Повышение природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных угодий Калмыкии средствами комплексной мелиорации (стр. 1 )

На правах рукописи

ДЕДОВА ЭЛЬВИРА БАТЫРЕВНА

Повышение природно-ресурсного потенциала

деградированных сельскохозяйственных угодий

Калмыкии средствами комплексной мелиорации

Специальность: 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Москва – 2012

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им.

(ГНУ ВНИИГиМ) Россельхозакадемии

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, чл. корр. РАСХН,

Заслуженный деятель науки РФ

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

главный научный сотрудник

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Ведущая организация: Российский научно-исследовательский

институт проблем мелиорации

(ФГБНУ “РосНИИПМ”)

Защита состоится «29» марта 2012 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. Москва, ул. Большая Академическая, д. 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИГиМ.

Автореферат разослан « » 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук

Общая характеристика работы

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 , , ; работы по предупреждению процессов опустынивания и освоению деградированных почв на принципах экологической сбалансированности гидромелиоративных, лесомелиоративных, агромелиоративных и других воздействий (, , , и др.); по рассоляющей и рассолонцовывающей способности растений (, , Г. В Удовенко, , ); по эколого-энергетической оценке эффективности земледелия и энергетике почвообразовательных процессов - , , 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 .

Подбор культур-освоителей, ремедиация почвенного покрова деградированных земель и разработка фитомелиоративных технологий осуществлялись на базе » Россельхозакадемии, ГУП «Спутник», 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 (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.

Содержание работы

Во введении показана актуальность проблемы, цель и задачи исследований, изложена методология и методика проведения исследований, обозначена научная новизна полученных результатов, их достоверность и практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава “Антропогенное воздействие на природно-территориальные комплексы и пути их восстановления” посвящена проблеме деградации и опустынивания земель сельскохозяйственного назначения, в результате которого ежегодно из оборота выводится 500…700 млн. га (, М. Б.К. Даркох, , ). Показано развитие концепции опустынивания экосистем в историческом аспекте. Из литературного анализа выявлено, что 87% причин опустынивания происходит из-за нерационального использования человеком земли, воды, растительности, полезных ископаемых и только 13% относится к природным процессам. Наиболее важными природными факторами опустынивания аридной части РФ являются засушливость климата, периодически усиливающаяся под влиянием цикличности солнечной активности, податливость почв дифляции и эрозии, засоленность почвогрунтов. Главной причиной развития деградации земель является неадаптированная антропогенная деятельность, проявляющаяся в интенсивной распашке земель, уничтожении древесной и кустарниковой растительности, перевыпасе, чрезмерном поливе, неумеренном техногенном воздействии (, , , , и др.).

Степень опустынивания территории – поражения ее той или иной формой деградации – оценивается индексами деградации (ИД), отражающими по 100-балльной шкале ее дифлированность, эродированность, засоленность или подверженность нескольким формам опустынивания. По методике ВНИИАЛМИ рассчитаны индексы деградации (ИД) земель сельскохозяйственных угодий Калмыкии (рис.1): . Наибольшие индексы дефляционной деградации отмечаются в юго-восточных районах Калмыкии (ИДд31,7…71,1 балл), что обусловлено природными (усилением аридности климата) и антропогенными (чрезмерная пастбищная нагрузка) факторами.

Рис. 1. Суммарные индексы деградации земель сельскохозяйственных угодий по Республике Калмыкия (ИДс)

Индекс суммарной деградации является средневзвешенной суммой ИД пашни, пастбищ, сенокосов и других сельскохозяйственных угодий. ИДс каждого вида угодий складывается из индексов их деградации от дефляции, эрозии и засоления. При совместном проявлении нескольких форм деградаций угодий значение ИДс может превышать 100 баллов. Степень деградации на территории Калмыкии варьирует в зависимости от природно-климатического комплекса: очень слабая в степном (ИДс 18,3…21,4 балла), в сухостепном – умеренная (ИДс 60,6…76,2), в полупустынном – сильная (ИДс 62,1…83,0) и в пустынном очень сильная - более 100 баллов.

Во второй главе “Теоретическое обоснование повышения природно-ресурсного потенциала комплексной мелиорацией деградированных земель Калмыкии” дано современное состояние и степень использования почвенно-климатического потенциала, водных и растительных ресурсов; обоснованы рациональные комплексы мелиорации по природно-сельскохозяйственным зонам Калмыкии; описаны объекты и методология исследований.

На территории Республики Калмыкия выделяются 4 природно-климатических комплекса (ПТК): степной, сухостепной, полупустынный и пустынный. Для оценки территории республики по обеспеченности ее теплом и влагой использованы данные многолетних наблюдений (1970…2010 гг.), которые показывают, что за последние три десятилетия колебания годового количества осадков составили: в степной зоне (Городовиковск) – 309…751 мм, сухостепной (Элиста) – 248…492 мм, в полупустынной (Малые Дербеты…467 мм, в пустынной (Яшкуль…436 мм. Сухость климата усиливается с северо-запада (300…400 мм осадков в год) на юго-восток (170…200 мм).

По данным земельного кадастра РК, большая часть (80%) всех пахотных земель и свыше 60% орошаемых представлены комплексами светло-каштановых и бурых полупустынных почв с солонцами (табл. 1).

Таблица 1. Структура почвенного покрова Республики Калмыкия

Название почв	Общая пло-щадь, тыс. га	Доля в % от общей площади	В т. ч. пашня
тыс. га	в % от общей площади пашни
Черноземы всего в т. ч. обыкновенные автоморфные	110,4 108,9	1,48 1,46	93,9 91,7	9,88 9,76
Каштановые всего	1084,3	14,23	393,4	41,79
в т. ч. темно-каштановые	50,0	0,67	40,2	4,28
Каштановые	77,6	1,04	47,9	5,04
Светло-каштановые	945,0	12,94	301,8	32,76
Бурые полупустынные всего	2128,7	30,04	109,3	11,69
в т. ч. автоморфные	2098,2	27,54	83,8	8,92
Солонцы всего	2426,9	31,47	331,2	35,28
в т. ч. каштановые автоморфные	670,4	8,97	209,0	22,23
полупустынные автоморфные	1571,6	21,03	115,6	17,28
Солончаки	109,8	1,47	0,1	0,01
Луговые	453,1	6,07	10,6	1,13
Прочие земли	1065,0	15,24	1,7	0,18
в т. ч. пески	664,8	8,90	-	-
Всего земель	7473,1	100,0	939,3	100,0

Анализ агроклиматических ресурсов Калмыкии показывает, что малое количество осадков, периодически повторяющиеся сильные засухи и суховеи являются природным фоном деградационных процессов. К основным видам деградации сельскохозяйственных угодий в данном регионе относится пастбищная дигрессия из-за чрезмерной нагрузки животными на почвы легкого гранулометрического состава со слабой эрозионной устойчивостью. “Переложная система” земледелия, когда распахиваются целинные пастбища под бахчевые культуры, а затем забрасываются без залужения (, , 2002). При этом площадь дефлированных кормовых угодий за последние пять лет увеличилась на 3…5%.