Опустынивание почв водно-аккумулятивных равнин аридных областей Юга России на примере почв Кизлярских пастбищ Дагестана

Актуальность исследований.

Многовековое воздействие человека на экосистемы аридных территорий, занимающих около 1/3 площади земной поверхности, вызвало возникновение и мощный рост деградации (опустынивания) земель, которые приобрели в настоящее время глобальный характер. В них в результате антропогенного опустынивания ежегодно теряется 6−7 млн. га ценных земельных угодий, образовались обширные регионы экологического бедствия. Эти районы сегодня занимают около 145 млн. га орошаемых, 170 млн. га неорошаемых пахотных и 3,6 млрд. га пастбищных угодий. Проживают здесь около 1 млрд. человек или более 20% населения мира. Практически вся территория Юга России — 27,1 млн. га (рис.1) расположена в аридной зоне и является ареной интенсивной, всеобщей, разнонаправленной, хозяйственной деятельности человека. Это Нижнее Поволжье, Черные земли (Калмыкия), Кизлярские пастбища (Дагестан).

Кизлярские пастбища занимают площадь 15 191 км² (1519,1 тыс. га) и являются почти единственными на юге России землями отгонного животноводства, где проводит зимовку более 600 тыс. голов крупного рогатого скота и 2 млн. овец и коз. Из 423 хозяйств горных и предгорных районов Дагестана, чей скот размещен на землях отгонного животноводства, только 66 обеспечены грубыми кормами на 80 и более процентов. Из года в год значительно увеличивается количество коллективных и личных подсобных хозяйствсоздается много новых дорожных магистралей, населенных пунктов и т. д. В результате происходит постоянное изменение экологического состояния окружающей природной среды, главным образом, в сторону ухудшения.

Было время, когда человека мало беспокоил вопрос о том, какие последствия повлечет за собой его все убыстряющееся влияние на окружающую среду. И только, когда это влияние стало все больше сказываться на состоянии растительного и почвенного покровов, проблема мониторинга земель, охрана окружающей среды и рациональное ее использование стала одной из актуальнейших. Сегодня ни географы, ни картографы и другие специалисты пока еще не располагают достаточно достоверными материалами, показывающими степень этого воздействия. К числу негативных изменений экологического состояния территорий относятся и широко распространенные на территории Кизлярских пастбищ процессы опустынивания, обусловленные, как неблагоприятными природными предпосылками, так и, прежде всего, нерациональной хозяйственной деятельностью человека в условиях очень «хрупких» и легко «ранимых» аридных экосистем.

Деградация аридных ландшафтов требует системного подхода к изучению процессов опустынивания и решения проблемы борьбы с ними. Важным звеном в подобных исследованиях является определение временных изменений почвенного покрова, и факторов, определяющих эволюцию почв, критериев опустынивания и установление их количественных характеристик, а также углубленное изучение динамики процессов опустынивания.

Несмотря на актуальность, важность рассматриваемой проблемы для планирования дальнейшего развития хозяйственного комплекса страны, до настоящего времени мало изучено развитие на ее территории процессов опустынивания, отсутствует карта современного агроэкологического состояния земельных ресурсов и приспособленная к местным условиям методика ее составления, не выявлены с достаточной достоверностью конкретные причины деградации земель, не разработан прогноз их развития на ближайшие десятилетия и не определены научно-обоснованные меры по предотвращению дальнейшего развития негативных процессов, по охране и рациональному использованию природных ресурсов.

Цель и задачи исследований.

Цель настоящей работы — изучение на основе новых методологических подходов современного состояния почвенных ресурсов Кизлярских пастбищ, определение изменения почвенного покрова, установление темпов и особенностей деградации (опустынивания) почв, обоснование временного интервала мониторинга состояния почвенного покрова и составление долгосрочного прогноза эволюции почвенного покрова.

В задачи исследования входило:

1. Изучение некоторых особенностей генезиса, региональной географии и диагностики наиболее распространенных почв Кизлярских пастбищ и прилегающих территорий.

2. Составление почвенной карты в масштабе 1:200 ООО с использованием дистанционных методов.

3. Установление количественных и качественных характеристик временных изменений почвенного покрова.

4. Установление и оценка факторов и процессов антропогенного и естественного опустынивания земель.

5. Апробирование в местных условиях существующих методик оценки и картографирования процессов опустынивания (деградации) и внесение необходимых уточнений. Разработка новых Методических рекомендаций по оценке и картографированию земельных ресурсов регионов экологического бедствия Юга России.

6. Составление карты современного агроэкологического состояния земельных ресурсов Кизлярских пастбищ в масштабе 1:200 ООО.

7. Разработка принципов оценки опустынивания на основе энергетических подходов и с учетом структурных взаимосвязей в почве, разработка концептуальной схемы опустынивания для изучаемого региона.

8. Проведение анализа и оценки современного состояния опустынивания (деградации) земель на исследуемой территории и составление прогноза опустынивания на ближайшие десятилетия.

9. Разработка научно-обоснованных рекомендаций по борьбе с опустыниванием.

Согласно проведенным обобщениям и исследованиям, основными, естественными причинами опустынивания данного региона являются: 1) большая засушливость климата и увеличение степени аридности в последние десятилетия- 2) большая вероятность лет с пыльными бурями- 3) вероятность атмосферных и почвенных засух- 4) положительный тренд изменения индекса сухости- 5) положительный тренд изменения температуры- 6) вероятность суховеев- 7) опускание уровня Каспия.

Динамика этих показателей обусловливает развитие опустынивания почв. В то же время, развитию опустынивания способствуют и естественные почвенно-литологические факторы: засоление почв и вод, близкое залегание засоленных пород, легкий гранулометрический состав почв.

К основным антропогенным факторам опустынивания относятся: 1) развитие ветровой эрозии- 2) избыточная пастбищная нагрузка (дигрессия);

3) большое количество грунтовых дорог к колодцам и местам нефтедобычи;

4) опускание на части территории уровня грунтовых вод в связи с увеличившемся отбором воды для питья и полива- 5) подъем засоленных вод ближе к поверхности в освободившиеся гидрологические горизонты- 6) загрязнение почв нефтепродуктами: 7) уменьшение содержания в почвах азота и фосфора и, как следствие, менее интенсивное развитие дернового процесса и усиление опустынивания.

Как следствие развития этих процессов, в последние десятилетия произошли изменения рельефа территории, уменьшилась биопродуктивность угодий и разнообразие растительного покрова, в сторону аридизации изменился почвенный покров, увеличилась доля эродированных почв и доля засоленных почв.

Проведенными аналитическими исследованиями установлены также следующие причины опустынивания района Кизлярских пастбищ Дагестана. Развитие опустынивания обусловлено неблагоприятными для развития дернового процесса почвообразования изменениями балансов вещества, энергии и информации, проявлением экстремальных условий в наименее устойчивые к опустыниванию фазы развития растений и этапы эволюции почв.

По полученным данным, произошло облегчение гранулометрического состава почв, уменьшение их оструктуренности, что является, как следствием, так и причиной дальнейшего развития ветровой эрозии.

Уменьшилось разнообразие горизонтов в почвенном профиле (число горизонтов), что способствует деградации. Уменьшилось разнообразие во фракционном составе соединений ионов (на примере поливалентных металлов), что способствует деградации почв. Уменьшилось количество в почве энергии. Уменьшилась влагоемкость почв и в неблагоприятную сторону изменилась прочность связи воды с почвой.

В работе установлено, что в связи с локальными во времени и в пространстве неблагоприятными для развития дернового процесса условиями возникают очаги опустынивания, которые в дальнейшем лавинообразно увеличиваются.

В работе установлено, что смена гидроморфных условий на аридные (что наблюдается в исследуемом регионе) приводит к резкому обострению деградации почв, и в том числе потере гумуса (это характерно при резкой смене любых условий для любых почв). Резкая смена засоления и опреснения также способствует лавинообразному усилению деградации почв.

Защищаемые положения.

Предлагается комплексная оценка опустынивания почв с учетом естественных факторов почвообразования, антропогенных факторов, свойств, процессов и режимов почв, характеризующихся трансформацией, миграцией и аккумуляцией вещества, энергии и информации.

Предлагается оценка опустынивания почв с использованием уравнений множественной регрессии, описывающих зависимость частных показателей опустынивания и интегральной оценки процесса от частных и интегральных факторов опустынивания с учетом веса их влияния на деградацию почвенно-растительного покрова.

Научная новизна.

Проведено обобщение данных по агроэкологическому состоянию земель Кизлярских пастбищ — крупного региона, имеющего большое народнохозяйственное значение для Дагестана и большое экологическое значение для региона Северного Кавказа.

Выяснены провинциальные особенности почв региона Кизлярских пастбищ, уточнены стадии эволюции рельефа, почв, растительности.

Показано, что прогрессивное развитие почв и их деградация определяются трансформацией, миграцией и аккумуляцией вещества, энергии и информации. Показано, что деградация (опустынивание) почв является функцией интегральных показателей климата, рельефа, состояния почв, земель, растительного покрова, литологических условий, уровня грунтовых вод и их состава, хозяйственной деятельности.

Предложены уравнения множественной регрессии для описания рассматриваемых зависимостей с учетом веса влияния независимых переменных на сводный и частные показатели опустынивания, степени отличия их от оптимума, эффектов синергизма и антагонизма.

Показано, что опустынивание в изучаемом регионе зависит дополнительно от возникновения экстремальных погодных условий в критические фазы развития, определяющих состояние фитоценоза растений и эволюцию почвот степени контрастности в структуре почвенного покроваот понижения уровня грунтовых вод в связи с отбором воды для народнохозяйственных нужд, от подтопления территорий и их засоления в связи со сбросом вод в депрессии, от избыточного количества грунтовых дорогот очень большой пастбищной нагрузки, от уменьшения устойчивости почв к опустыниванию при смене гидроморфных условий на аридные.

Показано, что уровень грунтовых вод и их состав являются одним из факторов почвообразования.

Разработаны критерии деградации почв (опустынивания) для региона Кизлярских пастбищ.

Практическая значимость.

Составленные карты и картосхемы состояния почвенного покрова региона Кизлярских пастбищ являются основой для агроэкологической оценки почв исследуемой территории и разработки мероприятий по повышению ее биопродуктивности и предотвращения опустынивания.

Выявлены и оконтурены участки, нуждающиеся в разной очередности и интенсивности мелиоративного воздействия для предотвращения опустынивания.

Выпущенные «Методические рекомендации по оценке и картографированию опустынивания земельных ресурсов» используются в научно-производственных организациях Дагестана. Разработанные новые методические подходы к оценке опустынивания внедряются в проектных и научно-исследовательских организациях Дагестана при прогнозе развития опустынивания региона.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались на Международной конференции почвоведов (Астрахань, 1994), на республиканской научно-практической конференции (Махачкала, 1997), на Международной конференции «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997), на Всероссийской конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения» (Москва, 1998), на Международной конференции, посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН (Махачкала, 1999), на IV ассамблее университетов Прикаспийских государств (1999), на Всероссийской конференции, посвященной 25-летию ПНБР ДНЦ РАН (Махачкала, 1999), на Всероссийской конференции, посвященной 25-летию Прикаспийского института биологических ресурсов ДНЦ РАН (Махачкала, 1999), на Ш съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), на Республиканской научно-практической конференции «Проблемы сохранения, рационального использования и воспроизводства природно-ресурсного потенциала республики Дагестан» (Махачкала, 2001), на 16 научно-практической конференции по охране природы Дагестана (Махачкала, 2001), на научно-практической конференции, посвященной 70-летию ВНИИАЛМИ (Волгоград, 2001), на IV международной конференции «Устойчивое развитие горных территорийпроблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов» (Владикавказ, 2001), на Всероссийской научной конференции «Биологическое и почвенное разнообразие аридных экосистем южных регионов России» (Махачкала, 2001), на Международной научно-практической конференции «Проблемы социально-экологического развития аридных территорий России» (2001), на Межрегиональной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 70-летию образования Дагсельхоз академии (Махачкала, 2002), на 2-ой международной научной конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» (Ставрополь, 2002), на 2-ой региональной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс юга России» (Майкоп, 2002), на IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов «Наука 21 веку» (Майкоп, 2003), на Ш Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира» (Майкоп, 2003), на Всероссийской конференции «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (МГУ, ф-т почвоведения, 2003), на 17-ой научно-практической конференции по охране природы Дагестана (Махачкала, 2003), на научно-практической конференции «Горные регионы России» (Махачкала, 2003), на съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), на международной конференции «Системные исследования современного состояния и пути развития юга России» (Азов, 2006), на Всероссийской научно-практической конференции «Научно-практические аспекты дальнейшего развития и интенсификации виноградно-винодельческой отрасли в связи с вступлении России в ЕО и ВТО» (Махачкала, 2006), на Межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 75-летию факультета агротехнологии и товароведения ФГОУ ВПО «Дагестанская Гос. с/х академия (Махачкала, 2007), на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Геологические проблемы Северного Кавказа» (Махачкала, 2008), на 5-ом съезде Всероссийского общества почвоведов им. В. В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008).

Публикации.

По материалам диссертации опубликованы 77 работ за период с 1976 по 2009 г. г., в том числе 4 монографии, 11 работ в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

В выполнении работ, организации экспедиционных исследований, в консультировании автору большую помощь оказали научные сотрудники кафедры географии почв Московского госуниверситета им. М. В. Ломоносова: доктор биологических наук Федоров Ким Николаевич и доктор биологических наук Стасюк Надежда Васильевна, за что автор выражает им глубокую благодарность. Автор искренне признателен за консультации и помощь в работе академику Российской академии наук Глебу Всеволодовичу Добровольскому и заместителю директора по науке Почвенного института им. В. В. Докучаева доктору биологических наук профессору Эрику Николаевичу Молчанову, доктору сельскохозяйственных наук профессору Савичу Виталию Игоревичу.

I. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ.

1.1. КЛИМАТ.

Кизлярские пастбища являются крупным мезо-климатическим районом Западного Прикаспия (Приложение, рис. 1. 2) и в системе почвенного и физико-географического районирования расположены в пределах Прикаспийской провинции светло-каштановых почв и бурых солонцовых комплексов, песчаных массивов и пятен солончаков полупустынной и пустынной области. В пределах юга России Прикаспийская провинция подразделяется на 2 почвенных округа — Терско-Кумский (Кизлярские пастбища) и Кумско-Волжский (Черные земли).

Климат Кизлярских пастбищ (Справочник по климату СССР, 1966, 1969; Агроклиматический справочник СССР, 1963; Агроклиматические ресурсы Дагестанской АССР, 1975) засушливый и континентальный со сравнительно холодной суровой зимой и жарким сухим летом. Сумма положительных температур со средней суточной температурой воздуха выше 10 °C более 4000°, среднегодовая температура воздуха составляет 11,2°С, с годовой амплитудой температур 26,4−28,0° и средней температурой января — -2−3°С, июля — +24,4+25,0°С, абсолютным минимумом температур — -26−32°С, относительным максимумом — +39+40°С, годовой суммой осадков менее 312 мм, гидротермическим коэффициентом в интервале 0,4−0,7, неравномерным выпадением осадков по годам и месяцам (Приложение, таблицы 1,2). Дождевые осадки в летнее время имеют преимущественно ливневый характер.

Снежный покров маломощный и неустойчивый. Почвы промерзают на очень незначительную глубину. Характерно формирование погоды с продолжительными и сильными ветрами с преобладанием ветров восточных и юго-восточных румбов. Число дней с сильными ветрами (15м/сек и более) составляет за период 1881—2003 гг. г. в среднем 22—30 дней. Ветры со скоростью 15 м/сек относятся к неблагоприятным явлениям погоды, поэтому учет их приобретает особое значение. Часто имеют место также дни с пыльными бурями. Число таких дней достигает иногда 92 дня за год.

Таблица 1.

Динамика среднегодовой температуры воздуха и среднегодовое количество осадков в дельте Терека (Быкова, 1996).

Метеостанция, X Хщіп Хтах 8х У% годы 1°/мм Лмм г°/мм ^/мм 1°/мм 1°/мм.

Кизляр

1911;16 11,2/348,9 10,8/241 12,4/507 0,6/91,5 0,3/34,5 4,7/26,2.

1921;30 10,9/291,2 10,2/240 11,5/394 0,7/60 0,2/24,5 6,2/20,6.

1931;40 11,3/308,5 9,9/217 12,3/405 0,8/70 0,3/22,1 7,2/22,7.

1941;50 11,2/274,5 9,9/146 12,1/467 0,6/91,5 0,2/28,9 5,3/33,3.

1951;60 11,3/276,6 9,9/186 12,3/319 0,8/39,3 0,3/12,4 7,2/22,7.

1961;70 11,4/323,7 10,2/229 13,3/408 0,9/53,9 03/17,1 0,7/16,7.

1971;80 11,3/297,3 10,6/202 12,2/395 0,6/64,3 0,2/20,3 5,6/21,6.

1981;90 11,9/287,0 10,8/131 12,7/379 0,7/66,3 0,2/20,9 6,1/23,1.

Кочубей.

1951;60 11,2/239,5 9,9/173 12,5/379 0,8/60,2 0,3/19,0 70/25,6.

1961;70 11,4/269,3 10,0/146 13,3/467 1,0/95,5 0,3/31,8 8,9/35,5.

1971;80 11,4/221,6 10,5/135 12,5/356 0,7/73,3 0,2/23,1 6,2/32,9.

1981;90 11,8/249,7 10,7/111 12,9/399 0,7/84,0 0,2/26,6 6,0/33,6.

Анализ климатических условий Кизлярских пастбищ позволяет выделить в XX в. несколько периодов мезоклиматических потеплений (с 1915 года до конца 20-х годов и с середины 30-х годов до 40-х годов) при осадках, равных среднегодовой нормепохолоданий с осадками, выше или ниже нормы (конец XIX века — первое десятилетие XX века и начало 30-х годов) и стабилизации среднегодовой температуры у отметки 11,2° с малым количеством осадков (40-е годы).

С начала 50-х годов и до настоящего времени показатели среднегодовой температуры превышают вековую норму. В начале 60-х годов на фоне уменьшения среднегодового количества осадков наблюдалась стабилизация среднегодовой температуры воздуха на уровне 11,3—11,4° вплоть до 80-х годов. Период 80-х годов характеризуется увеличением среднегодовой температуры воздуха на 0,4−0,8° за десятилетие. Количество выпавших осадков при этом практически не изменяется. Увеличение среднегодовой температуры в 80-е годы связано с потеплением зим. Максимальное количество осадков приходится на переходные периоды, тенденции направленного изменения их не прослеживается. Более высокие средние показатели температуры, по данным последнего десятилетия, связаны не с отдельными годами экстремально высоких или низких величин. Череда сменяющих друг друга периодов похолоданий и потеплений, начиная с 80-го года, уступила место устойчивому потеплению климата, нашедшему свое выражение в потеплении зим (Быкова, 1966).

Ветровой режим оказывает большое влияние на природные условия Кизляреких пастбищ. Равнинный характер рельефа и относительная близость среднеазиатских пустынь обусловили формирование в пределах региона погоды с сильными и продолжительными ветрами. Общее количество за год дней со штилем не превышает 8, преобладают ветры восточных румбов (24,6−25,4%), значительна также повторяемость ветров юго-восточного (17,1−19,9%) и восточного направлений (13,7−9,4%).

Суммарная повторяемость ветров северо-восточного, восточного и юго-восточного направлений в приморской части Кизлярских пастбищ составляет 54,9−56,2%. Повторяемость ветров юго-западного, западного и северо-западного направлений колеблется от 27,6 до 28,9%. Повторяемость ветра со скоростью от 11 до 15 м/сек восточного направлений составляет 2,5— 2,1%, юго-восточного от 1,9 до 2,3%, ветры со скоростью более 15м/сек восточного направления составляют 0,7—1,3%, юго-восточного — 0,5—1,7%.

Чрезвычайно активный ветровой режим, сильные ветры восточных румбов (СВ, В, ЮВ) оказывают глубокое рельефообразующее воздействие, отчетливо фиксируемое на аэрофотокосмических материалах и при непосредственных визуальных полевых наблюдениях.

Климатические условия Кизлярских пастбищ при отсутствии орошения не позволяют вести интенсивное сельское хозяйство. Получение высоких и устойчивых урожаев сельхозкультур возможно только при орошении.

ВЫВОДЫ.

1. На основании проведения полевых работ, лабораторных исследований, дешифрирования космических и аэрофотоснимков, статистической обработки материалов установлены причины опустынивания почв крупного региона, имеющего большое хозяйственное значение для республики Дагестанвыяснены провинциальные особенности почв и структуры почвенного покрова региона, определены показатели свойств почв, характеризующие разные стадии опустынивания, уточнены дешифровочные признаки аэрофотоснимков для характеристики опустыниванияпредложены критерии опустыниваниясоставлены карты м-ба 1:200 000 агроэкологической ситуации, развития опустынивания региона, оценена степень опустынивания территории и предложены мероприятия по оптимизации обстановки.

2. Установлены основные природные и антропогенные причины опустынивания.

2.1. Показано, что деградация почв возникает не в связи с неблагоприятными климатическими условиями или уровнем антропогенного воздействия за год, а в связи с совпадением неблагоприятных воздействий на почву и растительный покров с критическими фазами развития растений и стадий эволюции почв, наименее устойчивых к опустыниванию и аридизации.

Показано, что опустынивание развивается от локальных очагов распространения, возникающих при совпадении экстремальных аридных условий во времени и в пространстве с неустойчивыми к опустыниванию фазами развития доминирующих видов растений и почв в структуре почвенного покрова.

2.2. Установлено, что главной причиной резкого ухудшения экологической ситуации в исследуемом регионе является интенсивное антропогенное опустынивание, связанное с многократным превышением норм пастбищной нагрузки в критические периоды развития растительного покрова.

2.3. Показано, что неблагоприятные для растений агрохимические и физико-химические свойства исследуемых почв могут являться одной из причин опустынивания. Такое влияние может оказывать острый недостаток подвижных фосфатов.

2.4. Выяснены закономерности развития опустынивания территории от гранулометрического состава почв, структуры, гумусированности, емкости поглощения, влагоемкости, стадий эволюции растительных ассоциаций, засоленности, солонцеватости, рельефа, степени аридизации, ветрового режима.

Вычислены уравнения множественной регрессии, описывающие рассматриваемые взаимосвязи.

2.5. Предлагается алгоритм и математическое описание оценки изменений почв при опустынивании, учитывающий долю влияния отдельных независимых переменных на опустынивание, эффекты синергизма и антагонизма по влиянию независимых переменных на опустынивание, экспоненциальный характер зависимостей. При этом значения независимых переменных выражаются в долях от оптимума (от 0 до 1), не вызывающего опустынивания. Изменение свойств почв, характеризующее опустынивание, и независимые переменные, вызывающие опустынивание, рассматриваются на нескольких иерархических уровнях с введением интегральных показателей. При опустынивании изменяются как свойства почв, так и протекающие процессы и режимы.

3. Предлагается концептуальная схема опустынивания почв региона, учитывающая системы прямой и обратной связи, прямого и опосредованного влияния и взаимодействия.

Показано, что опустынивание соответствует уменьшению разнообразия в системе почва-растение, при его развитии проявляется принцип эмерд-жентности, уменьшение согласования строения и ритмики (функций) подсистем биогеоценоза. Для оценки опустынивания необходимо учитывать не только изменение вещественного состава почв, но также трансформацию, миграцию и аккумуляцию вещества, энергии и информации.

Опустынивание почв соответствует увеличению энтропии системы, потере разнообразия видов наземной растительности, биоты, экологических нищ в почве, уменьшению КПД использования системой вещества, энергии и информацииуменьшению надежности и долговечности выполнения почвой экологических функций, уменьшению внутренней энергии системы, упрощению и увеличению степени линейности взаимосвязей, уменьшению энтальпии системы, уменьшению степени адекватности ответных реакций системы на внешние воздействия, большая зависимость развития почв от внешних, а не от внутренних факторов.

4. Установлены провинциальные особенности свойств почв и структуры почвенного покрова в районах равнинного Дагестана. Показано, что почвенный покров вводно-аккумулятивных равнин Кизлярских пастбищ представляет собой чрезвычайно сложную динамичную во времени и в пространстве систему полигенных и полихронных почв. Характерной чертой почвенного покрова является разновозрастность почв, которая в основном вызвана трансгрессиями и дигрессиями Каспийского моря. Установлены особенности структуры почвенного покрова выделенных литолого-геоморфологических и геохимических районов.

Подтверждено, что почвенный покров исследуемого региона при относительно постоянном климате и стабильном уровне залегания грунтовых вод в своей эволюции проходит 3 последовательных дискретных стадии: 1) гидроморфное почвообразование — водно-аккумулятивный геоморфо-литогенез- 2) солончаковое почвообразование — дефляционно-аккумулятивный геоморфолитогенез- 3) субаэральный эрозионно-аккумулятивный геоморфолитогенез, при интенсивном антропогенном воздействии в условиях аридизации и опустынивания, сочетающийся с дефляционно-аккумулятивным литогеоморфогенезом. В формировании морфогенезом. В формировании ландшафтов лежит дискретная полицикличность сингенеза и сопряженной эволюции почв, рельефа и пород.

5. Установлены особенности изменения свойств исследуемых почв региона Кизлярских пастбищ при опустынивании. В исследуемых почвах опустынивание соответствовало уменьшению содержания органического вещества и сужению отношения Сгк/Сфкуменьшению оструктуренности почв, увеличению дисперсности и плотности почв, уменьшению емкости поглощения почв, увеличению доли в минералогическом составе СаСОз и простых солей, уменьшению влажности и увеличению прочности связи воды с почвой, увеличению доли в ППК магния по сравнению с кальцием и натрия по сравнению с кальцием и магниемуменьшению видового разнообразия напочвенного покрова и степени покрытия почв травостоем, потере илистой фракции с дефляцией, упрощении строения почвенного профиля, уменьшению КПД использования растениями и почвой ФАР (фотосинтетически активной радиации).

6. Дана оценка масштабов деградации и опустынивания почвенного покрова Кизлярских пастбищ Дагестана с использованием новых подходов и критериев оценки, основанных на анализе временных изменений состава и структуры почвенного покрова, с использованием ГИС технологий.

7. Установлены особенности дешифрирования космических и аэрофотоснимков изучаемой территории: тон, цвет, насыщенность, фактура изображения для отдельных почв и растительных ассоциаций, для различных степеней опустынивания.

На основании проведения полевых работ, углубленного анализа свойств почв, дешифрирования космических и аэрофотоснимков составлены карты территории м-ба 1:200 000: почвенная карта, карта гранулометрического состава почв, карта техногенной нагрузки на почву, карта эродированно-сти почв, карта засоленности, карта агропроизводственной группировки, карта бонитета. При использовании ГИС технологий составлены карты устойчивости почв к опустыниванию, развития опустынивания почв, карта современного агроэколо 1И ч ее кого состояния земельных ресурсов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Почвенный покров водно-аккумулятивных равнин Кизлярских пастбищ представляет собой чрезвычайно сложную динамичную во времени и пространстве систему полигенных и полихронных почв. Для познания их генезиса и эволюции необходима типизация структур почвенного покрова (СПП) на основе ландшафтного литолого-геоморфологического и геохронологического районирования.

Образование, развитие и эволюция почв на всех этапах формирования ландшафтов водно-аккумулятивных равнин происходит в тесном сингенезе с образованием, развитием и эволюцией рельефа и пород, образуя при этом единый комплекс процессов — педолитогеоморфогенез. Центральное положение и ведущая доминирующая роль в этом комплексе процессов принадлежит почвообразованию.

По генезису и характеру проявления процессов педолитогеоморфогене-за водно-аккумулятивные равнины аридной зоны подразделяются на 2 класса СПП: 1 — СПП современных и древних аллювиальных равнин и 2 — СПП морских равнин. Общим для обоих классов СПП является сходный зонально типоморфный состав почв и общий тренд их эволюции. Главные отличияразная скорость эволюции СПП, обусловленная гидрологическими условиями почвообразования, различной исходной засоленностью почвообразующих пород и грунтовых вод.

Исследованиями от момента наземного почвенного покрова до территории раннего голоцена в системе проведенного ландшафтного литолого-геоморфологического и геохронологического районирования Западного При-каспия установлено, что при относительно постоянном климате и относительно стабильном залегании грунтовых вод почвенный покров водно-аккумулятивных равнин аридной зоны проходит 3 последовательных, дискретных, генетически сопряженных с литогенезом цикла образования, развития и эволюции.

1-й цикл — гидроморфное почвообразование — водно-аккумулятивный геоморфолитогенез. 2-ой цикл — солончаковое почвообразование — дефляционно-аккумулятивный геоморфолитогенез. 3-ий цикл — аридно-автоморфное почвообразование — субаэральный эрозионно-аккумулятивный геоморфолитогенез, при интенсивном антропогенном воздействии в условиях аридиза-ции и опустынивания сочетающийся с дефляционно-аккумулятивным лито-геоморфогенезом.

В формировании ландшафтов водно-аккумулятивных областей аридной зоны, как обязательная часть, лежит дискретная полицикличность сингенеза и сопряженной эволюции почв, рельефа и пород, которая очень постоянна и обязательна. Выявление этого порядка создает принципиально новые представления об образовании и эволюции почвенного покрова и литолого-геоморфологического строения этих территорий.

На солончаковом цикле в итоге дефляционно-аккумулятивного литоге-оморфогенеза непрерывная эволюция гидроморфного почвенного покрова заканчивается, происходит коренная трансформация ландшафтов, формируется новый, изначально автоморфный почвенный покров и новое субаэраль-ное литолого-геоморфологическое строение водно-аккумулятивных равнин, чем и объясняется увеличение площади аридно-автоморфных слабозасолен-ных почв на постсолончаковом цикле эволюции и формирование обширных массивов эоловых песков. По мере увеличения возраста территорий в результате субаэрального литогеоморфогенеза, значительно уменьшаются площади палеогидроморфных почв. Увеличение глубины залегания минерализованных грунтовых вод, по мере удаления от берегов моря, объясняется не только понижением базиса эрозии, но и погребением их мощным плащом эоловых отложений.

Формирование профиля почв водно-аккумулятивных равнин происходит при участии 2 групп процессов существенно разной породы: с одной стороны, биофизико-химического метаморфизма (основной процесс педоморфогенеза), обусловленного воздействием биоценоза почв и продуктов его метаболизма, с другой стороны, процесс геологической природы (диагенеза). Профиль каждой почвы представляет сбалансированную равновесную систему между этими группами процессов. В зонально-географическом плане интенсивность диагенеза профиля почв коррелирует с глубиной гумификации и продолжительностью периода биологической активности почв. В почвах с гуматным составом гумуса и длительным периодом биологической активности почв (степная зона) признаки диагенеза минимальны или отсутствуют, в почвах с фульватным гумусом и коротким периодом биологической активности (крайне аридные пустыни) интенсивный диагенез охватывает все горизонты почв. При аридизации, опустынивании и интенсивной антропогенной деградации усиливаются процессы диагенеза, и почвы приобретают строение и свойства, характерные для осадочных горных пород: слоистость, уплотнение, цементированность, слитость, потерю гумусированности, деструкцию агрегатов и новообразований и т. д. Наиболее диагностически информативным признаком соотношения процессов биофизико-химического метаморфизма и диагенеза является структура почв. Агрегаты изометрической формы сложного микроскопического строения — признак полного господства процессов биологической природы, листоватая, пластинчатая со слоистой текстурой структура диагенезаглыбистая, столбчатая призмовид-ная структура ослабленного почвообразовательного процесса.

Формирование характерного профиля луговых, влажно-луговых почв происходит в первые 100 лет и в дальнейшем увеличения его мощности не отмечается. В этот же период происходит и формирование характерного гумусового профиля этих почв. Иллювиальный карбонатный профиль аридно-автоморфных почв формируется за 1000 лет, текстурная дифференциация глинистой плазмы — за 3−4 тыс. лет и только в почвах бессточных замкнутых депрессий (западинах).

Все гидроморфные и палеогидроморфные почвы имеют признаки активного сплошного постоянного (болотные почвы) или локального, периодического (луговые и палеолуговые почвы) оглеения, имеющего как универсальные, характерные для аналогичных почв суши, так и специфические только для аридных областей признаки.

Состав гумуса гидроморфных и палеогидроморфных почв разных регионов имеет ряд общих особенностей: соотношение Сгк/Сфк преимущественно больше 1, преобладают фракции прочносвязанные с Са, значительные количества негидролизуемого остатка (более 45% общего содержания органического углерода). При антропогенной деградации и опустынивании увеличивается общая подвижность гумуса и количество инертных грубых его микроскопических форм, наблюдается локализация всех форм гумуса у пор и трещин.

В исходно автоморфных аридных почвах, не проходивших в своей эволюции щцроморфной стадии, соотношение Сгк/Сфк всегда меньше 1.

Засоление почв характеризуется исключительно большой пестротой, пространственной и временной динамичностью. Присутствуют практически все градации глубины, интенсивности и химизма засоления. В процессе эволюции почвенного покрова засоление почв проходит несколько стадий метаморфизма: очень кратковременную и не всегда обязательную гидрокарбонатную, продолжительные — сульфатную, хлоридно-сульфатную, сульфатно-хлоридную и хлоридную. Для большей части площади водно-аккумулятивных равнин характерны смешанные варианты химизма засоления — хлоридно-сульфатное и сульфатно-хлоридное, как по простиранию, так и по глубине.

Для аллювиальных равнин Кизлярских пастбищ типичные солонцы не характерны. На морских равнинах они распространены на территориях с возрастом более 4000 лет, на территориях с меньшим возрастом распространены литогенные солонцы.

Главными диагностическими различиями типичных солонцов от лито-генных являются флюидальные с кутанами иллювиирования оптически ориентированные глины, иллювиальные горизонты карбонатов и гипса. В лито-генных солонцах эти признаки отсутствуют.

Типичные светло-каштановые и бурые пустынно-степные почвы очень сходны между собой, при этом морфологическая информация является одной из руководящих для их разграничения. Особенно они отличны по основным признакам микроскопического строения (сложению, агрегированности, гумусу, глинистой плазме, новообразованиям). Главным диагностическим признаком бурых почв является интенсивное ксеротермическое ожелезнение (рубефикация). Она характерна для всех бурых почв независимо от возраста, строения профиля, почвообразующих пород, ландшафтного положения и т. д. Сходство их рубефикации с таковой серо-бурых почв позволяет отнести эти почвы к почвам пустынного почвообразования.

Земли Кизлярских пастбищ представлены совокупностью ландшафтных комплексов, обладающих значительным природно-ресурсным потенциалом, но чрезвычайно остро реагирующих на антропогенную нагрузку, вследствие недостаточного, аритмичного атмосферного увлажнения, засоленности почв в зоне аэрации и водоносных горизонтов, податливости почв и почво-грунтов ветровой эрозии.

Почвенный покров Кизлярских пастбищ — сложная пространственная система из полигенных и полихронных почв, характеризующаяся разнообразным составом, неоднородностью, преимущественно комплексным характером пространственной организации, повсеместным засолением и дефляцией.

В работе дана оценка масштабов деградации и опустынивания почвенного покрова Кизлярских пастбищ с использованием новых подходов и критериев оценки, основанных на анализе временных изменений состава и структуры почвенного покрова. Под опустыниванием здесь понимается высшая степень деградации почв с полной потерей биологической продуктивности экосистем, а деградацией — поэтапное снижение их биологической продуктивности — от слабого до сильного. Основными причинами этих процессов в равнинном Дагестане являются засоление и дефляция. Поэтому, в качестве основного показателя темпов деградации почвенного покрова, нами принято ежегодное увеличение площадей луговых типичных, древнегидро-мфных солончаков, а опустынивания — площадей голых, пухлых, бугристых солончаков, очагов разбитых песков и техногенных ареалов.

Кизлярские пастбища включают 2 крупных лито лого-геоморфологических и геохимических района: дельту Терека и Терско-Кумскую низменность. На значительной части территории равнинного Дагестана, за исключением орошаемого центрального района дельты, доминирует полупустынная и пустынная растительность, используемая в качестве отгонных зимних пастбищ. Характерной чертой почвенного покрова является раз-новозрастность, в основном, вызванная трансгрессиями и дегрессиями Каспийского моря. Его состав в дельте Терека формирует вариации луговых почв и солончаков, кроме западных участков аллювиального и приморского районов, где доминируют вариации древне-гидроморфных солончаков и полупустынных светло-каштановых реликтово-гидроморфных почв.

В Терско-Кумской низменности имеют место как сочетания светло-каштановых почв с солонцами, так и вариации их с песками, а также сочетания солончаков, солончаков — солонцов и светло-каштановых почв. Почвы терской дельты содержат значительные количества гумуса и питательных элементов, отличаются разнообразным гранулометрическим составом с преобладанием суглинистых разновидностей, но высокое плодородие их снижается с ростом засоления. В Терско-Кумской низменности доминируют легкие разновидности почв, отличающиеся значительно более низким плодородием, что связано как с засолением, так и с дефляцией.

Критерии оценки деградации и опустынивания почвенного покрова разработаны в основном на основе засоления, дефляции почв, дигрессии растительного покрова, степени дегумификации, деструкции, степени техногенной нагрузки и т. д.

Проведенными исследованиями установлена критическая агроэкологи-ческая ситуация большей части земельных угодий Кизлярских пастбищ. Земли плохого и очень плохого агроэкологического состояния составляют 721,4 тыс. га или 47,5% площади региона. Существует чрезвычайно большой потенциальный резерв дополнительного увеличения ареала земель плохого агроэкологического состояния. Это земли посредственного агроэкологического состояния — 519,3 тыс. га или 34,2% общей площади.

Земли хорошего и удовлетворительного агроэкологического состояния занимают соответственно 22,4 тыс. га (1,5%) и 74,6 тыс. га (4,9%). В сумме их площадь составляет 97,0 тыс. га или 6,4% общей площади района.

Главной причиной резкого ухудшения агроэкологической ситуации является продолжающееся до настоящего времени интенсивное антропогенное опустынивание, вызванное нерациональным использованием земельных угодий: многократным повышением норм пастбищной нагрузки, несоблюдением сезонности и погодных условий, стравливанием растительного покрова, отсутствием систематических агрофитомелиораций и т. д. Дальнейшее продолжение такого хозяйственного использования земельных угодий создает объективные предпосылки реальной угрозы экологической катастрофы. С целью недопущения еще большего ухудшения экологической ситуации и восстановления продуктивности пастбищных экосистем необходимо временно полностью исключить из пастбищного использования земли с очень плохим агроэкологическим состоянием. Провести полный комплекс мелиорации по закреплению песков, прекращению дефляции, восстановлению растительного покрова, предотвращению вторичного засоления почв и т. д.

В результате выполнения работы проведено обобщение данных по аг-роэкологическому состоянию земель Кизлярских пастбищ — крупного региона, имеющего большое народнохозяйственное значение для Дагестана и большое экологическое значение для региона Северного Кавказа. Выяснены провинциальные особенности почв региона Кизлярских пастбищ, стадии эволюции рельефа, почв, растительности.

Показано, что прогрессивное развитие почв и их деградация определяются трансформацией, миграцией и аккумуляцией вещества, энергии и информации. Предложена трактовка опустынивания почв с точки зрения почвоведения, экологии, термодинамики.

Показано, что деградация (опустынивание) почв является функцией интегральных показателей климата, рельефа, состояния почв, земель, растительного покрова, литологических условий, уровня грунтовых вод и их состава, хозяйственной деятельности.

Предложены уравнения множественной регрессии для описания рассматриваемых зависимостей с учетом веса влияния независимых переменных на сводный и частные показатели опустынивания, степени отличия их от оптимума, эффектов синергизма и антагонизма.

Показано, что опустынивание в изучаемом регионе зависит дополнительно от возникновения экстремальных погодных условий в критические фазы развития определяющих фитоценоз растений и эволюции почвуменьшения гравитационного поля, от степени контрастности в структуре почвенного покрова по гранулометрическому составу и засоленности. Сначала возникают отдельные очага опустынивания, затем происходит потеря разнообразия растительности, свойств почв по профилю и в верхнем горизонте.

Установлены причины опустынивания почв, в том числе селективные для данного региона, с использованием ГИС технологий составлены карты устойчивости почв, земель к опустыниванию, агроэкологического состояния земель, ценности земель.

Разработаны критерии деградации почв (опустынивание) для региона Кизляр с ких пастбищ. Разработаны пути оптимизации обстановки для уменьшения развития опустынивания в связи с климатическими факторами и несбалансированным антропогенным воздействием.

Проведенными исследованиями показано, что развитие опустынивания происходит под влиянием неблагоприятных для развития растений климатических факторов и несбалансированного хозяйственного использования территорий.

1. Процесс опустынивания является для данной территории естественным почвообразовательным процессом, обусловленным стремлением свойств почв, почвенных процессов и режимов к термодинамическому равновесию с окружающей средой (сочетания климатических, гидрологических и литологических условий). В то же время, интенсивность этого процесса многократно усиливается при неправильном сельскохозяйственном использовании почв.

Существует 2 принципа подхода к использованию природных ресурсов. В соответствии с первым принципом «нельзя ждать милостей от природы, взять их у нее наша задача». Однако, коренная переделка климата, гидрологии, почвенных режимов, как правило, приводят к нарушению экологического равновесия изменяемых и сопредельных территорий, к проявлению непредсказуемых отложенных опасностей и экономических ущербов.

С нашей точки зрения, без крайней необходимости локального изменения не следует коренным образом менять природный характер хозяйственного использования очагов выбросов в ландшафте и в бассейне токсикантов, солей, участков развития негативных для плодородия естественных почвообразовательных процессов. Целесообразно только проводить мероприятия, направленные на уменьшение скорости развития этих процессов и уменьшение проявлении их негативного влияния на плодородие.

Второй принцип подхода состоит в более эффективном использовании природных ресурсов, используя закономерности развития в них естественных процессов и применяя правила адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Основная задача состоит в оптимизации хозяйственного использования таких территорий (в том числе и подверженных опустыниванию).

2. Развитие опустынивания обусловлено неблагоприятным для развития растений сочетанием трансформации, миграции и аккумуляции не только вещества, но также энергии и информации.

3. Неблагоприятное при развитии опустынивания состояние энергетических балансов в системе почва-растение обусловлено меньшим КПД использования ФАР преобладающими растительными ассоциациямименьшим поступлением энергии в почву с растительным опадом и корневой массойменьшим накоплением энергии в гумусе и биоте почв, в минералогическом составе почвменьшим накоплением энергии в верхнем слое за счет переноса ее из нижних горизонтов, в связи с меньшей интенсивностью дернового процесса почвообразованияпотерей энергии верхнего слоя за счет ветровой эрозии и уменьшения содержания в верхнем слое гумуса и илистой фракцииувеличением энтропии почв и верхнего слоя за счет уменьшения энтальпии при потере структуры почв, уменьшении разнообразия видов, горизонтов, экологических ниш, развитии эрозии.

4. Неблагоприятное при развитии опустынивания состояние информационных взаимосвязей в системе почва-растение обусловлено: 1) проявлением интенсивной аридизации в наименее устойчивые к ним фазы развития доминирующих растительных видов и стадии развития почв, нарушением структурных взаимосвязей в почве и в системе почва-растение, по сравнению с моделями плодородия светло-каштановых почв (изменением отношения Сгк/СфкC/N, Ca/Mg- (Ca+Mg)/Na, отношения свойств в разных горизонтах, коэффициентов в уравнениях регрессии взаимосвязей свойств почв).

Нарушение структурных взаимосвязей усиливается при развитии сначала гидроморфизма, а затем опустыниванияпри сочетании процессов дефляции, осолонцевания и засоления, при развитии пастбищной дигрессии и чрезмерных нормах выпаса овец, особенно в определенные фазы развития растений, в определенные стадии эволюции растительных ассоциаций и стадии эволюции почв.

При развитии опустынивания показано наличие эффектов синергизма и антагонизма при действии внешних факторов на почву. Одним из факторов деградации и опустынивания почв является увеличение градиента вещества, энергии и информации во времени и в пространстве (степени гидроморфизма, накопления энергии, энтальпии и энтропии, степени аридности, степени контрастности в структуре почвенного покрова и в пределах почвенного профиля и т. д.).

5. Предлагается оценивать опасность и развитие опустынивания по вычисленным уравнениям множественной регрессии развития интегрального показателя опустынивания (и частных свойств, процессов и режимов почв) от интегральных показателей климата, рельефа, гидрологии, растительности, состояния почв, литологии, хозяйственной деятельности человека.

Предлагается для перечисленных внешних факторов вычислять характеристические коэффициенты веса их влияния на опустынивание, а само значение факторов выражать в кодированных переменных в долях от оптимума (от 0 до 1). Аналогичные зависимости вычисляются и при оценке сводных показателей климата, рельефа и т. д. частных параметров этих факторов.

На основании экспериментальных данных по всем районам равнинного Дагестана вычислена математическая связь развития опустынивания от свойств почв и факторов внешней среды.

6. Установлены зависимости опасности и интенсивности проявления опустынивания от свойств почв: опустынивание сопровождается дефляцией и потерей илистой фракции, гумуса, сужением отношения Спс/Сфк, уменьшением наклона кумулятивных кривых гранулометрического состава, ухудшением структуры, уменьшением содержания доступной влаги, увеличением засоления и осолонцевания, увеличением плотности почв, меньшим отличием горизонта А] от породы, уменьшением проективного покрытия травостоем и изменением видового состава травостоя.

7. Подтверждены и уточнены этапы эволюции растительного покрова при опустынивании почв.

8. Подтверждены и уточнены этапы эволюции почв и структуры почвенного покрова при опустынивании.

9. Установлены для исследуемого региона факторы деградации почв и развития опустынивания, обусловленные неправильным сельскохозяйственным использованием территорий: опускание уровня грунтовых вод в связи с избыточным отбором водыподтопление сопредельных территорий, в связи с орошением, выклинивание засоленных вод в верхние горизонты, в связи с уменьшением в них влагозапасов пресных воднарушение почвенного и растительного покрова при очень большом количестве грунтовых дорог на 1 га, увеличение испарения из почв и поднятие солей, осолонцевание при распашке территорий, уменьшении проективного покрытиязасоление верхних горизонтов за счет усиленного развития солеустойчивых культур при деградации пастбищ, избыточные нормы выпаса и недифференцированные нормы вьтпаса овец на разных почвах, разных растительных ассоциациях, в отдельные периоды вегетацииобеднение верхнего слоя почв элементами питаниязагрязнение почв в основном продуктами нефтедобычинеоправданное увеличение доли пастбищ по сравнению с сенокосами.

Установлены математические зависимости изменения свойств светло-каштановых почв от нормы выпаса овец.

10. Опустынивание развивается при проявлении неблагоприятных для развития растений климатических факторов в критические фазы развития растений в наименее устойчивые к опустыниванию стадии развития почв.

Развивающиеся очаги опустынивания затем распространяются на все большую территорию и захватывают все более глубокие горизонты почвенного профиля.

Деградация почв и опустынивание соответствуют нарушению законов экологии и земледелия, нарушению принципа Бертло, увеличению степени настационарности состояния почв.

Для уменьшения опустынивания района Кизлярских пастбищ Дагестана, наряду с оптимизацией соотношения площадей и географического расположения орошаемых земель, пашни, пастбищ, сенокосов необходимо строгое ограниченное количество грунтовых дорог, пастбищной нагрузки, отбора вод для хозяйственных нужд, техногенного загрязнения.

Дополнительно к указанным мероприятиям рекомендуется: локальное улучшение пастбищных угодий в критические фазы развития растений и на наименее устойчивых к опустыниванию почвах: поверхностная подкормка культур азотом и фосфором, подсев засухоустойчивых, солеи солонцо-устойчивых трав, подкормка жидкими органическими удобрениями.