Глава 4. Оценка степени деградации почв

4.1. Основные понятия и термины

Деградация почв представляет собой совокупность процессов, приводящих к изменению функций почвы как элемента природной сре­ды, количественному и качественному ухудшению ее свойств и режи­мов, снижению природно-хозяйственной значимости земель. При этом под природно-хозяйственной значимостью понимается качество земель, лимитирующее характер и эффективность их хозяйственного использо­вания, участия почвенного покрова в обеспечении функционирования экосистем (в том числе и агроэкосистем) и существования природных ландшафтов.

Деградация земель (почв) может быть вызвана и химическим за­грязнением, т.е. изменением химического состава почв под воздействием промышленности, сельского хозяйства, бытовой и иной деятельности человека, что также приводит к снижению качества земель и плодородия почв.

Таким образом, ухудшение свойств почвы как среды обитания биоты в результате воздействия природных или антропогенных факторов называется деградацией, а почвы, в которых негативные процессы при­родного или антропогенного характера привели к снижению продуктив­ности растительной продукции или ее качества, называют деградиро­ванными.

Под степенью деградации почв и земель в целом понимается ха­рактеристика их состояния, отражающая ухудшение качества их состава и свойств. Крайней степенью деградации является уничтожение почвен­ного покрова.

Степень деградации почв и земель для каждого из выделенных ви­дов деградации характеризуется (в баллах) следующими уровнями:

0 - недеградированные почвы, продуктивность которых соответст­вует естественному плодородию (возможные отклонения в неблагопри­ятную сторону до 5%);

1 - слабодеградированные почвы, возможное снижение продуктивности которых не превышает 25%;

2 - среднедеградированные почвы с падением продуктивности на
25-50%;

3 - сильнодеградированные почвы, снижение продуктивности ко­торых составляет 50-75%;

4 - очень сильно деградированные почвы, снижение продуктивно­сти которых достигает 75% и более.

4.2. Методология определения степени деградации

В качестве критериев деградации почв, как правило, применяются не абсолютные значения показателей, а их изменение (кратность) по от­ношению к исходному или принимаемому за контроль состоянию почвы. За норму или эталон почвы при определении степени ее деградации может быть использована однотипная условно ненарушенная почва или данные предшествующих исследований. Предлагаемая ниже группиров­ка показателей унифицирована, не учитывает типовых особенностей почв и предназначена, в первую очередь, для принятия административ­ных решений по использованию земель.

Определение уровня загрязнения земель химическими веществами проводится на основании показателей, которые используются и в каче­стве градаций при картографировании загрязненных почв и земель (Приложение 5).

Сельскохозяйственные угодья 3-ей и 4-й степени деградации с сильноэродированными, сильнозасоленными, сильнозаболоченными почвами, подверженные опустыниванию, имеющие просадки поверхно­сти вследствие добычи полезных ископаемых, когда использование зе­мель с указанными признаками деградации по целевому назначению приводит к дальнейшему развитию негативных процессов, ухудшению состояния почв и экологической обстановки, а также земли, загрязнен­ные выше 5-го (в обязательном порядке) и выше 4-го уровней (в отдель­ных случаях по заключению специалистов), подлежат консервации.

Подготовку материалов по консервации земель осуществляют ор­ганы Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, Комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству с участием Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ и Государст­венного комитета санитарно-эпидемиологического надзора Российской Федерации.

В качестве характеристики скорости деградации почв используют величину периода деградации, т.е. гипотетическое время (в годах), за которое анализируемая почва пройдет по рассматриваемому показателю путь от нулевой (0) до четвертой (4) степени деградации. Таким обра­зом, период деградации есть величина, обратная скорости деградации.

Величина периода деградации может иметь отрицательное значе­ние. В таком случае речь идет не о деградации, а об улучшении почвы по рассматриваемому показателю.

При наличии нескольких факторов деградации почв установление ее степени проводится по каждому из наблюдаемых факторов.

Если деградация почвы характеризуется увеличением значения по­казателя (плотность почвы, количество патогенных организмов, содержание тяжелых металлов и т.д.), то период деградации рассчитывается по формуле:

Тd = [ (Х_mах - Х₀) х ДТ ] / (X₁- Х₀), где

Х_mах - значение показателя, соответствующего 4-му баллу деградации;

ДТ - временной промежуток между двумя обследованиями

(в годах);

X₁ - значение критерия деградации почвы при текущем обследовании;

Хо - предыдущее значение критерия деградации почвы.

В случае, когда деградация почвы характеризуется уменьшением значения показателя (содержание элементов питания, мощность органо­генного горизонта и т.д.), период деградации определяется следующим образом:

Тd = [(Х₀ - X _min) х АТ] / (Х₀ – X₁), где (12)

Xmin - значение показателя, соответствующее 4-му баллу деградации.

Если при определении химического загрязнения уровень содержа­ния элемента в незагрязненной почве равен 0 (например, нефтепродук­тов), то можно пользоваться следующей формулой:

Т_d = Х_mах х АТ / X₁ -Х₀, (год) (13)

В итоговой оценке степени деградации учитываются:

- процесс, имеющий наибольшую скорость деградации;

- балл степени нарушенности почвы;

- период деградации.

Пример итоговой оценки степени деградации почвы:

а) физическое уплотнение - З²⁰; химическое загрязнение - 2⁵

Сильнодеградированная почва с тенденцией увеличения плот­ности. Период деградации по этому показателю составляет 20 лет. По химическому загрязнению почва среднедеградированная, но оно прогрессирует так быстро (период деградации по этому показателю составляет 5 лет), что через 1-3 года степень химической деградации будет сравнима с физической и потому уже сейчас необходима разработка системы мероприятий по предотвращению поступления в почву токсич­ных веществ.

б) химическое загрязнение – З^-5; физическое уплотнение - 2⁵.

Данная почва является сильнодеградированной из-за химического загрязнения. По физическому загрязнению она относится к сренедеградированной. Однако период деградации по ее химическому за­грязнению равен минус 5 лет, что свидетельствует об ее улучшении за последний период наблюдений, в связи с чем основное внимание нужно уделить ликвидации причин и последствий интенсивно протекающих в почве процессов физической деградации.

Примеры расчета периода и степени деградации почв Задача 1,

Оценить степень и период деградации участка сельскохозяйствен­ных угодий, находящегося в пределах городской черты. Тип почвы - се­рая лесная среднесуглинистая. Время действия основных деградационных процессов -15 лет.

Показатели состояния обследуемой, а также фоновой (ненарушен­ной) почвы представлены в таблицах 5.1 и 5.2.

Таблица 4.1 Показатели состояния обследуемой почвы

 

Плот­ность, г/см3	Содержание тяжелых металлов (вал), мг/кг
Рb	Cd	Zn	Сu	Ni	Сг
1,25	68,7	1,84	29,5	13,5	16,2	11,5

Таблица 4.2

Показатели состояния фоновой почвы

 

 

Плот­ность, г/см3	Содержание тяжелых металлов (вал), мг/кг
Рb	Cd	Zn	Сu	Ni	Сг
1,20	12,5	0,30	15,5	8,0	12,6	8,1

 

Сравнивая полученные результаты с фоновыми, можно отметить, что произошло увеличение плотности обследуемой почвы (физическая деградация) и содержания тяжелых металлов (химическая деградация).

1) Определим степень и период физической деградаци

Кратность увеличения плотности почвы составляет 1,25/1,2 = 1,04, что соответствует 0 баллу деградации.

Однако при сохранении тенденции увеличения плотности, через некоторое время почва вероятно перейдет в разряд деградированных, поэтому рассчитаем период деградации:

Та = [(х_mах - х₀) х АТ] / (х₁ - х₀)

Х_mах= 1,20x1,4 = 1,68

х₀=1,20

х₁ = 1,25

АТ=15

Та = [(1,68 - 1,20) х 15] / (1,25 - 1,20) = 147 лет

Таким образом, физическая деградация почвы может быть обозна­чена О¹⁴⁷, то есть почва, в настоящий момент имеющая нулевой балл де­градации, через 147 лет при сохранении данной тенденции достигнет 4-го балла деградации.

2) Определим степень и период химической деградации

К металлам первой группы токсичности относятся свинец и кад­мий. ОДК по свинцу для данной почвы составляет 65 мг/кг, ОДК по кадмию - 1,0 мг/кг. Тогда кратность превышения фактического содер­жания над ОДК составит:

- по свинцу 68,7/65,0 = 1,06 (1-я степень деградации);

- по кадмию 1,84/1,0 = 1,84 (1-я степень деградации).
Аналогично определяем степень деградации для металлов второй

группы токсичности:

()ДК_Zn =110 мг/кг, кратность превышения 29,5/1 10 = 0,27;

ОДК_Сu ⁼ 66 мг/кг, кратность превышения 13,5/66 = 0,20;

ОДК_Ni = 40 мг/кг, кратность превышения 16,2/40 = 0,41;

ПДК_Cr = 90 мг/кг, кратность превышения 1 1,5/90 = 0,13.

Балл деградации по всем элементам – 0.

Определим период деградации по этим элементам, используя ра­нее приведенную формулу (12):

Td = [(Хmах ~ Х₀) X ДТ] / (X₁ - Х₀)

а) по свинцу

х_mах = 65,0x5 = 325

_Хо = 12,5

X₁ = 68,7

ДТ=15

Т_d = [(325 - 12,5) х 15] / (68,7 - 12,5) = 83,6 года

Таким образом, почва за 83,6 года из недеградированной (12,5 мг/кг свинца в почве) перейдет в разряд очень сильно деградированной (выше 325 мг/кг свинца в почве). Однако в настоящий момент времени почва уже имеет первую степень деградации, на что ушло 15 лет. Следо­вательно, из состояния, характерного для почвы в настоящий момент времени, до момента перехода ее в очень сильно деградированное со­стояние уйдет 68,6 лет. в) по кадмию

Х_mах =1,0x5 = 5,0

х₀ = 0,30

X₁ = 1,84

ДТ=15

Т_d = [(5,0 - 0,30) х 15] / (1,84 - 0,30) = 45,8 года

Химическая деградация почвы по кадмию слабая, период деграда­ции - 45,8 года. Время, за которое почва из слабодеградированной ста­нет очень сильно деградированной, составляет 30,8 года, в) по цинку, меди, никелю, хрому

TdZn = [(2200 - 15,5) х 1.5] / (29,5 - 15,5) = 152 года

ТdCu = [(1320 - 8,0) х 15] / (13,5 - 8,0) = 3578 лет

ТdNi = [(800 - 2,6) х 15] / (16,2 - 12,6) = 3280 лет

ТdCr = [(1800 - 8,1) х 15] / (11,5 - 8,1) = 7905 лет

При расчете периода деградации в качестве критического уровня деградации можно принять предельно допустимое значение содержания тяжелого металла в почве.

В таком случае период, за который почва превысит данное содер­жание по цинку, составит:

Та а, = [(100 - 29,5) х 15] / (29,5 - 15,5) = 86 лет Таким образом, через 86 лет почва при сохранении имеющихся тенденций достигнет ПДК по данному элементу.

Произведенные расчеты свидетельствуют, что в данный момент времени почва является слабодеградированной по содержанию свинца и кадмия (химическая деградация). При сохранении имеющихся тенден­ций она перейдет в разряд сильнодеградированной через 68,6 лет по свинцу и через 30,8 лет по кадмию.

В данном примере степень деградации обследуемой почвы опреде­лялась по отношению к фоновой (ненарушенной почве). Этот метод имеет следующие недостатки:

- по ряду показателей сложно корректно подобрать фоновую поч­ву;

- могут возникнуть затруднения при определении времени дейст­вия деградационных процессов.

Задача 2.

Оценить степень и период деградации участка сельскохозяйствен­ных угодий. Тип почвы - серая лесная легкосуглинистая. Показатели пи­тательного режима почв представлены в таблице 5.3. Между двумя ту­рами обследований прошло 10 лет.

Таблица 4.3 Показатели состояния почвы между двумя турами обследования

 

 

 

тур обследования	Гумус, %	Биогенные элементы (вал), %
Р205	К2О
	2,5	0,185	1,550
2	1,9	0,137	1,210

Сравнивая результаты двух туров обследования, следует отметить, что произошло ухудшение питательных свойств почв: снизилось содержание гумуса и биогенных элементов (химическая деградация).

1) Определим степень и период деградации по содержанию гумуса Кратность снижения содержания гумуса составила 2,5/1,9 = 1,31 - т.е. 1-я степень деградации.

Тd = [(Хо - Xmin) X ДТ] / (Хо – Х₁)

Х_min = 2,5/2 ==1,25

х₀ = 2,5

X₁ = 1,9

ДТ=10

Т_d = [(2,5 - 1,25) х 10] / (2,5 - 1,9) = 20,8 лет

Химическая деградация почвы по гумусу может быть обозначена 1^20,8. При сохранении имеющейся тенденции уже через 10,8 лет почва перейдет в разряд очень сильно деградированной.