Содержание к диссертации
Введение
1. ПРОБЛЕМЫ ОПУСТЫНИВАНИЯ В РЕСПУБЛИКЕ КАЛМЫКИЯИ ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ 9
1.1 Антропогенное опустынивание земель как одна из основных 9
1.2 Черные земли Калмыкии - регион антропогенного опустынивания 13
1.2.1 Динамика поголовья выпасаемого скота и пастбищных нагрузок на Черных землях 15
1.2.2 Пастбищная дигрессия и дефляция земель 24
1.3 Устойчивость пастбищных экосистем и проблемы их оптимизации 28
1.3.1 Устойчивость земель к пастбищным нагрузкам 28
1.3.2 Опыт оптимизации нагрузок на пастбища 29
1.3.3 Восстановление и поддержание биоразнообразия в природномкомплексе 43
1.3.4 Опыт фитомелиорации пастбищ 134
2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 52
2.1 Природный комплекс Черных земель и его пастбищные ресурсы 52
2.1.1 Географическое положение и рельеф 52
2.1.2 Земельные ресурсы 53
2.1.3 Климатические условия 54
2.1.4 Почвы 58
2.1.5 Водные ресурсы 60
2.1.6 Атмосферный воздух 61
2.1.7 Растительность 62
2.1.8 Животный мир 71
2.2 Объекты и методики проведения исследования 76
2.2.1 Объекты и методика проведения геоботанической оценки пастбищных фитоценозов на ключевых участках
2.2.2 Объекты и методика проведения эксперимента по подбору фитомелиорантов для восстановления деградированных пастбищ 81
3. ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНАЯ ОЦЕНКА ПАСТБИЩНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ И ПОВЫШЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ ПУСТЫННОЙ ЗОНЫ КАЛМЫКИИ 88
3.1 Результаты геоботанической оценки состояния пастбищ на южном ключевом участке Черных земель 88
3.2 Результаты геоботанической оценки состояния пастбищ на северном ключевом участке Черных земель 101
3.3 Анализ результатов геоботанической оценки состояния пастбищна ключевых участках 111
3.4 Результаты эксперимента по подбору фитомелиорантов для восстановления деградированных пастбищ 116
ВЫВОДЫ 134
- Антропогенное опустынивание земель как одна из основных
- Климатические условия
- Результаты геоботанической оценки состояния пастбищ на южном ключевом участке Черных земель
Введение к работе
Одной из актуальных экологических проблем современности является опустынивание. В границах Российской Федерации оно затронуло Северо-Западный Прикаспий с печально известным регионом Черные земли. Масштабы, темпы и последствия опустынивания здесь приблизились к показателям стран Сахельского пояса. Опустынивание Черных земель происходит как в результате природных, так и главным образом антропогенных причин (перевыпас, степные пожары, распашка пастбищ). Превышение емкости пастбищ в 2-3 раза на Черных землях привело к резкому ухудшению травостоя, замене коренных природных типов растительности эфемерами несъедобными для скота, сбитости угодий. В настоящее время площадь сильно сбитых пастбищ превышает 2,5 млн. га. Особенности распространения агроэкологического бедствия на Черных землях проявляются в основном в двух формах опустыни-вания - засолении и дефляции почв.
В Республике Калмыкия приложено много усилий к тому, чтобы восстановить растительность природных пастбищ на Черных землях, обеспечить рациональное использование естественных кормовых ресурсов. В рамках реализации «Генеральной схемыа по борьбе с опустыниванием» и «Национальной программы действий по борьбе с опустыниванием в Республике Калмыкия» удалось замедлить лавинообразный ход опустынивания на площади около 1 млн. га и восстановить более 300 тыс. га сбитых пастбищ. Указанные положительные результаты были достигнуты как за счет оптимизации поголовья выпасаемых животных, так и за счет проведения работ по фитомелиоративной реконструкции пастбищ.
Учитывая наметившейся рост поголовья в 3-3,5 раза (прежде всего крупного рогатого и овец) и развития крестьянско-фермерских хозяйств стала угроза повторного опустынивания. Этим объясняется выбор объекта, цели и задачи нашего исследования. Объект и предмет исследования, исходные данные. Объектом исследования являются экосистемы пустынных пастбищ на Черных землях. Предмет исследования - экологическая оптимизация их использования.
Цель и задачи исследования. Цель работы - оценить процессы пастбищно-дигрессионной конвергенции растительного покрова пастбищ в регионе Черных земель под воздействием перевыпаса и выявить особенности его восстановления под влиянием фитомелиорации.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1. Определить дигрессионные ряды смен растительности на пустынных пастбищах, происходящих под влиянием пастбищных перегрузок.
2. Выявить свободные экологические ниши в пастбищных фитоценозах, образовавшиеся в результате перевыпаса.
3. Изучить важнейшие экологические факторы, влияющие на рост и развитие житняка пустынного (Agropyron desertorum (Fisch. ex Link) SchultJ и житняка сибирского (Agropyron fragile (Roth) P. Candargy), используемых в качестве фитомелиорантов.
4. Оценить фитомелиоративную эффективность житняка пустынного и житняка сибирского в условиях Черных земель.
Научная новизна. Впервые для региона Черных земель изучена сравнительная фитомелиоративная эффективность использования житняка пустынного и житняка сибирского для восстановления пастбищных экосистем. Установлены количественные взаимосвязи между параметрами, формирующими устойчивость фитоценозов к пастбищному использованию и биологическую продуктивность травостоев.
Теоретическое значение работы. Материалы, отраженные в диссертации, вносят вклад в теорию экологии пастбищных экосистем. Полученные материалы имеют значение для разработки тактики и стратегии сохранения биоразнообразия и устойчивости экосистем в условиях антропогенного опустынивания.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы научно-исследовательскими и проектно-изыскательскими учреждениями при выработке рекомендации по использованию и восстановлению деградированных пастбищ. Материалы исследований используются при преподавании дисциплин экологического цикла на кафедре природообустройства и охраны окружающей среды Калмыцкого государственного университета.
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Представленная работа связана с планом НИР КФ ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии по темам: «Технологии восстановления природно-ресурсного потенциала и повышения продуктивности мелиорируемых земель сельскохозяйственного назначения», «Разработка новой методологии конструирования агроландшафтов, ос 7 нованной на закономерностях трансформации природного объекта под воздействием мелиорации и природоохранных технологиях предупреждения и ликвидации деградации компонентов природной среды».
Реализация результатов исследований. Разработанная технология коренного улучшения деградированных пастбищ путем создания сеяных агроце-нозов житняка пустынного и житняка сибирского апробирована в СПК ПЗ «Эрдниевский» Юстинского района и СПК ПЗ «Первомайский» Черноземель-ского района Республики Калмыкия, а также в хозяйстве ГУ «Центр диких животных Республики Калмыкия» и получила рекомендацию к внедрению. Материалы диссертации используются в учебном процессе кафедры природообуст-ройства и охраны окружающей среды Калмыцкого государственного университета.
Апробация результатов работы. Материалы исследований были представлены и доложены на ежегодных научных конференциях МГУ им. Н.П. Огарева (Огаревские чтения, Саранск, 2005-2007), научном совещании ЮНЕСКО «Традиционные знания и современные технологии для устойчивого управления засушливыми экосистемами» (Элиста, 2004), Международных научно-практических конференциях «Опустынивание земель и борьба с ним» (Абакан, 2006), «Проблемы сохранения биоразнообразия Северо-Западного Прикаспия» (Элиста, 2006), «Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 4» (Тольятти, 2008).
Декларация личного участия. Автором определены цели и задачи, осуществлен сбор полевого материала, проведены полевые эксперименты, выполнена математическая обработка, анализ и обобщение полученного материала. Текст диссертации написан по плану, согласованному с научным руководителем.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Ответной реакцией растительных сообществ на долговременный и бессистемный выпас является пастбищная дигрессия, при которой очередность выпада из травостоя видов, приспособленных к совместному произрастанию следующая: ковыли - типчак - житняки - полыни - мятлик.
2. Конечные стадии пастбищной дигрессии на различных ключевых участках практически сходны, что дает основания для подтверждения факта действия механизма пастбищно-дигрессионной конвергенции.
3. В результате перегрузки пустынных пастбищ на первой и второй стадиях дигрессии освобождаются экологические ниши типчака (Festuca valesiaca Gaud.) и житняков. На рост, развитие и продуктивность посевов житняка пустынного и житняка сибирского, используемых в качестве фитомелиорантов пустынных пастбищ, оказывают наибольшее влияние следующие факторы: сроки, норма высева, способы посева.
4. Для восстановления и оптимизации продуктивных качеств фитоцено-зов деградированных пастбищ на бурых легкосуглинистых почвах следует применять житняк пустынный, а на бурых супесчаных почвах - житняк сибирский.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе одна статья в научном журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы включающего 282 наименований, из которых 15 на иностранных языках, списка фондовых материалов включающего 11 наименований, приложений. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков и 45 таблиц.
Антропогенное опустынивание земель как одна из основных
Среди многих экологических проблем нашего времени одна их важнейших - «опустынивание планеты в новых регионах, расширение уже существующих пустынь, углубление самого процесса опустынивания» (Реймерс, 1994, с. 219). Впервые опустынивание было признано как общечеловеческая угроза в 1977 г. на конференции ООН в Найроби (Кения). Поводом к этому послужили трагические события, связанные с засухой 1968 — 1973 гг. в Сахельской зоне Африки. В 1977 - 1978 гг. катастрофа Сахелии повторилась, от голода и безво-дия погибли миллионы людей и десятки миллионов голов скота (Биткаева, Николаев, 2001). В материалах конференции было отмечено, что общая площадь пустынь и полупустынь мира оценивается в 48,4 млн. км", или около 43% площади жизнепригодной суши. Площадь антропогенных пустынь равна примерно 10 млн. км2, или 6,7% всей поверхности суши (Реймерс, 1992, с. 149). Опустыниванию подвержены территории 80 стран с населением более 700 млн. чел, или 11% населения Земли. Процесс опустынивания идет со скоростью 7 км7ч или 70 млн. га в год (Биткаева, Николаев, 2001), по другим данным (Реймерс, 1992) около - 24 км7ч, или 21 млн. га в год, в т.ч. на 3,2 млн. га пастбищ, на 2,5 млн. га обрабатываемых угодий и из них на 125 тыс. га орошаемых земель, под угрозой опустынивания находится порядка 30 млн. км" (19%) суши Земли.
А. Обревилль (1949), первым предложивший термин опустынивание, считал, что опустынивание является следствием нерациональной хозяйственной деятельности человека, протекающей в неблагоприятных климатических условиях (Биткаева, Николаев, 2001). Вслед за ним большинство исследователей данной проблемы стали придерживаться аналогичной точки зрения. Среди них известные отечественные и зарубежные специалисты: А.Г. Бабаев (1991), Б.В. Виноградов (1997), П.Д. Гунин (1990), B.C. Залетаев (1989), Г.С. Куст (1999), Н.Г. Харин (1985), X. Дренге (1986), М. Толба (1978) и др. Мнение о преимущественно климатических причинах процесса опустынивания отстаивают Y. Otterman (1974), J. Charney (1975) и др. Хотя и они допускают, что первоначальным импульсом, своего рода «спусковым крючком» нарастающего климатического опустынивания чаще всего служит антропогенный фактор.
По одному из последних определений, принятому Конвенцией ООН по борьбе с опустыниванием (1994), процесс опустынивания - это деградация земель в аридных, семиаридных и сухих субгумидных областях, в результате действия различных факторов, включая изменения климата и деятельности человека (Глазовский, 1995, с. 127). Иными словами, опустынивание - это антропогенный процесс, происходящий па фоне неблагоприятных климатических условий. Согласно Конвенции, зоной риска опустынивания с климатической точки зрения считаются территории, в пределах которых отношение Р и PET находится в пределах 0,05-0,65, где Р - годовое количество осадков; PET - эватранспи-рация (Budyko, 1974). На основе указанной конвенции опустынивания была составлена Карта опустынивания земель России (рис. 1). По причинам сильной антропогенной трансформации растительности и почв аридных зон за основу их классификации для составления карты взяты биоклиматические зоны (Виноградов, 1997).
Климатические условия
Климат Черных земель резко континентальный, аридный (Агроклиматические ресурсы..., 1974). В полупустынной зоне лето жаркое и сухое с температурой воздуха, доходящей в некоторые годы до +45С. Зима малоснежная, иногда с сильными морозами, достигающими -40С. В зимние месяцы здесь часто бывают продолжительные оттепели с температурой +6 ... +10С. Среднегодовая температура воздуха +9,0 ... +9,3С.
В южной части территории обычно не бывает устойчивого снежного покрова. Весной наблюдается быстрое нарастание температуры воздуха, а в осенние месяцы - постепенное и медленное ее понижение. Средняя продолжительность безморозного периода довольно велика - с 25 марта по 5-10 ноября, - но иногда бывают поздние весенние и ранние осенние заморозки. Особенно неблагоприятными природными факторами в этой части Черных земель являются часто повторяющиеся засухи с сильными ветрами, сопровождающимися пыльными бурями, переходящими порой в шторм (апрель - май).
Среднегодовое количество осадков незначительно. По данным метеостанций (табл. 12) в среднем за год выпадает 180 - 250 мм осадков. Причем в восточной части зоны суммы зимних и осенних осадков примерно одинаковы и составляют около 45-51 мм. Несколько больше (50-70мм) выпадает их в весенний и летний периоды (по данным Северо-Кавказкого межрегионального ...). Самый жаркий месяц - июль, а самый холодный - январь (табл. 11, 12). В июле нарастание температуры воздуха идет от юго-западной зоны Черных земель к северовосточной (от 24 до 26). Средняя температура в январе снижается с юга на север от -5 до -8. Абсолютный максимум температур воздуха (до +45) отмечается в июле, абсолютный минимум зимой в отдельные годы достигает -40.
Результаты геоботанической оценки состояния пастбищ на южном ключевом участке Черных земель
В результате геоботанического обследования на территории СПК ПЗ «Первомайский» выделено 6 основных типов пастбищ (табл. 17; рис. 14):
1. злаковые и разнотравно-злаковые на супесчаных и песчаных полупустынных почвах;
2. ромашниково-чернополынные с острецом и житняком пустынным на солонцах глубоких, средних;
3. солянково-полынные на солонцах мелких;
4. злаково-полынные на песках;
5. злаково-полынные на бурых солонцеватых легкосуглинистых почвах;
6. разнотравно-злаковые засоленные сухолуговые на лугово-бурых солончаковых почвах.
1. Наибольшую площадь (50110 га или 49% от общей площади) занимают злаковые и полынно-злаковые пастбища на супесчаных и песчаных полупустынных почвах (таб. 18).
Одними из преобладающих ассоциаций этих пастбищ являются ковыльные. Травостой образован ковылем волосовидным - тырса, в небольшом количестве встречаются мятлик луковичный и житняк сибирский. Общее проективное покрытие 40 - 45 %, средняя высота 32-41 см.
У ковыля волосовидного в апреле коэффициент нарастания пастбищной массы не превышает 30 %, а в период выхода в трубку в третьей декаде мая достигает 60 %. Максимум нарастания пастбищной массы приходится в июле на период цветения, а в августе развитие ковыля приостанавливается. Осенью при выпадении осадков и снижении температурного фона воздуха развитие ковыля вновь возобновляется, и длиться до первых чисел октября.
