Влияние обезлесения на эрозию почв и меры контроля

Обезлесение, определяемое как крупномасштабное удаление деревьев с лесных земель, является одной из самых распространенных экологических проблем современной эпохи. В то время как потеря биоразнообразия и нарушения глобального углеродного цикла получают значительное внимание, воздействие обезлесения на эрозию почвы одинаково глубоко и часто недооценивается. Леса действуют как естественные щиты, с древесными навесами, перехватывающими осадки, корневыми сетями, связывающими частицы почвы, и подстилкой листьев, поглощающей энергию падающей воды. Когда эти защитные слои удаляются, почва - особенно богатые питательными веществами верхние слои почвы - становится очень уязвимой для перемещения водой и ветром. Результатом является каскад экологической и сельскохозяйственной деградации, которая может сохраняться в течение десятилетий, даже после того, как усилия по лесовосстановлению начинаются.

Как вырубка лесов способствует эрозии почв

Потеря корневой структуры и связывания почвы

Корни деревьев образуют сложную подземную сеть, физически удерживающую частицы почвы. В нетронутых лесах одно зрелое дерево может иметь корни, простирающиеся на десятки метров боком, создавая матрицу, которая сопротивляется как листовой эрозии (однородное удаление тонкого слоя почвы), так и эрозии овец (концентрированный поток воды, вырезающий глубокие каналы). Когда деревья регистрируются или сжигаются, корневая система начинает распадаться в течение нескольких месяцев. Без этого подповерхностного подкрепления частицы почвы отрываются и легко транспортируются стоком. Исследования из тропических регионов показали, что плотность корней может снизиться более чем на 80% в течение двух лет четкой вырубки, что приводит к резкому всплеску скорости эрозии.

Удаление защиты навеса и литтерного слоя

Лесные навесы перехватывают до 30 процентов поступающего осадка, уменьшая кинетическую энергию дождевых капель, которые в противном случае ударили бы непосредственно по поверхности почвы. Лесной пол дополнительно смягчается слоем органического мусора - листьями, ветками и разлагающимся растительным веществом, которое поглощает воду и замедляет сухопутный поток. После обезлесения голая почва подвергается воздействию полной силы воздействия дождевой капли, процесс, называемый эрозией брызг. Эрозия брызг отрывает частицы почвы и выбрасывает их в воздух, где они могут быть перенесены вниз по склону последующим стоком. В отсутствие мусора скорость инфильтрации резко падает, увеличивая скорость стока и способность транспортировать осадок.

Ускоренная эрозия воды и ветра

Как только защитный покров исчез, эрозия воды ускоряется через предсказуемые стадии. Эрозия листа удаляет относительно однородный слой верхнего слоя почвы, часто оставаясь незамеченной до снижения урожайности. Эрозия риля производит небольшие, мелкие каналы, которые могут быть стерты вспаханием, но эрозия овец создает постоянные разрезы, которые фрагментируют ландшафт и чрезвычайно трудно поддаются лечению. Эрозия ветра особенно проблематична в обезлесенных регионах, которые граничат с засушливыми или полузасушливыми зонами. Свободная, сухая почва может быть сметена в пыльных бурях, унося лучшие частицы, которые содержат самые высокие концентрации органического вещества и питательных веществ. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО), обезлесение способствует потере 75 миллиардов тонн почвы каждый год - темп, который намного превышает естественные темпы образования почвы.

Изменения в структуре почвы и органической материи

Лесные почвы обычно имеют высокое содержание органических веществ, что повышает агрегированную стабильность и водоудерживающую способность. При удалении деревьев прекращается поступление свежего органического материала из листьев и корневой текучесть. Экспонированная почва подвергается повышенному окислению и микробной активности, разрушающей существующее органическое вещество. В течение нескольких лет структура почвы ухудшается, становясь более компактной и менее пористой. Компактная почва уменьшает инфильтрацию, увеличивая сток и потенциал эрозии. Кроме того, потеря органического вещества снижает способность почвы удерживать питательные вещества, делая ее менее устойчивой к дальнейшим нарушениям.

Экологические и сельскохозяйственные последствия эрозии почв, вызванной обезлесением

Снижение плодородия почв и производительности сельского хозяйства

Потери верхнего слоя почвы являются наиболее непосредственным сельскохозяйственным следствием эрозии, связанной с обезлесением. Почва содержит основную массу почвенного органического вещества, растительных питательных веществ (азот, фосфор, калий) и полезных микроорганизмов. По мере того, как этот слой истончается, урожайность сельскохозяйственных культур снижается, заставляя фермеров либо очищать дополнительные лесные угодья, либо полагаться на дорогие синтетические удобрения. В бассейне Амазонки исследования зафиксировали, что после вырубки и сжигания леса урожайность маниоки и кукурузы падает на 50 процентов в течение трех-пяти лет, поскольку эрозия удаляет плодородную почву. Этот цикл очистки и оставления приводит к дальнейшему обезлесению и увековечивает нисходящую спираль деградации земель.

Осадка водных путей и водных экосистем

Потертая почва не просто исчезает; она транспортируется в реки, озера и водохранилища. Приток осадочных пород увеличивает мутность, уменьшает проникновение света и душит бентические среды обитания. Коралловые рифы, требующие прозрачной воды для фотосинтеза симбиотических водорослей, страдают, когда отложения от обезлесенных водосборных бассейнов простираются на километры от берега. В Юго-Восточной Азии отложения от осадочных шлейфов с плантаций масличных пальм связаны с уменьшением разнообразия рыбных рифов. Резервуары за гидроэлектростанциями теряют емкость хранения, поскольку осадочные породы накапливаются, сокращая срок эксплуатации инфраструктуры. Плотина Три ущелья в Китае испытала более быстрое, чем ожидалось, осаждение, частично связанное с обезлесением вверх по течению в ее водосборе.

Нарушение водных циклов и повышенный риск наводнений

Леса играют важнейшую роль в регулировании водного цикла. Они перехватывают осадки, способствуют инфильтрации и медленно выделяют воду через испарение. Обезлесение нарушает этот баланс, приводя к более неустойчивому потоку: более высокие пиковые потоки во время штормов и уменьшенные базовые потоки в засушливые периоды. Потеря инфильтрационной способности означает, что больше дождевой воды становится поверхностным стоком, увеличивая частоту и интенсивность наводнений. Одновременно снижение подпитки запасов подземных вод может привести к нехватке воды во время засух. В Гималайском регионе обезлесение было связано с усилением наводнений в бассейнах Ганга и Брахмапутры, а также более серьезным дефицитом воды в сухой сезон вниз по течению.

Опустынивание и оставление земель

В крайних случаях эрозия почвы после обезлесения может вызвать опустынивание — процесс, в котором когда-то плодородные земли становятся необратимо сухими и бесплодными. Это наиболее распространено в засушливых экосистемах, таких как Сахель в Африке, где чрезмерный выпас и вырубка древесины лишили землю растительности. Ветровая эрозия удаляет тончайшие частицы, оставляя позади грубый песок и гравий. Альбедо (отражательность) земли увеличивается, изменяя местные атмосферные условия и уменьшая количество осадков. Опустынивание заставляет общины отказаться от своих земель, создавая климатических беженцев и усугубляя социальный конфликт. По оценкам Конвенции Организации Объединенных Наций по борьбе с опустыниванием (КБОООН), деградация земель затрагивает 3,2 миллиарда человек, большая часть которых ускоряется обезлесением.

Климатические обратные связи и выбросы углерода

Эрозия почв влияет не только на землю и воду; она также влияет на глобальный климат. Размытые частицы почвы могут транспортировать органический углерод в реки и океаны, где он может быть захоронен или дыхаться как CO2. Исследования, опубликованные в Научные достижения , показывают, что эрозия, вызванная обезлесением, может выделять дополнительные 0,5-1,0 гигатонны углерода в год, противодействуя усилиям по смягчению изменения климата. Кроме того, потеря растительного покрова снижает способность поверхности земли секвестрировать углерод, превращая леса из поглотителей углерода в источники углерода. Эта положительная обратная связь увековечивает дальнейшую обезлесение и эрозию.

Меры по контролю для предотвращения и смягчения эрозии почв

лесовосстановление и облесение

Наиболее прямым решением эрозии, вызванной обезлесением, является восстановление древесного покрова. Рекультивация — пересадка деревьев в районах, которые были недавно очищены — может быстро восстановить корневые сети и защиту навесов. Коренные виды предпочтительнее, потому что они адаптированы к местным условиям и обеспечивают среду обитания для дикой природы. Облесение, посадка деревьев там, где леса никогда не существовали, также может быть эффективным, но требует тщательного выбора участка, чтобы избежать конкуренции с лугопастбищными или водными ресурсами. На плато Лёсс в Китае массивная программа лесовосстановления сократила урожайность осадков в Желтой реке более чем на 90 процентов за 20 лет. Успех таких программ зависит от правильного отбора видов, подготовки участка и долгосрочного обслуживания.

Агролесоводство и силвопастбищный промысел

Интеграция деревьев в сельскохозяйственные ландшафты, известная как агролесоводство, сочетает в себе контроль эрозии с экономическими выгодами. Деревья, посаженные вдоль границ полей или пересеченные годовыми культурами, уменьшают скорость ветра, перехватывают осадки и добавляют органическое вещество в почву. В системах силвопастюры деревья сочетаются с пастбищами для скота, обеспечивая тень, которая уменьшает уплотнение почвы из копыт животных и улучшает качество корма. Исследования из Коста-Рики показывают, что кофейные плантации агролесоводства теряют на 70 процентов меньше почвы, чем монокультуры полного солнца. Агролесоводство также диверсифицирует доходы фермы за счет производства древесины, фруктов и орехов, что делает контроль эрозии экономически привлекательным.

Контурное земледелие и террасирование

Контурное земледелие предполагает пахоту и посадку вдоль контурных линий склона, а не вверх и вниз по холму. Гребни и борозды, создаваемые контурной ловушкой воды и снижающие скорость стока, позволяют больше времени для инфильтрации. Террасинг делает шаг вперед контурное земледелие, сооружая на крутых склонах скамейки уровня. Террасы сокращают длину склона, уменьшая эрозионную силу проточной воды. Эта практика используется тысячелетиями в Андах и Юго-Восточной Азии. Современные террасы, часто усиленные каменными стенами или растительностью, могут уменьшить потери почвы на 90 процентов на склонах 30 процентов градиента. Обе техники требуют регулярного обслуживания, чтобы оставаться эффективными.

Покрытие культур и мульчирование

Посадка покровных культур, таких как бобовые, травы или ржаные злаки, в периоды подлива защищает поверхность почвы от воздействия капель дождя и ветровой эрозии. Корни покровных культур улучшают структуру почвы и создают каналы, которые усиливают инфильтрацию. Когда они прекращаются, остаток образует мульчу, которая дополнительно защищает почву. В бразильском Серрадо фермеры, которые используют покровное обрезка в вращениях сои, видят, что темпы эрозии снижаются на 60 процентов по сравнению с обычным голым подвалом. Мулчинг с остатками урожая или корой деревьев может достичь аналогичных результатов, особенно в небольших системах, где механические структуры сохранения невозможны.

Вегетативные барьеры и буферные полосы

Полосы плотной растительности, высаженные вдоль контуров или водных путей, действуют как фильтры, которые улавливают осадочные породы и медленный сток. Травы, например, передают концентрированный сток с сельскохозяйственных полей при стабилизации дна канала. Рипарийские буферные полосы - зоны деревьев, кустарников и трав вдоль потоков - перекрывают осадочные породы до того, как они попадают в водные пути, уменьшают эрозию берега потока и обеспечивают коридоры дикой природы. Министерство сельского хозяйства США рекомендует ширину буфера от 30 до 100 футов для эффективного удаления осадочных пород. На плантациях масличных пальм поддержание буферных полос вдоль рек, как было показано, снижает экспорт осадочных пород на 50 процентов по сравнению с посадкой прямо к краю воды.

Управление ветровой эрозией: ветровые разломы и приюты

В районах, где ветровая эрозия является основной проблемой, ветровые ветры - розетки деревьев или кустарников, посаженных перпендикулярно преобладающим ветрам - снижают скорость ветра и улавливают частицы почвы. Хорошо спроектированная ветровая вспышка может снизить скорость ветра до 80 процентов на расстояние от 10 до 20 раз его высоту. Шелтербелты, которые являются более широкими полосами деревьев, используются на Великих равнинах Северной Америки и степях Центральной Азии. Эти живые барьеры также обеспечивают среду обитания дикой природы, улавливают углерод и увеличивают урожайность в защищенной зоне. Установление ветровых ветров - это долгосрочные инвестиции, но одна из наиболее экономически эффективных мер по контролю ветровой эрозии.

Нет-дождь и тиляж сохранения

Обычная пахота переворачивает почву, оставляя ее открытой и уязвимой для эрозии. No-till фермерство, которое использует специализированные плантаторы для размещения семян в нетронутой почве, резко снижает эрозию. Остаток от предыдущих культур остается на поверхности, защищая как от эрозии брызг, так и от ветра. Системы обработки почвы, которые оставляют по крайней мере 30 процентов поверхности почвы, покрытой остатком, могут уменьшить эрозию на 70-90 процентов по сравнению с обычной пахотной работой. Принятие no-till было особенно успешным в Соединенных Штатах (покрывая примерно 50 миллионов гектаров) и в Южной Америке, где в регионах Серрадо и Пампас наблюдалось резкое снижение потерь почвы.

Проверка плотин и структур контроля Гулли

Для районов, где эрозия оврагов уже создала глубокие каналы, для замедления потока воды и улавливания осадка используются контрольные плотины из камня, щебня или бетона. По мере накопления осадка за каждой плотиной овраги постепенно заполняются и могут быть восстановлены. Контрольные плотины наиболее эффективны в сочетании с изменениями в землепользовании, такими как исключение скота из водосбора. В Эфиопском нагорье программа общинных каменных контрольных плотин сократила потери почвы на 70 процентов и увеличила подпитку грунтовых вод, поднимая уровень грунтовых вод более чем на метр в некоторых районах. Эти структуры требуют постоянного обслуживания, но в конечном итоге могут исцелить овраги, которые в противном случае сделали бы поля непригодными для использования.

Меры политики и международные рамки

Одних технических решений недостаточно без поддержки политики. Правительства могут навязать практику борьбы с эрозией посредством зонирования землепользования, обеспечения соблюдения законов о защите лесов и предоставления субсидий для природоохранного сельского хозяйства. Оплата программ экосистемных услуг (PES), таких как программы Коста-Рики , плата землевладельцам за поддержание лесного покрова и принятие практики сохранения почв. На международном уровне такие механизмы, как REDD+ (Сокращение выбросов от обезлесения и деградации лесов), обеспечивают финансовые стимулы для развивающихся стран для защиты своих лесов. Управление природными ресурсами на уровне общин, где местным жителям предоставляются законные права и обязанности по лесным ресурсам, доказало свою эффективность в сокращении обезлесения и эрозии в Непале и Мексике.