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

Устойчивость почв к опустыниванию уменьшается при неравномерном распределении в пространстве биофильных элементов, что характеризуется коэффициентом варьирования, показателями асимметрии и эксцесса. Нами, на основании данных Абасова М.М., Гасанова Г.Н., Абдурахманова Г.М., Баламирзоева М.А., Гасангаджиева А.Г. (2007), оценены эти показатели, как для районов и отдельных с/х угодий, так и, по нашим данным, для почв отдельного хозяйства. Так, степень варьирования низкого содержания гумуса за период 1970-2005 г.г. колебалось в районах в зависимости от с/х использования от 4,0 до 51,9%; показатели асимметрии - от 0,1 до ±0,8. Для низкого содержания фосфора эти величины соответственно составляли 6,5-19,6% и от 0,1 до -1,1.

По нашим данным, коэффициенты варьирования показателей в пределах стационарных площадок отличались для целины, пашни и богарной пашни, гумуса, содержания подвижных форм Р2О5, К2О, светло-каштановых, лугово-каштановых и луговых почв и достигали по гумусу в светло-каштановых почвах пашни 21%, подвижным формам Р2О5 - до 29%.

Тренд изменения во времени (1970-2005 г.г.) свойств почв оценивался для отдельных районов, по данным агрохимической службы Дагестана, для гумуса, подвижных форм фосфора и калия. Рассчитывалось изменение доли площадей с низким содержанием изучаемых показателей. Описание трендов проводилось с использованием линейной, параболической, показательной с линейным показателем степени, логарифмической, гиперболической зависимости. Оценка достоверности описания с использованием методов Хi-квадрат показала, что чаще более достоверно тренд изменения описывался параболической зависимостью.

При этом за последние 10-15 лет произошло значительное увеличение доли площадей с низким содержанием гумуса и низкой обеспеченностью фосфором, при уменьшении доли в период 1976-1986 г.г.

Специфической особенностью почвенного покрова изучаемого региона является большая контрастность в структуре почвенного покрова. Это способствует возникновению очагов опустынивания при дальнейшем увеличении их площади. Разные почвы в неодинаковой степени устойчивы к дефляции, дигрессии, опустыниванию и, в то же время, в определенной степени способствуют их развитию.

По полученным нами данным, свойства изучаемых светло-каштановых почв существенно отличаются от оптимальных значений. Верхний горизонт светло-каштановых почв в результате развития ветровой эрозии в значительной степени обеднен илистой фракцией. В свою очередь, легкий гранулометрический состав этих почв способствует развитию дефляции. Исследуемые светло-каштановые почвы обеднены азотом и фосфором. В горизонте В, по сравнению с горизонтом А2, меньше гумуса, илистой фракции, подвижных форм азота, фосфора и калия, меньше емкость поглощения почв, больше плотность почв, влажность завядания и влажность в полевых условиях.

Фосфор определяет устойчивость растений к засухе. В светло-каштановых почвах, по сравнению с лугово-каштановыми, меньше подвижных форм азота и фосфора.

Таблица 4 - Содержание подвижных форм азота, фосфора и калия в светло-каштановых и лугово-каштановых почвах

Горизонт	Светло-каштановые почвы	Лугово-каштановые почвы
	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O
0-15 15-30	42,8±3,0 36,9±6,9	1,7±0,4 0,6±0,3	57,7±18,9 42,0±8,5	49,0±1,4 43,4±7,1	4,6±2,2 1,3±0,9	95,0±45,4 55,0±5,1

*) N - легкогидролизуемый азот, мг/кг, по Тюрину; Р2О5 - мг/100 г, по Мачигину; К2О - мг/100 г, подвижные формы

Как видно из представленных данных, содержание азота и фосфора в почвах низкое. При этом содержание фосфора резко убывает с глубиной, что является одной из причин деградации почв.

Засоление почв также способствует опустыниванию. При этом увеличение интенсивности выпаса приводит к увеличению засоления почв.

Опустынивание сопровождается дегумификацией почв и уменьшением отношения Сгк/Сфк. Это подтверждается и инфракрасными спектрами почв

Таблица 5 - Засоление почв Терско-Кумской низменности в зависимости от интенсивности выпаса (для слоя 0-30 см), У солей в %,

Вариант	Светло-каштановая почва	Солонец-солончак	Солончак луговой
без выпаса 3 овцы/га 4 овцы/га	0,11±0,0 0,24±0,06 0,44±0,02	0,76±0,62 1,05±0,63 1,26±0,41	0,67±0,24 1,02±0,05 0,98±0,06

В соответствии с разработанными нами градациями, степень развития эрозии характеризуется следующими величинами: уменьшение содержания гумуса в % от исходной: фон (слабая степень эрозии - менее 10%, средняя - 10-25; сильная 25-50, очень сильная - более 50%. Степень опустынивания характеризуется следующими изменениями отношения Сгк/Сфк - для слабой степени опустынивания - более 1,0; средней - 1-0,7; сильной - 0,7-0,5; очень сильной - менее 0,5.

При усилении опустынивания заметно уменьшается количество фракции гумусовых кислот, связанных с кальцием (II фракция); и увеличивается количество гумусовых кислот, связанных с глиной и полуторными окислами (III фракция).

Опустынивание сопровождается и изменением основных морфологических признаков почв. В работе предложены морфологические критерии оценки экологического состояния почв в аридных областях.

Опустыниванию способствуют и неблагоприятные водные и водно-физические свойства почв. При этом легкий гранулометрический состав, малая гумусированность являются причиной малой влагоемкости почв, а засоление почв является причиной уменьшения доступности воды для растений. Это подтвердили и данные дериватографии почв, определения тепловых эффектов, взаимодействия почв с водой, определения кинетики испарения из почв воды. В летнее время из-за сильного иссушения почв наблюдается острый дефицит влаги для растений.

Энергетическая оценка опустынивания почв

Значительный интерес представляет оценка опустынивания на основе термодинамических подходов. Прогрессивное развитие почв сопровождается достижением при данной совокупности внутренних и внешних условий максимального значения негэнтропии и максимальной энергетической эффективности функционирования системы. Это соответствует достижению максимальной надежности и долговечности функционирования.

В почве, как в биокосной системе, проявляются основные законы экологии. Закон энергетической проводимости свидетельствует о том, что поток энергии, вещества и информации в системе должен быть сквозным. При этом длительность потоков может быть различной. Приложение данного закона к оценке опустынивания почв позволяет утверждать, что рассмотрение процессов опустынивания только по изменению вещественного состава почв, без учета потоков энергии и информации некорректно.

При термодинамической трактовке протекающих при опустынивании процессов большое значение имеют как абсолютные значения в органической и в минеральной части почв ДН, ДG, S, U (изменения энтальпии, свободной энергии Гиббса, энтропии, содержания внутренней энергии), так и изменения их по профилю почв, в процессах почвообразования, во времени.

Почвы являются биокосной системой, и поэтому для них характерны процессы, рассматриваемые как для неживых, так и для живых систем. Для минеральной части энтропия в изолированной системе может в результате самопроизвольно проходящих процессов возрастать или оставаться постоянной. Для биологических систем в процессе развития наблюдается уменьшение энтропии или увеличение негэнтропии (увеличение информации). Это характерно для микробиологической активности, животного мира, растительности.

В то же время, и в отдельных частях почвенной системы одновременно идут процессы как с возрастанием энтропии (распад органических продуктов, минералов, более крупных фракций гранулометрического состава), так и с уменьшением энтропии при коагуляции, образовании более энергоемких и сложных минералов, гумусовых соединений, иллювиальных горизонтов и т.д. С нашей точки зрения, при деградации почв в них в большей степени будут проявляться процессы, характерные для неживых систем.

Прогрессивное развитие почв сопровождается накоплением ДН, ДG, уменьшением ДS за счет притока вещества, энергии и информации из окружающей среды. Вычисление ДН, ДG, ДS по горизонтам почв позволяет оценить изменения этих процессов в ходе эволюции почв, что перспективно вычислять как по данным валового состава, так и по содержанию подвижных и водорастворимых форм элементов; для почвенного поглощающего комплекса, минералогического состояния и гумусового состояния почв. Деградация почв сопровождается потерей вещества за счет его миграции в водную и воздушную среды, с эрозией и с транспирацией воды из почв. При этом изменяются и термодинамические показатели состояния почвенной влаги. Большое значение имеет перераспределение ДН, ДG, ДS между горизонтами, в катене, в бассейне, в системе почва - растение - водная и воздушная среда.

В определенной степени тенденции эволюции почв могут быть оценены по термохимической характеристике валового состава почв.

Коринец В.В. (1992) приводит следующие показатели энергетического состояния каштановых и светло-каштановых почв. Затраты энергии на почвообразование в призме сечения 1 см2 кДж на 1 см2 в год 50280, а в полупустыне - 33520. Затраты энергии (кДж/см2 в год) в гумусе 0-20 см - 12151, а в полупустыне - 5028; в слое 0-100 см - 36034, а в полупустыне - 14246; запасы энергии в растительном веществе (кДж/см2 в год) - 6285; а в полупустыне - 2143 (Волобуев В.Р., 1959). Среднее количество энергии, поступающей с опадом, в зоне каштановых почв - 629-838 кДж/см2 в год, а в полупустыне - 126-210.

В работе проведен расчет термодинамических характеристик и запасов энергии в бурых, светло-каштановых и лугово-каштановых почвах, учитывая их гумусовое состояние, состав ППК, валовой состав.

Неблагоприятное при развитии опустынивания состояние энергетических балансов в системе почва-растение обусловлено меньшим КПД использования ФАР преобладающими растительными ассоциациями; меньшим поступлением энергии в почву с растительным опадом и корневой массой; меньшим накоплением энергии в гумусе и биоте почв, в минералогическом составе почв; меньшим накоплением энергии в верхнем слое за счет переноса ее из нижних горизонтов, в связи с меньшей интенсивностью дернового процесса почвообразования; потерей энергии верхнего слоя за счет ветровой эрозии и уменьшения содержания в верхнем слое гумуса и илистой фракции; увеличением энтропии почв и верхнего слоя за счет уменьшения энтальпии при потере структуры почв, уменьшении разнообразия видов, горизонтов, экологических ниш, развитии эрозии.

Информационная оценка опустынивания почв

С нашей точки зрения, одним из факторов опустынивания является неблагоприятное изменение структурных взаимосвязей между свойствами почв. Деградация почв и их опустынивание сопровождаются не только ухудшением агрономических показателей свойств почв, что приводит к меньшей биопродуктивности угодий, но также изменением в неблагоприятную сторону для растений и прогрессивного развития почв почвенных процессов и режимов.

В первом приближении, это может быть оценено по изменению структурных взаимосвязей между свойствами почв. Последние характеризуются коэффициентами корреляции и уравнениями множественной регрессии.

Важным показателем устойчивости почв к опустыниванию являются структурные взаимосвязи между свойствами почв. Примеры таких связей приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Корреляционная матрица взаимосвязей водно-физических свойств светло-каштановых почв

Показатели	Корреляция с факторами
	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	У
Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 У	1,00 0,13 0,12 0,25 0,44 -0,98	0,13 1,00 0,64 0,90 -0,81 -0,21	-0,12 0,64 1,00 0,25 -0,66 0,13	0,25 0,90 0,25 1.00 -0,64 -0,35	0,44 -0,81 -0,66 -0,64 1,00 -0,37	-0,98 -0,21 0,13 -0,35 -0,37 1,00



Как видно из представленных данных, плотность почв (У) прямо пропорционально связана с максимальной гигроскопичностью (Х3) и обратно пропорционально - с порозностью (Х1), наименьшей влагоемкостью (Х2), диапазоном активной влаги (Х4); порозностью аэрации (Х5), что соответствует теоретическим представлениям.

Важным показателем, определяющим устойчивость почв к опустыниванию, является диапазон активной влаги (Х5). Его величина прямо пропорционально зависит от Х1 (порозности) и обратно пропорционально - от остальных изучаемых водно-физических свойств почв.

R = 0,98997121; R2 = 0,98004301

Математическая связь активной влаги (У), гигроскопической влаги (Х1), полной влагоемкости, % (Х3),влажности завядания (Х2), коэффициента фильтрации (Х4) мм/мин. описывалась следующим уравнением:

У = 6,5 - 1,11Х1 + 0,21Х2 + 0,41Х3 - 0,03Х4, R = 0,77; F = 5,4

Для парных корреляций:

У = 18,93·10(-0.097/X1) R = -0,57

У = 19,07 - 98,37 + X2-2, R = 0,61

У = 6,505 - 0,4191X3, R = 0,77

У = 11,54 + 3,602/X4, R = 0,44

Взаимосвязь влажности завядания от свойств светло-каштановых почв Кизлярских пастбищ описывалась для квадратичной аппроксимации уравнением: У = 23,53 - 0,59Z - 0,49X - 0,002Z2 + 0,015ZX + 0,011X2 и для линейной аппроксимации: У = 15,35 - 0,41Z + 0,22X, где У - влажность завядания, Z - общая влагоемкость, %; X - содержание илистых частиц, %.

Информация о генезисе почв заключена и в кумулятивных кривых гранулометрического состава почв, которые характеризуют степень разнообразия гранулометрических фракций. Увеличение угла наклона кумулятивных кривых гранулометрического состава соответствует деградации почв. По полученным данным это больше проявляется для слоя 0-5 см, чем для слоя 25-35 см.

Деградация почв приводит к нарушениям естественных взаимосвязей в почвах. Потеря информации обусловлена уменьшением разнообразия растительности, микробного населения, горизонтов, сорбционных центров и экологических ниш почв, уменьшением разнообразия фракционного состава соединений ионов в почве, компонентов в структуре почвенного покрова.

Как указывалось ранее, смена гумидных условий на аридных приводит к меньшей устойчивости почв к аридизации. Так, эволюция солончаков в солонцы и дальнейшее развитие аридизации привели, по нашим данным, к уменьшению содержания в верхней и периферической частях столбчатых отдельностей ила, гумуса, емкости поглощения. Модельный опыт подтвердил меньшую устойчивость гумуса при предварительном компостировании почв в условиях избыточного увлажнения, а затем при иссушении.

На разных стадиях развития опустынивания оптимальны как свои модели плодородия почв, так и определенные значения ПДК и ПДУ.

Потеря разнообразия соответствует увеличению энтропии системы и идентифицируется по уменьшению разнообразия видов травянистых растений, разнообразию геохимических барьеров почвенных горизонтов, мезозон и экологических нищ, по степени разнообразия в гранулометрическом составе почв, минералогическом составе почв, структурном состоянии почв, что связано в значительной степени с выдуванием илистой фракции при развитии ветровой эрозии. Опустынивание сопровождается и уменьшением разнообразия фракционного состава соединений ионов в почве, уменьшением разнообразия почв в структуре почвенного покрова.

Неблагоприятное при развитии опустынивания состояние информационных взаимосвязей в системе почва-растение обусловлено: 1) проявлением интенсивной аридизации в наименее устойчивые к ним фазы развития доминирующих растительных видов и стадии развития почв, нарушением структурных взаимосвязей в почве и в системе почва-растение, по сравнению с моделями плодородия светло-каштановых почв (изменением отношения Сгк/Сфк; С/N, Ca/Mg; (Ca+Mg)/Na, отношения свойств в разных горизонтах, коэффициентов в уравнениях регрессии взаимосвязей свойств почв).

Нарушение структурных взаимосвязей усиливается при развитии сначала гидроморфизма, а затем опустынивания; при сочетании процессов дефляции, осолонцевания и засоления, при развитии пастбищной дигрессии и чрезмерных нормах выпаса овец, особенно в определенные фазы развития растений, в определенные стадии эволюции растительных ассоциаций и стадии эволюции почв.

Информационную оценку несут и закономерности связи почв (У) с факторами, его определяющими (бонитетом Х1), степенью эродированности (Х2), техногенными нагрузками (Х3), гранулометрическим составом (Х4), засоленностью (Х5), агрогруппами (Х6).

По полученным данным, для района Кизлярских пастбищ:

У = 1989,35/(48,28 + Х1), R = 0,30

У = 21,74 + 0,8X2, R = 0,59

У = 55,97 + 0,96Х3, R = 0,37

При вычислении связи доли техногенно нарушенных почв (У) со степенью засоления (Х1), содержанием физической глины (Х2), степенью гидроморфизма (Х3), содержанием гумуса (Х4) для хозяйства Ногайского района получены следующие зависимости:

У = 3,42/(0,81 + Х1), R = 0,38

У = 0,711 + 61487,14Х2-2, R = 0,58

У = 14,08 + 525,22Х3-2, R = 0,43

У = 83,15 + 482,52Х-2, R = 0,77

Процесс опустынивания является для данной территории естественным почвообразовательным процессом, обусловленным стремлением свойств почв, почвенных процессов и режимов к термодинамическому равновесию с окружающей средой (сочетания климатических, гидрологических и литологических условий). В то же время, интенсивность этого процесса многократно усиливается при неправильном сельскохозяйственном использовании почв.

В работе установлены зависимости опасности и интенсивности проявления опустынивания от свойств почв: опустынивание сопровождается дефляцией и потерей илистой фракции, гумуса, сужением отношения Сгк/Сфк, увеличением наклона кумулятивных кривых гранулометрического состава, ухудшением структуры, уменьшением содержания доступной влаги, увеличением засоления и осолонцевания, увеличением плотности почв, меньшим отличием горизонта А1 от породы, уменьшением проективного покрытия травостоем и изменением видового состава травостоя.

Подтверждены и уточнены этапы эволюции растительного покрова при опустынивании почв. Подтверждены и уточнены этапы эволюции почв и структуры почвенного покрова при опустынивании.

Концептуальная схема опустынивания почв

Учитывая полученные материалы, нами предложена концептуальная схема опустынивания почв изучаемого региона.

Концептуальная схема опустынивания почв Кизлярских пастбищ

Интегральные показатели

климат - УГВ - рельеф - растительность - породы - антропогенное - почвы

воздействиеv

УОп = К + АУkiXin, где под Хi понимаются следующие показателиv

климат - совокупность факторов, по Зоидзе, + проявление неблагоприятных факторов в критические фазы развития растений и эволюции почв

УГВ - понижение уровня грунтовых вод и опустынивание, в связи с отбором воды; повышение уровня грунтовых вод и засоление, в связи со сбросом воды в пониженные элементы рельефа и растворением солей пород

рельеф - образование мезо- и микрорельефа, в связи с развитием дефляции, орошения

растительность - смена ассоциаций и доминантных видов, уменьшение адаптационных возможностей, корневой массы, поступления растительных остатков в почву, уменьшение проективного покрытия и устойчивости почв к дефляции (возникновение дефляции, дегумификации, аридизации, обесструктуривания, потеря разнообразия видов и экологических ниш для биоты)

породы - содержание и состав солей, плотность, минералогический и гранулометрический состав, наличие биофильных элементов

антропогенное воздействие - % пашни, орошаемых участков, дигрессия, количество дорог, загрязнение водной и воздушной среды, нарушение при добыче полезных ископаемых

почвы - дегумификация, обесструктуривание, дефляция, аридизация, уменьшение емкости поглощения, упрощение структурных взаимосвязей, засоление, ослонцевание, уменьшение энергоемкости, уменьшение разнообразия,сорбционных центров, профиля, структуры почвенного покрова (сначала локальные изменения во времени и в пространстве)

В отличие от теоретических разработок других авторов, нами предлагаются следующие дополнения.

1. Учитывается доля влияния независимых переменных на опустынивание

2. Учитывается синергизм и антагонизм при взаимодействии факторов

3. Влияние факторов рассматривается на разном иерархическом уровне и вводятся интегральные показатели

4. Значения факторов оцениваются в долях от оптимума, не вызывающего опустынивания

5. Принимается экспоненциальный характер зависимости опустынивания от независимых переменных

6. Учитывается, что оптимум является относительным и зависит от других показателей Хi

7. Принимается, что сам процесс опустынивания также является интегральным показателем: У = f УkiУi, где ki - вес влияния отдельных показателей опустынивания на интегральный показатель опустынивания почв

8. При оценке опустынивания предлагается учитывать трансформацию, миграцию и аккумуляцию не только вещества, но также энергии и информации, надежность и долговечность выполнения почвой экологических функций, риск возникновения неблагоприятных процессов. Предлагается выделять риск экстремальных факторов почвообразования, в том числе погодных условий, загрязнения среды, возникновения экстремальных условий при правильном и неправильном с/х использовании (вероятность риска и убытки от чрезвычайных ситуаций)

9. Считается, что влияние антропогенных факторов достаточно велико не только по их влиянию на опустынивание, но и на факторы почвообразования: рельеф, растительность, микроклимат, УГВ

10. Выделяются прямые и обратные связи между независимыми переменными и показателями опустынивания

11. Математическое описание опустынивания почв позволяет найти пути регулирования независимых переменных при экстремальных условиях или постоянстве отдельных показателей Хi для достижения заданных величин У

Математическое описание опустынивания позволяет уточнить оптимумы для независимых переменных при постоянстве У и части Хi

Использование ГИС технологий для прогноза опустынивания почв и оценки взаимосвязей изменения свойств почв и факторов опустынивания

При оценке земель проводится сопоставление многих факторов, влияющих на изучаемый показатель. Это свойства почв, рельеф, почвообразующие породы, технологические свойства почв, конфигурация участка, удаленность территории от хозяйственных центров, уровень грунтовых вод, биопродуктивность угодий, степень деградации почв и степень их загрязнения, климатические условия, структура почвенного покрова.

Очевидно, что разные факторы влияют на опустынивание земель в неодинаковой степени. Необходимо составление уравнений множественной регрессии зависимости ценности земель от отдельных факторов, отображенных на слоях тематических карт, установление веса влияния отдельных факторов на ценность почв, что и выполнено в представленной работе.

Опустынивание обусловлено неблагоприятным для фитоценозов сочетанием климатических условий (УК); воздействия засоленных грунтовых вод (УТрЗС), низкого уровня грунтовых вод (УГВ), антропогенного воздействия (УА); хозяйственного использования (Хи)

Оп = f (УК)(УТрЗС)(УПз)(УГВ)-1(УА)(УХи)

Устойчивость к опустыниванию биогеоценоза зависит от устойчивости к этому процессу деградации почв, рельефа, растительных ассоциаций. Предлагается учитывать указанные независимые переменные на разном иерархическом уровне, учитывая вес влияния этих факторов на интегральный и частные показатели опустынивания и степень неблагоприятности этих показателей в долях (от 0 до 1) от оптимума.

В результате проведенных исследований составлены следующие атрибутивные карты почвенно-растительного покрова и факторов почвообразования района Кизлярских пастбищ: 1) почвенная карта; 2) карта современного агроэкологического состояния земель; 3) карта гранулометрического состава почв; 4) карта техногенной нагрузки на почвы; 5) карта эродированности земель; 6) карта бонитета почв; 7) карта засоленности почв; 8) карта агропроизводственной группировки почв.

Из литературных источников использованы следующие карты: 1) карта деградации с учетом оседания поверхности, техногенного загрязнения, деградации растительного покрова, снижения уровня грунтовых вод; 2) карта вероятности атмосферных засух; 3) карта риска почвенных засух; 4) карта вероятности лет с пыльными бурями.

При составлении карты-схемы опустынивания района Кизлярских пастбищ мы использовали указанные ранее атрибутивные карты и вышеуказанные градации. С учетом проведенных наложений слоев карт получена карта-схема развития опустынивания почв Кизлярских пастбищ на момент исследования.

Особенности оптимизации обстановки при развитии опустынивания в регионе Кизлярских пастбищ Дагестана

Правильный прогноз развития опустынивания под влиянием различных факторов позволяет найти более рациональные пути сельскохозяйственного использования земель. К путям оптимизации обстановки относится уменьшение доли распаханности территории, орошение, посев засухоустойчивых культур, борьба с вторичным засолением и осолонцеванием почв, регулирование выпаса скота и т.д. (в первую очередь, в очагах развития опустынивания локально и в отдельные критические временные периоды).

Для уменьшения опустынивания района Кизлярских пастбищ Дагестана, наряду с оптимизацией соотношения площадей и географического расположения орошаемых земель, пашни, пастбищ, сенокосов необходимо строгое ограниченное количество грунтовых дорог, пастбищной нагрузки, отбора вод для хозяйственных нужд, техногенного загрязнения.

Дополнительно к указанным мероприятиям рекомендуется: локальное улучшение пастбищных угодий в критические фазы развития растений и на наименее устойчивых к опустыниванию почвах: поверхностная подкормка культур азотом и фосфором, подсев засухоустойчивых, соле- и солонцеустойчивых трав, подкормка жидкими органическими удобрениями.

Хорошие результаты дает боронование и щелевание с подсевом смеси дикорастущих и культурно-растущих трав с целью получения ассоциации, близкой к естественной. Для аккумуляции влаги в конце лета проводят щелевание. Учеными Дагестана для региона Кизлярских пастбищ установлено положительное влияние на уменьшение развития опустынивания применения ускоренного залужения с посевом многолетних трав после основной обработки почвы без оборота пласта. На песчаных и супесчаных почвах вспашку проводят полосами поперек направления господствующих ветров. Рекомендуется высев трав пырея, житняка, волоснеца в конце лета и рано осенью, прутняка в конце октября и зимой до февраля; люцерны и донника рано весной.

Знание математических связей развития опустынивания от факторов, определяющих этот процесс, позволяет регулировать одни независимые переменные при постоянстве других



Выводы

1. На основании проведения полевых работ, лабораторных исследований, дешифрирования космических и аэрофотоснимков, статистической обработки материалов установлены причины опустынивания почв крупного региона, имеющего большое хозяйственное значение для республики Дагестан; выяснены провинциальные особенности почв и структуры почвенного покрова региона, определены показатели свойств почв, характеризующие разные стадии опустынивания, уточнены дешифровочные признаки аэрофотоснимков для характеристики опустынивания; предложены критерии опустынивания; составлены карты м-ба 1:200000 агроэкологической ситуации, развития опустынивания региона, оценена степень опустынивания территории и предложены мероприятия по оптимизации обстановки.

2. Установлены основные природные и антропогенные причины опустынивания.

2.1. Показано, что деградация почв возникает не в связи с неблагоприятными климатическими условиями или уровнем антропогенного воздействия за год, а в связи с совпадением неблагоприятных воздействий на почву и растительный покров с критическими фазами развития растений и стадий эволюции почв, наименее устойчивых к опустыниванию и аридизации.

Показано, что опустынивание развивается от локальных очагов распространения, возникающих при совпадении экстремальных аридных условий во времени и в пространстве с неустойчивыми к опустыниванию фазами развития доминирующих видов растений и почв в структуре почвенного покрова.

2.2. Установлено, что главной причиной резкого ухудшения экологической ситуации в исследуемом регионе является интенсивное антропогенное опустынивание, связанное с многократным превышением норм пастбищной нагрузки в критические периоды развития растительного покрова.

2.3. Показано, что неблагоприятные для растений агрохимические и физико-химические свойства исследуемых почв могут являться одной из причин опустынивания. Такое влияние может оказывать острый недостаток подвижных фосфатов.

2.4. Выяснены закономерности развития опустынивания территории от гранулометрического состава почв, структуры, гумусированности, емкости поглощения, влагоемкости, стадий эволюции растительных ассоциаций, засоленности, солонцеватости, рельефа, степени аридизации, ветрового режима.

Вычислены уравнения множественной регрессии, описывающие рассматриваемые взаимосвязи.

2.5. Предлагается алгоритм и математическое описание оценки изменений почв при опустынивании, учитывающий долю влияния отдельных независимых переменных на опустынивание, эффекты синергизма и антагонизма по влиянию независимых переменных на опустынивание, экспоненциальный характер зависимостей. При этом значения независимых переменных выражаются в долях от оптимума (от 0 до 1), не вызывающего опустынивания. Изменение свойств почв, характеризующее опустынивание, и независимые переменные, вызывающие опустынивание, рассматриваются на нескольких иерархических уровнях с введением интегральных показателей. При опустынивании изменяются как свойства почв, так и протекающие процессы и режимы.

3. Предлагается концептуальная схема опустынивания почв региона, учитывающая системы прямой и обратной связи, прямого и опосредованного влияния и взаимодействия.

Показано, что опустынивание соответствует уменьшению разнообразия в системе почва-растение, при его развитии проявляется принцип эмерджентности, уменьшение согласования строения и ритмики (функций) подсистем биогеоценоза. Для оценки опустынивания необходимо учитывать не только изменение вещественного состава почв, но также трансформацию, миграцию и аккумуляцию вещества, энергии и информации.

Опустынивание почв соответствует увеличению энтропии системы, потере разнообразия видов наземной растительности, биоты, экологических нищ в почве, уменьшению КПД использования системой вещества, энергии и информации; уменьшению надежности и долговечности выполнения почвой экологических функций, уменьшению внутренней энергии системы, упрощению и увеличению степени линейности взаимосвязей, уменьшению энтальпии системы, уменьшению степени адекватности ответных реакций системы на внешние воздействия, большая зависимость развития почв от внешних, а не от внутренних факторов.

4. Установлены провинциальные особенности свойств почв и структуры почвенного покрова в районах равнинного Дагестана. Показано, что почвенный покров вводно-аккумулятивных равнин Кизлярских пастбищ представляет собой чрезвычайно сложную динамичную во времени и в пространстве систему полигенных и полихронных почв. Характерной чертой почвенного покрова является разновозрастность почв, которая в основном вызвана трансгрессиями и дигрессиями Каспийского моря. Установлены особенности структуры почвенного покрова выделенных литолого-геоморфологических и геохимических районов.

Подтверждено, что почвенный покров исследуемого региона при относительно постоянном климате и стабильном уровне залегания грунтовых вод в своей эволюции проходит 3 последовательных дискретных стадии: 1) гидроморфное почвообразование - водно-аккумулятивный геоморфолитогенез; 2) солончаковое почвообразование - дефляционно-аккумулятивный геоморфолитогенез; 3) субаэральный эрозионно-аккумулятивный геоморфолитогенез, при интенсивном антропогенном воздействии в условиях аридизации и опустынивания, сочетающийся с дефляционно-аккумулятивным литогеоморфогенезом. В формировании ландшафтов лежит дискретная полицикличность сингенеза и сопряженной эволюции почв, рельефа и пород.

5. Установлены особенности изменения свойств исследуемых почв региона Кизлярских пастбищ при опустынивании. В исследуемых почвах опустынивание соответствовало уменьшению содержания органического вещества и сужению отношения Сгк/Сфк; уменьшению оструктуренности почв, увеличению дисперсности и плотности почв, уменьшению емкости поглощения почв, увеличению доли в минералогическом составе СаСО3 и простых солей, уменьшению влажности и увеличению прочности связи воды с почвой, увеличению доли в ППК магния по сравнению с кальцием и натрия по сравнению с кальцием и магнием; уменьшению видового разнообразия напочвенного покрова и степени покрытия почв травостоем, потере илистой фракции с дефляцией, упрощении строения почвенного профиля, уменьшению КПД использования растениями и почвой ФАР (фотосинтетически активной радиации).

6. Дана оценка масштабов деградации и опустынивания почвенного покрова Кизлярских пастбищ Дагестана с использованием новых подходов и критериев оценки, основанных на анализе временных изменений состава и структуры почвенного покрова, с использованием ГИС технологий.

7. Установлены особенности дешифрирования космических и аэрофотоснимков изучаемой территории: тон, цвет, насыщенность, фактура изображения для отдельных почв и растительных ассоциаций, для различных степеней опустынивания.

На основании проведения полевых работ, углубленного анализа свойств почв, дешифрирования космических и аэрофотоснимков составлены карты территории м-ба 1:200000: почвенная карта, карта гранулометрического состава почв, карта техногенной нагрузки на почву, карта эродированности почв, карта засоленности, карта агропроизводственной группировки, карта бонитета. При использовании ГИС технологий составлены карты устойчивости почв к опустыниванию, развития опустынивания почв, карта современного агроэкологического состояния земельных ресурсов.



Список работ, опубликованных по теме диссертации

Монографии

1. Саидов А.К. Почвы Кизлярских пастбищ, их современная диагностика и экология, Махачкала, Наука, 2008, 264 стр., 300 экз.

2. Савич В.И., Сычев В.Г., Гатаулин А.М., Саидов А.К., Раскатов В.А., Мельник Н.Н., Оценка земель, ВНИИА, М., 2009, 357 стр., 300 экз.

3. Усманов Р.З., Саидов А.К., Стасюк Н.В., Федоров К.Н., Мирзоев Э.Р., Баламирзоев М.А.,Агроэкологический анализ земельных ресурсов регионов экологического бедствия юга России и методические рекомендации по их оценке и картографированию, Махачкала, Юпитер, 2005, 160 стр., 250 экз.

4. Усманов Р.З., Саидов А.К., Стасюк Н.В., Федоров К.Н., Мирзоев Э.Р., Баламирзоев М.А. Почвенный покров Кизлярских пастбищ республики Дагестан и его современное агроэкологическое состояние, Махачкала-Москва, Юпитер, 2005, 104 стр., 250 экз.

Методические рекомендации

5. Усманов Р.З., Саидов А.К., Стасюк Н.В., Федоров К.Н., Мирзоев Э.Р., Баламирзоев М.А. Методические рекомендации по оценке и картографированию земельных ресурсов регионов экологического бедствия юга России (Кизлярские пастбища), Махачкала-Москва, Юпитер, 2005, 71 стр.

Статьи

6. Аджиев А.М., Мирзоев Э.Р., Баламирзоев М.А., Гасанов Г.Н., Саидов А.К. Агроэкологическая программа «Бархан» и борьба с опустыниванием земель Западного Прикаспия, «Аридные экосистемы», 1998, т.2, №9, стр. 63-67

7. Баламирзоев М.А., Саидов А.К., Гиреев Г.Н., Магомедов И.А. Гумусное состояние почв Дагестана и пути воспроизводства почвенного плодородия, Сб.тр. «Почвенные и биологические ресурсы южных регионов России, Махачкала, 2004, стр. 102-107

8. Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.Р., Саидов А.К. Экологические аспекты деградации почв на территории Дагестана и проблемы рационального использования земель, в сб. «Проблемы экологии горных территорий», КБНЦ РАН, Нальчик, 2004, стр. 25-29

9. Савич В.И., Раскатов В.А., Саидов А.К., Норовсурэн Ж., Снагинский М.Н., Геофизические поля, как фактор почвообразования, М., Известия ТСХА, 2009, №3, стр. 9-25

10. Савич К.В., Саидов А.К., Мельник Н.Н. Оценка земель, Плодородие, №6, 2009, стр. 15-25

11. Саидов А.К. О распределении гумуса в основных типах почв Ногайских степей, в сб. «Продуктивность растительных сообществ Ногайских степей и дельты Терека», Махачкала, 1976, стр. 59-61

12. Саидов А.К. Почвенный покров южной части Ногайских степей и его народнохозяйственное значение, в сб. «Биологическая продуктивность ландшафтов равнинной зоны Дагестана», вып. 1, Махачкала, 1977, стр. 104-109

13. Саидов А.К. О распределении гумуса в основных типах почв Ногайских степей, в сб.: «Продуктивность растительных сообществ Ногайских степей и дельты Терека», Махачкала, 1976, стр. 59-61

14. Саидов А.К. Почвенный покров южной части Ногайских степей и его народно-хозяйственное значение, в сб.: «Биологическая продуктивность ландшафтов равнинной зоны Дагестана», вып.1, Махачкала, 1977, стр. 104-109

15. Саидов А.К. Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на продуктивную площадь почвенного покрова, в сб. «Биологическая продуктивность дельтовых экосистем Прикаспийской низменности Кавказа», Махачкала, 1978, стр. 13-18

16. Саидов А.К. Влияние с/х деятельности человека на продуктивную площадь почвенного покрова, в сб. «Биологическая продуктивность дельтовых экосистем Прикаспийской низменности Кавказа», Махачкала, 1978, стр. 13-18

17. Саидов А.К. Влияние с/х использования на светло-каштановые почвы Ногайской степи, в сб. «Биологическая продуктивность дельтовых экосистем Прикаспийской низменности Кавказа», Махачкала, 1978, стр. 109-111

18. Саидов А.К. Основные принципы бонитировки и агропроизводственной группировки почв южной части Ногайской степи, Материалы ЦНТИ, Махачкала, 1982, №41, 60

19. Саидов А.К. Возродить и развивать земледелие на антропогенных почвах Дагестана, Земледелие, 1991, №8, стр. 52-53

20. Саидов А.К. Экологическое состояние почвенного покрова Терско-Кумской полупустыни, Всероссийская конференция «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения», т. 1, Москва, 1998, стр. 298-300

21. Саидов А.К. Оценка экологического состояния почвенных ресурсов Кизлярских пастбищ, Международная конференция, посвященная 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН, Махачкала, 1999, стр. 180-182

22. Саидов А.К., Баламирзоев М.А. и др. Дефляция - основной фактор экологического состояния земель и деградации почв аридных областей, в сб. «Эволюция и деградация почвенного покрова», т. 1, Ставрополь, 2002, стр. 169-172

23. Саидов А.К., Усманов Р.З., Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.Р. Процессы опустынивания почвенного покрова Российского Прикаспия (на примере Кизлярских пастбищ), Известия высших учебных заведений, Северо-Кавказский регион (естественные науки), 2004, №2, стр. 88-94

24. Саидов А.К., Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.Р. Особенности генезиса, региональной географии и диагностики солонцов водно-аккумулятивных равнин Западного Прикаспия, в сб. тр. «Почвенные и биологические ресурсы южных регионов России», Махачкала, 2004, стр. 99-102

24. Саидов А.К., Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.Р. Масштабы и интенсивность процессов опустынивания почвенного покрова Российского Прикаспия (на примере Кизлярских пастбищ), в сб. тр. к 30-летию ПИБР ДНЦ РАН «Почвенные и биологические ресурсы южных регионов России», Махачкала, 2004, стр. 112-119

25. Саидов А.К., Усманов Р.З., Мирзоев Э.Р., Баламирзоев М.А. К вопросу о генезисе и диагностике солонцов водно-аккумулятивных равнин Западного Прикаспия, Вестник Дагестанского научного центра РАН, 2005, №22, стр. 41-47

26. Саидов А.К. Деградационные почвенные процессы на землях Кизлярских пастбищ, их современная оценка и принципы картографирования, Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион (Естественные науки), 2006, № 3, стр. 71-75

27. Саидов А.К., Магомедов И.А. Агроэкологическое состояние почв и прогнозирование опустынивания территории Кизлярских пастбищ Республики Дагестан и его современная оценка, в сб. «Научно-прикладные аспекты дальнейшего развития и интенсификации виноградно-винодельческой отрасли в связи со вступлением России в ЕС и ВТО» 12-13 сентября 2006, Махачкала, 2006, стр. 460-473

28. Саидов А.К., Магомедов И.А. Изменение ареала почвенного покрова и продуктивности пастбищных экосистем Терско-Кумской низменности под действием техногенных процессов в современных условиях, в сб. научных трудов межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы реализации национального проекта в АПК Дагестана», Махачкала, 2007, стр. 205-207

29. Саидов А.К., Магомедов И.А. Анализ сельскохозяйственного использования почвенных ресурсов Кизлярских пастбищ и вопросы их улучшения, охраны, в сб. научных трудов межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы реализации национального проекта в АПК Дагестана», 2007. Махачкала, 2007, стр. 207-211

30. Саидов А.К. Деградационные процессы на землях Кизлярских пастбищ, их современная оценка и принципы картографирования, «Известия высших учебных заведений, Северо-Кавказский регион (естественные науки), 2006, №3, стр. 71-75

31. Саидов А.К. Современное агроэкологическое состояние почв Кизлярских пастбищ, Почвоведение, 2006, №12, стр. 1501-1511

32. Саидов А.К. Современное экологическое состояние земельных ресурсов Российского Прикаспия, Изв. Даг. гос. пед. ун-та, Естественные и точные науки, 2008, №2, стр. 58-61

33. Саидов А.К. Солончаки водно-аккумулятивных равнин Западного Прикаспия и их некоторые генетические особенности (на примере Кизлярских пастбищ; экология, развитие), Юг России, №2, 2008, стр. 33-41

34. Саидов А.К. Некоторые генетические особенности светло-каштановых реликтово-луговых почв водно-аккумулятивных равнин Западного Прикаспия, Изв. Даг. гос. пед. ун-та, Естественные и точные науки, 2008, №2, стр. 58-61

35. Саидов А.К. Картографическая оценка опустынивания деградации земельных ресурсов Российского Прикаспия и некоторые пути их улучшения (на примере Кизлярских пастбищ республики Дагестан), «Известия высших учебных заведений, Северо-Кавказский регион (естественные науки), 2008, №6, стр. 119-122

36. Стасюк Н.В., Добровольский Г.В., Залибеков В.Т., Саидов А.К., Добрынин Д.В. Оценка деградации и опустынивания почвенного покрова северного равнинного Дагестана, Экология, 2004, №3, стр. 172-178

37. Стасюк Н.В., Добровольский Г.В., Саидов А.К. Интенсивность деградации почвенного покрова Северного равнинного Дагестана, Вестник РАСХН, 2004, №2, стр. 32-34

Размещено на Allbest.ru

...