ЭРОЗИОННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ ЗАВОЛЖСКО-УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА

THE EROSION DEGRADATION OF BLACK SOILS IN TRANS-VOLGA - URALS REGION 

А.И.Климентьев

A.I.Klimentiev

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт степи Уральского отделения Российской академии наук

(460000, Россия, г.Оренбург, ул.Пионерская, 11)

Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

 (460000, Russia, Orenburg, Pionerskaja st., 11)

e-mail: orensteppe@mail.ru

Вскрыта природно-антропогенная деградационная эволюция черноземов Заволжско-Уральского региона, как результат эрозионных процессов, инициированных человеком при различных технических и технологических нарушениях. Накопленный за последние 50 лет надежный материал по содержанию гумуса, общего азота, карбонатов и другим показателям как для полнопрофильных эталонных (центральные образы подтипов черноземов), так и для их смытых аналогов позволил получить ряд объективных статистически достоверных информативных показателей, свидетельствующих о потере черноземами плодородия и ряда экосистемных и биосферных функций. Предложены  меры по предупреждению возможной дальнейшей эрозионной деградации черноземов региона.

The natural and anthropogenic degradation evolution of black soils in Trans-Volga – Urals region as result of erosion processes initiated by human with various technical destructions and breaches of technology is revealed. Reliable materials of late 50 years on humus, total nitrogen, carbonates contents and other parameters as for standard soils (patterns of standard subtypes of black soils) as well for their washed analogues let to acquire a number of objective statistically valid significant data confirming the fertility decrease of black soils and the loss of some ecosystem and biosphere functions of black soils in the region. The measurements to prevent further erosion degradation of black soils in the region are suggested. 

Ведение. Зональные почвы степей Заволжско-Уральского региона – черноземы, обладающие значительным запасом плодородия и отличающиеся наиболее высокой биопродуктивностью и экологической стабильностью, - полностью  распаханы. Это привело к негативному изменению их свойств и режимов, потере органического вещества и другим деструктивным процессам. В результате широкого агарного освоения черноземов, различных нарушений технологического плана снижена их экологическая устойчивость, потерян ряд экосистемных и биосферных функций. В черноземах, как компонентах экосистемы, нарушены свойства, параметры и режимы, соотношение фаз и структурная организация почвенного покрова. В связи с этим усилились процессы эрозии, дефляции, потери структуры, переуплотнения и дегумификации черноземов.

В естественных степных экосистемах создана сложная система накопления, хранения и экономного расходования ресурсов жизнеобеспечения – элементы минерального питания в составе почвенного гумуса с его сложной фракционной структурой. В актуальном биологическом круговороте степи находится только малая часть «капитала» экосистемы, основная его масса хранится в ее запаснике – почвенном гумусе. Под естественной растительностью эрозия почв была слабой и проходила с «геологической неторопливостью», компенсируясь идущим параллельно непрерывным почвообразовательным процессом. Человек – главный виновник деградации почвы. Распашка  и замена ассоциаций степной растительности полевыми культурами (с преобладанием монокультуры) лишила черноземы защиты. Дело усугубилось применением интенсивных обработок почв без соблюдения самых элементарных противоэрозионных мер. Природная эрозия перешла в природно-антропогенную, примерно на 1-2 порядка более интенсивную. Черноземы на склонах любой крутизны (даже в 1-2⁰) смываются водами весеннего стока и летними ливнями, довольно частыми в регионе. Водная эрозия в черноземной зоне охватывает все новые и новые площади, сопровождаясь переходом почв в более высокие степени эродированности [1]. Процесс эрозии кумулятивный, необратимый, и смытых почв становится все больше и больше. В этих условиях сохранение черноземов, их разнообразия, плодородия и функций является одной из приоритетных задач современного природопользования степной зоны России. Решение ее во многом зависит от успешного проведения фундаментальных исследований по разработке нормативов и мер по сохранению и восстановлению почв, комплексной реабилитации и реставрации почвенного покрова.

Материалы и методика. Оценка экологической устойчивости черноземов Заволжско-Уральского региона на примере Оренбургской области проведена на основе современных методов и подходов почвенно-экологических исследований, с учетом наработанных методик, в том числе и по другим регионам. Основные методы исследований: анализ фондовых и литературных материалов, статистическая обработка материалов двух туров крупномасштабных почвенных исследований, почвенное картографирование, обзор и анализ почвенных и растительных образцов, ландшафтно-геохимический и географический методы. В  Институте степи УрО РАН выполнены приоритетные разработки  по ландшафтно-генетической и экологической оценке почвенного покрова Оренбургской области и сопряженных территорий, выявлены и изучены эталоны черноземов, составлена и издана первая в РФ Красная книга почв, подготовлены и изданы  монографии, посвященные почвенно-экологическим проблемам. Определение характера и интенсивности антропогенной деградации черноземов проведено путем сравнения эродированных аналогов с естественными таксонами (эталонами) Красной книги почв [9, 10, 13].

Изложение и обсуждение фактического материала. Наиболее важным и объективным показателем степени эродированности черноземов является снижение в них количества гумуса в слое 0-25 и 0-50 см  по сравнению с центральным образом, который принят за эталон  в Красной книге почв. Как  видно из табл.1, при сильном смыве в пахотном слое 0-25 см черноземов теряется в среднем 50% гумуса и вдвое  снижается энергетический потенциал почвы. Наблюдаются некоторые различия  в потерях компонентов между подтипами черноземов, но ряд потерь гумуса по трем степеням смытости,  соответственно 19, 35 и 50%, можно считать репрезентативным  в целом для типа.

Таблица 1

Среднее содержание гумуса в слое 0-25 см (%)  (числитель), 1 и мощность гумусового горизонта (см) (знаменатель), 2 -   в подтипах черноземов и их смытых вариантах, %

И.В.Иванов и Е.Д.Табанакова [5], исследовавшие изменение параметров черноземов в голоцене, пришли к выводу, что мощность гумусового горизонта является при этом их «фундаментальной характеристикой». В полнопрофильных черноземах  Заволжско-Уральского региона эти величины составляют в целом по типу в среднем 53 см, в слабосмытых 37, в среднесмытых 32, в сильносмытых 26 см, т.е. в последних мощность гумусового горизонта снижается иногда вдвое  и более. Нарастание  мощности черноземов с применением методов археологического почвоведения проходило в голоцене со скоростью 3-4 см за 100 лет.

Совокупность сведений, имеющихся в современной литературе (70-80-х гг. XX в.) формируют представление о средней скорости образования гумусового горизонта почв в условиях действия природных факторов при равновесной плотности сложения (примем равной 1,25 т/м³) составляет 1,65-2,0 т/га в год (0,2-0,3 мм/год). Наконец, моделированием гумусового горизонта определена средняя скорость почвообразования для полноголоценовых черноземов, которая оценивается в 0,13 мм/год [4]. Очевидно, что такие темпы естественного воспроизводства почвенного ресурса чаще всего не могут компенсировать фактические потери, обусловленные нерациональным хозяйственным использованием почв.

 Отсюда следует, что отвод сильносмытых почв «природе на отдых», под залужение даст очень нескорый почвовосстановительный эффект, и даже до уровня слабосмытых они дойдут через тысячу лет «без учета текущей денудации». Таким образом, эти почвы из состава пашни необходимо выводить навечно, и их самомелиорация в обозримом времени практически неосуществима.

При эрозии черноземов в достаточно строгом соответствии с потерей гумуса идет утрата ими и общего азота. Степные ценозы в своем составе имели очень мало бобовых растений. Следовательно азот накапливали свободноживущие бактерии в количестве около 5 кг в год.  По  этому критерию также можно судить о крайне медленном восстановлении азотного, и следовательно, и гумусового потенциала эродированных черноземов естественным путем.

Чтобы судить о состоянии собственно «живого вещества» в черноземах, приводим средние данные по численности мезофауны, которые показывают разницу как в подтипах, так и в их эродированных вариантах, полученных нами в разные годы исследований (табл.2).

Таблица 2

Мезофауна полнопрофильных и эродированных черноземов

Из табл.2 видно, что наиболее богатыми в суммарном исчислении по численности беспозвоночных, количеству дождевых червей и их суммарной массе являются черноземы несмытые. В них больше и геобиотов. При нарастании степени эродированности начинают преобладать фитофаги, питающиеся живым органическим веществом корней растений (вредители). Подтверждается на примере эродированных почв метод зоологической диагностики почв,  предложенный М.С.Гиляровым [3]. Микробный пейзаж тоже испытывает под воздействием эрозии заметную депрессию, как по численности бактерий, так и по их видовому разнообразию.

Резюмируя вышеприведенные показатели эродированности для всех подтипов черноземов Оренбургской области по ее степеням (в %), принимая полнопрофильные черноземы за эталон (100), назовем три цифры для слабо-, средне- и сильносмытых почв: фактического  содержания гумуса в слое 0-25 см (в процентном отношении) – 80, 65, 50; энергетического  потенциала  - 75, 62, 50; численности беспозвоночных на 1 м² -  37, 12; массы дождевых червей, кг/га – 40, 15; бонитета для полевых культур – 70, 50, 32 [8].  Все эти данные получены в разные годы, не синхронно, но тем не менее поражает четкая сходимость любых показателей падения эколого-биосферного достоинства почв по мере усиления степени их эродированности.

По достоверным  данным, примерно в таком же порядке при эрозии снижается количество валового фосфора, ряда важных для питания растений микроэлементов; вдвое, втрое уменьшается количество водопрочных агрегатов, снижаются параметры дифференциальной порозности, влагоемкости, плотность достигает величин 1,4-1,5 г/см³ и более [12, 10, 11].

По мере развития эрозии черноземы не достигают иммунитета к ней, напротив, их сопротивляемость дальнейшему разрушению резко снижается. Словом, идет тотальная деградация педонов и ареалов склоновых черноземов.

Используя иерархическую схему трансформации почв А.С.Керженцева [6]: флуктуация, метаморфоз, эволюция, - слабосмытые черноземы можно отнести к флуктуации, поскольку они сохраняют  моликовый горизонт, правда, редуцированный, и  уподобляются маломощным черноземам, встречающимся и на плакорах. Среднесмытые черноземы в явной мере претерпели метаморфоз, перейдя на иной таксономический уровень,  и лишь с оговорками могут быть оставлены в типе черноземов. Сильносмытые черноземы как предмет эволюции – это совершенно новый тип малосформированных, фрагментарных, слабогумусированных почв, утративших по меньшей мере две трети  своих экологических функций – энергетической, гидрологической, газово-атмосферной, биогеохимической и даже информационной, т.к. в них исчезли многие признаки, отвечающие понятию «почва-память».

Анализ материалов двух туров крупномасштабных почвенных съемок (1965-1984 и 1985-2000 гг.) показал, что по мере нарастания эродированности черноземы утрачивают во все большей мере не только важные химические компоненты – гумус, азот, фосфор, микроэлементы, но идет и противоположный процесс вторичной, точнее – возвратной,  карбонатизации (табл.3), что, наравне с дегумификацией, приближает почву по ее составу и свойствам к почвообразующей породе, т.е. идет примитивизация почвы. Если по I туру крупномасштабных почвенных съемок карбонатных черноземов среди подтипов было в пашне 46,3%, то по II туру – 54,5%, т.е. произошло увеличение площадей на 8,2%, что составляет около 0,5% в год. Увеличилось и абсолютное содержание карбонатов в пахотном слое.

Таблица 3

Увеличение площадей карбонатных черноземов по подтипам по двум турам почвенных исследований, тыс.га

Процесс эрозии почв в пределах водосбора любого порядка и даже на конкретном склоне идет крайне неравномерно.  На  небольшом расстоянии мы  можем наблюдать ареалы черноземов различной степени смытости, а также полнопрофильные их разновидности. В результате склоны с относительно гомогенным почвенным покровом становятся весьма гетерогенными в этом отношении. Идет заметное усложнение структуры почвенного покрова, его фрагментация. По крупномасштабным почвенным картам исчислено, что если средние ареалы несмытых черноземов принять за 100, то по трем степеням смытости получим ряд  (средние данные) 41, 35, 31 га, что свидетельствует о дроблении, фрагментации  почвенного покрова склонов и снижении возможности их сельскохозяйственного использования (табл.4).

Таблица 4

Площади  средних ареалов полнопрофильных и эродированных черноземов, га

При современных темпах развития эрозии черноземов на склонах их деградация имеет тотальный характер, как по их свойствам, составу, функциям, биопродуктивности, так и по показателям структуры почвенного покрова: достаточно заметить, что коэффициент контрастности по Фридланду возрастает в 30-35 раз! Все это трудно в строгом смысле назвать эволюцией, понимая ее в широком смысле. Это контрэволюция – постепенный, но достаточно быстрый возврат к элементам исходного состояния почвообразующей породы [7]. Судя по литературным источникам и сообщениям последних четырех съездов Докучаевского общества почвоведов, такая же или еще более резкая картина наблюдается во всех черноземных регионах стран СНГ, России, Украины и Казахстана.

Рыночные отношения, развивающиеся в аграрном секторе России, к сожалению не способны пока управлять экологическим поведением вновь нарождающихся землепользователей, не вовлекают их как ответственных действующих лиц  в почвоохранные программы, не предлагают им определенные стимулы к применению экологически безопасной практики землепользования. Отсутствуют и жесткие «командно-контрольные» предписания в области охраны почвенного покрова в виде узаконенных стандартов, введенных для фермеров в США [2].

Заключение. Необходимо принимать неотложные меры по сдерживанию прогрессирующего ухудшения качества черноземов, сосредоточив всю информацию об их состоянии и использовать ее при разработке мероприятий. Кажущаяся доступность и относительная легкость решения проблемы эрозии обусловлена отсутствием целостной концепции агрогенной эволюции черноземов.

В перечне мер, разработанных наукой, на несмытых черноземах необходимо повышать их экологическую устойчивость к негативным воздействиям повышением биопродуктивности возделываемых на них сельскохозяйственных культур. При этом выделяемые средства более целесообразно направить на лучшие почвы, где отдача будет максимальной. Для слабосмытых черноземов – строгое соблюдение агротехнических (особые способы обработки почв) и фитомелиоративных мер (уменьшение в севообороте доли пропашных культур и увеличение доли многолетних трав).

Для среднесмытых черноземов – отчасти такими же способами, а также сокращением площадей паров, выращиванием культур, малотребовательных к гумусу – бобовых, яровых зерновых (пшеницы), оставление на полях измельченной соломы. Для построения противоэрозионных мероприятий должен быть полностью задействован естественный водосборный бассейн – целостная элементарная природно-экономическая единица с однонаправленным потоком вещества к базису эрозии и замыкающему створу водотока, где можно поставить объективный экологический диагноз и назначить более действенные меры по предупреждению эрозии.

Судьба сильносмытых почв может быт троякой: дальнейшая их традиционная эксплуатация в пашне превратит их  в очень и полностью смытые, т.е. породы. Залужение посевом трав, использование под строго регулируемые пастбища, обрекает  восстановление плодородия черноземов  на сотни лет, если учитывать и пастбищную эрозию почв, зачастую не уступающую по своей вредоносности эрозии земледельческой. Но есть и третий путь –  реставрация профиля и присущих ему свойств и функций применением природных мелиорантов, располагающихся вблизи эродированных склонов и потому транспортно и энергетически доступных. Это, во-первых, делювиальные (намытые) черноземы, обладающие большим гумусовым резервом, основой (матрицей) которым служат четвертичные карбонатные суглинки; во-вторых, иловые отложения высохших водоемов. И те, и другие по своему составу и качеству близки к соседним с ними полнопрофильным черноземам.

Подобная опытная реставрация сильносмытых черноземов была в 70-80-х годах проведена в Молдове, которая показала, что наносимые мелиоранты (гумусовый горизонт) в 30 и тем более в 40 см возвращают деградированной почве ее былой статус – строение, функциональность, плодородие, бонитет, что обеспечивает удвоение урожаев пшеницы. Такая реставрация испорченных почв – несомненно, акт ноосферного характера [7].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Антропогенная эволюция черноземов / Под ред. А.П.Щербакова, И.И.Васенева. Воронеж, 2000. 411 с.
2. Геннадиев А.Н., Таргульян В.О., Соколова Т.А., Шеин Е.В. Почвоведение и почвоохранная политика за рубежом // Почвоведение, 2005. № 8. С. 924-929.
3. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. М., 1965. 278 с.
4. Глеусов П.В., Лисецкий Ф.Н. Воспроизводство почв в антропогенных ландшафтах лесостепи. Белгород, 2005. 232 с.
5. Иванов И.В., Табанакова Е.Д. Мощность гумусового горизонта - фундаментальная характеристика черноземов; причины и скорости ее изменений во времени // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М., 2002. С.239.
6. Керженцев А.С. Флуктуации, метаморфозы и эволюция почв // Экология и почвы: Избр.лекции X всероссийской школы (октябрь 2001 г.). Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001. Т.IV. С.18-24.
7. Крупеников И.А. Эрозионная деградация черноземов и единственный способ их реставрации // Проблемы эволюции почв // Материалы IV Всерос.конф. Пущино, 2003. С.210-215.
8. Климентьев А.И., Стрельников А.Н. Качественная оценка (бонитировка) почв пашни Оренбургской области // Новое в агротехнике полевых культур. Уфа, 1978. С.14-22.
9. Климентьев А.И., Тихонов В.Е. Оценка эрозионных потерь органического вещества в почвах степной зоны Южного Урала // Почвоведение. 1994. № 3. С.117-122.
10. Климентьев А.И. Почвенно-экологические основы степного землепользования. Екатеринбург. 1997. 248 с.
11. Климентьев А.И. Почвы степного Зауралья: ландшафтно-генетическая и экологическая оценка. Екатеринбург, 2000. 436 с.
12. Климентьев А.И., Блохин Е.В. Почвенные эталоны Оренбургской области. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1996. 90 с.
13. Климентьев А.И., Чибилев А.А., Блохин Е.В., Грошев И.В. Красная книга почв Оренбургской области. Екатеринбург, 2000. 289 с.