УДК 631.4; 633.2 033.2
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-275-281
ПРИРОДОПОДОБНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ И РАСТИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ (ТЕРСКО-КУМСКОЙ НИЗМЕННОСТИ)
NATURE-LIKE TECHNOLOGY FOR THE RESTORATION OF SOIL AND PLANT RESOURCES OF SALINE SOILS OF THE NORTH-WESTERN PRECASPIAN (TEREK-KUMA LOWLAND)
Гасанов Г.Н., Усманов Р.З., Гаджиев К.М., Асварова Т.А., Баширов Р.Р., Абдулаева А С.
Gasanov G.N., Usmanov R.Z., Gadzhiev K.M., Asvarova T.A., Bashirov R.R., Abdulaeva A.S.
Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, Махачкала, Россия
Precaspian institute of biological resources of Dagestan federal research center of the Russian Academy of Sciences, Makhachkala, Russia
E-mail: nikuevich@mail.ru
Аннотация. Почвы на территории Терско-Кумской низменности засолены в разной степени, незасоленных почв здесь нет. Значительное распространение – 318,1 тыс. га или 21,0% общей площади региона – получили солончаки с продуктивностью 1,0-1,5 ц/га воздушно сухой фитомассы, которые используются как низкопродуктивные пастбища. Обычные способы мелиорации солончаков: гидротехнический, химический, агромелиоративный в Терско-Кумской низменности не могут быть применены из-за нехватки водных ресурсов и отсутствия финансовых возможностей. Фитомелиорация также невозможна, так как высеянные в такую почву семена не прорастают. Исследования проведены с целью разработки естественно-антропогенного способа превращения солончаков корковых в продуктивные пастбища в условиях развития дефляционных процессов, при котором исключалось механическое воздействие на почву, и проведение известных способов мелиорации почв. Поставленная цель достигнута путем создания на поверхности солончака коркового с помощью древесного материала прослойки из илисто- песчаной массы с семенами дикорастущих фитоценозов (ИПМС). Семена растений, содержащиеся в указанной массе, после выпадения осадков прорастают, закрепляя почву своими корнями, и в течение 7-8 лет формируют эолово-аккумулятивный гумусовый горизонт. Продуктивность пастбища достигает 2 ц/га воздушно-сухой массы.
Ключевые слова: солончак корковый, способы мелиорации, илисто-песчаная масса, гумусовый горизонт, продуктивность.
Abstract. The soils on the territory of the Terek - Kuma lowland are saline to varying degrees, there are no unsalted soils here. A significant distribution – 318.1 thousand hectares or 21.0% of the total area of the region - was obtained by salt marshes with a productivity of 1.0-1.5 c/ha of air-dry phytomass, which are used as low-productive pastures. The usual methods of reclamation of salt marshes: hydrotechnical, chemical, agro-reclamation in the Terek- Kuma lowland cannot be applied due to lack of water resources and lack of financial opportunities. Phytomelioration is also impossible because seeds sown in such soil do not germinate. The research was carried out in order to develop a naturally anthropogenic method of converting saline cortical into productive pastures under conditions of deflationary processes, which excluded mechanical effects on the soil and the implementation of known methods of soil reclamation. This goal was achieved by creating a layer of silty-sandy mass with seeds of wild phytocenoses (IPMS) on the surface of the saline cortical with the help of wood material. The seeds of plants contained in this mass germinate after precipitation, fixing the soil with their roots and forming an aeolian - accumulative humus horizon for 7-8 years. The productivity of the pasture reaches 2 c/ha of air - dry mass.
Key words: saline cortical, methods of reclamation, silty-sandy mass, humus horizon, productivity.
Введение. Терско-Кумская низменность, площадью 1,53 млн га, является важнейшей кормовой базой для отгонного и стационарного содержания около двух миллионов овец и сотен тысяч голов КРС сельскохозяйственных предприятий Дагестана [1, 2].
Почвы на территории низменности засолены в разной степени, незасоленных почв здесь нет. Значительное распространение – 318,1 тыс. га или 21,0% общей площади региона – получили солончаки. Для них характерны неудовлетворительная структура, низкая общая пористость (43,84- 53,23%) и пористость аэрации (0,98-20,27%), высокие значения прочносвязанной влаги (8,37- 17,96% от объема почвы), влажности заведения (до 27%), общей влагоемкости (35% к массе и 50% к объему почвы), очень малая (менее 30 мм/час) влагопроницаемость, малый объем активной влаги (0-0,89%). Солончак корковый содержит в поверхностном горизонте 0,5-1,2% водорастворимых солей, он полностью лишен растительного покрова. В случаях комплексного размещения со светло- каштановой почвой встречаются заросшие специфическими видами фитоценозов бугорки разных величин, не образующих сомкнутого растительного покрова [2] (рисунок 1).
Рисунок 1. Общий вид солончака коркового в Терско-Кумской низменности.
Продуктивность солончаков очень низкая – 1,0-1,5 ц/га воздушно-сухой фитомассы, они используются как низкопродуктивные пастбища. Повышение продуктивности солончаков, их реабилитация в аграрном производстве обычно осуществляется путем осуществления гидромелиоративной мелиорации – промывок большим током воды с нарезкой оросительной и коллекторно-дренажной сети [3], проведения специальных агромелиоративных мероприятий: внесение органических и минеральных удобрений, мелиоративные обработки почвы, фитомелиорации, химической мелиорации [4]. Но в Терско-Кумской низменности такие способы освоения солончаков не применимы. Здесь не хватает водных ресурсов, отсутствуют также финансовые возможности в РФ и Дагестане для их проведения и, что не менее важно, в рассматриваемых условиях недопустимо механическое воздействие на легкосуглинистые и песчаные и супесчаные почвы из-за угрозы образования очагов дефляции и опустынивания территории. Поэтому решение проблемы реабилитации солончаков, особенно корковых, имеет важное научное и прикладное значение не только для Терско-Кумской низменности, но всего Прикаспийского и других регионов с аналогичными природными условиями.
В Терско-Кумской низменности 44,5% площади занята развевающимися песчаными массивами, испаряемость превышает количество осадков в 5,4 раза. Процессы, которые вызывают дестабилизацию экологической ситуации в регионе, должны быть устранены, в противном случае это приведет к сокращению содержащегося здесь поголовья животных, а проживающее здесь население вынуждено будет перемещаться в приграничные регионы в поисках лучшие жизни, с неизбежными при этом межэтническими конфликтами.
На богарных землях проблему могут решить с применением агромелиоративных приемов: внесения навоза, песка, плодородной почвы запашки этой массы в почву и посева фитомелиорантов [5, 6]. Для этого приходится заготавливать, транспортировать и вносить в почву большое количеств удобрений (30-40 т/га), песка и земляной массы (40-60 т/га). Для этого также надо нести значительные материальные и денежные затраты.
Нередко прибегают и к химической мелиорация солончаков (внесение химикатов для нейтрализации щелочной реакции среды) [7]. И в данном случае приходится нести затраты на заготовку, транспортировку и внесение в почву химикатов.
Цель исследования: разработать естественно-антропогенный способ превращения солончаков корковых в продуктивные пастбища в условиях развития дефляционных процессов, при котором исключалось бы механическое воздействие на почву, и проведение гидро- и агромелиоративных и химических способов мелиорации почв.
Методика и методы исследований. Поставленной цели намечалось достигнуть путем создания на поверхности солончака коркового прослойки из илисто-песчаной фракции почвы с нейтральной реакцией и семенами дикорастущих фитоценозов (ИПМС).
В условиях полупустыни постоянно дуют ветры, меняющие свое направление в течение суток дважды. В летний период вектор, формирующегося над степью, прохладного воздуха в утренние часы направлен в сторону моря (Каспийского), а в полуденные часы перегретые над поверхностью почвы воздушные массы поднимаются в верхние слои атмосферы, уступая пространство над степью относительно прохладному воздуху, поступающему с моря. Эти воздушные массы, перемещающиеся над поверхностью почвы, одновременно переносят с собой 20- 30 т/га эолового материала с запасом семян растений. Этот материал, встретив на своем пути препятствия в виде кустарника, кустарничка, куста растения или любого другого предмета (камня, частей скелета животных, остатков строительного материала, запасных частей машин), оседает вокруг них на поверхности почвы, в данном случае солончака, и образует бугры и бугорочки разных форм и размеров, которые в последующем зарастают растительностью [8].
При выпадении осадков семена растений, содержащиеся в указанном материале, прорастают, закрепляя своими корнями почву, и образуют на поверхности солончака, заросшие первоначально эфемерами, а в последующем разнотравьем и солянками, бугры разных размеров. Задача по созданию на поверхности солончака, вместо единичных кочек и бугров, сплошного слоя наносного почвенного материала, в последующем зарастающего растениями и превращающимся в дернину, нами решалась путем устройства ветрозащитного прямоугольника из досок, шириной (высотой над поверхностью солончака) 20 см.
Влажность почвы определяется три раза за вегетационный период: в начале апреля, в конце июля – начале августа и в конце сентября – начале августа в слое 0-70 см на участке, защищенным эоловым слоем, и без него с интервалом 0-20 см термостатно-весовым методом.
Степень и тип засоления солончака коркового в зависимости от наличия эолового покрытия на его поверхности определяли по тем же срокам, что и влажность почвы, по горизонтам А (0-8 см); В1 (9-15 см); В2 (16-30 см); ВС (31-40 см); С1 (41-58 см); С2 (59-70 см). Определяли также содержание анионов HCO3-; CL-; SO42- и катионов: Ca2+; Mg2+ и K++Na+ в водной вытяжке [9].
Динамика содержания легкогидролизуемого азота определяется по Л.Н. Александровой и
О.А. Найденовой (1986), подвижных соединений фосфора и калия – по методу Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91) [10]. Плотность почвы определяли с использованием режущего цилиндра [11], НВ и ПВ – по предложенному нами методу с латеральной подачей воды и насыщением почвы методом инфильтрации ко всем горизонтам почвы одновременно [12]. Количественно-видовой состав фитоценозов определяли в периоды максимального накопления фитомассы эфемеров (конец апреля – начало мая) и солянок с разнотравьем (конец июля – начало августа) на закрепленных постоянных участках.
Результаты исследований и их обсуждение. Проведенные нами исследования показали, что единственным способом вовлечения засоленных почв, в частности, и солончака коркового в дефляционно-опасных ландшафтах в хозяйственный оборот является создание на его поверхности гумусового слоя без проведения перечисленных выше мелиораций. Предпосылки для решения данной проблемы в рассматриваемых условиях, на наш взгляд, имеются достаточные.
Первая из них заключается в том, что на территории низменности имеются значительные площади развевающихся песчаных массивов, бурун и гряд, которые являются полимиктовыми (полиминеральными) природными образованиями с большим содержанием легко выветривающихся породообразующих минералов: полевых шпатов, мусковита, биотита, амфиболов (роговая оболочка). Все они, кроме кварца, имеют признаки интенсивного выветривания, являются главным источником систематического пополнения песков питательными элементами, обеспечивающими их высокое активное и потенциальное плодородие. Реакция среды в этих песках нейтральная (рН=7-7,2), они не имеют признаков засоленности и содержат до 0,2% общего гумуса [13]. Такие же песчаные массивы распространены по всему Северному [14] и Восточному Прикаспию, включая Казахстан и Туркмению [15, 16].
В условиях часто повторяющихся пыльных бурь (до 5-12 в год) и высоких модулей дефляции в воздушные потоки поступает значительное количество илисто-песчаных фракций дальнего переноса и переотложенного. Эти потоки загрязняют воздушный бассейн пылеватыми взвесями, делая жизнь, проживающего здесь населения, менее комфортной. Кроме того, после пыльных бурь или ежедневных, различных по силе и направлениям, ветров, местами полностью сносятся верхние песчаные слои почвы и мелкие гряды. Они отлагаются на прилегающих пастбищных угодьях, в пониженных элементах мезо- и нанорельефа низменности, вокруг естественных преград.
Следует принять во внимание и такой факт: в илисто-песчаной массе накапливается достаточное количество семян дикорастущих фитоценозов. Эти семена, в условиях засушливого климата, находясь постоянно на дневном свету (на поверхности почвы), интенсивно проходят физиологическое дозревание, имеют высокую полевую всхожесть и, при выпадении осадков, могут быстро прорасти и формировать сомкнутый травостой. Значительную часть ИПМС, перемещающейся по поверхности низменности, можно было бы накопить на солончаке корковом, если создать для этого необходимые условия.
Вторая предпосылка для реабилитации солончаков корковых заключается в том, что для Прикаспийской низменности России, приморских районов Казахстана и Туркмении характерны постоянные ветры, переменных направлений [15, 16]. Температура воздуха в июне – августе поднимается до 40-45°С в тени. На открытой поверхности почвы она достигает и 55-60°С. Раскаленный воздух поднимается в верхние слои атмосферы. Освободившееся пространство над низменностью занимает более прохладный воздух со стороны моря.
Вектор, формирующихся над степью воздушных масс, в первой половине дня направлен от моря в сторону континента, к вечеру меняется в обратную сторону. Воздушные массы, постоянно перемещающиеся по территории низменности, одновременно переносят с собой 20-30 т/га ИПМС. Наблюдения за формированием оголенных массивов земель, потерявших гумусовый горизонт в результате дефляции почвы, строительных работ или иных антропогенных воздействий (прокладка нескольких дублирующих дорог по полупустыне транспортными средствами при перемещении в осенне-зимнюю распутицу), показывают, что почвенный и растительный покров на таких землях можно восстановить за счет атмосферных процессов, протекающих в полупустыне.
Полученные нами результаты позволят впервые в мировой науке обосновать новый принцип реградации и вовлечения в хозяйственный оборот солончака коркового в условиях развития дефляционных процессов. Для этого не потребуется предварительное рассоление солончака или применение других гидро-, хим-, фито- и агромелиораций. Исключается воздействие на почву механическими средствами, создание очагов дефляции и процессов опустынивания, снижается загрязнение воздушного бассейна илистыми фракциями, вредными для организма человека и животных.
Для решения проблемы трансформации солончака коркового в более высокий и продуктивный таксономический уровень нами применен естественно-антропогенный подход, при котором естественный процесс перемещения ИПМС по поверхности солончака с помощью атмосферных факторов направляется человеком, путем создания искусственных препятствий на пути ее передвижения. Это может обеспечить в последующем формирование на поверхности солончака коркового гумусового горизонта с растительным покровом. Под влиянием корневых систем растений, зоонаселения и природных (естественных) факторов солончак корковый трансформируется в другой вид почвы с достаточно высокой продуктивностью, не прибегая к известным мелиоративным приемам.
Для достижения поставленной цели на солончаке корковом нами были созданы искусственные препятствия из досок, выступающих над поверхностью почвы на 20 см. Можно подобрать другие, более дешевые материалы, механизировать процесс их укладки, но это задача будущих исследований.
ИПМС в эксперименте заполняет 0,2 метровую толщу площадки в 4 м2 (2х2 м) в течение 7- 10 месяцев, особенно интенсивно в менее влажный период года. В слое 0-5 см этой массы на 1 м2 содержится 500-700 шт. семян естественного фитоценоза. Лабораторная всхожесть их 92-95%, полевая всхожесть зависит от количества и срока выпадения осадков. Согласно полученным нами предварительным данным, полноценные всходы дают лишь 30-40% семян, расположенных в слое 0-1 – 0-3 см (из нижележащих слоев на поверхность почвы пробивается незначительное количество всходов). Остальная часть семян используется зоонаселением или теряет всхожесть, и пополняет запасы органического вещества почвы. В любом случае на 1 м2 может быть получено 150-250 всходов – это достаточное количество для обеспечения высокой густоты и продуктивности фитоценоза. Появившиеся растения способствуют закреплению почвы своими корнями, образованию на поверхности солончака коркового, заросшего первоначально эфемерами, а в последующем разнотравьем и солянками, фитомассы, продуктивностью 8-14 т/га воздушно-сухой массы.
О возможности создания таким путем новой почвы (рода, вида, разновидности) свидетельствуют результаты исследований [17], которые подтверждают, что в городских условиях даже атмосферная пыль может явиться материалом для почвообразования. В течение 10-20 лет
«вблизи автомагистралей, где интенсифицируется процесс переноса пыли, создается возможность не только поступления пыли в почву, но и формирования почвенных горизонтов из пылеаэрозольных выпадений», которые, наряду с нефтепродуктами и тяжелыми металлами, содержат «до 10% карбонатов и до 7% органического углерода…».
В подтверждение сказанного данными исследователями мнения, можно привести факт накопления на асбоцементных трубах внешней части отопительных систем г. Махачкала илистой массы почвы, занесенной ветром, и произрастания на ней древесных и травянистых растений, семена которых также были занесены ветром.
На важную роль эоловых процессов в почвообразовании в горных условиях указывает и М.А. Глазовская (2009). «Необходимым условием образования таких почв, – считает она – является наличие сомкнутого растительного покрова. При участии фауны беспозвоночных вновь осаждающийся эоловый мелкозем перемещается внутрь почвенной толщи, обогащается гумусом, илом и оструктуривается» [18].
Эти вполне обоснованные высказывания выдающихся почвоведов всецело можно отнести, и даже с большим основанием, к условиям Прикаспия, где ежегодно дефлируется 10-15 т/га эолового материала.
Проблемным в научном плане является вопрос: как влияет созданный на поверхности солончака эоловый слой на влажность и содержание солеобразующих ионов.
Нашими исследованиями установлено [8, 19], что влажность солончака коркового под эоловым слоем, вопреки ожиданию, имеет относительно низкие показатели, чем на открытой площадке, не укрытой эоловым слоем (рисунок 1). Увеличение влажности слоя почвы 0-70 см на той части солончака, который не был укрыт эоловым слоем, объясняется тем, что «капиллярно- осмотический поток» влаги из области с относительно низкой концентрацией водорастворимых солей под эоловым слоем перемещается к области с повышенной их концентрацией на солончаке корковом без этого слоя [8, 20].
Резкое снижение испарения влаги из солончака под эоловым слоем предотвращает капиллярный подъем влаги с растворенными в ней солеобразующими ионами из более глубоких слоев почвы и дополнительное их накопление в верхнем корнеобитаемом слое. Более того, из этого слоя солончака одновременно с почвенной влагой солеобразующие ионы перемещается в область с относительно высоким осмотическим давлением на прилегающей части солончака коркового.
Этим объясняется увеличение общего количества катионов и анионов, особенно Cl- и SO --,
на открытой части солончака и уменьшения их количества под эоловым слоем.
В наших исследованиях [8, 19, 20] создание на поверхности полностью лишенного растительности солончака коркового такого слоя с помощью деревянных досок (шириной 20 см, толщиной 2 см) способствовало появлению на его поверхности в течение первого же года 58 экземпляров растений (таблица 1).
Таблица 1 Основные показатели продуктивности фитоценозов при трансформации солончака коркового
Годы наблюдений |
Количество растений, экз./м2 |
Количество видов, шт. |
Проективное покрытие, % |
Урожайность воздушно-сухой фитомассы, т/га |
Первый |
58 |
9 |
27 |
0,65 |
Второй |
115 |
12 |
60 |
1,58 |
Третий |
127 |
15 |
74 |
2,05 |
Четвертый |
127 |
16 |
76 |
1,98 |
Пятый |
128 |
16 |
76 |
1,84 |
Восьмой |
128 |
15 |
79 |
2,08 |
В видовом составе фитоценоза в первый год преобладают эфемеры: полевичка малая (Eragrostic minorHost.), мортук восточный (Eremopyrum orientale (L.) Jaub.Et. Spach.), бурачок пустынный (Alussum desertorum Stapf.), мятлик однолетний (Poa annua L.), мятлик луковичный (Poa bulbosa L.), костер растопыренный (Bromus squarrosus L.), костер кровельный Anisantha tectorum L.), а во втором году появляются еще и петросимония ( Petrosimonia sp. ) , верблюжья колючка обыкновенная (Alhagi pseudalhagi (Bieb.) Fisch.), дурнишник колючий (Xanthium spinosum), полынь таврическая ( Artemisia taurica Willd. ).
В течение второго года увеличивалось количество растений в два раза, проективное покрытие в 2,2 раза, расширился их видовой состав в 1,3 раза, урожайность воздушно-сухой биомассы повысился в 2,4 раза. Таким образом, данный способ освоения солончака может обеспечить получение уже во втором году эксперимента более 2,0 т/га воздушно-сухой фитомассы. В последующие годы приросты были менее значительными, но общий сбор фитомассы с 1 га оставался выше указанного уровня [8, 19, 20].
В результате накопления прослойки илисто-песчаных фракций на поверхности солончака коркового и формирования высокопродуктивного естественного фитоценоза, в интервале 7-8 лет образуется светло гумусовый горизонт почвы. Мощность горизонта составила 5±0,8 см в центре площадки и 7±0,6 см по ее краям, гумуса в нем содержится 1,16%. Согласно классификации и диагностике почв России 2004 г. горизонт относится к светло-гумусовым эолово-аккумулятивным. Мощность горизонта составила 5±0,8 см в центре площадки и 7±0,6 см по ее краям, гумуса в нем содержится 1,16%. В светло-гумусовом горизонте солончака реабилитированного физической глины содержится 18,7%, или меньше, чем в светло гумусовом корковом горизонте солончака коркового на 11,3%. Следовательно, меняется и гранулометрический состав горизонта с легкосуглинистого на супесчаный. Гранулометрический состав почвы в гор. Ад, согласно нашим исследованиям, характеризовался как связнопесчаный, Структурное состояние исследуемых горизонтов почвы по С.И. Долгову и П.У. Бахтину [21] в горизонтах Ад и А солончака, в том числе и реградированного, оценивается как неудовлетворительное (в интервале 20-40% от массы почвы) с показателями коэффициента структурности Кстр=0,29-0,34. В горизонтах А1 и В1 почва со среднесуглинистым гранулометрическим составом, характеризовалась удовлетворительной структурой Кстр=0,44-0,50. Неудовлетворительный структурный состав в гор. Ад объясняется содержанием большого количества илистых фракций в почве. Можно предположить, что в этом горизонте она в дальнейшем будет улучшаться по мере нарастания проективного покрытия, продуктивности и корневой массы фитоценозов.
Заключение. Разработан естественно-антропогенный способ мелиорации солончаков путем создания искусственных препятствий из древесного и другого материала для задержания ИПМС, перемещающейся по поверхности почвы, который в последующем превращается в эолово- аккумулятивный гумусовый горизонт. Способ позволяет превратить бесплодные солончаки корковые в продуктивные пастбища без применения известных до сих пор способов мелиорации почв.
Cписок литературы