Cap. III. Considerații teoretice și experimentale privind procesele de degradare a solului 2 [307450]

CUPRINS

Cap. III. Considerații teoretice și experimentale privind procesele de degradare a solului 2

3.6. Compactarea artificială a solului 2

3.6.1. Noțiuni introductive 2

3.6.2. Factorii care infuențează compactarea artificială 3

3.6.3. Starea actuală a solurilor afectate de compactarea artificială 5

3.6.4. Efectele compactării artificiale a solului 6

3.6.5. Măsuri de prevenire și remediere a compactării artificiale 8

3.6.6. Studii experimentale privind compactarea artificială a solului 10

3.7. Sigilarea solului (crustificarea și asfaltarea) 12

3.7.1. Noțiuni introductive 12

3.7.2. Factorii care infuențează sigilarea solului 12

3.7.3. Starea actuală a solurilor sigilate 13

3.7.4. Efectele sigilării solului 15

3.7.5. Măsuri de prevenire și remediere a sigilării solului 18

3.7.6. Studii experimentale privind sigilarea solului 20

3.8. Contaminarea solului cu metale grele 22

3.8.1. Noțiuni introductive 22

3.8.2. Factorii care determină contaminarea solului cu metale grele 23

3.8.3. Starea actuală a solurilor contaminate cu metale grele 25

3.8.4. Efectele comtaminării solului cu metale grele 27

3.8.5. Măsuri de prevenire și remediere a contaminării solului cu metale grele 30

3.8.6. Studii experimentale privind contaminarea solului cu metale grele 34

3.9. Deșertificarea solului 37

3.9.1. Noțiuni introductive 37

3.9.2. Factorii care determină deșertificarea solului 38

3.9.3. Starea actuală a solurilor deșertificate 40

3.9.4. Efectele deșertificării solului 41

3.9.5. Măsuri de prevenire și remediere a deșertificării solului 43

3.9.6. Studii experimentale privind deșertificarea solului 46

3.10. Inundațiile (excesul de umiditate în sol) și alunecările de teren 49

3.10.1. Noțiuni introductive 49

3.10.2. Factorii care determină inundațiile și alunecările de teren 51

3.10.3. Starea actuală a inundațiilor și alunecărilor de teren 53

3.10.4. Efectele inundațiilor și alunecărilor de teren 55

3.10.5. Măsuri de prevenire și remediere a inundațiilor și alunecărilor de teren 58

3.10.6. Studii experimentale privind inundațiile și alunecările de teren 60

3.11. Pierderea biodiversității solului 64

3.11.1. Noțiuni introductive 64

3.11.2. Factorii care determină pierderea biodiversității solului 65

3.11.3. Starea actuală a pierderii biodiversității solului 67

3.11.4. Efectele pierderii biodiversității solului 69

3.11.5. Măsuri de prevenire și remediere a pierderii biodiversității solului 71

3.11.6. Studii experimentale privind pierderea biodiversității solului 72

Bibliografie 74

CAP. III. CONSIDERAȚII TEORETICE ȘI EXPERIMENTALE PRIVIND PROCESELE DE DEGRADARE A SOLULUI

3.6. Compactarea artificială a solului

3.6.1. [anonimizat] (figura 3.16). [anonimizat], prin urmare, o densitate mai mare. Un sol compactat are o rată redusă atât pentru infiltrarea apei cât și pentru drenaj. Acest lucru se întâmplă deoarece porii mari sunt mai eficienți în mișcarea apei în jos prin sol decât porii mai mici. [anonimizat] a efectua operațiunile câmpului în timp util. Lățimea și greutatea echipamentului de teren crește și la fel este și puterea tractoarelor necesare pentru a le trage. Greutatea tractoarelor a crescut de la mai puțin de 3 tone în anii 1940 la aproximativ 18 tone astăzi pentru unitățile mari cu transmisie pe patru roți. Presiunea pe roți este fără îndoială principala cauză a solului compactare [37].

Figura 3.16 Efectele compactării asupra spațiului dintre pori [37]

Populația în creștere și dezvoltarea economică continuă prezintă o mare provocare și pune presiune asupra utilizării terenurilor în special în țările în curs de dezvoltare. În plus, la nivel mondial agricultura intensivă a fost adoptată drept modul peferat pentru scurtarea rotațiilor culturilor,pentru sistemul de recoltare mono pe anotimpuri, și pentru utilizarea mașinilor grele cu scopul de a crește profitul net într-un timp cât mai scurt. Cultivarea intensivă implică cultivarea masivă a culturilor și supraexploatarea solului fapt ce poate să se înrăutățească condițiile solului cu mult atunci când se utilizează aratul pentru manipularea solului. Lucrările de prelucrare a solului au constat în prelucrarea primară a solului și lucrări secundare, utilizate pentru creșterea structurii macroporozitare a solului, în timp ce operațiunile excesive de prelucrare a solurilor proaspăt arate provoacă compactarea solului. Un studiu efectuat de Raghavan și colab. a raportat că reducerea porozității solului cu creșterea concomitentă a densității solului este cauzează de compactarea solului. Compactarea solului este, de asemenea, cuplată cu scăderea conductivității hidraulice a solului și dezvoltarea unei crustei tari inferioare fracțiunii arate [4].

Cu timpul, cercetarea privind sistemele agricole a determinat că îmbunătățirea practicilor de arare în cadrul lucrărilor convenționale și practicilor de conservare este necesară, pentru a face față noilor presiuni asociate cu intensificarea agriculturii, care altfel ar deteriora structura solului în măsura în care randamentele culturilor ar putea fi afecte semnificativ. Lucrările de prelucrare a solului se realizează prin utilizarea unor mașini grele, cu încărcătură ridicată pe osie, alunecare pe roată și presiune la sol, influențând astfel proprietățile fizice ale solului. Cultivarea convențională bazată pe deschiderea masivă a solului prin arare și rotirea specifică a terenului conduce la reducerea macroporilor, ceea ce duce la întărirea solului sub stratul arat. Mai mult, un studiu de caz a examinat capacitatea de pătrundere a rădăcinilor în soluri cu densitate mare și compactarea a fost menționată ca o cauză a reducerii porozității solului. Modificarea distribuției dimensiunii porilor a condus la consolidarea instabilă a particulelor solului ca răspuns al compactării solului. În plus, prelucrarea convențională are ca rezultat formarea macroporilor la nivel înalt, care ar putea fi asociată cu pierderea excesivă a solului. Utilizarea frecventă a mașinilor agricole grele a dezintegrat structurile atât de sus cât și de subsol, în special pe terenurile arabile. Acest lucru a condus la compactarea subsolului și la reducerea semnificativă a randamentului solului [4].

Natura și amploarea acestei degradări sunt legate și de lipsa materiei organice din sol. De asemenea, afectează mineralizarea carbonului și a azotului din sol, concentrația dioxidului de carbon din sol și volumul macroporilor solului și împiedică proliferarea rădăcinilor în sol, ca urmare a rezistenței mecanice mărite sau a aerării slabe. Schimbările climatice actuale au drept rezultat și eliberarea emisiilor de gaze cu efect de seră prin modificarea sechestrării carbonului sau a mineralizării azotului [4].

3.6.2. Factorii care infuențează compactarea artificială

Factorii care afectează compactarea unui anumit sol pot fi împărțiți în factori externi și interni. Principalul factor extern este efortul compactiv aplicat solului. Factorii interni includ distribuția mărimii particulelor, conținutul de materie organică, mineralogia și conținutul de apă al solului.

Factorii de natură externă includ: dimensiunile mașinii agricole, numărul de treceri, bătătorirea datorată animalelor, sistemul de arare, impactul picăturilor de ploaie, rotirea culturilor, metodele de irigare, vibrațiile motoarelor mașinilor agricole.

Cele mai multe operațiuni agricole necesită utilizarea de mașini agricole grele în timpul lucrărilor de cultivare, în perioada de întreținere a solului dintre 2 culturi și în distribuirea îngrășămintelor. Creșterea continuă a greutății mașinilor agricole și a necesității de a utiliza mașini agricole grele a dus la o deteriorare profundă a stratului de subsol.

Măsura și natura compactării solului este influențată de dimensiunea mașinii și de traficul agricol utilizat. Creșterea dimensiunii ustensilelor agricole și dezvoltarea de mașini multifuncționale, cum ar fi combinele agricole ar putea fi o cauză importantă a compactării solului și a deteriorării acestuia. Deși astfel de mașini multifuncționale economisesc timp și energie, încărcarea mare pe osie și alte părți grele ale unor astfel de mașini au indus o presiune ridicată la sol [4].

Presiunea de contact la sol poate fi determinată prin încărcarea pe osie împărțită la suprafața de contact dintre mașină și sol. Măsurarea presiunii solului explică/determină compactarea solului de sus, în timp ce sarcina ridicată pe osie duce la compactarea subsolului. În agricultura intensivă, solul devine compactat ca urmare a încărcării mari pe osie, dăunând structurii solului și subsolului arat și reducând productivitatea culturilor și a solului. În câmpurile în care sunt folosite mașini cu sarcini mari pe osii, solul compactat poate fi evaluat de-a lungul căilor de rulare sau pe benzi de cotitură cu mai multe efecte asupra solului de sus [4].

Gravitatea efectelor dăunătoare cauzate de mărimea mașinii și/sau de sarcina pe osie asupra randamentului culturilor poate fi dependentă de gradul de umiditate a solului, de textura solului și de sisteme de prelucrare a solului. Efectele combinate ale sarcinii mari pe osie cu umiditate ridicată ar putea duce la compactarea solului la o adâncime mai mare.

Numărul, dimensiunea și tipul de roți determină compactarea solului în proporție variabilă. Un tractor cu un număr mai mare de pneuri exercită o presiune mai redusă asupra solului în comparație cu tractorul cu pneuri singulare pe fiecare parte a tractorului. Această diferență se datorează unei presiuni ridicate la sol exercitată de un singur pneu pe unitatea de suprafață. O relație puternică a fost observată între dimensiunea anvelopei, numărul de anvelope și adâncimea solului compactat. În plus, implementarea uneltelor agricole multifuncționale a demonstrat o mai mică compactare comparativ cu mașinile agricole de unică folosință. Mai mult decât atât, diferite studii au arătat că pneurile duale au un impact mai redus asupra compactării subsolului comparativ cu pneurile singulare cu aceeași încărcătură pe osie. Prin urmare, din literatura de specialitate, este destul de evident că numărul și dimensiunea pneurilor au un impact mare în ceea ce privește compactarea solului [37].

Trecerea repetată peste aceleiași bucată de pământ ar putea duce la o compactare gravă a solului. Într-un studiu efectuat de Voorhees în 1979 s-a evaluat impactul numărului de treceri ale tractorului asupra densității solului și s-a indicat că, după prima trecere, compactarea semnificativă în solul argilos are loc până la adâncimea de 75 mm, în timp ce după trei treceri, compactarea solului s-a propagat la adâncimi variind de la 150 la 300 mm [37].

De asemenea, animalele de pășunat sfărâmă agregatele solului, ceea ce duce la reducerea stabilității agregatelor solului. Alte efecte negative asociate cu pășunatul animalelor sunt reducerea structurii solului și/sau a porozității solului. Gradul efectiv de modificare a proprietăților solului datorat pășunatului depinde de tipul de sol și de umiditatea solului; de exemplu solurile fin texturate sunt mai vulnerabile la acțiunea de călcare a animalelor pășunate decât la solul cu textură grosieră. Mai mult, solul uscat s-a confruntat cu o compactare mai mică datorită unui indice de stabilitate a agregatului mai ridicat; astfel putem spune că solurile umede sunt mai vulnerabile la compactare [37].

Acțiunea directă de cădere a picăturilor de ploaie poate dispersa particulele de sol prin ruperea suprafeței solului. O suprafața a solului ce prezintă fisuri și particule fine devine separată de aglomerările de sol, care, atunci când sunt însoțite cu stagnarea apei se așează pe sol pentru a forma un strat dur de sol provocând astfel compactarea solului. Picăturile de ploaie atunci când cad pe pământ își transferă energia în particulele solului și când această energie devine mai mare decât capacitatea de transport/purtare a particulelor de sol, particulele de devin separate de sol [37].

Factorii de natură internă care care infuențează compactarea artificială a solului sunt: umiditatea solului și conținutul de materie organică.

Conținutul de umiditate al solului este factorul care influențează cel mai mult solul susceptibil la compactare, pe măsură ce crește rezistența la penetrare potențialul apei din sol scade. Cu alte cuvinte, creșterea conținutului de umiditate a solului provoacă reducerea spațiilor macropore și duce la scăderea capacității de sprijin a solului și a presiunii de suprafață admisibile. Mai mult, contribuția conținutului de apă din sol la compactarea solului depinde de deformabilitatea solului, valoarea precomprimării, capacitatea de diseminare a stresului și contactul zona dintre sol și anvelopă. Solul este compactat până la a o anumită valoare a disponibilității umidității solului, considerată umiditatea optimă a solului; peste această limită, scăderea compactării solului apărute pe măsură ce solul devine din ce în ce mai plastic și incompresibil. Efectul umidității solului este mult mai puternic în subsol decât în ​​solul vegetal; cu toate acestea, pentru comparație și calcul conținutului de umiditate a solului, determinarea limitelor lichide, plastice și solide ale solului ar putea fi o scară mai bună. Aceste limite sunt funcțiile conținutului de lut și caracteristicile lor mineralogice [4].

Conținutul de materie organică din sol joacă un rol semnificativ în menținerea activității biologice a solului. Conținutul de materie organică ridicat are ca rezultat un indice de stabilitate mai mare,o calitate ridicată a solului și o productivitate mai bună, în timp ce conținutul de materie organică scăzut face ca solul să fie mai susceptibil la compactarea solului. Teoria din spatele prevenirii acțiunii materiei organice ar putea fi examinată prin prezența reziduurilor deasupra suprafeței solului, care este o caracteristică proeminentă a sistemului de conservare a solului. Aceste reziduuri ar putea absorbi presiunea exercitată de sarcina mare pe osie, prevenind creerea de goluri în sol. În plus, materia/reziduurile organice de pe suprafața solului s-au dovedit un bun amortizor pentru efectele compactării solului. Un strat semnificativ de reziduri de plante pe suprafața solului ar putea fi comprimate sub presiune acțiunii mașinilor grele, dar ei își pot pvstra forma după ce traficul a trecut. Reziduurile organice pot acționa ca un burete care poate fi comprimat, dar se întoarce la forma sa normală. Reziduurile organice din profilul solului sunt mai importante decât pe suprafață, deoarece această materie organică este atașată particulelor de sol în special particulele de argilă și leagă agregatele de microsol cu ce de macrosol, prevenind astfel împrăștierea solului prin acțiunea mașinilor grele. În concluzie, materia organică a solului este a o proprietate foarte importantă a solului, care poate determina magnitudinea de compactare a solului [4].

3.6.3. Starea actuală a solurilor afectate de compactarea artificială

Cuantificarea proprietăților fizice ale solului este laborioasă, în special pentru subsol. Prin urmare, există doar câteva inventare amănunțite, bazate pe indicatori măsurați, care acoperă doar zonele regionale. Într-un context global, s-a estimat un total de ~ 68 milioane de hectare care ar putea fi afectate de compactare, dar această cifră a crescut probabil astăzi considerabil. Deși o zonă mai mare de zece ori s-a estimat a fi afectată de eroziune, persistența compactării subsolului o clasifică drept una dintre cele mai importante amenințări la adresa calității solului. Un studiu de caz a evaluat degradarea solului în Europa Centrală și de Est și a estimat că în jur de 11% din suprafața studiată a fost afectată de compactare, aproximativ 68% din acestea moderat sau puternic. Diferite alte studii au arătat că aproximativ 50% din cele mai productive și fertile soluri din Țările de Jos au subsolul compactat, iar recent, s-a realizat un inventar care arată că aproximativ o treime din suprafața agricolă din Elveția Centrală are densități ridicate [25].

Baza de date a solului SPADE8 este o dezvoltare ulterioară a bazei de date SPADE1 inițiată în 1992. Baza de date SPADE a fost construită pentru a susține harta UE a solului la scara 1:1000000 cu date analitice de sol pentru modelare. Baza de date SPADE8 include o serie de proprietăți ale solului pentru un total de aproximativ 900 de profiluri de sol (~ 3500 de orizonturi de sol) în 28 de țări din Europa. Textura solului, materia organică și densitatea sunt estimate de experții în sol din diferite țări. A fost calculată densitatea relativă normalizată (DRN) pentru o medie a orizonturilor subsolului în fiecare din profilurile de sol/unități de mapare ale bazei de date SPADE8. Locurile albe pe hartă indică faptul că nu toate unitățile de cartografiere din baza de date au primit valori atât de densitate, cât și de conținut de argilă, ceea ce este o condiție prealabilă pentru calcularea DRN. Excluzând solurile organice (materie organică> 10%) și abordând doar orizonturile subsolului care acoperă intervalul de adâncime de 0,25-0,7 m, sa constatat că ~ 29% dintr-un total de 692 profile SPADE8 au prezentat valori DRN mai mari de 1, indicând densități ridicate. Aceasta corespunde aproximativ 23% din suprafața totală caracterizată [25].

O analiză similară celei de mai sus a fost făcută pentru baza de date a solurilor daneze, care include valori măsurate ale densității volumetrice și ale argilei pentru> 4800 de orizonturi de sol provenite din 1292 profile de sol. În cazul în care se exclud zonele organice (materie organică> 10%) și orizonturile solului de suprafață (adică, având în vedere numai orizonturile, ce includ adâncimea de 0,25-0,7 m), s-a constatat că aproximativ 39% din profilurile din baza de date au avut densități ridicate (DRN> 1 ). Profilurile au fost distribuite aproximativ în mod egal în toate regiunile geografice din întreaga țară. Datele indică astfel că aproximativ 39% din solurile agricole daneze au densități critice ridicate în subsolul superior [25].

Setul de date SPADE8 se bazează pe o apreciere a experților și, prin urmare, este sensibil la subiectivitate. Cu toate acestea, harta din Figura 3.17 este în prezent cea mai bună ilustrare posibilă a regiunilor europene cu subsoluri de densitate ridicată. Conform analizei, densitățile subcritice se găsesc în multe părți ale Europei Centrale, în timp ce zonele supracritice se găsesc în părți ale zonei baltice, în Danemarca, în și în jurul fostei Cehoslovacii, în nordul Portugaliei, în Italia și în părți din Regatul Unit. Este interesant de remarcat faptul că granița dintre obloanele glaciare (de obicei solurile argiloase) și depozitele aluvionare (adesea materiale de nisip), în mod normal, foarte distinctă pe hărțile pedologice, nu este detectabilă în aceeași măsură cu privire la parametrul DRN (de exemplu, Danemarca). Aceasta este o reflectare a normalizării incluse în termenul DRN, în care argila eratică mai puțin densă sunt la fel de importante pentru funcțiile solului ca nisipurile cu densitate mai mare [25].

Figura 3.17 Densitatea relativă normalizată pentru orizonturile de subsol europene care acoperă adâncimea 0,25 – 0,7 m [25]

3.6.4. Efectele compactării artificiale a solului

Diferitele forțe de compresie a solului de către echipamentul agricol pot determina compactarea particulelor de sol într-un volum mai mic. Pe măsură ce particulele sunt comprimate împreună, spațiul dintre particule (spațiul porilor) este redus, reducând astfel spațiul disponibil în sol pentru aer și apă. Forța de compactare poate provoca zdrobirea agregatelor solului, care are un efect negativ asupra structurii agregatelor solului. Compactarea solului poate avea o serie de efecte negative asupra calității solului și producției vegetale, inclusiv următoarele [32]:

– determină diminuarea spațiilor pentru pori din sol;

– reduce rata de infiltrare a apei în sol;

– scade rata de penetrare a apei în zona cu rădăcini a solului și în subsol;

– crește potențialul pentru acumulările de apă de suprafață, scurgerile de apă, captarea apei în straturile de suprafață ale solului și eroziunea solului;

– reduce capacitatea unui sol de a menține apă și aer, care sunt necesare pentru creșterea și funcționarea rădăcinii plantelor;

– reduce emergența culturilor ca urmare a crustei solului;

– împiedică creșterea radiculară și limitează volumul de sol explorat de rădăcini;

– limitează explorarea solului prin rădăcini și scade capacitatea culturilor de a prelua în mod eficient substanțele nutritive și apa din sol;

– reduce potențialul recoltei.

Solul compactat va limita creșterea rădăcinii și pătrunderea în subsol. Această situație poate conduce la apariția unor plante pipernicite, uscate prin secetă, ca rezultat al restricționării consumului de apă și de nutrienți, ceea ce are ca rezultat randamente reduse ale recoltelor [32].

În perioadele mai umede decât cele normale, compactarea solului poate reduce aerarea solului și poate conduce la pierderea crescută a nitrat-azotului prin denitrificare, ceea ce reprezintă transformarea azotului nitrat disponibil pentru plante în forme de azot gazos care se pierd prin atmosferă. Acest proces are loc atunci când solurile sunt într-o stare anaerobă și porii de sol sunt în mare parte umpluți cu apă. Aerarea redusă a solului poate afecta creșterea și funcționarea rădăcinii și poate duce la creșterea riscului de apariție a bolii. Toți acești factori au ca rezultat creșterea stresului culturilor și pierderea randamentului [32].

Scăderea conductivității apei din sol prin compactarea solului, poate induce scurgerea apei de suprafață. Aceasta, la rândul său, poate purta poluanți și nutrienți direct în apele de suprafață. De asemenea, scurgerea de suprafață poate declanșa eroziunea stratului superficial al solului. În cazul unor precipitații extreme, acest lucru poate duce chiar la alunecări de teren, iar scurgerile de suprafață pot contribui la inundații. În cele din urmă, un sol dens nu este optim pentru o varietate de organisme ale solului. Prin urmare, compactarea poate reduce biodiversitatea solului [25].

Figura 3.18 Efectele compactării solului asupra celorlalte pericole ale solului [25]

3.6.5. Măsuri de prevenire și remediere a compactării artificiale

În mod ideal, agricultorii ar trebui să își elaboreze managementul solului și culturi pentru a asigura prevenirea compactării solului [32]:

– Utilizarea practicii de semănare directă pentru a crește conținutul de materie organică din sol, fapt care va optimiza structura solului;

– Reducerea potențialului de dezvoltare a solurilor compactate prin eliminarea cultivării și reducerea traficului în câmpuri, ceea ce va spori eficiența utilizării apei și va spori potențialul de producție.

– Utilizarea proceselor naturale ale solului pentru ciclurile de "udare-uscare" și "îngheț-dezgheț" pentru a minimiza efectele compactării solului. Pentru zonele irigate, irigarea din toamnă poate asigura o cantitate suficientă de apă pentru perioada de îngheț-dezgheț ce urmează.

– Utilizarea unei combinație de culturi fibroase și rădăcinoase într-o rotație pentru a penetra solurile, pentru a dezvolta canale radiculare adânci și a adăuga materie organică în sol (Figura 3.19).

Figura 3.19 Rădăcina unei plante de rapiță în partea stangă versus rădăcina unei plante de mazare în partea dreaptă [32]

Semănarea directă

Este de ideal să se gestioneze solurile și rotațiile culturilor pentru a preveni dezvoltarea solurilor compacte prin gestionare agronomică corectă și implementarea unor practici de bază de conservare a solului [32].

Prin reducerea lucrărilor de prelucrare a solului (arat), sau de preferință, prin utilizarea unor practici de semănare directă, cantități mai mari de reziduuri vegetale vor rămâne pe suprafața solului, fapt ce va reduce crustele solului și va spori conținutul de materie organică. Un strat protector de reziduuri pe suprafața solului va absorbi impactul picăturilor de apă și preveni defalcările agregatelor de sol. Semănarea directă va contribui, de asemenea, la creșterea substanței organice din sol și va ajuta la dezvoltarea unui sol bine structurat din punct de vedere granular, care are o mai mare rezistența la defalcarea agregatelor [32].

Semănarea directă va elimina necesitatea cultivării solului, care este cauza principală pentru dezvoltarea unui hardpan sau a stratului arabil. Semănarea directă va reduce de asemenea cantitatea de trafic agricol pe sol și, prin urmare, va reduce cantitatea de sol compactată datorată utilizării de mașini agricole grele [32].

Traficul agricol controlat

Traficul agricol controlat este o nouă practică de cultivare agricolă în care sunt stabilite anumite rute astfel încât toate mașinile agricole să circule doar pe aceste rute. Sistemul separă zonele de cultură, de zonele de trafic agricol, și ca urmare aceste rute sunt stabilite în mod permanent pentru întreaga zonă agricolă [32].

Această practică ar duce numai la compactarea solului doar la nivelul roților pe rutele prestabilite din câmp și nu în restul câmpului. Această practică practică de cultivare agricolă are beneficii de capital pe termen lung pentru un agricultor [32].

Utilizarea metodei de trafic agricol controlat are următoarele beneficii [32]:

– reducerea compactării globale a solului într-un câmp;

– îmbunătățirea structurii solului;

– crește infiltrării apei;

– creșterea stocării apei în sol;

– crește eficienței utilizării umidității solului;

– îmbunătățirea eficienței utilizării nutrienților.

Rotirea și gestionarea culturilor

Folosirea a diverse rotații ale culturilor, care includ furaje, cereale, culturile de semințe oleaginoase și leguminoase care variază în funcție de adâncimea și tipul de înrădăcinare (fibroasă versus rădăcinoasă), combinată cu practicile de management agronomic bune, cum ar fi însămânțarea directă, vor ajuta reducerea problemelor de compactare a solului [32].

Practicile bune de recoltare vor ajuta în mai multe moduri [32]:

– vor promova rădăcinile plantelor să crească și să afâne solurile compactate;

– vor crește conținutul de materie organică din sol;

– vor îmbunătăți structura solului, infiltrarea și pătrunderea apei în sol;

– vor promova diversitatea biologică.

Un sol biologic sănătos va fi mai rezistent la sol compactare.

Metoda biologică principală de restabilire a porozității straturilor care restricționează rădăcinile este de a utiliza rădăcinile vegetației naturale sau culturilor de acoperire pentru a acționa ca decompactor biologic pătrunzând în orizonturile de sol ce restricționează rădăcinile. Stabilitatea canalelor rădăcinilor create de rădăcinile plantelor va fi mai mare decât cea a canalelor formate prin metode mecanice datorită eliberării de substanțe organice din rădăcinile care stabilizează suprafețele canalului. Odată ce rădăcinile au murit și s-au diminuat, acești pori vor fi suficient de mari și stabili pentru a permite pătrunderea rădăcinilor culturilor ulterioare [31].

În mod tradițional, metodele mecanice sunt utilizate pentru a descompune straturile compactate sau cu densitate naturală ridicată care restricționează rădăcinile, pentru a crea pori mai mari prin care rădăcinile culturilor pot pătrunde. Acest lucru este de obicei realizat de un utilaj de ridicare ușoră și de rupere a stratului compactat sau dens. Operațiunea poate fi efectuată pe întreaga suprafață a câmpului sau numai pe rândurile unde urmează să fie plantată cultura. Aceasta din urmă, cunoscută sub denumirea de "subsolajul rândului", este mult mai rapidă și necesită mai puțină forță de tracțiune, dar recolta trebuie să fie semănată cu precizie direct peste rândurile slăbite. Metoda cea mai potrivită va depinde de adâncimea stratului de restricție a rădăcinilor, de grosimea și duritatea acestuia și de sursa de energie disponibilă [31].

Dezvoltarea rădăcinilor este uneori limitată de condițiile chimice nefavorabile ale solului, cum ar fi deficiențele nutritive severe, toxicitatea aluminiului sau manganului și salinitatea. Nutrientul care restricționează cel mai frecvent dezvoltarea rădăcinilor este fosforul și aplicarea îngrășămintelor P în solurile cu deficit de fosfor încurajează frecvent înrădăcinarea care permite culturii să acceseze mai mult din umiditatea solului și astfel să crească productivitatea [31].

Aplicarea varului fără gips sau cu gips va reduce concentrațiile toxice de aluminiu și/sau mangan la niveluri netoxice și astfel va încuraja înrădăcinarea mai profundă. Solubilitatea mai mare a gipsului în comparație cu varul îl face mai potrivit pentru solurile cu probleme de toxicitate din aluminiu sau mangan în subsol, în timp ce varul foarte ușor solubil este cel mai eficient în solurile de suprafață. Atunci când concentrațiile mari de sare inhibă dezvoltarea rădăcinilor în solurile irigate, cantități excesive de apă trebuie aplicate suficient pentru a extrage sărurile din zona de înrădăcinare a culturii [31].

3.6.6. Studii experimentale privind compactarea artificială a solului

Recuperarea biologică și fizică a solului după compactare – Pădurea Compiègne din Franța de Nord

În zilele noastre compactarea solului este una din problemele importante, care ar trebui rezolvate pentru sustenabilitatea pădurilor. Prin tulburarea care afectează structura solului, compactarea mărește rezistența solului, în consecință, rezistența la penetrare. Mai mult, această perturbare, reduce schimbul dintre sol-atmosferă și, în consecință, respirația solului, ceea ce duce la o reducere a diversității și funcționalității biotei. În lucrarea de față, recuperarea unui luvisol, cu o textura argiloasă (considerată ca fiind cel mai comprimabil tip de sol), a fost studiată folosind o abordare diacronică la o scară de mai multe decenii. Studiul a evaluat: 1) fizica solului care studiază rezistența la penetrare și 2) biologia solului care studiază respirația de suprafață, precum și microartropodele. Acest studiu a fost realizat în pădurea Compiègne din nordul Franței [27].

În zonele luvisol (textura argilosă) a pădurii Compiegne, evidențierea traseelor ​​vehiculelor a fost realizată folosind tehnica de vizualizare MRL (Modelarea Reliefului Local) bazată pe DML (Detectarea și Măsurarea Luminii) utilizând un model digital de înaltă rezolutie (figura 3.20). Unele dintre aceste multe trasee pot fi datate datorită planurilor de management ONF (Office national des forêts) și fotografiilor aeriene. Astfel, traseele selectate sunt de 0, 10, 24 și 45 de ani. Toate analizele spațiale și de imagine sunt realizate utilizând software-ul ArcGIS 10.5 (ESRI) [27].

Figura 3.20 Pădurea Compiègne. A. localizarea luvisolului loessic (textura argilosă) în pădurea Compiègne. b. traseele studiate în funcție de anul de compactare în unitatea de exploatare forestieră. c. evidențierea traseelor ​​vehiculelor cu tehnica MRL. Traseele apar ca jgheaburi liniare (în albastru), "t" și "co" reprezintă un cuplu de grafic de măsurare, în traseul vehiculului ca un sol compactat și, respectiv, solul de control [27]

Din punct de vedere fizic: rezistența la penetrare a crescut semnificativ odată cu compactarea de la primul centimetru de adâncime. În schimb, o recuperare progresivă apare cu timpul, recuperarea a fost mai rapidă în statul desuprafață decât în ​​stratul adânc. În plus, 5 cm au fost recuperați după 10 ani, 19 cm după 24 de ani și 25 cm după 45 de ani.

Figura 3.21 Variația rezistenței de penetrare a solului (MPa) în raport cu adâncimea solului (0-30cm). Curbele reprezintă un set de date de netezite folosind metoda GAM (span=0.7, k=3), cu eroarea standard afișată de zona gri [27]

Din punct de vedere biologic, respirația de suprafață a solului a scăzut semnificativ odată cu compactarea (aproximativ 57%), iar pe de altă parte, a fost recuperată după 10 ani, când nu au existat diferențe semnificative între rata de respirație a solului compactat și a solului nedeteriorat după 10, 24 și 45 de ani. De asemenea, indicele QBS (indicele de calitate biologică a solului), indicând calitatea biologică a solului prin diversitatea microartropodelor, a scăzut semnificativ prin compactare și a fost recuperat după 10 ani, când nu a existat o diferență semnificativă între QBS a solului compactat cu 10, 24, și 45 de ani în urmă și a solului nedeteriorat. Mai mult, valoarea QBS mai ridicată înregistrată după 10 ani ar putea reflecta o fază pionier de rezistență, indicând stadiul anterior al recuperării [27].

Figura 3.22 Variația efluxului de dioxid de carbon [27]

În concluzie, s-a constatat o reducere a calității solului prin compactare. Compactarea a redus respirația suprafeței solului, precum și indicele QBS. Acest studiu a arătat că solul a atins un stadiu de recuperare, unde nu toate caracteristicile solului reflectă aceeași dinamică. Din punct de vedere fizic, a apărut o revenire progresivă, pornind de la suprafață până la straturile profunde. Compactarea a persistat în straturile adânci ale solului chiar și după 45 de ani, pe când primii 30 cm și-au recuperat rezistența la penetrare. Pe de altă parte, din punct de vedere biologic, solul s-a recuperat, cel puțin în straturile superioare, după 10 ani, când a fost recuperată rata respirației și diversitatea microartropodelor [27].

3.7. Sigilarea solului (crustificarea și asfaltarea)

3.7.1. Noțiuni introductive

În Europa au avut loc schimbări demografice majore începând cu secolul al XIX-lea. Această evoluție socială a dus la o creștere urbană relevantă și la transformări semnificative privind utilizarea terenurilor și acoperirea terenurilor.

Solurile sunt o resursă prețioasă, neregenerabilă, importanța carora a fost în mare parte subevaluată până de curând. Sigilarea solului cu suprafețe artificiale, impenetrabile interferează cu funcțiile esențiale de mediu, economice și sociale efectuate de soluri. Servicii oferite de soluri include furnizarea de alimente și materiale; reglementarea apei, energie și materie; oferind habitate de sprijin pentru biodiversitate; furnizarea spațiilor pentru scopuri recreative; și susținerea peisajelor care au o atitudine estetică și valoare culturală. Susținută de o populație globală în creștere și de o schimbare spre o urbanizare mai mare, din ce în ce mai mult teren natural este sigilat cu suprafețe impermeabile: locuințe, infrastructură de transport și dezvoltarea industrială și comercială acoperă ceea ce a fost odată teren deschis. Impactul acestei dezvoltări variază, în funcție de locul de sigilare, de condițiile locale și de climă, pe lângă mărimea populației și condițiile socio-economice din zonă [30].

Sigilarea solului reprezintă acoperirea permanentă a unei suprafețe de teren și a solului cu material artificial impermeabil, cum ar fi asfaltul și betonul. A fost identificată drept una dintre principalele procese de degradare a solului din Strategia tematică a solului a Comisiei Europene și în ultimul raport al Agenției Europene de Mediu privind statutul mediului european. Sigilarea solului afectează serviciile esențiale ale ecosistemelor (de exemplu, producția de alimente, absorbția apei, capacitatea de filtrare și tamponare a solului), precum și biodiversitatea. Urbanizarea și reconversia în curs de desfășurare a peisajului nostru este pe bună dreptate percepută drept una dintre principalele provocări cu care ne confruntăm. Generațiile viitoare nu vor vedea un pământ sănătos care să revină în timpul vieții lor, după ce a fost distrus sau serios degradat [30].

3.7.2. Factorii care infuențează sigilarea solului

Forțele externe ce conduc la sigilarea solului se referă la nevoia de locuințe noi, locații de afaceri și infrastructură rutieră legate de dezvoltarea economică a orașelor. Majoritatea activităților sociale și economice depind de construirea, întreținerea și existența zonelor sigilate și a terenurilor dezvoltate. Consumul de sol are totuși consecințe considerabile pentru societate și economie. Noile construcții de locuințe sau infrastructuri au loc de obicei la granița așezărilor existente, ceea ce creează presiuni asupra terenurilor agricole anterioare și măresc suprafețele artificiale și suprafețele solurilor sigilate. Intensitatea dezvoltării urbane și modelele de amenajare a teritoriului conduc la o anumită stare de sigilare a solului și de schimbare a utilizării terenului. Acest lucru poate fi măsurat prin gradul de etanșare a solului sau prin transformarea terenului, însă extinderea urbană creează, de asemenea, anumite stări de trafic și zgomot sporit, precum și de scăderea potențialului de producție a terenurilor și de performanță a funcțiilor solului ca mediu [25].

Sigilarea solului impactează mediul prin întreruperea schimbului dintre sistemul solului și alte compartimente ecologice, inclusiv biosfera, hidrosfera și atmosfera, care afectează procesele din ciclul apei, ciclurile biogeochimice și transferurile de energie. Aceasta conduce la o serie de efecte negative [25]:

– Reducerea disponibilității solurilor fertile pentru generațiile viitoare;

– Reducerea funcțiilor solului, cum ar fi absorbția și diluarea pentru poluanți și transformarea deșeurilor organice și reducerea capacității de stocare a apei;

– Pierderea zonelor de retenție a apei și, în același timp, creșterea scurgerii apei de suprafață, ceea ce conduce la un risc suplimentar de inundații și, în unele cazuri, la inundații catastrofale;

– Reducerea retenției carbonului din sol și stocarea carbonului.

– Distrugerea peisajelor și pierderea biodiversității prin reducerea habitatelor cu sisteme rămase prea mici sau izolate pentru a susține speciile;

– Modele de viață nesustenabile, cum ar fi creșterea clădirilor împrăștiate care conduc la o creștere a traficului și a emisiilor atmosferice, costurile de infrastructură pentru municipalitățile implicate și dezvoltarea urbană pe terenuri agricole de înaltă calitate care conduc la pierderea solurilor productive pentru producția de alimente și alte tipuri de biomasă;

– Suprafețele etanșeizate au temperaturi de suprafață mai mari decât suprafețele verzi și modifică microclimatul, în special în zonele urbane foarte sigilate. Studiile privind temperaturile la suprafață din orașele Budapesta (Ungaria) și Zaragoza (Spania) au arătat că temperaturile în zonele foarte închise pot fi cu până la 20 °C mai mari comparativ cu suprafețele umbrite verzi.

Sigilarea solului și amenajarea teritoriului nu sunt reglementate la nivel european. Cu toate acestea, în 2012, Comisia Europeană a publicat linii directoare privind cele mai bune practici de limitare, atenuare sau compensare a sigilării solului care încurajează în primul rând statele membre să își reducă ratele anuale de sigilare a solului. Ghidurile colectează exemple de politici, legislație, scheme de finanțare, instrumente de planificare locală, campanii de informare și multe alte bune practici implementate în întreaga UE. Acestea sunt adresate, în principal, autorităților competente din statele membre (la nivel național, regional și local), profesioniștilor care se ocupă cu amenajarea teritoriului și gestionarea solului și părților interesate în general, dar care pot fi, de asemenea, de interes pentru cetățeni. Exemplele de bune practici colectate în aceste ghiduri arată că o planificare spațială mai inteligentă poate limita extinderea urbană [25].

3.7.3. Starea actuală a solurilor sigilate

În conformitate cu harta SEE (Spațiul Economic European) pentru sigilarea solului, 2,3% din teritoriul Uniunii Europene a fost efectiv sigilat în 2006, iar 4,4% din teritoriu a fost supus formării suprafețelor artificiale. Figura 3.23 arată procentul de zonă sigilată, pe baza hărții de sigilare a solului. În Uniunea Europeană, în medie 51% din suprafețele artificiale sunt sigilate, dar această cotă variază considerabil între statele membre, în funcție de structurile dominante de așezare și de intensitatea interpretării suprafețelor artificiale [25].

Conform bazelor de date spațiale CORINE pentru acoperirea terenurilor, zonele artificiale au acoperit 4,1%, 4,3% și 4,4% din teritoriul UE în 1990, 2000 și respectiv 2006. Aceasta corespunde unei creșteri cu 8,8% a suprafeței artificiale în UE în perioada 1990-2006. În aceeași perioadă, populația a crescut cu numai 5%. În 2006, fiecare cetățean UE a dispus de 389 m² de suprafețe artificiale, ceea ce reprezintă 3,8% sau 15 m² mai mult față de 1990 [25].

Datele privind rata de urbanizare a terenurilor la nivel european pot fi colectate din bazele de date spațiale CORINE pentru acoperirea pământului. Trebuie remarcat faptul că există unele inconsecvențe în aceste date legate de metodologiile neomogene aplicate în țări. Cu toate acestea, între 1990 și 2006, o ușoară scădere a ratei de urbanizare anuală poate fi observată de la 100.640 hectare în perioada 1990-2000 la 92.016 hectare în perioada 2000-2006. În Belgia, Republica Cehă, Germania, Luxemburg, Polonia și Slovacia se înregistrează scăderi semnificative ale ratei de urbanizare anuală, o scădere cu mai mult de 25%, iar în Irlanda, Italia, Letonia, Olanda și Portugalia sunt vizibile scăderi mai moderate, cu mai puțin de 25%. În toate celelalte state membre, rata urbanizării anule a crescut în mod clar după începutul secolului [25].

Figura 3.23 Procentajul de sigilare a solului la nivel European conform SEE în 2006 [25]

O analiză mai precisă a creșterii suprafețelor artificiale foarte sigilate (zonă rezidențială continuă, zonă comercială/industrială și facilități de transport) a fost realizată pentru unele orașe selectate din Europa Centrală. Lucrarea a urmărit să evalueze calitatea solurilor pierdute din cauza extinderii urbane. Studiul a elaborat hărți de schimbare a utilizării terenurilor bazate pe date consistente privind imaginile prin satelit, au analizat tendințele schimbării utilizării terenurilor într-o perioadă de 15 ani și au evaluat ulterior calitatea solului afectată de urbanizare. Analiza a fost efectuată pentru Bratislava, Praga, Viena, Stuttgart, Milano, Salzburg și Wroclaw. Hărți de utilizare a terenurilor de rezoluție de 10 metri au fost produse pentru perioadele 1990-1992 și 2006-2007. Zona sigilată în perioada de 15 ani în zonele de testare a variat între 160 și 780 ha. Datele furnizate aici pot fi oarecum diferite de statisticile oficiale care folosesc metodologii diferite. Cu toate acestea, avantajul abordării aplicate a fost acela că a permis o analiză a tendințelor spațiale ale schimbării utilizării terenurilor utilizând aceeași metodă pentru toate orașele și legătura acestora cu informația privind calitatea solului. Solurile din fiecare oraș au fost clasificate în funcție de informațiile disponibile, în mod obișnuit pe baza clasificărilor naționale ale productivității solului/terenului pentru uz agricol sau a serviciilor ecosistemului urban. Proporția celor mai bune soluri din zonele noi urbanizate din Bratislava a fost de 5 ori mai mică decât proporția lor în suprafața totală. S-a presupus că reglementările prezente în Slovacia au contribuit la protejarea celor mai valoroase soluri în ceea ce privește potențialul de productivitate al agriculturii. Solurile clasificate drept cele mai valoroase în cadrul evaluării sunt protejate de un sistem de plăți de taxe. Transformarea acestor terenuri agricole în alte tipuri de terenurilor este taxată cu plăți obligatorii cuprinse între 6 și 15 EUR pe metru pătrat. Un sistem similar a existat în Polonia până în 2008. Cu toate acestea, această practică nu a asigurat protecția eficientă a celor mai valoroase soluri din Wroclaw. Evaluările efectuate pentru Wroclaw, Praga, Viena și Salzburg au evidențiat tendințe negative de utilizare preferențială a celor mai valoroase soluri de uz agricol, în timp ce în Stuttgart și Milano conversia solurilor de înaltă calitate pentru agricultură și furnizarea de servicii ecosistemice în alte utilizări a fost mai degrabă proporțională cu ponderea lor în masa totală a solului. Analiza eficienței protecției solului s-a referit la perioada cuprinsă între începutul anilor nouăzeci și 2006/2007, deci nu se referă la niciun sistem de gestionare a solului introdus recent [25].

3.7.4. Efectele sigilării solului

Efectele sigilării solului asupra componentei majore de mediu se referă la cinetica reacțiilor chimice și schimbul de apă, gaz, particule și energie între sol și alte compartimente de mediu, afectând astfel buna funcționare a solului.

Impactul sigilării solului asupra transferului de energie

Sigilarea solului cu materiale exogene poate avea o mare influență asupra schimbului de căldură cu atmosfera. Proprietățile termice ale unui sol variază în funcție de tipul solului și de conținutul său de umiditate. Deoarece căldura se deplasează foarte lent în soluri, anomaliile temperaturii solului la solurile de suprafață sunt eliberate în atmosferă prin schimbul de suprafață și nu pot fi distribuite în straturile mai profunde. Numai anomaliile persistente din totalul de căldură de suprafață se pot propaga în straturile adânci ale solului și afectează variațiile de temperatură în acele straturi. Temperatura afectează procesele chimice ale adsorbției și desorbției moleculelor organice pe suprafețele minerale, precum și formarea agregatelor, care la rândul lor protejează fizic compuși organici. Printre altele, randamentul materiei organice poate fi modificat, deoarece o fracțiune semnificativă de materie organică relativ labilă este supusă unei descompuneri sensibile la temperatură [17].

Temperatura într-un sol sigilat va depinde de colorit, de emisivitate și de proprietățile termice ale materialului de etanșare și este, în general, mai mare decât în ​​cazul unui pământ neacoperit. De asemenea, conductivitatea termică scade odată cu creșterea temperaturii. Etanșarea solurilor sub orașe ar modifica la rândul lor climatul local, ducând la temperaturi și mai ridicate. Diferențierea climatului urban se manifestă cel mai evident prin creșterea temperaturii aerului aproape de solul închis față de temperatura aerului din afara orașului. Acest fenomen se numește insula de căldură urbană, ICU și are cauze suplimentare în proprietățile termice ale materialelor de suprafață, iar căldura reziduală din aerul condiționat, industrie și alte surse contribuie de asemenea la ICU. Multe suprafețe urbane, cum ar fi drumurile și acoperișurile, au un colorit relativ deschis (reflectabilitate la radiația solară). În timp ce unele dintre radiațiile reflectate de aceste suprafețe părăsesc mediul urban, o mare parte din ele sunt interceptate și parțial absorbite de alte suprafețe urbane. S-a descoperit că temperatura pe timp de zi a unei suprafețe de ciment, o suprafață cu vopsea cenușie, o suprafață goală a solului, o suprafață verde și o suprafață cu vopsea albă au fost în ordine descrescătoare [17].

Impactul sigilării solului asupra mișcării apei

Fluxul de apă într-un sistem poros, cum este solul, este în general descris de legea lui Darcy, care constă în gradientul care determină curgerea apei și respectiv rezistența sau conductivitatea, care controlează permeabilitatea. Mai mulți factori afectează conductivitatea hidraulică și pot influența atât comportamentul hidrologic cât și mecanic al solului. Observația cea mai evidentă este că etanșarea artificială a suprafeței solului o face impermeabilă la curgerea apei. Acest lucru, împreuna cu impactul termic descris mai sus, implica faptul ca regimul de apa al solului subteran este puternic modificat. Pe lângă diminuarea generală a conținutului de umiditate a solului, există o scădere a maselor de apă în zonele urbane, ceea ce ar reduce, la rândul său, rata reacțiilor chimice. În cazul unei mese de apă coborâte, timpul de băltire ar fi mai lung și riscul de anaerobioză mai mare. Etanșarea unei suprafețe are consecințe evidente și asupra zonelor învecinate. Aceasta mărește cantitatea și viteza scurgerii care ajunge pe suprafața nesigilată crescând astfel riscul de contaminare și eroziune în zonele neacoperite. În ciuda precipitațiilor mari din multe orașe temperate, fluxul de apă este atât de alterat încât mult mai puțină apă este ușor disponibilă pentru plante și pentru fluxul de bază al cursurilor [17].

Impactul sigilării solului asupra difuziei de gaze

Starea componentelor gazoase din sol este determinată în principal de activitatea biologică și de mecanismele de dizolvare și sorbție. Temperatura joacă întotdeauna un rol crucial. Modificarea utilizării terenurilor este de asemenea un factor important al schimbului de gaz-atmosferă. A fost efectuat un experiment în care permeabilitatea aerului a două materiale de sol a fost măsurată, după ce a fost sigilată cu asfalt cauciucat sau parafină. Rezultatele au arătat că asfaltul a reușit să mențină o etanșare mai bună decât parafina rigidă, deoarece materialele din sol au fost uscate și s-au micșorat. Integritatea sigiliului asfaltului a fost menținută pe măsură ce potențialul matricilor a fost redus de la -50 kPa la -750 kPa pentru solurile cu capacitate moderată și ridicată de contracție. În schimb, datele privind permeabilitatea aerului indică faptul că parafina nu a reușit să asigure o etanșare adecvată la -50 kPa, chiar înainte ca solul să fie desorbit [17].

Impactul sigilării solului asupra biotei

Starea solurilor urbane se află la baza funcționării ecosistemelor urbane. Impactul sigilării solului asupra unui peisaj este o funcție a compoziției originale a solului natural, dar are întotdeauna drept rezultat pierderea biodiversității. Urbanizarea este, de fapt, considerată un factor-cheie al omogenizării biologice. Ecosistemele native, atunci când sigilate sub orașe, sunt înlocuite cu pavaj și clădiri și ceea ce a mai rămas din solul natural este acoperit cu zone verzi, care sunt adesea dominate de specii ornamentale non-native. Urbanizarea este în primul rând fragmentarea zonelor mari, extinderea influenței asupra întregului peisaj. Efectul acestei fragmentări are loc la toate scările spațiale și afectează toate organismele. Fragmentele vegetației naturale pot fi prea mici sau chiar prea izolate pentru a susține anumite specii. Un studiu a împărțit preocupările legate de biodiversitate în trei grupe: (a) cele legate de impactul asupra ecosistemelor adiacente; (b) cele care se ocupă de modul de maximizare al biodiversității în cadrul ecosistemului parțial închis și (c) cele legate de gestionarea speciilor nedorite din cadrul ecosistemului [17].

Creșterile de temperatură legate de ICU provoacă schimbări în fenologia plantelor care se schimbă spre înflorirea în perioada de început a primăverii în zonele urbane comparativ cu zonele rurale din jur. ICU și temperaturile ridicate ale solului și aerului exercită o presiune evolutivă asupra organismelor. Ciupercile care locuiesc în sol sunt subiecte utile pentru evaluarea consecințelor evolutive ale etanșării antropice pentru fiziologia termică a ectothermelor. Ciupercile nu pot fi termoregulate și astfel sunt supuse întregii game de temperaturi observate în sol. Un studiu de caz a măsurat normele de reacție termică ale ciupercilor chitinolitice și a constatat diferențe între zonele urbane izolate și cele rurale, sugerând o specializare termică și o variație contragradientă în comunitatea fungică [17].

Efectele sigilării solului asupra celorlalte pericole ale solului

Impactul urbanizării asupra materiei organice din sol este unul dublu. Cantitatea totală a materiei organice din sol este redusă într-o zonă de extindere urbană. Stratul organic superior al profilului de sol este deseori despicat înainte de lucrările de construcție. Pe de altă parte, humusul colectat ar putea fi utilizat într-o altă locație pentru a îmbunătăți funcțiile solului și conținutul de materie organică din sol în solul tratat. În cazul în care lucrările de construcție sau de etanșare a solului are loc pe solurile organice, se observă o creștere a emisiilor de gaze cu efect de seră. Perturbarea profilului solului organic cauzează mineralizarea turbei și, prin urmare, degajarea de gaze cu efect de seră în atmosferă [25].

Figura 3.24 Efectele sigilării solului asupra celorlalte pericole ale solului [25]

Lucrările de construcții determină compactarea solului datorită mașinilor grele. Acest efect este amplificat atunci când solul este saturat excesiv de apă. Distrugerea profilului solului mărește susceptibilitatea solului la compactare [25].

Sigilarea solului mărește drastic riscul de inundare. O mare proporție de suprafețe impermeabile conduce la o scurgere sporită în timpul furtunilor, ceea ce contribuie în mod semnificativ la inundațiile fluviale. Planificarea spațială adecvată și utilizarea materialelor parțial permeabile (de exemplu pentru căi) reduce riscul de inundații. Riscul de alunecare a peisajelor poate fi accentuat de așezările umane datorită pierderii vegetației naturale și a perturbării stabilității în pantă sau a scurgerilor sporite și a eroziunii solului aferente [25].

Urbanizarea crește, de obicei, conținutul de fond al poluanților din sol (de exemplu, oligoelemente sau hidrocarburi aromatice policiclice), deși nu depășește neapărat nivelurile de risc din sol. Poluarea solului poate apărea pe plan local ca efect direct al urbanizării: lucrări de construcții, depozite de deșeuri, gestionarea deșeurilor sau activități industriale. Sigilarea solului împiedică dispersarea contaminanților și este una dintre metodele tehnice pentru inactivarea contaminanților în sol. Pe de altă parte, o densitate ridicată de etanșare a solului accelerează contaminarea aerului, în special cu particule (PM). Mozaicurile spațiilor verzi și a zonelor sigilate cu arbori reduc concentrația de contaminanți în aer și le inactivează [25].

Urbanizarea cauzează o pierdere a biodiversității globale (diversitatea animalelor, a habitatelor naturale, a speciilor de plante) în zonele de extindere urbană datorită fragmentării terenurilor prin infrastructura de transport și clădirile comerciale/rezidențiale. Sigilarea solului duce practic la o pierdere completă a biodiversității solului, deoarece această funcție a solului nu mai este posibilă în locul sigilat [25].

În anumite cazuri, sigilarea solului ar putea accelera eroziunea hidrică a solului, deoarece densitatea ridicată a suprafețelor impermeabile crește debitul de suprafață al apei. În plus, perturbarea profilului solului în timpul lucrărilor de construcție, pierderea materiei organice din sol și deseori suprafețele goale face ca solul să fie mai susceptibil de eroziune [25].

Nu există o legătură directă între sigilarea solului și urbanizare cu salinizarea solului, cu excepția impacturilor accidentale locale de origine industrială.

3.7.5. Măsuri de prevenire și remediere a sigilării solului

Limitarea impermeabilizării solurilor poate lua, în esență, două forme: fie prin reducerea gradului de ocupare a terenurilor, și anume a ratei transformării spațiilor verzi, a terenurilor agricole și a zonelor naturale în zone rezidențiale – o reducere care ar necesita chiar, în funcție de circumstanțele la nivel local, stoparea totală a ocupării terenurilor, fie prin continuarea impermeabilizării solurilor, dar utilizând terenurile deja ocupate, de exemplu amplasamentele industriale dezafectate. În cazurile celor mai bune practici, calitatea solurilor este un aspect important luat în calcul în cadrul oricărui proiect care presupune ocupare de terenuri pentru a direcționa exploatările inevitabile către soluri de o calitate inferioară, calitatea fiind evaluată în termeni de funcțiile oferite de un anumit sol și de impactul impermeabilizării solului asupra acestora. În ambele forme, stabilirea de ținte realiste privind ocuparea terenurilor la nivel național, regional și/sau municipal se dovedește benefică. În acest context, este important ca statele membre și, în special, regiunile care sunt considerabil afectate de ocuparea terenurilor și impermeabilizarea solurilor, să monitorizeze și să evalueze pierderile acestora în materie de soluri și să stabilească măsuri adecvate în funcție de cererea viitoare de terenuri. Pentru a atinge potențialul maxim, astfel de ținte ar trebui să fie obligatorii sau cel puțin să se bazeze pe o strategie pentru o politică amplu susținută, cu obiective clare; altfel, utilizarea durabilă a resurselor pedologice este deseori plasată pe locul doi în detrimentul altor interese. O astfel de strategie presupune angajamentul total al departamentelor guvernamentale relevante, nu doar al celor care se ocupă cu amenajarea spațiului și cu protecția mediului. Experiența arată că inclusiv țintele indicative – precum cele stabilite în Austria și Germania – pot fi instrumente utile, cel puțin pentru atragerea atenției factorilor de decizie asupra importanței utilizării terenurilor și a solurilor în mod durabil [30].

Utilizarea de materiale și suprafețe permeabile

Materialele și suprafețele permeabile pot contribui la conservarea unor funcții cheie ale solurilor și la atenuarea, într-o anumită măsură, a efectelor impermeabilizării solurilor. Acestea pot ajuta la menținerea conectivității dintre suprafața terenului și solurile subterane, reducând scurgerile de ape de suprafață și permițând infiltrarea unei cantități mai mari de apă pluvială prin solurile subiacente. Aceasta poate reduce costurile aferente tratării apei, precum și riscul de inundații și de eroziune a apei. Mai mult, permițând infiltrarea unei cantități mai mari de ape pluviale, materialele permeabile pot contribui la creșterea gradului de reîncărcare a corpurilor de ape subterane. Componenta vegetală determină absorbția unei cantități mai mici de căldură comparativ cu materialele convenționale (de exemplu, asfalt), fapt care poate ajuta la reducerea temperaturii aerului din apropiere și la diminuarea cantității de energie necesară pentru răcire. Materialele permeabile permit evaporarea, factor decisiv pentru răcirea urbană și pentru evitarea efectului de insulă de căldură. De asemenea, unele produse pot menține funcțiile biologice sau peisagistice. În sfârșit, materialele permeabile pot întârzia considerabil formarea stratului de gheață în timpul iernii [30].

Există o gamă largă de materiale și de concepte pentru suprafețele permeabile care pot fi aplicate într-o gamă largă de situații. Pe lângă beneficiile ecologice ale acestora, cele mai multe suprafețe permeabile au costuri mai mici pe durata de viață în comparație cu suprafețele impermeabile convenționale. Cu toate acestea, suprafețele permeabile nu pot fi considerate în sine o măsură completă de protecție a solurilor, deoarece toate tehnicile necesită înlăturarea unui strat superior al solului de cel puțin 30 cm. Solul original poate fi într-o oarecare măsură înlocuit, precum în cazul gazonului cu pietriș [30].

Utilizarea/implementarea unei infrastructuri verzi

Urbanismul (la diferite niveluri) inspirat de conceptul de infrastructură verde poate contribui la reducerea efectului de insulă de căldură în zonele urbane, adaptându-se astfel la schimbările climatice și diminuând cererea de energie pentru aerul condiționat, la menținerea sau creșterea potențialului de infiltrare al terenurilor, evitând în același timp scurgerile importante de apă și încărcarea sistemelor de canalizare, la reducerea scurgerilor pluviale pe timp de furtună, care poluează de altfel căile navigabile locale, prin tratarea apei pluviale la locul căderii sale, precum și la blocarea pătrunderii scurgerilor de ape poluate în sistemele de canalizare. Zonele dense de arbuști și copaci din zonele urbane și din jurul acestora pot absorbi cantități mari de praf și poluanți din aer, acționând în același timp, într-o oarecare măsură, și ca filtru pentru zgomote și reducerea paraziților (de exemplu, insecte). Mai mult, infrastructura verde poate furniza și alte beneficii sociale comunitare, de exemplu revitalizarea cartierelor și un spațiu recreațional mai mare [30].

Una dintre metodele cele mai eficiente de construire a infrastructurii verzi o reprezintă adoptarea unei abordări integrate în ceea ce privește gestionarea teritorială. De obicei, aceasta se realizează cel mai bine printr-o amenajare a spațiului și o planificare urbană strategică ce permit interacțiuni spațiale între diferitele exploatări ale terenurilor și o mai bună organizare a amenajării pe sectoare (infrastructură, agricultură, apă). Prin urmare, atunci când proiectele cofinanțate prin politica regională a UE au un impact asupra zonelor naturale este esențial ca elemente precum amenajarea spațiului, exploatarea terenurilor sau a pădurilor și gestionarea zonelor umede să fie luate în considerare. Acest lucru este valabil, în special, în cazul infrastructurilor utilizate intens și pe termen lung precum străzi, autostrăzi, căi ferate, noi parcuri de afaceri sau stații de epurare a apei reziduale [30].

Reutilizarea solului vegetal

Solul vegetal înlăturat pentru pregătirea terenului în vederea construcției unei clădiri sau a unui drum poate fi reutilizat în altă parte. Printre exemple se numără utilizarea de către industria de recreere (de exemplu, dezvoltarea de terenuri de golf), de către grădinarii amatori pentru a contribui la îmbunătățirea calității solurilor acestora (în special, cei care dețin grădini cu sol foarte argilos) sau în contextul activităților de recuperare a terenurilor (de exemplu, pentru acoperirea depozitelor de deșeuri sau în locul solului contaminat într-o locație contaminată) pentru a crea un mediu favorabil pentru germinația semințelor și creșterea plantelor. În plus, solul vegetal poate fi reutilizat pentru îmbunătățirea solului de calitate inferioară, în urma unei selecții atente a locului și a solului, deși caracteristicile fizice, biologice și chimice adecvate ale solului gazdă sunt esențiale. Reutilizarea solului vegetal poate fi consolidată prin intermediul unor obligații legale [30].

Este necesară manipularea atentă a solului în timpul înlăturării acestuia de pe solul gazdă, inclusiv în momentul desprinderii, depozitării și transportului acestuia, pentru a limita degradarea și pentru a permite un anumit grad de recuperare a funcțiilor acestuia în noua locație. În plus, aplicarea corectă și structurarea profilului (și anume plasarea solului vegetal deasupra subsolului), precum și stabilirea atentă și menținerea unei vegetații adecvate constituie factori cheie pentru a obține o reutilizare eficientă [30].

Re-permeabilizarea (recuperarea solurilor)

Re-permeabilizarea înseamnă restaurarea unei părți a vechiului profil al solului prin îndepărtarea straturilor impermeabile precum asfalt sau ciment, afânarea solului inferior, îndepărtarea materialelor străine și restructurarea profilului. Obiectivul este de a restaura o conexiune eficientă cu subsolul natural. Această acțiune ar putea necesita utilizarea de sol vegetal excavat din altă parte pentru a furniza un mediu de înrădăcinare de mai bună calitate sau utilizarea de materiale favorabile formării solului. Gestionată corespunzător, această acțiune poate restaura considerabil funcțiile solului [30].

Re-permeabilizarea ca măsură compensatorie este uneori asociată unei abordări mai largi vizând regenerarea urbană, de exemplu prin înlăturarea clădirilor abandonate și furnizarea de suprafețe adecvate pentru spații verzi. În acest caz, dezvoltările în zonele urbane centrale sunt scutite de măsuri compensatorii având drept obiectiv încurajarea dezvoltării urbane centrale și stoparea extinderii urbane haotice. Deoarece restaurarea completă a funcțiilor solului pe un amplasament impermeabilizat anterior poate fi dificilă din punct de vedere tehnic sau prea costisitoare, reutilizarea unui astfel de loc pentru dezvoltarea urbană centrală este, prin urmare, luată în considerare. Acest fapt contribuie la evitarea ocupării de terenuri (și a fragmentării) în altă parte și reprezintă un beneficiu global din punct de vedere al durabilității [30].

3.7.6. Studii experimentale privind sigilarea solului

Sigilarea solului – un studiu de caz pentru Slovenia

Slovenia acoperă o suprafață de 20 273 kilometri pătrați, din care aproximativ două treimi sunt acoperite cu păduri și aproximativ 28% cu terenuri agricole. Slovenia este caracterizată de o diversitate geografică pe un teritoriu foarte mic, inclusiv câmpiile mari din jurul Ljubljana și Celje, regiunile muntoase și regiunile de coastă. Există o tendință predominantă spre o puternică concentrare a puterii în centrul național, pe de o parte, și fragmentarea într-un număr mare de municipii mici [24].

Comparație cu alte state membre ale UE: Cantitatea de suprafață artificială pe cap de locuitor este cu aproximativ o treime mai mică decât media UE. Majorările între 2000 și 2006 au fost destul de moderate în comparație cu alte țări din UE. Cantitatea de suprafață sigilată este cu 10% sub media UE [24].

Zonele în proces de micșorare predomină în regiunea montană, care acoperă aproape 40% din teritoriul sloven. Populația în aceste zone nu mai poate menține atât infrastructura locală, cât și peisajul cultural. Consecința este o supraaglomerare pronunțată a peisajului cu pădure, care acoperă deja mai mult de 56% din teritoriul sloven [24].

Figura 3.25 Suprafața sigilată pe regiune pentru Slovenia în 2006 [24]

În Slovenia – ca și în majoritatea țărilor europene – populația nu este în creștere, în timp ce activitățile de construcție și amenajarea teritoriului se dezvoltă mult mai rapid. Între 1971 și 2007, populația slovenă a crescut cu 8%, în timp ce numărul locuințelor a crescut cu mai mult de 70%. Rata medie anuală a de ocupare a terenurilor între 1996 și 2006 a fost de aproximativ 140 hectare pe an (sau 0,7 m² pe cetățean și pe an), ceea ce a fost moderat în comparație cu alte țări [24].

Tabelul 3.2 Ocuparea medie anuală a terenurilor în Slovenia între 1996 și 2006 [24]

În 2004, Ministerul Mediului, Amenajării Teritoriului și Energiei au publicat Strategia de Dezvoltare Teritorială pentru Slovenia, care definește prioritățile de amenajare a teritoriului pentru Slovenia, cu respectarea integrală a dezvoltării durabile. Documentul poate fi considerat ca fiind foarte inovativ în comparație cu alte documente similare din alte țări: stabilește principiul dezvoltării spațiale durabile, necesită o abordare integrată pentru atingerea acestui obiectiv și oferă indicații clare privind eficiența utilizării terenurilor, reducerea expansiunii urbane, și dezvoltarea eficientă a terenurilor structurilor policentrice. Trei ani mai târziu a fost implementată legea privind amenajarea teritoriului național, care reglementează în mod clar planificarea spațială în Slovenia. Planul se referă la 11 obiective-cheie, dintre care cinci se referă în mod explicit la reducerea extinderii urbane și a utilizării eficiente a terenurilor [24]:

dezvoltarea durabilă în spațiu și utilizarea eficientă și economică a terenurilor;

reînnoirea infrastructurii existente, care prezintă un avantaj înainte construirii unei noi infrastructuri;

conservarea caracteristicilor dominante ale spațiului;

reabilitarea siturilor industriale contaminate;

protecția mediului, a resurselor naturale și a conservării naturii.

Ocuparea anuală a terenurilor pe cap de locuitor este mai mică de 1 m² pe locuitor, ceea ce reprezintă o valoare foarte scăzută în comparație cu alte state membre ale UE.

Reducerea extinderii urbane. Răspândirea necontrolată a sigilării în zonele urbane este limitată de Legea privind amenajarea teritoriului și de Ordinul Spațial Național. Dezvoltarea urbană nu se realizează pe cheltuiala zonelor verzi amenajate. Reînnoirea urbană are prioritate față de extinderea așezărilor în noi zone nedezvoltate [24].

Protecția celor mai bune terenuri agricole. Pentru a păstra suficient teren agricol pentru creșterea hranei și a hranei pentru animale, este necesar să se păstreze terenurile agricole. Pe terenurile agricole, fertilitatea trebuie protejată. Terenurile agricole trebuie utilizate în conformitate cu scopul lor și protejate împotriva poluării sau a altor degradări [24].

Sistemul de planificare spațială (și alte) în Slovenia este, în principiu, bine conceput. Documentele și legile strategice conțin în principiu obiective și politici dezvoltate pe strategii bine studiate. Problemele apar în transferul acestor obiective strategice către documente specifice de implementare, deoarece criteriile și indicatorii pentru obiective nu sunt clar definite în documentele de reglementare. De asemenea, cauzează probleme suplimentare care uneori nu sunt bine definite. O altă problemă în ceea ce privește implementarea politicii spațiale actuale este că majoritatea documentelor de implementare în planificarea spațială au fost create la începutul anilor optzeci într-o perioadă de proprietate publică. Acum, în perioada economiei de piață, aceste documente sunt inadecvate și constituie un obstacol în calea unei planificări urbane eficiente [24].

3.8. Contaminarea solului cu metale grele

3.8.1. Noțiuni introductive

Impactul omului asupra biosferei a fost foarte larg și complex și cel mai adesea a dus la schimbări ireversibile care au dus la degradarea mediului natural. Poluarea mediului, în special prin produse chimice, este unul dintre cei mai importanți factori în distrugerea componentelor biosferei. Dintre toți contaminanții chimici, se crede că metalele grele au o semnificație ecologică, biologică sau de sănătate specifică [35].

Utilizarea metalelor s-a accelerat în timpul revoluției industriale din secolul al XIX-lea și de atunci metalele grele au devenit "esențiale" pentru societatea modernă din cauza gamei de produse metalice folosite. Consumul de energie și minerale de către om este cauza principală a poluării cu metale grele în biosferă [35].

Unul dintre principalele impacturi ale industriei asupra mediului este modificarea progresivă a compoziției chimice a ecosistemelor situate în jurul surselor de emisie. Eliberarea continuă a metalelor grele din surse antropice provoacă schimbări semnificative în ciclul biogeochimic al acestor elemente. Metalele toxice, inclusiv cadmiul sau plumbul, pot penetra ușor culturile și pot fi încorporate în lanțul alimentar. Prezența lor în organismele vii determină inhibarea enormă a enzimelor importante în căile metabolice, ceea ce conduce la multe boli metabolice. În plus, acumularea de metale grele în plante cauzează reacția lor la stres, ceea ce implică schimbări vizibile în compoziția chimică, în principal prin acumularea de amino-betaină, putrescină. Cu toate acestea, și microelementele precum zincul și cuprul care apar în cantități mari într-o dietă și sunt carazterizate de capacitatea lor de a se acumula pot provoca boli cum ar fi anemia sau leziuni ale rinichilor și ficatului. Toate metalele menționate mai sus sunt emise în mediul înconjurător în principal prin procese industriale de ardere (Cd, Pb) și prin utilizarea în masă a pesticidelor și fertilizatorilor – Zn, Cd, Cu [8].

Metalele grele sunt metalele toxice și metaloizi cu densitate mai mare de 6 mg m-3 sau 5g/cc și greutatea atomică mai mare decât cea a fierului. În acest caz se află 76 de oligoelemente (micronutrienți cationici), respectiv Fe, Mn, Cu, Zn și Ni care prezintă atât deficiențe și toxicitate, cât și alte metale, respectiv Pb, Cd, Cr, Hg, Se și sunt denumite metale grele [35].

În funcție de nivelul lor de toxicitate metalele grele sunt caracterziate în trei grupe de periculozitate: metale grele extrem de periculoase Cd, As; metale grele cu o periculozitate medie Hg, Pb, Ni și metale grele cu o periculozitate redusa Cu, Zn, Mn.

Metalele grele sunt introduse în mediu prin surse naturale (geogene) și antropice. În timp ce rocile și mineralele metalice domină sursele naturale, sursele antropice variază de la agricultură (îngrășăminte, îngrășăminte animale, pesticide etc.), metalurgie (minerit, topire, finisare metal etc) și producția de energie (benzină cu plumb, plante etc.). Poluanții pot fi eliberați în formă gazoasă (aerosol), sub formă de particule apoase sau solide, în funcție de industrie. Ele pot proveni din surse difuze sau punctiforme. Sursele punctiforme de emisii ale industriilor metalurgice majore poate provoca contaminarea pe scară largă a terenurilor [8].

Sursele antropice de poluare cu metale grele includ industriile de topire a metalelor, efluenții industriali, nămolurile de epurare, deșeurile municipale solide, arderea combustibililor fosili, apa de ploaie etc.

3.8.2. Factorii care determină contaminarea solului cu metale grele

Metalele grele se găsesc în mod natural în mediul solului din procesele pedogenetice de dezagregare ale materialelor părintești la niveluri care sunt considerate drept urme (<1000 mg kg-1) și rareori toxice. Datorită perturbării și accelerării ciclului geochimic natural al metalelor care se desfășoară lent de către om, majoritatea solurilor din mediul rural și urban pot acumula unul sau mai multe metale grele peste valorile de fond definite, valori suficient de mari pentru a provoca riscuri pentru sănătatea umană, plante, animale, ecosisteme sau alte medii. Metalele grele devin, în esență, contaminanți în mediile solului deoarece: (a) vitezele lor de generare prin cicluri realizate de om sunt mai rapide decât cele naturale; (b) sunt transferate din mine în locuri aleatorii de mediu unde riscul unei potențiale expunerii directe este mult mai mare, (c) concentrațiile metalelor din produsele aruncate la gunoi sunt relativ ridicate în comparație cu cele din mediul de primire și (d) forma chimică în care se găsește un metal în sistemul de mediu receptor poate să o facă mai biodisponibilă [18].

Îngrășămintele

Din punct de vedere istoric, agricultura a fost prima influență umană majoră asupra solului. Pentru a crește și a completa ciclul de viață, plantele trebuie să obțină nu numai macronutrienți (N, P, K, S, Ca și Mg), ci și micronutrienți esențiali. Unele soluri sunt deficient în metalele grele (cum ar fi Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni și Zn) care sunt esențiale pentru o creștere sănătoasă a plantelor, iar culturile pot fi suplimentate cu acestea ca o adăugare directă în solul sau ca un spray foliar. Culturile de cereale cultivate pe soluri cu deficit de Cu sunt ocazional tratate cu Cu ca o adiție la sol, și Mn poate fi furnizat în mod similar culturilor de cereale și rădăcini. Cantități mari de îngrășăminte sunt adăugate cu regularitate în solurile din sistemele de cultivare intensivă pentru a asigura niveluri de N, P și K adecvate pentru creșterea culturilor. Compușii utilizați pentru a furniza aceste elemente conțin cantități mici de metale grele (de exemplu, Cd și Pb) ca impurități, care, după aplicări continue a îngrășămintelor, pot crește semnificativ conținutul lor în sol. Metalele, cum ar fi Cd și Pb, nu au nicio activitate fiziologică cunoscută. Aplicarea anumitor îngrășăminte fosfatice adaugă necondiționat Cd și alte elemente potențial toxice în sol, incluzând F, Hg și Pb [18].

Pesticidele

Câteva pesticide utilizate în mod obișnuit în agricultură și horticultură în trecut au conținut concentrații substanțiale de metale. De exemplu, în ultimul timp, aproximativ doar 10% din substanțele chimice care au fost aprobate pentru utilizare ca insecticide și fungicide în Marea Britanie au fost bazate pe compuși care conțin Cu, Hg, Mn, Pb sau Zn. Exemple de astfel de pesticide sunt spray-urile fungicide care conțin cupru, cum ar fi amestecul Bordeaux (sulfat de cupru) și oxiclorura de cupru. Arseniatul de plumb a fost folosit timp de mulți ani în livezile de fructe pentru a controla unele insecte parazitare. Componentele cu conținut de arsen au fost utilizate, de asemenea, pe scară largă pentru a controla căpușele de bovine și pentru a controla dăunătorii în banane în Noua Zeelandă și Australia, iar cherestea a fost păstrată/îngrijită cu chimicale bazate pe Cu, Cr și As concentrațiile acestor elemente depășind cu mult concentrațiile de fond. O astfel de contaminare poate provoca probleme, în special dacă siturile sunt reabilitate pentru alte scopuri agricole sau neagricole. În comparație cu îngrășămintele, utilizarea unor astfel de materiale a fost mai mult localizată, limitându-se la anumite situri sau culturi [18].

Biosolidele și gunoiul de grajd

Aplicarea a numeroaselor biosolide (de exemplu, gunoiul de grajd, compost și nămol de canalizare municipală) pe terenul agrigol duce neintenționat la acumularea de metale grele cum ar fi As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Tl, Sb și așa mai departe, în sol. Anumite deșeuri animaliere, cum ar fi dejecțiile păsărilor de curte, bovinelor și porcilor produse în agricultură, sunt aplicate în mod obișnuit culturilor și pășunilor, fie sub formă de solide, fie în suspensii. Deși cele mai multe dejecțiile animaliere sunt văzute ca îngrășăminte valoroase, în industria porcilor și a păsărilor, Cu și Zn au fost adăugate la diete ca promotori de creștere și Ca conținut în produsele de sănătate a păsărilor de curte pot avea, de asemenea, potențialul de a provoca contaminarea cu metale a solului. Gunoiul produs de animale pe astfel de diete conține concentrații ridicate de As, Cu și Zn și, dacă este aplicat în mod repetat în zonele restrânse de teren, poate provoca acumularea considerabilă a acestor metale în sol pe termen lung [18].

Biosolide (nămolul de epurare) sunt în primul rând produse solide organice, produse prin procese de tratare a apelor reziduale care pot fi reciclate în mod benefic. Aplicarea pe teren a materialelor biosolide este o practică obișnuită în multe țări care permite reutilizarea biosolidelor produse de populațiile urbane. Termenul nămol de epurare este utilizat în numeroase referințe datorită recunoașterii sale largi și a definiției sale de reglementate. Cu toate acestea, termenul de biosolid este din ce în ce mai comun ca înlocuitor al nămolului de epurare, deoarece se consideră că reflectă mai exact caracteristicile benefice inerente nămolurilor de epurare. Se estimează că, în Statele Unite, mai mult de jumătate din aproximativ 5,6 milioane tone uscate de nămol de epurare utilizate sau eliminate anual sunt aplicate pe terenuri, iar utilizarea agricolă a biosolidelor are loc în fiecare regiune a țării. În comunitatea europeană, peste 30% din nămolul de epurare este folosit ca îngrășământ în agricultură. În Australia peste 175 000 de tone de biosolid uscat sunt produse în fiecare an de către principalele autorități metropolitane și în prezent cele mai multe biosolide aplicate pe terenurile agricole sunt utilizate în situațiile de recoltare arabilă în care pot fi încorporate în sol [18].

Apele uzate

Aplicarea apei uzate municipale și industriale și a efluenților aferenți în pământ datează de 400 de ani și este acum o practică obișnuită în multe părți ale lumii. În întreaga lume, se estimează că 20 de milioane de hectare de teren arabil sunt irigate cu ape reziduale. În mai multe orașe din Asia și Africa, studiile sugerează că agricultura bazată pe irigarea apei uzate reprezintă 50% din aprovizionarea cu legume a zonelor urbane. În general, agricultorii nu sunt deranjați de dezavantajele sau pericolele legate de mediu și sunt în primul rând interesați să își maximizeze randamentele și profiturile. Deși concentrațiile de metale din efluenții apei reziduale sunt, de obicei, relativ scăzute, irigația pe termen lung a terenurilor poate avea ca rezultat acumularea de metale grele în sol [18].

Mineritul, procesarea metalelor și deșeurile industriale

Mineritul și procesarea minereurilor metalice asociate cu industriile au lăsat moștenire multor țări, un sol cu o largă distribuție de contaminanți metalici. În timpul exploatării, sterilele (particule mai mari și mai grele așezate în partea de jos a celulei de flotație în timpul exploatării miniere) sunt evacuate direct în depresiuni naturale, inclusiv zonele umede la suprafața solului, rezultând concentrații crescute. Exploatarea minieră și topirea zăcămintelor de Pb și Zn a condus la contaminarea solului care prezintă riscuri pentru sănătatea umană și ecologică. Multe metode de recuperare utilizate pentru aceste situri sunt lungi și costisitoare și nu pot restabili productivitatea solului. Riscul de mediu al solului contaminat cu metale grele pentru oameni este legat de biodisponibilitate. Căile de asimilare includ ingerarea materialului vegetal cultivat în (lanțul alimentar) sau ingerarea directă (biodisponibilitatea orală) a solului contaminat [18].

Alte metale grele sunt generate de o varietate de industrii, cum ar fi textile, bronzare, petrochimice de la scurgeri de petrol accidentale sau de la utilizarea produselor pe bază de petrol, pesticide și instalații farmaceutice și sunt foarte variabile în compoziție. Deși unele sunt eliminate direct pe sol, puține aduc un beneficiu de agriculturii sau de silviculturii. În plus, multe dintre ele sunt potențial periculoase din cauza conținutului lor de metale grele (Cr, Pb și Zn) sau compuși organici toxici și sunt rareori, dacă vreodată, aplicate direct pe teren. Altele sunt foarte scăzute în nutrienții pentru plante sau nu au proprietăți de condiționare a solului [18].

Surse de contaminare cu metale grele din aer

Contaminarea cu metale grele din aer include emisiile de gaze, gaze sau vapori, precum și emisiile fugitive, cum ar fi praful provenit din zonele de depozitare sau grămezi de deșeuri. Metalele din surse aeropurtate sunt, în general, eliberate ca particule conținute în fluxul de gaze. Unele metale cum ar fi As, Cd și Pb pot, de asemenea, să volatilizeze în timpul procesării la temperaturi ridicate. Aceste metale se vor transforma în oxizi și se vor condensa sub formă de particule fine dacă nu se menține o atmosferă de reducere. Emisiile difuze pot fi răspândite pe o arie largă prin curenții de aer naturali până când mecanismele de precipitare uscată și/sau umedă le elimină din fluxul de gaze. Emisiile fugitive sunt adesea răspândite într-o zonă mult mai mică, deoarece emisiile se fac aproape de sol. În general, concentrațiile de contaminanți sunt mai scăzute în cazul emisiilor fugitive în comparație cu emisiile difuze. Tipul și concentrația metalelor emise de ambele tipuri de surse vor depinde de condițiile specifice amplasamentului. Toate particulele solide din fum de la incendii și în alte emisii provenite de la cosuri de fabricație sunt eventual depozitate pe uscat sau pe mare; majoritatea formelor de combustibili fosili conțin anumite metale grele și, prin urmare, aceasta sunt o formă de contaminare care continuă pe o scară largă de la începutul revoluției industriale. De exemplu, o concentrație foarte mare de Cd, Pb și Zn a fost găsită în plantele și solurile adiacente lucrărilor de topire. O altă sursă majoră de contaminare a solului este emisia aeriană de Pb din arderea benzinei conținând tetraetil plumb; acest lucru contribuie substanțial la conținutul de Pb în solurile din zonele urbane și în cele adiacente drumurilor principale. Zn și Cd pot fi adăugate, de asemenea, în solurile adiacente drumurilor, sursele fiind anvelopele și uleiurile lubrifiante [18].

3.8.3. Starea actuală a solurilor contaminate cu metale grele

Contaminarea solului în Europa poate fi împărțită în diferite subiecte, în funcție de sursa de poluare punctiformă sau difuză din industrie, urbană sau agricultură și tipurile de poluanți organici, anorganici, poluanți sub formă de particule [25].

Surse de contaminare punctiformă

În 2011-2012, Centrul European de Date privind Solurile din cadrul Comisiei Europene a realizat un proiect de colectare a datelor privind siturile contaminate de la instituțiile naționale din Europa, utilizând Rețeaua Europeană de Informare și Observare a Solului. Potrivit datelor primite, numărul total de situri contaminate identificate ca urmare a poluării punctiforme este de 2,5 milioane, numărul estimat de situri potențial contaminate fiind de 11,7 milioane. Deșeurile municipale și industriale contribuie cel mai mult la contaminarea solului (37%), urmate de sectorul industrial/comercial (33%). Uleiurile minerale și metalele grele sunt principalii contaminanți care contribuie cu aproximativ 60% la contaminarea solului. În ceea ce privește bugetul, gestionarea siturilor contaminate este estimată la aproximativ 6 miliarde de euro anual [25].

Surse de poluare difuză în ceea ce privește metalele grele

Figura 3.26 reprezintă rezultatele modelării distribuției a 8 metale grele critice (arsenic, cadmiu, crom, cupru, mercur, nichel, plumb și zinc), utilizând 1588 de probe georeferențiate din baza de date geochemică a Forumului de Studii Europene de Geologie (26 țări) [25].

Valori ridicate ale Cr și/sau Ni se găsesc în principal în Grecia centrală, în nordul Italiei, în Pirineii centrali, în nordul Scandinaviei, în Slovacia și în Croația și arată o corelație puternică între conținutul de Ni și Cr și magnitudinea cutremurelor. Activitatea seismică este corelată indirect cu concentrațiile de metale grele – astfel de materiale asigură cantități mari de Ni și Cr la sol prin procese de dezagregare. Cadmiul, Cu, Hg, Pb, Zn prezintă o concentrație ridicată în Europa Centrală și sunt legate în principal de agricultură și de calcar cuaternar. Utilizarea îngrășămintelor, a gunoiului de grajd și a agrochimiei reprezintă surse importante ale acestor elemente. Ele sunt, de asemenea, corelate invers cu distanța față de drumuri [25].

Figura 3.26 Conținutul de metale grele în solurile europene [25]

Poluarea difuză cu privire la poluanții emergenți din surse industriale/urbane

Deși există 700 de poluanți emergenți descriși în mediul european, până în prezent, aceștia sunt luați în considerare numai în mediul acvatic. Prezența și concentrarea lor în ecosistemul terestru nu este cunoscută, așa cum este riscul potențial pentru mediu. Transportul aerian al poluanților din surse industriale și urbane este cu atât mai dificil de monitorizat, deoarece distribuția lor și căderea nu sunt ușor de cunoscut [25].

Poluarea difuză în ceea ce privește agrochimia

Mai mult de 3000 de tipuri diferite de pesticide au fost utilizate în mediul agricol european în ultimii 50 de ani. S-a estimat că mai puțin de 0,1% din pesticidul aplicat culturilor ajunge efectiv la dăunătorul țintă; restul pătrunde în mediul înconjurător, contaminând solul, apa și aerul, unde poate să otrăvească sau să afecteze în alt mod negativ organismele nevizate. În plus, multe pesticide pot persista pe o perioadă lungă de timp într-un ecosistem – organoclorutatele, paraquatul, deiquatul – încă detectabile în apele de suprafață la 20 de ani de la interzicerea utilizării lor. S-au efectuat puține studii de monitorizare a amestecurilor de pesticide prezente în solurile noastre. Studiile de caz au descoperit concentrații ridicate de amestecuri de organoclorutate și lindan chiar și după 20 de ani după ce au fost interzise în solurile din Ungaria și România. În timp ce Consiliul European dispune de date disponibile privind aplicațiile erbicide pe țară (figura 3.27), nu există date privind concentrația actuală de pesticide în solurile europene [25].

Figura 3.27 Consumul de erbicide în țările europene [25]

3.8.4. Efectele comtaminării solului cu metale grele

Efectele contaminării solului cu metale grele asupra plantelor

Unele dintre aceste metale grele, adică As, Cd, Hg, Pb sau Se, nu sunt esențiale pentru creșterea plantelor, deoarece nu efectuează nici o funcție fiziologică cunoscută în plante. Altele, adică Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni și Zn sunt elemente esențiale necesare pentru creșterea normală și metabolismul plantelor, dar ele pot duce cu ușurință la otrăvire atunci când concentrația lor este mai mare decât valorile optime. Utilizarea compostului pentru a îmbunătăți producția agricolă fără a avea grijă de posibilele efecte negative ar putea fi o problemă, deoarece composturile de deșeuri sunt utilizate pentru a îmbunătăți solurile folosite pentru cultivarea legumelor. Având în vedere partea comestibilă a plantei la cele mai multe specii de legume, riscul de transfer al metalelor grele de la sol la om ar trebui să fie o problemă de îngrijorare [5].

Absorbția metalelor grele de către plante și acumularea ulterioară de-a lungul lanțului alimentar reprezintă o potențială amenințare la adresa sănătății animale și umane. Absorbția prin rădăcini de plante este una dintre căile principale de intrare a metalelor grele în lanțul alimentar. Absorbția și acumularea de metale grele în țesuturile vegetale depind de mulți factori care includ temperatura, umiditatea, materia organică, pH-ul și disponibilitatea nutrienților. Absorbția și acumularea Cd, Zn, Cr și Mn în Beta vulgaris (Spanac) au fost mai mari în timpul sezonului de vară, în timp ce Cu, Ni și Pb s-au acumulat mai mult în timpul sezonului de iarnă. Se poate aștepta ca în timpul sezonului de vară rata relativ ridicată de descompunere a materiei organice să elibereze metale grele în soluția de sol pentru posibila absorbție a plantelor. Absorbția mai mare a metalelor grele, adică Cd, Zn, Cr și Mn în timpul sezonului de vară, se poate datora ratelor ridicate de transpirație în comparație cu sezonul de iarnă, datorită temperaturii ambiante ridicate și umidității scăzute [5].

Efectele contaminării solului cu metale grele asupra producției de biomasă

Contaminarea solului afectează producția de biomasă. Evident, un sol contaminat pierde productivitatea și capacitatea de a susține plantele în mod corespunzător. La fel ca toate organismele vii, plantele sunt deseori sensibile la deficiența unor ioni de metale grele ca micronutrienți esențiali, în timp ce pentru aceleași ioni concentrațiile excesive sunt puternic otrăvitoare față de activitățile metabolice. Au fost efectuate cercetări în întreaga lume pentru a determina efectele metalelor grele toxice asupra dezvoltării plantelor și asupra producției de biomasă [25].

Efectele contaminării solului cu metale grele asupra depozitării, filtrării și transformării nutrienților, substanțelor și apei

Solul nu este doar o parte a ecosistemului, ci și supraviețuirea restului mediului depinde de productivitatea acestuia. Funcțiile solului, cum ar fi sistemele de filtrare, tamponare, stocare și transformare, protejează împotriva efectelor contaminării. Descompunerea scăzută, rezultată din clima aspră, condițiile acide, oferta limitată de substanțe nutritive esențiale și prezența poluanților organici sau anorganici pot duce la acumularea materie organice din sol și la imobilizarea nutrienților esențiali. Contaminarea solului cu oligoelemente reprezintă o potențială cauză de perturbare a ciclului materiei organice în ecosistemele terestre. Mai mulți autori au raportat că metalele grele libere și metaloidele prezente în forma ionică la concentrații ridicate în soluția de sol pot fi toxice pentru microflora solului. Mai mult decât atât, aceste metale din soluția de sol pot inactiva enzimele extracelulare responsabile de ciclismul multor nutrienți. Astfel, acestea pot limita biodegradarea materiei organice și pot provoca deficiențe nutritive [25].

Efectele contaminării solului cu metale grele asupra activitații microbiene

Unele metale grele din sol au, de asemenea, un efect asupra creșterii microbilor din sol. Aproape toate reacțiile biochimice ale solului au participarea microbilor din sol, care joacă un rol important în menținerea calității solului și joacă un rol important în formarea materiei organice din sol și în descompunerea de substanțelor nocive, în ciclurile biochimice și în formarea structurii solului. Solurile contaminate cu metale grele au un efect negativ asupra proprietăților microbiene ale solului, cum ar fi rata de respirație a solului și activitatea enzimatică care depinde de pH-ul solului, de materia organică și de alte proprietăți chimice. Studiile au arătat că, în majoritatea cazurilor, concentrațiile scăzute de metale grele dintr-un sol contaminat duc la eliberarea de CO2, concentrații ridicate de poluare a metalelor grele duc inhibarea semnificativă a respirației solului, poluarea gravă a metalelor grele poate inhiba activitatea microbiană a solului, funcția amenințând de ecosistem a solului [14].

Efectele contaminării solului cu metale grele asupra activitații enzimatice

Pe măsură ce concentrația metalelor grele crește, activitatea majorității enzimelor este semnificativ redusă, iar scăderea activității acestora poate fi cauzată direct de interacțiunea dintre enzimă și metale grele, care nu este asociată cu o reducere a microbilor. Metalele grele au un efect semnificativ asupra activității enzimatice a solului. Pe de o parte, metalele grele au un efect direct asupra activității enzimatice a solului, astfel încât structura spațială a grupurilor active ale enzimei este distrusă. Pe de altă parte, creșterea și reproducerea microorganismelor sunt inhibate, reducând astfel sinteza și metabolizarea enzimei microbiene. Există o relație foarte strânsă între enzimele din sol și microbii din sol, iar unele enzime secretate de microorganisme participă la circulația ecosistemelor și energiei solului [14].

Efectele contaminării solului cu metale grele asupra compoziției comunității microbiene a solului

După ce metalul greu pătrunde în sol, impactul primar îl reprezintă reducerea cantității de bacterii, ciuperci, actinomicide și alte populații microbiene din sol. Metalele grele influențează calitatea și cantitatea microbiană din sol. De exemplu, Hg în mediul înconjurător, există o varietate de valențe (mercur elementar, Hg2+ anorganic, compuși organici ai mercurului)cea ce face ca sinteza organică a mercurului în plus față de sinteza artificială să predomine solul, unele bacterii având capacitatea de a sintetiza mercurul organic. Contaminarea cu metale grele poate produce diferite tipuri de comunități microbiene. Chiar dacă multe dintre proprietățile chimice și biologice ale solului s-au schimbat foarte mult, există multe microorganisme originale în sol care sunt prezente în comunitatea microbiană. Pe termen lung, solul contaminat cu metale grele va alege pe cei care se pot adapta în mod special la populația microbiană a solului poluat. Cu cât este mai mare conținutul de carbon organic în solurile puternic poluate, cu atât este mai redusă eficiența populațiilor microbiene în mineralizarea organică. Aceasta poate fi o simplă indicație a impactului poluării cu metale grele asupra comunităților microbiene ale solului [14].

Figura 3.28 Efectele contaminării solului asupra celorlalte pericole ale solului [25]

Contaminarea solului conduce la scăderea activității biotei solului și la scăderea biodiversității și, prin urmare, la o scădere a stabilității agregatelor și la o descreștere a descompunerii [25].

Relații puternice pot fi observate și între contaminare și eroziune. Scăderea stabilității agregatelor și a materiei organice cauzate de poluanții solului mărește erodibilitatea și, prin urmare, riscul de eroziune la vânt și la apă. Pe de altă parte, poluanții pot fi transportați în afara amplasamentului prin procese legate de eroziunea eoliană și hidrică ca substanțe dizolvate sau particule și pot polua mediul acvatic conectat sau soluluri în pantă. Alunecările de teren și inundațiile pot provoca cel mai puternic transport de soluri poluate în afara amplasamentului [25].

Contaminanții pot afecta indirect calitatea materiei organice din sol deoarece influențează activitatea biologică și indirect descompunerea, mineralizarea și humificarea [25].

3.8.5. Măsuri de prevenire și remediere a contaminării solului cu metale grele

Odată ce metalele grele sunt introduse și contaminează mediul, ele pot persista mult timp, în funcție de tipul de metal și de sol. Procesele de remediere utilizate pentru curățarea locurilor contaminate cu metale grele pot fi in situ sau ex-situ, la fața locului sau în afara amplasamentului, biologice, fizice sau chimice. Aceste tehnici sunt adesea utilizate în combinație cu altele pentru remedierea mai eficientă a unui sit contaminat [10].

Tratatemnte fizice pentru contaminarea solului cu metale grele

Înlocuirea solului contaminat se referă la înlocuirea totală (unde este posibil) sau înlocuirea parțială a solului contaminat cu sol necontaminat. Înainte de 1984, excavarea, eliminarea în afara amplasamentului și înlocuirea solului a fost cea mai frecventă metodă de curățare a siturilor contaminate. Metoda de înlocuire a solului diluează concentrația de metal greu în sol și, în schimb, mărește funcționalitatea solului. Pământul înlocuit este în general tratat pentru a îndepărta metalele grele sau, în unele cazuri, aruncat în alte locuri. Înlocuirea solului poate fi de asemenea realizată prin (a) împrăștierea solului și (ii) importul de sol nou. În împrăștierea solului, situl contaminat este săpat în adâncime, iar grelele metalice se răspândesc în locurile adânci, atingând astfel obiectivul de diluare a metalelor. Introducerea de noi soluri se referă la adăugarea de sol curat în solul poluat cu metale grele. Pământul adăugat este fie acoperit în suprafață, fie amestecat pentru a reduce concentrația de metal. A fost realizat un proiect de remediere a solului pentru înlocuirea solului în trei grădini din apropierea topitoriei Metaleurop Nord situată în nordul Franței, având concentrații ridicate de Pb și Cd în solurile de suprafață (până la 3300 și, respectiv, 24 mg kg-1). În cadrul acestui studiu, au delimitat o suprafață de aproximativ 50-100 m2 pentru fiecare grădină, au îndepărtat solul contaminat și l-au înlocuit cu unul necontaminat. După înlocuirea solului, cultivarea legumelor (în perioada 2003-2005) a evidențiat o îmbunătățire clară a legumelor și a calității solului. Metoda de înlocuire a solului poate izola eficient solul și ecosistemul contaminat, minimizând astfel efectul asupra mediului. Cu toate acestea, această tehnică este costisitoare datorită necesarului ridicat al forței de muncă și este adecvată pentru solurile puternic contaminate cu suprafață mică. Costurile pentru excavarea în vrac, transportul pe distanțe scurte și depozitarea variază de la 270 până la 460 de dolari pe tonă. Costurile pentru transportul pe distanțe lungi a solului excavat pot fi substanțial mai mari. În plus, această tehnică poate să nu fie aplicabilă pe siturile agricole, deoarece există riscul pierderii fertilității solului [10].

Izolarea solului

Izolarea solului înseamnă separarea solului contaminat de metale grele (solide) din solul necontaminat, însă pentru o reabilitare completă este nevoie de alte măsuri inginerești auxiliare. Tehnicile de izolare sunt, în general, concepute pentru a împiedica mișcarea în afara locului a metalelor grele și altor contaminanți prin limitarea lor într-o zonă specificată. Tehnologia de izolare a solului este folosită pentru a evita contaminarea ulterioară a apelor subterane de către metale grele atunci când alte metode de remediere nu sunt fezabile din punct de vedere economic sau fizic. În unele cazuri, siturile contaminate sunt izolate temporar pentru a evita transportul în timpul evaluării și remedierii locației. Barierele subterane sunt utilizate în mod obișnuit pentru a separa apa contaminată și solul prin limitarea debitului de apă de suprafață și/sau subterană la un sit contaminat. Barierele subterane limitează curgerea apelor subterane contaminate prin situl necontaminat, precum și fluxul de apă freatică necontaminată din situl contaminat. Barierele subterane verticale restricționează mișcarea laterală a apelor subterane. Aceste bariere verticale pot fi instalate în aval, în amonte sau în jurul zonei. Barierele verticale sunt adesea instalate în combinație cu un sistem de închidere pentru a limita infiltrarea apei de suprafață necontaminate. Aceste bariere nu pot fi instalate pe soluri adânci și sunt adesea limitate la aproximativ 9m. Pentru a izola eficient partea contaminată a solului, bariera trebuie să fie continuă cu strat cu permeabilitate redusă. Acest lucru se realizează în cea mai mare parte prin stabilirea unui strat de material cu permeabilitate redusă, cum ar fi argila sub zona contaminată a solului. Pentru barierele subterane sunt folosite diferite materiale, care includ straturi de foi, perdele de injecție și pereți de suspensie [10].

Vitrificarea

Mobilitatea metalelor grele în interiorul solului poate fi redusă prin aplicarea unui tratament cu temperatură ridicată la locul contaminat, care conduce la formarea de material vitros. În timpul vitrificării, anumite specii de metale (cum ar fi Hg) pot fi volatilizate la temperaturi ridicate care trebuie colectate pentru eliminare sau tratare ulterioară. Vitrificarea nu este considerată o tehnică clasică de remediere a metalelor. Vitrificarea este relativ ușor de aplicat în comparație cu alte metode de remediere fizică. Vitrificarea poate fi aplicată majorității solurilor contaminate cu substanțe anorganice (metale grele) dar și contaminanți organici. În timpul vitrificării in situ, curentul electric trece prin sol prin introducerea verticală a unei serii de electrozi în zona contaminată. Cu toate acestea, solul uscat poate să nu furnizeze suficientă conductanță pentru vitrificare. Recent a efectuată o vitrificare de încălzire Joule într-un câmp de tone de deșeuri ceramice bogate în Zn și Pb prin încălzirea până la aproximativ 1850 °C. S-a raportat că metoda de vitrificare a fost foarte eficientă pentru curățarea a câteva tone de deșeuri contaminate de metale grele și poate fi aplicată pentru curățarea unor volume imense de sol. Temperatura în timpul vitrificării joacă un rol cheie în imobilizarea metalului greu în probele de sol. Un alt proiect a efectuat vitrificarea deșeurilor provenite din minele de Ag-Pb din Spania utilizând tehnologia solară. Ei au arătat că vitrificarea a determinat imobilizarea Zn, Mn, Fe, Cu și Ni la 1350 °C, în timp ce Zn, Ni, Mn și Cu s-au mobilizat la 1050 °C [10].

Reabilitarea electrokinetică

Recuperarea electrokinetică a solului este o metodă fizică nouă și rentabilă pentru remedierea solurilor contaminate cu metale grele. Recuperarea electrokinetică a solului funcționează pe principiul conform căruia gradientul de câmp electric cu intensitate adecvată este stabilit pe două laturi ale rezervorului electrolitic care conține sol saturat contaminat. Elementele metalice grele prezente în sol sunt separate prin electroforeză, infiltrație electrică sau electro-migrație, reducând astfel contaminarea. Un proiect a remediat aproximativ 400 kg de sol folosind remedierea electrokinetică și a eliminat aproximativ 60% din totalul Hg din solul contaminat în mai puțin de trei luni. Metoda de remediere electrochinetică este de asemenea utilizată în combinație cu alte tehnici/procese cum ar fi remedierea articulațiilor electrokinetice, remedierea chimică electrokinetică a articulațiilor, remedierea electrochinetică-oxidare și remedierea electrokinetică conjugată cu barieră reactivă permeabilă, fitorezistența electrokinetică cuplată, electrokinetică cuplată cu membrană din nanofiberă [10].

Tratatemnte chimice pentru contaminarea solului cu metale grele

Spălarea solului se referă la îndepărtarea metalelor grele din sol folosind diferiți reactivi și extractori care pot extrage metalul greu din sol. Recent, folosirea de extractanți adecvați pentru spălarea metalelor grele din solurile contaminate s-a dovedit a fi o alternativă la unele tehnici convenționale de curățare a solurilor contaminate. În timpul spălării solului, solul contaminat este săpat și amestecat cu o soluție de extract de soluție adecvată, în funcție de tipul de metal și de sol. Soluția extractantului și solul sunt amestecate bine pentru o perioadă de timp specificată. Prin precipitații, schimbarea ionilor, chelatizare sau adsorbție, metalul greu este transferat din sol în fază lichidă și apoi separat de levigat. Solul separat care îndeplinește criteriile reglementate poate fi întors la locul original. Utilizarea frecventă a spălării solului pentru remedierea locurilor contaminate cu metale grele,este preferată deoarece îndepărtează complet metalele din sol. Mai mult decât atât, spălarea solului este o metodă rapidă care poate îndeplini anumite criterii fără daune pe termen lung. Datorită eficienței ridicate, spălarea solului este considerată una dintre cele mai rentabile tehnologii de remediere a solului [10].

Imobilizarea metalelor grele

Imobilizarea se referă la scăderea mobilității metalului, biodisponibilității și bioaccesibilității metalului greu în sol prin adăugarea de agenți de imobilizare la solurile contaminate. Elementele metalice grele pot fi imobilizate în sol prin complexare, precipitare și reacții de adsorbție. Aceste procese determină redistribuirea metalelor grele de la soluția de sol la particulele solide, limitând astfel transportul și biodisponibilitatea lor în sol. În general, imobilizarea metalelor grele în sol este efectuată prin utilizarea amendamentelor organice și anorganice ale solurilor. Cele mai frecvente amendamente includ ciment, lut, zeoliți, fosfați, minerale, microbi și amendamente organice. Cercetările recente au evidențiat, de asemenea, potențialul reziduurilor industriale cu costuri reduse cum ar fi cojile de ouă din industrie și nămolul roșu din industria aluminiului în solurile contaminate [10].

Tratatemnte biologice pentru contaminarea solului cu metale grele

Bioremedierea este utilizarea de organisme (microorganisme și/sau plante) pentru tratarea solurilor poluate. Este o metodă larg acceptată de remediere a solului, deoarece este percepută ca tratare prin intermediul proceselor naturale. Este, de asemenea, o metodă eficientă din punct de vedere al costului de remediere a solului.Studiile au raportat o economie de 50% până la 65% atunci când bioremedierea a fost utilizată pentru tratarea a 1 hectar de sol poluat cu Pb, comparativ cu cazul în care a fost utilizată o metodă convențională (excavarea și depozitul de deșeuri) în același scop. Deși bioremedierea este o metodă nedistructivă de remediere a solului, este de obicei consumatoare de timp și utilizarea acesteia pentru tratarea solurilor poluate cu metale grele este uneori afectată de condițiile climatice și geologice ale sitului care urmează a fi recuperat [19].

Utilizarea microbilor pentru remedierea solurilor poluate cu metale grele

Mai multe microorganisme, în special bacteriile (Bacillus subtilis, Pseudomonas putida și Enterobacter cloacae) au fost utilizate cu succes pentru reducerea Cr (VI) la Cr (III) mai puțin toxice. Bacillus subtilis a raportat, de asemenea, că reduce elementele ne-metalice. De exemplu, un studiu a constatat că Bacillus subtilis a redus selenitul la elementul Se mai puțin toxic. În plus, s-a arătat că Bacillus cereus și Bacillus thuringiensis cresc extracția de Cd și Zn din solul bogat în Cd și solul poluat cu efluenți din industria metalului. Se presupune că producția de siderofori (molecule de complexare a Fe) de către bacterii poate să fi facilitat extracția acestor metale din sol; acest lucru se datorează faptului că u fost raportat faptul ca metale grele stimulează producția de siderofor și, prin urmare, afectează biodisponibilitatea acestora. De exemplu, producția sideroforului de către Azotobacter vinelandii a crescut în prezența Zn (II). Astfel, metalele grele influențează activitățile bacteriilor producătoare de siderofoare, care la rândul lor sporesc mobilitatea și extracția acestor metale din sol [19].

Bioremedierea poate apărea, de asemenea, indirect, prin bioprecipitare prin bacterii reducătoare de sulfat (Desulfovibrio desulfuricans), care transformă sulfatul în sulfat de hidrogen care ulterior reacționează cu metale grele, cum ar fi Cd și Zn, pentru a forma formele insolubile ale acestor sulfuri metalice [19].

Utilizarea plantelor pentru remedierea solurilor contaminate cu metale grele

Fitooremedierea este un aspect al bioremedierii care folosește plante pentru tratarea solurilor poluate. Este potrivit atunci când poluanții acoperă o arie largă și atunci când se află în zona rădăcinii plantei. Fitooremedierea solurilor poluate cu metale grele poate fi realizată prin mecanisme diferite. Aceste mecanisme includ fitoextracția, fitostabilizarea și fitovolatilizarea.

Fitoextracția este cea mai comună formă de fitoremediere. Aceasta implică acumularea de metale grele în rădăcinile și lăstarii plantelor fitoremediante. Aceste plante sunt apoi recoltate și incinerate. Plantele utilizate pentru fitoextracție au de obicei următoarele caracteristici: viteză de creștere rapidă, biomasă ridicată, sistem extins de rădăcini și capacitatea de a tolera cantități mari de metale grele. Această capacitate de a tolera concentrații mari de metale grele de către aceste plante poate duce la acumularea de metale în partea recoltată; acest lucru poate fi problematic prin contaminarea lanțului alimentar. Există două abordări ale fitoextracției în funcție de caracteristicile instalațiilor implicate în proces. Prima abordare implică folosirea hiperacumulanților naturali, adică a plantelor cu capacități foarte mari de acumulare de metale, în timp ce cea de-a doua abordare implică utilizarea unor instalații de biomasă ridicate a căror capacitate de a acumula metale este indusă de utilizarea chelaților, modificări cu capacitate de mobilizare a metalelor [19].

Fitostabilizarea implică utilizarea plantelor pentru imobilizarea metalelor, reducând astfel biodisponibilitatea prin eroziune și leșiere. Este folosită în cea mai mare parte atunci când nu este de dorit sau nu este posibilă fitoextracția. Un grup de cercetători a susținut că această formă de fitoremediere se aplică cel mai bine atunci când solul este atât de puternic poluat încât utilizarea plantelor pentru extracția metalică ar dura mult timp pentru a fi realizată și astfel nu ar fi adecvată. O alta echipă de cercetători a arătat că creșterea plantelor (utilizate pentru fitostabilizare) a fost afectată negativ atunci când concentrația de metale grele în sol a fost ridicată [19].

Fitostabilizarea metalelor grele are loc ca rezultat al precipitării, sorbției, reducerii valențelor metalice sau complexării. Eficiența fitostabilizării depinde de plantele utilizate și amendamentele solului. Plantele ajută la stabilizarea solului prin sistemele lor radiculare; astfel, acestea împiedică eroziunea. Sistemele de rădăcină din plante împiedică în egală măsură scurgerea prin reducerea percolației apei prin sol. În plus, plantele împiedică contactul direct al omului cu poluanții și în același timp oferă suprafețe pentru precipitarea și sorbția metalului [19].

Fitovolatilizarea, prin această formă de fitoremediere, plantele sunt utilizate pentru a prelua poluanții din sol; acești poluanți sunt transformați în forme volatile și apoi sunt transpuși în atmosferă. Fitovolatilizarea este folosită în cea mai mare parte pentru remedierea solurilor poluate cu Hg. Forma toxică a Hg (ionul mercuric) este transformată în forma mai puțin toxică Hg elementar. Problema cu acest proces este că noul produs format, adică Hg elementar, poate fi redepozitat în lacuri și râuri după ce a fost reciclat prin precipitare; aceasta, la rândul său, repetă procesul de producere a metil-mercurului de către bacteriile anaerobe [19].

Un studiu a raportat absența speciilor de plante cu proprietăți de hipocasulare a mercurului. Prin urmare, plantele modificate genetic sunt utilizate în cea mai mare parte în fitovolatilizare. Exemple de plante transgenice care au fost utilizate pentru fitovolatilizarea solurilor poluate cu Hg sunt Nicotiana tabacum, Arabidopsis thaliana și Liriodendron tulipifera. Aceste plante sunt de obicei modificate genetic pentru a include gena pentru reductaza mercurică, adică merA. Liză organomercură (merB) este o altă genă bacteriană utilizată pentru detoxificarea metil-mercurului. Ambele merA și merB pot fi inserate în plante utilizate pentru detoxifierea metil-mercurului la Hg elementar . Utilizarea plantelor modificate cu merA și merB nu este acceptabilă din perspectivă de reglementare. Totuși, plantele modificate cu merB sunt mai acceptate, deoarece gena împiedică introducerea metil-mercurului în lanțul alimentar [19].

3.8.6. Studii experimentale privind contaminarea solului cu metale grele

Contaminarea solului în depozitele de deșeuri: Un studiu de caz pentru un depozit de deșeuri în Republica Cehă

Degradarea terenurilor cauzată de activitățile umane are efecte negative semnificative asupra mediului și ecosistemelor din întreaga lume, iar deșeurile solide sunt o problemă de mediu importantă și în curs de dezvoltare. Gestionarea incorectă a eliminării deșeurilor provoacă îngrijorarea publicului față de posibilele efecte dăunătoare asupra comunităților locale și asupra mediului. Aceste preocupări au devenit probabil mai pragmatice atunci când studiile intensive recente au demonstrat un risc crescut pentru sănătatea umană cauzat de expunerea la substanțe chimice toxice, cum ar fi dioxinele și compușii înrudiți, și metalele grele din aceste locuri de depozitare [15].

Materiale și metode de prelevare/testare a probelor

Descrierea depozitului de deșeuri

Depozitul investigat este situat în regiunea Pilsen, vestul Cehiei. A început să funcționeze în 1996 cu un volum autorizat de 569 000 m3; în prezent, este utilizat pentru a elimina deșeurile municipale mixte. În fiecare zi, până la 37,5 tone de deșeuri sunt autorizate pentru depozitare după o analiză atentă: deșeurile eliminate includ reziduuri solide municipale, nepericuloase și materiale pentru acoperirea suprafețelor [15].

Prelevarea probelor

Eșantioanele de sol au fost colectate din depozitul de deșeuri la o adâncime de 10 cm în 2014 (Fig.3.29). Au fost colectate în recipiente de plastic sterilizate. Probele de sol au fost omogenizate prin cernerea lor printr-o sită de 0,2 mm din oțel inoxidabil și au fost depozitate în recipiente sigilate la -4 °C până la analiză. Materialele au fost analizate pentru conținutul de metale grele (Hg, Cd, Pb, Cu, Zn, Co, Ni, Cr, Mn). Probele examinate au fost aduse la laboratorul de testare al Departamentului de Chimie și Biochimie, Facultatea de Agronomie, Universitatea Mendel din Brno pentru analize. Figura 3.29 oferă punctele de prelevare în care au fost colectate probe de sol [15].

Procesarea probelor și analiză chimică

Pentru izolarea analților din probele solide s-a folosit o digestie cu microunde. Eșantioanele de sol au fost uscate în aer și cernute. O fracție <2 mm a fost utilizată pentru analiză; S-au folosit 200 ± 0,1 mg de probe de sol uscat și omogenizat pentru digestia parțială în cuptorul cu microunde folosind 3 ml de HNO3 concentrat și 9 ml de HCI concentrat la 200 °C și 1000 W timp de 30 min. Probele de sol au fost ajustate la volumul final de 25 ml cu apă deionizată [15].

Speciile de plante testate

Specia testată a fost muștarul alb (Sinapis alba L.). A fost selectată deoarece este cunoscută ca fiind sensibilă la o gamă de produse chimice. Muștarul alb este ideal pentru studierea solurilor și extractelor de sol. Semințele au fost sterilizate la suprafață prin înmuiere timp de 2 minute într-o soluție comercială de hipoclorit de sodiu (2%) la care s-au adăugat câteva picături de Tween-20. Apoi au fost clătite de două ori în apă sterilă distilată. Carcasele de semințe deteriorate sau goale au fost aruncate [15].

Figura 3.29 Harta depozitului de gunoi din Štepánovice și punctele de prelevare [15]

Testul de fitotoxicitate

Experimentul a fost efectuat în condiții de laborator. Vasele de lut (înălțime de 10 cm și un diametru de 11 cm) au fost umplute superficial cu 200 g de agent. Apoi 100 de semințe de muștar alb au fost împrăștiate pe suprafață, acoperite apoi cu un strat subțire de nisip de siliciu și vasul apoi acoperit cu o placa de sticlă (pentru a evita evaporarea) [15].

Rezultate

Din analiza chimică a probelor solide cu absorbție atomică, valorile de leșiere ale metalelor au variat pe o gamă largă după cum urmează: Hg (0,0300-0,063 mg kg-1), Cd (0,0600-0,2044 mg kg-1), Pb (2,5703- 8,5287 mg kg-1), Cu (32,43-51,24 mg kg-1), Zn (25,67-41,97 mg kg-1), Co (2.953-12.712 mg kg-1) , Cr (64,06-190,73 mg kg-1) și Mn (547,52-701,39 mg kg-1). Valorile de leșiere metalică găsite în acest studiu sunt prezentate în Figura 3.30.

Figura 3.30 Conținutul de metale grele în probele de sol examinate [15]

Figura 3.31 prezintă rezultatele evaluării grafice a conținutului de metale grele în probele de sol individuale, cu valori limită marcate pentru acele metale grele pentru care limitele sunt stabilite în Decretul Ministerului Mediului din Republica Cehă, cu modificările ulterioare, care stabilește detaliile privind protecția solului. În cazul metalelor grele Cd, Pb, Zn și Co, niciuna din cele opt probe de sol examinate nu a depășit limitele specificate în decret, așa cum se observă în diagramele prezentate în figura 3.31. Pentru Cu, Ni și Cr unele dintre solurile colectate eșantioanele depășesc limitele stabilite în legislația relevantă. Pentru Cu, limita maximă pentru acest metal greu este de 50 mg kg-1.

Figura 3.31 Conținutul de metale grele în probele de sol examinate cu valorile limită marcate prin linia orizontală conform Decretului dat de Ministerul Mediului [15]

Concluzii

A fost determinat un test de fitotoxicitate pentru a evalua ecotoxicitatea solului depozitului de deșeuri. La 14 zile după începerea experimentului germenii și numărul de plante în creștere care au apărut în ghivecele de lut au fost numărate. Datele au fost reprezentate în tabele și au fost luate fotografii pentru a documenta cursul experimentului. La 21 de zile de la înființarea experimentului s-a repetat numărarea germenilor și a plantelor în creștere, rezultatele au fost înregistrate și fotografii au fost făcute. Rezultatele au fost evaluate din datele obținute. Numărul de germeni (numărul de plante în creștere) pe probele de sol și pe sol din experimentul etalon au fost comparate pentru toate rapoartele de amestecare. Capacitatea de germinare a fost calculată ca procentaj din valorile corespunzătoare obținute din sol în experimentul etalon. Rezultatele din tabele (capacitatea de germinare a semințelor) sunt valori medii obținute din experimentul efectuat [15].

Testul de creștere a plantelor poate fi un protocol bun pentru a evalua fitotoxicitatea solului contaminat cu metale grele. Muștarul alb este o plantă sensibilă care poate fi utilizată ca bioindicator pentru metale grele. Eșantioanele de sol 1 până la 8, care au fost prelevate din corpul depozitului de deșeuri, marginea corpului depozitului de deșeuri, și vecinătatea acestuia îndeplinesc limitele pentru metalele grele Co, Cd, Pb și Zn specificate în legislația aplicabilă. Valorile de prag Hg și Mn nu sunt stabilite în legislație, dar au fost stabilite valori pentru necesitățile operatorului de depozitare a deșeurilor. În cazul metalelor grele Cr, Cu și Ni, unele eșantioane au depășit valorile pragului, și anume proba 2, care a atins cele mai ridicate valori ale tuturor probelor testate pentru Cr, Cu și Ni. Pentru Cr și Ni valorile au fost de câteva ori mai mari decât valorile celorlalte probe [15].

3.9. Deșertificarea solului

3.8.1. Noțiuni introductive

Termenul "deșertificare" a fost folosit pentru prima dată de Lavauden (1927) pentru a descrie terenurile suprapășunate din Tunisia și apoi a fost folosit de Aubreville (1949) pentru a arăta eroziunea excesivă a solului datorită despăduririi în Africa de Vest. Ulterior, alarmată de o secetă lungă în Africa Subsahariană la începutul anilor 1970, Conferința Națiunilor Unite privind Deșertificarea din Nairobi, a definit termenul drept o diminuare a potențialului biologic al terenurilor în orice ecosistem. Definiția a fost revizuită din nou în cursul Conferinței Națiunilor Unite pentru Mediu și Dezvoltare din 1992 ca fiind "degradarea terenurilor în zonele aride sub-umede, semi-aride și aride, care rezultă din diverși factori, inclusiv variația climatică, precum și activitățile umane". Această definiție este acceptată acum de Convenția ONU privind combaterea deșertificării. Deșertificarea se manifestă prin eroziunea accelerată a solului prin vânt și apă, creșterea salinizării solurilor și a apelor subterane din apropierea suprafeței solului, reducerea diversității speciilor și a biomasei vegetale și reducerea productivității globale a ecosistemelor aride [1].

Deșertificarea este scăderea permanentă a productivității biologice a zonelor aride. Zonele aride reprezintă 41% din suprafața pământului și găzduiesc aproximativ 2 miliarde de persoane sau 27% din populația Pământului. În prezent, peste 250 de milioane de persoane din mai mult de 100 de țări sunt direct afectate de deșertificare și sunt mai expuse riscului. Situația este cea mai severă în Africa, unde 66% din suprafața totală a terenului este aridă sau semi-aridă. Nu numai că deșertificarea este dăunătoare pentru pământ și pentru locuitorii săi, dar este și costisitoare – în fiecare an, lumea pierde 42 miliarde de dolari pentru deșertificare și efectele acesteia [26].

Cauzele deșertificării sunt atât naturale, cât și antropice. Secetele, frecvența ploilor, temperaturile globale crescânde și schimbările climatice contribuie la deșertificarea terenurilor deja aride, însă aceste zone sunt, de asemenea, extrem de sensibile la activitatea umană. 10-20% din zonele aride sunt deja grav degradate, iar unele rapoarte atribuiesc 70% din degradarea solului activităților umane, în special creșterea populației, tehnologiile agricole și politicile nesustenabile. Acești factori degradează terenul și creează efecte de feedback care duc la pierderea biodiversității, precum și la alte rezultate negative care ne afectează pe toți [26].

Ca urmare a activităților și deciziilor umane, cum ar fi supraîncălzirea, relația dintre șapte factori ecologici cheie – vegetația, albedo, temperatura, precipitațiile, umiditatea solului, eroziunea vântului și eroziunea apei – devine dezechilibrată. Aceste relații reciproce sunt în mod special susceptibile la instabilități datorate efectelor de feedback, iar perturbațiile, cum ar fi practicile de cultivare nesustenabile, sunt amplificate de-a lungul timpului, rezultând efecte esențial ireversibile [26].

Desertificarea este un fenomen sistematic care implică climă, soluri, floră, faună și om, care, potrivit unor persoane, pot: (a) lucra în timp, începând cu un accident climatic și în cele din urmă duc la formarea unui deșert, (b) să accentueze (c) determina o extindere a condițiilor deșertice în traseul deșertic spre zonele învecinate. Secvența evenimentelor care duc la deșertificarea terenurilor aride și semi-aride poate fi după cum urmează [1]:

Degradarea câmpurilor deschise, pajiștilor, pădurilor și terenurilor agricole începe cu deteriorarea stratului vegetal datorată supraîncălzirii, despăduririi și cultivării necorespunzătoare. Odată ce stratul vegetal este deranjat, degradarea solului începe să funcționeze sub formă de eroziune accelerată a vântului și a apei, compactarea solului, formarea crustei de suprafață a solului, pierderea humusului și fertilității solului, salinizarea și saturarea hidrică. Din cele de mai sus rezultă că există trei procese majore de deșertificare, și anume degradarea vegetației, eroziunea solului prin apă și vânt; și salinizarea și/sau alcalinizarea și saturarea hidrică, care afectează, în mod esențial, cele trei mari utilizări ale terenurilor, și anume pășunatul în câmp deschis, agricultura pe terenurilor cu o fertilitate crescută datorată frecvenței ploilor și agricultura irigată în regiunile aride și semi-aride. Salinizarea și/sau alcalinizarea și saturarea hidrică sunt principalele procese de deșertificare a terenurilor irigate [1].

Deșertificarea pajiștilor este în primul rând o problemă de degradare a acoperirii vegetale prin supraîncălzirea, ploștirea și tăierea vegetației lemnoase. Suprapășunarea și eliminarea vegetației au ca rezultat eroziunea solurilor care contribuie la albedo. Această trăsătură caracteristică conferă suprafeței denudate o temperatură relativ scăzută în comparație cu terenul vegetal adiacent, ceea ce poate duce la o scădere a aerului necesar pentru formarea norilor și precipitații. În cele din urmă, aceasta poate duce la deșertificarea climatică regională. Eroziunea eoliană și hidrică sunt principalele procese care afectează terenurile cultivate cu o frecvență ideală a ploilor. Eroziunea eoliană, totuși, poate provoca daune semnificative pe sol nisipos. Cultivarea terenurilor marginale accelerează procesul de eroziune eoliană. Exfiltrațiile saline din terenul uscat sunt o problemă specială, aparent limitată până în prezent în Australia, Canada și Statele Unite [1].

Patru stări de deșertificare au fost definite, și anume (a) deloc spre ușor – cu producția biologică în mare parte intactă; (b) pierderi moderate ale producției de până la 25% față de cele așteptate; (c) pierderi grave ale producției între 25% și 50% din cele așteptate; și (d) au fost identificate pierderi foarte grave ale producției de peste 50% din cele așteptate. Pe lângă producția biologică, în fiecare dintre categoriile de terenuri au fost utilizate, de asemenea, criterii relevante pentru acoperirea solului, salinizarea, statutul solului și costul recuperării [1].

3.9.2. Factorii care determină deșertificarea solului

Deșertificarea implică interacțiunea factorilor climatici, edafici și biotici. Schimbările climatice, presiunea populației umane și animalelor și condițiile socio-economice modifică procesul.

Cauzele deșertificării sunt multiple și variază prin natura lor:

Pășunatul extrem: Pășunatul animalelor reprezintă o problemă uriașă pentru multe zone care încep să devină biomase deșertice. Dacă există prea multe animale care sunt aglomerate în anumite locuri, este dificil pentru plante să crească înapoi, ceea ce daunează biomului și face să-și piardă fosta glorie verde [38].

Defrișarea: Când oamenii caută să se mute într-o zonă sau au nevoie de copaci pentru a face case și alte sarcini, atunci ei contribuie la problemele legate de deșertificare. Fără plantele (în special copacii) în jur, restul biomului nu poate să prospere [38].

Practicile agricole: Unii fermieri nu știu cum să utilizeze terenul în mod eficient. Ei pot, în esență, să consume toate resursele acelui sol înainte de a trece la un alt teren. Prin utilizarea tuturor nutrienților solului, deșertificarea devine tot mai mult o realitate pentru zona care este utilizată pentru agricultură [38].

Urbanizarea și alte tipuri de dezvoltare a terenurilor: Așa cum am menționat mai sus, dezvoltarea poate provoca migrare oamenilor către noi zone cea ce afectează negativ viața plantelor. De asemenea, poate cauza probleme cu solul din cauza substanțelor chimice și a altor lucruri care pot dăuna terenului. Pe măsură ce zonele devin mai urbanizate, există mai puține locuri pentru creșterea plantelor, provocând astfel deșertificarea [38].

Schimbările climatice: Schimbările climatice joacă un rol enorm în deșertificare. Pe măsură ce zilele se încălzesc și perioadele de secetă devin mai frecvente, deșertificarea devine din ce în ce mai eminentă. Cu excepția cazului în care schimbările climatice sunt încetinite, zone uriașe de terenuri vor deveni deșert; unele dintre aceste zone pot chiar deveni nelocuibile pe măsură ce timpul trece [38].

Extracția resurselor naturale de sol: Dacă o suprafață de teren are resurse naturale, cum ar fi gaze naturale, petrol sau minerale, oamenii vor veni și se le vor extrage din sol prin procese ce pot deteriora calitatea soului precum mineritul sau sondajul. Aceasta, de obicei, privează solul de nutrienți, ceea ce, la rândul său, ucide viața plantelor, care, la rândul său, începe procesul de deșertificare a biomului în timp [38].

Dezastre naturale: Există cazuri în care terenul se deteriorează din cauza dezastrelor naturale, inclusiv a secetei. În aceste cazuri, nu există prea multe lucruri pe care oamenii le pot face, cu excepția muncii pentru a încerca și a ajuta la reabilitarea terenului după ce a fost deja avariat de natură [38].

Climatul

Cu puține schimbări în limitele lor de-a lungul timpului, deșerturile s-au limitat la zona subtropicală a Pământului. Din modelul global al circulației a aerului reiese că regiunile subtropicale sunt caracterizate drept regiuni ale vântului domol. Când vântul dispare, aerul se încălzește și capacitatea sa de a menține umezeala crește, ceea ce influențează în consecință precipitațiile. Aceasta reprezintă o prevalență a climatului uscat între latitudini de 15 până la 30 grade nord și sud de ecuator. Climatele uscate sunt totuși extinse în alte latitudini, iar modelele lor sunt complicate de factori suplimentari, cum ar fi distanța de la oceanele furnizoare de ploaie, zona de înaltă presiune sezonieră din zonele continentale mari asemănătoare cu sistemele musonice sau prezența barierelor montane [1].

În interiorul deșerturilor, există numeroase contraste climatice care rezultă din diferențele de temperatură, în sezonul de ploaie (dacă există) și în gradul de ariditate. La o extremitate sunt deșerturile reci, cum ar fi platoul tibetan, unde degradarea este împiedicată de temperatură scăzută și unde degradarea mediului a fost, prin urmare, mică; pe de altă parte, sunt deșerturile calde, cum ar fi Sahara interioară, unde creșterea plantelor și utilizarea terenurilor sunt absente în afara oazăi irigabile datorită aridității extreme [1].

Clima are un impact major asupra solului uscat, vegetației, resurselor de apă și utilizării terenurilor. Având în vedere conținutul redus de materie organică, stabilitatea agregatelor și nivelurile scăzute ale productivității biologice, zonele aride sunt vulnerabile la deșertificare. De exemplu, cu cât acoperirea cu vegetație este mai redusă, cu atât susceptibilitatea solurilor aride la eroziunea accelerată a solului este mai mare. De fapt, limitele climatice din zonele aride sunt supuse schimbărilor pe termen scurt, care corespund secvențelor de ani slabi și ani puternici din punct de vedere al frecvenței ploilor . În general, cu cât clima este uscată, cu atât variabilitatea precipitațiilor este mai mare și riscul de secetă este mai mare. Astfel de fluctuații sunt exprimate din punct de vedere geografic prin expansiunile și contracțiile centurilor uscate, astfel încât o regiune semi-aridă poate prezenta o condiție aridă la un moment dat și condiții sub-umede altădată [1].

Presiunea populației

Creșterea alarmantă a populației umane și a animalelor din regiunile aride și semi-aride a condus la (a) reducerea ponderii om:teren și la reducerea ponderii animal:teren, (b) creșterea suprafeței netede care a dus la scăderea terenurilor utilizate în mod normal și adecvate pentru pășunat prin îndepărtarea drastică a acoperirii vegetale și (c) dependența excesivă de agricultură. Urbanizarea și industrializarea au agravat și mai mult situația raportului om:teren prin eliminarea pădurilor pentru combustibil, lemn și locuințe. De exemplu, a existat o creștere de 202% a populației umane în Jodhpur Tehsil, districtul Jodhpur, Rajasthan, vestul Indiei în 20 de ani, din 1960-61. Acest lucru a dus la o creștere fenomenală a densității populației din această regiune de la 102 persoane pe km2 în 1961 la 207 persoane pe km2 în 1981 [1].

Activitățile umane afectează caracteristicile de suprafață și compoziția atmosferică, inclusiv o descompunere sau un declin al structurii solului, pierderea accelerată a solului prin eroziunea eoliană și hidrică, o creștere a salinizării, o reducere a retenției umidității solului, o creștere a variabilității debitului de suprafață și a debitului fluxului de apă; o reducere generală a diversității speciilor de plante și a productivității. Mai mult, o creștere a emisiilor de particule și de gaze provenite din arderea biomasei și o creștere a încărcării cu praf atmosferic reprezintă alte efecte notabile ale activităților umane în zonele aride. Aceste schimbări antropogene au o influență semnificativă asupra echilibrului energetic al suprafeței și atmosferei Pământului. De exemplu, orice modificare a albedo-ului suprafeței prin modificarea acoperirii terenului va afecta cantitatea de radiație solară absorbită de suprafață. De asemenea, schimbările în rugozitatea suprafeței modifică viteza vântului la suprafața solului și nivelele de turbulență, care, la rândul lor, influențează ratele de evapotranspirație [1].

3.9.3. Starea actuală a solurilor deșertificate

La nivel global, 1,5 miliarde de persoane sunt afectate direct de degradarea terenurilor. În fiecare an, 12 milioane de hectare de teren devin neproductive prin deșertificare și secetă. În aceeași perioadă, 75 de miliarde de tone de sol sunt pierdute pentru totdeauna. Degradarea globală a terenurilor a fost cartografiată. Cu toate acestea, așa cum a fost demonstrat, estimările zonelor afectate de deșertificare continuă să varieze foarte mult ca rezultat al diferitelor definiții și metodologii diferite utilizate pentru estimare. Revizuirea din 2012 estimează valorile evaluării deșertificării ca fiind cuprinse între 10 și 53% din suprafețele uscate [25].

Deși nu există hărți integrate pentru deșertificarea în Europa, proiectul DISMED a fost recent cartografiat pe baza calității solului, a climatului și a parametrilor vegetației (Fig.3.32). Hartă indică faptul că 8% din teritoriul din sudul, centrul și estul Europei prezintă sensibilitate foarte mare sau ridicată la deșertificare, echivalentul a aproximativ 14 milioane ha și peste 40 milioane ha în cazul în care sunt incluse sensibilitățile moderate [25].

Figura 3.32 Sensibilitatea la desșrtificare, hartă realizată conform proiectului DISMED [25]

Proiectul Consiliului European MEDALUS (Deșertificarea Mediteraneană și Utilizarea Terenurilor) s-a axat în primul rând pe mediul mediteranean european, în care pierderea fizică a solului prin eroziunea hidrică și pierderea asociată a nutrienților solului au fost identificate drept o problemă dominantă. În zonele mai aride, există o preocupare mai mare cu eroziunea eoliană și salinizarea, însă acestea sunt considerate a fi mai puțin importante decât eroziunea hidrică în spațiul european mediteranean [2].

Extinderea deșertificării în Europa este subiectul dezbaterilor naționale și europene. De exemplu, conform Comitetului Național Grec pentru combaterea deșertificării, 35% din Grecia este expusă unui risc ridicat, în timp ce 49% prezintă un risc moderat de deșertificare. În Spania, deșertificarea a fost – și încă este – asociată în principal cu eroziunea solului (prin apă și vânt), în special în cazul vegetației naturale sau semi-naturale. La scara europeană, deșertificarea este, de asemenea, strâns asociată cu alte procese de degradare, inclusiv scăderea conținutului de materie organică din sol, salinizarea solului, supraexploatarea apelor subterane, incendiile forestiere, scăderea biodiversității solului, contaminarea solului și expansiunea urbană [2].

3.9.4. Efectele deșertificării solului

Consecințele deșertificării sunt profunde și diverse. Toate aspectele vieții umane sunt afectate direct sau indirect oriunde există fenomenul. Acestea variază de la nesiguranța alimentară, deficitul de apă și dificultățile socio-economice la neliniștea politică. Un grup de cercetători a arătat că deșertificarea cauzează, de asemenea, alterarea serviciilor ecosistemului la nivel local și global, pierderea biodiversității, pierderea habitatelor și amenințarea speciilor; schimbări în ciclul hidrologic și climatic; reducerea producției agricole și bunăstării socio-economice [21].

Impacturi ecologice

Se spune că un mediu este durabil din punct de vedere ecologic atunci când conservă diversitatea biologică și sistemele de susținere a vieții pentru utilizarea generației actuale, fără a compromite utilizarea acesteia de către generațiile viitoare. Deșertificarea a dus la modificarea ecosistemelor din zonele aride și semi-aride, care afectează habitatul, compoziția habitatului, abundența, distribuția și relațiile din comunitățile de organisme vii. Impacturile ecologice includ [21]:

Distrugerea habitatelor și pierderea biodiversității

Studiile afirmă că multe specii sunt predispuse să fie puse în pericol din cauza deșertificării. Terenurile aride din Nigeria conțin un număr mare de specii de plante și animale care sunt importante pentru omenire în ansamblu, dar care sunt amenințate ca urmare a procesului de deșertificare care are loc în zonă. Polița agricolă națională a arătat că unele specii de animale importante, cum ar fi antilopele sitodunga, ghepardul, girafa, leul și elefanți din statele nordice ale Nigeria, au devenit periclitate și speciile de plante indigene, în special cele cu valori medicinale, de ex. Mytragyna speciosa (cunoscută ca Giyaya în zonă) este acum dificil de localizat [21].

Schimbări în fenologie

Fenologia se ocupă cu perioada sau calendarul evenimentelor biologice (cum ar fi împerecherea, depunerea ouălor etc.) ale organismelor vii ca răspuns la circumstanțele climatice și alte situații de mediu. Modificarea evenimentelor biologice periodice ale animalelor este una dintre primele și cele mai ușor de detectat răspunsuri ecologice la deșertificare. Există multe moduri în care comportamentele animalelor sunt modificate ca răspuns la deșertificare. De exemplu, s-ar putea să se modifice timpul de reproducere, împerecherea, hrănirea și migrarea [21].

Impactul asupra sănătății

Sănătatea este definită ca starea completă a bunăstării fizice, mentale și sociale a unui individ fără a fi neapărat simpla absență a bolii. Deșertificarea poate avea un impact asupra sănătății publice prin valuri de căldură crescută, potențialul de a iniția cancerul de piele și prin accentuarea condițiilor de mediu favorabile pentru dezvoltarea anumitor boli [21].

Valuri de căldură

Vegetația densă oferă un anumit grad de sechestrare a căldurii, dar care este denudată din cauza deșertificării. Această situație a provocat o creștere a undelor de căldură în nordul Nigeriei, care reprezintă o amenințare la adresa sănătății populației. Populațiile umane s-au aclimatizat de-a lungul timpului și s-au adaptat la condițiile climatice locale și, de asemenea, au capacitatea de a face față unei serii de schimbări meteorologice. Cu toate acestea, în cadrul populațiilor, există indivizi ale căror sensibilitate la condițiile meteorologice extreme este ridicată și sunt astfel predispuși la riscul asupra sănătății al unor astfel de condiții meteorologice nefavorabile. Căldura excesivă poate provoca extenuarea prin căldură, boli cardiovasculare (de exemplu atacurile de cord și accidentele vasculare cerebrale). Expunerea mai mare la radiații UV ar putea suprima răspunsurile imune la infecție a gazdei umane. La animale, s-a demonstrat că expunerea la radiații ultraviolete reduce rezistența gazdei la viruși precum gripa și citomegalovirusul, paraziți precum malaria și alte infecții, cum ar fi Listeria Monocytogenes și Trichinella Spiralis. În Nigeria și în alte țări în curs de dezvoltare s-au înregistrat foarte puține cercetări sau, probabil, nici o cercetare privind modul și amploarea impactului de deșertificare asupra mortalității și morbidității legate de stresul termic la om, dar au fost raportate unele lucrări pe animale. În Guineea de Nord s-a raportat o reducere de 20% a consumului de furaje în rândurile găinilor datorită stresului termic care a dus la o producție redusă. De asemenea, au raportat o creștere a mortalității cu 3,7% din cauza stresului cauzat de căldură în regiune [21].

Cancerul

Una dintre influențele deșertificării este deteriorarea acoperirii vegetale, astfel încât oamenii, în special lucrătorii în aer liber, să fie expuși la influența directă a radiației solare. S-a demonstrat că expunerea excesivă la lumina soarelui poate provoca afecțiuni ale pielii și cancer. Cercetătorii au făcut o observație la lucrătorii în aer liber, cum ar fi lucrătorii agricoli și fermierii, că apariția cancerului de piele a avut loc pe zone cel mai frecvent expuse la soare (de exemplu, mâinile, gâtul și fața). Afecțiunile maligne ale pielii au fost raportate ca reprezentând un procent mai mare din toate cazurile de cancer în nordul Nigeriei, comparativ cu sudul Nigeriei [21].

Pierderea plantelor cu importanță medicală

Deșertificarea a contribuit la pierderea plantelor cu potențiale proprietăți medicinale. Cele mai multe specii lemnoase servesc ca sursă de medicină în special pentru localnici. Aceste plante medicinale nu sunt nici cultivate, nici protejate împotriva deșertificării, astfel încât acestea dispar într-o rată rapidă, cu un număr mare din ele amenințate cu dispariția totală, mai ales în zonele aride și semi-aride. Madaci (A. senegalistis) o specie de plante medicinale indigene se utilizează pentru a vindeca diverse boli în Maiduguri și un alt loc în nordul Nigeriei este acum pusă în pericol din cauza deșertificării [21].

Încălzirea globală

O parte din radiațiile infraroșii reflectate de pământ este reținută de câteva gaze din atmosferă ale căror concentrații au fost crescute din cauza activităților umane. Vegetația și solul joacă un rol important în sechestrarea carbonului; un important gaz cu efect de seră. Atunci când se produce deșertificarea, capacitatea de sechestrare a carbonului din vegetație și din sol se pierde foarte mult, făcând nivelul carbonului să crească în atmosferă, agravând astfel încălzirea globală. O creștere medie de cel puțin de 1 °C a însoțit temperatura în statele nordice din Nigeria, învecinate cu Sahara, atunci când s-au comparat datele din 1901 până în 2010 [21].

Reducerea alimentării cu apă

Disponibilitatea apei este de obicei măsurată în termeni de apă reînnoibilă pe cap de locuitor, densitatea populației, precum și volumul total de apă. Organizația Mondială a Sănătății consideră că o medie de 1.000 m3 pe persoană pe an este o cantitate necesară de apă pentru uzul modern, industrial, și agricol. Nigeria (în special partea de nord) și alte 45 de țări, cele mai multe în Africa sau în Orientul Mijlociu, nu pot satisface nevoile minime esențiale ale tuturor cetățenilor lor, iar deșertificarea a fost implicată ca factor majoritar [21].

Pierderi economice și o creștere economică redusă

Deșertificarea are consecințe economice. Aceasta slăbește populațiile și instituțiile, făcându-le mai vulnerabile la factorii economici globali. Scăderea încasărilor fiscale câștigate se datorează productivității scăzute și are consecințe asupra capacității guvernului de a-și rambursa datoria externă și de a dezvolta programe socio-economice naționale. Persistența deșertificării reduce producția națională de alimente și susține necesitatea de a se baza pe produsele importate străine [21].

Toate celălalte amenințări ale solului ar putea contribui la o creștere a deșertificării. Un studiu a constatat că compactarea solului și perturbarea suprafețelor de sol criptobiotice (cianobacterii, licheni și mușchi) provocate de animale, oameni și vehicule off-road au condus la o vulnerabilitate crescută față de deșertificare la cinci locuri de studiu din Utah. Pe de altă parte, deșertificarea afectează și alte amenințări ale solului (Fig. 3.33). O reducere a deșertificării va îmbunătăți producția de biomasă și, prin urmare, materia organică și ciclurile de nutrienți din sol. Creșterea acoperirii vegetative și a rădăcinilor plantelor va reduce, de asemenea, riscul de eroziune eoliană și hidrică [25].

Atunci când solurile sunt degradate, își pierd capacitatea de captare și stocare a apei, a nutrienților și a carbonului și de susținere a proceselor microbiologice. Având în vedere formarea naturală lentă a solurilor, pierderea funcțiilor solului datorită deșertificării este adesea ireversibilă. În mod evident, deșertificarea va afecta toate funcțiile solului. Cu toate acestea, impactul asupra producției de biomasă și alimente, a habitatului biologic și a serviciilor de mediu va fi cel mai mare [25].

Figura 3.33 Efectele deșertificării solului asupra celorlalte pericole ale solului [25]

3.9.5. Măsuri de prevenire și remediere a deșertificării solului

De-a lungul anilor, a fost colectat un volum mare de informații privind cauzele și controlul degradării terenurilor. În pofida disponibilității cunoștințelor despre modul în care deșertificarea poate fi controlată, această cunoaștere nu a fost și nu este aplicată într-un mod eficient. În conformitate cu studiile de specialitate, riscurile climatice, preocupările utilizatorilor de terenuri (drepturile de proprietate), eșecurile instituționale și ale pieței, munca limitată a gospodăriilor agricole și constrângerile în numerar sunt printre cauzele care contribuie la adoptarea necorespunzătoare a tehnologiilor de remediere. Abordarea integrată, subliniind o legătură strânsă între agricultor, cercetător, ofițer de dezvoltare guvernamentală și ONG-uri prin parteneriat, poate reduce decalajul existent între tehnologia disponibilă și acceptată. Cu toate acestea, problema principală a fluxului de credit limitat pentru dezvoltarea agriculturii în regiunile cu riscuri climatice va trebui abordată mai întâi [20].

Odată cu dezvoltarea agriculturii, sunt necesare inițiative pentru controlul populației, investiții în capitalul uman (prin educație și formare) și dezvoltarea infrastructurii de marketing. O abordare pozitivă a dezvoltării agricole (productivă, profitabilă și stabilă) va crea un mediu favorabil pentru o investiție mai mare în gestionarea terenurilor de restaurare. Acest lucru este considerat a influența în mod direct bunăstarea economică și durabilitatea calității terenurilor. În opinia Biroului de Statistică al Națiunilor Unite, este de așteptat ca educația și formarea să încurajeze mai multă mobilitate, să extindă oportunitățile și să reducă dependența de agricultură ca singura sursă de trai pentru persoanele din zonele rurale. O bună infrastructură de marketing, inclusiv facilități de transport mai bune, va îmbunătăți și rentabilitatea agriculturii [20].

Soluțiile de combatere a deșertificării constau în controlul cauzelor deșertificării. O abordare a tratamentului cauzelor este modalitatea de a contracara procesele de degradare și de a asigura durabilitatea. Cu toate acestea, rețeaua complicată de acțiuni umane și constrângeri naturale care cauzează deșertificarea sugerează că nu există modalități ușoare de combatere a deșertificării. Soluțiile vor fi probabil specifice site-ul și situației. Sarcina de a stabiliza și de a susține producția agricolă în zonele aride dezavantajate din punct de vedere al mediului reprezintă o adevărată provocare. În funcție de cauzele de degradare a terenurilor, posibilele soluții pentru combaterea degradării terenurilor ar trebui să ia în considerare următoarele [20]:

– variabilitatea climatică;

– apa de irigare, calitatea managementului solului și vegetației;

– nevoile structurale și organizaționale.

Gestionarea apei

Gestionarea riscurilor este esențială pentru gestionarea terenurilor, ceea ce duce la dezvoltarea agriculturii durabile. Întrucât riscul pentru agricultură este adesea legat de deficitul de apă care rezultă din variabilitatea înnăscută a modelelor de precipitații, toate strategiile de combatere a degradării terenurilor / deșertificării terenurilor trebuie să se bazeze pe conservarea apei. Dezvoltarea și utilizarea eficientă a resurselor de apă – fie în condiții de ploaie sau irigare – este esențială pentru susținerea calității terenurilor și a performanței agriculturii. În mod obișnuit, în zonele ploioase, utilizarea altor inputuri de producție este afectată de deficitul de apă. Prin urmare, gestionarea apelor pluviale pentru o eficiență maximă de conservare și utilizare este prima intervenție care trebuie instituită ca o activitate permanentă, nu numai ca un program de gestionare a crizelor ca răspuns la secetă. Trebuie să se pună accentul pe investițiile în structurile de colectare a apei la scară redusă pentru irigații. Pentru a asigura că gestionarea apelor pluviale devine mai degrabă o regulă decât o excepție, trebuie să se realizeze un program de alfabetizare a apei pentru agricultori, subliniind colectarea și împărțirea apei în comunitate, precum și o utilizare eficientă. În această sarcină, utilizarea apei ar trebui să aibă legătură cu avantajele economice și de mediu. Agricultorii ar trebui să fie învățați că utilizarea eficientă a apei (adică valoarea produsului pe unitatea de volum de apă) maximizează productivitatea economică și oferă posibilitatea de a opri sau chiar de a inversa degradarea terenurilor [20].

Accentul pus pe gestionarea apelor pluviale în zonele irigate este la fel de important ca în zonele cu ploi frecvente. La urma urmei, creșterea eficienței utilizării apei în zonele irigate se află în centrul restricționării răspândirii apelor reziduale și a salinității. Fără îndoială, investițiile necesare pentru minimizarea pierderilor de transport și a pierderilor de aplicații vor fi mari. Dar investițiile care vor fi făcute pentru prevenirea pierderilor de apă vor fi justificate dacă va fi luată în considerare și negată contribuția continuă a apei pierdute la degradarea terenurilor. În plus, pierderile contribuie la reducerea zonei din cauza deșertificării, ceea ce reprezintă o investiție slabă în ceea ce privește pierderea productivității și a producției globale. Un studiu al Băncii Mondiale a arătat că India ar putea obține o producție suplimentară de cereale alimentare de 88 de milioane de tone pe an prin simpla creștere a eficienței utilizării apei de la 35% la 43% [20].

Gestionarea terenurilor

Adoptarea anumitor opțiuni de gestionare a terenurilor specifice secetei poate atenua și efectul precipitațiilor reduse. Soluțiile trebuie adaptate la calitatea terenului și la disponibilitatea resurselor pentru agricultor. Aplicarea cu succes a acestor principii fundamentale de gestionare a terenurilor se găsește în Burkina Faso, Africa. Fermierii au evoluat ceea ce este cunoscut ca sistemul Zaï de plantare a Pearl millet. Metodologia implică săparea unei găuri de plantare, urmată de așezarea, însămânțarea și împământarea plasată după stabilirea plantelor. Semănarea în găurile discrete de plantare ușurează presiunea populației și concentrează apa la locul de plantare. Epurarea selectivă a microsistemelor, mai degrabă decât pe întreg teritoriul, concentrează efectul de tratament și oferă randament ridicat. În cele din urmă, punerea în pământ creează un mozaic de micro captări pentru recoltarea maximă a precipitațiilor și pentru pierderea minimă prin evaporare, datorită creării de mulci de praf. Deși intensiv, Zaï este un sistem excelent de management care acționează pentru a concentra apa și nutrienții limitați la baza fiecărui răsad pentru a obține beneficii maxime. Astfel de tehnologii merită o evaluare și o dezvoltare ulterioară prin integrarea cu tipuri de plante cu toleranță la stres mare și randament ridicat [20].

Semănarea mixtă a două sau mai multe culturi (dintre care una este de obicei leguminoasă), combinând astfel arhitectura variabilă, durata și toleranța la secetă, a fost o strategie testată de către agricultori pentru a acoperi riscurile unui regim de precipitații fluctuant. Aceste sisteme sunt numite intercropping sau culturi de alee atunci când semănatul în linie de culturi este aranjat în rapoarte geometrice predeterminate. În anii normali de precipitații, toate culturile reușesc, în timp ce în anii uscați este asigurat succesul cel puțin a culturii celei mai rezistente la secetă. Culturile mixte acționează ca un fel de plasă de siguranță împotriva eșecului total de recoltă. De asemenea, urmărește creșterea productivității și creșterea fertilității solului datorită componentei leguminoase. Tehnicile recomandate de intercropping se confruntă cu rate de adopție proaste. Acest lucru se poate schimba odată cu dezvoltarea mașinilor care pot semăna recolte în rapoarte predeterminate și pot fi utilizate pentru recoltare [20].

Gestionarea materiei organice

Eforturi serioase de a umple pierderile și de a menține materia organică a solului la niveluri acceptabile sunt, în general, insuficiente. Apatia față de managementul materiei organice din sol nu se datorează neapărat ignoranței agricultorilor, deoarece cunoștințele despre valoarea utilizării sale sunt la fel de vechi ca și agricultura în sine. Disponibilitatea insuficientă, datorată, în mare parte, utilizărilor concurente și lipsei unui sistem bine organizat de returnare a deșeurilor de subproduse în câmpuri, este constrângerea esențială pentru modificarea materiei organice în sol. Gunoaiele de grajd produse de bovine sunt folosite mai degrabă ca combustibil decât ca sursă de nutrienți pentru plante. Transformarea bălegarului în biogaz prin fermentare anaerobă poate fi o soluție câștigătoare, cu avantaje multiple. În primul rând, biogazul umple necesarul de energie pentru gătit cu o valoare energetică mai mare decât bălegarul. În al doilea rând, aceasta generează amendament, care este valoroas ca gunoi de grajd și conține o concentrație mai mare de nutrienți decât bălegarul. În al treilea rând, utilizarea biogazului este o alegere ecologică, deoarece este o sursă de energie curată. Indirect, ajută la reducerea emisiilor de dioxid de carbon din arderea combustibililor fosili. De asemenea, reduce consumul de combustibil și încetinește despăduririle [20].

Tehnologia biogazului nu a devenit atât de populară, cum ar sugera potențialul său. Reziduurile sunt mai greu de manevrat decât bălegarul solid, care necesită dispozitive speciale de ridicare și transport. Având în vedere costurile ridicate, o abordare comunitară sau un serviciu personalizat poate fi singura modalitate fezabilă de gestionare a gunoiului. Mai mult, fermierii mici și marginali nu dispun de numărul de bovine necesare pentru a asigura cantități adecvate de gunoi de grajd pentru generarea eficientă a gazelor. Combinarea gunoiului de grajd și a excrementelor umane ar contribui la asigurarea unei aprovizionări adecvate a materiei prime pentru generarea de gaze. Astfel, instalațiile de biogaz comune pot fi singura opțiune. Acest lucru necesită un sprijin guvernamental puternic, dar nu și cu condiții prealabile administrative, cum ar fi insistența asupra construcției de instalații de biogaz de către firmele aprobate de guvern, așa cum este comun în India [20].

Gestionarea apei pluviale

Apa joacă un rol central în gestionarea secetei și în dezvoltarea durabilă a întregii agriculturi. În plus, disponibilitatea apei este o cerință fundamentală pentru investitorii agricoli, alte resurse necesare pentru a sprijini dezvoltarea durabilă a zonelor aride și pentru a asigura creditul necesar. Există diverse căi de asigurare a alimentării cu apă: gestionarea in situ a apelor pluviale, recoltarea scurgerilor și irigarea [20].

Conservarea apelor pluviale este un mijloc de atenuare a secetei care începe cu gestionarea pre-secetă care implică maximizarea stocării în profil a apei de ploaie. Colectarea apelor pluviale de către profilul solului este promovată prin creșterea vitezei de infiltrare și prin prelungirea timpului de infiltrare. Apa stocată în sol servește culturilor în creștere în timpul perioadelor de secetă frecvente. Prelucrarea terenului în sezonul pre-ploios este adesea recomandată pentru a face stratul superior al solului mai permeabil pentru a infiltra apa. Cu toate acestea, lucrările de cultivare promovează pierderea materiei organice, iar efectele acesteia variază în funcție de soluri. Lucrările de prelucrare a alfisolurilor se dovedesc, în general, a fi necesare pentru a îmbunătăți conservarea in-situ a apelor pluviale și randamentele culturilor. Practicile de prelucrare de-a lungul conturului (sau de-a lungul pantei) și de însămânțare plană, urmată de brăzdare după stabilirea culturilor, pare să îmbunătățească eficacitatea lucrărilor de prelucrare a apei de ploaie. Brăzdarea creează un mozaic de mini-bazine pentru a prinde apa de ploaie. Sistemul de cultivare Zaï combină, de asemenea, avantajele lucrărilor de prelucrare a solului și micro captări rezultate din dezvoltarea plantelor. Eficacitatea apei stocate în sol poate fi sporită prin reducerea pierderilor de evapotranspirație post-stocare. Acest lucru se realizează prin acoperirea solului cu mulci din material organic sau plastic pentru controlul buruienilor [20].

3.9.6. Studii experimentale privind deșertificarea solului

Studiu privind monitorizarea deșertificării prin Teledetecție în Ningxia, China din 2000 până în 2014 și factorii care afectează deșertificarea

Ningxia este situată în zona de tranziție a platourilor și munților și zona de tranziție dintre regiunea musonului estic și regiunea aridă din nord-vest, care este una dintre zonele cu o distribuție largă a deșertificării. Statutul și evaluarea dinamică a deșertificării în Ningxia are o importanță practică importantă pentru prevenirea și controlul acesteia. Majoritatea studiilor despre Ningxia se bazează pe date de rezoluție redusă și se bazează pe caracteristicile peisajului de deșertificare pentru a evalua starea deșertificării, care a analizat rareori dinamica deșertificării, în special rolul factorilor de conducere în procesul de deșertificare nu a fost studiat. Pe baza situației actuale a regiunii, studiul folosește indicele RUE (eficiența utilizării apelor pluviale) pentru a evalua dinamica deșertificării în Ningxia și analizează cantitativ influența factorilor naturali și a factorilor socio-economici în procesul de deșertificare, evaluând detaliat cauzele deșertificării în Ningxia, pentru a oferi o bază științifică pentru construcția ecologică în Ningxia [22].

În funcție de caracteristicile topografiei, climatului, hidrologiei și altele, Ningxia este împărțită în zona de deal-munte, zona aridă și zona de irigare a râului galben de la sud la nord. Precipitațiile medii anuale din regiunea nordică sunt de aproximativ 200 ml, însă condițiile de irigare convenabile duc la o agricultură dezvoltată. Există, în principal, pășunea deșertificată din regiunea centrală unde precipitația anuală este de 200 ~ 350mm. Regiunea sudică este zona cu cele mai multe precipitații din Ningxia, cu precipitații anuale de 350-600 mm și resurse abundente de pădure. Ningxia a pus în aplicare în mod succesiv politicile privind proiectul "Transformarea terenurilor agricole înapoi în păduri", proiectul de irigare Yellow River și proiectul național de protecție a resurselor naturale forestiere, care au îmbunătățit într-o oarecare măsură situația dezertificării. Cu toate acestea, Ningxia este una dintre zonele în care deșertificarea este larg răspândită și este necesar să se efectueze un studiu aprofundat al dinamicii deșertificării [22].

Figura 3.34 Locația (a) și tipurile de teren (b) din zona studiată Ningxia, China [22]

Interpolarea spațială a factorilor meteorologici: Datorită rarității stațiilor meteorologice din Ningxia, stațiile meteorologice pot determina abateri de la distribuirea factorilor meteorologici în zona stațiilor nemetorologice. Cercetătorii au constatat că precizia interpolării a fost îmbunătățită semnificativ prin adăugarea de stații meteorologice simulate pentru a îmbogăți cantitatea de date meteorologice. Prin urmare, această lucrare adoptă stațiile de măsurare actuale și stațiile de simulare care sunt adăugate în zona goală pentru a și interpola pentru a obține rezultate cât mai precise [22].

Proces specific: pe baza analizei geostatistice a stațiilor actuale de măsurare din Ningxia, rezultatul arată că 30 km este o zonă de prelevare adecvată. Apoi, au fost desenate zone cu influență circulară cu o rază de 30 km în zona de distribuție a ariei nemetorologice și extras centrul fiecărui cerc ca o stație meteorologică suplimentară. Au fost adăugate în total 11 stații meteorologice, așa cum se arată în figura 3.35. Analiza de corelație Pearson este utilizată pentru a identifica relația dintre elementele meteorologice anuale (precipitații, temperatura medie, durata soarelui și umiditatea medie relativă) și factorul de teren (longitudine, panta, aspectul și înălțimea fiecărei stații meteorologice). Factorul de teren care are cea mai mare corelație cu factorii meteorologici este utilizat pentru a stabili ecuația de regresie cu factorul meteorologic corespunzător pentru a calcula valoarea factorilor meteorologici simulați. La final, interpolarea Kriging este folosită pentru interpolarea spațială a siturilor măsurate și simulate [22].

Figura 3.35 Distribuția stațiilor meteorologice simulate [22]

Deșertificarea din Ningxia are loc în principal în zona centrală aridă, urmată de zona inaccesibilă a Fluviului Galben și mijlocul zonei irigate și doar o mică parte din regiunea de sud. Având în vedere faptul că deșertificarea este un proces bazat pe eficiența utilizării precipitațiilor în anul 2000, în conformitate cu analiza tendințelor Sen și testul nonparametric MK, tendința de variație spațială a eficienței utilizării precipitațiilor în Ningxia din 2000 până în 2014 a fost calculată de ajutorul Matlab. Cu diferite niveluri de încredere, tendința de variație a fost împărțită în cinci niveluri: degradare semnificativă, ușoară degradare, stabilitate, ușoară îmbunătățire și îmbunătățire semnificativă. După cum se arată în figura 3.36, suprafețele semnificative de îmbunătățire au fost distribuite în principal în Xiji, Pengyang, Guyuan și părți din Lingwu, reprezentând 29,88% din suprafața totală. Zonele de îmbunătățire ușoară au reprezentat 55,97% din suprafața totală. Zona în care mediul ecologic și-a menținut forma originală a reprezentat 6,36% din suprafața totală, în principal împrăștiate la intersecția dintre Zhongwei și Haiyuan. Desertificarea a avut loc în zona în care a fost degradată eficiența utilizării precipitațiilor, care reprezintă 7,79% din suprafața totală, distribuită în principal în Shizuishan, Pingluo și Yinchuan, Yongning, Qingtongxia, Zhongning și părți din Jingyuan. Într-o perspectivă globală, mediul ecologic din Ningxia s-a îmbunătățit considerabil în ultimii 15 ani și au existat doar câteva zone cu degradare ecologică [22].

Figura 3.36 Tendință spațială din zona studiată Ningxia, China [22]

Dinamica deșertificării studiată în această lucrare a fost reflectată în principal de eficiența utilizării a precipitațiilor, care nu numai că reflectă în mod direct capacitatea de producție a terenului și poate, de asemenea, să facă anumite îmbunătățiri ca răspuns la impactul mare al precipitațiilor asupra vegetației în regiunile aride. Lucrarea folosește în principal schimbările din indicele RUE pentru a caracteriza apariția deșertificării terenurilor, care întruchipează pe deplin caracteristicile dinamice ale deșertificării. Zonele de deșertificare din Ningxia în perioada 2000-2014 au fost concentrate în principal în Munții Helan, Muntele Liupan și mijlocul zonei irigate. Majoritatea zonelor au prezentat o îmbunătățire a indicelui RUE, care a avut mult de a face cu schimbările climatice, activitățile umane, educația culturală și implementarea politicii în Ningxia, indicând faptul că construcția ecologică a obținut rezultate pozitive în acest stadiu [22].

3.10. Inundațiile (excesul de umiditate în sol) și alunecările de teren

3.10.1. Noțiuni introductive

Inundațiile constituie fenomene naturale și sunt o componentă a ciclului hidrologic natural al Pământului. Inundațiile și în special marile inundații constituie unele dintre fenomenele naturale care au marcat și marchează profund dezvoltarea societății umane, ele fiind din punct de vedere geografic cele mai răspândite dezastre de pe glob și totodată și cele mai mari producătoare de pagube și victime omenești. În același timp, marile inundații au constituit factorul declanșator și catalizatorul unor mari schimbări în modul de abordare a acestui fenomen, de la acceptarea inundațiilor ca pe un capriciu al naturii, la încercarea omului de a se opune naturii prin abordări de genul lupta împotriva inundațiilor, la cele de apărare împotriva inundațiilor și la prevenirea inundațiilor[42].

Inundațiile pot apărea ca un exces de apă din corpurile de apă, cum ar fi un râu, lac sau ocean, în care apa suprapune sau rupe digurile, rezultând ca o parte din acea apă să depășeacă limitele obișnuite sau poate apărea la o acumulare de apă de ploaie pe un pământ saturat. În timp ce mărimea unui lac sau a altui corp de apă variază în funcție de schimbările sezoniere ale precipitațiilor și ale topirii de zăpadă, este puțin probabil ca aceste modificări de dimensiune să fie considerate semnificative, cu excepția cazului în care acestea inundă proprietatea sau îneacă animalele domestice. Inundațiile pot apărea și în râuri atunci când debitul depășește capacitatea canalului fluvial, în special în curbe sau meandre din calea navigabilă. Inundațiile adesea dăunează locuințelor și afacerilor dacă se află în câmpiile naturale de inundații ale râurilor. Deși daunele pot fi eliminate prin îndepărtarea de râuri și alte corpuri de apă, oamenii au trăit și au lucrat în mod tradițional lângă râuri, deoarece terenul este de obicei plat și fertil și deoarece râurile oferă călătorii ușoare și acces la comerț și industrie. Unele inundații se dezvoltă lent, în timp ce altele, cum ar fi viiturile, se pot dezvolta în doar câteva minute și fără semne vizibile de ploaie. În plus, inundațiile pot fi locale, cu impact asupra unui cartier sau a unei comunități sau asupra unor mari bazine hidrografice[39].

Practica mondială a demonstrat că apariția inundațiilor nu poate fi evitată, însă ele pot fi gestionate, iar efectele lor pot fi reduse printr-un proces sistematic care conduce la un șir de măsuri și acțiuni menite să contribuie la diminuarea riscului asociat acestor fenomene. Managementul inundațiilor este ușurat de faptul că locul lor de manifestare este predictibil și adesea este posibilă o avertizare prealabilă, iar în mod obișnuit este posibil să se precizeze și cine și ce va fi afectat de inundații [39].

Managementul riscului la inundații înseamnă aplicarea unor politici, proceduri și practici având ca obiective identificarea riscurilor, analiza și evaluarea lor, tratarea, monitorizarea și reevaluarea riscurilor în vederea reducerii acestora astfel încât comunitățile umane, să poată trăi, munci și să-și satisfacă nevoile și aspirațiile într-un mediu fizic și social durabil [39].

Riscul la inundații este caracterizat prin natura și probabilitatea sa de producere, gradul de expunere al receptorilor (numărul populatiei și al bunurilor), susceptibilitatea la inundații a receptorilor și valoarea acestora, rezultând implicit că pentru reducerea riscului trebuie acționat asupra acestor caracteristici ale sale[39].

Problema esențială în managementul riscului la inundații este aceea a riscului acceptat de populație și decidenți, știut fiind că nu există o protecție totală împotriva inundațiilor (risc zero), după cum nu există nici un consens asupra riscului acceptabil. În consecință, riscul acceptabil trebuie să fie rezultatul unui echilibru între riscul și beneficiile atribuite unei activități ca urmare a reducerii riscului la inundații sau a unei reglementări guvernamentale[42].

Alunecările de teren sunt o categorie de fenomene naturale de risc, ce definesc procesul de deplasare, mișcarea propriu-zisă a rocilor sau depozitelor de pe versanți, cât și forma de relief rezultată.

Alunecările de teren se pot produce sub apă, numite alunecări de teren submarine, medii de coastă și pe uscat. Deși efectul gravitației este forța motrice primară pentru apariția alunecărilor de teren, există și alți factori care contribuie la stabilitatea inițială a pantei. De obicei, factorii pre-condiționali creează condiții specifice de sub-suprafață care fac suprafața pantei predispusă la eșec, în timp ce alunecarea reală a terenului necesită adesea un declanșator înainte de a fi eliberat. Alunecările de teren nu trebuie confundate cu fluxurile de noroi, o formă de pierdere în masă care implică un flux foarte rapid de resturi care a devenit parțial sau complet lichefiat prin adăugarea unor cantități semnificative de apă la materia primă[40].

Alunecările de teren apar atunci când panta se schimbă de la o stare stabilă la o stare instabilă. O modificare a stabilității unei pante poate fi cauzată de un număr de factori care acționează împreună sau singuri. Cauzele naturale ale alunecărilor de teren includ[40]:

– apele subterane care acționează pentru a destabiliza panta;

– pierderea sau absența structurii vegetative verticale, a nutrienților solului și a structurii solului (de exemplu, după un foc sălbatic – un incendiu în păduri care durează 3-4 zile);

– eroziunea vârfului unei pârtii de către râuri sau valuri oceanice;

– slăbirea unei pârtii prin saturație prin topirea zăpezii, topirea ghețarilor sau ploi abundente;

– cutremurele care adaugă încărcături pe panta abia stabilă;

– lichefiere cauzata de cutremure ce duc la destabilizarea pantei;

– erupții vulcanice.

Alunecările de teren sunt agravate de activitățile umane, cum ar fi[40]:

– despădurirea, cultivarea și construcția, care destabilizează pantele deja fragile;

– vibrații de la mașinile agricole sau de la trafic;

– lucrările de terasament care modifică forma unei pante sau care impun sarcini noi pe o pantă existentă;

– în solurile puțin adânci, îndepărtarea vegetației adânci înrădăcinate care leagă coluviul de roca de bază;

– activități agricole sau forestiere (exploatare forestieră) care schimbă cantitatea de apă care infiltrează solul.

Tipuri de alunecări în raport cu adâncimea pe care este dislocată masa de materiale[29]:

– alunecări superficiale, care frecvent antrenează materiale de suprafețe cu declivitate ce depășeste aproximativ valoarea de 5 grade (în cazul materialelor foarte ușor labile) și 10-15 grade când depozitele de pe versanți și suprafete de racord se umezesc mai greu și dislocarea lor se face mai lent.

– alunecările profunde (de profunzime) definesc alunecările de teren care antrenează depozitele și roca din acel loc pe o secțiune de adâncime ce depășește frecvent 2-5 m, ajungând chiar la zeci de metri. Alunecările profunde sunt concordante în anumite regiuni cu alunecările numite "masive", care pot să antreneze sectoare relativ mari sau chiar serii de culmi deluroase. Un fapt potențial și specific pentru astfel de alunecări este, de exemplu, amploarea lor, ele au vechime mare și foarte mare; ca urmare a rezistenței lor în timp îndelungat și reactivarea repetată conduc la transformarea acestora în alte tipuri de alunecări. Ele îndeplinesc și rolul de suport pentru manifestarea altor categorii genetice de procese geomorfologice (și, eventual, de un alt tip geomorfologic), apariția altor forme de relief, etc [29].

3.10.2. Factorii care determină inundațiile și alunecările de teren

Forțele motrice/presiunile pentru formarea alunecărilor de teren sunt de natură, socială, economică și ecologică. Ele interacționează în moduri complexe; prin urmare, analiza impactului acestora necesită respectarea sinergiilor.

Factorii climatici:

Climatul și schimbările climatice, precipitațiile și topirea zăpezii (frecvența, intensitatea, magnitudinea, sezonalitatea, ciclonalitatea), își manifestă impactul atât local, cât și regional. Acești factori sunt factori externi importanți pentru alunecările de teren și inundații.

Cauzele de bază ale instabilității pantelor pot fi[28]:

– Slăbiciune în structură, a materialului sau structurii geologice a rocilor în formarea solului;

– Factori externi care afectează regimurile de apă subterană (exemple ploaie torențială, topirea zăpezii, schimbări în nivelul apei subterane etc.);

– Cutremure sau activități vulcanice;

– Crearea unor condiții noi ale sitului, cum ar fi modificări ale pantei naturale datorate la activităților de construcție.

Există mai mulți factori naturali care pot provoca defecțiuni în panta. Aceștia sunt subliniați mai jos[28]:

– Ploile intense sau depunerile de zăpadă vor determina creșterea maselor de apă subterane, scăderea rezistenței solului și creșterea greutății materialelor asociate;

– Fluctuația nivelului apei datorată acțiunii mareelor;

– Scăderea nivelului apei în râuri, rezervoare etc;

– Eroziunea cauzată de scurgerea continuă pe o pantă. Îndepărtarea bazei și sprijinul lateral al unei mase a solului prin curgerea apei în curenți, râuri, acțiunea valurilor etc., poate provoca instabilitatea masei de sol/rocă.

– Depunerea sedimentelor libere în zonele de deltă;

– Descompunerea pietrelor;

– Vibrațiile la sol create în timpul cutremurelor;

– Activitatea vulcanică – În zonele în care există un vulcan activ,depozitele de cenușă (uneori numite depozite lahare) sunt predispuse la eroziune și supuse fluxurilor de noroi datorate ploilor intense.

Variabilitatea spațio-temporală a precipitațiilor, în special pe scări temporale și spațiale fine, pot afecta în mod semnificativ inundațiile și declanșarea alunecări de teren și pot duce la o mare variabilitate în răspunsuri și incertitudini în previziunile lor. Un studiu care să acopere întreaga Europă a fost condus și analizează tendințele în perioadele extreme de precipitații între 1950 și 2010 pentru o scurtă durată (1 zi) și pentru o perioadă lungă (5 zile), evenimente în diferite anotimpuri în nordul și sudul Europei. Rezultatul a arătat că frecvența evenimentele extreme crește în toate regiunile pentru toate sezoane și pentru ambele durate luate în considerare. Partea de nord a Europei este, în general, mai afectată decât Europa de Sud deoarece lunile iernii indică cea mai mare rată de schimbare în frecvența evenimentelor de precipitații, indicând o creștere a riscurilor de inundații și alunecări de teren [28].

Factorii antropici – schimbările de utilizare a terenului induse de om:

Unul dintre principalii factori socio-economici ai inundațiilor și alunecărilor de teren sunt schimbările în utilizarea terenurilor.Printre aceștia se numără și factori precum abandonarea terenurilor, modificări ale acoperirii forestiere, protecția ecosistemelor și măsuri de retenție naturală a apei. Factorii locali specifici și subiți, cum ar fi incendii, calamități ecologice și eoliene și sigilarea datorită dezvoltării urbane, care sunt, într-o mare măsură, imprevizibili, ar trebui să fie luați în considerare. Schimbările în practicile agricole au beneficiat de o atenție deosebită din cauza rolului lor în formarea inundațiilor. Creșterea drenajului subteran al terenurile agricole și zonele împădurite pot, de asemenea, să crească riscurile de inundații[25].

Creșterea vegetației/acoperirea forestiera reduce activitațile de alunecare și pierderea solului și îmbunătățește caracteristicile mecanice ale solului datorită coeziunii radiculare. Abandonarea terenurilor în pantele terasate din Marea Mediterană din sudul Europei a dus la o creștere a activităților de alunecare a terenurilor de mică adâncime. Deseori sunt terase de piatră uscată care, dacă nu sunt bine întreținute, își pot pierde funcția de drenaj și se pot dezvolta orizonturile saturate pe versantul lor din spate, care pot duce la prăbușirea lor și la declanșarea unor alunecări de teren superficiale[25].

Datorită volumului mare de diversitate în relațiile cauză-efect, indicatorii pentru inundații și alunecări de teren trebuie să reflecte următoarele aspecte:

– generarea mișcărilor de scurgere și a mișcărilor de sol și factorii de mediu care controlează dinamica acestora;

– sensibilitatea inundațiilor, a scurgerilor de inundații și a mișcărilor de masă a solului la perturbații;

– diferiți factori biofizici și socio-economici pentru schimbările de semnalizare;

– relevanța politicilor, soliditatea și măsurabilitatea analitică;

– date fiabile din rețelele armonizate de monitorizare a solului.

Valorile critice și de prag sunt, prin natura lor, locale, deoarece depind de hidrologia de parcelă/versantul dealului/bazinul hidrografic în cauză.

Indicatorii pentru alunecări de teren pot fi de asemenea împărțiți în două categorii principale: indicatori de susceptibilitate/pericol și indicatori de activitate. Când vorbim de susceptibilitate, scara de referință este regională, în timp ce analizând activitatea, scara este locală. Susceptibilitatea alunecărilor de teren într-o anumită zonă depinde de condiția materialelor; setarea topografică; setarea structurală; și utilizarea terenurilor. Litologia, textura solului și structura solului pot fi considerate ca indicatori buni pentru porozitate, conductivitatea hidraulică și rezistența mecanică, deoarece au o influență directă asupra alunecărilor de teren. Amploarea solului, poate fi, de asemenea, un indicator util pentru volumul disponibil de stocare a apei. În ceea ce privește caracteristicile topografice, indicatorul utilizat în mod obișnuit este unghiul de înclinare, deoarece influențează direct componența forțelor care acționează asupra masei solului. Apropierea de ruptură este principalul indicator structural, deoarece poate fi cauza de slăbiciune difuză și de cutremur în zone seismice[25].

Există activități umane ce pot duce la deteriorarea pantelor cum ar fi [28]:

– Construcții realizate fără suport ingineresc și inputuri geologice adecvate;

– Practici agricole necorespunzătoare;

– Defrișări masive etc.

Aceste activități pot determina o creștere a gradientului în pantă sau o schimbare semnificativă în suprafețe și ape subterane la instabilitatea pantelor.

Excavarea sau săpăturile măresc unghiul de înclinare dacă sunt efectuate fără consiliere specializată. Exploatarea, mineritul cu dinamită sau recuperarea terenului poate destabiliza pantele. Activitățile agricole pe pante implică îndepărtarea stratului vegetal de obicei urmată de terasare. Uneori, agricultorii ard resturile vegetației ca o metodă convenabilă de curățare a terenului pentru cultivare. Logarea comercială duce la defrișări. Aceste activități sporesc scurgerea de suprafață a apei de ploaie și expun solul la eroziune. Schimbările în regimul de apă au ca rezultat creșterea sau scăderea nivelului pânzei freatice de apă. Modificarea drenajului de suprafață poate fi, de asemenea, un factor care contribuie. Irigarea modifică drenajul natural al suprafeței. Scurgerea de suprafață a apei irigate pe pante expune solul cultivat la eroziune. O parte din această apă este absorbită de sol crescând greutatea sa, ceea ce poate pune o sarcină suplimentară pe pantă. Infiltrația și acumularea apei irigate pe pante poate crește masa apei subterane. Acest lucru poate fi, de asemenea, un rezultat al descărcării apelor uzate, scurgeri de conducte de apă din instalațiile de depozitare permanente și temporare, cum ar fi iazuri și instalații de irigare subterane [28].

Activitatea umană poate duce, de asemenea, la scăderea nivelului de apă. Pomparea din puțurile de alimentare cu apă subterană, scăderea rapidă a nivelului apei în râuri, lacurile sau rezervoarele pot duce la coborârea nivelului pânzei freatice[28].

3.10.3. Starea actuală a inundațiilor și alunecărilor de teren

Inundațiile și alunecările de teren sunt pericole naturale majore, costând milioane de euro în daune materiale și revendicări multe vieți în fiecare an în aproape toate zonele Europei. Ambele au efecte clare asupra solurilor pe care acestea apar și, prin urmare, este justificată recunoașterea acestora deoarece amenințările solului, inundațiile și alunecările de teren nu au fost, în general, considerate amenințări la adresa solului din locațiile recente dar mai mult ca declanșatoare ale amenințărilor la adresa activităților sociale din zonele susceptibile. Numeroase studii au fost întreprinse la nivel european și regional în acest sens pentru climatele trecute, prezente și viitoare. Un număr de programe de cercetare în domeniul inundațiilor la nivel european, interregional și național a contribuit la o înțelegere mai profundă și valoroasă a problemelor inundațiilor și alunecărilor de teren și pentru formarea unei baze de date. Percepția societății asupra stării inundațiilor în Europa poate fi ilustrată de combinarea daunelor potențiale și a riscului de inundare, așa cum se arată în figura 3.37 [25].

În ceea ce privește schimbările climatice, un raport al Spațiului Economic European a concluzionat că încălzirea globală este responsabilă de intensificarea ciclului hidrologic și sporește apariția și frecvența evenimentelor de inundație în părți mari ale Europei. Viiturile și inundațiile pluviale, care sunt declanșate de evenimente locale de precipitații intense, sunt susceptibile de a fi devini mai frecvente în întreaga Europă. În regiunile cu o reducere proiectată a acumulării zăpezii în timpul iernii, riscul de inundare de primăvară ar putea scădea. Cu toate acestea, proiecțiile cantitative ale schimbărilor în frecvența și magnitudinea inundațiilor rămân nesigure [25].

Figura 3.37 Potențialul de daune al inundațiilor pentru Uniunea Europeană[25]

Datorită încălzirii globale preconizate și creșterii aferente a precipitațiilor extreme, este de așteptat să crească și activitatea de alunecare a terenurilor. Cu toate acestea, un mod realist de a proiecta modul în care poate evolua activitatea de alunecare a terenurilor ar trebui să includă rolul activității umane și a evoluția geomorfologică [25].

Alunecările de teren sunt considerate dominant o amenințare locală a solului în regiunile muntoase și pe pante. Alunecările de teren reprezintă un numărul mare de proiecte cadru dedicate ale Uniunii Europene, proiecte interregionale și naționale. Aceste proiectele variază de la progresele de înregistrare, cartografierea, monitorizarea și prognoza pe baza de observare a pământului, la dezvoltarea de noi strategii și politici de management pentru riscul de alunecare de teren. Studii de caz specifice privind riscurile, vulnerabilitatea și modelarea riscurilor au fost efectuate, precum și analize ale modificărilor așteptate în climă și utilizarea terenurilor [25].

Regimul evenimentelor de precipitații și modelele meteorologice sunt în schimbare, ceea ce ar putea să fie atribuită schimbărilor climatice. Va fi acesta un factor decisiv în creșterea inundațiilor și a alunecările de alunecare pe pante și în ce măsură? Cum pot fi reduse aceste amenințări ale solului prin gestionarea și îmbunătățirea funcției de reglare a apei și a peisajelor? Astfel de întrebări nu au găsit până acum un răspuns într-un mod coerent din punct de vedere spațial în întreaga Europă, în special în ceea ce privește alte amenințări la adresa solului și respectându-se diverse regiuni hidroclimatice și fiziografice, sisteme agroecologice, practici de gestionare a terenurilor și situații socio-economice [25].

Figura 3.38 Harta susceptibilității la alunecările de teren în Europa [25]

3.10.4. Efectele inundațiilor și alunecărilor de teren

Efectele inundațiilor

Inundațiile temporare la scară mică și la scară mare ale solului pot provoca efecte semnificative de deteriorare a solului. Inundații peste pârtii, evacuarea apelor subterane, etc., sunt în mod evident legate de eroziunea solului și alunecările de teren. Schimbările în structura și compactarea solului datorate inundațiilor sunt un subiect mai problematic deoarece depind de tipul de sol, precum și de o serie de alți factori. Apele de inundații împreună cu condițiile saturate poate distruge macroporii solului și organismele solului cu rol în crearea unei structuri a solului. În aceste condiții, solul poate să fie mai susceptibil la compactare, sigilare și creștere în densitate. Soluri cu conținut mare de argilă poate deveni compactate și poate forma o crustă de suprafață după ploi torențiale și inundații. Compactarea solului poate crește datorită inundațiilor, dacă, de exemplu, cultivarea și pășunatul se face pe terenuri care nu sunt încă suficient uscate. Atunci când practicile agricole devin din ce în ce mai industrializate, mai mult teren este deținut de multe ori de mai puțini agricultori, ceea ce înseamnă că mașinile grele sunt cele mai utilizate în condiții care nu sunt optime pentru solurile cu conținut ridicat de apă. Această condiție în combinate cu frecvențe și durate de inundații crescute poate accentua problema compactării în unele regiuni [25].

Inundațiile pot duce la scăderea biodiversității solului dacă prevalează condițiile anaerobe. Studiile de caz enumeră cauzele cum ar fi moartea vegetației din cauza epuizării oxigenului în zona de înrădăcinare (semințele nu pot germina în zonele de înrădăcinare saturate, iar majoritatea plantelor nu vor crește) și pierderea azotului din sol disponibil pentru plante datorită leșierii sau volatilizării (conversia biologică la gazul de azot prin microbii de sol). Inundații legate de exploatarea forestieră ar putea duce la salinizare locală (totuși, o asemenea salinizare poate fi o variabilă foarte importantă, atât spațială cât și temporală). Alte amenințări la adresa solului, inclusiv eroziunea solului prin vânt și deșertificare, pot fi afectate doar marginal de inundații sau deloc [25].

Durata și adâncimea inundațiilor afectează nivelurile de oxigen din sol (O2), pH-ul solului, disponibilitatea fosforului, precum și nivelurile și formele unor micronutrienți [12].

Nivelurile de oxigen

Atunci când un sol este inundat (condiții anaerobe), microorganismele utilizează O2 disponibil în sol pentru a supraviețui. O2 liber din sol este de obicei epuizat în câteva zile după inundare. Cu cât solul este mai inundat, cu atât mai scăzute vor deveni nivelurile de O2 ale solului. O parte din O2 atmosferic poate ajunge în sol prin apele de inundație la nivelul solului superior (straturile de până la jumătate de inch). Cu cât este mai mare inundația, cu atât mai puțin O2 se poate deplasa din aer în sol. Cele mai multe culturi montane nu pot tolera saturația prelungită sau inundațiile. În schimb, orezul are capacitatea de a transporta O2 de la frunze și tulpini la rădăcini. Zona imediat din jurul rădăcinilor de orez este de obicei oxigenată în comparație cu restul solului [12].

Cantitatea de O2 din sol poate fi măsurată utilizând electrozi specializați și se numește potențial redox. Potențialul redox este măsurat în milivolți. Cu cât este mai redus potențialul redox (mai negativ), cu atât este mai redus nivelul O2 din sol. Dacă aprovizionarea cu O2 a solului este deficitară, bacteriile din sol sunt forțate să obțină O2 de la alți compuși din sol în următoarea ordine generală, de la primul la ultimul: azot nitric (NO3-N), oxid de mangan (MnO2), hidroxid de fier FeOOH) și sulfat-sulf (SO4-S). Dacă funcționalitatea acestor compuși este epuizată, microorganismele pot folosi o parte din energia stocată în compușii organici din sol și prin fermentarea materiei organice cu dioxid de carbon (CO2) și metan (CH4) [12].

Figura 3.39 Efectele inundațiilor asupra celorlalte pericole ale solului [25]

Niveul de pH al solului

După ce un pământ este inundat, indiferent de pH-ul inițial înainte de inundare, pH-ul se va apropia de neutralitate (pH 6,5 – 7,5). PH-ul solurilor alcaline scade și pH-ul solurilor acide crește. Schimbarea pH-ului la inundare poate dura până la câteva săptămâni, în funcție de tipul de sol, de materiile organice, de populația microbiană, de temperatură și de alte proprietăți chimice ale solului [25].

Efectele alunecărilor de teren

Alunecările de teren sunt distructive. Ele pot avea efecte pe termen lung asupra mediului. În gama extremă, modificările topografice cauzate de unele diapozitive mari pot persista de mai multe mii de ani. Alunecările de teren pot să copleșească și chiar să polueze curenții și apă cu exces de sedimente. În cazuri extreme, acestea pot bloca pârâuri și râuri, afectând atât calitatea apei, cât și habitatul peștilor. Alunecările de teren pot elimina suprafețe mari de pădure, pot distruge habitatele sălbatice și pot elimina solurile productive din pante. În unele cazuri, alunecările de teren provoacă tsunami sau izbucni inundații [3].

Legătura dintre alunecările de teren și eroziunea hidrică a solului este intuitivă și evidentă, deoarece alunecările de teren pot fi văzute ca o sursa primară de eroziune punctuala prin cresterea cantității de sedimente în bazinele de drenaj unde acestea apar. Pe de altă parte, alunecările de teren pot de asemenea, să fie văzute ca o sursă secundară de eroziune, deoarece materialul care se acumulează în zona de depunere este mai slăbit decât în ​​zonele învecinate. În primele etape, este evident că nu este acoperită de vegetație, deci este foarte predispusă proceselor erozionale determinate de diferiți factori. Un studiu de caz a raportat creșterea depozitelor de sedimente din cauza livrării de sedimente în canalele fluviale datorită alunecărilor de teren. Efectele alunecărilor de teren sunt adesea aproape imposibil de recunoscut pe durate lungi de timp pentru o zonă afectată de mici alunecări de teren datorită proceselor de eroziune și a proceselor de creștere a vegetație [25].

Alunecările de teren transformă substraturile în moduri complexe, prin amestecarea solului, vegetației și nivelului superficial al substratului de bază. Astfel rearanjarea bruscă și complexă a unui peisaj poate diferenția, de asemenea, mișcarea organismelor și dezvoltarea ecosistemelor din zonele afectate de alunecări de teren, inclusiv cele neperturbate din proximitatea sa, conducând astfel la o întinerire a solului și a ecologiei. Un studiu rezumă în mod succint modul în care alunecările de teren pot influența bogăția speciilor, abundența plantelor și nutrienților solului atât pe termen scurt (<5 ani) cât și pe termen lung (> 5 ani). În medii modificate de activitatea umană, în special zone industriale și zone cultivate intens, dacă alunecările de teren ar avea loc, ar conduce, cel mai probabil, la creșterea potențialului de eroziune, a eliberării și a transportului de substanțe contaminante. Foarte puține studii au abordat acest tip de scenariu multirisc, care este deosebit de important atunci când sedimentul contaminat poate ajunge la râuri, chiar dacă riscul de alunecări de teren care apar în zonele poluate este în creștere din cauza schimbărilor climatice și dezvoltării nedurabile. Unele alunecări de teren curg și pot călători, prin urmare mai departe. În acest caz, ele au un impact evident asupra locului în care este depozitat sedimentul [25].

Baraje împotriva alunecărilor de teren de scurtă durată care se formează și eșuează în timpul unui eveniment de inundare provocat de precipitații în mediile montane (adică, câteva ore până la câteva zile) pot genera inundații sau pot agrava inundațiile unui bazin . Ele apar în multe zone de teren abrupte, dar sunt adesea mici în volum . Inundațiile noroioase sunt un fenomen comun în zonele de loess din Europa, dar au conținut mai mic de sedimente. Inundațiile nu sunt întotdeauna dăunătoare, inundațiile sunt utile în special în zonele joase aride unde agricultura este posibilă prin devierea inundațiilor mici și mijlocii pentru a iriga câmpurile adiacente. Acestea sunt inundațiile sezoniere provinite din zonele montane și conțin sedimente fertile și substanțe nutritive [25].

Figura 3.40 Efectele alunecărilor de teren asupra celorlalte pericole ale solului [25]

3.10.5. Măsuri de prevenire și remediere a inundațiilor și alunecărilor de teren

Procedee de prevenire și combatere a degradării solului prin inundații

Un bun management al riscului la inundații este rezultatul unor activități intersectoriale, interdisciplinare care cuprind managementul apelor, amenajarea teritoriului și dezvoltarea urbană, protecția naturii, dezvoltarea agricolă și silvică, protecția infrastructurii de transport, protecția construcților și protecția zonelor turistice, protecția comunitară și individuală, fiecărui sector revenindu-i atribuții în realizarea unor activități specifice [42].

Măsuri și acțiuni preventive [42]:

– elaborarea planurilor bazinale de management al riscului la inundații ca parte componentă a schemelor – cadru de amenajare și gospodărire a apelor;

– asigurarea de resurse (materiale, financiare, umane) la nivel județean pentru intervenția operativă;

– elaborarea prognozelor meteorologice și hidrologice și a avertizărilor și diseminarea acestora către autorități;

– implementarea de sisteme informaționale de colectare a datelor și de avertizare (alarmare) pentru cazurile de inundație;

Remedierea daunelor cauzate de inundații

Primul pas în remedierea solurile inundate este să le lași să se usuce în mod natural. Cât va dura va depinde de cantitatea de umiditate care a afectat parcela și de formarea solului, solurile care conțin o proporție mai mare de argilă necesită mai mult timp să se scurgă decât solurile nisipoase. Deși poate fi tentant să încerci să îmbunătățești solul înainte ca apa să fie drenată, acest lucru tinde să cauzeze probleme de compactare a solului, deoarece este încă foarte umed, așa că începerea reparațiilor prea devreme poate limita eficacitatea lor. În multe cazuri, apa de inundație se va scurge în câteva zile, iar cele mai multe plante se pot recupera dacă stau în apă timp de multă vreme. Dacă apa de inundație rămâne o săptămână după inundație, luați în considerare căutarea canalelor pentru a ajuta la drenaj, deoarece după mai mult de câteva zile lipsa aerării solului și inhibarea fotosintezei vor determina moartea plantelor [41].

Daunele primare pe care inundațiile le provoacă în sol sunt eliminarea nutrienților din sol. Acest lucru se face prin apa de inundație care erodează solul vegetal bogat în humus și prin apa care intră în sol, spălând substanțele nutritive din profilul solului și în afara rădăcinilor plantelor. Odată ce apa de inundare a fost drenată, revigorați solul prin adăugarea multor îngrășăminte organice. Acest lucru va ajuta resuscitarea solului cu substanțele nutritive necesare și va deveni baza unui nou strat de sol vegetal, care ar fi putut fi erodat de inundații [41].

Deoarece apele de inundații pot extrage o proporție atât de mare a substanțelor nutritive din sol prin profilul solului, ajutarea compostului cu niște îngrășăminte de grajd va contribui cu adevărat la revenirea la normal a nivelului de nutrienți ai solului. Unele "îngrășăminte" de pui bine fermentate vor ajuta la restabilirea nivelelor de azot – esențiale pentru creșterea plantelor – în timp ce adăugarea unor oase sau sânge va ajuta la creșterea activității microorganismelor [41].

Solul inundat va deveni în mod obișnuit acid, datorită fermentației solului. Adăugarea de var agricol poate ajută la readucerea nivelului pH al solului la neutru sau la nivelul cel mai potrivit pentru plante și condițiile climatice normale. Solul trebuie testat pentru pH și adăugat var, după cum este necesar, pentru a stabiliza nivelurile de aciditate și alcalinitate.

După adăugarea de compost, gunoi de grajd și var, conform cerințelor stării solului, trebuie adăugat un strat de mulci organic. Nu numai că mulciul va spori în continuare nivelurile de nutrienți ale solului, ci va contribui și la protejarea aditivilor solului care au fost folosiți și la crearea unui mediu mai stabil pentru refacerea plantelor [41].

Procedee de prevenire și combatere a degradării solului prin alunecări de teren

Măsurile de prevenire includ pe de o parte, evitarea declanșării alunecărilor de teren, iar pe de altă parte reducerea efectelor distructive, acolo unde s-au produs deplasări de materiale pe versanți.

Evitarea declanșării alunecărilor de teren:

Implementarea programele de împădurire a versanților, cu predispoziție la acțiunea alunecărilor de teren, reîmpăduriri (refaceri de spații ori parchete forestiere, unde defrișările au fost scăpate de sub control) dar și de aspectele de regenerare a solurilor erodate este necesară. Sectoarele de izvoare ale apelor curgătoare, fac parte din categoria prioritară a arealelor vizate de împăduriri și reîmpăduriri, acestea constituind locurile cel mai frecvent expuse cauzelor potențiale și pregătitoare pentru declanșarea alunecărilor de teren. În același timp, atenția acordată solurilor erodate devine foarte importantă pentru asigurarea condițiilor de reinstalare a fondului forestier. În unele situații conservarea, împădurirea ori reîmpădurirea porțiunilor din partea inferioară a versanților, contribuie la o asigurare a rezistentelor acestora în fața acțiunilor de subminare prin eroziune exercitată de albiile minore ale râurilor, care sunt instalate la baza acestor suprafețe morfologice înclinate. Prezența acestei surse de apă din imediata apropiere, pe care o reprezintă râurile și corespondențele lor cu pânzele freatice din interiorul versanților, ofera vegetației forestiere o dezvoltare optimă mai ales cand arborii sunt și adaptați creșterii în condiții de umiditate accentuată. Asemenea fâșii forestiere îndeplinesc un rol important pentru rezistența versanților în fața alunecărilor delapsive [29].

Drenarea apelor din pânzele freatice existente în cadrul versanților poate reprezenta o altă modalitate de prevenire a mișcării pe pante, realizându-se astfel posibilitatea de scădere a gradului de îmbibare a materialelor și rocilor care intră în alcătuirea acestora. Puțuri și șanțuri pentru drenaj amplasate convenabil, permit acceptabil evacuarea unor cantități importante de apă. Un asemenea procedeu devine deosebit de necesar pentru versanții situați în imediata apropiere a localităților expuse riscului geomorfologic al alunecărilor de teren [29].

Reducerea cât mai mare a greutății determinată de efectuarea unor construcții grele amplasate în diferite porțiuni și, în special, în treimea superioară a versanților, ori în situații care dovedesc și mai multă dificultate, interzicerea efectuării construcțiilor [29].

Evitarea tăierii de drumuri transversale pe versanți, care să fie utilizate predominant pentru transporturi uneori de mare capacitate. Evitarea executării construcțiilor și a drumurilor forestiere insuficient consolidate în zone cu predispoziție ridicată la alunecări [29].

Reducerea efectelor distructive:

Remedierea/nivelarea terenurilor și scoaterea din funcționalitate (consolidarea) a pantei de desprindere și astuparea a eventualelor crăpături care o însoțesc pe aceasta, pentru a bloca o eventuală evoluție a lor în direcția transformării în viitoare râpe de desprindere. Pentru această parte superioară a unei alunecări, conservarea spațiului forestier (menținerea integrității pădurilor) de deasupra și reîmpăduririle fac parte din categoria măsurilor de o foarte strictă necesitate pentru diminuarea deplasării și oprirea unei alunecări de teren. Când versanții cu desfășurare pe mari suprafețe sunt afectați de alunecări de materiale aproape în integralitatea lor, cerința unei remedieri cu pădure devine o prioritate [29].

Drenarea unei cantități cât mai mari de apă din microdepresiuni, evacuare dirijată a fluxului scurgerilor superficiale de apă de pe versanți și devierea izvoarelor prin șanțuri de coastă din zona amonte pantei de desprindere, pentru a condiționa reducerea deplasării și, dacă este posibilă stagnarea/stoparea alunecării de teren. Se întelege că o asemenea drenare trebuie să dureze până când efectele sunt constatate, alunecarea dovedind ieșirea ei din faza dinamică, după care pot fi aplicate și operații tehnice de consolidare a sectoarelor de versanți, situațiile de risc fiind îndepărtate [29].

Consolidarea prin baraje de rezistență de tipul unor parapete masive și cât mai profund fixate cu talpa lor în masa de materiale și roci expuse mișcării prin alunecare în lungul versanților. Astfel de corecții de ordin tehnic sunt eficiente pentru alunecările superficiale și de profunzime medie, în cazul acestora existând un procent ridicat de asigurare pentru revenirea stării de stabilitate a versanților cu alunecări de teren [29].

Consolidarea bazei versanților cu lucrări de corectare a torenților (în cazul subminării acesteia de către un curs de apă) și/sau ziduri de sprijin (în cazul drumurilor de vale) [29].

3.10.6. Studii experimentale privind inundațiile și alunecările de teren

Schimbări induse de inundații în funcțiile microbiene ale solului modificate prin diversitatea plantelor

Se preconizează o creștere a frecvenței de inundații în deceniile următoare, solicitând o mai bună înțelegere a impactului asupra ecosistemelor terestre și elaborarea unor strategii de atenuare a posibilelor pagube. Diversitatea plantelor este de așteptat să tamponeze efectele inundațiilor prin furnizarea unei game largi de răspunsuri ale speciilor. Acest studiu de caz raporteză răspunsul proceselor solului la un inundații severe din timpul verii din 2013, care au afectat părți importante din Europa Centrală. A fost comparată respirația microbiană a solului, biomasa, limitarea nutrienților și activitatea enzimatică într-un experiment cu biodiversitate în pășuni din Germania înainte de inundații, la o săptămână și la trei luni după inundații. Biomasa microbiană a fost redusă în parcelele grav inundate la o bogată funcționalitate a grupurilor de plante, dar nu și la o funcționalitate scăzută a grupurilor de plante. Inundarea atenuează limitarea microbiană a azotului, probabil datorită introducerii sedimentelor bogate în nutrienți. În plus, activitatea enzimelor de sol, incluzând 1,4-β-N acetilglucozaminidaza, fenol oxidaza și peroxidaza, a crescut cu severitatea inundării, ceea ce sugerează o creștere a degradării chitinei și a ligninului ca o consecință a introducerii detrientelor în sedimente. Efectele de inundare au fost accentuate de diversitatea plantelor, indicând faptul că diversitatea plantelor reduce temporar stabilitatea proceselor din sol în timpul inundării. Impactul pe termen lung, cu toate acestea, rămâne necunoscut și merită investigații suplimentare [7].

Eșantioanele de sol au fost prelevate din fiecare parcelă înainte de inundații (16 mai 2013) și de două ori după inundații (1 iulie și 17 septembrie 2013), adică la maximul de creștere a plantelor și la finalul ciclului de creștere. Probele s-au bazat pe eșantioane compuse din trei nuclee de sol cu ​​un diametru de 5 cm la o adâncime de 5 cm. Probele au fost omogenizate, cernute (2 mm) și depozitate la 5 °C până la analiza ulterioară [7].

Respirația bazală (RB) și respirația indusă de substrat (RIS) au fost măsurate utilizând un aparat de microcompensare cu O2. Respirația a fost măsurată la 22˚C cu citirile efectuate din oră în oră. RB a fost calculată ca rată medie de consum de O2 de la 14 la 24 de ore după atașarea eșantioanelor la aparatul de respirație. RIS a fost măsurată după adăugarea de D-glucoză saturând enzimele catabolice ale microorganismelor (4 mg g-1 greutate uscată dizolvată în 400 μL apă deionizată) [7].

Limitele nutrienților microbieni au fost evaluate prin măsurarea răspunsului respirator după adăugarea de D-glucoză și nutrienți sub formă de soluție apoasă (400 μL greutate uscată în sol) la sol proaspăt echivalent cu 3,5 g de masă uscată. Au fost adăugate glucoză (C), glucoză și azot (CN; N ca (NH4) SO4), glucoză și fosfor (CP, P ca K2HPO4) și glucoză, azot și fosfor (CNP) P raport de 10: 2: 1 [7].

Inundațiile au fost asociate cu introducerea de sedimente bogate în nutrienți. Ca o consecință, limitarea N a scăzut cu gravitatea inundațiilor. De asemenea, activitatea enzimelor degradante ale compușilor recalcitranți, cum ar fi lignina și chitina, a crescut cu inundații. În mod special, aceste efecte au fost mai pronunțate la diversitatea crescută a plantelor și au variat cu identitatea grupului funcțional al plantei. La scurt timp după inundații, au predominat efectele legumelor, probabil datorită cererilor ridicate de P de rizobia legată de leguminoase. Dimpotrivă, la trei luni după inundație, efectul ierburilor mici a fost cel mai pronunțat, sugerând o sporire a depozitării radiculare de către ierburi mici în solul vegetal. În general, efectele inundațiilor au fost mai pronunțate la scurt timp după inundații decât după trei luni, ceea ce a sugerat că microorganismele solului și funcționarea lor s-au redresat rapid, ducând la limitări ale nutrienților asemănătoare celor care au avut loc înainte de inundații. În mod deosebit, chiar și după inundațiile de vară, biomasa și activitatea microorganismelor din sol au fost afectate doar moderat, în ciuda condițiilor anorganice ale solului. În ansamblu, rezultatele indică rezistența ridicată și rezistența comunităților microbiene ale solului în pășuni, cu diversitatea plantelor care compromite stabilitatea ecosistemelor. Cu toate acestea, studiile viitoare ar trebui să investigheze schimbările pe termen lung ale compoziției asupra comunităților de sol, precum și efectele comunității plantelor asupra răspunsurilor procesului solului la tulburări [7].

Studiul senzorului de umiditate a solului pentru sistemul de avertizare timpurie împotriva alunecărilor de teren: Experiment la scară de laborator

Rata mare a precipitațiilor este principalul factor de declanșare în multe cazuri de alunecări de teren. Cu toate acestea, fiecare tip de sol are caracteristici și comportamente unice privind infiltrarea precipitațiilor. Prin urmare, sistemul de avertizare timpurie a alunecărilor de teren va fi mai precis prin monitorizarea schimbărilor condițiilor de apă subterană. În acest studiu, monitorizarea schimbărilor de apă subterană a fost proiectată prin utilizarea senzorului de umiditate a solului și a unui microcontroler simplu pentru prelucrarea datelor. Performanța senzorului de umiditate a solului a fost calibrată folosind metoda gravimetrică. Pentru a determina caracteristica și comportamentul solului în ceea ce privește conținutul de apă care determină alunecări de teren, a fost efectuat un experiment care a implicat modelul de alunecare de teren la scară redusă. Din aceste experimente, rezistența electrică a solului a crescut odată cu creșterea conținutului de apă din sol. Creșterea conținutului de apă din sol a dus la creșterea presiunii porilor și a greutății solului, care ar putea cauza vulnerabilitatea solului la mișcare. În plus, diferite tipuri de sol au fost utilizate pentru a determina răspunsurile solurilor care induc eșecul pantei. Rezultatele experimentale au arătat că fiecare tip de sol are un conținut volumetric diferit de apă, o aspirație a matricei de sol și o forță de forfecare a pantei. Această condiție a influențat stabilitatea pantei care declanșează alunecarea de teren [16].

Studiul privind dezvoltarea unui sistem de avertizare timpurie pentru alunecări de teren prin modificări ale conținutului de apă subterană s-a realizat în mai multe etape. Prima etapă a fost proiectarea și caracterizarea sistemului de instrumente care măsoară schimbările fizice. În acest experiment, s-a utilizat un senzor rezistiv pentru a determina modificările conținutului de apă din sol. Principiul de bază al acestui senzor a fost creșterea conținutului de apă va reduce rezistența care determină scăderea tensiunii măsurate. Această relație este descrisă de ecuația [16]:

V = I ∙ R;

unde V este tensiunea măsurată, R este rezistența solului care se modifică în funcție de variația conținutului de apă subterană în timp ce I este curentul electric.

Diagrama bloc a sistemului de instrumentație este prezentată în figura 3.41 (a) care constă dintr-un senzor rezistiv, un circuit de condiționare a semnalului, un convertor de date, un microcontroler și un computer. Circuitul de condiționare a semnalului prezentat în figura 3.41 (b). În principiu, acest circuit este un circuit de separare a tensiunii de probă și op-amp ca amplificator. Ieșirea acestui circuit va fi procesată de către microcontroler pentru a fi convertit la date digitale utilizând ADC intern pe 10 biți [16].

Figura 3.41 (a) Diagrama bloc a sistemului de măsurarea schimbării conținutului de apă subterană; (b) circuitul de condiționare a semnalului [16]

În efortul de a reduce pierderile și numărul victimelor care pot rezulta din alunecările de teren, este necesară monitorizarea în timp real a zonelor predispuse la evenimente de alunecare de teren. Pentru a determina răspunsul solului la schimbarea conținutului de apă care poate declanșa alunecări de teren, s-a efectuat simularea alunecării de teren la scară de laborator utilizând două tipuri de probe, așa cum se arată în figura 3.42 pentru probele de sol și în figura 3.43 pentru proba de nisip. Aceste diagrame au arătat starea pantei înainte și după adăugarea unui anumit volum de apă, precum și răspunsul senzorului la aceste modificări. În acest experiment s-au folosit diferite tipuri de soluri pentru a determina efectul solului asupra alunecării de teren. În general, fiecare tip de sol are caracteristici unice, cum ar fi compoziția materialului, porozitatea și densitatea. Aceste caracteristici se referă la rezistența solului, presiunea porilor și aspirația matriceală a solului. Cu cât materialele organice sunt mai mari în sol, structura granulară și porii solului devin mai mari, dar densitatea scade. Deoarece fluxul de apă și de aer din sol este influențat de pori, densitatea va afecta, prin urmare, capacitatea materiei din sol [16].

Figura 3.42 Simularea alunecărilor de teren (a) înainte de eveniment, (b) după eveniment, (c) răspunsul senzorului pentru proba solului [16]

Figura 3.42 Simularea alunecărilor de teren (a) înainte de eveniment, (b) după eveniment, (c) răspunsul senzorului pentru proba nisipului [16]

Rezultatele simulării celor două probe arată că fiecare tip de sol are propriile caracteristici care influențează stabilitatea pantei. Solul are coeziune puternică între fiecare particulă, astfel încât orice cantitate suplimentară de apă nu duce direct la alunecări de teren, în timp ce nisipul are o forță atractivă mai mică între particulele sale, astfel încât este predispus la alunecări de teren cu adaos de apă. În plus, nisipul are porii mici și materii organice scăzute, prin urmare, are capacitatea scăzută de a absorbi, menține și transporta apa în stratul adânc. Pe baza acestor simulări, rezistența solului și aspirația matricei solului au fost mai mari decât cele ale nisipului. Prin urmare, solul are o valoare de prag mai mare a apei. Acest lucru a fost dovedit prin simularea în care adăugarea apei de 3600 ml la sol nu a provocat alunecări de teren, în timp ce adăugarea apei de 3200 ml la nisip a dus la apariția alunecărilor de teren. Valorile de prag ale apei pentru fiecare tip de sol sunt diferite, astfel măsurarea conținutului de apă subterană a fost mai exactă decât intensitatea precipitațiilor [16].

3.11. Pierderea biodiversității solului

3.11.1. Noțiuni introductive

Biologia solului reflectă amestecul de organisme vii din sol. Aceste organisme interacționează una cu alta și cu plante și animale mici care formează o rețea de activitate biologică. Solul este de departe cea mai diversificată parte biologică a Pământului. Lanțul trofic pentru alimentația solului include gândaci, arbuști, acarieni, viermi, păianjeni, furnici, nematozi, fungi, bacterii și alte organisme. Aceste organisme îmbunătățesc pătrunderea și stocarea apei, rezistența la eroziune, nutriția plantelor și descompunerea materiei organice. O mare varietate de organisme oferă un control și o balanță a nutrienților din sol prin controlul populației, mobilitații și supraviețuirii microorganismelor de la sezon la sezon [33].

Beneficiile organismelor din sol

Organismele solului descompun reziduurile de la plante. Fiecare organism din sol joacă un rol important. Organismele mai mari din sol împrăștie frunzele și tulpinile moarte. Aceasta stimulează ciclismul nutrienților. Fauna mai mare a solului include râme, termite, pseudoscorpioni, micropăianjeni, centipede, furnici, gândaci, acarieni și arbuști. Când se amestecă solul, organismele mari aduc materialul unor organisme mai mici. Organismele mari au, de asemenea, organisme mai mici în sistemele lor sau ca "autostop" pe corpul lor. Organismele mici se hrănesc cu subprodusele organismelor mai mari. Organismele încă mai mici se hrănesc cu produsele acestor organisme. Ciclul se repetă de mai multe ori cu unele organisme mai mari care se hrănesc cu organisme mai mici. Unele organisme mai mari au o durată de viață de doi sau mai mulți ani. Organismele mai mici mor mai repede, dar ele se înmulțesc rapid atunci când condițiile sunt favorabile. Prin urmare, țesutul alimentar este rapid în răspuns atunci când sunt disponibile surse de hrană, iar umiditatea și condițiile de temperatură sunt bune [33].

Infiltrarea și depozitarea apei

Canalele și agregatele formate de organismele solului îmbunătățesc pătrunderea și stocarea apei. Organismele amestecă materialul organic poros și pufos cu materia minerală în timp ce se deplasează prin sol. Această acțiune de amestecare furnizează materie organică faunei nonsubterane și creează buzunare și pori pentru mișcarea și depozitarea apei. Hifele fungice leagă particulele de sol împreună iar secreția bacteriană leagă particulele de lut împreună. Agregatele umede formate prin aceste procese sunt mai rezistente la eroziune decât particulele de sol individuale. Agregatele măresc cantitatea de spațiu mare de pori care crește rata de infiltrare a apei. Acest lucru reduce scurgerea și eroziunea hidrică și mărește umiditatea solului pentru creșterea plantelor [33].

Ciclul nutrienților

Organismele solului joacă un rol-cheie în ciclismul nutrienților. Ciupercile, adesea cele mai extinse organisme vii din sol, produc hife fungice. Hifele apar adesea ca niște fire fine înfundate în sol. Unele hife fungice (fungii microrizici) ajută plantele să extragă substanțe nutritive din sol. Ei furnizează substanțe nutritive plantei, obținând carbon în schimb și astfel extind sistemul radicular. Exudatele de rădăcină oferă, de asemenea, hrană pentru ciuperci, bacterii și nematode. Atunci când ciupercile și bacteriile sunt consumate de diverse acarieni, nematozi, amoebi, flagelari sau ciliate, azotul este eliberat în sol ca amoniu. Descompunerea de către organismele solului transformă azotul din forme organice prin descompunerea resturilor de plante și a organismelor în forme anorganice pe care plantele le pot folosi [33].

Amenințarea – declinul biodiversității solului – este, în general, considerată ca o reducere a formelor de viață care trăiesc în sol, atât în ​​ceea ce privește cantitatea, cât și varietatea. Proiectul ENVASSO a propus următoarea descriere a amenințării declinului biodiversității solului: "Reducerea formelor de viață care trăiesc în sol (atât din punct de vedere al cantității cât și varietății) dar și a funcțiilor conexe" [25].

Pierderea biodiversității solului a devenit o preocupare globală, deoarece dovezile acumulate sugerează că aceasta va afecta în mod negativ serviciile ecosistemice de care depinde societatea. Până în prezent, majoritatea studiilor s-au concentrat asupra consecințelor ecologice ale pierderii biodiversității la suprafață; totuși o mare parte din biodiversitatea Pământului este literalmente ascunsă sub pământ. Dacă reducerea biodiversității în comunitățile subterane ale solului are consecințe asupra performanței globale a unui ecosistem rămâne nerezolvată. Este important să se investigheze acest lucru, având în vedere observațiile recente că biodiversitatea solului este în declin și că comunitățile din sol se schimbă în intensificarea utilizării terenurilor. Au fost stabilite comunități de organisme din sol care diferă în funcție de compoziție și diversitate și a fost testat impactul asupra a opt funcții ecosistemice. Rezultă că pierderea biodiversității solului și simplificarea compoziției comunității solului afectează multiple funcții ale ecosistemului, inclusiv diversitatea plantelor, descompunerea, retenția nutrienților și ciclismul nutrienților. Răspunsul mediu al tuturor funcțiilor ecosistemelor măsurate (multifuncționalitatea ecosistemelor) a prezentat o puternică relație liniară pozitivă cu indicatorii biodiversității solului, sugerând că compoziția comunității solului este un factor cheie în reglementarea funcționării ecosistemelor. Rezultatele indică faptul că schimbările în comunitățile de sol și pierderea biodiversității solului amenință multifuncționalitatea și durabilitatea ecosistemului [11].

3.11.2. Factorii care determină pierderea biodiversității solului

Gestionarea solului influențează puternic biodiversitatea solului, de ex. în ecosistemele agricole. Diferitele practici determină schimbări în calitatea habitatului și în disponibilitatea substratului, ceea ce duce la schimbări în abundența speciilor individuale. Multe procese desfășurate de organismele solului persistă în ecosistemele native, precum și în sol intens cultivat. Există doar o perspectivă limitată în ce măsură aceste modificări ale intensităților de management sunt însoțite de schimbări în spectrul microorganismelor din sol responsabile de procesele implicate. Cei mai importanți factori care afectează biodiversitatea solului sunt: fragmentarea habitatelor, disponibilitatea resurselor (cantitatea și calitatea nutrienților și a surselor de energie), eterogenitatea temporară (efectele sezoniere), eterogenitatea spațială (diferențele spațiale din sol), variabilitatea climatului, interacțiunile în cadrul comunității biotice. Reducerea diversității biologice a macrofunei solului este una dintre cele mai profunde consecințe ecologice ale agriculturii moderne, de exemplu, numărul de specii de râme este în mare măsură scăzut în solurile agricole. Biodiversitatea organismelor solului duce la control (suprimarea biologică naturală) a bolilor rădăcinii plantelor. Practicile de gestionare utilizate în multe agro-ecosisteme (de exemplu, monoculturi, utilizarea îndelungată a lucrărilor de fertilizare, amendamente chimice) degradează structura fragilă a interacțiunilor comunității dintre dăunători și dușmanii lor naturali și duc la creșterea numărului de dăunători și a bolilor. Se preconizează că declinul biodiversității solului va afecta randamentul solului, va diminua agregarea naturală a solului, va crește crustele, va reduce ratele de infiltrare și va exacerba eroziunea solului [9].

Principalele forțe motrice care influențează biodiversitatea în solurile agricole sunt:

Intensificarea utilizării terenurilor: introducerea agriculturii și extinderea acesteia au modificat diversitatea habitatelor și, astfel, numărul de specii care au loc în mediul înconjurător la scară peisagistică. Intensitatea crescândă a utilizării terenurilor a distrus unele habitate și, prin urmare, a redus substanțial biodiversitatea. De exemplu. o consecință a practicilor agricole este pierderea copacilor și a resturilor vegetale și, în consecință, a grupurilor de macrofaune dependente de arbori și de așternuturi de suprafață (de exemplu, termite, furnici, larve de insecte care trăiesc în sol). Utilizarea sporită a mașinilor grele în agricultură conduce la compactarea solului și, prin urmare, la degradarea habitatului pentru organismele solului [9].

Influența culturilor: sistemele care maresc cantitatea de carbon și azot subteran prin includerea în rotație a legumelor sau culturilor înrădăcinate fibroase pot crește populațiile și activitățile microbiene în comparație cu aplicarea îngrășămintelor comerciale. Compoziția chimică a reziduurilor de culturi poate avea un efect semnificativ asupra structurii comunităților de descompunere. De exemplu, aplicarea îngrășămintelor animale conduce, în general, la creșterea abundenței și a activității unei părți specifice a biotei solului [9].

Influențe ale plantelor: plantele au un impact asupra comunităților microbiene ale solului prin fluxul de carbon și competiția pentru nutrienți. S-a demonstrat că există diferențe distincte în structura comunității bacteriene între diferitele tipuri de sol. Numerele de bacterii din rizosol sunt mai mari decât numărul în solurile non-rizosferice. Activitățile bacteriene sunt stimulate în această zonă din cauza nutrienților furnizați de rădăcini. Variabilitatea compoziției chimice a exudațiilor de rădăcini poate influența, de asemenea, compoziția comunităților microbiene din sol. De asemenea, rotația culturilor este o componentă cheie, care influențează compoziția comunității microbiene a solului. Faptul că rotația culturilor poate schimba agresivitatea agenților patogeni aprobă schimbările în biodiversitatea și funcția solului din cauza managementului [9].

Influența îngrășămintelor și a pH-ului: aplicarea îngrășămintelor și modificarea pH-ului solului influențează în aceeași măsură structura solului. PH-ul scăzut favorizează fungii peste bacterii, iar concentrațiile ridicate de azot au ca rezultat creșterea concentrațiilor bacteriene. Influențele pH-ului asupra faunei solului sunt de asemenea clare. De exemplu. un pH scăzut în sol duce la o scădere a abundenței râmelor [9].

Influența resturilor de culturi din procesele de prelucrare a solului

Exploatarea periodică readuce solul într-o etapă anterioară a succesiunii ecosistemelor. Tulburările fizice cauzate de procesele de prelucrare a solui sunt un factor crucial în determinarea diversității speciilor de sol din agroecosistem. Lucrările de prelucrare a solului determină pierderea microhabitatului de sol stratificat, ceea ce conduce la o abundență scăzută a speciilor care locuiesc în aceste agroecosisteme. Lucrările de prelucrare a apei aerizează solul, ceea ce duce la mineralizarea rapidă a materiei organice și la pierderea substanțială a substanțelor nutritive. Activitatea și diversitatea comunităților microbiene ale solului sunt influențate de distribuția reziduurilor de culturi. Aratul solui poate avea un impact indirect asupra proceselor fizice din sol prin modificarea diversității și activității comunităților din sol. Lucrările reduse, cu plasarea pe suprafață a reziduurilor, generează medii relativ stabile, ceea ce conduce la o mai mare diversitate a comunităților de descompunere și la un ritm mai redus al nutrienților. Sistemul non-prelucrare favorizează ciupercile peste bacterii, deoarece descompunerea reziduurilor de plante apare în partea superioară a solului [9].

Aplicarea pesticidelor: pesticidele au atât efecte vizate, cât și efecte nedorite care pot determina o schimbare în compoziția biotei solului. Când organismele sunt suprimate, altele se pot prolifera în nișe ecologice vacante. Efectul pesticidelor depinde foarte mult de proprietățile fizice și chimice ale solului, care le afectează disponibilitatea [9].

Schimbările climatice sunt de așteptat să influențeze în mod direct organismele solului, prin modificarea habitatului lor și lanțului trofic sau, indirect, prin eroziune crescută, secetă, incendii și așa mai departe [34].

Depozitarea carbonului și controlul climatizării: temperaturile mai ridicate pot promova descompunerea mai rapidă a materialelor organice în sol și, prin urmare, o eliberare accelerată a dioxidului de carbon în atmosferă. Acest lucru va duce la creșterea în continuare a temperaturii într-un ciclu de feedback pozitiv [34].

Ciclul nutrițional și fertilitatea: schimbările în concentrația de CO2, temperatură și precipitații vor avea un impact asupra disponibilității substanțelor nutritive din sol. Încălzirea poate crește azotul disponibil pentru plante, în timp ce o combinație de încălzire și precipitații mai mari s-a dovedit a reduce numărul de bacterii din sol [34].

Controlul apei: fluctuațiile temperaturiilor și precipitațiilor pot, de asemenea, să afecteze structura și aciditatea solului. Aceasta, la rândul său, își va modifica capacitatea de a absorbi și de a stoca apa și de a susține organismele care trăiesc în sol. Multe specii de organisme din sol sunt extrem de sensibile la disponibilitatea apei: bacterii, care trăiesc în porii umpluți cu apă de sol, precum și în râme [34].

Controlul dăunătorilor: cu cât comunitatea solului este mai diversă, cu atât este mai bun controlul dăunătorilor. Dacă speciile interdependente sunt în mod similar sensibile la schimbările climatice, echilibrul va fi menținut; dacă nu sunt, soldul va fi perturbat. Modificările sistemului climatic vor afecta probabil anumite specii mai mult decât altele, ceea ce ar putea compromite capacitatea comunității solului de a controla focarele de dăunători. Dăunătorii pot fi bacterii, ciuperci, nematode, insecte sau plante exotice invazive, microbi și animale nevertebrate; temperaturile mai ridicate favorizează în general populațiile de insecte dăunătoare [34].

Produsele chimice pot afecta direct organismele solului, cu efecte toxice asupra capacității lor de reproducere și a supraviețuirii, sau indirect, prin contaminarea aprovizionării cu alimente sau a habitatului. Efectele lor pot fi scurte sau pe termen lung și pot afecta unele sau toate organismele solului. Deoarece ele afectează diferite specii în moduri diferite, ele pot perturba interacțiunile din interiorul solului și între clasele de organisme ale solului. Organismele microbiene, muncitorii din această fabrică de viață (solul), se reproduc foarte rapid și pot dezvolta rezistență la o toxină, prin selecție naturală sau chiar pot transforma substanțele chimice în compuși mai puțin toxici. Autoritățile de reglementare biologică au fost, în același timp, constatate că suferă de expunerea la substanțe chimice industriale, cum ar fi metalele grele și petrolul. Inginerii ecosistemului, cum ar fi râmele, sunt foarte sensibili la poluare, în timp ce furnicile și termitele sunt mai rezistente. Acest lucru se datorează faptului că viermii înghit cantități mari de sol și pielea lor este foarte permeabilă la apă. Cadmiul, un metal găsit în anumite tipuri de îngrășăminte, poate fi extrem de otrăvit pentru râme și chiar fatal la niveluri foarte scăzute [34].

Organismele modificate genetic (GMO) pot avea un impact asupra biodiversității solului și pot promova rezistența genetică la speciile dăunătoare pe care sunt proiectate să le vizeze. Acestea pot interfera cu structura și eficiența bacteriilor din sol și pot afecta capacitatea solului de a descompune materia organică [34].

Speciile invazive perturbă procesele solului și sunt o cauză scumpă de pagube: costă miliarde de euro în fiecare an pentru a controla speciile invazive din Europa. În sol, plantele invazive pot fi mai rezistente decât nativii la atacul asupra rădăcinii al erbivorelor și la agenții patogeni ai solului și acest lucru va spori pur și simplu invazivitatea lor. Dar biodiversitatea solului poate contribui, de asemenea, la combaterea speciilor invazive. Cu cât biodiversitatea este mai abundentă și variată, cu atât va fi mai rezistentă la invazie [34].

3.11.3. Starea actuală a pierderii biodiversității solului

După cum s-a menționat mai sus, biodiversitatea solului este atât de extinsă încât, în comparație cu alte componente ale ecosistemului global, pare să fie în stare bună de sănătate. Biodiversitatea subterană poate fi adesea mult mai mare decât biodiversitatea de deasupra solului. Totuși, biodiversitatea solului nu scade în mod independent de alți factori și, de obicei, este legată de o altă deteriorare a calității solului. Aceasta reprezintă o scădere a calității și/sau a numărului de habitate biologice din sol care susțin biodiversitatea solului. În termeni generali și geografici, starea biodiversității solului a fost bine descrisă în Atlasul european al biodiversității solului. Această resursă unică pentru Europa, descrisă din punct de vedere european, include evaluări ale biodiversității solului la nivel global, în special din mediile extreme. Atlasul încearcă să abordeze o problemă fundamentală cu biodiversitatea solului: dacă nu știm ce este acolo, de unde știm dacă este în declin? Chiar și cu această resursă este o provocare pentru a măsura la scară națională, europeană și globală [25].

La nivel local, este clar că biodiversitatea este în declin. De exemplu, sigilarea solului (acoperirea permanentă a solului cu suprafețe dure, cum ar fi drumuri și clădiri) cauzează decesul biotei solului prin întreruperea aportului de apă, de carbon și de nutrienți. În acest caz extrem, nu numai că biodiversitatea este pierdută, ci practic toată biologia. În alte cazuri, declinul biodiversității solului poate fi legat de eroziune, epuizarea materiei organice, salinizare, contaminare și compactare. Ori de câte ori are loc declinul biodiversității solului, este îngrijorător deoarece poate afecta în mod semnificativ capacitatea solului de a funcționa normal și de a răspunde la perturbații [25].

Biodiversitatea solului este supusă unor perturbări considerabile prin orice număr de amenințări. Biota solului are propria capacitate unică de a rezista la evenimente care provoacă tulburări sau schimbări și o anumită capacitate de a se recupera din aceste perturbații. Capacitatea de a se recupera de la schimbare este considerată un atribut-cheie al biodiversității. Figura 3.43 oferă o schemă simplă care descrie conceptul Rezistență și Elasticitate.

Figura 3.43 Modelul simplu care arată efectul unei perturbații asupra rezistenței și elasticității unei funcții sau a unei proprietăți biologice a solului [25]

Solurile cu o biodiversitate mai mare se crede că au o rezistență și o elasticitate înnăscută la schimbare. O pierdere a biodiversității se crede că duce la un sol cu ​​rezistență redusă la perturbare și capacitate redusă de recuperare [25].

Orice strategie adecvată pentru conservarea biodiversității, fie ea superioară sau subterană, necesită existența unor instrumente care să ne permită să înțelegem cauzele potențialelor reduceri/pierderi de biodiversitate și să identificăm zonele cu risc. Cercetătorii care au ca scop prioritizarea locațiilor sau a acțiunilor de conservare a biodiversității solului trebuie să furnizeze aceste informații. De exemplu, pentru a stabili prioritățile de conservare, a fost propusă o hartă globală a punctelor fierbinți pentru biodiversitate pe baza datelor de distribuție a biodiversității de pe teren. Importanța recunoscută a biodiversității subterane pentru gestionarea ecosistemelor demonstrează că aceasta ar trebui inclusă și în viitoarele strategii de conservare. Cu toate acestea, această încorporare nu este ușoară, deoarece factorii cu impact potențial asupra biodiversității solului sunt numeroași, cu o intensitate variată și cu efecte controversate. Prin urmare, evaluarea amenințărilor la adresa organismelor solului rămâne o sarcină ambițioasă. În ciuda disponibilității mai multor studii care evaluează impactul diferitelor presiuni asupra anumitor grupuri de organisme care trăiesc în sol, încă lipsește un cadru larg care să reflecte nivelul actual de cunoaștere. Cunoștințele experților nu sunt adesea luate în considerare în mod corespunzător pentru translația în politicile de mediu, de asemenea, deoarece acestea ar putea fi influențate de interese personale (de exemplu, dezbaterea privind utilizarea GMO-urilor). Este timpul ca biodiversitatea solului să obțină același nivel de atenție ca și viața deasupra solului atunci când se discută despre politicile de conservare și sustenabilitate. Pentru a ajunge la un astfel de scop ambițios, este necesar să se dezvolte metode pentru: (a) evaluarea mai bună a distribuției și bogăției organismelor solului la scară largă și (b) identificarea ariilor de risc. Recent s-au înregistrat progrese în cercetarea biogeografiei biodiversității solului și al creării de baze de date ale organismelor solului, dar mai puține progrese au fost făcute în ceea ce privește evaluarea riscurilor. În viitor, aceste două linii de cercetare ar trebui combinate pentru a identifica riscul real pentru biota solului prin compararea datelor observate cu nivelurile de referință ale biotei solului stocate în bazele de date (adică elaborarea unui plan fiabil de monitorizare a biodiversității solului). În prezent, în ciuda limitelor intrinseci ale evaluărilor experților, analiza propusă începe să depășească acest decalaj expunând o nouă eră a cercetării privind conservarea biotei solului [6].

Figura 3.44 Hărți ale riscului potențial pentru biodiversitatea solului în Europa. Distribuția amenințărilor potențiale pentru (a) microorganismele din sol, (b) fauna solului și (c) funcțiile biologice ale solului prevăzute pentru 27 de țări europene (rezoluție spațială 500 m) [6]

3.11.4. Efectele pierderii biodiversității solului

Procesele de conversie a terenurilor și de intensificare a agriculturii reprezintă o cauză semnificativă a pierderii biodiversității solului. Aceasta are consecințe negative atât asupra mediului, cât și asupra durabilității producției agricole. În ceea ce privește conversia terenurilor și intensificarea agriculturii, biodiversitatea planificată de la suprafață este redusă (prin monoculturi) cu intenția de a spori eficiența economică a sistemului. Acest lucru afectează biodiversitatea asociată a ecosistemului, inclusiv microorganismele și animalele nevertebrate atât deasupra, cât și sub nivelul solului, reducând astfel capacitatea biologică a ecosistemului pentru autoreglementare, ceea ce conduce la necesitatea suplimentară a înlocuirii funcțiilor biologice cu agrochimia și consumul de energie pe benzină. Sustenabilitatea acestor sisteme depinde astfel de factori externi și de piață, mai degrabă decât de resurse biologice interne. Alte practici care duc la pierderea biodiversității sunt cultivarea continuă a terenurilor fără o perioadă de repaus, monocultura, eliminarea reziduurilor de culturi prin ardere sau transfer pentru utilizare ca furaje, eroziunea solului, compactarea solului datorită degradării structurii solului și aplicarea repetată de pesticide [36].

Declinul biodiversității solului este, de obicei, legat de alte degradări ale calității solului și poate fi legat de alte amenințări precum eroziunea, epuizarea materiei organice, salinizarea, contaminarea și compactarea. Un grup de experți de la Cerntrul Comun de Cercetare a evidențiat, în figura 3.45, amenințarea potențială – pentru o posibilă selecție a amenințărilor solului – la biodiversitatea solului. Acest lucru ilustrează faptul că biodiversitatea solului este puternic influențată de celelalte amenințări [25].

Figura 3.45 Ponderea potențială a amenințării conform unei selecții de posibile amenințări la adresa solului pentru biodiversitatea solului de către grupul experților de la Centrul Comun de Cercetare la 2 Martie 2009 [25]

Deși este mai puțin evident, există modalități prin care declinul biodiversității poate afecta alte amenințări ale solului. Se poate presupune, de exemplu, că schimbările climatice sau gestionarea solului reprezintă factorul principal ce poate provoca pierderea unei specii (scăderea biodiversității), ceea ce poate duce la pierderea funcției atunci când există o redundanță funcțională redusă, ceea ce înseamnă, de exemplu, o defalcare redusă a unii compuși xenobiotici, adică o contaminare crescută a solului [25].

Chiar și atunci când o altă amenințare a solului determină o scădere a biodiversității solului, ea poate, la rândul său, să aibă efecte asupra altor amenințări la adresa solului. Imaginați-vă că antibioticele din gunoi de grajd reduc activitatea microbiană, ceea ce reduce respirația solului, crescând astfel conținutul de materie organică. Majoritatea acestor efecte sunt, totuși, foarte prost înțelese [25].

Modificările aduse biodiversității din sol sunt adesea considerate a reflecta cele de suprafața. Există dovezi că comunitatea solului poate fi mai rezistentă din punct de vedere funcțional decât biota de la suprafață. Este adesea emisă ipoteza că reducerea diversității comunității solului, inclusiv a cazurilor de dispariție a speciilor, poate provoca o pierdere catastrofică a funcției, reducând capacitatea unui ecosistem de a-și păstra caracteristica de auto-perpetuare [36].

3.11.5. Măsuri de prevenire și remediere a pierderii biodiversității solului

Practicile de gestionare a solului au efecte importante și uneori imediate asupra biodiversității solului și a serviciilor ecosistemice rezultate. De exemplu, terenurile utilizate intens sunt adesea fertilizate cu îngrășăminte minerale, cultivate intens, puternic compacte în timpul recoltării și cultivate cu o varietate limitată de specii de culturi. Aceasta are ca rezultat o presiune ridicată a dăunătorilor și a agentului patogen, care necesită pulverizare regulată cu biocide, precum și eradicarea buruienilor de către erbicide. Aceste condiții sunt nefavorabile pentru stocarea carbonului în sol, ele sporesc riscul de scurgere a nutrienților și reduc capacitatea de menținere a apei, care poluează apele de suprafață și de suprafață și care sporesc riscul de inundare în aval în timpul și după ploi abundente. Prin urmare, practicile de management ar trebui să vizeze diminuarea acestor acumulări de tulburări (de exemplu, în cazul agriculturii intensive), precum și să ofere oportunități pentru îmbunătățirea rezilienței serviciilor ecosistemelor de sol prin conservarea biodiversității solului. Aceste activități pot duce la ceea ce se poate numi practici de management durabil. Având în vedere că practicile de gestionare sunt aplicate în mod obișnuit de către fermierii care au contacte influente de lungă durată cu terenul, interesul și motivația lor în abordarea amenințărilor la adresa biodiversității solului vor avea o influență puternică asupra menținerii acestei diversități [23].

Mulcirea constă în acoperirea suprafeței solului pentru a proteja împotriva eroziunii și pentru a spori fertilitatea acesteia. Mulciul este, de obicei, aplicat spre începutul sezonului de cultură și poate fi reaplicat după cum este necesar. Servește inițial la încălzirea solului ajutând la menținerea căldurii și umidității. O varietate de materiale pot fi utilizate ca mulci, inclusiv reziduuri organice (de exemplu reziduuri de culturi, fân, coajă), dar și gunoiul de grajd, nămolul de epurare, compostul, filmele de cauciuc sau plastic. Mulcirea limitează creșterea buruienilor, în timp ce conservă umiditatea solului și temperarea temperaturii solului, eliminând practic eroziunea. Mulciurile organice sunt, de asemenea, o sursă de nutrienți pentru sol atunci când se descompun, stimulează activitatea inginerilor chimici ai solului [23].

În plus, mulciurile pot îmbunătăți arhitectura solului prin asigurarea unor spații poroase care pot susține ciupercile și creșterea rădăcinilor. Pe termen lung, sistemele de mulcire favorizează râmele anecice și epigene (pot avea o biomasă de până la 12 ori mai mare în sistemele de recoltare a mulciulilor, comparativ cu sistemele convenționale), în timp ce sistemele de agricultură organică și convențională sunt favorabile pentru râmele endogene [23].

Aplicarea gunoiului de grajd, nămolului de epurare sau a altor deșeuri bogate în carbon, cum ar fi compostul, îmbunătățește conținutul de materie organică a solului. În scopuri agricole, este de obicei mai bine să se permită o perioadă de descompunere a reziduurilor organice înainte de aplicarea acestora pe teren. Acest lucru se datorează faptului că adăugarea de compuși bogați în carbon imobilizează temporar azotul disponibil în sol, deoarece microorganismele au nevoie atât de carbon, cât și de azot pentru creșterea și dezvoltarea lor. Compostarea este tocmai reciclarea și transformarea materialului organic (de obicei din resturile de plante), în formă de humus pentru a îmbunătăți producția agricolă. Deșeurile organice pe câmpurile de cultură măresc cantitatea de hrană disponibilă inginerilor chimici și inginerilor din sol. Astfel, structura solului este stabilizată și descompunerea materiei organice în sol este îmbunătățită [23].

Alegerea culturii cultivate este importantă deoarece definește tipul de habitat disponibil faunei solului. De exemplu, legumele pot acționa ca îngrășăminte naturale, îmbunătățind concentrația de azot din sol datorită relației simbiotice pe care o stabilesc cu Rhizobia. Rata de creștere și randamentul culturii determină, de asemenea, cât de mult sol și faună de sol sunt afectate de practicile agricole. Culturile de creștere rapidă și varietățile culturilor cu randament ridicat, cum ar fi porumbul sau culturile energetice cu creștere rapidă, necesită o cantitate de energie și de resurse din sol, care apoi au nevoie de timp pentru a se reface. Astfel de recuperare a solului nu poate apărea dacă următoarea recoltă este o altă creștere rapidă sau o recoltă cu randament ridicat, cum ar fi porumbul sau iarba elefantului, care este utilizată pentru producerea de biocombustibili. În acest fel, ciclurile succesive de culturi cu randament rapid sau cu randament ridicat vor duce la epuizarea materiei organice din sol și, prin urmare, a faunei solului care se hrănește cu toate consecințele negative asupra structurii solului și a serviciilor ecosistemice aferente [23].

Rotația culturior este utilizată pentru a contracara efectele negative ale monoculturilor, care duc la eliminarea nutrienților din sol. Rotațiile culturilor pot contribui, de asemenea, la evitarea acumulării de agenți patogeni și dăunători, deoarece alternanța culturilor modifică comunitățile de reglementare biologică asociate. De exemplu, rotația culturilor implică adesea alimentarea azotului prin utilizarea culturilor leguminoase succesiv cu cerealele. O formă obișnuită de rotație este un ciclu de trei ani, în care grâul este cultivat în primul an, plantele leguminoase în al doilea an, transformând efectiv câmpul într-o pășune, iar în final terenul este lăsat să se odihnească în decursul celui de-al treilea an. Studiile pe termen lung au arătat că o astfel de practică de gestionare generează variații mari ale nivelului de carbon al solului și azotului total din sol, în funcție de perioada de rotație. Solurile au niveluri mai ridicate de carbon în terenurile de pășune care au fost anterior câmpuri de cereale decât în ​​câmpurile permanente de cereale [23].

Utilizarea unor garduri vii sau a unor benzi ierboase la marginea terenurilor arabile sunt metode utilizate în mod obișnuit în Europa. Ele oferă un habitat stabil, o hrană și un mediu de protecție pentru fauna solului de lângă câmpurile intens gestionate. De exemplu, benzile de șase metri măresc numărul și varietatea de specii, cum ar fi râme, gâște și diverse regulatoare biologice, care au ca rezultat îmbunătățirea fertilității solului și, eventual, îmbunătățirea controlului dăunătorilor. Aceste benzi pot fi plasate în jurul câmpurilor, așa-numitele benzi de margine de câmp, dar pot fi instalate și pe câmpuri, așa-numitele bănci de gândaci. În prezent, astfel de insule ecologice au fost considerate în principal pentru scopuri supraterane, cum ar fi promovarea inamicilor naturali ai insectelor dăunătoare de suprafață. Gardurile vii sunt chiar mai favorabile pentru organismele solului, în special pentru organismele de reglementare biologică, decât marginile ierboase de câmp, totuși, datorită mobilității lor scăzute organismele solului vor avea doar o dispersie limitată pe teren. Acest lucru face din aceste habitate importante surse de biodiversitate, deși efectele lor asupra biodiversității solului în câmpurile adiacente vor scădea brusc cu distanța datorită mobilității slabe a biotei solului [23].

3.11.6. Studii experimentale privind pierderea biodiversității solului

Agricultura fără prelucrarea terenurilor din Brazilia de Sud; beneficiul adus macrofaunei solului și de rolul acesteia în funcțiile solui. Un studiu de caz din America de Sud, Paraná, Brazilia

Perturbarea fizică este una dintre principalele cauze ale pierderii biodiversității în toate ecosistemele lumii. Macrofauna solului (nevertebratele importante pentru structura, funcția și fertilitatea solului) sunt, de asemenea, susceptibile la tulburări fizice, în special cele asociate practicilor de prelucrare a solului. Adaptarea regimurilor de prelucrare a solului și a plantelor pentru a reduce la minimum perturbările ar trebui să ofere medii mai bune pentru macrofauna solului și funcțiile sale, beneficiind astfel de o agricultură durabilă [13].

Macrofauna solului cuprinde majoritar nevertebrate mari (termite, furnici, râme, gândaci, melci, millipede, centipede, păianjeni și alți arahnide, greieri, cărăbuși și alte larve de insecte). Activitatea lor este esențială pentru integritatea fizică, chimică și biologică a solurilor și importantă pentru fertilitatea solului. Macrofauna solului include: 1) descompunători care circulă materie organică și care eliberează substanțe nutritive din plante; 2) bioperturbatorii care amestecă și mișcă solul, care afectează structura fizică, formarea agregatelor, procesele hidrologice și schimbul de gaz; 3) dăunători care produc efecte adverse asupra culturilor agricole; 4) prădători care pot acționa ca agenți de control biologic pentru a reglementa epidemiile de paraziți și dăunători [13].

În acest studiu de caz, compararea caracteristicilor de perturbare asociate cu practicile fără prelucrarea terenurilor și practicile convenționale de prelucrare a terenurilor, precum și abilitățile lor de a conserva macrofauna solului demonstrează principiile 3 și 5 ale abordării ecosistemice. Principiul 5 recunoaște că funcționarea durabilă și reziliența ecosistemelor depinde de conservarea relațiilor dintre diferitele specii care interacționează. Astfel, obiectivele de gestionare ar trebui să modifice sau să înlocuiască orice practici care limitează grav funcționarea. Principiul 3 recunoaște că intervențiile de gestionare, cum ar fi lucrările de prelucrare a solului, pot avea efecte nedorite asupra organismelor solului și a funcțiilor acestora [13].

Rezultatele au arătat că sistemele fără prelucrarea terenurilor îmbunătățesc, în general, condițiile de mediu ale solului pentru plante și animale din sol comparativ cu sistemele convenționale de prelucrare a terenurilor. Îmbunătățirile includ reducerea eroziunii, eficiența sporită a utilizării nutrienților și a apei de către culturi, precum și randamentele și rentabilitatea culturilor îmbunătățite, în special după o perioadă de tranziție de câțiva ani. Practicile fără prelucrarea terenurilor, de asemenea, au dus la creșterea diversității macrofunale a solului, în conformitate cu mai mulți indicatori, și a redresării rapide a populației după încetarea practicilor convenționale de prelucrare a terenurilor. Organismele solului, care au beneficiat în special de practicile fără prelucrarea terenurilor, au fost prădătorii naturali (importanți pentru controlul biologic al dăunătorilor), bioperturbatorii (importanți pentru îmbunătățirea structurii fizice a solului) și descompunătorii (importanți pentru reciclarea resturilor de plante). În cele din urmă, lipsa de perturbări ale solului de la siturile fără prelucrarea terenurilor a condus la creșterea conținutului de materie organică a solului în straturile superioare ale solului, la creșterea protecției suprafeței solului prin reziduuri de plante și la creșterea populațiilor de nevertebrate de sol benefice; în ciuda compactării solului care adesea însoțește metodele de cultivare fără prelucrarea terenurilor [13].

Sistemele fără prelucrarea terenurilor oferă un mediu favorabil pentru restabilirea macrofaunei solului după practicile convenționale de prelucrare a terenurilor, deoarece practicile fără prelucrarea terenurilor modifică ecosistemele solului și interfața solului, beneficiind comunitățile biologice ale solului. Diversitatea sporită a speciilor, dimensiunile populației mai mari și activitățile funcționale îmbunătățite ale taxonilor selectați ai macrofunei solului în sistemele fără prelucrarea terenurilor pot fi corelate cu niveluri mai bune de performanță ale fără prelucrarea terenurilor față de practicile convenționale de prelucrare a terenurilor. Conservarea macrofaunei solului și a funcțiilor sale biologice pot contribui la rezistența ecosistemelor solului și la capacitatea lor de a rezista la condițiile de mediu stresante, un factor esențial pentru agricultura tropicală durabilă [13].

BIBLIOGRAFIE

[1]. Amal Kar, Ajai Dwivedi, R. S. Dwivedi Geospatial Technology for Integrated Natural Resources Management, Edition: 1st, Chapter: 8 – Desertification Editura Yes Dee Publishing, Ianuarie 2016;

[2]. Costas Kosmas, Dominique Arrouays, Frank G.A. Verheijen, José Luis Rubio, Mark G. Kibblewhite, Robert Jones, Sigbert Huber Environmental Assessment of Soil for Monitoring Desertification in Europe Editura Cranfield University, 2007;

[3]. Kyoji Sassa, Paolo Canuti Landslides – Disaster Risk Reduciton Editura Springer-Verlag, Berling, 2009;

[4]. Abdul Hafeez, Adnan Noor Shah, Babar Shahzad, Biangkham Souliyanonh, Guozheng Yang, Mohsin Tanveer, Muhammad Adnan Bukhari, Shah Fahad, Saif Ali, Shahbaz Atta Tung Soil compaction effects on soil health and crop productivity: an overview Environmental Science and Pollution Research, Ianuarie 2017;

[5]. Ajay S. Kalamdhad, Jiwan Singh Effects of Heavy Metals on Soil, Plants, Human Health and Aquatic Life International Journal of Research in Chemistry and Environment, India, 9 Octombrie 2011;

[6]. Alberto Orgiazzi, Ciro Gardi, Cristiano Ballabio, Luca Montanarella, Martha B. Dunbar, Panos Panagos, Yusuf Yigini A knowledge-based approach to estimating the magnitude and spatial patterns of potential threats to soil biodiversity Science of the Total Environment, 2016;

[7]. Alexandre Jousset, Katja Steinauer, Nico Eisenhauer, Odette Gonzalez Mace, Stefan Scheu Flood-Induced Changes in Soil Microbial Functions as Modified by Plant Diversity Plos One, Noiembrie 2016;

[8]. Anna Łaptaś, Katarzyna Zięba, Paweł Miśkowiec Soil pollution with heavy metals in industrial and agricultural areas: a case study of Olkusz District. Journal of Elementology, Universitatea Jagiellonian, Kraków, Polonia, 2015;

[9]. Anton M. Breure Soil Biodiversity: Measurements, Indicators, Threats and Soil Functions soilACE , Spania, 2004;

[10]. Behzad Murtaza, Camile Dumat, Irshad Bibi, Muhammad Shahid, Nabeel Khan Niazi, Sana Khalid A comparison of technologies for remediation of heavy metal contaminated soils. Journal of Geochemical Exploration, Elsevier, 2016;

[11]. Cameron Wagg, Franco Widmerc, Marcel G. A. van der Heijdena, S. Franz Bendera Soil biodiversity and soil community composition determine ecosystem multifunctionality PNAS, Aprilie 2014;

[12]. Cliff Snyder Effects of Soil Flooding and Drying on Phosphorus Reactions News & Views, Potash & Phosphate Institute, 2002;

[13]. Dan Bennack, George Brown, Mariangela Hungria da Cunha, Sally Bunning Soil Biodiversity Management for Sustainable and Productive Agriculture: Lessons from Case Studies Organizația pentru Alimentație și Agricultură a Națiunilor Unite, Italia, 2002;

[14]. Dian Chu Effects of heavy metals on soil microbial community IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 133, 2018;

[15]. D. Adamcová, E. Broušková, M. D. Vaverková, S. Barton, Z. Havlícek Soil contamination in landfills: a case study of a landfill in Czech Republic Copernicus Publications, Februarie 2016;

[16]. E Yuliza, H Habil, Khairurrijal, M Abdullah, M Irsyam, M M Munir Study of soil moisture sensor for landslide early warning system: Experiment in laboratory scale Journal of Physics: Conference Series 739, 2016;

[17]. Franco Ajmone Marsan, Riccardo Scalenghe The anthropogenic sealing of soils in urban areas Landscape and Urban Planning, Martie 2009;

[18]. Felix E. Okieimen, Raymond A. Wuana Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation GeoEnvironmental & Climate Change Adaptation Research Centre, University of Benin, Benin City, Nigeria, 2011;

[19]. G. U. Chibuike, Smart Obiora Heavy Metal Polluted Soils: Effect on Plants and Bioremediation Methods Applied and Environmental Soil Science, August 2014;

[20]. Jagdish C. Katyal, Paul L.G. Vlek Desertification – Concept, Causes and Amelioration Zentrum für Entwicklungsforschung, Octombrie 2000;

[21]. Olagunju Temidayo Ebenezer Drought, desertification and the Nigerian environment: A review Journal of Ecology and the Natural Environment, Iulie 2015;

[22]. Q. Wu, Z. Zhao Study on Desertification Monitoring from 2000 to 2014 and its Driving Factors Through Remote Sensing in Ningxia, China International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2018;

[23]. Anne Turbé, Arianna De Toni, Eric Labouze, Nuria Ruiz, Patricia Benito, Patrick Lavelle, Perrine Lavelle, Shailendra Mudgal, Wim H. Van der Putten Soil biodiversity: functions, threats and tools for policy makers. Bio Intelligence Service, Raport pentru Comisia Europeană, 2010;

[24]. Arnulf Schönbauer, Gundula Prokop, Heide Jobstmann Report on best practices for limiting soil sealing and mitigating its effects Comisia Europeană, Austria 11 Aprilie 2011;

[25]. Cristiano Ballabio, Frank Verheijen, Jacob Keizer, Jannes Stolte, Lillian Øygarden, Mehreteab Tesfai, Panos Panagos, Rudi Hessel, Sigrun Kværnø Soil threats in Europe Publications Office of the European Union, 2016;

[26]. Desertification: Its Effects on People and Land World Ecology Report, 2009;

[27]. Ahmad Kobeissi, Boris Brasseur, Emilie Gallet-Moron, Fabien Spicher, Hamza Mohieddinne, Hélène Horen, Jérôme Buridant, Simon Gauchet Biological and physical recovery of soil after compaction European Geosciences Union General Assembly, Aprilie 2018;

[28]. Anuradha Malalasekara, Evangeline Ekanayake, Kumari M. Weerasinghe, Susil Jayashantha Perera Learning to live with LANDSLIDES Natural Hazards and Disasters Sri Lankan-German Development Cooperation, Germania, 2006;

[29]. Ghid de Prevenire a Efectelor Alunecărilor de Teren Monitor II, 2016;

[30]. Guidelines on best practice to limit, mitigate or compensate soil sealing Comisia Europeană, Brussels, 12 Aprilie 2012;

[31]. Remedies to overcome soil compaction Agriculture and Consumer Protection Department, Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2015;

[32]. Ross H. McKenzie Agricultural Soil Compaction: Causes and Management Agronomy Agriculture Research Division Alberta Agriculture and Rural Development, Alberta, Octombrie 2010;

[33]. Soil Quality Resource Concerns: Soil Biodiversity USDA Natural Resources Conservation Service, 1998;

[34]. The factory of life Why soil biodiversity is so important Comisia Europeană, Belgia 2010;

[35]. Angamuthu Manikandan Heavy metal pollution in soil Suport de curs, Chimia și Știința solului Colegiul de Agricultură, Rahuri, India, 2005;

[36]. Jane Kiarie, John Kimenju, Peter Wachira, Sheila Okoth Conservation and Sustainable Management of Soil Biodiversity for Agricultural Productivity Suport de curs, Universitatea din Nairobi, Kenya, 2016-2017;

[37]. Jodi DeJong-Hughes Tires, traction and compaction Suport de curs, Universitatea din Minnesota, 2016-2017;

[38].***https://www.conserve-energy-future.com/causes-effects-solutions-of-desertification.php;

[39].***https://en.wikipedia.org/wiki/Flood;

[40].***https://en.wikipedia.org/wiki/Landslide;

[41].***https://www.regenerative.com/magazine/repair-flood-damaged-soil;

[42].***http://www.rowater.ro/dacrisuri/Documente%20Repository/Legislatie/gospodarirea%20apelor/strategia_nationala_de_management_al_riscului_la_inundatii.pdf;