БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РЕСТАВРАЦИИ ДЕГРАДИРОВАННЫХ СТЕПНЫХ И ПУСТЫННЫХ ЭКОСИСТЕМ

В настоящее время большая часть степных и пустынных экосистем серьезно нарушена, что выдвигает задачу разработки методов ускоренной экологической реставрации и восстановления их флороценотического потенциала, улучшения окружающей человека среды.
Биогеоценотические основы экологической реставрации степных и пустынных экосистем [4–6, 8–11, 13]
Анализ многолетнего агрономического и лугопастбищного опыта показывает, что в основу исследований и разработок, направленных на решение проблем экологической реставрации деградированных степных и пустынных экосистем должны быть положены зональные схемы биогеоценотических структур и на этой основе создание методов экологической реставрации нарушенных степных и пустынных экосистем:
Принцип флористической и ценотической неполночленности степных и пустынных фитоценозов и его значение для обоснования возможности их экологической реставрации
Естественные степные и пустынные экосистемы аридных зон России, занимающие громадные площади, характеризуются флористической и ценотической неполночленностью. Согласно Л.Е. Родину [7], современные аридные экосистемы без исключения — это вторичные антропогенные образования. Видовая и ценотическая неполночленность степных и пустынных экосистем выражается в сравнительно упрощенной структурной организации, обедненности ботанического состава травостоя, низкой заполненности органами растений биогоризонтов растительных сообществ. Вследствие этого в таких сообществах экологические ниши сужаются, остаются нереализованными потенциальные возможности фитоценозов к производству максимально возможного количества органического вещества в данных условиях.
Положение о наличии экологических резервов и ресурсов, не используемых флористически и ценотически неполночленными пустынными пастбищными экосистемами, экспериментально обосновано в ряде наших работ [9–11, 13]. Экологическая реставрация нарушенных степных и пустынных экосистем на основе использования поликультур, т.е. использование для восстановления их структуры и продуктивности смеси кустарников, полукустарников и трав, способных к более полному использованию материально-энергетических ресурсов аридных земель, которые в последующем могут сами создавать новые экологические ниши для других организмов.
Представление о флористической и ценотической неполночленности пастбищных экосистем и в этой связи наличие неосвоенных экологических ниш и неиспользуемых материально-энергетических ресурсов является важным, мобилизующим экологическим принципом, имеющим общезональное значение для проведения работ по экологической реставрации нарушенных степных и пустынных экосистем [9–11, 13].
Принцип соответствия эколого-ценотических конструкций восстанавливаемых степных и пустынных экосистем зональным типам естественных биогеоценотических структур
Биогеоценоз является элементарной самовоспроизводящейся экологической системой биосферы, в которой протекают основные процессы трансформации вещества и энергии, замыкаются узлы экологических связей и совершаются основные акты биопродукционного процесса [3–5, 8]. Каждой природной зоне присущ свой зональный тип биогеоценоза [2]. Именно зональный тип биогеоценоза как взаимосвязанный комплекс живых организмов и абиотической среды данного естественноисторического района обеспечивает максимальный выход биомассы и накопления энергетических ресурсов на единицу площади [3].
Основным носителем зонального типа биогеоценотической структуры, согласно Г.М. Зозулину [3], является жизненная форма растений.
В сухой степи и дерновинно-злаковой степи преобладают плотнодерновинные травы, а для луговых степей характерны рыхлодерновинные и короткокорневищные злаки и осоки. К плотнодерновинным относятся житняк пустынный (Agropyron desertorum (Fisch. ex Link) Schult.), житняк широкополосный (A. pectinatum (Bieb.) Beauv.), келерия стройная (Koeleria gracilis (L.) Pers.), ковыль перистый (Stipa pennata L.), ковыль красивейший (Stipa pulcherrima С. Koch.) ковыль Лессинга (S. Lessingiana Frin. et Rupr), типчак валлийский (Festuca valesiaca Gaud.), типчак скальный (Festuca rupicola Heuff.).
К рыхлодерновинным и короткокорневищным злакам относятся ежа сборная (Dactylis glomerata L.), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub.), кострец береговой (B.riparius Rehm.), мятлик луковичный (Poa bulbosa L.), осока низкая (Carex humilis Leyss.), осока узколистная (Carex stenophylla Wahlenb.).
Основной жизненной формой растений для пустынных экосистем является жизненная форма "полукустарник" – это виды родов Artemisia, Kochia, Camphorosma, Salsola, Halothamnus. Принятые в качестве элементов модели различные зонально типичные жизненные формы растений послужили основой моделирования самовозобновляемых, экологически устойчивых, высокопродуктивных кормовых агробиоценозов на месте деградированных степных и пустынных экосистем.
Принцип адаптивной стратегии растений и его значение для обоснования возможности экологической реставрации степных и пустынных экосистем
В процессе формирования современных биоценозов шел отбор видов растений, способных существовать в условиях среды, проявляющей периодическую изменчивость как в годовом, так и в суточном цикле. У каждого вида образовалась совокупность приспособлений — своя особая адаптивная стратегия, обеспечивающая виду возможность обитать совместно с другими организмами и занимать определенное положение в соответствующих биоценозах [5]. Л.Г. Раменский [6] выделил три типа адаптивной стратегии у растений: виоленты, патиенты и эксплеренты. Аналогичные типы стратегии жизни выделил J. Grime [12], назвав и присвоив им соответствующие символы: конкуренты (C), стресстолеранты (S), рудералы (R).
Отсюда следует вывод, имеющий важное значение для практики экологической реставрации деградированных земель: если мы выдвигаем в качестве основной цели при восстановлении экологической реставрации в степной и пустынной зонах достижение восстановления зонального флороценотического биоразнообразия и продуктивности, то должны достичь оптимизированного фитоценотического баланса путем максимальной реализации потенций разных зонально типичных типов адаптивной стратегии растений на основе усиления дифференциации экологических ниш и использования при формировании узловых сообществ взаимодополняющих их признаков и свойств.
• Принцип дифференциации экологических ниш и взаимной дополняемости видов в фитоценозах и его значение для обоснования возможности экологической реставрации нарушенных степных и пустынных экосистем
Следующий важный принцип биогеоценологии, который имеет существенное методологическое значение для обоснования возможности экологической реставрации нарушенных степных и пустынных экосистем — это использование концепции дифференциации экологических ниш и взаимной дополняемости видов в процессе формирования узловых степных и пустынных экосистем.
Дифференциация экологических ниш в процессе сукцессионного формирования полночленных степных и пустынных экосистем возможна за счет совмещения разных жизненных форм растений с разным типом распределения корневых систем в почве и надземной части, с разной потребностью в элементах минерального питания, с разной потребностью в свете, с разной способностью усвоения труднодоступных форм почвенной влаги, фосфора и калия, с разной феноритмикой.
В наших работах [9–11, 13] было экспериментально обосновано положение о том, что более полное освоение фундаментальной экологической ниши и интенсификация использования ресурсов среды достигаются в тех степных и пустынных экосистемах, которые смоделированы по типу зональных биогеоценотических структур и состоят из смеси экологически и биологически различающихся жизненных типичных для данной зоны форм и доминантных видов кормовых полукустарников и трав. Именно в таких экосистемах наиболее полно реализуется принцип взаимной дополняемости видов кормовых растений на основе ярусного, сезонного, функционального, сукцессионного и флуктационного типов дифференциации экологических ниш.
На основе широкого использования фундаментальных принципов биогеоценологии — флористической и ценотической неполночленности существующих фитоценозов, принципа соответствия эколого-ценотической конструкции восстанавливаемых степных и пустынных экосистем зональным типам естественных биогеоценотических структур, типов адаптивной стратегии растений, принципов дифференциации экологических ниш и взаимодополняемости экологически и биологически различающихся видов в сообществах, разработаны эффективные методы ускоренной экологической реставрации нарушенных экосистем в степной и пустынной зонах России:
Методы экологической реставрации нарушенных степных и пустынных экосистем
Метод экологической реставрации путем высева смеси зонально типичных доминантных видов и жизненных форм растений при сплошной обработке почвы
Данный метод экологической реставрации основан на высеве смеси зонально типичных жизненных форм и доминантных видов: в степной зоне смеси плотнодерновинных, рыхлодерновинных и короткокорневищных трав и в пустынной зоне смеси кустарников, полукустарников и трав
Метод экологической реставрации степных и пустынных экосистем путем высева смеси зонально типичных доминантных видов и жизненных форм кормовых растений при частичной обработке пастбищных земель
Проведение экологической реставрации на деградированных землях, расположенных на почвах с легким механическим составом и засоленных почвах обработка почвы с оборотом пласта неприемлема. В этой связи применительно к песчаным и засоленным почвам разработан метод экологической реставрации, основанный на применении широкозахватного комбинированного агрегата, выполняющий за один проход агрегата всю работу по посеву кормовых растений. Комбинированный агрегат обеспечивает за один проход рыхление полосы шириной от 15 до 30 см, глубиной от 5 до 18 см и высев смеси семян зонально типичных видов растений [1].
Введение в нарушенные степные и пустынные экосистемы зонально-типичных плотнодерновинных, рыхлодерновинных и короткокорневищных злаков и смеси кустарников и полукустарников обеспечивает формирование зонально-типичных степных травяных и полукустарниково-травяных экосистем, и, как следствие этого, резкое увеличение объема используемых экологических ниш, занимаемых вновь сформированными фитоценозами и повышение их кормовой производительности.
Методы экологической реставрации вторично засоленных орошаемых почв с использованием галофитов
Галофиты – это группа экологически, физиологически и биохимически специализированных видов растений, способных нормально функционировать и продуцировать в условиях засоленной среды и/или орошения соленой водой.
Перспективными для использования в системе данной технологии оказались следующие галофиты: сведа дуголистная (Suaeda arcuata), сведа заостренная (S. аcuminata), лебеда белая (Atriplex cana), климакоптера мясистая (Climacoptera crassa), марь белая (Нenopodium album), бассия иссополистная (Bassia hyssopifolia), саликорния европейская (Salicornia europeae), кохия скопария (Kochia scoparia), солодка голая (Glycyrrhiza glabra), солодка уральская (G. uralensis), полынь солончаковая (Artemisia halophita) и другие.
Рассоляющий эффект галофитов складывается из следующих элементов. В метровом слое почвы на сильнозасоленных среднесуглинистых почвах полупустынь содержится 48 тонн солей на 1 га. При фитомассе надземной части 18-20 т/га галофиты выносят из почвы 8-10 т солей с 1 га. Галофиты, затеняя почву, препятствуют подъему солей из более глубоких слоев в верхние слои почвы. Эффект зеленой мульчи составляет 2,5 т/га солей. В итоге на участке, занятом насаждениями галофитов процесс выноса солей из почвы достигает 10-12,5 тонн в год [11].
В процессе реализации программы исследований показано, что период рассоления почв в мелиоративном севообороте, включающем разные экологические группы галофитов, для почв средней степени засоления составляет 4-5 лет, сильной степени засоления – 6-7 лет.
Рассоление почвы с помощью галофитов является единственным способом удаления вредных для культурных растений солей из почвы. При дренаже, промывках и промывном режиме орошения соли только перераспределяются в почвенном профиле, но не выносятся из биологического круговорота. Для коренного улучшения мелиоративного состояния земель и восстановления почвенного плодородия, соли необходимо удалять из почвы, а не перемещать их в пределах биологического круговорота.
Заключение. Опираясь на фундаментальные положения биогеоценологии, разработаны принципы и методы экологической реставрации нарушенных степных и пустынных экосистем на основе высева смеси зонально типичных доминантных жизненных форм и видов растений, обеспечивающих ускоренное восстановление утраченного биоразнообразия и продуктивности деградированных аридных экосистем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Головин В.И. Обоснование технологии восстановления кормовой продуктивности пастбищ Западного Прикаспия для овец / В.И. Головин // Автореферат дис... канд. с.-х. наук. – Ставрополь, 1995. – 33 с.
2. Залетаев В.С. Жизнь в пустыне / В.С. Залетаев – М.: Мысль, 1976. – 271 с.
3. Зозулин Г.М. Научные и практические аспекты использования ландшафтов как эталонов природы / Зозулин Г.М. // Человек и биосфера. – Ростов: Изд-во Ростов. гос. ун-та, 1977. – 336 с.
4. Миркин Б.М. Теоретические основы современной фитоценологии / Б.М. Миркин. – М.: Наука, 1985. – 136 с.
5. Работнов Т.А. Фитоценология / Т.А. Работнов. – М., 1983. – 296 с.
6. Раменский Л.Г. Введение в комплексное почвенно-геоботаническое исследование земель / Л.Г. Раменский. – М.: Сельхозгиз, 1938. – 620 с.
7. Родин Л.Е. Продуктивность пустынных сообществ / Л.Е. Родин // Ресурсы биосферы. Т. 1. – Л.-М.: Наука, 1975. – С. 128–166.
8. Сукачев В.Н., Дылис Д.В. (ред.). Основы лесной биогеоценологии. /В.Н. Сукачев, Д.В. Дылис. – М.: Наука, 1964. – 517 с.
9. Шамсутдинов З.Ш. О теории и практике фитомелиорации пустынных пастбищ/З.Ш.Шамсутдинов // Проблемы освоения пустынь. – 1979. – № 6. – С. 27-37.
10. Шамсутдинов З.Ш. Эколого-фитоценотическое обоснование фитомелиорации пустынных пастбищ / З.Ш. Шамсутдинов // Вестн. с.-х. науки. – 1988. –- № 12. – С. 30–37.
11. Шамсутдинов З.Ш. Мировой опыт биологических мелиораций и перспективы их использования в устойчивом развитии пастбищного хозяйства Западного Прикаспия / .Ш. Шамсутдинов // Биота и природная среда Калмыкии. – М., 1995. – С. 106–157.
12. Grime J.P. Plant strategies and vegetation processes / J.P. Grime. – Chichester ets.: Willey, 1979. – 379 р.
13. N. Shamsutdinov and Z. Shamsutdinov. Halophyte utilization for biodiversity and productivity of degraded pasture restoration in arid regions of Central Asia and Russia. Biosaline Agriculture and High Salinity Tolerance Editer by Chedly Abdelly / Munir Ozturk, Muhammad Ashraf and Claude Grignon, 2008 Birkhauser Vertag / Switzerland. –PP. 233-240.

З.Ш. Шамсутдинов, Н.З. Шамсутдинов