Физическая и химическая деградация почв

Обновлено: 26 июля 2026 English Español

1. Что такое деградация почв. Современное определение.

Почва как живая система и основа плодородия

Прежде чем говорить о деградации, давайте вспомним: что такое почва и в чём заключается её главное свойство?

Почва — это сложная биокосная система, состоящая из твёрдой (минеральные частицы и органическое вещество), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) фаз. Именно уникальное сочетание этих трёх фаз создаёт условия для жизни растений и всего почвенного сообщества. Но самое главное свойство почвы, отличающее её от любой горной породы, — это плодородие.

Плодородие — это способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, воздухе и тепле, обеспечивая их рост и продуктивность (Вальков и др., 2004).

Плодородие не является раз и навсегда заданным свойством. Оно формируется в результате длительного почвообразовательного процесса, который может длиться столетия и тысячелетия. В естественных условиях между формированием почвы и её разрушением существует равновесие: скорость почвообразования примерно соответствует скорости геологической эрозии. Однако при вмешательстве человека это равновесие нарушается.

Современное определение деградации

В самом широком смысле деградация почв — это процесс постепенного ухудшения свойств почвы, приводящий к снижению или утрате её плодородия и способности выполнять экологические функции (Richter & Tugel, 2012).

Более формальное определение дают международные организации: деградация земель — это снижение или утрата биологической или экономической продуктивности и сложности структуры земель, вызванная комбинацией процессов, возникающих в результате деятельности человека (FAO, 2011).

В российской научной традиции под деградацией почв понимают «совокупность процессов, приводящих к ухудшению состава, свойств и режимов почв, снижению их плодородия и устойчивости в результате естественного или антропогенного воздействия» (Вальков и др., 2004).

Обратите внимание на ключевые моменты этого определения:

1. Снижение плодородия — главный критерий деградации.

2. Процессный характер — деградация не одномоментное событие, а постепенное ухудшение.

3. Антропогенная природа — хотя деградация может происходить и естественно (например, при извержении вулкана), главная причина в современном мире — деятельность человека.

Классификация процессов деградации

Все процессы деградации почв принято разделять на три большие группы (Вальков и др., 2004; Weil & Brady, 2017):

1. Физическая деградация — ухудшение физических свойств почвы: разрушение структуры, уплотнение, образование корки, потеря пористости, эрозия.

2. Химическая деградация — ухудшение химических свойств: подкисление, засоление, осолонцевание, обеднение элементами питания, загрязнение токсикантами.

3. Биологическая деградация — снижение биологической активности: уменьшение численности и разнообразия почвенных организмов, снижение ферментативной активности.

На этой лекции мы сосредоточимся на физической и химической деградации — процессах, которые часто запускаются первыми и создают предпосылки для биологической деградации.

Почему почвы теряют свойства быстрее, чем формируются?

Это центральный вопрос всей темы. Чтобы ответить на него, нужно сравнить скорости двух противоположных процессов:

Скорость почвообразования в естественных условиях составляет примерно 0,5–2 см за 100 лет (или 5–20 т/га в год) (Weil & Brady, 2017). Это означает, что для формирования 20–30 см плодородного слоя требуется от 1000 до 6000 лет.

Скорость деградации при антропогенном воздействии может достигать 20–40 т/га в год при эрозии, а при интенсивной механической обработке уплотнение развивается за несколько лет, а то и за один сезон.

Таким образом, почва разрушается в десятки и сотни раз быстрее, чем формируется. Как образно выразился один из основателей почвоведения, «почва — это медленно возобновляемый ресурс, практически невозобновляемый в масштабах человеческой жизни».

Важно понимать: деградация не всегда означает полное уничтожение почвы. Чаще это незаметное глазу ухудшение свойств, которое накапливается год от года. Именно поэтому многие сельскохозяйственные угодья, на первый взгляд выглядящие нормально, фактически теряют плодородие с каждым годом (Richter & Tugel, 2012).

Деградация как потеря функций

Современный взгляд на деградацию связывает её не столько с изменением отдельных свойств, сколько с утратой почвой своих ключевых функций (Weil & Brady, 2017). Почва выполняет пять основных функций:

1. Продукционная — обеспечение растений питательными веществами, водой и физической опорой.

2. Водорегулирующая — фильтрация и очистка воды, регулирование водного режима.

3. Буферная — нейтрализация и связывание загрязнителей.

4. Климатическая — участие в глобальных циклах углерода, азота и других элементов.

5. Среда обитания — обеспечение жизни огромного разнообразия организмов.

Деградация снижает способность почвы выполнять эти функции. Например, уплотнение ухудшает продукционную и водорегулирующую функции; загрязнение — продукционную и буферную; потеря органического вещества — все функции одновременно.

В следующих разделах мы подробно рассмотрим основные механизмы физической и химической деградации и поймём, как эти процессы взаимосвязаны.

2. Физическая деградация почв

2.1. Определение физической деградации

Физическая деградация почв — это комплекс процессов, приводящих к ухудшению физических свойств почвы: её строения, плотности, пористости, водопроницаемости и устойчивости к внешним воздействиям (Вальков и др., 2004; Scheffer и др., 2018). В отличие от химической деградации, которая изменяет состав и реакцию почвенной среды, физическая деградация затрагивает прежде всего каркас почвы — ту её часть, которая определяет условия обитания корневых систем, движение воды и газов.

Физическая деградация опасна тем, что она часто невидима на первых этапах: почва может выглядеть вполне обычной, но её внутреннее строение уже нарушено. При этом восстановление физических свойств, особенно глубинных горизонтов, требует многих лет и часто невозможно без специальных мелиоративных приёмов.

К основным процессам физической деградации относятся:

уплотнение (компакция);
разрушение агрегатной структуры;
заплывание и образование поверхностной корки;
потеря пористости;
эрозия (водная и ветровая).

Рассмотрим каждый из этих процессов последовательно.

2.2. Уплотнение почв

Уплотнение (или компакция) — это увеличение плотности сложения почвы за счёт уменьшения общего объёма пор, особенно крупных (макропор). В результате возрастает плотность твёрдой фазы в единице объёма, то есть повышается плотность почвы (Eash и др., 2016).

Причины уплотнения

Основные факторы, вызывающие уплотнение почв (Foth, 1990; Weil & Brady, 2017):

1. Механическое воздействие сельскохозяйственной техники. Современные тракторы и комбайны имеют массу от 5 до 20 тонн и более. Давление на почву может достигать 100–200 кПа, что значительно превышает её несущую способность, особенно во влажном состоянии. Особенно опасны многократные проходы техники по одному и тому же следу.

2. Обработка почвы в слишком влажном состоянии. Вода между частицами действует как смазка, снижая внутреннее трение и позволяя частицам легче сближаться под давлением. При высыхании такая почва становится очень плотной (Eash и др., 2016).

3. Выпас скота, особенно при высокой плотности животных и на влажной почве. Копыта животных не только уплотняют поверхностный слой, но и нарушают дернину, что усиливает эрозию.

4. Естественное уплотнение под действием силы тяжести, особенно в подпахотных горизонтах, однако в естественных условиях оно обычно компенсируется биологической деятельностью (черви, корни) и циклами замерзания-оттаивания.

Механизм уплотнения

При приложении внешнего давления почвенные агрегаты сближаются, разрушаются крупные меж-агрегатные поры, а сами агрегаты могут деформироваться. При этом общий объём пор уменьшается, но главное — изменяется распределение пор по размерам: количество макропор (диаметром > 50 мкм) резко падает, а доля микропор возрастает (Eash и др., 2016).

Особенно серьёзные последствия имеет образование уплотнённого подпахотного горизонта — так называемой «плужной подошвы» (плужной подошвы). Это слой почвы на глубине 20–40 см, где многократные проходы техники и постоянная обработка на одну и ту же глубину создали плотную прослойку, почти непроницаемую для корней и воды (Scheffer и др., 2018).

Последствия уплотнения

Уплотнение запускает цепь негативных изменений:

Снижение водопроницаемости — вода не может проникнуть вглубь, усиливается поверхностный сток, что ведёт к эрозии и переувлажнению верхних слоёв.
Ухудшение аэрации — корни и аэробные микроорганизмы испытывают кислородное голодание; активизируются анаэробные процессы, в том числе денитрификация.
Затруднение роста корней — плотная почва создаёт механическое сопротивление, корни искривляются, утолщаются, не могут использовать питательные вещества и влагу из глубоких слоёв.
Снижение урожайности — по разным оценкам, уплотнение может снижать урожайность зерновых на 15–30% и более.

2.3. Разрушение структуры

Структура почвы — это способность почвенных частиц объединяться в агрегаты (педсы) различной формы и размера: комковатые, зернистые, призматические, плитчатые и др. (Eash и др., 2016). Хорошая агрегатная структура — основа плодородия: она обеспечивает оптимальное сочетание макро- и микропор, необходимых для воды, воздуха и корней.

Причины разрушения структуры

Структура почвы — это не вечное свойство. Она очень чувствительна к внешним воздействиям:

1. Интенсивная механическая обработка. Плуг, дисковая борона, культиватор не только перемешивают почву, но и механически разрушают агрегаты, особенно при многократных проходах. «Длительная обработка приводит к пылеватости и деградации структуры» (Scheffer и др., 2018).

2. Потеря органического вещества. Гумус является главным цементирующим агентом, склеивающим минеральные частицы в агрегаты. При снижении содержания гумуса агрегаты становятся менее устойчивыми к механическим воздействиям и воздействию воды.

3. Влияние дождевых капель и замораживания-оттаивания. Энергия падающих капель разрушает поверхностные агрегаты, а циклы замерзания-оттаивания также способствуют их распаду (Weil & Brady, 2017).

4. Химические факторы. Повышенное содержание натрия (особенно в солонцовых почвах) способствует диспергированию глинистых частиц и распаду структуры (Eash и др., 2016).

Разрушение структуры и потеря агрегатной устойчивости

Агрегаты обладают разной устойчивостью к внешним силам. Водопрочная структура — способность агрегатов не разрушаться при увлажнении — особенно важна для борьбы с эрозией. Когда агрегаты теряют устойчивость, под действием дождя они распадаются на отдельные частицы. Мелкие частицы (глина и пыль) забивают поры, образуя корку на поверхности (см. следующий раздел).

2.4. Заплывание и образование поверхностной корки

Заплывание — это процесс, при котором поверхностный слой почвы теряет свою структурность и становится бесструктурным, слитным. При высыхании такой слой превращается в почвенную корку — твёрдую, плотную плёнку толщиной от нескольких миллиметров до 2–3 см (Troeh & Thompson, 1993; Weil & Brady, 2017).

Механизм образования корки

Когда на поверхность почвы падают капли дождя, их кинетическая энергия разрушает агрегаты. Освободившиеся мелкие частицы (глина, ил) перемещаются вниз с инфильтрующейся водой и закупоривают поры в самом верхнем слое. После высыхания этот слой цементируется в корку. «Разрушительное действие дождевых капель на почву долгое время недооценивали; сегодня признано, что именно капли являются главным агентом отделения частиц для водной и ветровой эрозии» (Troeh & Thompson, 1993).

Последствия коркообразования

Резкое снижение инфильтрации — вода не может проникнуть в почву; практически вся выпадающая влага уходит в сток. Коэффициент стока может возрастать с 5–10% до 50–60% и более.
Усиление эрозии — сток воды приобретает большую разрушительную силу.
Затруднение появления всходов — сеянцы не могут пробить твёрдую корку, особенно мелкосемянные культуры.
Ухудшение газообмена — корка препятствует поступлению кислорода в почву, замедляя дыхание корней и микроорганизмов.

2.5. Потеря пористости

Пористость — это общий объём пор (промежутков между твёрдыми частицами) в почве, выраженный в процентах от общего объёма почвы. В хорошо структурированной почве пористость составляет 40–60% (Eash и др., 2016). Важно не только общее количество пор, но и их распределение по размерам:

Макропоры (> 50 мкм) — обеспечивают дренаж, аэрацию и проникновение корней;
Мезопоры (0,2–50 мкм) — удерживают капиллярную влагу, доступную растениям;
Микропоры (< 0,2 мкм) — содержат трудно доступную для растений влагу.

При физической деградации потеря пористости происходит прежде всего за счёт макропор. Это значит, что почва теряет способность быстро отводить лишнюю воду и снабжать корни кислородом, даже если общая пористость снижается не очень сильно. «Изменение объёмного соотношения твёрдой, жидкой и газообразной фаз — важнейший показатель физической деградации» (Scheffer и др., 2018).

Снижение пористости напрямую коррелирует с:

уменьшением влагоёмкости;
снижением водопроводимости;
нарастанием плотности почвы;
ухудшением условий для почвенной биоты.

2.6. Эрозия как физический процесс изменения почвы

Эрозия — процесс отделения, переноса и переотложения почвенных частиц под действием воды, ветра или силы тяжести (Foth, 1990; Weil & Brady, 2017). В контексте физической деградации эрозия важна не столько как явление выноса почвы за пределы поля, сколько как процесс изменения самого почвенного профиля на месте эрозии.

Водная эрозия

Водная эрозия включает три стадии:

1. Отделение частиц под действием кинетической энергии дождевых капель и турбулентности стока.

2. Транспорт частиц водой (во взвешенном состоянии, волочением или перекатыванием).

3. Отложение при снижении скорости потока.

Различают три основных типа водной эрозии (Weil & Brady, 2017; Troeh & Thompson, 1993):

Плоскостная (поверхностная) — относительно равномерный смыв верхнего горизонта. Она наиболее коварна, так как малозаметна, но именно она уносит самый плодородный слой — гумусовый горизонт.
Ручейковая (струйчатая, или овражная) — образование мелких струйчатых размывов, которые можно запахать, но почва уже потеряна.
Овражная (глубокая) — образование глубоких промоин, которые расчленяют поля и делают их непригодными для обработки.

В процессе эрозии происходит селективный вынос наиболее тонких и плодородных частиц: глины, ила, гумуса, питательных элементов. Остаётся более грубый, песчаный, малоплодородный материал. «В смытой почве содержание органического вещества и азота может быть в 5 раз выше, чем в исходной почве, а фосфора и калия — в 2–3 раза» (Weil & Brady, 2017).

Ветровая эрозия (дефляция)

Ветровая эрозия происходит в сухих и маловетрозащищённых условиях. Механизмы:

Сальтация — перекатывание и подпрыгивание песчаных частиц (0,1–0,5 мм), которые дробят агрегаты и выбивают мелкие частицы.
Перекатывание (поверхностное перекатывание) более крупных частиц.
Взвешивание — тонкие частицы (глина, пыль) поднимаются в воздух и могут переноситься на сотни и тысячи километров.

Как и водная, ветровая эрозия уносит самые ценные компоненты почвы — органическое вещество и питательные элементы, а также ухудшает текстурный состав: поверхностный слой становится более песчаным и менее плодородным.

Влияние эрозии на физические свойства почвы

Эрозия приводит к:

уменьшению мощности гумусового горизонта;
оголению менее плодородных нижележащих горизонтов;
изменению гранулометрического состава в сторону огрубления;
снижению влагоёмкости и ухудшению структурного состояния;
образованию новых форм микрорельефа (промоины, овраги), которые затрудняют использование техники.

2.7. Взаимосвязь процессов физической деградации

Все процессы физической деградации тесно связаны и часто действуют в едином комплексе. Например:

Потеря органического вещества → разрушение структуры → уплотнение → уменьшение пористости → ухудшение инфильтрации → усиление стока → активизация эрозии → дальнейшее разрушение структуры и потеря гумуса.
Уплотнение подпахотного горизонта → застой воды выше него → переувлажнение верхних слоёв → ухудшение аэрации → изменение химических и биологических процессов.
Заплывание поверхности → уменьшение инфильтрации → усиление эрозии → вынос плодородного слоя.

Таким образом, физическая деградация — это самоускоряющийся процесс. Чем сильнее нарушены физические свойства, тем быстрее они ухудшаются дальше. Именно эта положительная обратная связь делает физическую деградацию особенно опасной и труднопреодолимой.

3. Химическая деградация почв

3.1. Определение химической деградации

Химическая деградация почв — это совокупность процессов, приводящих к неблагоприятному изменению химического состава и химических свойств почвы, снижению её плодородия и ухудшению экологических функций (Вальков и др., 2004; Scheffer и др., 2018). Если физическая деградация разрушает «скелет» и «поры» почвы, то химическая деградация изменяет «химическую среду обитания» растений и микроорганизмов — то, что определяет доступность питательных элементов, кислотно-основные условия и наличие токсичных веществ.

К основным процессам химической деградации относятся:

подкисление (ацидификация);
засоление (салинизация);
осолонцевание (щелочная деградация, содификация);
потеря органического вещества (дегумификация);
загрязнение тяжёлыми металлами, органическими токсикантами и другими поллютантами.

Все эти процессы, как правило, являются результатом антропогенного воздействия, хотя некоторые из них (например, естественное подкисление при длительном выщелачивании) протекают в природе, но гораздо медленнее.

3.2. Подкисление (ацидификация) почв

Подкисление — это процесс снижения pH почвенного раствора, то есть накопления ионов водорода (H⁺) и, в кислых почвах, алюминия (Al³⁺) на поглощающем комплексе (Eash и др., 2016; Weil & Brady, 2017).

Причины подкисления

Подкисление может быть естественным и антропогенным.

Естественное подкисление происходит в условиях избыточного увлажнения и хорошего дренажа, когда основания (Ca, Mg, K, Na) вымываются из почвенного профиля, а на их место приходят ионы водорода и алюминия. Этот процесс длится тысячелетиями и характерен для почв гумидных областей — подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных почв (Foth, 1990).

Антропогенное подкисление протекает гораздо быстрее и связано с несколькими факторами:

1. Кислотные осадки (кислотные дожди). При сжигании ископаемого топлива в атмосферу выделяются оксиды серы (SO₂) и азота (NOₓ), которые превращаются в серную и азотную кислоты. В середине XX века кислотность дождей в Центральной Европе достигала pH 4,0–4,5, а иногда и ниже (Scheffer и др., 2018). Это приводило к быстрому подкислению лесных почв, особенно на бедных основаниями породах.

2. Применение физиологически кислых удобрений, особенно аммонийных и мочевинных. При нитрификации аммонийного азота выделяются ионы водорода (Eash и др., 2016; Weil & Brady, 2017):

2NH_4^+ + 4O_2 \rightarrow 2NO_3^- + 4H^+ + 2H_2O

Каждый килограмм внесённого аммонийного азота при окислении даёт около 3–4 кг CaCO₃-эквивалента кислотности. Поэтому систематическое применение таких удобрений без известкования ведёт к существенному подкислению пахотного слоя.

3. Удаление оснований с урожаем. Растения выносят с поля значительное количество Ca и Mg. В естественных экосистемах эти элементы возвращаются в почву с опадом. При сельскохозяйственном использовании баланс нарушается, и почва постепенно теряет основания, что также способствует подкислению.

4. Интенсификация нитрификации и минерализации органического вещества в результате обработки почвы.

Механизм подкисления и роль алюминия

В кислых почвах ионы водорода не просто накапливаются в растворе — они активно взаимодействуют с почвенным поглощающим комплексом. При снижении pH ниже 5,5 начинается растворение алюмосиликатов и высвобождение Al³⁺, который, в свою очередь, гидролизуется с образованием дополнительных ионов H⁺ (Foth, 1990; Weil & Brady, 2017):

Al^{3+} + H_2O \rightarrow Al(OH)^{2+} + H^+

Al(OH)^{2+} + 2H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 2H^+

Таким образом, алюминий становится мощным генератором кислотности. В очень кислых почвах до 80–100% обменных катионов может приходиться на Al³⁺ (Scheffer и др., 2018). Свободные ионы алюминия токсичны для растений, они повреждают корневые окончания, ингибируют поглощение кальция и фосфора. Для большинства сельскохозяйственных культур уже концентрация 0,1–0,5 мг Al/л в почвенном растворе вызывает угнетение роста (Eash и др., 2016).

Последствия подкисления

Снижение доступности питательных элементов: фосфор связывается в труднорастворимые алюминий- и железофосфаты; молибден становится малодоступным; основные катионы (Ca, Mg, K) вытесняются из поглощающего комплекса и вымываются.
Повышение доступности токсичных элементов: Mn, Fe, Al становятся легкорастворимыми и могут достигать токсичных концентраций для растений и микроорганизмов.
Угнетение почвенной биоты: активность бактерий, особенно нитрификаторов и азотфиксаторов, резко падает при pH ниже 5,5; доминируют более кислотоустойчивые грибы. В лесных почвах при pH < 4 сильно сокращается численность дождевых червей (Eash и др., 2016).
Разрушение минералов: в сильнокислых условиях начинается разрушение вторичных глинистых минералов и оксидов железа, что приводит к необратимой деградации почв.

3.3. Засоление (салинизация)

Засоление — это накопление в почве легкорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов и гидрокарбонатов натрия, кальция, магния) в концентрациях, подавляющих рост растений (Weil & Brady, 2017; Scheffer и др., 2018). Порогом засоления считается содержание солей, дающее электропроводность водной вытяжки (ECₑ) более 4 дСм/м (по некоторым данным — более 2 дСм/м для чувствительных культур).

Причины засоления

Засоление чаще всего возникает в аридных и семиаридных регионах при недостатке осадков для выщелачивания солей из почвенного профиля. Основные антропогенные факторы:

1. Орошение без достаточного дренажа. Оросительная вода всегда содержит некоторое количество солей. При испарении чистая вода уходит в атмосферу, а соли остаются в почве и накапливаются. Особенно опасно орошение минерализованными водами (1–2 г/л и более) и отсутствие системы сброса дренажных вод (Weil & Brady, 2017; Вальков и др., 2004).

2. Подъём минерализованных грунтовых вод в результате нарушения водного баланса (например, при замене глубоко-корневой естественной растительности на мелко-корневые сельскохозяйственные культуры).

3. Использование солёных удобрений или загрязнённых сточных вод для орошения.

4. Вторичное засоление — процесс, возникающий на уже орошаемых почвах из-за неправильной эксплуатации оросительных систем. Это одна из самых серьёзных проблем современного орошаемого земледелия.

Механизмы воздействия солей на растения

Соли действуют на растения двумя путями (Eash и др., 2016; Weil & Brady, 2017):

1. Осмотический эффект. Высокая концентрация солей в почвенном растворе снижает его водный потенциал. Корням труднее поглощать воду; растение тратит дополнительную энергию на создание осмотического давления внутри клеток, что ведёт к снижению роста и продуктивности. Внешне это проявляется в виде завядания даже при достаточной влажности почвы.

2. Специфическое ионное токсическое действие. Ионы Na⁺, Cl^- и бора (в боратсодержащих водах) могут оказывать прямое токсическое воздействие на клетки, нарушать метаболизм, вызывать некрозы листьев и даже гибель растений.

Наиболее чувствительны к засолению бобовые, многие овощные культуры, плодовые деревья. Относительно устойчивы — ячмень, сахарная свёкла, хлопчатник, некоторые сорта пшеницы (Weil & Brady, 2017). В таблице 10.3 из Weil & Brady (2017) показано, что при ECₑ 4–8 дСм/м сильно страдают чувствительные и средне-чувствительные культуры, а при ECₑ > 16 дСм/м выживают лишь очень солеустойчивые виды.

3.4. Осолонцевание (щелочная деградация)

Осолонцевание — это процесс накопления на почвенном поглощающем комплексе обменного натрия, приводящий к резкому ухудшению физических свойств почвы и повышению pH до 8,5–10 и более (Weil & Brady, 2017; Scheffer и др., 2018). По сути, осолонцевание — это особый вид химической деградации, который теснейшим образом переплетается с физической: высокое содержание натрия вызывает диспергирование коллоидов, разрушение структуры и резкое снижение водопроницаемости.

Различие засоления и осолонцевания

Часто эти понятия путают, но разница принципиальна:

Засолённые почвы содержат много легкорастворимых солей, но натрий может не преобладать на обменных позициях. В таких почвах pH обычно < 8,5, агрегаты устойчивы.
Осолонцованные почвы (содовые, солонцовые) имеют низкое общее содержание солей (или они были выщелочены), но высокую долю обменного натрия (ESP > 15%). pH поднимается до 8,5–10, коллоиды диспергированы, структура разрушена.

Натрий вызывает дисперсию глинистых частиц, так как его одновалентные ионы слабо удерживаются на поверхности коллоидов и дают широкую диффузную оболочку. Это приводит к тому, что частицы отталкиваются друг от друга и не образуют агрегатов (Weil & Brady, 2017). Почва становится бесструктурной, вязкой, «мыльной» на ощупь. В сухом состоянии она растрескивается крупными полигональными блоками.

Причины вторичного осолонцевания

Орошение водами с высоким содержанием гидрокарбоната натрия (содовыми водами) или с высоким натриевым адсорбционным отношением (SAR). При испарении таких вод карбонат-ионы взаимодействуют с кальцием, осаждая его в виде CaCO₃, а натрий остаётся в растворе и начинает поступать на обменный комплекс (Вальков и др., 2004).
Подъём щелочных грунтовых вод, содержащих соду (Na₂CO₃ и NaHCO₃), к поверхности.

Последствия осолонцевания

Практически нулевая водопроницаемость — вода почти не поступает в почву, сильный поверхностный сток, что препятствует промывке и углубляет деградацию.
Очень плохая аэрация — кислород не достигает корней, подавление дыхания и микробиологической активности.
Токсичное действие высоких концентраций ионов Na⁺ и OH⁻ на корни, особенно на молодые растения.
Образование чёрной корки на поверхности при высыхании (растворённый и диспергированный гумус поднимается с капиллярной водой и создаёт тёмный налёт — «чёрная щёлочь»).
Восстановление таких почв требует внесения гипса (CaSO₄), который заменяет натрий на кальций, и последующей промывки для удаления образующихся нейтральных солей (Weil & Brady, 2017).

3.5. Потеря органического вещества (дегумификация)

Органическое вещество почвы — это совокупность всех органических соединений, находящихся в почве, включая растительные остатки, продукты жизнедеятельности микроорганизмов и гумус. Гумус является основой почвенного плодородия: он обеспечивает структурное состояние, влагоёмкость, катионообменную способность, а также служит резервом питательных элементов (Eash и др., 2016; Foth, 1990).

Причины потери гумуса

1. Распашка и длительное использование пашни. Переход от естественных экосистем (лес, степь) к агроценозам приводит к резкому снижению содержания органического вещества. Впервые 20–30 лет после распашки запасы гумуса могут уменьшиться на 30–50% (Foth, 1990). Причина — усиление аэрации и минерализации, уменьшение поступления свежего органического материала, нарушение структуры.

2. Эрозия. Водная и ветровая эрозия уносят именно верхний, наиболее гумусированный слой. Концентрация гумуса в смываемых частицах часто в 2–5 раз выше, чем в почве (Weil & Brady, 2017).

3. Отчуждение растительных остатков (уборка соломы, сжигание стерни) — уменьшает поступление свежего органического вещества.

4. Интенсивная обработка почвы ускоряет минерализацию гумуса, особенно в тёплых, хорошо аэрируемых условиях.

5. Осушение переувлажнённых и торфяных почв — приводит к быстрой минерализации органического вещества, иногда с потерей до 2–3 см слоя торфа в год (Weil & Brady, 2017).

Последствия дегумификации

Ухудшение структуры — без цементирующих агентов, которыми являются гумусовые вещества, агрегаты не образуются.
Снижение ёмкости катионного обмена (ЕКО) — гумус несёт большой отрицательный заряд, его потеря резко снижает способность почвы удерживать основные катионы (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺).
Уменьшение влагоёмкости — органическое вещество способно удерживать до 20 раз больше воды по массе. Потеря 1% гумуса снижает доступную влагу примерно на 1,5–2 мм на каждые 10 см слоя.
Снижение буферности — почва хуже противостоит подкислению и химическому загрязнению.
Угнетение микрофлоры — снижение энергетического субстрата для почвенной биоты, падение биологической активности.

Важно подчеркнуть, что потеря гумуса запускает положительную обратную связь: чем меньше гумуса, тем хуже структура, тем легче эрозия, и тем быстрее уходит оставшийся гумус.

3.6. Загрязнение почв (поллюция)

Загрязнение почв — это привнесение в почву химических веществ (или изменение их концентрации), которое превышает способность почвы к их иммобилизации и трансформации и ведёт к негативным изменениям свойств, снижению плодородия и ухудшению качества продукции (Вальков и др., 2004; Scheffer и др., 2018).

К наиболее опасным типам загрязнения относят:

Тяжёлые металлы

Тяжёлые металлы (Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Hg, Cr и др.) накапливаются в почвах из промышленных выбросов, осадков сточных вод, минеральных удобрений (особенно фосфорных), пестицидов. Их опасность в том, что они не разлагаются, а лишь перераспределяются между формами. В почве они сорбируются на поверхности глинистых частиц, органического вещества, оксидов, образуют собственные минералы или находятся в обменной форме. При понижении pH многие из них (особенно Cd, Zn, Pb) становятся подвижными и поступают в растения (Eash и др., 2016; Weil & Brady, 2017). Многие тяжёлые металлы токсичны для растений и микроорганизмов, а также могут поступать в пищевые цепи и поражать животных и человека.

Органические загрязнители

К органическим загрязнителям относятся:

пестициды и гербициды (особенно устойчивые хлорорганические, например ДДТ, хотя многие из них запрещены);
полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — продукты неполного сгорания топлива;
полихлорированные бифенилы (ПХБ) и диоксины — крайне токсичные и стойкие соединения;
нефтепродукты и растворители (бензол, толуол и др.);
фармацевтические препараты (антибиотики, гормоны), поступающие с животноводческими стоками.

Судьба органических загрязнителей в почве зависит от их адсорбции (на гумусе и глинах), деградации (химической, фотохимической или микробной), летучести и водорастворимости. Некоторые из них очень устойчивы и могут сохраняться десятилетиями (Weil & Brady, 2017; Scheffer и др., 2018). Многие органические загрязнители токсичны, канцерогенны, мутагенны, нарушают эндокринную систему.

Загрязнение радионуклидами

Хотя радионуклиды присутствуют в почвах естественно (калий-40, радий-226, уран), антропогенные источники — аварии на АЭС (Чернобыль, Фукусима), ядерные испытания — создают локальные очаги повышенной радиоактивности (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹³¹I и др.). Эти изотопы могут включаться в биологический круговорот и представлять серьёзную опасность для здоровья человека (Weil & Brady, 2017; Вальков и др., 2004).

3.7. Взаимосвязь химической и физической деградации

Мы уже не раз упоминали, что химическая и физическая деградация неразрывно связаны. Это особенно наглядно видно на двух примерах:

1. Осолонцевание — чисто химический процесс (накопление обменного натрия) порождает мощные физические последствия: диспергацию, разрушение структуры, резкое ухудшение водопроницаемости, аэрации и фильтрации. В свою очередь, разрушенная структура препятствует промывке солей, закрепляя осолонцевание.

2. Потеря органического вещества — химический процесс (деградация и вынос гумуса) вызывает физическую деградацию: разрушение агрегатов, уплотнение, ослабление устойчивости к эрозии. А ухудшение физических свойств, в свою очередь, замедляет восстановление гумусового запаса.

Таким образом, химическая и физическая деградация образуют единый деградационный комплекс, где все процессы взаимосвязаны. Поэтому при разработке мер борьбы с деградацией нужно воздействовать одновременно на физические и химические факторы, учитывая их взаимовлияние.

4. Взаимосвязь процессов физической и химической деградации

4.1. Деградация как системный процесс

До сих пор мы рассматривали физическую и химическую деградацию по отдельности. Но в реальной почве эти процессы никогда не действуют изолированно. Они переплетены в единый деградационный комплекс, где каждый процесс усиливает другие, создавая положительные обратные связи. Это означает, что начавшись, деградация имеет тенденцию к самоускорению: чем сильнее разрушена почва, тем быстрее она разрушается дальше.

Именно поэтому деградацию следует понимать не как сумму отдельных процессов, а как системное явление, в котором физические и химические изменения взаимно обусловлены и поддерживают друг друга (Вальков и др., 2004; Weil & Brady, 2017).

В центре этого деградационного комплекса стоит органическое вещество — ключевой фактор, связывающий воедино физические и химические свойства почвы. Рассмотрим эту центральную роль подробнее.

4.2. Центральная роль органического вещества

Органическое вещество (гумус) — это не просто питательный резерв. Это структурообразующий агент, регулятор химических процессов и энергетическая основа биологической активности. Его потеря запускает цепь взаимосвязанных деградационных изменений.

Потеря органического вещества → разрушение структуры → уплотнение

Гумус склеивает минеральные частицы в агрегаты. При его снижении (дегумификации) агрегаты становятся хрупкими, теряют водопрочность. Под действием дождевых капель и механической обработки они разрушаются на отдельные частицы. Почва становится бесструктурной, что ведёт к:

уменьшению макропор и общей пористости,
повышению плотности,
снижению водопроницаемости (Eash и др., 2016; Weil & Brady, 2017).

Уплотнение → ухудшение аэрации → изменение химических процессов

Уплотнённая, бесструктурная почва имеет плохой газообмен. В ней:

снижается поступление кислорода к корням и микроорганизмам — дыхание корней и аэробная минерализация подавляются,
развиваются анаэробные условия в микрозонах, особенно во влажных агрегатах,
активизируются анаэробные процессы — денитрификация (потери азота в виде N₂ и N₂O), восстановление железа и марганца, образование фитотоксичных соединений.

Анаэробные условия сдвигают окислительно-восстановительный потенциал (Eh) в отрицательную сторону, что меняет формы и подвижность многих химических элементов (Fe, Mn, S). Это, в свою очередь, влияет на доступность питательных элементов и токсичность некоторых металлов (Weil & Brady, 2017).

4.3. Конкретные цепи взаимосвязей

Рассмотрим несколько характерных цепочек деградационных изменений.

Цепь 1: Потеря гумуса → разрушение структуры → эрозия → дальнейшая потеря гумуса

Это классическая положительная обратная связь. При распашке и длительном земледелии содержание гумуса снижается. Почва теряет агрегированность. Поверхностные агрегаты легче разрушаются под действием дождя, заплывают и образуют корку. Инфильтрация резко падает, сток возрастает. Водная эрозия смывает верхний, наиболее плодородный слой, вместе с ним уходит оставшийся гумус. Почва становится ещё более бедной и ещё более эрозионно-опасной. Каждый последующий цикл ускоряется.

Цепь 2: Уплотнение → подкисление → мобилизация алюминия → ухудшение физических свойств

Уплотнение ухудшает аэрацию и водопроницаемость, но может также способствовать подкислению (особенно в условиях аммонийного питания). При подкислении до pH < 5,5 ионы алюминия (Al³⁺) начинают доминировать на катионообменном комплексе. Высокий обменный алюминий оказывает токсическое действие на корни и микроорганизмы, а также может вступать во взаимодействие с глинистыми минералами, изменяя их заряд и усиливая диспергацию. Это сказывается на физических свойствах и ещё больше ухудшает условия для растений (Weil & Brady, 2017).

Цепь 3: Орошение → засоление → осолонцевание → разрушение структуры → резкое снижение фильтрации

При орошении даже не очень солёной водой (1–2 г/л) соли постепенно накапливаются в верхних слоях. Если в составе солей доминирует натрий и присутствует гидрокарбонат, начинается процесс осолонцевания: натрий вытесняет кальций и магний из поглощающего комплекса. Натрий вызывает диспергирование глинистых частиц, агрегаты разрушаются, структура исчезает. Почва становится почти водонепроницаемой. Промывка солей становится невозможной, засоление углубляется, почва полностью теряет продуктивность (Вальков и др., 2004; Weil & Brady, 2017).

Цепь 4: Загрязнение тяжёлыми металлами → угнетение биоты → ухудшение структуры → активизация подкисления

Тяжёлые металлы токсичны для микроорганизмов и растений. Снижение биологической активности ведёт к замедлению гумусообразования и ослаблению структурообразующих процессов. Кроме того, некоторые тяжёлые металлы (например, алюминий и железо) при окислении могут образовывать кислоты, что способствует подкислению. Подкисление, в свою очередь, увеличивает подвижность многих металлов, делая их ещё более токсичными (Scheffer и др., 2018; Weil & Brady, 2017).

4.4. Роль химических факторов в физическом состоянии почвы

Особо следует выделить два химических фактора, которые сильно влияют на физические свойства:

Тип обменных катионов

От того, какие катионы преобладают на поглощающем комплексе, зависит степень агрегированности почвы:

Ca²⁺ и Mg²⁺ способствуют флокуляции глинистых частиц и образованию устойчивых агрегатов. Почвы с высоким содержанием этих катионов (чернозёмы, каштановые почвы) имеют хорошую структуру.
Na⁺, напротив, вызывает дисперсию глинистых частиц, разрушение структуры и заплывание (Eash и др., 2016; Weil & Brady, 2017).

Это различие объясняется разной толщиной диффузного слоя (см. раздел 3.4). Чем больше доля натрия, тем хуже физические свойства, тем быстрее развивается физическая деградация.

pH почвы

pH влияет на многие физические свойства:

Чем выше pH (особенно > 8,5), тем более диспергированы глинистые частицы, особенно в присутствии натрия.
При pH > 9 органическое вещество может растворяться («чёрная щёлочь»), что снижает его структурообразующую роль.
При сильном подкислении (pH < 4) начинается разрушение алюмосиликатных минералов, что меняет гранулометрический состав и ухудшает агрегацию.

4.5. Пространственная неоднородность деградации

Важно понимать, что деградация не всегда затрагивает всю почву равномерно. В почвенном профиле могут формироваться «горячие точки» (hot spots) деградации, где отдельные процессы протекают особенно интенсивно:

Подпахотный уплотнённый горизонт (плужная подошва) — здесь физическая деградация локализована, но она блокирует водный и воздушный обмен между верхним и нижним горизонтами, усиливая деградацию во всём профиле.
Поверхностная корка — сосредоточена в верхних миллиметрах, но она кардинально меняет гидрологический режим всего верхнего слоя.
Осолонцованные пятна (солонцы, солончаки) — в пределах одного поля могут быть участки с сильной степенью осолонцевания и практически нормальные участки. Это создаёт пятнистость, мозаичность деградации.

4.6. Кумулятивный эффект: совокупное воздействие больше суммы отдельных процессов

Когда действуют одновременно несколько деградационных процессов, их совокупный эффект часто превышает простую сумму эффектов каждого в отдельности (синергизм). Например:

Подкисление + уплотнение одновременно подавляют корневую систему, что уменьшает поступление органических остатков в почву, снижая гумусонакопление и ухудшая структуру.
Засоление + загрязнение тяжёлыми металлами могут быть особенно токсичны для микрофлоры, так как соли повышают подвижность некоторых металлов.
Эрозия + дегумификация ускоряют друг друга: смыв верхнего слоя уносит гумус, а потеря гумуса ослабляет устойчивость к эрозии.

Таким образом, деградация — это не линейный, а нелинейный самоускоряющийся процесс. Чем больше факторов действует одновременно, тем быстрее снижается плодородие, и тем сложнее его восстановить.

4.7. Вывод по разделу: деградация как системный синдром

Мы видим, что физическая и химическая деградация не существуют по отдельности. Они образуют единый патологический синдром почвы, в котором:

1. Нарушение одного звена запускает весь комплекс. Например, потеря органического вещества — пусковой механизм для физической и химической деградации.

2. Процессы усиливают друг друга через положительные обратные связи.

3. Совокупный эффект больше суммы отдельных эффектов (синергизм).

4. Необратимость нарастает с каждой стадией.

Поэтому при разработке мер по охране почв нельзя ограничиваться отдельными мероприятиями (например, только известкованием или только структурой). Необходим системный подход, учитывающий все звенья деградационного комплекса. Только комплексное воздействие, направленное одновременно на улучшение физических, химических и биологических свойств, может остановить и обратить вспять деградацию.

5. Скорость деградации. Современные оценки

5.1. Почему скорость деградации критически важна?

Мы уже сформулировали ключевой вопрос всей лекции: почему почвы теряют свои свойства быстрее, чем формируются? Чтобы ответить на него количественно, нужно сравнить скорости двух встречных процессов — почвообразования и деградации. Именно это сравнение даёт нам понимание масштабов проблемы и её временных горизонтов.

В этом разделе мы рассмотрим:

скорость естественного почвообразования в разных условиях;
скорость основных деградационных процессов (эрозия, потеря гумуса, засоление, подкисление, уплотнение);
факторы, ускоряющие или замедляющие деградацию;
современные глобальные оценки темпов деградации.

5.2. Скорость почвообразования

Естественное почвообразование — это процесс формирования почвенного профиля из материнской породы под влиянием климата, организмов, рельефа и времени. Скорость этого процесса крайне вариабельна и зависит от множества факторов (Weil & Brady, 2017; Troeh & Thompson, 1993).

Оценки скорости почвообразования

Наиболее распространённая оценка: 0,5–2 см почвы за 100 лет. Это означает, что для формирования 20–30 см плодородного слоя (мощность пахотного горизонта) требуется от 1000 до 6000 лет (Troeh & Thompson, 1993; Weil & Brady, 2017).
В пересчёте на массу: 5–20 тонн на гектар в год (при средней плотности почвы около 1,3 г/см³). Эта цифра служит ориентиром для определения допустимых (толерантных) потерь почвы.
На карбонатных породах (известняках) и в тёплом влажном климате почвообразование может идти быстрее — до 1 см за 20–30 лет (например, в тропиках).
На кислых кристаллических породах (граниты, гнейсы) и в холодном климате — медленнее, до 1 см за 200–500 лет.

Важно подчеркнуть: скорость почвообразования не является постоянной величиной. Она максимальна на начальных стадиях, когда свежая порода активно выветривается, и замедляется по мере накопления почвенного профиля, который начинает служить защитным экраном (Troeh & Thompson, 1993).

Скорость формирования гумуса

Особенно медленно идёт накопление гумуса. В естественных условиях для увеличения содержания гумуса на 1% в верхнем 20-сантиметровом слое может потребоваться от 200 до 800 лет (в зависимости от климата и типа растительности). При этом в агроценозах потеря того же 1% гумуса может произойти за 5–20 лет.

5.3. Скорость деградационных процессов

Водная эрозия

Водная эрозия — один из самых быстрых деградационных процессов. Скорость смыва сильно варьирует в зависимости от климата, рельефа, почвы и землепользования:

Естественная (геологическая) эрозия в условиях ненарушенной растительности: 0,02–0,2 т/га в год (Weil & Brady, 2017; Troeh & Thompson, 1993). Это соответствует потере около 1 см почвы за 2000–5000 лет.
Ускоренная эрозия на пахотных землях: в среднем 5–15 т/га в год в США, 20–40 т/га в год в Европе, до 50–100 т/га в год в тропических регионах при интенсивном земледелии (Weil & Brady, 2017).
Экстремальные значения: на сильно эродируемых склонах при ливневых дождях потери могут достигать 100–200 т/га за один сезон, что соответствует потере 5–10 мм почвенного слоя за один год (Weil & Brady, 2017; Troeh & Thompson, 1993).

Средняя скорость водной эрозии на пашне в мире оценивается в 20–30 т/га в год. Это означает, что 1 см почвы теряется за 5–7 лет (Troeh & Thompson, 1993).

Ветровая эрозия

Ветровая эрозия особенно интенсивна в аридных и семиаридных регионах, а также на лёгких по гранулометрическому составу почвах:

На пахотных землях в засушливых регионах США потери от ветровой эрозии составляют в среднем 5–15 т/га в год, в отдельных районах (Нью-Мексико) — до 29 т/га в год (Weil & Brady, 2017).
В годы сильных засух и пыльных бурь потери могут достигать 50–100 т/га за одну бурю.
На осушенных торфяных почвах (в условиях ветровой эрозии) слой может терять 1–2 см в год.

Потеря органического вещества (дегумификация)

При распашке целинных земель:

В первые 20–40 лет после распашки содержание гумуса может снизиться на 30–50% от исходного уровня (Foth, 1990). В чернозёмах умеренного пояса это означает потерю 0,5–1,5 т/га гумуса в год (в пересчёте на углерод — 0,3–1,0 т C/га в год).
При эрозии темпы потери гумуса ещё выше: смываемый материал содержит в 2–5 раз больше органического вещества, чем исходная почва.

Засоление и осолонцевание

Эти процессы нарастают в течение нескольких лет после начала нерационального орошения:

Вторичное засоление может достигать критического уровня (ECₑ > 4 дСм/м) за 5–15 лет при орошении без дренажа.
При использовании вод с высокой минерализацией (2–3 г/л) процесс может занять 2–5 лет (Вальков и др., 2004; Weil & Brady, 2017).
Осолонцевание развивается медленнее, но также в пределах 10–30 лет, особенно на почвах с высоким содержанием натрия в оросительной воде.

Подкисление

Естественное подкисление длится тысячелетия. Антропогенное (под влиянием кислотных осадков и удобрений) происходит гораздо быстрее:

При применении физиологически кислых удобрений (аммиачная селитра, сульфат аммония, мочевина) pH может снизиться на 0,3–0,5 единицы за 5–10 лет.
В лесных почвах под влиянием кислотных осадков за 30–40 лет pH верхних горизонтов мог снизиться с 4,5–5,0 до 3,5–4,0 (Scheffer и др., 2018).

Уплотнение

Уплотнение развивается очень быстро — иногда за один сезон интенсивного использования тяжёлой техники:

Плотность почвы может увеличиться на 10–20% за несколько проходов по влажной почве.
Восстановление уплотнённого подпахотного горизонта (даже при благоприятных условиях) занимает 5–10 лет при отсутствии новых нагрузок, а иногда и дольше.

5.4. Современные глобальные оценки деградации

Масштабы деградации в мире

Согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO, 2011, 2015):

Около 25% (примерно 2 миллиарда гектаров) всех земель в мире подвержены той или иной форме деградации. Это территория, вдвое превышающая площадь России.
Ежегодно из сельскохозяйственного оборота выбывает 10–12 миллионов гектаров земель из-за деградации — это примерно 1% всех обрабатываемых земель в мире.
Деградация земель затрагивает более 1,5 миллиарда человек (почти 20% населения Земли), особенно в развивающихся странах.
Ежегодные экономические потери от деградации земель оцениваются в $40–100 млрд (Weil & Brady, 2017; FAO, 2011).

Основные виды деградации в мире

По данным различных международных оценок:

Эрозия (водная и ветровая) — 85% всей деградации почв (Weil & Brady, 2017; Вальков и др., 2004).
Химическая деградация (засоление, подкисление, загрязнение) — около 12%.
Физическая деградация (уплотнение, разрушение структуры) — около 3%.

Однако важно понимать, что эти цифры сильно различаются по регионам:

В Африке и Азии доминирует эрозия и дегумификация.
В Австралии и некоторых регионах Северной Америки — засоление.
В Европе — уплотнение и загрязнение (до 50% сельхозугодий в Европе подвержены уплотнению) (Scheffer и др., 2018).

Деградация в России

По данным российских исследований (Вальков и др., 2004; различные ведомственные оценки):

Около 40–50% сельскохозяйственных угодий в России в той или иной степени деградированы.
Основные процессы: водная эрозия (на юге и в Центральном Черноземье), ветровая эрозия (в степных и лесостепных районах), дегумификация (практически повсеместно), вторичное засоление (в районах орошаемого земледелия).
В чернозёмной зоне за последние 30–40 лет содержание гумуса снизилось на 15–25%.
Ежегодные потери гумуса на пашне России оцениваются в 30–50 млн тонн.

5.5. Факторы, определяющие скорость деградации

Скорость деградации определяется совокупностью природных и антропогенных факторов (Weil & Brady, 2017; Troeh & Thompson, 1993):

Природные факторы, ускоряющие деградацию:

Климат: интенсивные ливни, сильные ветры, засушливый или, наоборот, переувлажнённый климат.
Рельеф: крутые склоны, длинные склоны (усиливают эрозию).
Гранулометрический состав: супесчаные и суглинистые почвы — наиболее уязвимы к эрозии; глинистые — к уплотнению; песчаные — к ветровой эрозии и дегумификации.
Содержание гумуса и тип гумуса — чем меньше гумуса, тем слабее структура и быстрее идёт деградация.
Тип глинистых минералов: монтмориллонитовые глины более склонны к уплотнению и набуханию, каолинитовые — к эрозии.

Антропогенные факторы, ускоряющие деградацию:

Интенсивность обработки почвы — чем больше обработок, тем быстрее разрушается структура и теряется гумус.
Использование тяжёлой техники — прямое уплотнение.
Орошение без дренажа — засоление.
Применение высоких доз минеральных удобрений без учёта баланса — подкисление, загрязнение.
Монокультура и отсутствие севооборотов — обеднение почвы, ускорение дегумификации.
Недостаток органических удобрений и растительных остатков — замедление гумусонакопления.

5.6. Временные масштабы

Сравнение скоростей естественного почвообразования и антропогенной деградации даёт поразительные цифры (Troeh & Thompson, 1993; Weil & Brady, 2017):

Процесс	Скорость (ориентировочно)
Почвообразование	0,5–2 см за 100 лет (5–20 т/га·год)
Водная эрозия на пашне	5–40 т/га·год (средняя)
Ветровая эрозия на пашне	5–30 т/га·год
Потеря гумуса при распашке	0,3–1,0 т C/га·год
Подкисление (при удобрении)	pH снижается на 0,3–0,5 за 5–10 лет
Засоление (при поливе)	критический уровень за 5–15 лет
Уплотнение	10–20% увеличения плотности за 1 сезон

Таким образом, деградация протекает в 10–1000 раз быстрее, чем почвообразование.

Это ключевая цифра, определяющая наше отношение к почве как к ресурсу. При скорости эрозии 20–30 т/га·год 1 см почвы теряется за 3–5 лет. Для его восстановления в естественных условиях потребовалось бы 50–200 лет. Получается, что за одно человеческое поколение можно потерять то, что формировалось многие столетия.

5.7. Нелинейность деградации

Важно отметить, что деградация часто протекает нелинейно. На начальных стадиях она может быть медленной и почти незаметной. Однако по мере накопления изменений она может резко ускоряться, переходя через пороговые значения (Richter & Tugel, 2012).

Примеры таких порогов:

Эрозия: пока верхний гумусовый слой не смыт полностью, эрозия может быть умеренной. Но как только обнажается менее структурированный подстилающий горизонт, его эрозионная устойчивость может быть ниже, и скорость смыва резко возрастает.
Осолонцевание: пока доля обменного натрия не превысила 15%, структура может сохраняться. При превышении этого порога коллоиды диспергируются, структура разрушается почти мгновенно, и почва становится практически водонепроницаемой.
Подкисление: при pH выше 5,5 алюминий малоподвижен. При снижении pH ниже 5,0–5,5 начинается резкая мобилизация алюминия, токсичного для растений, что ведёт к быстрому ухудшению продуктивности.

Именно эта нелинейность делает деградацию особенно опасной: критические изменения могут произойти внезапно, когда запаздывающие индикаторы (например, визуальное состояние растений или урожайность) ещё не сигнализируют о приближении порога.

6. Обратимость процессов деградации

6.1. Введение: деградация как потеря времени

Мы подошли к самому важному и, пожалуй, самому тревожному вопросу всей лекции: можно ли остановить деградацию и восстановить плодородие утраченных почв?

Ответ на этот вопрос не является однозначным. Он зависит от того, какой именно процесс деградации произошёл, насколько глубоко он зашёл, и какие ресурсы (время, финансы, технологии) мы готовы вложить в восстановление. Одна из главных концепций современного почвоведения гласит: деградация — это не только потеря свойств почвы, но прежде всего потеря времени, которое потребовалось для их формирования (Richter & Tugel, 2012; Weil & Brady, 2017).

На протяжении этой лекции мы неоднократно подчёркивали, что почвообразование — это чрезвычайно медленный процесс, измеряемый столетиями и тысячелетиями. Деградация же может развиться за годы и даже месяцы. Поэтому при обсуждении обратимости мы должны всегда помнить о временных масштабах: что восстанавливается за 10–20 лет, а что — за 200–500 лет или вовсе не восстанавливается.

6.2. Концепция порогов и необратимости

Ключевая идея, помогающая понять обратимость, — это концепция порогов (thresholds) в деградации (Richter & Tugel, 2012; Weil & Brady, 2017). По аналогии с болезнью: на ранней стадии многие процессы обратимы; после перехода через определённый порог они становятся практически необратимыми или требуют огромных затрат.

Различают два типа порогов:

1. Физический порог: разрушение агрегатной структуры до такой степени, что они не могут самовосстановиться даже при прекращении нагрузки; вынос всего гумусового горизонта эрозией.

2. Химический порог: снижение pH до уровня, при котором начинается активное разрушение глинистых минералов; накопление обменного натрия выше 15% от ёмкости катионного обмена (ЕКО), что ведёт к диспергации коллоидов.

При переходе через порог меняются механизмы процессов: почва переходит в новое состояние, из которого вернуться в исходное без значительных внешних воздействий крайне трудно или невозможно (Richter & Tugel, 2012).

6.3. Обратимость основных процессов деградации

Рассмотрим каждый из основных деградационных процессов с точки зрения возможности восстановления.

Эрозия

Обратимость: крайне низкая. Практически необратима в масштабах человеческой жизни.

Эрозия — самый разрушительный и наименее обратимый процесс. Когда слой почвы смыт или сдут, его нельзя «вернуть» обратно естественным путём. Можно лишь:

Замедлить или остановить дальнейшую эрозию.
Восстановить плодородие на оставшейся почве путём внесения удобрений и органических веществ (но это не вернёт утраченную мощность профиля).
В исключительных случаях — провести рекультивацию (насыпку привозного плодородного слоя), но это чрезвычайно дорого и применимо лишь на небольших площадях.

По оценкам, 1 см почвы, утраченный эрозией, в естественных условиях восстанавливается за 100–400 лет (Weil & Brady, 2017; Troeh & Thompson, 1993). Поэтому на практике эрозию считают практически необратимым процессом в рамках человеческого поколения.

Потеря органического вещества (дегумификация)

Обратимость: умеренная, но требует длительного времени и систематических усилий.

Восстановление гумуса возможно, но требует:

Регулярного поступления органических остатков (сидераты, навоз, компосты, пожнивные остатки).
Минимизации обработки почвы (сохранение структуры, замедление минерализации).
Оптимизации севооборотов (включение многолетних трав).

В оптимальных условиях (умеренный климат, достаточное увлажнение, регулярное внесение органики) содержание гумуса может увеличиваться на 0,05–0,1% в год. Это означает, что для восстановления 1% гумуса (потерянного за 10–20 лет) может потребоваться 10–20 лет интенсивных мероприятий. Однако в засушливых условиях или на лёгких почвах этот процесс может занять 50–100 лет (Foth, 1990; Weil & Brady, 2017).

Уплотнение

Обратимость: умеренная на поверхности, низкая — в подпахотном горизонте.

Поверхностное уплотнение может быть снято за 2–5 лет при:

Отказе от тяжёлой техники или использовании шин низкого давления.
Внесении органических удобрений (стимулирует червей и структурообразование).
Глубоком рыхлении (чизелевание) (Eash и др., 2016; Scheffer и др., 2018).

Однако подпахотное уплотнение (плужная подошва) восстанавливается крайне медленно, так как оно находится вне зоны активного биогенного структурообразования. Даже после глубокого рыхления (40–50 см) восстановление естественной пористости может занять 5–15 лет, а при повторном воздействии — процесс может и вовсе не завершиться. Восстановление плотности до исходного уровня в тяжёлых глинистых почвах может длиться более 20 лет (Scheffer и др., 2018).

Подкисление

Обратимость: высокая, но требует регулярного известкования.

Подкисление — один из наиболее управляемых процессов. Внесение известковых материалов (CaCO₃, CaMg(CO₃)₂) быстро (в течение нескольких месяцев) нейтрализует кислотность и повышает pH. Однако:

Скорость восстановления зависит от буферной способности почвы. На лёгких песчаных почвах достаточно 1–2 т/га извести на 3–5 лет; на тяжёлых глинистых и гумусных почвах требуется 3–5 т/га и более (Eash и др., 2016; Weil & Brady, 2017).
Естественное восстановление (без известкования) при прекращении антропогенного воздействия происходит очень медленно (сотни лет) за счёт выветривания минералов и поступления оснований с атмосферными осадками.

Важно помнить: если подкисление привело к разрушению глинистых минералов и выносу оснований из всего профиля, то даже известкование не восстановит утраченную ёмкость катионного обмена (ЕКО) и структурное состояние — эти изменения необратимы в масштабах десятилетий (Weil & Brady, 2017).

Засоление

Обратимость: высокая на дренированных почвах; низкая — при отсутствии дренажа или в условиях высокого стояния минерализованных грунтовых вод.

Засоление обратимо при наличии хорошего дренажа и достаточного количества промывной воды (пресной или маломинерализованной). Процесс промывки солей (рассоление) может занять 1–3 сезона при достаточных нормах полива.

Однако восстановление сильно засолённых почв (ECₑ > 16 дСм/м) требует более длительного времени (5–10 лет) и значительных затрат воды. При отсутствии естественного дренажа или при высоком стоянии солёных грунтовых вод засоление становится необратимым (Weil & Brady, 2017; Вальков и др., 2004).

Осолонцевание

Обратимость: низкая; требует химической мелиорации (гипсования) и многолетних усилий.

Осолонцевание (накопление обменного натрия, ESP > 15%) — крайне сложный для восстановления процесс. Для его устранения необходимо:

Внесение гипса (CaSO₄) для вытеснения натрия.
Последующая промывка для удаления образующегося Na₂SO₄.
Восстановление структуры, разрушенной дисперсией.

Этот процесс требует нескольких лет (3–10 лет) и может быть проведён только на почвах с хорошим дренажем. При отсутствии дренажа или недостатке промывной воды осолонцевание практически необратимо (Weil & Brady, 2017; Вальков и др., 2004).

Загрязнение тяжёлыми металлами и органическими токсикантами

Обратимость: крайне низкая; в большинстве случаев необратима.

Тяжёлые металлы не разлагаются в почве. Единственный способ удаления — фиторемедиация (извлечение с помощью растений-гипераккумуляторов), но это очень медленный процесс (десятки лет) и применим только при умеренных уровнях загрязнения (Weil & Brady, 2017). Альтернатива — изоляция загрязнённого слоя (вывоз на свалку, покрытие чистым грунтом), что не является восстановлением, а лишь локализацией.

Органические загрязнители (ПАУ, ПХБ, пестициды) могут разлагаться микроорганизмами, но скорость разложения часто крайне низка (годы и десятилетия). Для некоторых стойких соединений (диоксины, некоторые ПХБ) естественное разложение практически отсутствует.

Таким образом, химическое загрязнение в большинстве случаев рассматривается как практически необратимая форма деградации.

6.4. Восстановление vs. рекультивация

Важно различать два понятия (Вальков и др., 2004; Richter & Tugel, 2012):

Восстановление (restoration) — возвращение почвы к исходному (или близкому к исходному) состоянию с полным набором функций. Это возможно только для обратимых процессов (подкисление, начальные стадии засоления, неглубокое уплотнение) и требует времени, измеряемого годами и десятилетиями.
Рекультивация (reclamation) — комплекс мероприятий по созданию новой почвы или замене утраченных свойств на нарушенных землях (карьеры, отвалы, эродированные земли). Это не возврат к исходному состоянию, а создание нового почвенного тела, часто менее плодородного и требующего постоянного поддержания.

Рекультивация может включать:

Селективную выемку и складирование гумусового горизонта до начала разработки (при добыче полезных ископаемых).
Насыпку плодородного слоя на восстановленную поверхность.
Внесение больших доз органических удобрений, извести, минеральных удобрений.
Посев многолетних трав для восстановления структуры.

Но даже при самых интенсивных рекультивационных работах полное восстановление исходного плодородия на сильно нарушенных землях невозможно в обозримой перспективе (Weil & Brady, 2017).

6.5. Управляемая обратимость: что может сделать человек?

Несмотря на пессимистичный тон предыдущих разделов, важно подчеркнуть: многие формы деградации могут быть остановлены, а некоторые — обращены вспять при правильном управлении.

Остановка деградации

Первая задача — прекратить дальнейшее ухудшение. Для этого необходимы:

Защита от эрозии (контурная вспашка, буферные полосы, минимальная обработка, сохранение растительного покрова).
Прекращение переуплотнения (использование шин низкого давления, ограничение проходов техники, обработка только при оптимальной влажности).
Прекращение подкисления (известкование в соответствии с потребностью).
Прекращение засоления (устройство дренажа, регулирование поливных норм).
Прекращение загрязнения (соблюдение природоохранных нормативов, замена токсичных пестицидов на менее опасные).

Восстановление плодородия (управляемое увеличение)

После остановки деградации возможны активные меры по повышению плодородия:

Процесс	Меры восстановления	Временной масштаб
Дегумификация	Внесение органических удобрений, сидерация, мульчирование, минимальная обработка	5–20 лет
Уплотнение поверхностное	Глубокое рыхление (чизель, культиватор), внесение органики, отказ от тяжёлой техники	3–10 лет
Подкисление	Известкование (CaCO₃, доломит)	1–3 года (эффект), повторение через 3–5 лет
Засоление (начальное)	Промывка водой, устройство дренажа	1–3 года
Осолонцевание (начальное)	Гипсование + промывка	3–10 лет

6.6. Примеры успешного восстановления

Восстановление гумуса в агроценозах

Многочисленные долгосрочные эксперименты (например, в Ротамстеде, Англия, и в США) показывают, что при систематическом внесении органических удобрений и использовании многолетних трав в севооборотах содержание гумуса можно увеличить на 0,5–1,0% за 20–30 лет (Foth, 1990; Weil & Brady, 2017). Однако достижение исходного уровня целинных чернозёмов (5–8% гумуса) при современном земледелии практически невозможно — слишком велика разница в поступлении органического вещества.

Восстановление структуры при переходе на минимальную обработку

В США и Западной Европе зафиксированы многочисленные примеры улучшения структуры почв при переходе на системы минимальной или нулевой обработки (No-Till). Через 5–10 лет после отказа от вспашки:

Увеличивается численность дождевых червей (в 2–5 раз).
Улучшается агрегация верхнего слоя.
Повышается водопроницаемость.
Снижается эрозия (Weil & Brady, 2017; Eash и др., 2016).

Однако восстановление структуры подпахотного горизонта при этом не происходит; он остаётся уплотнённым годами (Scheffer и др., 2018).

Восстановление засолённых почв

В ряде стран (Израиль, Египет, Калифорния) успешно осуществлено восстановление засолённых орошаемых земель путём строительства дренажных систем и промывки. Процесс занимает 2–5 лет и требует значительных затрат. Однако полное восстановление исходного уровня плодородия (особенно при вторичном осолонцевании) может занять 10–20 лет и более (Weil & Brady, 2017).

6.7. Временной аспект восстановления

Мы можем выделить три временных уровня обратимости деградации:

1. Быстрое восстановление (1–5 лет)

Устранение поверхностного уплотнения (рыхление).
Нейтрализация подкисления (известкование).
Снятие начального засоления (промывка).

2. Среднесрочное восстановление (5–20 лет)

Значительное повышение содержания гумуса.
Восстановление агрегатной структуры верхнего горизонта.
Рекультивация осолонцованных почв (гипсование).

3. Долгосрочное или необратимое (более 50–100 лет)

Восстановление мощности профиля, утраченного эрозией.
Восстановление подпахотного горизонта (плужная подошва).
Очистка от стойких загрязнителей (тяжёлые металлы, диоксины).

6.8. Вывод: управление временем

Таким образом, ключевой вывод относительно обратимости деградации заключается в следующем:

1. Чем раньше начаты меры по борьбе с деградацией, тем выше шансы на успешное восстановление. На ранних стадиях большинство процессов обратимы в пределах 5–20 лет.

2. Чем глубже зашла деградация, тем сложнее и дороже восстановление. После прохождения определённых порогов (утрата всего гумусового горизонта, разрушение структуры подпахотного слоя, критическое засоление) восстановление становится либо невозможным, либо экономически нецелесообразным.

3. Лучшая стратегия — предотвращение деградации (профилактика), а не её устранение. Как гласит старая почвоведческая мудрость: «Проще сохранить почву, чем восстановить её» (Troeh & Thompson, 1993).

4. Восстановление — это инвестиция в будущее, которая окупается через повышение урожайности, улучшение качества воды, снижение затрат на удобрения и мелиорацию, а также через сохранение биоразнообразия и устойчивости агроэкосистем.

6.9. Заключение к лекции

Мы прошли полный путь — от определения деградации до анализа её обратимости. Позвольте резюмировать главные идеи этой лекции:

1. Деградация почв — это системное ухудшение физических, химических и биологических свойств, ведущее к снижению плодородия и экологических функций почвы.

2. Физическая деградация (уплотнение, разрушение структуры, потеря пористости, эрозия) изменяет «скелет» почвы — её способность пропускать воду, воздух и обеспечивать рост корней.

3. Химическая деградация (подкисление, засоление, осолонцевание, потеря гумуса, загрязнение) изменяет химическую среду обитания растений и микроорганизмов, снижая доступность питательных элементов и создавая токсичные условия.

4. Физическая и химическая деградация неразрывно связаны в единый деградационный комплекс. Потеря гумуса разрушает структуру; уплотнение меняет химические процессы; засоление и осолонцевание разрушают агрегаты. Деградация — это самоускоряющийся процесс.

5. Скорость деградации (годы и десятилетия) в 10–1000 раз превышает скорость почвообразования (столетия и тысячелетия). Это главная причина того, что почва является практически невозобновляемым ресурсом в масштабах человеческой жизни.

6. Обратимость деградации сильно варьирует. Эрозия и глубокое загрязнение необратимы; уплотнение, подкисление и начальное засоление могут быть обращены при правильном управлении; дегумификация требует длительных и систематических усилий.

7. Главный вывод для практики: лучшая стратегия — предотвращение деградации, а не борьба с её последствиями. Любая инвестиция в сохранение почвы — это инвестиция в будущее продовольственной безопасности и экологической устойчивости.

6.10. Вопросы для самопроверки

Для закрепления материала предлагаю вам ответить на следующие вопросы:

1. Почему эрозия считается практически необратимым процессом? Какой временной масштаб необходим для восстановления 1 см почвы, утраченной эрозией?

2. Что такое «плужная подошва» и почему её восстановление сложнее, чем восстановление поверхностного слоя?

3. В чём разница между засолением и осолонцеванием? Какой из этих процессов легче поддаётся обратному развитию и почему?

4. Какие процессы деградации (из рассмотренных) можно считать обратимыми в пределах 5–10 лет при правильном управлении?

5. Почему потеря гумуса считается центральным звеном деградационного комплекса? Объясните на примере одной из цепочек взаимосвязей.

6. Что такое порог (threshold) в деградации? Приведите примеры физического и химического порога.

Список источников

Anand, R., Germon, J., Groffman, P.M., Norton, J.M., Philippot, L., Prosser, J.I., Schimel, J.P. (2012). ‘Nitrogen Transformations’, in Huang, P.Ming., Li, Y., Sumner, M.E. (ed.) Handbook of Soil Sciences Properties and Processes. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 27-1:27-53.
Bloom, P.R., Skyllberg, U. (2012). ‘Soil pH and pH Buffering’, in Huang, P.Ming., Li, Y., Sumner, M.E. (ed.) Handbook of Soil Sciences Properties and Processes. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 19-1:19-14.
Eash, N.S., Sauer, T.J., O'Dell, D., Odoi, E. (2016). ‘Soil Chemical Properties’, in Soil Science Simplified. New Jersey: Wiley Blackwell, ch. 5.
Eash, N.S., Sauer, T.J., O'Dell, D., Odoi, E. (2016). ‘Soil Conservation and the Environment’, in Soil Science Simplified. New Jersey: Wiley Blackwell, ch. 10.
Eash, N.S., Sauer, T.J., O'Dell, D., Odoi, E. (2016). ‘Soil Management’, in Soil Science Simplified. New Jersey: Wiley Blackwell, ch. 9.
Eash, N.S., Sauer, T.J., O'Dell, D., Odoi, E. (2016). ‘Soil Physical Properties’, in Soil Science Simplified. New Jersey: Wiley Blackwell, ch. 3.
Foth, H.D. (1990). ‘Micronutrients and Toxic Elements’, in Fundamentals of Soil Science. New York: John Wiley & Sons, pp. 210-220.
Foth, H.D. (1990). ‘Soil Chemistry’, in Fundamentals of Soil Science. New York: John Wiley & Sons, pp. 164-185.
Foth, H.D. (1990). ‘Soil Erosion’, in Fundamentals of Soil Science. New York: John Wiley & Sons, pp. 100-114.
Foth, H.D. (1990). ‘Soil Organic Matter’, in Fundamentals of Soil Science. New York: John Wiley & Sons, pp. 133-147.
Foth, H.D. (1990). ‘Soil Water Management’, in Fundamentals of Soil Science. New York: John Wiley & Sons, pp. 73-99.
Foth, H.D., Ellis, B.G. (1997). ‘Micronutrients’, in Soil Fertility. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 195-216.
Richter, D.deB. Jr., Tugel, A.J. (2012). ‘Soil Change in the Anthropocene: Bridging Pedology, Land Use and Soil Management’, in Huang, P.Ming., Li, Y., Sumner, M.E. (ed.) Handbook of Soil Sciences Properties and Processes. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 38-1:38-15.
Scheffer, F., Schachtschabel, P. (2018). ‘Gefährdung der Bodenfunktionen’, in Amelung, W., Blume, H., Fleige, H., Horn, R., Kandeler, E., Kögel-Knabner, I., Kretzschmar, R., Stahr, K., Wilke, B. (ed.) Scheffer Schachtschabel Lehrbuch der Bodenkunde. Deutschland: Springer-Verlag, pp. 583-686.
Troeh, F.R., Thompson, L.M. (1993). ‘Soil Erosion and Its Control’, in Soil and Soil Fertility. New York, NY: Oxford University Press, pp. 373-400.
Turk, J.K., Chadwick, O.A., Graham, R.C. (2012). ‘Pedogenic Processes’, in Huang, P.Ming., Li, Y., Sumner, M.E. (ed.) Handbook of Soil Sciences Properties and Processes. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 30-1:30-29.
Weil, R.R., Brady, N.C. (2017). ‘Soil Erosion and Its Control’, in The Nature and Properties of Soils. Essex, UK: Pearson Education, pp. 836-896.
Weil, R.R., Brady, N.C. (2017). ‘Soils and Chemical Pollution’, in The Nature and Properties of Soils. Essex, UK: Pearson Education, pp. 897-953.
Weil, R.R., Brady, N.C. (2017). ‘Soils of Dry Regions: Alkalinity, Salinity, and Sodicity’, in The Nature and Properties of Soils. Essex, UK: Pearson Education, pp. 438-481.
Вальков, В.Ф., Казеев, К.Ш., Колесников, С.И. (2004). ‘Плодородие, рациональное использование и охрана почв [Fertility, rational use and protection of soils]’, in Почвоведение [Soil science]. Москва - Ростов-на-Дону: МарТ, pp. 435-490.