Technological foundations of creation of highly productive artificial agrophytocenoses in desertification conditions of the North-Western Caspian Sea region
Technological foundations of creation of highly productive artificial agrophytocenoses in desertification conditions of the North-Western Caspian Sea region
Abstract
The problem of desertification is acute throughout the world. Also, the problem has not bypassed the North-West Caspian Sea, where the only desert in Europe is located. Today there are many technological solutions to prevent desertification, but in general the problem has not been solved yet. Consequently, at the moment there is no effective technological solution to the problem, so the issue of desertification is and remains severe to this day. Therefore, scientific research on the development of technology for the restoration of lands of the North-Western Caspian Sea, subject to desertification, remains relevant.
Scientific research was carried out on the territory of the West Ilmen-mound landscape area, located to the east of Liman settlement, Astrakhan Oblast. Methods of field experiment were used in the study. The elements of cultivation technology of cereal crops most adapted to growing in the desert zone and selected as a result of preliminary laboratory and field experiments were studied: rootless wheatgrass variety Ozernensky; rootless bromegrass variety Stavropolsky; elongated wheatgrass variety Solonchakovy; elongated wheatgrass variety Stavropolsky 10; Siberian wheatgrass variety Vikrav; elongated wheatgrass variety Argonaut.
The highest value of the dry mass yield indicator is reliably distinguished by a large value of rootless wheatgrass variety "Ozernensky" – 3.1±0.1 tonnes/ha. Optimal conditions for growth and development of pasture plants are formed in the variant of milling + line sowing with a seeder, at a depth of 5 cm, which indicates high values of yield indicators 2.5±0.1 t/ha. Optimal conditions for growth and development of pasture plants are formed at the variant of tillage across the slope of Baer knolls, which indicates high values of yield index at tillage across the slope 2.4±0.1 t/ha.
1. Введение
Опустынивание – это деградации экосистемы через ухудшения ее биоразнообразия. По данным ООН, опустыниванию подвержена территория более 2 млр. га . Данная цифра непостоянна, и ее изменение зависит от природных и антропогенных факторов, а также от их взаимодействия. Доминирующим природным фактором является климатический. Среди антропогенных факторов особо выделяется перевыпас скота, нерациональное использования сельскохозяйственных земель, орошения и т.д. . В связи с совместным взаимодействием повышенной антропогенной нагрузки на природный фактор особое значение приобретает комплексный фактор. Одним из примеров комплексного взаимодействия факторов является повышение альбедо и отражательной способности поверхности земли, возникающее в результате уничтожения растительности, приводящее к изменению воздушных масс и уменьшению осадков
. Уничтожение растительности также приводит к образованию пылевых бурь в результате которых мелкие пылевые частицы вызывают инверсию в верхних слоях атмосферы, повышению температуры и к уменьшению влажности воздуха .Одним из центров опустынивания как в России, так и в Европе является Северо-Западный Прикаспий, что вызвано особой барической обстановкой. В данном регионе гидротермический коэффициент достигает крайних значений – 0,1, осадки значительно меньше потенциальной испаряемости.
Для борьбы с опустыниванием разрабатывают целый ряд мероприятий, которые, прежде всего направлены на создание устойчивого растительного покрова.
Впервые В. Вильямс, для крайне засушливых регионов предложена травопольная система, основанная на создании защитных лесополос и введении многопольного севооборота с применением многолетних трав . Тулайков для засушливых Юго-Восточных районов центральной России предложил регулировать водный режим почвы агротехническими мероприятиями
, , . Колесов и Высоцкий предложили пути рационального освоения песчаных массивов методом облесение (Колесов, Природа песков и облесение, 1900; Высоцкий Почвообразовательные процессы в песках, 1962).Большой вклад в научное обоснование фитомелиорации крайне аридных территорий и технологии создания на них фитоценозов внесли (Берлянт, 1986). Данные ученые пришли к выводу, что при освоении данных территорий особое значение отводится фитокомпоненту с минимальным воздействием на почву.
В практике канадского земледелия в засушливых районах почвенную обработку предложено проводить безотвальными орудиями на глубину 12-14 см с сохранением стерни
.Особое значение имеют научно-практические мероприятия применяемые при сдерживании развития пустыни Сахара
.В Северном Китае успешно борются с опустыниванием так же за счет агролесомелиоративных мероприятий
.В современной России разработкой подобных мероприятий занимаются для повышения продуктивности Кизлярских пастбищ Дагестана
.Несмотря на то, что было разработано значительное количество различных технологий восстановления земель, подверженных опустыниванию, достаточно эффективных технологий, поддержанных реальным внедрением, до сих пор нет. Поэтому проблема борьбы с опустыниванием с возвратом этих экосистем в сельскохозяйственный оборот на данный момент является актуальной.
2. Методы и принципы исследования
Целью данного исследования было разработка элементов технологии восстановления земель подверженных опустыниванию. Достижение поставленной цели возможно через решение ряда задач, а именно: подбор многолетних злаковых растений, наиболее приспособленных к произрастанию в условиях пустынной зоны; разработка элементов технологии посева многолетних злаковых культур для создания устойчивого растительного покрова.
Рисунок 1 - Астраханская область, Лиманский р-он, стационар «Лиман»
Для постановки опытов нами приняты следующие варианты, предусматривающие следующие схемы посева и обработки почвы (табл. 1):
Таблица 1 - Схемы посева и обработки почвы
Контроль | Ручной посев + дискование |
Вариант 1 | Дискование + ручной посев + дискование |
Вариант 2 | Ручной посев + фрезерование |
Вариант 3 | Фрезерование + строчный посев сеялкой для трав |
Норма высева семян – 10 кг/га (2-5 млн. семян /га). Повторность опыта – трехкратная. Площадь учетной делянки – 20 м2. Площадь посевов – 1,5 га.
В опыте проводились следующие наблюдения, учёты и анализы:
– морфологические измерения: высота растений (см), длина побега\стеблей (см), количество листьев (шт.), количество побегов\стеблей (шт.), урожайность (т/га сухой массы), площадь листьев (тыс. м2/га);
– физиологические наблюдения и исследования: чистая продуктивность фотосинтеза (г/м2 х дни), фотосинтетический потенциал (м2 х дни/га).
Статистический анализ экспериментальных данных проводили с использованием дисперсионного анализа (“ANOVA”) с последующим тестом LSD с α = 0,05, с использованием программы “Statistica 6.0”.
3. Основные результаты
Для восстановления земель подверженных опустыниванию особое значение приобретает создание устойчивого растительного покрова. При этом особое внимание уделяется минимизации почвенной обработки с выбором растений, максимально адаптированных к произрастанию в крайне аридных условиях.
В ходе предшествующих экспедиционных и лабораторных исследований были выделены виды многолетних злаковых трав и подобраны их сортовые культурные аналоги.
Рисунок 2 - Морфометрические показатели многолетних злаковых культур
От характера протекания фотосинтетической активности культурных растений зависит их продуктивность. Особенно это актуально, когда растения произрастают в крайне аридных условиях.
Рисунок 3 - Фотосинтетический потенциал многолетних злаковых культур
Результаты экспериментальных исследований по влиянию способов обработки почвы на структуру урожая многолетних злаковых культур указывают, что максимальные показатели надземных параметров у всех изучаемых культур наблюдались при посеве семян сеялкой с предварительным фрезерованием почвы (табл. 2).
Таблица 2 - Влияния способов обработки почвы на структуру урожая многолетних злаковых культур
Рисунок 4 - Урожайность многолетних злаковых культур, т/га
4. Обсуждение
Наши исследования подтверждают мнение многих ученых о необходимости минимизации разрушительного воздействия на почву аридных территорий для предотвращения причины опустынивания. С этим также соглашаются исследователи из других стран, к примеру и авторы множества других работ, подтверждающих эту точку зрения . В связи с этим многие авторы предлагают свои варианты технологических решений
, которые, по нашему мнению, малоэффективны. Так, например, снижение выпаса в условиях опытной площадки не приводило к естественному восстановлению растительного покрова почвы в течение 10 лет.Более эффективными технологическими решениями является антропогенное создание биологического компонента экосистемы в очаге опустынивания , в данном конкретном случае – устойчивого растительного покрова с использованием наиболее адаптированных видов растений. Данный способ борьбы с опустыниванием нам видится наиболее эффективным по сравнению с другими способами, например с нанесением на поверхность поврежденного участка почвы клеящих веществ , что крайне неэффективно и неестественно для экосистемы. Создание устойчивого растительного покрова в очаге опустынивание приводит к формированию консорций, то есть сообществ, в которых формируются представители разных царств живого (насекомые, почвенные животные и т д.). Также идет формирование почвенной микробиоты, что подтверждается многими исследованиям
.Учитывая приспособленность исследованных сортов к солевому стрессу , предлагается использование данных кормовых культур для фитомелиоративных мероприятий по рассолению орошаемых пашен с помощью выноса солей из почвы (уборкой, стравливанием) с наросшей вегетативной массой
.5. Заключение
Из проведенных исследований по системе обработки почвы и способам посева пастбищных растений на пастбищах ясно, что:
1) наибольшим значением показателя урожая сухой массы достоверно отличается пырей бескорневищный сорта «Озерненский» -3,1±0,1 т/га;
2) оптимальные условия для роста и развития пастбищных растений формируются при варианте фреза+строчный посев сеялкой, на глубину 5 см, что указывает на высокие значения показателей урожайности 2,5±0,1 т/га;
3) оптимальные условия для роста и развития пастбищных растений формируются при варианте обработки почвы поперек склона бугра Бэра, что указывает на высокие значения показателей значение величины показателя урожая при обработке почвы поперек склона 2,4±0,1 т/га.
4) наиболее эффективным технологическим решением из наших исследований нам видится создание устойчивого растительного покрова в очаге опустынивания, что приводит к увеличению продуктивности и к оптимизации условий функционирования экосистемы в целом.