Решение проблемы деградации почв
  • Почвы

Деградация Почв: Причины И Пути Решения Проблемы

Современные темпы деградации почв снижают плодородие и продуктивность сельскохозяйственных земель и, как следствие, сокращают объемы продуктов питания во всем мире. Деградация почвенного покрова негативно отражается на глобальной продовольственной безопасности, здоровье экосистем и препятствует устойчивому развитию сельского хозяйства.

Плодородные поля являются ценным ресурсом, для сохранения которого необходимо понимать, что такое деградация почв и каковы ее причины, последствия, а также результативные пути решения данной проблемы. К счастью, современные инновации, в частности, дистанционное зондирование Земли и технологии точного земледелия, позволяют провести эффективную оценку степени деградации почв и внедрять практики устойчивого землепользования с целью долгосрочного сохранения земельных ресурсов.

Что Такое Деградация Почв?

Деградация почв – это потеря физических, химических, биологических и экологических свойств земельных ресурсов под влиянием антропогенных и природных факторов. Деградация почв характеризуется снижением концентрации питательных и органических веществ, К деградационным процессам также относятся эрозия почв, закисление, опустынивание и загрязнение почвенных ресурсов. На процесс разрушения почвенного покрова влияют следующие факторы:

  • текущее состояние поля;
  • причины и уровень стресса;
  • реакция почвы на стресс;
  • влияние стресса на окружающую среду .

Деградация почвенного покрова на полях снижает производственный потенциал экосистемы, в частности для пищевой промышленности. По этой причине решение данной проблемы крайне важно для обеспечения глобальной продовольственной безопасности.

влияние деградации почв на продовольственную безопасность

Основные Причины Деградации Почв

Деградация почвенных ресурсов может быть вызвана рядом различных процессов. В зависимости от факторов, которые приводят к разрушению почвенного покрова, выделяют четыре основные группы причин.

Деградация почв и ее причины
Тип Определяющие факторы и последствия
Биологическая Определяющие факторы и последствияСнижение микробной активности из-за разрушительных биохимических процессов, прежде всего на незащищенных полях, снижает урожайность и делает землю менее пригодной для выращивания сельскохозяйственных культур.
Химическая Определяющие факторы и последствияНеблагоприятные изменения в химическом составе почвы (вследствие применения синтетических удобрений, пестицидов и т. п.) ухудшают питание растений. Из-за химической деградации почвы уменьшается количество полезных микроорганизмов и снижается содержание гумуса, а также меняется уровень рН.
Экологическая Определяющие факторы и последствияНа продуктивность полей прежде всего влияет изменение климата (повышение температуры, экстремальные погодные явления и другие факторы). Вырубка лесов также способствует экологической деградации, поскольку вызывает эрозию и нарушает равновесие экосистем.
Физическая Определяющие факторы и последствияПлодородный верхний слой почвы теряется и истощается вследствие физического воздействия: наводнений, поверхностных стоков, оползней, ветров, бурь, интенсивной обработки полей, использования тяжелой сельскохозяйственной техники. Длительная физическая деградация почв ухудшает их состав и структуру, а следовательно, и плодородие полей.

Какие факторы определяют деградацию почв? Разрушение полей происходит естественным путем, однако усугубляется деятельностью человека. Вырубка лесов, интенсивное сельское хозяйство, чрезмерный выпас скота и урбанизация ускорили разрушение почвенных ресурсов за последние несколько десятилетий. Рассмотрим подробнее основные причины антропогенной деградации почв.

  • Нерациональные сельскохозяйственные практики: выращивание монокультур, неправильное орошение, а также чрезмерное использование химических удобрений и пестицидов ухудшают состояние поля.
  • Агрессивные методы обработки полей, например, глубокая вспашка, ослабляют почву и нарушают ее структуру.
  • Неточное внесение удобрений провоцирует дисбаланс питательных веществ на поле, его закисление, а также загрязнение окружающей среды.
  • Сжигание соломы и стерни приводит к потере 1,5-2,0 т органического вещества и 10-15 кг азота. На выжженных участках земля становится слишком сухой, ухудшается ее физико-химический состав, уничтожаются органические вещества и погибают полезные микроорганизмы.
  • Чрезмерный выпас скота истощает растительный покров и способствует уплотнению почвы.
  • Обезлесение, то есть вырубка лесов для сельскохозяйственных нужд, лесозаготовок и расширение городов, разрушает защитный покров грунта.
  • Эрозия (разрушение верхнего слоя почвы) может быть вызвана отсутствием растительности (ветровая эрозия) или избыточным орошением и неэффективным дренированием полей (водная эрозия).
  • Расширение городских территорий, связанное с реорганизацией инфраструктуры, приводит к уплотнению, потере плодородия, деградации почвы и опустыниванию земель.
  • Индустриальная деятельность, например горная промышленность, делает территории непригодными для ведения сельского хозяйства из-за попадания в почву токсичных веществ и тяжелых металлов.
  • Загрязнение земель, вызванное неэффективным удалением отходов и сельскохозяйственных стоков, представляет угрозу для окружающей среды и здоровья людей.
Методы устойчивого управления земельными ресурсами (в частности, ресурсосберегающее сельское хозяйство, точное внесение удобрений, лесоразведение и борьба с загрязнением) позволяют устранить негативные последствия разрушения почвенного слоя до того, как они станут необратимыми.
вырубка леса для строительства трассы

Последствия Деградации Почв

Оползни, наводнения, опустынивание, загрязнение водоемов и сокращение производства продуктов питания — это долгосрочные последствия деградации сельскохозяйственных земель. К тому же аграрный сектор ежедневно испытывает следующие трудности.

Засоление Полей

Когда содержание солей в грунте достигает критической отметки, они начинают скапливаться в корнях растений. Эти процессы могут происходить из-за недостаточного орошения, быстрого испарения влаги или недостаточного дренирования. Засоление почв замедляет рост сельскохозяйственных культур и делает поля непригодными для сельскохозяйственной деятельности.

Закисление Почвы

Причиной повышенной кислотности может стать неправильный подбор удобрений или выращиваемых видов культур. Закисление полей приводит к уменьшению популяций полезных микроорганизмов, что негативно влияет на продуктивность экосистемы в целом и замедляет круговорот питательных веществ. Изменение кислотно-щелочного баланса ускоряет деградацию структуры почвы.

Дегумификация

Органическое вещество связывает частицы почвы подобно клею и делает ее структуру более стабильной. В результате дегумификации, то есть уменьшения содержания органического вещества, поле теряет плодородие и подвергается эрозии и деградации почв.

Уплотнение Почвы

Оптимальная плотность большинства типов почв составляет 1,2 т/м3. Из-за активного использования сельскохозяйственной техники этот показатель возрастает до 1,4-1,5 т/м3. Такая машинная деградация почв оказывает разрушительное влияние на развитие сельскохозяйственных культур, поскольку рост корневой системы растений в плотном грунте затруднителен.

трактор в поле

Снижение Качества И Производительности Полей

В верхнем слое почвы находится около половины доступного фосфора и калия. Разрушение почвенного покрова приводит к снижению концентрации питательных веществ на поле, что отрицательно сказывается на урожайности посевов. Дефицит питательных веществ устраняется путем дополнительного внесения удобрений. Однако, из-за сильной эрозии и других деградационных процессов грунт становится чрезмерно уплотненным, поэтому посевы не могут пустить глубокие корни. Этот фактор приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, которую внесением удобрений компенсировать невозможно .

Потеря Пахотных Земель

Все формы деградации почвенного слоя ставят под угрозу глобальную продовольственную безопасность. Засушливость, сокращение растительности, эрозия, засоление и уменьшение содержания органического углерода приводят к потере пахотных земель.

Загрязнение И Засорение Водоемов

Обычно верхний слой почвы отфильтровывает осадки. Однако, когда верхние слои почвенного профиля разрушаются в результате деградации и водной эрозии, вместе с ними в водоемы смываются и загрязняющие вещества, а том числе удобрения, пестициды и тяжелые металлы. Эти процессы приводят к седиментации (увеличению отложений), засорению, а также препятствуют движению водных потоков и ухудшают качество воды.

Сокращение Биоразнообразия

Деградация почвенного слоя вредит живущим в нем организмам. В то же время, вследствие снижения активности биоты, целостность грунта и его дренажные свойства ухудшаются, что ускоряет процесс разрушения .

Частые Наводнения

Деградированные поля теряют способность эффективно поглощать влагу, поэтому большинство осадков просто стекает с них в близлежащие водоемы. Стоки с полей повышают риск возникновения наводнений.

Деградация Почв И Опустынивание Земель

Опустынивание происходит, когда плодородные почвы теряют питательные вещества и становятся менее пригодными для выращивания сельскохозяйственных культур. Активная эксплуатация земельных ресурсов ускоряет изменение климата, усиливающее разрушение почвенного покрова. В результате водной и ветровой эрозии верхний почвенный слой превращается в неплодородную смесь песка и пыли.

Опасность деградации почв заключается еще и в том, что она является причиной и одновременно следствием многих разрушительных процессов. Ухудшение качества полей снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Для повышения производительности фермеры используют интенсивные методы хозяйствования, что приводит к еще большей деградации. Разорвать замкнутый круг помогает внедрение технологий точного земледелия.

EOSDA Crop Monitoring

Спутниковый мониторинг – управляйте полями дистанционно с помощью одной платформы!

Меры По Решению Проблемы Деградации Почв

Для уменьшения деградации почвы необходимо использовать устойчивые методы управления земельными ресурсами. Несмотря на то, что этот процесс является долгосрочным, существуют эффективные способы остановить разрушение как можно скорее:

  • Консервирующие методы обработки полей. Интенсивное сельское хозяйство нарушает структуру грунта и способствует его деградации. Нулевая или минимальная система обработки, напротив, увеличивает содержание органических веществ, которые помогают удерживать влагу и минимизируют разрушение.
  • Севооборот. Чередование разных видов сельскохозяйственных культур на одном поле помогает избавиться от вредителей и болезней, повысить его плодородие и снизить риск дефицита питательных веществ.
  • Полосное земледелие. Для борьбы с деградацией почвы чередуются полосы покровных и пропашных культур, например бобовых и зерновых .
  • Точная ирригация. Эффективное орошение, например капельное, помогает предотвратить различные негативные процессы, в частности вторичное засоление и содификацию полей.
  • Правильное внесение удобрений. Использование спутниковых снимков для анализа состояния посевов позволяет определить необходимое количество удобрений для конкретных участков. Спутниковая аналитика помогает фермерам получать желаемый урожай без вреда природе.
  • Органическое земледелие. Внесение органических удобрений способствует предотвращению деградации почвенного слоя, а внедрение методов интегрированной защиты растений позволяет избежать применения химикатов, которые загрязняют окружающую среду.
  • Выращивание покровных культур. Живая мульча защищает грунт от разрушения, улучшает его структуру, увеличивает содержание питательных веществ и является эффективной мерой борьбы с сорняками.
  • Контурное земледелие. Использование земляных гребней (насыпей) позволяет собирать воду и тем самым предотвратить деградацию полей и возникновение наводнений.
  • Террасное земледелие. Террасный метод выращивания сельскохозяйственных культур используется для замедления водной эрозии на полях и стимулирования почвообразующих процессов .
рисовые террасы на склонах

Перечисленные стратегии способствуют защите земельных ресурсов. Несмотря на то, что лесовосстановление и мелиорация не относятся к повседневной сельскохозяйственной деятельности, эти практики помогают защищать и расширять пахотные земли без ущерба для экосистем, а также сохранить природные ресурсы для будущих поколений.

Меры Защиты Почв От Деградации С EOSDA Crop Monitoring

Прогрессирующие процессы разрушения полей неизбежно приведут к снижению урожайности, поэтому деградация почв опасна снижением производства. Регулярный мониторинг полей позволяет своевременно выявлять первые признаки проблемы.

В то же время, деградация грунтов – сложный и длительный процесс, поэтому борьба с ней должна быть последовательной. Платформа EOSDA Crop Monitoring предоставляет инструменты для отслеживания текущего состояния полей. Кроме этого, пользователи получают доступ к историческим данным, которые позволяют анализировать динамику изменений в течение прошлых лет и предусматривать возможные изменения урожайности в будущем.

Поскольку потенциал деградированных полей значительно снижен, их обработке следует уделять больше внимания, например, улучшать их производительность путем дополнительного внесения удобрений. Карты продуктивности на платформе EOSDA Crop Monitoring позволяют разделить поля на зоны в соответствии с их состоянием и определять необходимое количество фосфорных и калийных удобрений для каждой из них.

карты продуктивности для дифференцированного внесения удобрений
Карта продуктивности EOSDA Crop Monitoring для дифференцированного внесения фосфорно-калийных удобрений.

Также в приложении EOSDA Crop Monitoring фермеры могут анализировать краткосрочные последствия деградации полей с помощью вегетационных индексов. Карты вегетации регулярно обновляются, что позволяет своевременно реагировать на любые возникающие проблемы.

Карта индекса NDMI в EOSDA Crop Monitoring
Снижение значений индекса NDMI сигнализирует о водном стрессе у растений.

Решения для мониторинга и борьбы с деградацией почвы можно адаптировать к требованиям отдельных сельскохозяйственных предприятий. Так, цифровое картографирование полей на основе спутниковых снимков и математических моделей позволяет анализировать текущее состояние грунта и принимать соответствующие защитные меры. Первое в своем роде созвездие спутников EOS SAT, специально разработанное для нужд аграрного сектора, помогает значительно улучшить картографирование полей и мониторинг посевов. Первый спутник EOS SAT-1 выполняет снимки в 11 спектральных каналах.

Современные сельскохозяйственные технологии существенно помогают предотвратить деградацию почв и ее последствия, а также найти рациональные пути решения проблемы. В то же время, выбор оптимальных методов и стратегий зависит от эффективных управленческих решений.

Важность Решения Проблемы Деградации Почв

Начнем с негативных последствий деградации полей для окружающей среды. Разрушение почвенного слоя является одновременно и первопричиной, и результатом многих процессов, которые ставят под угрозу существование жизни на Земле. Данные обстоятельства – это вполне весомый повод, чтобы своевременно принимать результативные меры.

Перейдем к сути вопроса. Эффективные пути решения проблемы деградации почв позволят сохранить продуктивность сельскохозяйственных земель и производить продукты питания в объемах, достаточных для растущего населения Земли. Защита полей от разрушения необходима не только для предотвращения продовольственного кризиса, но и охраны окружающей среды, в частности, для сохранения биоразнообразия и поддержания равновесия экосистем. Кроме того, здоровые почвы удерживают углекислый газ, а секвестрация углерода является важным аспектом борьбы с изменениями климата на нашей планете.

Таким образом, меры по решению проблемы деградации почв во всем мире помогут обеспечить стабильность фермерского бизнеса, устойчивость сельского хозяйства в долгосрочной перспективе и сохранить природные ресурсы нашей планеты.

Об авторе:

Петр Когут Научный сотрудник EOSDA

Петр Когут имеет степень доктора физико-математических наук (1998). Он успешно защитил две диссертации: "Устойчивость и оптимальная стабилизация нейтральных интегро-дифференциальных уравнений" (1989) и "Устойчивость и оптимальная стабилизация нейтральных интегро-дифференциальных уравнений, гомогенизация задач оптимального управления для систем с распределенными параметрами" (1998).

Он является автором многочисленных научных публикаций, в том числе "Вариационная модель с нестандартными условиями роста для восстановления спутниковых оптических изображений путем их совместной регистрации с радаром с синтезированной апертурой".

Доктор Когут получил два гранта: Международный фонд фундаментальных исследований – "Возрождение" (1996) и Украинский фонд фундаментальных исследований (1997).

В 1996 году он стал Ассоциированным профессором Сороса. Годом позже он получил Первую премию Национальной академии наук Украины за исследования в области теории гомогенизации задач оптимального управления.

Доктор Когут награжден почетным знаком "Отличник образования Украины" (2014) и медалью А. М. Макарова "За значительные заслуги" (2019).

С 2014 года Петр является заведующим кафедрой дифференциальных уравнений в Днепровском национальном университете имени Олеся Гончара.

Среди увлечений доктора Когута - рыбалка и деревообработка.

Доктор Когут предоставляет научные консультации компании EOS Data Analytics.

Последние cтатьи

Деградация Почв: Причины И Пути Решения Проблемы
  • Почвы

Деградация Почв: Причины И Пути Решения Проблемы

Деградация почв ухудшает продуктивность полей и экологическую ситуацию на планете. Пути решения проблемы зависят от факторов влияния и своевременного принятия необходимых мер.

EOSDA Получает Патент На Карты Продуктивности
  • EOSDA Crop Monitoring

EOSDA Получает Патент На Карты Продуктивности

Компания EOS Data Analytics запатентовала в США алгоритм Карт продуктивности сельскохозяйственных культур, задав новый ориентир для устойчивого развития сельского хозяйства.

Смешанные Посевы: Преимущества Для Сельского Хозяйства
  • Управление посевами

Смешанные Посевы: Преимущества Для Сельского Хозяйства

Смешанные посевы как сельскохозяйственная практика для повышения урожайности и оптимизации использования ресурсов. Преимущества и основные принципы подбора растений-компаньонов.