Глава 2. Факторы и виды деградации почв

 

В научной и методической литературе существуют различные представления, как о самой природе деградации почв, так и её терминологии. Поэтому считаем необходимым, дать основные понятия о феномене данного явления, терминологию и классификацию основных типов и видов деградации почв. Для более детального рассмотрения затронутой проблемы читателю предлагаем обратиться к публикациям в журналах "Почвоведение", монографиям коллектива ученых МГУ, выполненных под руководством или редакцией академика РАН Г.В. Добровольского и другим источникам.

2.1 Основные понятия и термины

Деградация почв, в широком смысле слова, определяется, как совокупность процессов, ухудшающих плодородие почв. В более узком понятии - это как процессы разрушения структуры, потери гумуса, обменных оснований, сокращения обеспеченности доступными элементами питания (Толковый словарь по почвоведению, 1975).

С точки зрения экологии, деградация почв - это необратимые антропогенные изменения физических, химических, биологических свойств почв, которые ведут к невозможности выполнения в полной мере почвами их экологических и производственных функций (Кирюшин, 1996; Мотузова, Безуглова, 2007). Так как функции почв уникальны, то антропогенная деградация почв ведет к частичной деградации биосферы.

Антропогенная деградация биосферы - это такие нарушения структуры и функционирования биосферы под влиянием деятельности человека, которые ведут к ослаблению или невозможности выполнения ее глобальной функции - сохранения жизни на планете.

Все-таки понятие "Деградация почв" до настоящего времени не имеет четкого определения, однако в него, так или иначе, включаются процессы ухудшения свойств почв и их качества с позиций получения первичной продуктивности. Другие определения этого явления, изложенные в упомянутой монографии, по смысловому содержанию близки между собой. Остановимся лишь на отдельных определениях.

Согласно известным ученым (Карманов, Булгаков, 1998)"Под деградацией почв понимаются процессы и результаты изменения их свойств и естественных режимов, в совокупности, приводящие к изменению функций почвы как элемента экологической системы и снижению почвенного плодородия".

По М.И. Герасимовой и соавторов (2000)"Деградация почв - изменение в функционировании почвенной системы, и/или в составе и строении твердой фазы, и/или регуляторной функции почв, имеющее результатом отклонение от экологической нормы и ухудшение параметров, важных для функционирования биоты и человека".

В литературе встречаются подходы к определению понятий не только деградации почв, но и земель, почвенного покрова и ландшафта. В целом применены следующие понятия:

"степень деградации почвы" - сравнительный уровень выраженности деградации почвы в целом к фиксированному моменту времени;

"скорость деградации почвы" - быстрота изменения степени деградации почвы;

" вид деградации почвы" - группа процессов ухудшения свойств и качества почвы, имеющая одинаковые общие механизмы осуществления и спектр результатов воздействия;

"число совмещенности" - число видов деградации почвы, диагностируемых одновременно в одной почве в пределах одного элементарного почвенного ареала.

В словаре-справочнике по мониторингу земель (Мониторинг земель…, 2003) указана деградация земель технологическая (эксплуатационная) и физическая (земледельческая). В целом под деградацией земель понимается устойчивое количественное и качественное ухудшение состава, а также свойств земель и почв в результате воздействия антропогенных (техногенных), или природно-антропогенных и природных факторов.

Таким образом, в современном почвоведении понятие "деградация почв" или "деградация почвенного покрова" расценивается с позиций удобства и благополучия человека и окружающей его природной среды.

Представление о причинах деградации почв и почвенного покрова в настоящее время также остается не вполне устоявшимся. Как правило, наиболее активно исследуются деградационные явления, связанные с деятельностью человека. В таком случае рассматривают антропогенную нагрузку. По Н.Ф. Реймерсу (1990) антропогенная нагрузка - это степень прямого и косвенного воздействия людей и их хозяйства на природу в целом или на ее отдельные экологические компоненты (ландшафты, природные ресурсы, виды живого и т.д.).

Изменения, происходящие при воздействии человека, ограничены территорией или типом хозяйственной деятельности. Однако, если принять, что антропогенные воздействия приводят к изменениям факторов почвообразования, то и природные факторы можно считать причиной деградации почв.

Считается, что деградация почв в большинстве случаев идет при комбинированном воздействии природных и антропогенных факторов. При этом антропогенное влияние создает предпосылки для резкой активизации природных воздействий. Разграничить влияние природных и антропогенных факторов деградации часто бывает достаточно сложно (Природно-техногенные воздействия., 2000).

Вместе с тем установлено, что деградационные изменения почв не являются неизбежно следующими за любым антропогенным воздействием. Важнейшей причиной деградации почв является несоответствие антропогенных мероприятий их генетическим особенностям, свойствам и режимам, условиям естественного формирования ландшафтов.

Поэтому при вовлечении почв в тот или иной вид использования (например, мелиорацию) нельзя применять мероприятия, выводящие почвы из устойчивого состояния. Непонимание этого принципиального условия рационального природопользования оказалось причиной широкого распространения и весьма разнообразного проявления антропогенной деградации почв на Земле.

Причины деградации почв связывают с рядом происходящих процессов. Первые из них (землетрясения, извержения вулканов, различные склоновые процессы и т.п.) не могут быть предотвращены человеком. Вторые процессы (оползни, сели, эрозия почв, дефляция, и др.) определяются антропогенным фактором. К собственно антропогенным процессам относят загрязнение почв токсическими веществами, деградация почв при геологоразведочных работах и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, дегумификация пахотных почв и многие другие.

Следует учитывать потенциальную устойчивость почв к деградации, которая определяется их составом и свойствами, наличием или отсутствием факторов, защищающих почву от деградации. В связи с этим появился термин " обратимость деградации почв", под которым понимается реальная возможность восстановления свойств почв, измененных (или утраченных) в процессе деградации. Она зависит от вида и степени деградации почв. Так, с подкислением, обеднением подвижными формами питания растений можно справиться в относительно быстрые сроки и без крупных затрат. Устранение последствий водной и ветровой эрозии, значительной потери гумуса черноземами - крайне сложный дорогостоящий и длительный процесс. При высоких степенях деградации восстановление профилей почв, их нормального функционирования и свойственного им плодородия становится невозможным.

Существующие антропогенные нагрузки по своему происхождению разделяются на агрогенные (возникшие при сельскохозяйственной деятельности человека) и техногенные ( возникшие в результате работы промышленного производства или транспорта). По степени воздействия они могут быть сильные, умеренные, слабые; по периодичности действия - кратковременные, периодические и долговременные. По географическим масштабам выделяют локальные, региональные, глобальные нагрузки (Черкасов и др., 2005).

По данным этих авторов необходимо различать термин " допустимая антропогенная нагрузка". Под ней они понимают такую степень нагрузки на компоненты агроландшафта, при которой система сохраняет способность практически бесконечно функционировать без резких изменений структуры. В зоне "недопустимой нагрузки" авторы предлагают выделять несколько степеней антропогенной нагрузки на параметры агроландшафта: умеренная или ограниченно допустимая, сильная и критическая.

Умеренная антропогенная нагрузка - такая степень антропогенной нагрузки, при которой слабо меняются функции и структура системы, а при определенном воздействии можно приостановить деградационные процессы. Сильная антропогенная нагрузка - состояние, при котором в значительной степени затронуты деградационными процессами основные параметры системы, сильно изменяются ее функции и структура.

Критическая антропогенная нагрузка - такая степень антропогенной нагрузки на компоненты агроландшафта, при которой при длительном однонаправленном действии человека происходит необратимая утрата функций и структуры данной системы.

Допустимой мерой отклонений от нормального состояния считаются такие отклонения, которые дают возможность системе устойчиво существовать в данном месте и которые со временем могут быть ликвидированы самой системой.

В любом случае при установлении степени антропогенной нагрузки конкретного объекта необходимо ориентироваться на целинные аналоги (эталоны) почв. За норму или эталон почвы целесообразно использовать либо зональные эталоны пахотных почв (ГОСТы), шкалу Карманова, либо модели плодородия региональных подтипов почв, либо объекты базового агроэкологического мониторинга с наименьшей антропогенной нагрузкой (целина, многолетняя залежь). Для характеристики деградации почв Белгородской области можно руководствоваться известными изданиями (Атлас природных ресурсов и экологического состояния Белгородской области, 2005; Красная книга почв Белгородской области, 2007; и др.).

При оценке проявления деградаций выделяют несколько степеней: деградации нет, слабая деградация, средняя, сильная и экстремальная. Для каждой степени даются количественные изменения конкретного свойства: количество промоин и их частота, степень засоления и т.д. В иных классификациях степень оценивается по уменьшению или усилению того или иного количественного признака (свойства) почвы.

В настоящее время также существуют методические подходы и примеры картографирования деградационных процессов. С этих позиций различают две основные категории деградационных процессов и явлений. Первая связана с перемещением почвенного материала и проявляется при водной и ветровой эрозии. Вторая связана с изменениями химических и/или физико-химических свойств почв.

Определение степени деградации производится в соответствии с таблицей индикаторных показателей, включающей около 30 параметров физического и химического состояния почв. Вычисленные в баллах и последующих коэффициентах показатели степени деградации позволяют не только оценить степень ущерба, но и перейти к экономическим расчетам.

При оценке деградации земель различают комплексный ландшафтный подход или рассматривают землю как объект купли-продажи. Во втором случае принимают во внимание такие характеристики земель, как удаленность от основных рынков сбыта, наличие дорог, инфраструктуры и т.п.

Типы и виды деградации почв

 

По мнению многих исследователей, все виды деградации почв можно условно разделить на три группы. Их краткое определение может быть сформулировано следующим образом (Снакин и др., 1993).

Физическая деградация - ухудшение физических и водно-физических свойств почвы, нарушение почвенного профиля.

Химическая деградация - ухудшение химических свойств почв истощение запасов питательных элементов, вторичное засоление и осолонцевание, загрязнение токсикантами.

Биологическая деградация - сокращение численности видового разнообразия и оптимального соотношения различных видов микроорганизмов, загрязнение почвы патогенными микроорганизм ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей.

На рис.2.1 в наиболее общем виде представлены виды воздействий на экосистемы (почвы), приводящие к проявлению деградационных явлений.

Физическая деградацияпочвы фиксируется как по уменьшению мощности органогенных и (или) гумусоаккумулятивных горизонтов почв или уничтожению других почвенных горизонтов и всего профиля (механическая деградация), так и по изменению конкретных физических свойств механически ненарушенного почвенного профиля (собственно физическая деградация). Нарушение почвы (и почвенного покрова) может быть связано и с поступлением на ее поверхность постороннего абиотического наноса, ухудшающего продукционную функцию почвы (Система оценки степени деградации, 1992).

Механические нарушения почвы, приводящие к физическому разрушению всего почвенного профиля или его части, могут быть вызваны различными формами антропогенных воздействий. Среди нарушений, вызванных промышленной деятельностью человека, следует считать разрушение почв и почвенного покрова при добыче полезных ископаемых. При этом формируется серия природно-техногенных ландшафтов, каждый из которых отличается своими чертами разрушения почвенного покрова. Среди таких ландшафтов чаще встречаются карьерно-отвальные, загрязненные и частично поврежденные индустриально-"мусоро"-отвальные. К другим формам механических нарушений относятся разрушения почв при дорожном строительстве, строительстве газо- и нефтепроводов.

 

Рис. 2.1 Основные виды антропогенного воздействия на экосистемы и их реакция ( Деградация и охрана почв, 2002).

 

Среди антропогенных воздействий, связанных с сельскохозяйственным производством, наиболее существенные нарушения вызывают два его вида: распашка и выпас скота. Последствия распашки включают изменение микрорельефа поверхности почвы, изменение плотности, резкое увеличение эрозионной опасности и т.д.

Физическая деградация выражается в ухудшении почвенной структуры и всего комплекса физических свойств, т.е. в разрушении физической основы почвы, и развивается всюду, где применяют избыточные нагрузки механического, химического, физико-химического водного или биологического характера. Физическая деградация может быть обусловлена различными природными факторами, и развиваться в условиях естественных биогеоценозов в результате изменения климатических условий, естественных процессов денудации, эрозии, опустынивания и т.д. Причиной физической деградации почв могут явиться также различного рода катастрофические процессы природного и антропогенного характера.

Во временном аспекте, длительности, постепенности наступления деградационных изменений существуют два основных проявления деградации:

·   Накопление деградационных признаков до критического состояния, когда процессы становятся необратимыми. Это изменение почв фактически представляет собой "медленную" катастрофу. Такая тенденция наблюдается в настоящее время, по мнению ученых практически более чем на 80% пахотных земель. Этот вид "накопительной" деградации происходит в случае длительной интенсивной эксплуатации почв как постоянного технологического ресурса в технологиях сельского, лесного и некоторых других производств.

·   Частичное или полное разрушение почвенного тела как неизбежный этап промышленных технологий природопользования, осуществляемый в течение сравнительно короткого промежутка времени и приводящий к моментальному разрушению природных объектов и почв в том числе. Такое проявление деградации (разрушения) носит локальный характер и опасно главным образом быстротой и полнотой проявления. Как правило, это относится к ряду производств несельскохозяйственного направления, когда почвы неизбежно разрушаются в соответствии с принятыми технологиями природопользования - горное дело, дорожное строительство, различного рода свалки и хранилища отходов, магистральный трубопроводный транспорт и т.д.

Крайней степенью физической деградации является полное уничтожение почвы как природного объекта, вплоть до состояния горной породы или в ландшафтном плане до состояния абиотической пустыни.

Химическая деградация почв включает изменение многих почвенных свойств вследствие различных причин природного и антропогенного происхождения. Все факторы и причины химической деградации разделяют на две группы. Первая из них охватывает те изменения почв, которые вызваны сельскохозяйственными процессами. Вторая вызвана химическим загрязнением почв в результате развития различных промышленных производств, транспортом или поселением человека (Лозановская и др., 1988).

Потеря гумуса. В большинстве случаев для пахотных почв снижение содержания органического вещества можно считать негативным явлением. Только частичная потеря органического вещества торфяными или торфянистыми почвами иногда может рассматриваться с положительной стороны. При хорошо спланированном культурном земледелии и высоких урожаях в почве иногда наблюдается и накопление гумуса, но редко. Следует обратить внимание и на то, что качественный состав гумуса может изменяться в любую сторону, с повышением или понижением в его составе гуминовых кислот. Предсказать ожидаемые изменения довольно трудно, поскольку они зависят как от набора возделываемых культур, так и химизации земледелия и применяемых мелиоративных приемов.

Кислотные и щелочные дожди. Это типично техногенное (или антропогенное) явление, обусловленное накоплением в атмосфере оксидов серы, азота, ионов хлора или фтора, а также пылевидных выбросов цементных и других заводов. При взаимодействии таких выбросов в воздухе с парами воды накапливаются кислоты, реже основания, которые вместе с осадками всех видов поступают на поверхность почвы и затем просачиваются вниз по почвенному профилю. Однозначно оценить роль таких выпадений практически невозможно. Положительную сторону этого явления можно наблюдать, если на поверхность почв с кислой реакцией поступают основания, а кислые осадки выпадают на поверхность большинства степных карбонатных почв.

Горнодобывающая промышленность. Добыча и переработка различных полезных ископаемых характеризуется многочисленными и разнообразными химическими процессами, которые сопровождаются или скоплениями различных отвалов условно так называемой "пустой" породы или выбросами в атмосферу различных газов. В атмосферу поступают различные соединения углерода, серы, азота, другие вещества. Они воздействуют на почвы или непосредственно в газовой форме (поглощаясь почвенным покровом) или предварительно взаимодействуют с парами воды и выпадают на поверхность Земли в виде дождя и снега.

Металлургическая промышленность. Этот вид производства поставляет в природную среду очень большое количество отходов, различных и по составу, и по количеству. Поэтому степень воздействия многих заводов может быть весьма различной. Что зависит как от количества отходов, так и от их состава. Поэтому характер и степень воздействия таких заводов можно оценить только для конкретных комбинатов, хотя их общее влияние очень велико.

Нефть и нефтепродукты. Общеизвестны большие потери нефти и нефтепродуктов при добыче, переработке, хранении и транспортировке. При загрязнении почв нефтью в них возрастает доля углеводородов, снижаются подвижность и доступность многих элементов питания растений, изменяются величины рН и окислительно-восстановительных потенциалов, изменяется химический состав почвенного воздуха.

Химическая деградация почв неизбежно происходит при их обычном сельскохозяйственном использовании, но такую деградацию сравнительно легко приостановить или даже преодолеть, используя обычные удобрения или мелиоративные средства.

Деградация биологических свойств почв. При любых видах деградации почв первыми на них реагируют именно организмы. С одной стороны они стремятся благодаря изменению своей активности поддержать равновесие, с другой - они первыми страдают от нарушений. В первую очередь нарушается биоразнообразие, происходит его обеднение, идет перегруппировка популяций, изменяются доминирующие и часто встречающиеся виды, некоторые виды вообще исчезают, могут появляться и новые виды, часто вредные.

Сохранение стабильности и нормального функционирования биоты обеспечивается огромным микробным пулом, отличающимся как большим общим запасом микрооорганизмов (микробной биомассой), так и огромным качественным разнообразием (микробным генофондом). В составе пула большинство организмов находится в состоянии анабиоза и выходит из него в случае необходимости проведения коррекции в функционировании биоты. С уменьшением пула микроорганизмов и его разнообразия происходят и функциональные нарушения, например способности к азотфиксации, гумусообразованию и структурообразованию, гипертрофируются такие функции, как скорость разложения органического вещества, нитрификационная и денитрификационная способность. Появляются новые отрицательные свойства, например появление потенциальных патогенов, аллергенов и фитопатогенов, образование фитотоксинов. В некоторых случаях наблюдается деградация микробного комплекса из-за загрязнения его посторонними непочвенными организмами, например фекальными или микробами с микробиологических производств (антибиотиков, белково-витаминных концентратов, ферментов и некоторых химикатов).

Почвенные организмы страдают от всех видов деградации. При ветровой или водной эрозии почв организмы частично или почти полностью теряются, причем для восстановления биоты требуется восстановление самой почвы.

Почвенные организмы резко реагируют на деградацию химического состояния почв. Особенно сильно сказывается загрязнение тяжелыми металлами, пестицидами, подкисление почв, уменьшение содержания гумуса и т.д. Однако организмы являются и мощным фактором борьбы с химической деградацией почв, так как они могут очищать почву от нефти и пестицидов, способствовать образованию органо-минеральных соединений, содержащих тяжелые металлы. Они также способствуют передвижению таких соединений вниз по почвенному профилю, либо заключению их в пленки и агрегаты, где они не могут проявлять своего токсичного действия. Способность микроорганизмов к метилированию тяжелых металлов и некоторых других элементов приводит к их удалению из почвы в виде летучих соединений. Почвенные организмы способны разрушать все вредные природные органические соединения и большинство токсичных искусственных органических веществ.

Физическая деградация почв, особенно уплотнение и разрушение почвенной структуры, а также изменение водного режима приводит к разбалансированию микробиологических процессов, господству анаэробных условий, развитию денитрификации, образованию токсичных веществ коренному изменению почвенной биоты.

Эрозия почв. Под эрозией почвы понимается совокупность взаимосвязанных процессов отрыва, переноса и отложения почвы (иногда материнской и подстилающей породы) поверхностным стоком временных водных потоков и ветром (Кузнецов, Глазунов, 2004). Распространение эрозионных процессов на поверхности Земли принимает катастрофический характер. Причины распространения эрозии почв довольно разнообразны. Их можно распределить по пяти группам так называемых факторов эрозии: климатические, топографические, почвенные, биогенные и антропогенные. При анализе влияния факторов эрозии почв на интенсивность эрозионных процессов следует иметь в виду, что она зависит от соотношения эродирующего воздействия потока воды и капель дождя (или ветрового потока) и способности почвы сопротивляться этим воздействиям, т.е. от ее противоэрозионной (или противодефляционной) стойкости. Величины эродирующего воздействия водного и воздушного потоков зависят, прежде всего, от их скоростей. Противоэрозионная и противодефляционная стойкости почв зависят, соответственно, от размера водопрочных агрегатов и комковатости сухой почвы, а также от сцепления их друг с другом.

Непосредственное влияние на интенсивность эрозионных процессов оказывают следующие факторы:

·   климатические - интенсивность и продолжительность дождя или снеготаяния, температура воздуха, скорость, направление и время проявления ветра;

·   топографичсские - длина, крутизна, форма, экспозиция и микрорасчлененность склонов, площадь водосбора и глубина местного базиса эрозии, характер рельефа (холмистость, наличие ветровых коридоров и др.);

·   свойства почвы - водопроницаемость, противоэрозионная стойкость (способность почвы сопротивляться смывающему действию воды или сдувающему действию ветра), зависящая от водопрочности структуры, межагрегатного сцепления и плотности агрегатов;

·   биогенные факторы - создание почвенными беспозвоночными сети каналов и пор, оструктуривание почв, защитная роль растительности, проявляющаяся в снижении скорости ветра и влиянии на температурный и водный режим почвы.

Влияние хозяйственной деятельности человека на процессы эрозии трудно переоценить. Действие этого фактора проявляется опосредованно, через другие факторы эрозии почв. В процессе хозяйственной деятельности человек коренным образом изменяет соотношение факторов эрозии почв, причем окончательный эффект этого воздействия бывает неблагоприятным, что сопровождается ускорением развития эрозии почв. Ускоренная эрозия почв в современных условиях чаще всего бывает следствием нерациональной хозяйственной деятельности. Ее причинами могут быть как отсутствие научно обоснованных рекомендаций по рациональной хозяйственной деятельности, так и невыполнение имеющихся рекомендаций.

Гидрологический фактор деградации почв обусловлен неблагоприятной трансформацией их водного режима, вызванной неадекватным применением гидротехнических, мелиоративных, дорожно-строительных и других индустриальных мероприятий. Проявляются такие негативные процессы, как заболачивание (в том числе вторичное), засоление, ускоренное разложение органического вещества, интенсивный вынос гумусовых веществ и таких элементов, как медь, магний, железо, алюминий, марганец, усиление процессов оглеения, уплотнение и дезагрегирование почв и др.

Деградационные явления приводят к изменению морфологии почвенного профиля, влияют на интенсивность тех или иных элементарных почвенных процессов, и, как следствие, меняют классификационное положение почв, структуру почвенного покрова и, наконец, снижают плодородие почв.