Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время опустынивание является основной причинной и механизмом потери плодородия земель, приводит к нарушению динамического равновесия экосистем, оказывает давление на экономику и благосостояние общества. Деградация земель обусловлена как природными, так и антропогенными факторами, которые способствуют снижению или потере биологической и экологической продуктивности богарных и орошаемых пахотных земель или пастбищ аридных и семиаридных территорий. Площадь территорий, подверженных деградации и опустыниванию в Российской Федерации, составляет свыше 100 млн. га; за счет негативного воздействия комплекса различных природно-антропогенных факторов сельскохозяйственное производство страны ежегодно недобирает около 47 млн. тонн продукции в зерновом эквиваленте.
Республика Калмыкия расположена в европейской части аридного пояса РФ, где одной из серьезных экологических и социально-экономических проблем является опустынивание значительной части (до 80%) ее территории. Основными составляющими процесса опустынивания сельскохозяйственных земель являются: пастбищная дигрессия, ветровая и водная эрозия почв, их дегумификация и вторичное засоление.
Концептуальной основой борьбы с деградацией земель является сбалансированное воздействие природных и антропогенных факторов на систему «климат – почва – вода - животный мир - растение». Результаты теоретических исследований и накопленный практический опыт свидетельствуют, что повышение природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных угодий в орошаемых и богарных условиях возможно на основе комплексных мелиораций, направленных на снижение природной засоленности, солонцеватости, нивелирование комплексности почвенного покрова и предупреждение вторичного засоления. Кроме двух основных направлений мелиорации (гидротехнические и химические), в комплексе с ними должно быть задействовано и третье – фитомелиорация, которая основывается на использовании биологического восстановительного потенциала растений, исторически являющегося главным экологическим фактором почвообразования.
Трудами отечественных и зарубежных ученых доказано, что для освоения деградированных сельскохозяйственных угодий, как в орошаемых, так и в богарных условиях возможно применение культур-фитомелиорантов, способных формировать высокие урожаи в условиях атмосферной засухи и гидроморфного водного режима, оказывая при этом мелиорирующее воздействие на почву. Однако на сегодняшний день, в силу развивающихся экологических и экономических ситуаций, недостаточно изучены вопросы восстановления и повышения продуктивности деградированных ландшафтов, основывающиеся на использовании закономерностей адаптивной стратегии продукционного потенциала, естественной средообразующей и средооптимизирующей функции растений разной экологической специализации. В связи с этим разработка технологий повышения природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных угодий средствами комплексной мелиорации является актуальной проблемой, а ее решение имеет практическое значение.
Рабочая гипотеза состояла в том, что повышение природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных земель Калмыкии может быть достигнуто путем научно-обоснованного применения комплексных мелиораций с использованием фитомелиоративных технологий.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в теоретическом обосновании и разработке системы комплексных мелиораций деградированных сельскохозяйственных земель Калмыкии, базирующейся на фитомелиоративном подходе и направленных на восстановление продуктивности мелиоративных агроландшафтов, повышение плодородия почв и улучшение экологического состояния природной среды и мелиорируемых земель.
Для реализации поставленной цели в исследованиях решались следующие задачи:
*выполнить анализ существующих методов и технологий повышения плодородия малопродуктивных и деградированных (опустыненных) земель аридных территорий с использованием комплексной мелиорации;
*провести почвенно-мелиоративный мониторинг состояния орошаемых почв аридных территорий Калмыкии, изучить изменения свойств почв при проведении мероприятий комплексных мелиораций по их восстановлению;
*научно обосновать подбор культур-фитомелиорантов, устойчивых к стрессовым факторам среды (засухе и избыточной засоленности почв), для использования их на вторично засоленных почвах;
*провести диверсификацию культур в рисовые мелиоративные агроландшафты и изучить степень их агромелиоративного влияния на плодородие почв и продуктивность риса;
*выявить важнейшие экологические факторы, влияющие на рост и развитие житняка пустынного (Agropyron desertorum) и житняка сибирского (Agropyron fragile), используемых в качестве фитомелиорантов;
*разработать технологию восстановления природно-ресурсного потенциала вторично засоленных орошаемых земель с использованием культур-фитомелиорантов в составе мероприятий комплексных мелиораций;
*дать эколого-экономическую и агроэнергетическую оценку технологии повышения природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных земель средствами комплексной мелиорации.
Методология и методика исследований. В основу научных исследований положены классические учения о почве, почвообразовательных процессах, почвенном плодородии, процессах засоления В.В. Докучаева, В.И. Вернадского, В.Р. Вильямса, А.Н. Костякова, В.А. Ковды, Б.Г. Розанова; работы по предупреждению процессов опустынивания и освоению деградированных почв на принципах экологической сбалансированности гидромелиоративных, лесомелиоративных, агромелиоративных и других воздействий (Б.А. Келлер, Е.С. Павловский, М.П. Петров, Н.Г. Харин, И.С. Зонн, Г.С. Куст, Б.М. Кизяев, И.П. Кружилин, В.И. Петров, К.Н. Кулик, Л.В. Кирейчева, В.В. Бородычев, Э.Б. Габунщина и др.); по рассоляющей и рассолонцовывающей способности растений (Б.П. Строгонов, П.А. Генкель, Г.В Удовенко, П.П. Бегучев, Б.А.Зимовец, З.Ш. Шамсутдинов, О.А. Лачко, Л.В. Руднева); по эколого-энергетической оценке эффективности земледелия и энергетике почвообразовательных процессов - А.Н. Энгельгард, К.А. Тимирязев, В.Р. Волобуев, К.К. Гедройц, В.М. Володин, В.В. Коренец и др.
Экспериментальные исследования по комплексному восстановлению деградированных земель с использованием растений-фитомелиорантов проводились на бурых полупустынных, светло-каштановых, лугово-каштановых тяжелосуглинистых почвах с применением методов системного анализа и методики проведения полевых опытов по Б.А. Доспехову.
Подбор культур-освоителей, ремедиация почвенного покрова деградированных земель и разработка фитомелиоративных технологий осуществлялись на базе ФГУП «Харада» Россельхозакадемии, ГУП «Спутник», ОАО «50-лет Октября» Октябрьского района, ПЗ СПК «Первомайский» Черноземельского района, СПК «Прогресс» Яшкульского района Республики Калмыкия, на учебно-опытном поле Калмыцкого государственного университета. Обработка результатов экспериментов проводилась методами корреляционного, регрессионного, дисперсионного анализов по методике Б.А. Доспехова (1985), с помощью программы STATISTICA 6.0 и процессора электронных таблиц Microsoft Excel XP.
Научная новизна. На основе теоретических обобщений и анализа результатов исследований выполнен подбор культур-фитомелиорантов для воссоздания и повышения биологического потенциала деградированных земель. Фитомелиоративный подход основывается на использовании закономерностей адаптивной стратегии продукционного потенциала, естественной средообразующей и средооптимизирующей функции растений разной экологической специализации.
Выявлены адаптационные механизмы создания высокопродуктивных агроценозов из нетрадиционных культур-фитомелиорантов, заключающиеся в воспроизводстве плодородия и повышении рассоляющего эффекта деградированных почв аридных экосистем при проведении комплексных мелиораций сельскохозяйственных угодий.
Проведена диверсификация “суходольных” фитомелиоративных культур в рисовые мелиоративные агроландшафты, позволяющая за счет дополнительного поступления в почву растительных остатков повышать ее биологическую активность, улучшать свойства почвы, фитосанитарное состояние полей, оказывать положительное влияние на продуктивность основной культуры севооборота – риса.
Выполнена эколого-мелиоративная оценка пастбищных фитоценозов, которая показала, что количество стадий дигрессионного ряда зависит от сформированности растительного покрова (ярусная полнота и функциональная замещаемость видов). Установлены количественные взаимосвязи между параметрами, характеризующими устойчивость фитоценозов к пастбищному использованию и биологическую продуктивность.
Защищаемые положения:
*результаты теоретических исследований и практическая реализация комплексной мелиорации на основе фитомелиоративного подхода для предотвращения деградации и воспроизводства плодородия светло-каштановых и бурых полупустынных почв Калмыкии;
*закономерности влияния фитомелиоративной структурообразующей способности растений на восстановление деградированных вследствие вторичного засоления земель;
*технология восстановления природно-ресурсного потенциала вторично засоленных орошаемых земель с использованием нетрадиционных культур-мелиорантов;
*технология восстановления продуктивных качеств фитоценозов деградированных пастбищ с применением на среднесуглинистых солонцеватых почвах - житняка пустынного, а на бурых супесчаных почвах – житняка сибирского;
*ресурсно-экологическая оценка технологии повышения природно-ресурсного потенциала деградированных орошаемых земель средствами комплексной мелиорации.
Личный вклад автора заключается в проведении многолетних полевых исследований по подбору культур-мелиорантов деградированных сельскохозяйственных угодий, изучению их продукционного процесса; выполнении статистического анализа полученных результатов. По результатам теоретических исследований автором разработана концепция повышения природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных угодий на основе применения комплексных мелиораций с использованием фитомелиоративных технологий; установлены закономерности влияния фитомелиоративной структурообразующей способности растений на восстановление деградированных (вследствие вторичного засоления) земель; разработаны технологии восстановления природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных земель средствами комплексной мелиорации.
Практическая значимость работы заключается в разработке комплекса мероприятий и методических рекомендаций по восстановлению деградированных земель с использованием средообразующей и средооптимизирующей способностей экологически специализированных видов растений. Разработанные приемы прошли производственную проверку и внедрены в СПК ПЗ “Первомайский” Черноземельского района, ФГУП “Харада”, ОАО “50 лет Октября” Октябрьского района Республики Калмыкия на общей площади 1633 га, что отражено в актах о внедрении. Результаты диссертационных исследований использованы при разработке Республиканской целевой программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель Республики Калмыкия на период до 2020 года».
Материалы диссертационных исследований нашли отражение в рекомендациях “Режимы комплексных мелиораций земель” (2000); “Система введения АПК Республики Калмыкия” (2004); “Наукоемкие технологии управления системами комплексной мелиорацией земель” (2005);“Рекомендации по возделыванию кормовых культур при поливе дренажно-сбросными водами” (2007); “Рекомендации по возделыванию сопутствующих культур рисовых севооборотов Сарпинской низменности” (2007); “Технологии управления продуктивностью мелиорируемых агроландшафтов различных регионов Российской Федерации” (2008); “Ускоренное освоение залежных земель под пастбища и сенокосы на основе многовариантных технологий по зонам России” (практическое руководство, 2010). Материалы исследований используются в учебном процессе по курсу “Мелиорация и орошаемое земледелие” на кафедре аграрных технологий и переработки сельскохозяйственной продукции Калмыцкого государственного университета.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на научно практической конференции, посвященной 30-летию со дня образования Аграрного факультета Калмыцкого Госуниверситета, Элиста,2000; Межреспубликанских XII, XIII научно-практических конференциях “Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий”, Краснодар, 1999, 2000;. на III, IV, V съездах Докучаевского общества почвоведов, Суздаль, 2000, Новосибирск, 2004, Ростов-на-Дону, 2008; на Международной конференции “Проблемы рационального природопользования аридных зон Евразии”, Соленое займище, 2000, 2001; Международной научно-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека (возделывание, переработка, маркетинг)», Москва, 2002; XII Международном симпозиуме «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье», Симферополь, 2003; Региональной конференции молодых ученых «Новые и редкие растения Северного Кавказа», Владикавказ-2003; Международной научно-практической конференции «Охрана почв Калмыкии и прилегающих территорий», Элиста,2003; Всероссийской научно-практической конференции «Разработка адаптивных систем и природоохранных технологий производства сельскохозяйственной продукции в аридных регионах России» Ростовская область, п.Рассвет, 2003; Международной научно-практической конференции «Современные технологии и системы производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», Рязань, 2003; на IV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира», Майкоп, 2004; Международной конференции «Наукоёмкие технологии в мелиорации», Москва, 2005; Международной научно-практической конференции по борьбе с опустыниванием, Абакан, 2006; Международной научно-практической конференции «Устойчивое производство риса: состояние и перспективы» Краснодар, 2006; Международной научно-практической конференции «Водные ресурсы и водопользование в бассейнах рек Западного Каспия: перспективы использования, решение проблемы дефицита, мониторинг, предотвращение негативного воздействия», Махачкала, 2008; на III Всероссийской научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современных аграрных технологий», Астрахань, 2008; Международной научно-практической конференции «Защитное лесоразведение и мелиорация земель в Российской Федерации; проблемы земледелия», Волгоград, 2008; Международной научно-практической конференции «Современные проблемы мелиорации и водного хозяйства», Москва, 2009.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 67 печатных работ, в том числе 18 – в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК России, 4 монографии, получено 6 Патентов РФ на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и выводов, изложена на 361 страницах машинописного текста, иллюстрирована 43 рисунками, содержит 120 таблиц и 24 приложений. Список литературы включает 410 наименований, в том числе 16 на иностранных языках.
