You are here

Что такое эрозия почвы? Как ядерные технологии помогают обнаружить и предотвратить ее?

Что есть что в ядерной сфере
,

Эрозия почвы представляет угрозу для сельского хозяйства и производства продуктов питания. Она является основным фактором деградации земельных ресурсов, которой подвержены 1,9 млрд га земель, что составляет почти две трети всех земельных ресурсов планеты, и ставит под угрозу снабжение продовольствием на глобальном уровне. (Изображение: А. Варгас/МАГАТЭ)

Эрозия почвы — это процесс, в ходе которого разрушается верхний слой почвы, из которого растения получают наибольшее количество питательных веществ и воды. Это самый распространенный вид деградации земель. Когда плодородный верхний слой почвы смещается, продуктивность земли снижается, а фермеры теряют жизненно важный ресурс для выращивания продуктов питания.

В отличие от ветра или солнца, почва — это ограниченный, невозобновляемый ресурс, истощающийся с пугающей скоростью. Некоторые регионы, такие как Центральная Азия, особенно сильно страдают от этого. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО) и Международной организации по миграции (МОМ), в некоторых странах региона практически все земельные ресурсы подвержены деградации — 97,9% в Таджикистане, 85% — в Кыргызстане и 70% — в Казахстане.

От различных видов деградации земельных ресурсов страдают около 1,5 миллиарда человек, особенно в развивающихся странах. Однако у этой проблемы есть неожиданное решение — ядерная наука. Ядерные методы позволяют экспертам изучать причины возникновения, а также сам процесс эрозии, выявлять ее очаги и оценивать эффективность различных методов землепользования для снижения темпов эрозии с целью повысить устойчивость почвы к изменению климата и защитить ее на долгие годы.

Используя ядерные технологии, такие как метод измерения радионуклидов, содержащихся в выпадениях (РНВ) и анализ компонентно-специфических стабильных изотопов (КССИ-анализ), МАГАТЭ помогает оценить масштабы эрозии для реализации надлежащих стратегий по сохранению почв. Совместно с ФАО МАГАТЭ помогает странам наращивать потенциал в использовании ядерных и изотопных методов для борьбы с эрозией почв, защиты почвенных ресурсов и поддержки устойчивого сельскохозяйственного производства.

Каковы причины, каковы последствия?

(Изображение: А. Варгас/МАГАТЭ)

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.

Как могут помочь ядерные методы?

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.

Метод измерения радионуклидов, содержащихся в выпадениях (РНВ)

Радионуклиды, содержащихся в выпадениях (РНВ) оседают на землю вместе с дождем. Концентрация РНВ в почве крайне мала и безвредна для человека, однако, точное определение этой концентрации с помощью ядерных методов может помочь рассчитать темп и масштаб эрозии. (Изображение: А. Варгас/МАГАТЭ)

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 компонентно-специфических стабильных изотопов (КССИ-анализ)

Ученые могут отслеживать наличие стабильных изотопов, таких как углерод-13, в почве, чтобы определить очаги эрозии и выявить влияние различных видов землепользования и культур на распространение эрозии. (Изображение: А. Варгас/МАГАТЭ)

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.

Какую роль играет МАГАТЭ?

Ресурсы по теме

Мы на связи

Рассылка новостей