Опустынивание почв водно-аккумулятивных равнин аридных областей России на примере почв Кизлярских пастбищ Дагестана

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 03.00.27 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Опустынивание почв водно-аккумулятивных равнин аридных областей России на примере почв Кизлярских пастбищ Дагестана

САИДОВ АБДУЛМУТАЛИМ КЫРЫВОВИЧ

Москва, 2009



Работа выполнена в Дагестанском научном центре Прикаспийского института биологических ресурсов АН РФ

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Карпачевский Лев Оскарович

доктор биологических наук, профессор

Ларешин Вячеслав Григорьевич

доктор биологических наук, профессор

Яшин Иван Михайлович

Ведущее учреждение:

Почвенный институт им. В.В.Докучаева

Защита диссертации состоится «__» февраля ______ г. в ___час. ____ мин. на заседании диссертационного совета Д220.043.02 при ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева» по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева»

Автореферат разослан «__» ____________ _______г.

Автореферат размещен на сайте ВАК www.vak.gov.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета Шнее Т.В.



Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Многовековое воздействие человека на экосистемы аридных территорий, занимающих около 1/3 площади земной поверхности, вызвало возникновение и мощный рост деградации (опустынивания) земель, которые приобрели в настоящее время глобальный характер. В них в результате антропогенного опустынивания ежегодно теряется 6 - 7 млн. га ценных земельных угодий, образовались обширные регионы экологического бедствия. Эти районы сегодня занимают около 145 млн. га орошаемых, 170 млн. га неорошаемых пахотных и 3,6 млрд. га пастбищных угодий. Проживают здесь около 1 млрд. человек или более 20% населения мира. Практически вся территория Юга России - 27,1 млн. га расположена в аридной зоне и является ареной интенсивной, всеобщей, разнонаправленной хозяйственной деятельности человека. Это Нижнее Поволжье, Черные земли (Калмыкия), Кизлярские пастбища (Дагестан).

Кизлярские пастбища занимают площадь 15191 кв. км (1519,1 тыс. га) и являются почти единственными на юге России землями отгонного животноводства, где проводит зимовку более 600 тыс. голов крупного рогатого скота и до 2-х млн. овец и коз.

Процессы опустынивания, обусловленные, как неблагоприятными природными предпосылками, так и, прежде всего, нерациональной хозяйственной деятельностью человека в условиях очень «хрупких» и легко «ранимых» аридных экосистем, широко распространены в этом регионе.

Несмотря на актуальность, важность рассматриваемой проблемы для планирования дальнейшего развития хозяйственного комплекса региона до настоящего времени мало изучено развитие на ее территории процессов опустынивания, отсутствует карта современного агроэкологического состояния земельных ресурсов и, приспособленная к местным условиям, методика ее составления, не выявлены с достаточной достоверностью конкретные причины деградации земель, не разработан прогноз их развития на ближайшие десятилетия и не определены научно-обоснованные меры по предотвращению дальнейшего развития негативных процессов, по охране и рациональному использованию природных ресурсов.

Цель работы

Цель настоящей работы - изучение на основе новых методологических подходов современного состояния почвенных ресурсов региона Кизлярских пастбищ; выяснение региональных причин развития опустынивания, что позволяет разрабатывать более эффективные приемы сельскохозяйственного использования почв, направленные как на повышение их биопродуктивности, так и на улучшение экологической обстановки.

Задачи исследования

1. Апробирование и корректировка для местных условий методики оценки и картографирования процессов опустынивания

2. Составление карт почвенного покрова, гранулометрического состава, развития эрозии, засоления, техногенной нагрузки, агроэкологического состояния, опустынивания на территории Кизлярских пастбищ в м-бе 1:200000

3. Установление и оценка факторов и процессов антропогенного и естественного опустынивания земель изучаемого региона

4. Проведение анализа и оценки современного состояния опустынивания земель и прогноза развития процесса с целью разработки рекомендаций по повышению биопродуктивности угодий и улучшению экологической обстановки

5. Разработка принципов оценки опустынивания на основе энергетических подходов и с учетом структурных взаимосвязей в почве; разработка концептуальной схемы опустынивания для изучаемого региона

Защищаемые положения

Предлагается комплексная оценка опустынивания почв с учетом естественных факторов почвообразования, антропогенных факторов, свойств, процессов и режимов почв, характеризующихся трансформацией, миграцией и аккумуляцией вещества, энергии и информации.

Доказывается, что одним из важных факторов почвообразования и опустынивания является уровень грунтовых вод и их состав.

Предлагается оценка опустынивания почв с использованием уравнений множественной регрессии, описывающих зависимость частных показателей опустынивания и интегральной оценки процесса от частных и интегральных факторов опустынивания с учетом веса их влияния на деградацию почвенно-растительного покрова.

Научная новизна

Проведено обобщение данных по агроэкологическому состоянию земель Кизлярских пастбищ - крупного региона, имеющего большое народнохозяйственное значение для Дагестана и большое экологическое значение для региона Северного Кавказа.

Выяснены провинциальные особенности почв региона Кизлярских пастбищ, уточнены стадии эволюции рельефа, почв, растительности.

Показано, что прогрессивное развитие почв и их деградация определяются трансформацией, миграцией и аккумуляцией вещества, энергии и информации. Показано, что деградация (опустынивание) почв является функцией интегральных показателей климата, рельефа, состояния почв, земель, растительного покрова, литологических условий, уровня грунтовых вод и их состава, хозяйственной деятельности.

Предложены уравнения множественной регрессии для описания рассматриваемых зависимостей с учетом веса влияния независимых переменных на сводный и частные показатели опустынивания, степени отличия их от оптимума, эффектов синергизма и антагонизма.

Показано, что опустынивание в изучаемом регионе зависит дополнительно от возникновения экстремальных погодных условий в критические фазы развития, определяющих фитоценоз растений и эволюцию почв; от степени контрастности в структуре почвенного покрова, от понижения уровня грунтовых вод в связи с отбором воды для народнохозяйственных нужд, от избыточной доли пашни; от подтопления территорий и их засоления в связи со сбросом вод в депрессии, от избыточного количества грунтовых дорог; от очень большой пастбищной нагрузки, от уменьшения устойчивости почв к опустыниванию при смене гидроморфных условий на аридные.

Разработаны критерии деградации почв (опустынивания) для региона Кизлярских пастбищ.

Практическая значимость

Составленные карты и картосхемы состояния почвенного покрова региона Кизлярских пастбищ являются основой для агроэкологической оценки почв исследуемой территории и разработки мероприятий по повышению ее биопродуктивности и предотвращения опустынивания.

Выявлены и оконтурены участки, нуждающиеся в разной очередности и интенсивности мелиоративного воздействия для предотвращения опустынивания.

Выпущенные «Методические рекомендации по оценке и картографированию опустынивания земельных ресурсов» используются в научно-производственных организациях Дагестана. Разработанные новые методические подходы к оценке опустынивания внедряются в проектных и научно-исследовательских организациях Дагестана при прогнозе развития опустынивания региона.

кизлярский пастбище опустынивание сельскохозяйственный

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на Международной конференции почвоведов (Астрахань, 1994), на республиканской научно-практической конференции (Махачкала, 1997), на Международной конференции «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997), на Всероссийской конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения» (Москва, 1998), на Международной конференции, посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН (Махачкала, 1999), на IV ассамблее университетов Прикаспийских государств (1999), на Всероссийской конференции, посвященной 25-летию ПНБР ДНЦ РАН (Махачкала, 1999), на Всероссийской конференции, посвященной 25-летию Прикаспийского института биологических ресурсов ДНЦ РАН (Махачкала, 1999), на III съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), на Республиканской научно-практической конференции «Проблемы сохранения, рационального использования и воспроизводства природно-ресурсного потенциала республики Дагестан» (Махачкала, 2001), на 16 научно-практической конференции по охране природы Дагестана (Махачкала, 2001), на научно-практической конференции, посвященной 70-летию ВНИИАЛМИ (Волгоград, 2001), на IV международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий; проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов» (Владикавказ, 2001), на Всероссийской научной конференции «Биологическое и почвенное разнообразие аридных экосистем южных регионов России» (Махачкала, 2001), на Международной научно-практической конференции «Проблемы социально-экологического развития аридных территорий России» (2001), на Межрегиональной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 70-летию образования Дагсельхоз академии (Махачкала, 2002), на 2-ой международной научной конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» (Ставрополь, 2002), на 2-ой региональной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс юга России» (Майкоп, 2002), на IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов «Наука 21 веку» (Майкоп, 2003), на III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира» (Майкоп, 2003), на Всероссийской конференции «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (МГУ, ф-т почвоведения, 2003), на 17-ой научно-практической конференции по охране природы Дагестана (Махачкала, 2003), на научно-практической конференции «Горные регионы России» (Махачкала, 2003), на съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), на международной конференции «Системные исследования современного состояния и пути развития юга России» (Азов, 2006), на Всероссийской научно-практической конференции «Научно-практические аспекты дальнейшего развития и интенсификации виноградно-винодельческой отрасли в связи с вступлении России в ЕО и ВТО» (Махачкала, 2006), на Межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 75-летию факультета агротехнологии и товароведения ФГОУ ВПО «Дагестанская Гос. с/х академия (Махачкала, 2007), на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Геологические проблемы Северного Кавказа» (Махачкала, 2008), на 5-ом съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В.Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008)

Автор выражает глубокую благодарность за советы и ценные замечания в процессе выполнения работы академику Добровольскому Г.В., профессорам Федорову К.Н., Стасюк Н.В., Молчанову Э.Н., Савичу В.И., Можаровой Н.В., а также соавторам отдельных работ: Усманову Р.З., Мирзоеву Э.Р., Баламирзоеву М.А., Белолипскому В.А., Залимбекову З.Г. Автор благодарит за помощь в выполнении картографических работ Биагржанову А.Б.

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 37 работ за период с1976 по 2009 г.г., в том числе 4 монографии, 11 работ в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация содержит 26 глав, 319 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 67 таблиц и приложение

Объекты исследования

В качестве объектов исследования, выбраны почвы Кизлярских пастбищ Дагестана, представленные светло-каштановыми, бурыми полупустынными почвами, солонцами и солончаками, а также лугово-каштановыми почвами этой территории.

В работе представлена составленная при нашем участии почвенная карта Кизлярских пастбищ.

В работе приведена статистическая обработка выполненных нами анализов свойств почв, представлены средние арифметические показатели (m) по агрохимическим, физико-химическим, водно-физическим свойствам почв, степени их засоления.

По полученным данным, в верхнем слое светло-каштановых почв отмечается значительное снижение илистой фракции, фракции мелкой пыли и увеличение фракции 0,25-0,05, что связано с развитием ветровой эрозии. Это соответствует и уменьшению потери при прокаливании. У лугово-каштановых почв такой закономерности не отмечается.

По данным водной вытяжки светло-каштановых почв содержание плотного остатка в верхнем горизонте составляет 0,06±0,02%, в слое 60-100 см - 0,39±0,31%. Содержание НСО3 в верхнем слое составляет 0,62±0,06 мг-экв/100 г; С1-- 0,15±0,03; SO42-- 0,24±0,24, увеличиваясь к глубине 60-100 см соответственно до 0,41±0,20; 2,29±1,65; 2,67±2,51 мг-экв/100 г почв.

Большое значение для прогноза опустынивания имеют водно-физические свойства почв, которые свидетельствуют о высокой плотности почв (до 1,6 г/см3) уже на глубине 5 см, низкой пористости (до 40%). При этом порозность аэрации достигала в отдельных случаях очень низких величин (до 5%) при оптимуме в 20%, что также способствует опустыниванию.

Светло-каштановые почвы отличаются от лугово-каштановых значительной плотностью горизонтов (особенно слоя 5-20 см), большей влажностью завядания и меньшей влажностью в полевых условиях. Обращает на себя внимание большая плотность слоя 5-20 см светло-каштановых почв, по сравнению со слоем 0-5 см, очень низкая в нем аэрация.

Для развития опустынивания важно изменение свойств почв по профилю. В обобщенном виде это для изучаемых стационарных площадок иллюстрируют данные следующей таблицы.

Таблица 1 - Связь почвенных показателей, обусловливающих опустынивание светло-каштановых почв

Горизонт	Гумус, %	Илистая фракция, %	мг/100 г	ОВ, г/см3	Н2О
			N	P2O5	K2О	E, мг-экв/100г		1	2
А 0-15 В1 15-30	0,89±0,11 0,42±0,06	6,9±4,6 13,3±4,2	4,3±0,3 3,7±0,7	1,7±0,4 0,6±0,3	57,7±18,9 42,0±2,5	10,6±1,2 13,0±0,8	1,2 1,5±0,1	7,7 10,1±0,6	11,1 29,7

*) 1 - влажность завядания, в %; 2 - влажность в % от ПВ в полевых условиях

Как видно из представленных данных, в горизонте В, по сравнению с горизонтом А1, меньше гумуса, илистой фракции, подвижных форм азота, фосфора и калия, меньше емкость поглощения почв, больше плотность почв, влажность завядания и влажность в полевых условиях.

Методика исследования

При выполнении работы проведены полевые и лабораторные исследования, поставлены модельные опыт, выполнена статистическая обработка данных почвенно-агрохимического обследования района Кизлярских пастбищ по данным агрохимической службы Дагестана. В полевых условиях проведено описание типичных разрезов основных типов почв Кизлярских пастбищ, отобраны образцы, проведено визуально-экспертное определение степени деградации и опустынивания почв. Отбор образцов для углубленного исследования проведен в 1976 году и в 2008 году.

В лабораторных условиях определены групповой и фракционный состав гумуса, агрохимические, физико-химические, физические и водно-физические свойства почв, состав водной вытяжки, в соответствии с методиками, рекомендованными для изучаемого региона (Воробьева Л.А., Минеев В.Г., 2001).

При проведении углубленных исследований на светло-каштановых почвах дополнительно сняты инфракрасные спектры, дериватограммы, оценена теплота смачивания почв, определен состав первичных минералов, микробиологическая активность почв, с использованием прибора «Gretag Macbeth Eye One Photo» определена цветовая гамма почв методом компьютерной диагностики в системах Lab, RGB, CMIK.

Изучены агрохимические и физико-химические свойства солонцов в разных слоях столбчатых структурных отдельностей. Оценка опустынивания на основе термодинамических подходов проведена на основании работ Волобуева В.Р. (1959), Володина В.М. (2000), Герайзаде А.П. (1988), Савича В.И. (2007).

В работе проведена статистическая обработка материалов предыдущих исследователей Садыкбаева Т.Н. (1990), Гасановой З.У. (1996), Гуруева М.А. (1994). Для оценки динамики развития опустынивания оценен и математически описан тренд изменения в течение 20-40 лет климата, уровня грунтовых вод, растительности, антропогенного воздействия, состояния почвенного покрова, развития эрозии.

Для оценки свойств почв разной степени деградации и опустынивания проведена статистическая оценка данных почвенно-агрохимического обследования за период 1970-2005 г.г. разрезов почв разной степени деградации и опустынивания.

Вычислены коэффициенты варьирования, показатели асимметрии и эксцесса для оценки варьирования почв в пространстве (Дмитриев Е.А., 1995), коэффициенты парных корреляций по 15 формам математической зависимости по программе кафедры статистики РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева, вычислены уравнения множественной регрессии взаимосвязей свойств почв, степени их опустынивания и климатических условий.

В камеральных условиях с использованием космических и аэрофотоснимков установлены дешифровочные признаки состояния почв, степени их деградации и опустынивания, что позволило составить карты-схемы атрибутивных свойств почв для сопоставления их с использованием ГИС технологий для оценки и прогноза опустынивания.

Все данные обработаны методами вариационной статистики. Принятый уровень вероятности Р=0,95. В исследованиях применены программы Statictica-6, Mapinfo, программное обеспечение Eye-One Share Profile Maher 5,,0, а также Photoshop, 7.

Содержание работы

Естественные и антропогенные факторы почвообразования, как фактор опустынивания

Согласно заключению экспертов Всемирного банка (1988), опустынивание - это процесс устойчивой деградации земель в аридных, семиаридных и засушливых гумидных областях, вызываемый, по крайней мере, частично человеком. Это процесс снижает потенциал продуктивности до такой степени, когда он не может быть восстановлен путем ликвидации причины, а также не может быть легко перестоен без дополнительных инвестиций (Гунин П.Д., Панкова Е.И., 2004).

По данным ЮНЕП (1989), из 49 выявленных причин опустынивания 87% приходится на нерациональное использование человеком воды, земли, растительности, полезных ископаемых и только 13% относится к природным процессам.

В конечном итоге, опустынивание обусловлено совокупностью процессов деградации почв. Опустынивание развивается под влиянием совокупного действия нескольких причин или внешних факторов (поступления вещества, энергии и информации в почву, их трансформации) и факторов, обусловливающих их перемещение, миграцию и аккумуляцию. В то же время, интенсивность опустынивания определяется и внутренними факторами - свойствами породы, ее минералогическим, химическим, гранулометрическим составом, микробиологической активностью, свойствами, процессами и режимами ранее сформировавшихся почв.

При действии факторов деградации на развитие опустынивания важна интенсивность воздействия, продолжительность воздействия, мощность воздействия, закономерное изменение во времени и в пространстве, совпадение по времени действие отдельных факторов и условий деградации (например, высоких температур, недостатка влаги, ветров со скоростью более 11 м/сек, суховеев, фазы слабого развития растений, недостатка в почве элементов питания или избытка токсикантов, например, солей, понижения уровня грунтовых вод и т.д.).

Опустынивание, как деградация почв, сопровождается уменьшением разнообразия в растительном покрове, почвенных горизонтов, гранулометрических фракций, сорбционных центров и экологических ниш, фракционного состава соединений ионов в почве, в конечном итоге, уменьшением разнообразия в структуре почвенного покрова, уменьшением числа степеней свободы использования почв и отдельных технологий.

В работе установлено, что смена гидроморфных условий на аридные (что наблюдается в исследуемом регионе) приводит к резкому обострению деградации почв и, в том числе, потере гумуса.

Опустынивание обусловлено природными и антропогенными факторами. При этом природные факторы влияют на интенсивность действия процессов, вызванных хозяйственной деятельностью человека, а антропогенные факторы деградации вызывают усиление действия природных факторов опустынивания.

По полученным данным, развитие опустынивания усиливается при неравномерном изменении обеспеченности почв элементами питания в пространстве, что характеризуется величинами коэффициента варьирования, показателей асимметрии и эксцесса. В этом случае при удовлетворительной обеспеченности почв элементами питания по среднеарифметическим показателям в отдельных локальных участках может быть их резкий недостаток. Это приводит и к локальному возникновению очагов опустынивания.

Окультуривание почв и повышение интенсификации сельскохозяйственного производства для увеличения урожайности приводит к переводу почвы на новое энергетическое состояние, которое стабильно только при постоянном аналогичном поступлении вещества и энергии извне. Прекращение или резкое уменьшение принятого уровня внешнего воздействия на почву приводит к усилению процессов деградации почв и, в том числе, к опустыниванию. Это отмечается и для рассматриваемого региона.

По полученным данным, неблагоприятные для развития дернового процесса свойства, процессы и режимы почв являются, как фактором опустынивания, так и его следствием.

Существует многопричинность развития опустынивания. Между факторами развития опустынивания существуют эффекты взаимодействия по типу синергизма и антагонизма, протекционизма. При этом возможно усиление или ослабление действия самого фактора и увеличение или уменьшение восприимчивости объекта к действию фактора.

Разные почвы обладают неодинаковой устойчивостью к опустыниванию, развитие опустынивания протекает в несколько стадий и должно рассматриваться на разном иерархическом уровне, между деградацией отдельных компонентов экологических систем существуют взаимодействия, и деградация одного из компонентов уменьшает устойчивость к деградации других компонентов.

В аридном климате (для исследуемой территории), с нашей точки зрения, целесообразно выделять следующие причины опустынивания: 1) сухость климата, оцениваемая соотношением осадков к испаряемости; 2) засухи в отдельные годы; 3) засухи в критические фазы развития растений, периоды которых отличаются для разных почв и отдельных культур; 4) ветровую эрозию почв, отмечаемую на почвах легкого гранулометрического состава при большой скорости ветра (более 11 м/сек), недостатке влаги, высокой температуре; 5) высокую пастбищную нагрузку при дигрессии почв, обусловленную несбалансированным выпасом скота (отличающуюся для разных типов почв, условий по рельефу, климату, времени вегетационного периода, для определенных ассоциаций растительного покрова; при этом изменение допустимых норм нагрузки на пастбища будет отличаться в зависимости от степени загрязнения, засоления, удобренности почв); 6) избыточную распашку исследуемой территории и сопредельных территорий, сопровождающуюся изменением микроклимата, переносом солей и продуктов мелкозема в результате интенсификации ветровой эрозии; 7) опускание уровня грунтовых вод; 8) недостаток элементов питания, слабое развитие растительности и дернового процесса почвообразования; 9) загрязнение почв различными поллютантами, приводящее к ухудшению напочвенного покрова; 10) неблагоприятные для развития растений водно-физические, физико-химические, биологические и другие свойства почв; 11) уменьшение величины гравитационного поля в связи с залежами нефти и газа, специфической литологией территории; 12) привнос на поверхность почв солей, как воздушных мигрантов из сопредельных территорий; 13) поднятие уровня засоленных грунтовых вод и, как следствие, низкое проективное покрытие травостоем; 14) низкую напряженность магнитного поля, как причина более интенсивного воздействия на поверхность космического излучения, угнетения растений; 15) смену состава растительных ассоциаций, как следствие указанных причин, приводящую к меньшему развитию дернового процесса почвообразования; 16) увеличение степени континентальности климата, диапазона между высокими и низкими температурами, приводящее к уменьшению пула ферментов, микроорганизмов, изменению условий гумусообразования; 17) в критические фазы развития растений возможны и вспышки численности вредителей, мышей, развития заболеваний, что также является причиной проявления экстремальных, гибельных условий в «ненужное» время, в «ненужном» месте и причиной развития опустынивания; 18) к опустыниванию приводит и излишнее развитие отдельных грызунов (например, степной пеструшки), что сопровождается как изреживанием травостоя, так и появлением в нем менее устойчивых к опустыниванию видов (Формов А.Н., Воронов А.Г., 1935).

Для оценки наличия опустынивания и степени развития этого процесса в данный момент достаточно проведения анализа современного экологического состояния биогеоценозов и агрофитоценозов. Однако, для прогноза развития опустынивания на перспективу необходимо изучение динамики действия на систему как факторов опустынивания, так и исследование динамики изменения свойств почв.

В работе оценен тренд изменения климатических условий региона, параметров, определяющих аридизацию территории, тренд изменения уровня Каспийского моря и уровня грунтовых вод, охарактеризовано изменение рельефа во времени, подтверждена эволюция растительного покрова и почв, математически описан тренд изменения за период 1970-2006 г.г. обеспеченности почв фосфатами, калием и степени гумусированности, оценено изменение во времени степени техногенной нагрузки, эрозии, засоления, осолонцевания, структуры почвенного покрова.

Процесс опустынивания протекает в несколько стадий, и на каждой стадии мы имеем дело практически с другой почвой. В первом приближении, процесс деградации описывается экспоненциальной зависимостью, как от интенсивности внешнего воздействия (Х), так и от продолжительности воздействия: У = Уk(X)n, где n - показатель степени при описании процесса степенной функцией: lgУ = lgk + n1lgX1 + n2lgX2 и т.д.

Сначала возникают очаги опустынивания, которые устранить достаточно легко. Однако, затем протекание процесса многократно усиливается до достижения определенной стадии деградации почв, находящейся в равновесии с внешними условиями.

В соответствии с законом максимизации энергии и информации, опустынивание сопровождается менее эффективным их использованием и меньшим накоплением. В соответствии с законом баланса консерватизма и изменчивости, опустынивание сопровождается увеличением степени линейности связей, уменьшением адекватности ответных реакций почв и биоты на внешние воздействия, преобладанием внешних, а не внутренних факторов развития. В соответствии с законом согласования строения и ритмики (функций) частей (подсистем), опустынивание приводит к нарушению такого согласования в системе почва-растение.

В целом, следует отметить, что нарушение общих законов эволюции характеризует деградацию системы. Это последовательно идентифицируется по уменьшению адекватности и скорости ответа системы на внешние воздействия, уменьшение КПД использования системой вещества, энергии и информации, по изменению вещественного состава, а затем по нарушению процессов саморегулирования и саморазвития системы.

Таким образом, опустынивание связано с неблагоприятным изменением климата (микроклимата), рельефа, уровня грунтовых вод и их засоленности, растительности, почв, с антропогенным воздействием. Все эти изменения взаимосвязаны, и деградация одного компонента экологической системы вызывает деградацию других компонентов.

Усиление степени аридности климатических условий, как фактор опустынивания почв

Развитие опустынивания в значительной степени определяется усилением степени аридизации климата и в последние годы степенью разбалансированности погодных условий: появление экстремально низких и высоких значений влажности, температуры в отдельные дни при общем почти равновесном состоянии климата за год. При этом большое влияние на опустынивание оказывает и ветровой режим Кизлярских пастбищ. Общее количество за год дней со штилем не превышает 8. С 1911 по 1990 г.г. увеличилась сухость климата, но особенно ярко проявляется увеличение отношения максимальной температуры к минимальному количеству осадков.

С нашей точки зрения, для оценки влияния климатических факторов на опустынивание важно учитывать не только степень аридизации за год, а в отдельные критические для растений периоды (апрель, май, июнь, июль). Если в этот период растения погибают, то и при наступлении в дальнейшем оптимальных условий восстановления растительного покрова в прежнем составе мало вероятно. В проведенных исследованиях оценен тренд изменения климатических показателей за период 1881-1903 г.г.

В то же время, развитие опустынивания определяется устойчивостью к этому процессу пород, растительных ассоциаций, рельефа, уровня грунтовых вод, почв. При деградации, с точки зрения влияния на развитие дернового процесса, одного из показателей устойчивость других к опустыниванию также уменьшается.

При оценке влияния климатических факторов на опустынивание дополнительно к показателям аридизации климата, вероятности засух целесообразно учитывать наличие совпадений во времени экстремальных для растений климатических показателей (абсолютных величин, соотношения, градиента изменения во времени) с критическими для этих изменений фазами развития растений.

Климатические показатели района Кизлярских пастбищ являются фактором опустынивания, независимо от уровня дигрессии, засоления и солонцеватости.

Интегральный показатель опустынивания почв (Оп) является функцией интегральных показателей климата, рельефа, состояния почв, растительности, засоленности пород и грунтовых вод, уровня грунтовых вод, уровня интенсификации производства, степени оптимальности систем земледелия, хозяйствования. Величина Xi выражается в долях от оптимума, не вызывающего опустынивание (от 0 до 1).

Литологические, геоморфологические и гидрологические особенности территории, как фактор опустынивания почв

Чрезвычайно активный ветровой режим, сильные ветры восточных румбов (СВ, В, ЮВ) оказывают глубокое рельефообразующее воздействие, отчетливо фиксируемое на аэрофотокосмических материалах и при непосредственных визуальных полевых наблюдениях.

Проведенные исследования показали, что во фракции 0,1-0,05 мм для всех почвообразующих пород и почв характерно повышенное содержание в легкой фракции полевых шпатов (до 20-30%), постоянное преобладание в тяжелых фракциях амфиболов (до 60%) и пироксенов (до 20%), очень значительные количества карбонатного детрита наземных и водных моллюсков карбонатного (арагонитового) состава.

В илистой фракции светло-каштановых и лугово-каштановых почв в порядке убывания процентного содержания присутствуют гидрослюда, хлорит, бейдеилит, монтмориллонит и кварц. Отмечается, что в почвообразующих породах светло-каштановых почв количественное отношение биотит/мусковит близко к единице. В верхних горизонтах это отношение чаще меньше единицы.

В значительной степени опустынивание обусловлено засолением пород, что подтверждено вычисленными уравнениями множественной регрессии.

С нашей точки зрения, одной из причин опустынивания может быть и локальное уменьшение величины гравитационного поля, связанное с отбором грунтовых вод, наличием и эксплуатацией нефтегазовых месторождений, с добычей полезных ископаемых.

Территория Кизлярских пастбищ расположена в пределах Терско-Кумской полупустыни, частично Терско-Сулакской низменности, на приморской равнине и в дельте реки Терек. В геоморфологическом отношении эта территория представляет собой слабоволнистую аллювиально-аккумулятивную равнину, более 95% которой находится ниже уровня Мирового океана. Формирование рельефа на поверхности этой низменности происходит под действием неоднократных трансгрессий и регрессий Каспийского моря.

Нами в соавторстве составлена карта-схема геоморфологического районирования Кизлярских пастбищ.

Развитие опустынивания в значительной степени связано с эволюцией гидрографической сети региона, уровня грунтовых вод и их состава. В настоящее время резко возросла протяженность искусственной гидрографической сети оросительных каналов. Если в 1914-1923 г.г. орошалось 65 тыс.га, то в 1975 году - 650 тыс.га, а в настоящее время значительно больше.

С одной стороны, орошение приводит к отбору грунтовых вод и понижению их уровня, что способствует опустыниванию. С другой стороны, сброс вод в депрессии приводит к увеличению степени гидроморфизма ряда участков и подъему к поверхности засоленных вод, что также приводит к опустыниванию почв.

В зависимости от сочетаний источников питания, литологических условий и рельефа на территории Кизлярских пастбищ складывается тот или иной режим грунтовых вод, формируется их уровень, минерализация и химизм.

В 30-е годы выделялось несколько районов (Банасевич, Зонн и др., 1932; Белый, 1932) с различным залеганием грунтовых вод. Наиболее глубоким залеганием (глубже 3,0м) отличались районы древней Курутерской и Суллу-Чубутлинской гидрографических систем. Районы плавнево-болотные (плавни Таловки и Каргалинского прорыва) имели высокий уровень грунтовых вод (около 0,5 м). На остальной части территории в аллювиальном и приморском участках грунтовые воды залегались на глубине 1-1,5-2,0 м. Низкой минерализацией и гидрокарбонатным составом характеризовались грунтовые воды районов интенсивной гидроаккумулятивной деятельности рек (плавни). Наоборот, высокая минерализация грунтовых вод отмечалась в приморской и северной частях региона (40-50 г/л) с сульфатно-хлоридным и хлоридным составом. На остальной части территории минерализация грунтовых вод отличалась пестротой (4-40 г/л) с хлоридно-сульфатным и сульфатным химизмом.

В 50-е годы в связи с изменением распределения водного стока основных рек, осушением южной части региона и сокращением площадей плавней Терека, Таловки отмечалось понижение уровня грунтовых вод в этих районах, а также в приморской и северной части в связи с регрессией моря. С 1978 года в северной и юго-восточной частях, а с 1991 года в прибрежной полосе приморской зоны отмечается подъем уровня грунтовых вод и здесь характерен хлоридный и сульфатно-хлоридный химизм с минерализацией более 40 г/л (Стасюк, 2005).

Сопоставление составленных нами в соавторстве, с использованием ГИС технологий слоев карт развития эрозии, засоления, опустынивания и уровня грунтовых вод показало четкую зависимость развития опустынивания от уровня грунтовых вод и их изменения за последние годы.

Очевидно, уровень грунтовых вод для данной территории должен учитываться, как фактор почвообразования. Для условий Кизлярских пастбищ характерна смена периодов гидроморфизма и аридизации. Проведенными нами исследованиями установлено, что смена периодов гидроморфизма и аридности приводит к меньшей устойчивости почв к опустыниванию, чем находящихся постоянно в засушливых условиях.

Эволюция растительного покрова, как фактор и индикатор опустынивания почв

В значительной степени опустынивание почв связано с состоянием и эволюцией растительного покрова.

При рассмотрении действия факторов опустынивания на развитие растительности показано, что угнетение и гибель растений, приводящие к развитию опустынивания, происходят при сочетании экстремальных климатических условий, неустойчивых к опустыниванию почв (легкого гранулометрического состава, засоленных и солонцеватых), при глубоком залегании грунтовых вод, обеднении почв элементами питания и при их загрязнении, на повышениях и ветроударных склонах, при более интенсивном развитии дигрессии и нарушении растительного покрова при прокладке дорог и за счет техногенной деградации. Наиболее опасно проявление этих экстремальных условий в ранние фазы развития растений. При этом очаги опустынивания, возникающие в случае выпадения наименее устойчивых видов, в дальнейшем усиленно развиваются. Важным является несовпадение в динамике экологических требований растений и меняющихся во времени климатических условий и свойств почв.

Основной тенденцией эволюции экосистем Кизлярских пастбищ в ествественных условиях является аридизация и опустынивание, поэтому их растительный покров наряду с гидроморфным луговым типом представлен полупустынной и пустынной растительностью (Виноградов, Толчаин, 1932; Чиликина, Шифферс и др., 1962; Ярулина, 1983). Естественный процесс развития лугов идет по пути от долгопоемных плавнево-болотистых к средне- и кратковременным аллювиальным. Смена плавней болотистыми, приплавневыми, солончаковатыми остепневающими и опустыненными лугами переплетается с образованием лугово-солончаковых и солончаковых фитоценозов (пятнами), завершается сукцессионными рядами от солянково-полынной до злаково-полынной растительности, используемой в качестве отгонных пастбищ.

Эволюция растительного покрова Кизлярских пастбищ в условиях аридизации и опустынивания проходила в 3 стадии. В работе подтверждены и уточнены эти стадии эволюции.

В настоящее время, согласно геоботаническому районированию территории Дагестана (Гвоздецкий, 1963) Терско-Кумская низменность входит в полупустынную зону. Смена растительных ассоциаций обусловлена аридизацией климата, но одновременно и меньшее поступление при этом растительных остатков в почву приводит к уменьшению гумусированности, ухудшению структуры, уменьшению устойчивости почв к дефляции и опустыниванию.

В таблице 2 приведены ориентировочные данные по биопродуктивности отдельных растительных ассоциаций.

Таблица 2 - Биопродуктивность растительных ассоциаций Кизлярских пастбищ

Растительная ассоциация	Биопродуктивность, ц/га
пырейные, злаково-бескильницевые, солодково-свиноройные, тростниково-солянковые, злаково-петросимочневые травостои зерново-пырейные ассоциации тростниковые ассоциации бескильницевые луга - лето в осенне-зимне-весенний период	5,0 12,8 16,0 9,8 4,9

Проведенные расчеты подтвердили тесную зависимость опустынивания от состава растительных ассоциаций и биопродуктивности угодий, что подтверждено высокими значениями коэффициентов корреляции и вычисленными уравнениями регрессии.

По полученным данным, опустынивание связано с низким содержанием фитомассы, как на почвах, в большей степени подверженных опустыниванию, так и в отдельные месяцы вегетационного периода, когда наиболее вероятно развитие опустынивания. Так, на луговых почвах в июле месяце фитомасса разнотравья составила 3,9 ц/га, на светло-каштановых - 1,1 ц/га. На однолетне-солянковом комплексе, на нарушенных светло-каштановых почвах после нефтеразработок (через 12-15 лет) в апреле разнотравья не было, в июне фитомасса составила 2,6 ц/га, в сентябре - 2,3 ц/га. Фтомасса однолетних солянок составила соответственно по месяцам 4,0; 6,2 и 8,6 ц/га. При этом увеличивалось отношение надземной массы к подземной от 1:7 до 1:4.

Влияние антропогенных факторов на опустынивание

Антропогенное воздействие является одним из важных факторов развития опустынивания почв. Оно обусловлено избыточной распашкой территории, что увеличивает засоление, осолонцевание, податливость к дефляции, дефляцией почв, дигрессией почв, загрязнением почв.

За последние 70 лет на территории Кизлярских пастбищ изменилась структура землепользования, гидрологических условий, состав растительности с превалированием агроценозов и пустынных ценозов, площади основных сельскохозяйственных угодий и произошли значительные изменения в экологическом состоянии земель. Аридизация территории Кизлярских пастбищ усилилась в 1,5-2 раза, распаханность земель выросла почти в пять раз (от 30 до 145 тыс. га), а площади под пустынными и полупустынными фитоценозами стали равными гидроморфным лугам 30-х годов.

Среди антропогенных факторов опустынивания, с нашей точки зрения, для изучаемого региона следует выделить, в первую очередь, следующие: загрязнение почв, обеднение почв элементами питания, особенно фосфором, низкое плодородие почв, высокая степень дигрессии, высокая степень распашки и с/х использования соседних территорий, опускание уровня грунтовых вод в связи с отбором воды, поднятие уровня засоленных грунтовых вод в связи с поливом соседних территорий, с/х использование почв, приводящее к усилению процессов водной и ветровой эрозии, несбалансированное применение удобрений и мелиорантов, отсутствие или неправильная система севооборотов, несоответствующая аридным условиям система обработки; развитие болезней и вредителей растений.

Процессы опустынивания в значительной степени обусловлены деградацией почв, почвенного покрова и ландшафтов. Этот процесс характеризуется уменьшением свободной и внутренней энергии, увеличением энтропии, уменьшением надежности и долговечности выполнения почвами заданных экологических функций. Наблюдается уменьшение биопродуктивности систем, плодородия почв, уменьшения коэффициента полезного действия использования фотосинтетически активной радиации и антропогенно затраченной энергии, как на повышение урожая, так и на воспроизводство плодородия почв. Произошедшие изменения сопровождаются уменьшением адекватности ответных реакций системы на воздействие окружающей среды и антропогенный прессинг. В конечном итоге, это приводит к разбалансировке системы, а именно, к нарушению в ней естественных структурных взаимосвязей, к увеличению аддитивности ее компонентов. Наблюдающееся увеличение степени несоответствия системы внешним условиям соответствует увеличению разомкнутости петли гистерезиса изменения свойств почв от факторов внешней среды; уменьшению эластичности, надежности и долговечности системы. В практическом плане это приводит к нарушению саморегулирования и саморазвития системы.

При оценке уровня деградации почв установлено, что в процессе интенсивной деградации происходит увеличение инертности органической и минеральной части, уменьшение комплексообразующей, структурообразующей и биологической активности почв; снижается информационная трансформирующая функция инертного гумуса, быстрее развивается почвоутомление.

Дефляция, как фактор опустынивания почв

В значительной степени опустынивание связано с развитием ветровой эрозии. По полученным данным, в районе Кизлярских пастбищ, в связи с развитием дефляции произошло облегчение гранулометрического состава верхнего горизонта почв, ухудшение оструктуренности, что является, как следствием, так и причиной дальнейшего опустынивания. Уменьшилось разнообразие горизонтов и сорбционных центров в почвенном профиле, разнообразие фракционного состава соединений ионов, количество и разнообразие фракционного состава энергии.

На основании проведенных исследований предложены следующие градации оценки степени дефляции почв по уменьшению мощности гумусового горизонта в % от исходного: слабая дефляция - менее 25%, средняя - 25-50%, сильная - 50-75, очень сильная - более 75%. В соавторстве составлена карта-схема развития на территории эродированных почв.

Дигрессия, как фактор опустынивания почв

В значительной степени развитие опустынивания обусловлено превышением выпаса овец на 1 га от 2 до 5. Очевидно, дигрессия является функцией количества овец на 1 га, влажности почв, времени выпаса, растительной ассоциации, состояния растений, фазы развития растений, устойчивости почв.

В работе показана зависимость плотности почв от величины пастбищной нагрузки и свойств почв.

Взаимосвязь плотности и общей порозности светло-каштановых почв при разной пастбищной нагрузке выражалась уравнением:

У = 2,690У - 0,027z + 0,0017Х,

где У - плотность почв в г/см3, Х - пастбищная нагрузка овец на 1 га; Z - общая порозность в %

Антропогенное влияние на опустынивание обусловлено также отбором вод для орошения, прокладкой дорог, загрязнением среды при нефтедобычи. Нами в соавторстве составлена карта-схема техногенной нагрузки на почвы Кизлярских пастбищ.

Засоление и осолонцевание, как факторы опустынивния почв

Наличие засоленных грунтовых вод, засоленных пород и аэральный привнос солей с моря привело к значительному развитию в структуре почвенного покрова засоленных и солонцеватых почв. Уменьшение при этом биопродуктивности угодий, естественно, приводит и к опустыниванию почв.

Зависимость от характера сельскохозяйственного использования почв таких факторов, как засоление и эродированность, иллюстрируется таблицей.



Таблица 3 - Изменение степени засоления и эродированности почв в зависимости от характера их с/х использования

Степень деградации	Пашня	Многолетние насаждения	Сенокосы	Пастбища
засоление слабое и среднее сильное эродированность всего сильная	46,4 53,6 59,7 1,6	39,6 60,4 100 0	48,8 51,2 53,1 0	55,8 44,2 23,0 3,8

Как видно из представленных данных, сильное засоление в основном проявляется на многолетних насаждениях, в наименьшей степени - на пастбищах.

В работе, на основании проведенных нами исследований, приведена карта-схема развития на исследуемой территории засоленных почв.

Провинциальные особенности исследуемых почв и их устойчивость к

опустыниванию

Светло-каштановые почвы водно-аккумулятивных равнин Западного Прикаспия, включая Кизлярские пастбища, изучались Зонном С.В. (1932,1933), Акимцевым В.В.(1952, 1953, 1957), Залибековым З.Г. (1978, 1986, 1995), Першиной М.Н. (1974), Солдатовым А.С.(1955, 1956а, 1956б), Истоминой А.Г. (1959), Керимхановым С.У.(1976), Хостанцевым А.Г.(1964), Баламирзоевым М.А.(1986), Саидовым A.K. (1976, 1977, 1987, 2005, 2006, 2007), Молчановым Э.Н. (1990), Гасановой З.У. (1996), Котенко (1993), Добровольским Г.В и др. (1972, 1975, 1986, 1991), Стасюк Н.В. и др. (1984, 1988, 1989, 1991, 2000, 2005) и другими.

В результате проведенного крупномасштабного картирования с использованием комплексной диагностики почв, рельефа и пород было установлено, что светло-каштановые почвы аллювиальных и морских равнин Западного Прикаспия по экологическому состоянию, генезису и эволюции подразделяются на две самостоятельные почвенно-экологические группы - светло-каштановые почвы, прошедшие в своем развитии луговую стадию эволюции и не проходившие этой стадии. Первые в наших работах называются светло-каштановые реликтово-луговые или остаточно-луговые, вторые - исходно-автоморфные.

Исследуемые светло-каштановые почвы и структура почвенного покрова Кизлярских пастбищ имеют ряд региональных особенностей факторов почвообразования и свойств. Отличительной особенностью формирования этих почв является близость моря и аэральный привнос солей, смена в процессе эволюции почв стадии гидроморфизма на стадию аридизации, засоленность пород и грунтовых вод, изменение степени контрастности и сложности в структуре почвенного покрова при переходе из стадии гидроморфизма в стадию аридизации.

Фракционный состав гумуса светло-каштановых реликтово-луговых и лугово-каштановых почв не имеют принципиальных отличий от состава гумуса луговых почв. Это является одним из главных доказательств генетического родства этих почв, зональной общности их формирования и т.д. Содержание нерастворимого остатка в них значительно меньше и несколько уже соотношение Сгк/Сфк, чем в луговых почвах.

Приведенные материалы свидетельствуют о большей конденсированности, меньшей подвижности, большей общей структурообразующей способности гумуса палеогидроморфных автоморфных почв равнин аридной зоны, чем гумуса аналогичных с ними почв сопряженных территорий, не проходивших гидроморфной стадии эволюции.

Провинциальные особенности исследуемых почв обусловлены их генезисом. Согласно Добровольскому Г.В. с соавторами (1975), в приморском районе на глинистых и суглинистых отложениях авандельты, лиманов и култуков наблюдалась смена подводных на маршевые, затем болотные и лугово-болотные почвы и в дальнейшем переход последних в луговые, приморские солончаки, остаточные приморские солончаки, солонцы солончаки. На легких прибрежных морских отложениях наблюдалась эволюция из слаборазвитых маршевых почв в слаборазвитые луговые, а затем в лугово-светло-каштановые и в дальнейшем в светло-каштановые реликтово-гидроморфные почвы.

Для аллювиального района, согласно теоретическим представлениям авторов, наблюдалась несколько иная схема эволюции почв. Для глинистых и суглинистых отложений озер, болот и плавней подводные почвы сменялись болотными, затем лугово-болотными с дальнейшим переходом в луговые, луговые солончаки, солончаки остаточные, солонцы солончаки. Полученные нами данные крупномасштабного картирования подтвердили эти закономерности.

При этом уменьшилась влагоемкость почв, и в неблагоприятную сторону изменились водные свойства почв. Для легких аллювиальных отложений отмечалась эволюция из слаборазвитых луговых почв в луговые, затем в лугово-светло-каштановые и в дальнейшем в светло-каштановые реликтово-гидроморфные. Авторы отмечают для обоих районов переход из луговых в лугово-остепняющиеся и далее в светло-каштановые реликтово-гидроморфные почвы.

Обеднение почв элементами питания, с нашей точки зрения, является одной из причин опустынивания почв, т.к. приводит к меньшей биопродуктивности угодий, что сопровождается уменьшением содержания гумуса, более слабым развитием корневой и надземной массы и, в конечном итоге, к более интенсивному развитию эрозии и опустынивания. В литературе отмечается, что опустынивание сопровождается, в первую очередь, обеднением почв азотом.

В Дагестане на 1.01.2004 г., по данным агрохимической службы, содержание подвижного фосфора в пахотных угодьях в 32,5% - очень низкое, 12% - низкое. Для орошаемых почв эти показатели равны: 17,6% - очень низкое содержание; 18,3% - низкое. Содержание подвижного калия в пахотных почвах Дагестана 22.3% - очень низкое; 15,6% - низкое. В орошаемых пахотных почвах на 12,0% площади наблюдается очень низкое содержание калия; 9,3% - низкое. Содержание гумуса в пахотных почвах на 42,6% площади менее 2%.

В сенокосах на территории республики Дагестан по состоянию на 1.01.2004 г. содержание подвижного фосфора на 25,6% площади - очень низкое, 27,2% - низкое. Содержание подвижного калия на почвах сенокосов на 10,5% площади - очень низкое, на 16,2% площади - низкое.

Опустынивание развивается в основном на территории пастбищ. Содержание подвижного фосфора на 28,2% площади - очень низкое, на 26,4% - низкое. Содержание подвижного калия на почвах пастбищ Дагестана на 15,7% площади - очень низкое, на 18% - низкое.

Таким образом, почвы Дагестана в основном мало окультурены и плохо обеспечены подвижными фосфатами, т.е. недостаточно обеспечены N и Р2О5, что сдерживает развитие дернового процесса и усиливает податливость почв к опустыниванию. Это связано с тем, что фосфор в значительной степени определяет энергетический баланс в растениях, он ускоряет формирование корневой системы, способствует более экономному расходованию воды и засухоустойчивости (Шеуджен А.Х., 2003).

...