Определение деградации и общие принципы ее оценки

Лекция «Взаимосвязь деградации почв и других компонентов биогеоценозов и агрофитоценозов».

Процессы деградации почв и земель и устойчивость у ним

Определение деградации и общие принципы ее оценки

Деградация, в широком смысле слова, определяется, как совокупность процессов, ухудшающих плодородие почв, в более узком – как процессы разрушения структуры, потери гумуса, обменных оснований, сокращения обеспеченности доступными элементами питания. С точки зрения экологии, это дополнительно сокращение экологических функций почв. Кирюшин В.И. (1996) отмечает, что под деградацией почв следует понимать устойчивое ухудшение их свойств и связанное и ним сокращение или утрату экологических и производственных функций.

По Хитрову Н.Б. (1998), деградация почв – это вызванный человеком процесс ухудшения и/или утраты свойств и качества почвы (в пределах элементарного почвенного ареала) результат которого способствует увеличению затрат различного рода ресурсов для достижения ранее полученного количества и качества продукции и/или увеличению ограничений на дальнейшую деятельность человека.

С нашей точки зрения, деградация почв – это ухудшение ее функциональных свойств, процессов и режимов, обусловленное как естественными, так и антропогенными факторами почвообразования. Так как существует многофункциональное использование почв, то и деградация почв может проявляться в ухудшении одной из функций почв при относительно благополучной реализации других функций почв. Для почвы, как средства сельскохозяйственного производства, наиболее важны такие функции почв, как производственная (производительная способность почв в отношении получения высоких урожаев отдельных с/х культур хорошего качества); экологическая и собственно почвенная, обусловленная сохранением прогрессивного развития плодородия почв.

Развитие компонентов экосистемы и всей системы в целом предполагает постоянную, точную подстройку функционирования системы, ее взаимосвязей, структуры и вещественного состава к изменяющимся внешним условиям и антропогенным нагрузкам. С точки зрения энергоэнтропики, прогрессивно развивающиеся системы характеризуются накоплением свободной и внутренней энергии, уменьшением энтропии, увеличением надежности и долговечности. Деградация почв приводит к противоположным тенденциям.

Термодинамический анализ устойчивости почвенных систем основывается на следующих положениях: 1) для почвенной системы наиболее вероятен рост оттока энтропии при одновременном увеличении свободной энергии, благодаря аккумуляции гумуса и глинистых составляющих; 2) рост свободной энергии с одновременным уменьшением энтропии внутри системы может быть только в результате дополнительного притока энергии в систему; 3) поведение системы, близкой к равновесной, описывается в рамках линейной термодинамики. В тех случаях, когда невозможно возникновение динамического порядка, используется теория Пригожина; 4) в диссинативной системе возникает динамическая упорядоченность, критерием возникновения которой является невыполнение условий устойчивости (Хабиров И.К., 1999). При этом исследование устойчивости почвы в рамках классической термодинамики возможно лишь для равновесных состояний (Лампрехт, Зотин, 1984; Шрединтер, 1947; Ковда, 1973). Почва представляет собой сложную, термодинамически открытую гетерогенную и многофазную систему, для которой характерны фазовые переходы I и II рода. Изменение энтропии системы почвы равно сумме потоков энтропии из среды d_iS и продукции энтропии внутри среды d_jS: dS = d_iS + d_jS (Пригожин, 1960; де Гроот и Мазур, 1964; Волькенштейн, 1981).

Для неравновесных структур применим принцип начального равновесия. В этом случае условием устойчивости стационарного состояния является:

ΣδI_j ^. δX_j ≥ 0, т.е. в неравновесной системе любые из подсистем находятся в состоянии равновесия, потоки I и силы Х отсутствуют, продукция энтропии также равна нулю (Хабиров И.К., 1999). Поведение системы гумусовых, азоторганических и других веществ на всех уровнях почвообразования определяется нелинейными обратными связями, а в далекой от равновесия почвенной системе протекают необратимые нелинейные процессы (рис. 11) (Преснов, 1988; Onsager, 1931; Михайловский, 1978; Рубин, 1976; Пригожин, 1947).

Изучая устойчивость состояния почвенной системы, далекой от равновесия, можно констатировать, что за счет обмена со средой повышается запас энергии, величина d_jS достигает большого значения (продукция энтропии внутри среды). За счет этого обеспечивается высокий энергетический уровень в неравновесной почвенной системе, и, конечном итоге, создается тот запас прочности, который характерен для почвы (Рубин, 1976).

Хабиров И.К. (1999), Давлетшина М.Р. (2003) показали, что для почвенной системы наиболее вероятен рост оттока энтропии при увеличении свободной энергии, как следствия аккумуляции гумуса. Однако выход почвенной системы за пределы устойчивости ведет к возникновению дессипативных структур. При этом процессы гумусообразования, гумусонакопления и трансформации гумуса носили нелинейный характер и описывались отрицательными обратными связями. Снижение показателей плодородия происходило скачкообразно при плавном изменении внешних условий.

Деградация почв зависит от внешних воздействующих факторов, природных и антропогенных факторов, буферных свойств почв. Действие на почву внешних факторов обусловлено интенсивностью их влияния, продолжительностью действия, мощностью воздействия, градиентом, закономерным изменением указанных параметров во времени и в пространстве. Деградация почв зависит от внешних воздействующих на почву природных и антропогенных факторов и буферных свойств почв.

Развитие почв и агрофитоценозов протекает при совместном влиянии на них воздушных и водных мигрантов, различных физических полей, в том числе недр Земли и Космоса, полей антропогенного происхождения. Взаимовлияние этих полей обусловливает силовые линии миграции элементов, энергии и информации (они определяются векторами и скалярными величинами миграции под влиянием совокупности различных физических полей). В свою очередь, направление силовых линий различных физических полей в агрофитоценозах зависит от строения земной коры, литологии, гидрологии и гидрографии, геоморфологии данного района, почвенного и напочвенного покрова. В пределах буферной емкости системы воздействие на систему любого физического поля компенсируется адекватным изменением кода других физических полей.

При этом устойчивость к деградации одних компонентов экологической системы определяет устойчивость к деградации и других компонентов. Устойчивость к деградации одних параметров почв влияет на устойчивость к деградации и других параметров почв и почвы, в целом. Устойчивость почв к деградации под влиянием разных внешних воздействий неодинакова. Почвы чаще устойчивы к одному виду деградации, но неустойчивы к другому, устойчивы к внешнему воздействию при одних его интенсивностях, но неустойчивы к деградации при других интенсивностях внешнего фактора.

В конечном итоге, деградация наступает при превышении буферной емкости ландшафтов и почв по степени распашки территории, ее застройки, использования для технических нужд и, в целом, по уровню антропогенных воздействий веществом и энергией. Деградация наступает при превышении допустимого уровня степени открытости системы почва-растение, допустимого порога механического воздействия, доз удобрений и ядохимикатов, биопродуктивности, допустимых пределов минерализации гумуса, отчуждения элементов питания, миграции элементов, накопления натрия, водорастворимых солей, тяжелых металлов и т.д.