Агроге́нная трансформа́ция почв, изменение почв (почвенных свойств) в результате сельскохозяйственной деятельности человека (животноводства и земледелия). В структуре земельного фонда России земли сельскохозяйственного назначения занимают 23 %. Из них на пашню приходится 55 %, пастбища – 31 %, сенокосы – 11 %, залежи и многолетние насаждения – 3 %. Наибольшую площадь занимают территории, которые подвергаются обработке с помощью различных сельскохозяйственных орудий.

Основными факторами агрогенной трансформации почв являются:

• механическая нагрузка (воздействие сельскохозяйственной техники и орудий обработки, выпас скота и др.);

• внесение удобрений и пестицидов;

• замена естественной растительности на монодоминантную;

• отчуждение питательных элементов с продукцией.

При агрогенной трансформации почв чаще всего отмечают изменение их структурно-агрегатных показателей, биологических свойств, гумусного состояния почв и загрязнение. На орошаемых почвах агрогенная трансформация почв включает в себя также изменение степени засоления. Степень агрогенной трансформации почв определяется характером их конкретного использования и интенсивностью хозяйственной деятельности, а также комплексом свойств, от которых зависит устойчивость агроценозов.

Изменение структурно-агрегатного состояния почв

Изменение структурно-агрегатного состояния вследствие механической нагрузки на почву состоит в изменении размеров и формы почвенных агрегатов и снижении их устойчивости, а также нарушении общего объёма, размеров и соотношения различных пустот, пор и капилляров. Интенсивное или многократно повторяемое измельчение и перемешивание при некоторых видах обработки (фрезерование) приводят к гомогенизации почвенного материала в пахотном горизонте, в то время как другие виды обработки (вспашка с оборотом пласта, запахивание органических удобрений), напротив, могут способствовать увеличению морфологической неоднородности почвы пахотного горизонта. Агрогенная трансформация структурно-агрегатного состояния может приводить как к повышению, так и к снижению почвенного плодородия. Например, повышение аэрированности почвы, находящейся в условиях избыточного увлажнения, приводит к благоприятным изменениям. С другой стороны, рост аэрированности способствует усилению скорости минерализации почвенного гумуса.

Изменение биологических свойств почв

Влияние на почвенную биоту при агрогенной трансформации почв происходит как на уровне макро- и мезофауны, так и на микроуровне. Вспашка приводит к исчезновению грызунов и дождевых червей. Использование интенсивных систем земледелия с внесением высоких доз удобрений нарушает природный баланс микробных сообществ: начинают интенсивно развиваться бактерии, участвующие в минерализации органического вещества и цикле превращения азота в почве. При отсутствии или несоблюдении севооборота в почве накапливаются специфические для выращиваемой культуры фитопатогенные микроорганизмы, угнетающие растения, что является причиной почвоутомления.

Изменение гумусного состояния почв

Интенсивность и направленность трансформации органических остатков в агроэкосистемах определяются комплексом природных и антропогенных факторов. Трансформация органических остатков, поступающих в почву, протекает по двум основным направлениям: минерализация и гумификация. Гумификация реализуется в почве с незначительной скоростью, и в большинстве случаев при применении интенсивных систем ведения сельского хозяйства наблюдается усиление процессов минерализации органического вещества, приводящее к дегумификации почв. Согласно существующим оценкам, к концу 20 в. запасы почвенного органического углерода в сельскохозяйственных почвах снизились на 30–75 %, что соответствует 41–55 млрд т; средняя скорость потери органического углерода в сельскохозяйственных почвах составляет 1,6 млрд т в год, или 0,1–1,0 % в год. Наиболее интенсивно дегумификация происходит в первые годы после вовлечения почв в сельскохозяйственное производство. Это связано с разрушением почвенной структуры и повышением аэрации почвы при распашке, а также снижением поступающей в почву биомассы. Кроме того, органические соединения, поступающие в почву при выращивании сельскохозяйственных культур, подвержены более быстрому разложению, чем остатки природной растительности. В дальнейшем скорость дегумификации снижается, достигая равновесных значений через 30–50 лет. Наибольшие потери гумуса наблюдаются при распашке пастбищных угодий (снижение около 50 %) и лесных массивов (снижение около 40 %).

Загрязнение почв

Загрязнение при агрогенной трансформации почв обусловлено главным образом применением агрохимических средств (удобрения, пестициды) и стоками животноводческих предприятий. Наибольшую опасность представляют тяжёлые металлы (Co, Cd, Zn) и нитраты, поступающие вместе с удобрениями. В отличие от изменения структурно-агрегатного состояния почв, биологической активности и гумусного состояния почв, которые могут иметь как положительное, так и отрицательное влияние на почвенное плодородие, загрязнение почв всегда носит негативный характер.

Деградация почв при агрогенной трансформации

Деградация почв происходит в том случае, когда в процессе сельскохозяйственного использования угодий нарушаются агротехнические нормы, отсутствует обоснованное чередование культур на полях севооборота, нерационально применяются удобрения и средства защиты растений и т. д. В результате таких действий отмечается истощение почвенного плодородия, развитие эрозионных процессов, загрязнение почв, снижение биологической продуктивности естественных пастбищных угодий, засоление и заболачивание орошаемых площадей.

Ярким примером негативных последствий при агрогенной трансформации почв является серия пыльных бурь, произошедших в 1930-е гг. на территории США и Канады (т. н. пыльный котёл). Дегумификация почв и деградация их структуры вследствие неправильной агротехники в сочетании с отсутствием противоэрозионных мероприятий и засухой привели к тому, что в регионе более 40,5 млн га почв частично или полностью лишились гумусового горизонта из-за ветровой эрозии. В начале 1960-х гг. аналогичная катастрофа произошла на территории СССР в результате распашки 41,8 млн га целинных и залежных земель (районы Западной Сибири, Урала, Восточной Сибири, Дальнего Востока, Поволжья и Казахстана). Пыльные бури на распаханных территориях привели к потерям около 30 % запасов гумуса из пахотного горизонта от его исходных запасов. В целом за последние 40 лет около 33 % пахотных земель в мире было утрачено в результате негативных последствий процессов агрогенной трансформации почв.

В настоящее время в России общая площадь эрозионно и дефляционно опасных почв составляет более половины всех сельскохозяйственных угодий, в том числе более 40 % пашни. Вынос питательных веществ с этих земель в 4 раза превосходит их внесение с удобрениями. Около 7 % общей территории страны подвержены воздействию различных форм опустынивания, причинами чего выступают превышение допустимых антропогенных нагрузок на почвы в засушливых условиях, использование почвенных, водных и растительных ресурсов на пределе истощения. С другой стороны, в гумидных районах страны до 50 % площадей сельскохозяйственных земель испытывают переувлажнение и заболачивание. Кроме того, из обследованных в начале 21 в. 70 млн га земель 2 млн га сельхозугодий оказалось загрязнённым тяжёлыми металлами.

Окультуривание почв при агрогенной трансформации

При проведении правильных агротехнических и мелиоративных мероприятий агрогенная трансформация почв приводит к положительным изменениям почв с точки зрения их плодородия, т. е. происходит окультуривание почв. К таким мероприятиям относятся: уменьшение интенсивности механической обработки (переход к технологиям с полосовой, минимальной или нулевой обработкой); использование технологий мульчирования (выращивание покровных культур, мульчирование поверхности); применение удобрений (внесение минеральных и органических удобрений, биоугля и микробиологических биопрепаратов); проведение противоэрозионных мероприятий; использование севооборотов и адаптивно-ландшафтных систем земледелия. В результате правильной агротехники происходит улучшение почвенной структуры и связанных с ней физико-химических свойств почвы, а скорость накопления органического углерода в пахотном горизонте может составлять от 0,02 до 1,00 т/га в год. Особенно эффективно окультуривание почв с низким естественным плодородием (естественные дерново-подзолистые и болотные почвы, деградированные и обесструктуренные почвы).

Постоянное многолетнее проведение мероприятий, направленных на положительную агрогенную трансформацию почв, может привести к замене исходных почв на антропогенные, характеризующиеся высоким уровнем плодородия. На обширной территории Лёссового плато, расположенного в среднем течении реки Хуанхэ (Китай) и характеризующегося чрезвычайно развитыми эрозионными процессами, в результате террасирования и ежегодного внесения на поверхность почвы органических удобрений и пожнивных остатков в дозах 7–15 т/га в год в течение 2–3 тыс. лет были созданы антропогенные почвы – хейлуту. Они фактически заменили собой естественные почвы и пригодны для возделывания широкого спектра сельскохозяйственных культур (пшеница, просо, кукуруза, гаолян, хлопчатник, бобовые).

К положительным эффектам воздействия человека на почвы приводят целенаправленные действия, базирующиеся на научно обоснованных рекомендациях и адекватной земельной политике. Особенно показательны те позитивные агрогенные трансформации почв, которые приводят к повышению их продуктивности и проявляются в значительном росте урожайности сельскохозяйственных культур.