Постепенное ухудшение свойств почв

Лекция 3.2. Деградация почв и земель

Описание

ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ И ЗЕМЕЛЬ

Оглавление

1. Определение понятия «деградация почв»

Термин «деградация» происходит от латинского слова degradatio, буквально означающего «снижение». В «Большой Советской энциклопедии» (1972) деградация определяется как «движение назад, постепенное ухудшение, упадок, снижение качества», а именно «деградация почвы — процесс, приводящий к частичной потере почвой накопленных ранее органических веществ, обменных щелочноземельных катионов и илистой фракции».

В «Энциклопедическом словаре географических терминов» (1968) под термином «деградация почвы» понимается «постепенное ухудшение свойств почв, вызванное изменением условий почвообразования или хозяйственной деятельностью человека. Деградация почв сопровождается уменьшением количества гумуса, разрушением почвенной структуры и снижением плодородия».

В «Большой Российской энциклопедии» (2007) деградация почв определяется как «изменение свойств и режимов почв, приводящие к снижению их плодородия». Термин «деградация земель» отсутствует.

Термин «деградация почв» имеет широкий диапазон понятий. Как правило, определения деградации почв и деградации земель четко не различаются даже в нормативных документах современного периода, хотя эти различия имеются и рассмотрены ниже.

Развернутое определение этого понятия дает Н.Б. Хитров (1998): «Деградация почвы — это вызванный человеком процесс ухудшения и/или утраты свойств и качеств почвы (в пределах элементарного почвенного ареала), результат которого способствует увеличению затрат различного ряда ресурсов (энергетических, сырьевых, информационных и прочих) для достижения получаемого количества и качества продукции и/или увеличению ограничений на дальнейшую деятельность человека».

Согласно «Методике определения размеров ущерба от деградации почвземель» (1994) «Деградация почв и земель представляет собой совокупность природных и антропогенных процессов, приводящих к изменению функций почв, количественному и качественному ухудшению их состава и свойств, снижению природно-хозяйственной ценности земель».

В «Методических рекомендациях по выявлению деградированных и загрязненных земель» (1995) дается следующее определение: «Деградация почв представляет собой совокупность процессов, приводящих к изменению функций почвы как элемента природной среды, количественному и качественному ухудшению ее свойств и режимов, снижению природно-хозяйственной значимости земель».

«Деградация почвы – это процессы и результаты изменений комплекса свойств и режимов почв, в совокупности приводящие к изменению (нарушению) функций почвы как элемента экологической системы, снижению почвенного плодородия и хозяйственной ценности почвы» (Карманов, 1997).

Четыре последние определения, очень близкие по содержанию, в наибольшей степени отвечают понятию «деградация почв».

В этих определениях отсутствует прямое упоминание об увеличении затрат ресурсов и ограничений на дальнейшую деятельность человека. Однако такие формулировки, как «снижение почвенного плодородия», «природно-хозяйственной (хозяйственной) ценности почв» подразумевают и вопросы затрат ресурсов и ограничений на дальнейшую деятельность человека. При совершенствовании и уточнении термина «деградация почв» возможно более четкое указание на увеличение затрат и ограничение деятельности человека.

Как было сказано выше четкого определения понятия «деградации земель» не существовало. Это было связано с тем, что подавляющее большинство земель имеет почвенный покров, и поэтому деградация почв одновременно является и деградацией земель. Земли, не имеющие почвенного покрова (пески, выходы пород, скальные образования и т.п.), естественно, не могут подвергаться деградации почв. При этом для таких земель не подходит использование понятий «снижение почвенного плодородия», снижение хозяйственной ценности» и т.п. Поэтому в работах по деградации почв нередко для одного и того же понятия употребляют термины «деградация почв» и «деградация земель» или «деградация почв (земель)».

Однако в 1994 г. Конвенция ООН по борьбе с опустыниванием в статье 1 (часть 1) «Употребление терминов» установила, что термин «деградация земель» означает «снижение или потерю биологической и экономической продуктивности» богарных и орошаемых пахотных земель или пастбищ засушливых, полузасушливых и сухих субгумидных районах в результате землепользования или действия одного или нескольких процессов, в том числе связанных с деятельностью человека: ветровая и/или водная эрозия; ухудшение физических, химических и биологических или экономических свойств почв; долгосрочная потеря естественного растительного покрова (Конвенция…, 1994).

В настоящем издании мы будем придерживаться следующего определения: деградация почв представляет собой совокупность природных и антропогенных процессов, приводящих к изменению функции почв, количественному и качественному ухудшению их состава, свойств и режимов, природно-хозяйственной значимости земель.

2. Факторы деградации

Деградация почв может быть обусловлена большим количеством различных факторов — как природных, так и антропогенных. Природные факторы деградации, исключая катастрофические явления, проявляются локально, на ограниченных площадях и не приводят к существенным изменениям свойств почв. Вместе с тем во многих случаях деградация почв происходит при комбинированном участии природных и антропогенных факторов. Причем, антропогенное воздействие обычно провоцирует активизацию природных процессов, которые до воздействия человека отсутствовали или были в подавленном состоянии. Например, распашка почв на склонах резко активизирует их смыв, неумеренный выпас скота на легких почвах в пустынно-степной зоне — ветровую эрозию, возделывание пропашных культур активизирует минерализацию гумуса, нарушает его баланс в почве и т.д.

Часто бывает сложно различить природные и антропогенные факторы деградации, поскольку и те, и другие вызывают сходные процессы. Например, процессы вторичного засоления почв имеют небольшие особенности только в самом начале своего развития и ничем не отличаются от естественных процессов засоления почв в развитой форме. В результате надежное суждение о вторичном засолении почвы конкретного участка возможно только на основе длительного мониторингового наблюдения. Аналогичные примеры могут быть приведены по отношению к водной и ветровой эрозии, вторичному осолонцеванию, переувлажнению и заболачиванию.

3. Категории деградации

Под категорией деградации понимается направление того или иного процесса, являющегося причиной изменения свойств почв и земель.

Выделяют четыре основных категории, которые во многом взаимно влияют друг на друга и, как правило, проявляются совместно:

1. Физическая и механическая деградация почв;
2. Химическая и физико-химическая деградация почв;
3. Биологическая и биохимическая деградация почв;
4. 4. Гидрологическая деградация почв и земель.

Физическая и механическая деградация почв и земель включает нарушения сложения почв, их плотности, агрегатного состояния, ухудшения водно-физических свойств и режимов, а также процессы механического нарушения или удаления почвенного материала (часто с изменением его гранулометрического состава), в том числе процессы водной и ветровой эрозии.

Физическая и механическая деградация может проявляться в деформации ландшафта из-за овражно-балочной эрозии, запечатывания почв, широкомасштабных перемещений земель, которые практически являются либо необратимыми, либо трудно восстанавливаемыми. В Европейском Сообществе предлагают различать две категории процессов подобной деградации почв: перемещение почвенного материала (например, эрозия почв под воздействием силы воды или ветра) и ухудшение почв insitu, подразумевающее физическую деградацию почв.

Химическая и физико-химическая деградация почв включает процессынегативных изменений почвенного поглощающего комплекса, кислотно-щелочных свойств почв, окислительно-восстановительного потенциала, содержания макро- и микроэлементов, в том числе элементов питания растений, приводящих к уменьшению содержания гумуса, засолению, солонцеватости, агроистощению, почвоутомлению, подкислению, загрязнению.

Биологическая и биохимическая деградация почв включает негативные изменения количественного и качественного состава почвенных организмов, загрязнение почв патогенными микроорганизмами, ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей. К биохимической (микробиологической) деградации также относят трансформацию химических веществ в результате перестройки в составе органического вещества и его разложения.

Гидрологическая деградация почв и земель обусловлена неблагоприятнойтрансформацией водного режима почв, вызванной неадекватным применением гидротехнических, мелиоративных, дорожно-строительных и других индустриальных мероприятий, и выражается в переувлажнении, заболачивании, подтоплении почв и земель.

4. Виды деградации

Виды деградации — это конкретные формы ее проявления, оказывающиесущественное влияние на свойства и режимы почв и их природную и хозяйственную ценность.

Выделяют следующие основные виды деградации:

— эрозия водная и ветровая эрозия (дефляция),

— переуплотнение и потеря агрегатного состояния,

— загрязнение почв (тяжелыми металлами, органическими соединениями, радионуклидами и другими поллютантами),

Ряд исследователей выделяет также вторичное осолонцевание, подкисление, подщелачивание, агроистощение (обеднение элементами питания растений) и др.

Отдельные виды деградации почв могут проявляться как самостоятельно, так и совместно с другими видами. Некоторые последствия специфических антропогенных воздействий сходны с перечисленными видами деградации (например, снятие верхнего слоя почвы при планировочных работах последствиями эрозионной деградации почв и т.п.). Подробная характеристика возникновения и развития разных видов деградации, зонально-провинциальных особенностей их распространения, проблемы классификационного положения и картографирования деградированных почв (земель), методов определения степени и интенсивности проявления деградационных процессов и мер по их предотвращению даны при описании отдельных видов деградации почв (земель).

Качество почвы характеризуется химическими, физическими и биологическими свойствами, а также тем, как они распределены по профилю. При этом используется множество показателей, описывающих качество почвы: pH, содержание органического вещества, доступных для растений питательных элементов, пористость, гранулометрический состав, водопроницаемость и объем влагозадержания, глубина пахотного слоя, присутствие токсичных для растений химических элементов и т.д. Эти свойства меняются как вертикально, в пределах почвенного профиля, так и горизонтально, от участка к участку. Также эти свойства взаимодействуют друг с другом. Поэтому, качество почвы не может быть описано какой-либо одной переменной или показателем. Урожай культур сам по себе также не может служить универсальным показателем качества, так как он зависит от степени обеспеченности влагой, удобрениями, от сорта культуры, используемых технологий, учитывающих качество почвы. Однако изменения урожайности культур могут показать тенденции в изменении качества почв. Продолжительная сельскохозяйственная деятельность заметно влияет на характеристики почвы. Например, фермеры, на почвах с низким плодородием в гумидном климате, как правило, стремятся улучшать их плодородие путем внесения навоза, или удобрений; уменьшения кислотности путем добавления извести; оптимизировать влагообеспеченность путем дренажа или орошения.

5. Степень деградации

Все виды деградации могут проявляться в различной степени – от очень слабой до очень сильной. Степень деградации характеризуется величиной отклонения параметров почвы от ее аналога, принимаемого в качестве недеградированной почвы. Степень деградации может выражаться как с помощью количественных параметров, так и на основе качественных показателей (в том числе косвенных). Выделяются следующие степени деградации: отсутствие деградации, слабая, средняя, сильная, очень сильная.

6. Интенсивность процессов деградации

Интенсивность процессов деградации определяется темпами изменений свойств почв, величиной негативных изменений параметров деградированных почв за определенный отрезок времени. Интенсивность деградации (в отличие от ее степени) выявляется при повторных обследованиях того же объекта. Наиболее объективно интенсивность деградации устанавливается в тех случаях, когда степень деградации выражается непосредственно с помощью количественных параметров (например, достоверное снижение содержания гумуса на пашне может быть зафиксировано при повторном обследовании уже через 5–7 лет).

7. Потенциальная опасность развития деградации почв и земель

Потенциальная опасность развития деградации почв и земель — это еще нереализованная угроза возникновения и развития процессов деградации, связанная с наличием природных и/или антропогенных предпосылок на территории ландшафта, которые в сочетании с некоторыми дополнительными воздействиями могут вызывать деградацию. В качестве природных и/или антропогенных предпосылок могут выступать состав, строение природных или природно-антропогенных геосистем, процессы их функционирования, также воздействия на геосистемы в целом или на отдельные их компоненты.

Так, потенциальная опасность развития водной эрозии почв существует в условиях расчлененного ландшафта на склонах в регионах с ливневым характером выпадения осадков, и реализуется она на пашне при механической обработке почв без соблюдения противоэрозионной агротехники, а на пастбищных угодьях — при нарушении сплошного растительного покрова вследствие перегрузки их скотом, образования незащищенных растительностью скотобойных троп и участков с выбитым травостоем. В регионах с потенциальной опасностью развития ветровой эрозии в аналогичных условиях создаются предпосылки для возникновения дефляционных процессов.

В регионах с потенциальной опасностью развития ветровой эрозии при определенных условиях (несоразмерных антропогенных воздействиях) создаются предпосылки для возникновения дефляционных процессов.

Большая потенциальная опасность развития деградационных процессов: переувлажнения, заболачивания, засоления – существует на территории оросительных мелиоративных систем при несоблюдении специальной агротехники, рациональных норм и способов полива, приводящих к подъему уровня минерализованных грунтовых вод.

8. Текущая и потенциальная деградация почв

Для планирования мероприятий по охране и использованию земель, также для создания информационных ресурсов об их состоянии, включая их картографирование, на совещании экспертов в Риме (FAO SoilsBulletin 34, 1977) было предложено различать текущую и потенциальную деградацию почв. Под текущей (или актуальной) деградацией почв понимается действие деградационных процессов в настоящий момент времени, в результате которых сформировались и формируются деградированные почвы. Под потенциальной деградацией почв предложено понимать максимальную естественную чувствительность к деградации почв, подразумевая, что почва не защищена от деградационных процессов. Например, в случае с эрозией предполагается, что отсутствует растительность и на территории не применяются противоэрозионные мероприятия. Таким образом, оценка потенциальной деградации почв обычно оказывается существенно выше оценки текущей деградации. Получение этих двух разных оценок позволяет дифференцировать территорию по ее чувствительности к деградации и на этой основе планировать и проектировать мероприятия по использованию и охране земель. С практической точки зрения целесообразно вместо понятия «потенциальная деградация почв» использовать близкое к нему, но не идентичное понятие «потенциальная опасность развития деградации почв».

9. Устойчивость почв к деградации

Устойчивость почв к деградации — способность почв противостоять действию разных видов деградационных процессов. Устойчивость почв к деградации зависит в первую очередь от особенностей их морфологического строения, физико-химических свойств и вещественного состава, состояния почвы, т.е. наличия (или отсутствия) факторов, защищающих почвы от деградации (характер растительного покрова, динамика влажности верхнего слоя, положение в рельефе местности и т. д.), интенсивности природно-антропогенных воздействий и др. Устойчивость почвы является в целом величиной динамической и во многом зависит от налагающихся друг на друга циклов состояния почвы. Эти циклы могут быть как продолжительными (почва длительное время находится под естественной травянистой или лесной растительностью), так и короткими (чередование в севообороте многолетних трав пропашных культур, увлажнение почвы весной и иссушение летом и т.д.).

10. Деградация и экологические функции почв

Почва, являясь элементом ландшафта, находится на протяжении многих лет в динамическом равновесии с другими компонентами биосферы, поэтому любое нарушение этого равновесия (как правило, это связано с нерациональной деятельностью человека, разрывающего природные связи внутри компонентов биосферы) приводит к потере почвой своих основных свойств, что становится причиной их деградации. Иными словами, деградация нарушает экологические функции почв в биогеоценозе.

Если почва не подверглась процессам деградации, она сама влияет не только на элементы ландшафта, биогеоценоза, но и на литосферу, атмосферу, гидросферу и биосферу природной экосистемы.

Под экологическими функциями почв понимаются такие их свойства, которые влияют на условия жизни на Земле во всем ее видовом разнообразии (Добровольский, Никитин, 2006). В наземных экосистемах почва выполняет многочисленные и разнообразные функции. Важно представить себе сначала почвенные биогеоценотические функции, имея в виду участие почвы в жизни элементарных единиц биосферы — биогеоценозов, представляющих собой единство живых организмов и среды их обитания на небольших однородных территориях (Никитин, 2010).

К почвенным биогеоценотическим функциям относятся: функции жизненного пространства, жилища, механической опоры живых организмов; функция источника элементов питания, депо влаги, элементов питания и энергии, катализатора и ингибитора ряда биохимических процессов; функция адсорбента тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы и с боковым или грунтовым водными потоками; функция адсорбента микроорганизмов; функция сигнала для ряда сезонных биологических процессов; функцию пускового механизма некоторых сукцессий; функция трансформатора вещества энергии, находящихся или поступающих в биогеоценоз; функция буферного защитного биогеоценотического экрана, являющегося фактором эволюции организмов, условием существования жизни на суше Земли.

Взаимодействие почв с компонентами биосферы в общепланетарном масштабе осуществляется различными ее функциями, среди которых можно выделить категории и виды, помимо биогеоценотических, рассмотренных выше.

Литосферные — биохимическое преобразование верхних слоев литосферы;источник вещества для образования минералов и пород; передача аккумулированной солнечной энергии в глубокие части литосферы; защита литосферы от чрезмерной эрозии; условие нормального развития литосферы.

Гидроатмосферные — трансформация поверхностных вод в грунтовые; регулирование речного стока, фактор биопродуктивности водоемов; поглощение и отражение солнечной радиации; регулирование влагооборота, газового режима состава атмосферы; источник твердого вещества и микроорганизмов атмосферы.

Общебиосферные и этносферные — среда обитания, источник вещества для организмов суши, фактор биологической эволюции и этногенеза; условие нормального функционирования биосферы и этносферы, планетарный узел связей; обеспечение воспроизводства сельскохозяйственного и лесохозяйственного сырья; фактор формирования полезных ископаемых и энергетических ресурсов; место для поселений, промышленных и дорожных объектов, рекреационная функция.

Изучение экологических функций почвы направлено прежде всего на гармонизацию взаимодействия в системе общество–природа. Однако часто нарушение каких-либо функций может приводить к необратимым последствиям. Так, ослабление защиты почв способствует развитию процессов эрозии и, по своей сути, является нарушением литосферной функции почв. В качестве подтверждения достаточно вспомнить 1960–1970-е годы, когда в результате массовой распашки целинных земель на Северном Кавказе, в Сибири, Казахстане проявилась ветровая эрозия в виде катастрофических пыльных бурь. Или, например, нарушение гидросферных функций почв в формировании ландшафта Аральского моря привело к его исчезновению, и как следствие, разрушению этносферной функции почв.

При этом приходится констатировать, что функции описаны лишь на качественном уровне, в то время как зависимости должны иметь количественные параметры, и это является, по существу, научным «вызовом» XXI в.

11. Обратимость деградации

Под обратимостью деградации понимается реальная возможность восстановления свойств почв, измененных (утраченных) в процессе деградации. Обратимость зависит от вида и степени деградации почвы, а также от буферных свойств конкретных почв, особенностей агрофитоценозов, ландшафтов, от внешних условий, от проявления других видов деградации. Для некоторых видов (подкисление, обеднение подвижными формами элементов питания растений, слабое засоление при условии обеспеченности дренажа и т.п.) можно в короткие сроки и без крупных затрат добиться практически полного восстановления свойств, характерных для недеградированной почвы. Для ряда других видов деградации почвы (водной и ветровой эрозии, деградации физических свойств почв при нерациональном орошении, значительной потере гумуса черноземными почвами и т.п.) устранение последствий крайне сложно или практически невозможно в полном объеме и в обозримые сроки. Особенно это касается высоких степеней деградации. Некоторые виды деградации сложно направить в противоположную сторону. Например, разрушение ландшафта из-за овражно-балочной эрозии является практически необратимым видом деградации. В данном случае необратимость определяется как невозможность восстановления свойств почв естественными силами или техническими средствами даже на протяжении 100 лет, что равно четырем поколениям людей.

В то же время отрицательный баланс питательных веществ или уплотнение поверхности и образование на ней корки могут быть компенсированы рациональными антропогенными мероприятиями. Эффекты водостока могут включать в себя заиление водоемов, сток питательных веществ, что вызывает эвтрофикацию, сток пестицидов. В некоторых местах выдувание почвы может повлечь за собой ущерб на больших территориях. Разрушение органического вещества почвы также влечет за собой попадание в атмосферу CO₂ и CH₄, что способствует глобальному потеплению.

Выделяют 5 категорий степени обратимости деградации: 1) легкая обратимость, требующая простейших агротехнических мероприятий или снятия определенной нагрузки; 2) средняя обратимость, требующая специальных, более дорогостоящих мероприятий, существенной смены характера использования почв; 3) затрудненная обратимость, при которой необходимо проведение комплекса сложных и длительных мероприятий по рекультивации, строительству капитальных сооружений и даже принципиальной смены системы использования почвы, что не всегда возможно; 4) тяжелая обратимость, при которой восстановить свойства исходной почвы невозможно, но можно создать искусственную почву, обладающую плодородием; 5) необратимость деградации почв.

Список литературы

Государственное управление и охрана земельных ресурсов России на современном этапе: курс лекций. Часть 1. Управление в области охраны земель. Деградация почв и земель. / Г.Р. Сафина, В.А. Федорова.– Казань: Казан. ун-т, 2020. – 106 с.

Тема 9. Стр. 82-97.

Государственное управление и охрана земельных ресурсов России на современном этапе: курс лекций. Часть 2. Деградация почв и земель: эрозия, уплотнение, переувлажнение. / Г.Р. Сафина, Федорова В.А.– Казань: Казан. ун-т, 2020. – 114 с.

Темы 1-3. Стр. 4 – 113.

Государственное управление и охрана земельных ресурсов России на современном этапе: курс лекций. Часть 3. Деградация почв и земель. Мелиорация / Г.Р. Сафина, В.А. Федорова.– Казань: Казан. ун-т, 2020. – 135 с.

Источник