CC BY
45
УДК 635.92
ФАКТОРЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ ПАСТБИЩ В СЕВЕРО - ЗАПАДНОМ
ПРИКАСПИИ
© 2013 г. Г.Н Гасанов *, Р.З Усманов*, Н.Р.Магомедов **, А.А.Айтемиров **,
И.Р.Гамидов **, Ас.М Аджиев ***
*Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН Россия, 367025 Махачкала, ул. М. Гаджиева, 45. E-mail: tatacvaramail.ru ** Дагестанский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Россия, 367025 Махачкала, ул. Акушинского, Научный городок. E-mail: nival956a mail.ru ***Дагестанский аграрный университет им. М.М. Джамбулатова Россия, 367032, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 180 Поступила 20.02.2012
Рассматриваются вопросы восстановления природного потенциала почв и естественных фитоценозов Северо - Западного Прикаспия на базе регулирования пастбищных нагрузок, введения в культуру толерантных к засолению засухоустойчивых культур, создания поликомпонентных кустарниково-пастбищных фитоценозов, формирования агроландшафтов без механической обработки почвы и парования полей.
Ключевые слова: опустынивание, пастбищная нагрузка, плодородие почвы, поликомпонентные кустарниково-пастбищные фитоценозы, обработка почвы, чистый пар.
Введение
Северо-Западный Прикаспий является регионом, где наиболее остро стоит вопрос о защите природного потенциала в связи с проявлением процессов опустынивания. Этот регион включает в себя Черные земли и Кизлярские пастбища, которые занимают значительную часть территорий Дагестана, Ставропольского края, Астраханской области, Калмыкии, Чеченской республики, площадью 6,84 млн. га, в том числе естественных сенокосов и пастбищ - 5,77млн. га.
Климат региона континентальный с жарким сухим летом и холодной зимой. За год выпадает от 150 до 320мм осадков, максимальная температура воздуха в июле составляет 40-450С, относительная влажность воздуха 45-55%, а в июле-августе снижается до 10-15%. Особенностью климата является частая повторяемость иссушающих юго-восточных ветров. Коэффициент увлажнения не превышает 0,2-0,4.
Почвы преимущественно светло-каштановые и бурые полупустынные, относительно легкого гранулометрического состава (легкосуглинистые, суглинистые) и различной степени засоленности. Специфическое сочетание экологических факторов сформировавшее растительный покров удовлетворительно защищал почву от негативного действия природных факторов
Нначиная со второй половины ХХ века, усилилось антропогенное воздействие на экосистемы, связанное с нарастанием нагрузки на пастбища овцепоголовьем, нарушением оптимальных сроков и режимов стравливания, отсутствием мероприятий по восстановлению растительного покрова. К 1986г. несбитых и малосбитых пастбищ (по данным ВНИИАЛМИ) насчитывалось всего 24% (табл.1), открытых (подвижных) песчаных массивов - более 100 тыс. га.
Исследования факторов деградации и адаптивного потенциала фитоценозов к засолению и динамики плодородия почв под фитомелиорантами проводились в условиях естественного увлажнения в 2004 - 2006г. на экспериментальных делянках, площадью 20м2 в четырехкратной повторности. Объектом исследований служили шесть культур, которые являются фоновыми для Северо - Западного Прикаспия [1]: кохия простертая или прутняк (Kochia prostrata), солянка восточная (Solsola orientalis.), камфаросма Лессинга (Camphorosma Lessingii Litv), терескен серый (Ceratoides papposa), полынь таврическая (Artemisia taurica ); волоснец гигантский (Leymus racemosus) .
Роль поликомпонентных (кустарниково - пастбищных) фитоценозов как фактора повышения продуктивности деградированных пастбищных экосистем были проведены в период с 1991 по 2008 гг. Для сравнительной оценки были использованы два варианта: в качестве контроля - деградированные пастбища в естественном состоянии и, в качестве опытного, - оптимальный вариант поликомпонентного фитоценоза с чередующимися через 3 м рядами кустарников и расстоянием в ряду между кустами терескена серого (Ceratoides papposa) 2 м, джузгуна безлистного(Calligonum aphyllum) -3 м. Пространство между полосами было засеяно житняком пустынным - Agropyrum desertorum и пыреем сизым -Agropyrum glaucum.
Для восстановления плодородия нарушенных почв проведены эксперименты в северной части в 2003 - 2007 гг, с посевами озимой пшеницы, ежегодно чередующихся с чистым и занятым паром и одновременно проведены исследования по влиянию роли механической обработки на деградацию почвы и возможности перехода на нулевую (no- till) обработку. Сравнивались следующие варианты обработки: отвальная, почвозащитная, нулевая.
Агрегатный состав почвы и содержание водопрочных агрегатов определяли по Н.И. Савинову, объёмную массу - с помощью режущего цилиндра, наименьшую влагоемкость -методом заливаемых площадок, водопроницаемость - по Н.А. Качинскому.
Результаты исследований Снижение темпов деградации пастбищных экосистем возможно при условии введения нормированных пастбищных нагрузок, не превышающих 1-2 овцы на 1га. При этом урожайность фитомассы на светло-каштановой солонцеватой почве с 0,36-0,37 ц/га повышается до 7,25-8,10 ц/га, на солончаковатых с 0,12-0,31 до 5,18-5,40 ц/га. Растения, заселяющие почву в первый-второй годы оптимизации пастбищных нагрузок на нарушенных почвах, не отличаются видовым разнообразием. Начиная с третьего года, появляются новые виды растений, свойственные данному типу почв: полынь таврическая и комфоросма стелющаяся. Плотность почвы по сравнению с контролем
(1,32г/см3) и вариантом с
3 3
максимальной пастбищной нагрузкой (1,28 г/см ) снижается до 1,22 г/см , общая пористость с 29,5% повышается до 31,5%, водопроницаемость солончаковатой почвы с 30,0мм/мин увеличивается до 88,5 мм/мин, солонцеватой - с 153,7до 278,5 мм/мин. Светло-каштановая солонцеватая почва тестовых полигонов до введения нормированных нагрузок имела исходное засоление 1,48% сухого остатка. Введение нормированных нагрузок овец на пастбища снизило концентрацию солей в слое почвы 0-20 см на 13-17% к исходному уровню, а в почвах пастбищ с нерегулируемой нагрузкой она повысилась на 8-11%.
Эффективным средством уменьшения дефляции и восстановления плодородия деградированных почв является улучшение травостоя с введением в культуру растений, адаптированных к экологическим условиям полупустыни: кохия простертая (Kochia prostrate), волоснец гигантский (Leymus racemosus), полынь таврическая (Artemisia taurika), терескен серый (Cerotoides papposa), камфоросма Лессинга (Camforosma Lessingii), солянка восточная (Salsola orientalis), донник лекарственный (Melilotus officinalis). Из представителей пастбищных растений для оценки их влияния на показатели плодородия и дефляционную устойчивость почвы использованы - кохия простертая (прутняк), терескен серый, волоснец гигантский и полынь таврическая. Наибольшую сухую фитомассу из них формируют терескен серый и прутняк безлистный - соответственно 2,0 и 1,97 ц/га надземной и 6,29 и 5,72 ц/га подземной массы. По урожайности надземной массы они превосходят волоснец гигантский на 35,9-37,9%, полынь таврическую - на 51,5 и 53,8%, а по формируемой подземной фитомассе - соответственно в 2-3 раза. Фитоценозы с преобладанием более продуктивных растений оказались эффективными и с позиции защиты почвы от дефляции и повышения ее плодородия (табл. 2).
Установлено, что введение в культуру прутняка, терескена способствует зарастанию пространства между рядами и полукустарниками в рядах эфемерами и разнотравьем. Причем, увеличение количества полукустарников от 318 до 663 экз./га способствует увеличению фитомассы трав в среднем за год с 2,8ц/га до 4,7ц/га. Зависимость эта выражается уравнением регрессии у=0,0005х+0,1269 (Гасанов Г.Н. и др., 2006). Снижается при этом и дефляция почвы в 2,9-3,9 раза. В связи с повышением проективного покрытия поверхности растительности.
Светло-каштановая солончаковатая почва деградированных пастбищ Терско-Кумской равнины имеет непрочную структуру. Содержание фракций оптимальных размеров составляет 28,6%, коэффициент структурности 0,4 которая, по существующей классификации (Качинский, 1975), характеризуется как неудовлетворительная (40-20%). Доля водопрочных агрегатов в слое почвы 0-10см составляет 9,5%. Изменение структуры способствует многолетнее воздействие ветра, атмосферных осадков и процесс выпаса скота (Ганжара, 2001).
Установлено, что введение в культуру прутняка, терескена, сопровождаемое с зарастанием почвы в рядах и междурядьях лесных полос травянистой растительностью, способствует увеличению наиболее ценных для произрастания фитоценоза (0,25-10,0мм) почвенных агрегатов до 40,5-41,8%, коэффициента структурности до 0,68-0,72.
Почва в этом случае приобретает удовлетворительное структурное состояние (соответствует 40-55%). Близкие к ним значения (36,9-35,6%) при коэффициенте структурности 0,50-0,55 имела почва в фитоценозах, где доминируют волоснец гигантский и полынь таврическая.
Равновесная плотность светлокаштановой супесчаной почвы Терско-Кумской равнины в слое 0-20см соответствует 0,85-0,95г/см . По классификации Н.А. Качинского (1975) она относится к категории вспушенной почвы (показатель менее
1,0 г/см3),
которая имеет
избыточную пористость (более 70% ее объема). Полукустарники обладают большим адаптивным потенциалом к экологическим условиям полупустыни. Выращивание их, (прутняка, терескена серого и волоснеца гигантского) в течение 6-7 лет обуславливает уплотнение верхних слоев почвенного профиля.
Увеличение плотности светло-каштановой супесчаной почвы в связи с выращиванием адаптированных к условиям региона растений сопровождается накоплением в ней органической массы в виде опада надземной части растений, корней и продуктов их распада. Это приводит к увеличению влагоемкости почвы на 1,0 - 2,1%. В результате на каждом
гектаре в метровом слое почвы накапливается до 200-210м воды за счет повышения ее водоудерживающей способности.
Усилению процессов опустынивания территории Северо-Западного Прикаспия способствует не только увеличение нагрузок овцепоголовьем на пастбища, но и существующая технология использования обрабатываемых почв в регионе. Хотя в структуре земельных угодий пахотные земли занимают менее 10%, влияние агротехнологий на процессы опустынивания проявляются гораздо сильнее, чем нарушения правил содержания скота на пастбищах. Механическая обработка таких почв может создать очаги опустынивания в регионе, подтверждая целесообразность исключения механической обработки почвы, в том числе и почвозащитной, предусматривающей применение плоскорезных почвообрабатывающих орудий. Это способствует большему накоплению влаги в пахотном слое, сокращению дефляции почвы и повышению урожайности озимой пшеницы на 25-30% (табл.3).
Паровая система земледелия, господствующая в освоенных массивах, предусматривает отвод под чистые пары до 50% пашни. Это значить, что после уборки урожая ведущей зерновой культуры - озимой пшеницы поле в течение 15-17 месяцев будет только обрабатываться против сорняков, с разрушением растительности, освоенных экосистем. А для предотвращения дефляции рекомендуется применять почвозащитную систему обработки почвы с сохранением стерни на ее поверхности и полосное размещение культур. Но стерня, остающаяся на поверхности почвы, при применении почвозащитной обработки сохраняется не более 2-3 месяцев, а в период парования поле остается незащищенным от разрушающего действия ветров (табл. 4).
В чистом пару к посеву озимой пшеницы в Терско-Кумской равнине в пахотном слое почвы накапливается в среднем 97,5 кг/га нитратного азота, после занятого пара-72,6, после озимой пшеницы -56,7, после суданской травы -47,3 кг/га; фосфатов соответственно 54,4; 48,6; 42,1; 36,0 кг/га; обменного калия - 790,6; 761,4;.745,2; 738,7 мг/га, т.е.значительно больше, чем после непаровых предшественников. Увеличение содержания питательных элементов в почве свидетельствует об интенсивности круговорота органического вещества в почве. По нашим подсчетам в рассматриваемых условиях из-за необеспеченности растений влагой в чистом пару остаются неиспользованными 20,2кг азота, 9,4кг Р2О5 и 67,8кг К2О в расчете на 1га. Интенсивная обработка светло-каштановой почвы в паровом поле усиливает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, увеличивает их численность и видовой состав, способствует повышению биологической активности почв (Кирюшин, Иванов, 2005).
Выводы
1. Восстановление деградации пастбищных экосистем возможно, при условии введения нормированных пастбищных нагрузок и соблюдении сроков стравливания. Оптимизация пастбищных нагрузок на нарушенной почве способствует повышению общей пористости, водопроницаемости, снижению плотности почвы и концентрации солей в слое 0-20 см.
2. Эффективным средством восстановления плодородия сильно деградированных почв с очагами сыпучих песков является создание поликомпонентных пастбищных угодий, включающих четырехрядные полосы кустарников джузгуна безлистного и терескена серого, с посевами в межполосном пространстве житняка пустынного и пырея сизого.
Под защитой созданного поликомпонентного фитоценоза дефляция почвы снижается, улучшаются физические свойства светло - каштановой почвы, повышается содержание органического вещества.
3. Создание фитоценозов с кохией простертой и терескеном серым позволяет уменьшить дефляцию почвы и улучшить водно-физические свойства почвы. Содержание воднорастворимых солей в метровом слое слабозасоленной светло-каштановой почвы под естественным фитоценозом увеличивается, под кормовыми культурами уменьшается.
4. Традиционная система отвальной обработки почвы или широко применяемая в стране и за рубежом почвозащитная обработка с использованием плоскорезных орудий не обеспечивают защиты супесчаных и легко -суглинистых почв региона от дефляции и не способствуют повышению их продуктивности. Исключение механической обработки позволяет устранить дефляцию почвы и процессы дегумификации.
5. Оставление чистых паров в условиях Северо - Западного Прикаспия способствует уменьшению содержания гумуса, ухудшению показателей плодородия почвы, усилению дефляции в 2,7-2,9 раз (до 35,9 т/га) и процессов опустынивания в регионе. Пары являются фактором дестабилизации экологической ситуации в регионе и должны быть заменены другими агроценозами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Гасанов Г.У., Курбанов А.Б., Гамидов И.Р., Бутаева 3.3 и др. 1997.Природные кормовые угодья, их состояние и меры по улучшению // Система ведения агропромышленного производства в Дагестане. - Махачкала. - С.212-223.
Гасанов Г.У., Курбанов А.Б., Гамидов И.Р., Абдурахманов Х. 2000. Фитомелиоранты для Кизлярских пастбищ // Научное обеспечение АПК Дагестана как основа повышения эффективности сельскохозяйственного производства / Тез. докл. научн.-практ. конф. Даг. НИИСХ. - Махачкала. С. 33-34.
Качинский Н.А. 1915. Почва, её свойства и жизнь. - М.: Наука. -295 с.
Гасанов Г.Н., Абасов М.М., Гамидов И.Р., Абдурахманов Г.М. и др. 2006. Экологическое состояние и научные основы повышения плодородия засоленных и подверженных опустыниванию почв Западного Прикаспия. -М. -Элиста: Наука. -263с.
Ганжара Н.Ф. 2001. Почвоведение: учебник для ВУЗов. - М.: Агроконсалт. 392с.
Кирюшин В.И., Иванов А.Л. 2005. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий. - М.:ФГНУ «Росинформагротех». - 783с.
Таблица 1. Динамика степени сбитости пастбищ территории Черных земель и Кизлярских пастбищ за 1949-2006гг. (в % от общей площади 5774,8 тыс.га)
Годы Несбитые и слабосбитые Умеренно сбитые Сильно сбитые
1949 92 7 1
1959 68 21 11
1972 41 32 27
1986 24 8 68
2006 29 43 14
Таблица 2. Влияние пастбищных фитоценозов и их компонентов на динамику дефляции и водно-физические свойств светло-каштановой солончаковатой почвы в слое 0-40см с 1997 по
2005 гг.
Показатели Естест венный фитоце ноз Прут няк Терес кен серый Волос нец гигант ский Полынь таври ческая НСР05
Дефляция, т/га 16,5 4,8 4,6 5,2 5,6 0,6
Плотность, г /см3 0,85 0,97 1,03 0,94 0,89 0,08
Пористость, % 78,3 62,2 63,5 66,4 67,5 9,4
Содержание частиц <1мм в слое 0,1 м, % 24,2 48,5 51,8 43,3 44,5 4,0
Агрегаты оптимальных размеров, % 28,6 40,5 41,8 36,9 35,6 5,8
Коэффициент структурности 0,40 0,68 0,72 0,50 0,55 0,11
Содержание водопрочных агрегатов,% 9,5 13,5 13,1 12,8 12,6 4,3
Водопроницаемость, мм/час 285 220 211 233 231 10
Наименьшая влагоемкость, 15,6 17,5 17,7 16,9 16,6 0,5
%
Таблица 3. Влияние систем обработки на накопление влаги и защиту почвы от дефляции
(1991-2005гг.)
Системы обработки почвы Накопление влаги в слое 0-40см Дефляция почвы
мм в % к контролю т/га в % к контролю
Отвальная, контроль 82 100,0 21,0 100,0
Плоскорезная 107 130,5 13,5 64,3
Нулевая 126 153,7 7,9 37,6
Таблица 4. Потери светло-каштановой почвы от дефляции в чистом, занятом парах и по непаровым предшественникам озимой пшеницы в среднем за 1989-2005 гг.
Предшественники Потери от дефляции
т/га по отношению к люцерне, раз
Пар чистый 26,0 43,3
Пар занятой 13,2 22,0
Озимая пшеница 12,0 2,0
Люцерна 0,6 0,0
