Что такое эрозия почвы?

Эрозия почв — это постепенное отрыв и транспортировка частиц почвы из одного места в другое природными силами, в первую очередь водой и ветром.В то время как эрозия — естественный геологический процесс, который формировал ландшафты на протяжении тысячелетий, деятельность человека резко ускорила его скорость, превратив его в одну из самых насущных экологических проблем нашего времени.Потерянный верхний слой почвы часто является наиболее плодородным слоем, богатым органическими веществами и питательными веществами, необходимыми для роста растений.Когда эрозия опережает образование почвы, она ухудшает продуктивность земель, нарушает экосистемы и накладывает значительные экономические издержки на сельское хозяйство и инфраструктуру.

По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, в мире ежегодно теряется около 24 миллиардов тонн плодородных почв из-за эрозии. Эта потеря угрожает продовольственной безопасности, качеству воды и способности почв регулировать климат. Понимание причин и последствий эрозии почв имеет важное значение для разработки эффективных стратегий сохранения, которые защищают этот невозобновляемый ресурс.

Причины эрозии почв

Эрозия почвы обусловлена сочетанием природных сил и действий человека.Основными агентами являются вода и ветер, но на восприимчивость почвы к эрозии сильно влияют землепользование, растительность и топография.

Водная эрозия

Вода является наиболее распространенным и мощным эрозивным агентом. Капли дождя поражают поверхность почвы кинетической энергией, отрывая частицы в процессе, называемом брызговой эрозией. По мере увеличения интенсивности осадков вода накапливается и начинает течь по поверхности, создавая эрозию листа — равномерное удаление тонкого слоя почвы. Со временем поток концентрируется в небольшие каналы, образуя рилы, и дальнейший разрез приводит к оврагам, которые могут быть метровыми. Скорость эрозии воды зависит от интенсивности осадков, крутизны склона, типа почвы и грунтового покрова. Почвы с высоким содержанием ила или мелкого песка особенно уязвимы, в то время как богатые глиной почвы и почвы с высоким содержанием органического вещества более устойчивы.

Деятельность человека, такая как обезлесение, перевыпас и интенсивное сельское хозяйство, удаляет защитные растительные навесы и корневые системы, подвергая почву воздействию дождевой капли и стоку. Обычные методы обработки почвы, которые разрушают структуру почвы, также ускоряют эрозию. В сельскохозяйственных регионах водная эрозия может удалять верхний слой почвы со скоростью от 10 до 100 раз быстрее, чем естественное образование почвы.

Ветровая эрозия

Ветровая эрозия происходит, когда сильные ветры поднимают и переносят рыхлые, сухие частицы почвы. Этот процесс наиболее тяжел в засушливых и полузасушливых регионах, где растительность редка и почвы подвергаются воздействию. Ветровая эрозия может вызвать значительную потерю плодородного верхнего слоя почвы, а взвешенные частицы пыли могут проехать сотни или даже тысячи километров, влияя на качество воздуха и здоровье человека. Пыльная чаша 1930-х годов в США является суровым историческим примером, где длительная засуха в сочетании с плохим управлением земельными ресурсами привела к массивной ветровой эрозии. Сегодня ветровая эрозия остается серьезной проблемой в таких регионах, как Сахель в Африке, пустыня Гоби в Азии и части Австралии.

Факторы, усугубляющие ветровую эрозию, включают перевыпас, очистку земель и преобразование лугов в пахотные земли. Потеря почвенного органического вещества и поверхностного коркинга также снижают устойчивость почвы к ветру. Меры по сохранению, такие как посадка ветров, поддержание остатков сельскохозяйственных культур на поверхности и использование консервационной обработки могут значительно уменьшить ветровую эрозию.

Человеческая деятельность и изменения в землепользовании

Деятельность человека является основным ускорителем эрозии почв. Обезлесение удаляет древесный полог и корневые системы, которые закрепляют почву, что приводит к увеличению стока и оползней в крутых районах. Урбанизация заменяет проницаемую почву непроницаемыми поверхностями, концентрируя стоки и разрушая открытые строительные площадки. Горные работы нарушают обширные участки почвы, оставляя их уязвимыми для эрозии долго после прекращения добычи. Неустойчивые методы ведения сельского хозяйства — включая монокропирование, чрезмерную обработку почвы и интенсивное выпасание — истощают структуру почвы и органическое вещество, делая эрозию неизбежной.

Изменение климата еще больше усиливает риски эрозии. Более интенсивные события осадков увеличивают эрозионную силу воды, в то время как более длительные засухи высыхают почвы и делают их более восприимчивыми к ветровой эрозии. Исследование, опубликованное в Nature Scientific Reports проектах, которые в текущих сценариях выбросов, глобальные темпы эрозии почв могут увеличиться на 30-60% к 2070 году, с самыми серьезными последствиями в тропических и субтропических регионах.

Влияние эрозии почв на процессы на Земле

Последствия эрозии почв выходят далеко за рамки потери верхнего слоя почвы.Эрозия нарушает фундаментальные процессы системы Земли, включая цикл воды, цикл углерода и цикл питательных веществ, с каскадным воздействием на экосистемы и благосостояние человека.

Потеря плодородия почв и продуктивности сельского хозяйства

Топ-почва, которую удаляет эрозия, — это наиболее биологически активный и богатый питательными веществами слой. В ней содержится большинство почвенного органического вещества, которое хранит воду и питательные вещества и поддерживает разнообразное сообщество микроорганизмов. Потеря этого слоя снижает способность почвы удерживать влагу и снабжать культуры необходимыми питательными веществами, такими как азот, фосфор и калий. Фермеры часто реагируют, применяя больше синтетических удобрений, но они не могут полностью компенсировать потерю органического вещества и структуры почвы. Со временем эрозия приводит к снижению урожайности, отказу от земель и превращению продуктивных сельскохозяйственных угодий в деградированные ландшафты.

В развивающихся странах, где сельское хозяйство является основным источником средств к существованию, эрозия почв непосредственно угрожает продовольственной безопасности и экономической стабильности. По оценкам Организации Объединенных Наций, деградация почв, включая эрозию, влияет на благосостояние по меньшей мере 3,2 миллиарда человек во всем мире.

Осадок и ухудшение качества воды

Размытые частицы почвы транспортируются в ручьи, реки, озера и водохранилища, процесс, называемый осадочным осадком. Осадок ухудшает качество воды за счет увеличения мутности, перенося адсорбированные загрязнители, такие как пестициды, тяжелые металлы и питательные вещества, и душит водные среды обитания. Избыток осадка может забивать рыбные жабры, уменьшать проникновение света для водных растений и изменять каналы потока. Питательные вещества, такие как фосфор, прикрепленный к частицам осадка, могут вызывать вредное цветение водорослей в озерах и прибрежных водах, что приводит к эвтрофикации и мертвым зонам.

Резервуары, стоящие за плотинами, особенно уязвимы. Бюро мелиорации США сообщает, что накопление осадков снижает емкость резервуаров по всему миру примерно на 0,5-1 % в год, сокращая срок службы плотин и увеличивая стоимость водоснабжения и гидроэнергетики.

Нарушение водного цикла

Здоровые почвы действуют как губка, поглощая осадки, хранящая их и медленно отпускающая в ручьи и грунтовые воды. Эрозия разрушает эту способность, удаляя органическое вещество и разрушая структуру почвы. Компактные, эродированные почвы имеют более низкие показатели инфильтрации, приводящие к увеличению поверхностного стока. Этот стоок не только ускоряет дальнейшую эрозию, но и способствует внезапным наводнениям, особенно в районах, где растительность была убрана. Потеря хранения воды в почве также снижает подпитку грунтовых вод, усугубляя дефицит воды в засушливые периоды.

Влияние на углеродный цикл

Почвы являются крупнейшим наземным углеродным резервуаром, хранящим больше углерода, чем атмосфера и растительность вместе взятые. Эрозия почвы вытесняет этот углерод, но конечный эффект на глобальный углеродный бюджет сложен. Некоторые из эродированного углерода переэпоситируются в низменных районах и водоемах, где он может быть захоронен и секвестрирован, в то время как часть разлагается и высвобождается в виде углекислого газа (CO2) в атмосферу. По оценкам, эрозия почвы способствует от 0,6 до 1,2 млрд. тонн выбросов CO2 в год, что примерно эквивалентно 5-10% глобальных выбросов ископаемого топлива. Поэтому предотвращение эрозии является важной стратегией смягчения последствий изменения климата.

Опустынивание и деградация земель

В засушливых регионах непрерывная эрозия может привести к опустыниванию земель — необратимой потере биологической и экономической продуктивности. По мере исчезновения верхнего слоя почвы снижается растительный покров, что еще больше увеличивает эрозию в петле положительной обратной связи. Результатом является бесплодный ландшафт, напоминающий пустыню, где сельское хозяйство и выпас скота больше невозможны. По оценкам Конвенции Организации Объединенных Наций по борьбе с опустыниванием опустынивание угрожает средствам к существованию более одного миллиарда человек в более чем 100 странах, причем эрозия почвы является основной движущей силой.

Глобальные и экономические последствия эрозии почв

Экономические издержки эрозии почв огромны. Затраты на местах включают снижение урожайности сельскохозяйственных культур, увеличение расходов на удобрения и потерю стоимости земли. Затраты на местах включают осаждение водных путей, повреждение инфраструктуры, увеличение затрат на очистку воды и потерю хранилища. Всесторонний обзор, опубликованный Международным обществом по сохранению почв и воды , оценил, что эрозия почв стоит мировой экономике более 400 миллиардов долларов в год — цифра, которая не включает долгосрочные затраты на деградацию экосистем.

В Южной Азии эрозия отложений Гималаев в реках Ганга и Брахмапутры, вызывающая сильные наводнения и потерю плодородия на равнинах. На Лёссском плато Китая веками эрозия создавала овраги, которые превращали регион в один из самых деградировавших районов мира, пока масштабный проект восстановления не перевернул ситуацию. В Африке к югу от Сахары эрозия почвы является основным препятствием для достижения продовольственной безопасности, поскольку мелкие фермеры теряют в среднем 12 тонн почвы на гектар каждый год.

Стратегии профилактики и смягчения последствий

Борьба с эрозией почв требует сочетания методов землепользования, инженерных мероприятий и политических мер, которые поддерживают или восстанавливают здоровье почв и растительность. Ни одно решение не работает везде; стратегии должны быть адаптированы к местному климату, почвам и системам землепользования.

Практика сохранения сельского хозяйства

В системах земледелия консервационная обработка (включая безмолвную и пониженную обработку) оставляет остатки сельскохозяйственных культур на поверхности почвы, уменьшая воздействие дождевой капли и стоки. Покровные культуры, такие как рожь, клевер или ветч, высаживаются в периоды подлива, чтобы защитить почву и добавить органическое вещество. Контурное земледелие - вспашка вдоль склона, а не вверх и вниз - замедляет поток воды и улавливает осадок. Террасинг превращает крутые склоны в ряд ступеней уровня, резко сокращая скорость стока и потерю почвы. Стрип-обрезка, где высаживают чередующиеся полосы рядовых культур и покровных культур, далее прерывает эрозию водой и ветром.

Управление пастбищами имеет решающее значение в пастбищах. Ротационное выпасание, когда скот перемещается между паддоками, предотвращает перепас и позволяет растительности восстанавливаться, поддерживая корневые системы, удерживающие почву на месте. В районах с сильной ветровой эрозией посадка ремней безопасности деревьев или кустарников в ряды, перпендикулярные преобладающему ветру, может снизить скорость ветра и задержать дрейфующую почву.

Лесопосадка и восстановление ландшафта

Восстановление лесов и естественной растительности на деградированных склонах является одной из наиболее эффективных долгосрочных мер по борьбе с эрозией. Деревья и кустарники перехватывают осадки, их корни связывают почву, а листовой помёт создает защитный мульчирующий слой. Проект восстановления плато Лёсс в Китае является знаковым примером: за 25 лет терракинг, посадка деревьев и изменения в землепользовании уменьшили эрозию почвы более чем на 90% в регионе, улучшив качество воды и выведя миллионы из бедности. Аналогичным образом, восстановление крутых склонов в Эфиопском нагорье сократило доставку осадков в водохранилища и улучшило местную гидрологию.

Структурные и инженерные меры

В районах, где эрозия уже является серьезной, инженерные сооружения могут обеспечить немедленную защиту. Проверить плотины, построенные на оврагах, на медленном потоке воды и осадочных отложениях, что позволяет восстановить растительность. Габионы - проволочные корзины, заполненные камнями - стабилизируют ручьи и склоны. Контурные каменные бункеры и наземные плотины собирают стоки и способствуют инфильтрации. Эти меры часто сочетаются с вегетативными практиками для максимизации эффективности и устойчивости.

Политика и планирование землепользования

Государственная политика играет ключевую роль в снижении эрозии. Стимульные программы, которые платят фермерам за принятие природоохранных практик, таких как Программа сохранения заповедников в Соединенных Штатах, оказались успешными. Регулирование землепользования, которое ограничивает обезлесение, требует буферных полос вдоль водных путей и контроля за стоком в городах, имеют важное значение. Международные рамки, такие как Глобальное почвенное партнерство ФАО ], способствуют устойчивому управлению почвами посредством технического сотрудничества и обмена знаниями. На местном уровне интегрированное управление водосборными бассейнами привлекает общины к планированию и осуществлению мер по борьбе с эрозией, обеспечивая долгосрочную приверженность и адаптацию к изменяющимся условиям.

Роль образования и действий сообщества

Устойчивое сохранение почв зависит от знаний и участия землепользователей. Существенно важны образовательные программы, которые учат фермеров причинам эрозии и преимуществам практики сохранения. Услуги по расширению, демонстрационные участки и фермерские полевые школы были эффективны во многих контекстах, особенно когда они включают практическое обучение и обмен между коллегами.

Например, в засушливых районах Западной Африки, осуществляемая фермерами природная регенерация - метод обрезки и управления деревьями, которые восстанавливаются из пней - превратила деградировавшие сельскохозяйственные угодья в продуктивные системы агролесоводства, резко сократив эрозию ветра и улучшив урожайность. Когда общины участвуют в принятии решений и участвуют в выгодах, методы сохранения с большей вероятностью будут устойчивыми.

Образование также распространяется за пределы сельских районов. Городскому населению необходимо понять, как их выбор в отношении потребления, например, пищевых отходов, потребления мяса и использования биотоплива, влияет на землепользование и эрозию почв в других местах. Пропагандистские кампании могут способствовать разработке политики, направленной на защиту почвенных ресурсов.

Заключение

Эрозия почв — это не просто проблема деградации земель; это фундаментальный вызов глобальной продовольственной безопасности, водным ресурсам, стабильности климата и биоразнообразию. Причины хорошо понятны — вода, ветер и практика землепользования человека, которые лишают природу защитного покрова. Последствия каскада через экосистемы, от потери плодородия и осадка до нарушения циклов углерода и воды. Оставленные без контроля, эрозия будет продолжать разрушать саму основу земной жизни.

К счастью, существуют проверенные решения. Сохранение сельского хозяйства, лесовосстановление, структурные меры и разумная политика могут резко снизить темпы эрозии и восстановить деградированные земли. Истории успеха от плато Лёсс до Сахеля показывают, что восстановление возможно в масштабе. Сейчас требуется политическая воля, инвестиции и участие общин во всем мире. Каждый гектар защищенной почвы является инвестицией в более устойчивое и устойчивое будущее — то, что признает фундаментальную важность тонкой кожи земли, от которой зависит вся наземная жизнь.