Исследования по восстановлению почв: глобальная необходимость

Почва, основа жизни на суше, подвергается все возрастающему давлению из-за неустойчивых сельскохозяйственных практик, обезлесения, урбанизации и изменения климата. Деградация земель, включая эрозию почвы, истощение питательных веществ и засоление, угрожает продовольственной безопасности, экосистемным услугам и благополучию человека во всем мире. Поэтому исследования в области восстановления почв имеют первостепенное значение для разработки и внедрения эффективных стратегий по обращению вспять деградации, улучшению здоровья почв и обеспечению устойчивого будущего. В этом всеобъемлющем руководстве рассматриваются последние достижения, проблемы и возможности в области исследований по восстановлению почв во всем мире.

Понимание деградации почв: глобальная перспектива

Деградация почв — это сложный процесс, на который влияет сочетание природных и антропогенных факторов. Понимание этих факторов имеет решающее значение для разработки эффективных стратегий восстановления.

Причины деградации почв

• Обезлесение: Вырубка деревьев приводит к усилению эрозии почвы, снижению инфильтрации воды и потере органического вещества. Примеры обезлесения, ведущего к деградации почв, можно увидеть в тропических лесах Амазонки, Юго-Восточной Азии и некоторых частях Африки.
• Неустойчивые сельскохозяйственные практики: Интенсивная обработка почвы, монокультурное земледелие и чрезмерное использование химических удобрений и пестицидов истощают питательные вещества в почве, повреждают ее структуру и снижают биоразнообразие. Чрезмерное использование удобрений в интенсивном сельском хозяйстве, особенно в таких регионах, как Индо-Гангская равнина в Индии, привело к дисбалансу питательных веществ в почве и загрязнению воды.
• Чрезмерный выпас скота: Интенсивный выпас скота уничтожает растительный покров, что приводит к уплотнению почвы, эрозии и опустыниванию. Чрезмерный выпас является серьезной проблемой в засушливых и полузасушливых регионах по всему миру, включая регион Сахеля в Африке и некоторые части Центральной Азии.
• Промышленная деятельность и загрязнение: Добыча полезных ископаемых, промышленные процессы и утилизация отходов могут загрязнять почвы тяжелыми металлами, поллютантами и другими токсичными веществами, делая их непригодными для сельского хозяйства и угрожая здоровью человека. Промышленное загрязнение от горнодобывающих предприятий в Южной Америке привело к широкомасштабному загрязнению почв и воды.
• Изменение климата: Повышение температуры, изменение режима осадков и увеличение частоты экстремальных погодных явлений усугубляют процессы деградации почв. Засухи в странах Африки к югу от Сахары и усиление наводнений в Юго-Восточной Азии оказали пагубное воздействие на здоровье почв.

Последствия деградации почв

Последствия деградации почв имеют далеко идущий характер, влияя на продовольственную безопасность, экологическую устойчивость и благополучие человека.

• Снижение продуктивности сельского хозяйства: Деградированные почвы имеют более низкое плодородие, влагоудерживающую способность и структурную целостность, что приводит к снижению урожайности и повышенной уязвимости к засухе и вредителям. Снижение урожайности во многих частях Африки из-за деградации почв способствует продовольственной нестабильности.
• Потеря экосистемных услуг: Деградация почв снижает их способность предоставлять такие важные экосистемные услуги, как фильтрация воды, секвестрация углерода и круговорот питательных веществ. Потеря способности деградированных почв к секвестрации углерода способствует изменению климата.
• Усиление загрязнения воды: Эрозия почв переносит осадки, питательные вещества и загрязнители в водоемы, что приводит к эвтрофикации, заилению и загрязнению источников питьевой воды. Сельскохозяйственные стоки, содержащие удобрения и пестициды, являются основным источником загрязнения воды во многих регионах.
• Опустынивание: Сильная деградация почв может привести к опустыниванию — процессу, при котором плодородная земля превращается в пустыню, становясь непродуктивной и непригодной для жизни. Опустынивание является серьезной угрозой в засушливых и полузасушливых регионах по всему миру, вызывая перемещение населения и способствуя бедности.
• Изменение климата: Деградированные почвы выделяют углекислый газ в атмосферу, способствуя изменению климата. И наоборот, здоровые почвы могут секвестрировать значительные объемы углерода, помогая смягчить последствия изменения климата.

Ключевые направления исследований по восстановлению почв

Исследования по восстановлению почв охватывают широкий спектр дисциплин и подходов, направленных на обращение вспять деградации почв и улучшение их здоровья. Ключевые области исследований включают:

1. Управление органическим веществом почвы

Органическое вещество почвы (ОВП) является важнейшим компонентом здоровых почв, играя жизненно важную роль в круговороте питательных веществ, удержании воды и структуре почвы. Исследования сосредоточены на:

• Увеличение поступления ОВП: Исследование эффективности различных органических добавок, таких как компост, навоз, биоуголь и покровные культуры, для повышения уровня ОВП. Исследования в Европе и Северной Америке показали, что внесение компоста в сельскохозяйственные почвы может значительно улучшить их здоровье и урожайность.
• Снижение потерь ОВП: Разработка методов управления, минимизирующих разложение ОВП, таких как минимальная обработка почвы, консервативное сельское хозяйство и агролесоводство. Практики консервативного сельского хозяйства, включая нулевую обработку почвы и покровные культуры, широко внедряются в Южной Америке для снижения эрозии почв и повышения уровня ОВП.
• Понимание динамики ОВП: Изучение процессов, управляющих образованием, разложением и стабилизацией ОВП в различных типах почв и климатических условиях. Исследования с использованием передовых изотопных методов помогают понять долгосрочную динамику ОВП в тропических почвах.

2. Управление питательными веществами

Восстановление плодородия почв требует устранения дефицита и дисбаланса питательных веществ. Исследования сосредоточены на:

• Оптимизация использования удобрений: Разработка методов точного земледелия и стратегий управления питательными веществами для минимизации внесения удобрений при максимальном увеличении урожайности и снижении воздействия на окружающую среду. Технологии точного земледелия, такие как дифференцированное внесение удобрений, используются в Австралии для оптимизации внесения питательных веществ в зависимости от изменчивости почвенных условий.
• Стимулирование биологической фиксации азота: Исследование потенциала бобовых и других азотфиксирующих растений для повышения доступности азота в почве. Исследования азотфиксирующих деревьев в Африке продемонстрировали их потенциал для улучшения плодородия почв и развития агролесомелиоративных систем.
• Повышение доступности фосфора: Разработка стратегий для увеличения поглощения фосфора растениями, таких как использование микоризных грибов и фосфор-солюбилизирующих бактерий. Исследования показали, что инокуляция культур микоризными грибами может улучшить поглощение фосфора в почвах с его дефицитом.

3. Борьба с эрозией почв

Эрозия почв является основной формой деградации почв, приводящей к потере верхнего слоя почвы, снижению ее плодородия и загрязнению воды. Исследования сосредоточены на:

• Разработка мер по борьбе с эрозией: Оценка эффективности различных методов борьбы с эрозией, таких как террасирование, контурная вспашка, полосное земледелие и растительные барьеры. Террасирование — это традиционный метод борьбы с эрозией, который веками использовался в горных регионах Азии и Южной Америки.
• Понимание процессов эрозии: Изучение факторов, влияющих на темпы эрозии почв, и разработка моделей для прогнозирования риска эрозии при различных сценариях землепользования и климата. Исследователи используют технологии дистанционного зондирования и ГИС для картирования риска эрозии почв и мониторинга темпов эрозии на больших территориях.
• Продвижение консервативного сельского хозяйства: Внедрение практик консервативного сельского хозяйства, которые минимизируют нарушение почвенного покрова, сохраняют его и способствуют диверсификации культур. Консервативное сельское хозяйство широко продвигается как устойчивая система земледелия, которая может уменьшить эрозию почв и улучшить их здоровье.

4. Восстановление биоразнообразия почв

Почва — это сложная экосистема, изобилующая огромным разнообразием микроорганизмов, беспозвоночных и других организмов, которые играют жизненно важную роль в круговороте питательных веществ, разложении и структуре почвы. Исследования сосредоточены на:

• Оценка биоразнообразия почв: Характеристика разнообразия и численности почвенных организмов в различных экосистемах и системах землепользования. Для исследования разнообразия почвенных микроорганизмов используются метагеномные и другие молекулярные методы.
• Понимание роли почвенных организмов: Исследование функций различных почвенных организмов в круговороте питательных веществ, разложении и подавлении болезней. Исследования показали, что дождевые черви играют решающую роль в улучшении структуры почвы и доступности питательных веществ.
• Содействие биоразнообразию почв: Разработка методов управления, повышающих биоразнообразие почв, таких как минимальная обработка почвы, органические добавки и диверсификация культур. Покровные культуры и севооборот могут способствовать биоразнообразию почв и улучшать их здоровье.

5. Ремедиация загрязненных почв

Загрязнение почв в результате промышленной деятельности, добычи полезных ископаемых и утилизации отходов представляет серьезную угрозу для здоровья человека и окружающей среды. Исследования сосредоточены на:

• Разработка технологий ремедиации: Оценка эффективности различных технологий ремедиации, таких как фиторемедиация, биоремедиация и химическая стабилизация, для удаления или иммобилизации загрязняющих веществ в почвах. Фиторемедиация, использование растений для удаления загрязнителей из почвы, применяется для ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами.
• Оценка риска загрязнения почв: Выявление потенциальных источников загрязнения почв и оценка риска для здоровья человека и окружающей среды. Модели оценки риска используются для оценки потенциальных путей воздействия и последствий для здоровья, связанных с загрязнением почв.
• Разработка устойчивых стратегий ремедиации: Внедрение стратегий ремедиации, которые минимизируют воздействие на окружающую среду и способствуют устойчивому использованию загрязненных земель. Устойчивые подходы к ремедиации отдают приоритет использованию экологически чистых технологий и направлены на восстановление экологических функций загрязненных участков.

Инновационные технологии в восстановлении почв

Технологические достижения играют все более важную роль в исследованиях и практике восстановления почв. Некоторые ключевые технологии включают:

• Дистанционное зондирование и ГИС: Технологии дистанционного зондирования, такие как спутниковые снимки и аэрофотосъемка, могут использоваться для мониторинга деградации почв, оценки их свойств и картирования почвенных ресурсов. Географические информационные системы (ГИС) используются для интеграции и анализа пространственных данных для поддержки планирования и управления восстановлением почв. Примеры включают использование спутниковых данных для мониторинга темпов обезлесения и оценки влияния изменений в землепользовании на эрозию почв.
• Точное земледелие: Технологии точного земледелия, такие как оборудование с GPS-навигацией, аппликаторы с переменной нормой внесения и почвенные датчики, могут использоваться для оптимизации использования удобрений и воды, уменьшения уплотнения почвы и повышения урожайности. Точное земледелие особенно полезно для решения проблемы пространственной изменчивости свойств почвы и потребностей в питательных веществах.
• Биоуголь: Биоуголь, материал, похожий на древесный уголь, получаемый при пиролизе биомассы, может использоваться в качестве почвенной добавки для улучшения плодородия почвы, увеличения влагоудерживающей способности и секвестрации углерода. Исследования биоугля изучают его потенциал для улучшения здоровья почв и смягчения последствий изменения климата в различных агроэкосистемах.
• Нанотехнологии: Нанотехнологии используются для разработки новых почвенных добавок, удобрений и пестицидов, которые могут улучшить доставку питательных веществ, снизить воздействие на окружающую среду и усилить защиту растений. Наноматериалы также исследуются на предмет их потенциала для ремедиации загрязненных почв.
• Геномика и метагеномика: Геномные и метагеномные методы используются для изучения разнообразия и функций почвенных микроорганизмов, предоставляя понимание сложных взаимодействий в почвенной экосистеме. Эти знания могут быть использованы для разработки стратегий по повышению биоразнообразия почв и улучшению их здоровья.

Глобальные инициативы и политики по восстановлению почв

Признавая важность здоровья почв, различные международные организации и правительства запустили инициативы и политики по содействию восстановлению почв и устойчивому управлению земельными ресурсами. Некоторые ключевые инициативы включают:

• Глобальное почвенное партнерство (GSP): GSP, созданное Продовольственной и сельскохозяйственной организацией (ФАО) ООН, нацелено на продвижение устойчивого управления почвами и улучшение управления почвенными ресурсами во всем мире. GSP способствует обмену знаниями, содействует наращиванию потенциала и поддерживает разработку национальных почвенных политик.
• Конвенция ООН по борьбе с опустыниванием (UNCCD): UNCCD — это международное соглашение, направленное на борьбу с опустыниванием и смягчение последствий засухи, особенно в засушливых и полузасушливых регионах. UNCCD продвигает практики устойчивого управления земельными ресурсами и поддерживает реализацию национальных программ действий по борьбе с опустыниванием.
• Цели в области устойчивого развития (ЦУР): ЦУР, принятые ООН в 2015 году, включают несколько целей, прямо или косвенно связанных со здоровьем почв и устойчивым управлением земельными ресурсами. ЦУР 15, «Сохранение экосистем суши», конкретно направлена на защиту, восстановление и содействие устойчивому использованию наземных экосистем, устойчивое управление лесами, борьбу с опустыниванием, а также прекращение и обращение вспять процесса деградации земель и прекращение процесса утраты биоразнообразия.
• Национальные программы по здоровью почв: Многие страны запустили национальные программы по здоровью почв для продвижения практик устойчивого управления почвами и предоставления технической и финансовой помощи фермерам. Например, Схема почвенных карт здоровья в Индии предоставляет фермерам информацию о содержании питательных веществ в почве и рекомендации по внесению удобрений.
• Почвенная стратегия Европейского союза: Почвенная стратегия ЕС направлена на защиту и восстановление здоровья почв по всей Европе, продвигая практики устойчивого управления почвами и решая проблему их загрязнения. Стратегия устанавливает цели по снижению эрозии почв, увеличению органического вещества в почве и предотвращению запечатывания почв.

Проблемы и возможности в исследованиях по восстановлению почв

Несмотря на значительный прогресс в исследованиях по восстановлению почв, остается несколько проблем:

• Сложность почвенных систем: Почва — это сложная экосистема с многочисленными взаимодействующими физическими, химическими и биологическими факторами. Понимание этих взаимодействий имеет решающее значение для разработки эффективных стратегий восстановления.
• Недостаток данных: Часто отсутствуют всесторонние данные о свойствах почв, темпах их деградации и эффективности различных практик восстановления, особенно в развивающихся странах.
• Масштаб проблемы: Деградация почв является широко распространенной проблемой, затрагивающей миллионы гектаров земли по всему миру. Масштабирование успешных практик восстановления для решения глобальной проблемы требует значительных инвестиций и координации.
• Социально-экономические факторы: Социально-экономические факторы, такие как бедность, нестабильность землевладения и отсутствие доступа к информации и ресурсам, могут препятствовать внедрению практик устойчивого управления почвами.
• Изменение климата: Изменение климата усугубляет процессы деградации почв и создает новые проблемы для их восстановления. Адаптация стратегий восстановления к изменяющимся климатическим условиям является необходимой.

Однако существуют также значительные возможности для продвижения исследований и практики восстановления почв:

• Технологические достижения: Достижения в области дистанционного зондирования, точного земледелия, геномики и нанотехнологий предоставляют новые инструменты для оценки здоровья почв, разработки целенаправленных вмешательств и мониторинга эффективности усилий по восстановлению.
• Повышение осведомленности: Растущая осведомленность о важности здоровья почв стимулирует увеличение инвестиций в исследования и инициативы по восстановлению почв.
• Политическая поддержка: Государственная политика и международные соглашения создают благоприятную среду для продвижения практик устойчивого управления почвами.
• Вовлечение сообществ: Вовлечение местных сообществ в усилия по восстановлению почв имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной устойчивости этих усилий.
• Междисциплинарное сотрудничество: Сотрудничество между исследователями из разных дисциплин, политиками и практиками необходимо для разработки комплексных решений проблем деградации почв.

Примеры успешных проектов по восстановлению почв

Изучение успешных проектов по восстановлению почв со всего мира может предоставить ценные выводы и извлеченные уроки.

Проект по восстановлению водосборного бассейна Лёссового плато, Китай

Этот крупномасштабный проект включал восстановление сильно эродированных земель в регионе Лёссового плато в Китае. В рамках проекта была реализована комбинация мер по сохранению почв, включая террасирование, лесоразведение и управление выпасом скота. Результаты были впечатляющими: значительное сокращение эрозии почв, повышение продуктивности сельского хозяйства и улучшение условий жизни местных сообществ. Этот проект часто приводится в качестве успешного примера комплексного управления водосборными бассейнами.

Инициатива «Великая зеленая стена», Африка

Эта амбициозная инициатива направлена на борьбу с опустыниванием в регионе Сахеля в Африке путем создания «стены» из деревьев и растительности по всему континенту. Проект включает посадку деревьев, восстановление деградированных земель и продвижение практик устойчивого управления земельными ресурсами. Хотя проект столкнулся с трудностями, он также достиг значительного прогресса в восстановлении деградированных земель и повышении устойчивости местных сообществ к изменению климата.

Практики регенеративного сельского хозяйства в Латинской Америке

Фермеры в Латинской Америке все чаще внедряют практики регенеративного сельского хозяйства, такие как нулевая обработка почвы, покровные культуры и севооборот, для улучшения здоровья почв, повышения урожайности и секвестрации углерода. Эти практики помогают восстанавливать деградированные почвы, снижать зависимость от химических препаратов и повышать устойчивость сельскохозяйственных систем. Успех регенеративного сельского хозяйства в Латинской Америке подчеркивает потенциал этих практик для преобразования сельского хозяйства и решения проблемы изменения климата.

Будущее исследований по восстановлению почв

Будущее исследований по восстановлению почв, вероятно, будет определяться несколькими ключевыми тенденциями:

• Усиление внимания к здоровью почвы: Здоровье почвы станет все более важным направлением исследований, с акцентом на понимание сложных взаимодействий в почвенной экосистеме и разработку методов управления, способствующих здоровью почвы.
• Интеграция технологий: Технологические достижения будут продолжать играть ключевую роль в исследованиях по восстановлению почв, с растущим использованием дистанционного зондирования, точного земледелия, геномики и нанотехнологий.
• Акцент на экосистемные услуги: Исследования будут все больше концентрироваться на роли почв в предоставлении экосистемных услуг, таких как секвестрация углерода, фильтрация воды и сохранение биоразнообразия.
• Климатически-ориентированное управление почвами: Исследования будут сосредоточены на разработке климатически-ориентированных методов управления почвами, которые могут смягчить последствия изменения климата и повысить устойчивость сельскохозяйственных систем к климатическим воздействиям.
• Трансдисциплинарные подходы: Исследования по восстановлению почв потребуют трансдисциплинарных подходов, которые интегрируют знания из разных дисциплин и взаимодействуют с заинтересованными сторонами из разных секторов.

Заключение

Исследования по восстановлению почв являются критической необходимостью для обеспечения устойчивого сельского хозяйства, защиты здоровья экосистем и смягчения последствий изменения климата. Понимая причины и последствия деградации почв, разрабатывая инновационные технологии восстановления и внедряя эффективные политики и инициативы, мы можем восстановить деградированные почвы, улучшить их здоровье и создать более устойчивое будущее для всех. Проблемы значительны, но возможности еще больше. Инвестируя в исследования по восстановлению почв и продвигая практики устойчивого управления земельными ресурсами, мы можем раскрыть весь потенциал наших почв и создать более устойчивый и процветающий мир.

Это «всеобъемлющее» руководство представило наиболее важные аспекты исследований по восстановлению почв во всем мире.