Угрозы биоразнообразию почв: анализ, последствия и стратегии сохранения

Биоразнообразие почв, представляющее собой совокупность живых организмов в почвенной среде, является фундаментальной основой здоровья и функционирования экосистем. Его состояние напрямую определяется широким спектром методов землепользования и управления. Ключевые сельскохозяйственные практики, включая различные системы обработки почвы, управление растительными остатками, севооборот, а также применение пестицидов, гербицидов, минеральных удобрений, навоза и мелиорантов (например, извести), оказывают комплексное воздействие. Более масштабные производственные системы, такие как интегрированное, органическое или традиционное земледелие, существенно изменяют состав и функции почвенной биоты, влияя на общую микробную биомассу и видовое богатство.

Операции по механической обработке почвы кардинально меняют ее физическую среду, воздействуя на структуру, пористость, объемную плотность и влагоудерживающую способность. Эти изменения напрямую трансформируют почвенные сообщества, влияя как на численность организмов (биомассу), так и на их таксономический и функциональный состав. Конкретные эффекты сильно варьируются в зависимости от типа обработки (например, безотвальной или отвальной) и исходных свойств почвы. Внесение минеральных удобрений в высоких дозах часто приводит к сокращению биоразнообразия, стимулируя бактериальные пути разложения, ассоциированную с бактериальными цепями питания. Напротив, внесение органических материалов, таких как навоз или компост, как правило, поддерживает более крупные и разнообразные почвенные сообщества.

Критическим индикатором и одновременно фактором угрозы является сокращение содержания органического вещества почвы (SOM). Органическое вещество служит основным источником энергии и питательных веществ для почвенных организмов, а также является продуктом их жизнедеятельности. Его уменьшение напрямую коррелирует со снижением численности и разнообразия биоты. Разнообразный по составу пул SOM поддерживает более широкий спектр организмов, обеспечивая различные экологические ниши. Глобальная тенденция к снижению SOM, вызванная интенсификацией сельского хозяйства и изменением климата, является драйвером более масштабных процессов деградации, включая эрозию и уплотнение.

Изменение землепользования и разрушение естественных местообитаний остаются одной из главных движущих сил потери биоразнообразия. Лесные экосистемы, как тропические, так и умеренные, обычно характеризуются наивысшим уровнем почвенного биоразнообразия. Их преобразование в пастбища, сенокосы или, особенно, в пахотные земли ведет к его существенному снижению. Например, распашка приводит к уменьшению численности и разнообразия микроартропод, таких как коллемболы и почвенные клещи (Acari). Урбанизация вызывает еще более значительное сокращение из-за физической фрагментации местообитаний и критического уплотнения почвы.

Уплотнение почвы в результате использования тяжелой техники, особенно на почвах с низким содержанием SOM, уменьшает поровое пространство и увеличивает плотность сложения. Это изменяет доступность среды обитания, движение воды и газообмен, что в целом сокращает биоразнообразие и меняет состав сообществ, часто способствуя созданию анаэробных условий. Как показано на Рис. 5.3, уплотнение также резко снижает инфильтрацию воды в почву. Отдельным крайним случаем является герметизация — постоянное покрытие почвы непроницаемыми материалами (асфальт, бетон), что полностью исключает ее из экологических процессов.

Загрязнение почв антропогенными химическими веществами — пестицидами, тяжелыми металлами, углеводородами — оказывает выраженное негативное воздействие на биоту. Загрязнители варьируются от специфических биоцидов до токсинов широкого спектра, снижающих общую численность и разнообразие. Засоление — накопление растворимых солей — ухудшает функционирование почвы и воздействует на организмы. Лабораторные и полевые исследования демонстрируют, что повышенная электропроводность (ЕС) негативно влияет на дождевых червей, энхитреид и коллембол. В то время как естественные засоленные почвы имеют адаптированные сообщества галофильных микроорганизмов, антропогенное засоление вследствие нерационального орошения представляет серьезную угрозу.

Изменение климата, влекущее сдвиги в температурных режимах и распределении осадков, представляет собой масштабную долгосрочную угрозу. Прогнозирование последствий сложно, но исследования в экстремальных условиях указывают, что потепление может увеличить численность бактерий, грибов и нематод при одновременном снижении общего видового богатства. Опустынивание является комплексной угрозой, объединяющей деградацию земель, уплотнение, эрозию и засоление. Этот процесс приводит к фрагментации среды обитания и потере растительного покрова, делая почву крайне уязвимой, как иллюстрируют Рис. 5.4 (карта уязвимости на о. Лесбос) и Рис. 5.5 (карта индекса засушливости в Европе).

Пожары (как природные, так и управляемые) оказывают различное влияние в зависимости от интенсивности. Сильные пожары могут стерилизовать поверхностные слои, а низкоинтенсивные — изменять структуру и функции микробных сообществ, снижая численность микроартропод-деструкторов. Выращивание генетически модифицированных организмов (ГМО), в частности Bt-культур, продуцирующих инсектицидные белки, вызывает научные дискуссии. Хотя некоторые исследования не фиксируют значительного воздействия на нецелевые группы, общий дефицит долгосрочных данных о влиянии ГМО на почвенную биоту подчеркивает необходимость дальнейших независимых изысканий.

В заключение, угрозы биоразнообразию почв носят комплексный и взаимосвязанный характер, включая интенсивную эксплуатацию земель, физико-химическую деградацию, загрязнение и климатические изменения. Защита этого разнообразия, лежащего в основе триллионных по стоимости экосистемных услуг, требует срочной консолидации научных знаний и разработки интегральной политики. Эффективные природоохранные меры должны стать частью широких стратегий устойчивого развития. Для Европейского союза реализация этих задач возможна через совершенствование Тематической стратегии по защите почв и Стратегии устойчивого развития ЕС (EUSDS II), что обеспечит сохранение этого жизненно важного ресурса для будущих поколений.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante.

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity.

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.