Что такое эрозия почвы и как ядерные технологии помогают ее обнаружить и предотвратить

Эрозия почвы является естественным процессом и происходит на всех континентах, однако деятельность человека значительно ускоряет ее. Чаще всего эрозия почвы происходит на склонах. Она может быть вызвана естественными факторами, в том числе ветром, сильными дождями или таянием снега в северных странах. Тем не менее, деятельность человека, к примеру вырубка лесов или неправильное управление земельными ресурсами, может ускорять этот процесс в два-три раза.

Эрозия приводит к исчезновению плодородного верхнего слоя почвы, а это, наряду с утратой содержащихся в ней питательных веществ и минералов, представляет угрозу для сельскохозяйственного производства, продовольственной безопасности и окружающей среды (преимущественно водных ресурсов). Почва является источником до 95% всей сельскохозяйственной продукции, поэтому ее качество и доступность влияют на качество и количество нашей пищи. В настоящее время примерно четверть всего населения планеты зависит от пищи, произведенной на землях, подвергшихся деградации. С каждым годом темпы деградации увеличиваются, что приводит к ежегодной потере миллионов гектаров почвы во всем мире.

Почва, подвергшаяся эрозии, также влияет на качество воды и жизнедеятельность водной фауны и флоры. Она может осыпаться или смываться в водоемы (такие как реки и озера), засоряя их и способствуя накоплению в воде питательных веществ, вымываемых с полей, что ведет к чрезмерному разрастанию водорослей. Это ставит под угрозу качество воды и нарушает условия существования водной фауны и флоры. Даже в более крупных водоемах, таких как моря и океаны, осадочные отложения могут накапливаться в больших количествах, замутняя близлежащие воды и снижая их прозрачность, что еще сильнее нарушает устойчивость водных экосистем и часто приводит к гибели водных растений и животных.

Другие последствия эрозии почв включают нарушение экосистемных функций, повышение риска оползней и наводнений, утрату биоразнообразия, повреждение городской инфраструктуры и в тяжелых случаях, перемещение населения.

Эродированная почва может не восстанавливаться в течение множества лет, поэтому важно правильно оценить масштабы эрозии и количество утраченной почвы, а также оптимизировать управление земельными ресурсами и внедрить почвозащитные меры. Именно в этом и могут помочь ядерные методы. Для борьбы с эрозией почв чаще всего используются метод измерения РНВ и КССИ-анализ. Метод измерения РНВ позволяет определить степень эрозии и количество утраченной почвы, а КССИ-анализ — выявить участки, наиболее подверженные эрозии.

На основе полученных данных могут быть реализованы почвозащитные меры, такие как террасирование, контурное и полосное земледелие, минимальная пахота, беспахотная обработка почвы, мульчирование, использование покровных культур, эрозионных гребней и борозд. Ознакомьтесь с примерами нашей работы на Мадагаскаре и в Уганде.

РНВ можно обнаружить по всему миру, самым распространенным из них является цезий-137 (Cs-137). Наибольшая его часть была выброшена в атмосферу во время испытаний ядерного оружия в 1950-1960-х годах, он постепенно выпадал на землю вместе с дождем и впитывался в верхний слой почвы.

Концентрация РНВ в почве незначительна и безвредна для человека. Тем не менее, с помощью гамма-спектрометрии ее можно замерить и использовать для оценки темпов и масштабов эрозии. Когда верхний слой почвы подвергается эрозии, концентрация Cs-137 на участке снижается, а там, куда в результате смещается почва, концентрация Cs-137 увеличивается. Отслеживание перераспределения РНВ позволяет экспертам точно определить, какое количество почвы сместилось и отложилось в другом месте. Кроме того, для анализа данных необходимо выбрать еще один участок, который не подвергался воздействию эрозии или отложению эродированной почвы. Этот контрольный участок, где содержание РНВ менялось только за счет радиоактивного распада, представляет собой стандартные условия в этой местности и используется в сравнительных целях. Затем содержание РНВ на участке, подвергшемся эрозии и участке, куда сместилась эродированная почва сравнивают с контрольным участком для расчета количества почвы, подвергшейся эрозии или отложившейся в новом месте.

Помимо Cs-137, для отслеживания эрозии почв также используются два других радионуклида, содержащихся в выпадениях: свинец-210 (Pb-210) и бериллий-7 (Be-7).

Использование РНВ для отслеживания эрозии почв удобнее, дешевле и менее трудоемко по сравнению с традиционными методами, такими как измерение смещения почвы по объемным параметрам или измерение перемещения отложений в пространственном масштабе на земельных участках разного размера. Метод измерения РНВ особенно полезен при изучении влияния разных видов землепользования на темп эрозии и эффективность различных почвозащитных мер. Эта информация необходима для разработки стратегий, выбора наиболее подходящих мер и реализации программ по сохранению почв.

Метод измерения РНВ охватывает многие, но не все аспекты отслеживания и анализа эрозии почв. По этой причине при определении происхождения отложений и очагов эрозии на больших территориях, например  водоразделах, используется анализ компонентно-специфических стабильных изотопов (КССИ-анализ). Он был разработан специально для этих целей.

КССИ-анализ позволяет измерить содержание стабильного изотопа углерода-13 (С-13) для определения различных источников органического вещества почвы. Это возможно благодаря тому, что каждое растение имеет свою собственную сигнатуру C-13, которая сохраняется в почве при распаде растительных тканей. Это позволяет идентифицировать экосистемы и виды землепользования, которые влияют на органическое вещество почвы. Для проведения анализа C-13 необходимы пробы составляющих растительной ткани, которые не разлагаются в земле и являются стабильными. Жирные кислоты, присутствующие в корнях растений, наиболее подходят для этой цели. Когда растительные ткани разлагаются, жирные кислоты становятся частью органического вещества почвы. Они имеют уникальные сигнатуры стабильных изотопов, которые можно анализировать и использовать почти как отпечатки пальцев.

Используя КССИ-анализ, ученые сопоставляют «отпечатки пальцев» содержащихся в почве соединений с «отпечатками пальцев» в экосистемах выбранного района. Взяв образец земли, подвергшейся эрозии, или отложений в водоемах, ученые могут определить их источник, а также районы, наиболее уязвимые к эрозии. Эта информация ценна для определения четких мер по сохранению почвы. Ознакомьтесь с примером нашей работы в этой сфере в Мьянме.

• МАГАТЭ партнерстве с ФАО помогает более чем 60 странам использовать ядерные методы для выявления, мониторинга и борьбы с эрозией почвы в рамках Программы технического сотрудничества и работы Совместного центра ФАО/МАГАТЭ по ядерным методам в области продовольствия и сельского хозяйства.
• МАГАТЭ и ФАО стимулируют обмен передовым опытом, предоставляя руководящие материалы по использованию РНВ для отслеживания эрозии почв и оценки эффективности мер для их сохранения, а также по особенностям использования конкретных РНВ, таких как Cs-137 и Be-7.
• МАГАТЭ также опубликовало руководящие материалы по отслеживанию отложений с помощью КССИ-анализа.
• В странах регионов Азии и Тихого океана, Африки, Латинской Америки и Карибского бассейна МАГАТЭ делится знаниями о ядерных методах с учеными и оказывает им помощь в рамках региональных проектов по борьбе с деградацией земельных ресурсов и отложениями в водоемах, а также по повышению продуктивности почв для улучшения продовольственной безопасности.
• МАГАТЭ сотрудничает с Конвенцией ООН по борьбе с опустыниванием (КБОООН) для содействия распространению наилучших методов управления земельными ресурсами, особенно в районах, уязвимых или подверженных эрозии почв.
• МАГАТЭ работает над выполнением задачи 15.3 в рамках достижения цели устойчивого развития ООН по нейтрализации деградации земельных ресурсов, которая направлена на борьбу с опустыниванием, восстановление деградировавших земель и почв, а также создание мира, свободного от деградации земельных ресурсов.