WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

 

На правах рукописи 

 

САИДОВ АБДУЛМУТАЛИМ КЫРЫВОВИЧ

 

Опустынивание почв водно-аккумулятивных равнин аридных областей

России

на примере почв Кизлярских пастбищ Дагестана

Специальность 03.00.27 – почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

  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.

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 = k(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).

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), 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 Н, G, 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 Н, G, уменьшением S за счет притока вещества, энергии и информации из окружающей среды. Вычисление Н, G, S 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 Н, G, S 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

  воздействие

 

Оп = К + АkiXin, где под Хi понимаются следующие показатели

 

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 kiУi, 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 (К); воздействия засоленных грунтовых вод (ТрЗС), низкого уровня грунтовых вод (УГВ), антропогенного воздействия (А); хозяйственного использования (Хи)

Оп = f (К)(ТрЗС)(Пз)(УГВ)-1(А)(Хи)

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






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.