Деградация земель: причины, виды, меры предотвращения

 

Рисунок 2 позволяет, хотя и в более генерализованной форме, как бы спроецировать данные таблицы о степени деградации земель на всю территорию земной суши.

Площадь эрозионноопасных и подверженных эрозией сельскохозяйственных угодий составляет 124 млн. га (56 %), из них на пашню приходится 87,3 млн. га.

По данным государственного учета, общая площадь оврагов  составила 2,4 млн. га. 26,2 млн. га пашни (20,4 %) расположено на смытых почвах. 2,1 млн. га (1,7 %) подвержено совместному воздействию водной и ветровой эрозии. 7,9 млн. га (6,1 %) дефлировано. Всего же дефляционноопасными землями считаются 44 млн. га (32,2 %). Растут площади эродированных черноземов. За последние 15–20 лет они возрастали в среднем на 250–300 тыс. га/год. На многих расчлененных территориях с черноземными почвами 50 % и более распаханных земель эродированы. Ежегодно до 25–30 тыс. га черноземов теряются в результате роста оврагов.

 

 

Рисунок 2 – Распространение деградации почв в мире [8]

 

На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из-за уменьшения содержания гумуса. Только за последние 20 лет запасы  гумуса сократились на 25–30 %.

Общая площадь засоленных земель составляет 38,4 млн. га (19,9 % площади сельхозугодий), в том числе 25,6 млн. га почв солонцовых комплексов. Площадь пахотных засоленных земель – 12,9 млн. га.

Площади переувлажненных  и заболоченных земель, используемых под пашню, возрастают.

 

 

1.1  Водная и ветровая эрозия почв

 

 

Эрозия почв – процесс разрушения почвенного покрова. Эрозия почв включает в себя вынос, перенос и переотложение почвенной массы. В зависимости от фактора разрушения эрозию делят на водную и ветровую (дефляция).

Водная эрозия – процесс разрушения почвенного покрова под действием талых, дождевых или ирригационных вод.

По характеру воздействия  на почву водную эрозию делят на плоскостную и линейную.

Плоскостная (поверхностная) эрозия – смыв верхнего горизонта почвы под влиянием стекающих по склону дождевых или талых вод (рисунок 3). Механизм поверхностной эрозии связан с разрушающей ударной силой дождевых капель и с воздействием поверхностного стока дождевых и талых вод [3].

 

 

Рисунок 3 – Пример плоскостной эрозии [24]

 

Линейная (овражная) эрозия – размыв почв в глубину более мощной струей воды, стекающей по склону (рисунок 4). На первой стадии линейной эрозии образуются глубокие струйчатые размывы (до 20–35 см) и промоины (глубиной от 0,3–0,5 до 1–1,5 м). Дальнейшее их развитие приводит к образованию оврагов. Линейная эрозия приводит к полному уничтожению почвы.

В отличие от поверхностной, линейная эрозия происходит на небольших  участках поверхности и приводит к расчленению земной поверхности  и образованию различных эрозионных форм (промоин, оврагов, балок, долин). Сюда же относят и речную эрозию, производимую постоянными потоками воды.

Смытый материал отлагается обычно в виде конусов выноса и  формирует пролювиальные отложения.

Выделяют два вида линейной эрозии: глубинная (донная) – разрушение дна русла водотока, она направлена от устья вверх по течению и происходит до достижения дном уровня базиса эрозии; боковая – разрушение берегов [4].

В каждом постоянном и временном  водотоке (реке, овраге) всегда можно  обнаружить обе формы эрозии, но на первых этапах развития преобладает  глубинная, а в последующие этапы – боковая.

 

 

Рисунок 4 – Пример линейной эрозии [24]

 

В горных районах наряду с развитием обычных форм водной эрозии могут возникать селевые потоки или сели (рисунок 5). Они образуются после бурного снеготаяния или интенсивных дождей, движутся с большой скоростью и увлекают огромное количество материала в виде мелкозема, гальки и крупных камней. Борьба с ними требует строительства специальных противоселевых сооружений.

 

 

Рисунок 5 – Селевой поток [24]

По темпам развития различают  геологическую (нормальную) и ускоренную эрозию.

Геологическая (нормальная) эрозия – медленный процесс смыва частичек с поверхности почвы, покрытой естественной растительностью, при котором потеря почвы компенсируется в ходе почвообразования. Этот вид эрозии протекает повсеместно, практически не приносит вреда и охраны почв не требует.

Ускоренная эрозия возникает при удалении естественной растительности, неправильном использовании почвы, в результате чего темп эрозии резко возрастает. Этот вид эрозии приводит к снижению почвенного плодородия, а иногда и к полному уничтожению почвенного покрова, и требует защиты почв.

Водная эрозия наиболее распространена в зонах серых лесных почв, черноземной, каштановой, в земледельческих районах  таежно-лесной зоны, в горных областях.

Ветровая эрозия (дефляция) – процесс разрушения почвенного покрова под действием ветра (рисунок 6). В зависимости от размера частиц они могут переноситься ветром во взвешенном состоянии, скачкообразно и скольжением по поверхности. Различают пыльные (черные) бури и повседневную (местную) дефляцию.

 

 

Рисунок 6 – Пример ветровой эрозии [24]

 

Пыльные бури повторяются раз в 3–20 лет, уносят до 15–20 см поверхностного слоя почвы. При этом крупные частицы почвы передвигаются на небольшие расстояния, задерживаясь у различных препятствий и в понижениях рельефа. Наиболее мелкие частицы почвы (меньше 0,1 и меньше 0,001 мм) в виде воздушной суспензии перемещаются на десятки, сотни и даже тысячи километров.

Повседневная дефляция более медленно, но регулярно разрушает почву. Она проявляется в виде верховой эрозии и поземки. При верховой эрозии частицы почвы поднимаются вихревым (турбулентным) движением воздуха высоко вверх, а при поземке они перекатываются ветром по поверхности почвы или перемещаются скачкообразно на небольшой высоте от почвы.

При перекатывании и скачкообразном движении частицы ударяются и трутся друг о друга, что усиливает их разрушение. Это способствует усилению дефляции.

Ветровая эрозия распространена преимущественно в районах недостаточного увлажнения и низкой относительной  влажности воздуха: в районах  неустойчивого увлажнения, в засушливых областях, в пустынях и полупустынях [5].

 

 

 

1.2  Промышленная эрозия почв и рекультивация

 

 

Промышленная  эрозия почв – разрушение почвенного покрова промышленной деятельностью человека. Ее вызывают различные виды деятельности.

Добыча полезных ископаемых открытым способом сопровождается образованием карьеров, отвалов, терриконов, которые нарушают растительный и почвенный покровы, гидрологический и гидрохимический режимы территории (рисунок 7). Для сохранения почвенного покрова в этом случае рекомендована селективная выемка и складирование гумусированных горизонтов почв для последующего восстановления нарушенных территорий.

 

 

Рисунок 7 – Пример промышленной эрозии почв (карьер) [24]

 

Подземная добыча полезных ископаемых со временем приводит к развитию просадочных явлений, изменению рельефа и гидрологического режима территории.

Добыча нефти ведет к загрязнению почвы сырой нефтью, нефтяными водами, пластовыми водами.

Промышленное  и гражданское строительство, сооружение линий электропередач, дорожное строительство сопровождается полным разрушением почвенного покрова и бессрочным изъятием земель из сельскохозяйственного пользования.

Нарушенные в результате промышленной эрозии земли подлежат рекультивации. Рекультивация земель – мероприятия по восстановлению и оптимизации нарушенных ландшафтов. Она включает комплекс горнотехнических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и инженерно-строительных работ, направленных на восстановление нарушенного плодородия земель. На восстановленной территории создаются сельскохозяйственные угодья, лесонасаждения, водоемы, зоны отдыха, жилые и промышленные застройки и т. д. Направление и методы рекультивации различаются в зависимости от природных (климат, горные породы и т. д.) и хозяйственно-экономических особенностей территории [6].

Рекультивация включает три  этапа: подготовительный, горно-техническая рекультивация и биологическая рекультивация.

Первый этап (подготовительный) предполагает обследование нарушенных территорий, определяют направление рекультивации, составляют технико-экономическое обоснование и проект рекультивации.

Второй этап (горно-техническая рекультивация) включает химическую мелиорацию, если она необходима. Горно-техническую рекультивацию выполняют предприятия, которые ведут разработку полезных ископаемых.

Третий этап (биологическая рекультивация) направлен на восстановление плодородия подготовленных в процессе горнотехнической рекультивации земель и превращение их в полноценные лесные или сельскохозяйственные угодья. Наиболее дешевым видом освоения рекультивируемых территорий является облесение. Для улучшения свойств верхнего слоя отвалов, для накопления в нем органического вещества и азота перед посадкой деревьев высевают люпин, донник или люцерну с последующей их запашкой. Деревья сажают саженцами в заполненные нетоксичной породой или почвой ямки или борозды. При рекультивации земель в сельскохозяйственные угодья проводят известкование, рыхление до глубины 60 см, внесение удобрений, посев злаково-бобовой смеси. После этого вводят специальный севооборот, где 40–50 % составляют многолетние травы. После такого севооборота рекультивируемые земли могут быть заняты зональным полевым или кормовым севооборотом [7].

 

1.3  Дегумификация почв

 

 

Последние десятилетия гумусовое состояние привлекает внимание исследователей в плане деградационной дегумификации почв. Снижение содержания гумуса приводит к снижению плодородия почв. Особенно сильно это сказывается при падении содержания гумуса ниже 1–2 %. Следует помнить, что важным является не только содержание и запасы гумуса, но и его качество.

Дегумификация почв – уменьшение содержания и запасов органического вещества. Дегумификация наблюдается при распашке и сельскохозяйственном использовании почв. Изменения в окружающей среде неизбежно вызывают перестройку всей почвенной системы. В целинных почвах стабильно равновесие: поступление органических остатков – гумификация – минерализация гумуса. Это устоявшееся веками равновесие сохранялось до распашки почв. Резкое нарушение равновесия связано с сокращением притока органических веществ с пожнивными и корневыми остатками культурной растительности. Это неизбежно вызывает процессы дегумификации.

В разных почвах темпы дегумификации неодинаковы. Давно известен факт, что более богатые в прошлом почвы теряют гумус намного больше, чем малогумусные. По мере снижения содержания в почвах органического вещества темпы дегумификации снижаются. Отсюда неизбежно следует вывод, что в земледелии обязательно наступает период стабилизации гумусового состояния почв в соответствии с установившейся культурой земледелия.

Охрана почв от потерь гумуса включает следующие мероприятия: применение органических удобрений, известкование  кислых почв, использование в севообороте  многолетних трав, регулирование соотношения в севооборотах пропашных культур и культур сплошного сева, использование щадящей обработки почвы (облегчение машин, минимизация обработки) [8].

 

 

 

1.4  Вторичное засоление, осолонцевание и слитизация

 

 

Процессы вторичного засоления, осолонцевания и слитизации почв возникают на орошаемых почвах при несовершенных проектах и нарушении правил эксплуатации ирригационных систем.

Вторичное засоление – засоление почв при орошении ее минерализованными водами или пресными водами в результате подъема уровня минерализованных грунтовых вод (рисунок 8). При орошении почв минерализованными водами соли, содержащиеся в воде, накапливаются в почвенном профиле. Даже если почву орошают пресными водами, но в результате фильтрации происходит повышение уровня почвенно-грунтовых вод, их поднятие и испарение сопровождается накоплением солей в почвенном профиле.

Вторичное осолонцевание – комплекс процессов, вызванных содовым засолением: изменение реакции почвенного раствора (рН=9–11), увеличение содержания натрия в составе поглощенных катионов, пептизация коллоидов, повышение мобильности органического вещества, ухудшение водно-физических свойств почвы, прежде всего структуры.

Вторичная слитизация – ухудшение структуры почв вследствие содового засоления. При орошении исходная водопрочная структура разрушается, появляется глыбистость, слитость, склонность к образованию поверхностной корки после поливов и дождей. Процесс слитообразования ведет к понижению содержания доступной растениям влаги, к ухудшению воздухообмена, затрудняет обработку почвы, дренирование и промывку от солей [9].

 

 

Рисунок 8 – Вторичное засоление почв [24]

 

Причинами деградации орошаемых почв являются бездренажное орошение, большие потери воды на фильтрацию, строительство оросительных каналов без гидроизоляции, превышение оросительных норм, неконтролируемая подача воды, полив минерализованной водой.

В оросительных системах мира больше половины воды расходуется не по назначению. Засолению подвергаются, прежде всего, те почвы, где оросительные системы не имеют дренажных устройств.

Для орошения почв пригодны воды с концентрацией солей до 1 г/л. В практике ряда стран (Египет, Алжир, Тунис, Марокко, Пакистан, Индия и др.) имеется опыт использования для полива высокоминерализованных вод (5–6 г/л), но только в условиях хорошего дренажа и промывного водного режима. Предельно допустимой минерализацией для орошения почв среднего и тяжелого состава считают 2–3 г/л, а для супесчаных и песчаных 10–12 г/л. Особенно нежелательно присутствие в поливной воде гидрокарбоната натрия. Воды повышенной минерализации и особенно щелочные воды вызывают вторичное осолонцевание почв.