Это может произойти по разным причинам. В жарких областях промачивание почвы в ходе орошения чередуется с восходящим движением в ней за счет капиллярных сил испаряющейся воды, которая выносит с собой из глубины в верхний горизонт растворенные по дороге соли. Иногда для полива используют глубокие скважины, в которых вода, хотя и считается пресной, содержит слишком много солей. Если почва недостаточно проницаема, то соли будут накапливаться в верхнем горизонте. Концентрацию их в растворе выше 0,5—1,0% способны выдержать лишь немногие культуры, поэтому экономические последствия засоления очевидны.
Борьба с опустыниванием — задача сложная. Временно может потребоваться полный запрет на землепользование вплоть до восстановления растительного покрова. Это означает прекращение хозяйственной деятельности, безработицу, ликвидацию скота и т. п. О мерах, сокращающих водную эрозию, уже говорилось. Для борьбы с ветровой эрозией можно применять защитные изгороди или лесополосы. Проблемы переувлажнения и засоления решают путем улучшения дренажа и промывания почвы. Правда, все это сопряжено с экономическими, социальными, административными и политическими сложностями. Однако, если не устранить глубинные причины, приведшие к нерациональному землепользованию, надежды на успех программ борьбы с опустыниванием мало.