Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-мелиоративное состояние агроландшафтов степной и лесостепной зон Западной Сибири и условия их оптимизации

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Эколого-мелиоративное состояние агроландшафтов степной и лесостепной зон Западной Сибири и условия их оптимизации"

На правах рукописи

МИЛЕНИНА Елена Михайловна

ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОЛАНДШАФТОВ СТЕПНОЙ И ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОН ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И УСЛОВИЯ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ (на примере агроландшафтов Омского Прииртышья)

06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Омск 2004

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет».

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

Ведущая организация - Унитарное предприятие «Омский отдел

государственного унитарного предприятия (ГУЛ) Сибирский НИИ гидротехники и мелиорации»

Защита диссертации состоится 23 декабря 2004 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ220.050.04 в ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет» по адресу: 644008, г. Омск, ул. Институтская пл., 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан 21 ноября 2004 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим отправлять по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.

профессор В.Н. Русаков

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор И.В. Карнацевич; доктор технических наук, профессор Д.П. Гостищев

Факс:(3812)651054 (3812)651735

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат экономических наук, доцент

Е.Н. Малышев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. История сельскохозяйственного освоения территории лесостепи и степи Западной Сибири, в том числе Омского Прииртышья, связана с антропогенной нагрузкой, виды, объемы и сроки которой, с современных экологических позиций, привели к деградации природных и аграрных ландшафтов.

За последние сорок лет доля вовлеченных в пашню земель увеличилась с 60% в южной лесостепи Омской области до 73% в степной зоне. Доля же сре-достабилизирующих, в том числе природных угодий, составляет 31 и 19% соответственно, а лесных угодий - 12 и 4%. В качественном соотношении естественные угодья представлены в основном азональными галофитными сообществами на солонцах и солончаках, а также травянистыми луговыми, пойменными и болотными фитоценозами. Зональные типчаково-ковыльные и луговые степи полностью распаханы.

Увеличение водозабора на коммунальные нужды и орошение, зарегулирование стока Иртыша привели к снижению уровня воды, обмелению рек бассейна Иртыша, особенно в лесостепной зоне. Под влиянием инженерного при-родообустройства сельскохозяйственных территорий и оросительных мелиорации произошли локальные изменения гидрогеологических условий: прежде всего повышение уровня грунтовых вод, подтопление и заболачивание отдельных территорий, вторичное засоление. На фоне общей аридизации климата, природных и локальных техногенных изменений водного баланса лесостепи и степи активизируются эрозионные процессы.

Урбанизация и технический прогресс способствовали загрязнению почв, воздуха, водных объектов как на селитебных территориях, так и в прилегающих агроландшафтах. Кроме того, химизация земледелия привела к специфическим загрязнениям сельскохозяйственных угодий аграрных ландшафтов. В результате этого нарушаются энергетические и обменные процессы в агроланд-шафтах, повсеместно отмечаются изменение их водного и теплового режимов, снижение плодородия почв, деградация аборигенной растительности. Снижение культуры земледелия в последние годы, нарушение технологических процессов производства при применении элементов интенсивных технологий усугубляют проблему.

Зона исследований - южная лесостепь и степь - занимает 1/3 территории Омской области, но она на 70% обеспечивает производство валовой продукции сельского хозяйства, в том числе 90% продукции растениеводства. Однако деградация природных компонентов и антропогенных элементов агроландшафта неизбежно приводят к ситуации, когда вложение средств не обеспечивается эквивалентным приростом продуктивности. При этом непрерывно растет опасность загрязнения и разрушения природной среды.

Решение сложного комплекса технологических, экономических и экологических проблем, повышение продуктивности сельского хозяйства возможно прежде всего на основе глубокого исследовании факторов, определяющих современное состояние агроландшафтов, и разработки технологий, способов и

1 1 СОСНАЦИОНАЛЬНАЯ]

БИБЛИОТЕКА I

* УЗДЬ/й

методов восстановления и поддержания его экологического равновесия и оптимизации хозяйственной емкости.

Цель и задачи исследований. Главной целью исследований является оценка качественных изменений компонентов современных аграрных ландшафтов Омского Прииртышья в связи с увеличением антропогенной нагрузки и разработка комплекса мер по оптимизации хозяйственной емкости, восстановлению экологического равновесия и повышению продуктивности агроландшафта степной и лесостепной зоны Западной Сибири на примере Омской области.

Сообразно цели решались следующие наиболее важные задачи:

- исследование почвенных, гидрогеологических, гидролого-мелиоративных условий южной лесостепи и степи омской области, выявление качественных изменений в динамике;

- анализ систем земледелия, землеустройства и природопользования на изучаемой территории с целью оценки уровня антропогенной нагрузки;

- выявление ключевых моментов изменения компонентов агроландшаф-та при длительном воздействии мелиорации;

- проведение крупномасштабной эколого-мелиоративной оценки и эколо-го-мелиоративного районирования лесостепной и степной зон омской области;

- анализ методических подходов к оптимизации агроландшафтов аридной зоны и возможности их экстраполяции на изучаемую территорию.

Объектом исследования являлись природные и антропогенные компоненты агроландшафтов лесостепи и степи Омской области.

Предмет исследований - закономерности изменения свойств основных типов агроландшафтов под влиянием антропогенной деятельности.

Научная новизна. Впервые на единой генетической основе методом гидролого-климатических расчетов и полевых ландшафтных исследований изучены основные тенденции антропогенной трансформации агроландшафтов южной лесостепи и степи Омской области.

На основе полученного материала и выявленных тенденций трансформации компонентов агроландшафта проведена эколого-мелиоративная оценка и эколого-мелиоративное районирование территории.

Обоснована необходимость применения ландшафтно-экологического подхода в сельскохозяйственном производстве региона для оптимизации использования ресурсного потенциала.

Предложен вариант природоохранного эколого-мелиоративного каркаса аридной зоны Омского Прииртышья.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволили выявить закономерности трансформации современных агроландшафтов лесостепной и степной зон Западной Сибири, провести эколого-мелиоративное районирование. Предложен комплекс мер по оптимизации структуры и использования агроландшафтов исследуемых зон. Эколого-мелиоративное районирование территории позволит корректировать существующие в настоящее время системы земледелия и землеустройства, разработать систему мероприятий, направленных

на улучшение использования ресурсов агроландшафта, повышение его продуктивности и поддержание экологического равновесия в агроэкосистемах.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях: всероссийских (Петрозаводск, 2001), региональных (Омск, 2000, 2001, 2002). Кроме того, результаты работы ежегодно докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ОмГАУ (1998-2002). Материалы исследований легли в основу квалификационной работы на международных курсах «Орошение и дренаж с учетом факторов окружающей среды» (Израиль, 2002).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных статей объемом 1,3 п. л.

Методы исследований. Методологической основой работы являются: системный анализ, сравнительно-географический, водно-балансовый, картографический, математический и статистический методы. Теоретической основой работы - положение современной биогеоценологии о теснейшей взаимосвязи всех компонентов ландшафта и процессов, протекающих в нем. Изучены фондовые и картографические материалы отраслевых ведомств, государственных организаций и служб, а также результаты известных исследований, характеризующие особенности природопользования и природные условия аридной зоны Омского Прииртышья. В работе широко использован метод типологического картографирования, в основу которого положен комплексный анализ крупно- и среднемасштабных тематических карт региона, литературных источников и результаты математической обработки данных материалов Госкомстата Омской области, Государственного комитета по земельным ресурсам и землеустройству, «Схемы противоэрозионных мероприятий», материалы годовых отчетов сельскохозяйственных предприятий, первичные материалы Росгидромета по Омской области, первичные материалы по гидрогеологии Омского отделения Гидрорежимной партии Новосибирской нефтегазоразведочной экспедиции, данные ежегодных отчетов о состоянии окружающей природной среды Омской области. Применение метода гидролого-климатических расчетов (ГКР) позволило моделировать изменение компонентов агроландшафта при изменении уровня грунтовых вод и гидротермических условий.

Кроме того, в 1999-2001 гг. проведены детальные полевые ландшафтно-экологические исследования отдельных, типичных для региона, ключевых участков в южной лесостепи и степи Омской области. По стандартным методикам проводилось исследование основных компонентов ландшафта: почв, растительности, микрофлоры, микроклимата. Данные полевых опытов обработаны статистически. Все полевые исследования, отборы проб и большая часть камеральной обработки проводились непосредственно автором.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 170 страницах печатного текста; состоит из введения, 4 глав, выводов, предложений, содержит 22 таблицы, 12 картосхем, 36 рисунков (диаграмм), 3 фото и

10 приложений. Библиографический список включает 190 источников, в том числе 6 - иностранных.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Комплексная методика оценки современного мелиоративного состояния агроландшафтов в степной и лесостепной зонах.

- Результаты эколого-мелиоративной оценки современного состояния агроландшафтов, выполненные на единой генетической основе путем совместного решения уравнений тепловлагопереноса.

- Комплексное эколого-мелиоративное районирование в целях обоснования оптимального использования агроприродного потенциала, способов и методов мелиорации.

- Эколого-мелиоративные приемы оптимизации использования агро-ландшафтов в современных условиях сельскохозяйственного производства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются цели и задачи, характеризуется объект и методика исследования, отмечается научная новизна, практическая значимость и результаты апробации диссертационной работы.

В первой главе «Мелиоративно-географические особенности аридной зоны Омского Прииртышья» дана характеристика основных составляющих и природных процессов, формирующих ландшафтную структуру региона, влияющих на формирование современных агроландшафтов.

Исследуемая территория охватывает южную часть Среднего Прииртышья, расположенную на слабонаклонной равнине. Гидрографическая сеть слабо развита. Гидрогеологическая особенность равнин аридной зоны - сочетание дренированных и слабо дренированных территорий, вариации мощности аллювиальных, озерно-аллювиальных и элювиальных четвертичных отложений преимущественно тяжелого механического состава при близком залегании водоупорных неогеновых засоленных глин, что привело к высокому естественному уровню грунтовых вод повышенной минерализации (от 1-3 до 50 г/л). Гидрогеологическая особенность поймы и надпойменных террас - единый водоносный горизонт, приуроченный к первой и второй надпойменным террасам, и связь подземных вод неогеновых отложений повышенной минерализации с пресными водами аллювиальных четвертичных слоистых песчано-глинистых пород. Гидрогеологические условия во многом определили формирование современных зональных и особенно интразональных и азональных ландшафтов. Так, почвенный покров территории водораздела представлен черноземными почвами (черноземы карбонатные, черноземы обыкновенные, черноземы южные) разной степени солончаковатости и комплексами черноземов с солонцами и солончаками. К микропонижениям суффозионного происхождения приурочены солоди и лугово-болотные почвы. Интразональные аллювиальные пойменные почвы наряду с луговыми солонцами и солончаками концентрированы в приречных и приозерных областях. Повсеместная засоленность подстилаю-

щих пород при неблагоприятных гидрологических условиях наряду с высокими летними температурами стимулирует процесс современного соленакопления и солевой аккумуляции.

Природные условия аридной зоны Омского Прииртышья обусловливают предрасположенность земель к ветровой, водной эрозиям и суффозии, а широкая распашка более 50% площади в южной лесостепи и более 75% в степи привела к резкому антропогенному ускорению эрозионных процессов. В агро-ландшафтах степной зоны эродировано от 50 до 80% земель общей площадью свыше 1120 тыс. га, в южной лесостепи - от 10 до 35% (свыше 300 тыс. га), причем эрозии подвержены лучшие в агропроизводственном отношении пахот-нопригодные черноземные почвы. Снижение водности Иртыша обусловило увеличение базисов эрозии и подстегнуло развитие овражно-балочной сети, плоскостной смыв и размыв.

Одним из главных ландшафтообразующих факторов является климат, во многом определяющий характер агроприродопользования аридной зоны. Наиболее характерные особенности: холодная продолжительная зима, короткое жаркое лето, кратковременные переходные сезоны, поздние весенние (вплоть до первой декады июня) и ранние осенние заморозки. Все это является основным лимитирующим фактором в земледелии. Математический анализ основных климатических показателей по 10 метеопостам и 10 метеостанциям аридной зоны Омского Прииртышья выявляет тенденции аридизации климата, повышения среднегодовой температуры на 1,8°С за последние 100 лет, в основном за счет повышения зимних температур на 2,5°С (рис. 1).

1688 1898 1908 1918 1928 1938 1948 1958 1968 1978 1988 1998 Годы

Рис. 1. Среднемесячные значения температур января и июля.

Метеостанция Омск-Степная

Ампл„гуда по максимальным значениям среднемесячных температур самого теплого и самого холодного месяца может составлять 47,5°С, по минимальным значениям - 27,1°С. Годовое количество осадков аридной зоны области, осредненное за период 1972-1999 гг., варьирует от 317 до 357 мм. На территории в сухой год выпадает в 2-2,5 раза меньше осадков, чем во влажный. Мак-

симальные значения годовых сумм осадков за этот период составляют от 461 (степная зона) до 588 мм (южная лесостепь), минимальные - от 180 до 300 мм соответственно.

В результате применения методов математического анализа выявлена цикличность увлажнения аридной зоны и получена периодическая кривая (рис. 2), которую можно описать уравнением:

5(0 = 404 2,563ее«(0,785 О-ДгбЗэш (0,785-0 - 44,702сда; (2 0,785 0"94735ш(2 0,785 г)

Следует отметить, что подобные восьмилетние циклы отмечены в изменениях дефицита влажности воздуха и динамике среднегодовых температур по всем метеостанциям (рис. 3, 4).

Рис 2. Динамика осадков (КХ) в степной и лесной зонах Омской области

Рассчитанный нами коэффициент увлажнения аридной территории Омской области по методу варьирует от 0,36 до 0,43, что характерно для условий формирования южных (т.е. ксерофитных злаковых) степей. Для лесостепи Н.Н. Иванов определяет коэффициенты увлажнения от 0,7 до 0,9. Основным исходным ландшафтом южной лесостепи Омской области являются луговые степи, остеп-ненные луга в обрамлении березовых и осиново-березовых колков.

Рис. 3 Дефицит влажности воздуха, мб. Ст. Омск (1972-1999)

Рис 4 Среднегодовая температура, °С. С. Омск (1972-1999)

Таким образом, южная лесостепь Омской области является скорее реликтом, сохраняющим свои современные границы за счет специфики микроклимата. Известно, что увеличение шероховатости поверхности (искусственные или естественные древесные насаждения, городская застройка) способствует увеличению рабочей поверхности для конденсации влаги в 10—100 раз и увеличивает на 10-15% общее атмосферное увлажнение. Проведенные нами исследования микроклиматических особенностей угодий агроландшафтов аридной зоны Омской области показали, что относительная влажность воздуха в близлежащем березовом колке или лесополосе на 7-15% выше, температурный режим воздуха и почв более сглажен, чем на открытых пространствах (пашня). Искусственное сведение колков, изменение их границ в последние десятилетия (например, для оптимизации конфигурации полей) подстегнуло процесс естественного ос-тепнения.

Вследствие сокращения естественной залесенности, тенденции аридиза-ции климата и процессов естественного и искусственного остепнения следует отметить важнейшую роль искусственных насаждений мелиоративного назначения для стабилизации агроландшафтов аридной зоны. В результате реализации Генеральной схемы противоэрозионных мероприятий (1973), предусматривающей проведение комплекса организационно-хозяйственных, агротехнических, гидро-и лесомелиоративных мероприятий, сократилось число пыльных бурь, заметно снизилась интенсивность плоскостного смыва и размыва. На выпаханных и деградированных почвах степных агроландшафтов, заключенных в лесомелиоративный каркас, урожайность культур удвоилась. Однако работы по лесомелиоративному обустройству не были реализованы в запланированном объеме, наименьший объем искусственных насаждений отмечается в наиболее эрозионно-опасных районах: Русско-Полянском, Одесском, Павлоградском. Местами конфигурация лесополос и угол по отношению к господствующим ветрам не соблюдался, что привело к снижению мелиоративных свойств насаждений. Отсутствие надлежащего ухода за старыми лесополосами для сохранения продуваемой конструкции ведет к накоплению снега в лесополосе, и развиваются суффозионные ложбины по обеим сторонам лесополос. Проведенный (по материалам полевых исследований) анализ состояния лесополос в агро-ландшафтах аридной зоны позволяет сделать вывод о повсеместном снижении мелиоративных свойств лесополос.

Во второй главе «Структура и особенности хозяйственного использования агроландшафтов южнойлесостепи и степи Омского Прииртышья» исследована ретроспектива преобразования, степень освоения ландшафтов и трансформация природного ландшафта в аграрный. Рассмотрены особенности структуры агро-ландшафтов региона, их экологическая емкость и продуктивность.

В свете современных подходов агроландшафт необходимо рассматривать как трансформированный сельскохозяйственным производством природный ландшафт, как правило, сохраняющий его исходные границы, состоящий из природных (леса, степи, луга, водные объекты) и природно-антропогенных комплексов (сенокосы, пастбища, пашня, рекреационные зоны) низшего порядка, селитебных территорий, а также геотехнических систем (мелиоративные

системы, групповые водопроводы, транспортная инфраструктура и пр.) и взаимообусловленными и взаимосвязанными с компонентами процессами и явлениями (дефляция, водная эрозия, загрязнения вод, воздуха, почв, заболачивание, засоление и пр.) Это определение принято в данной работе за основу.

Пространственная структура агроландшафта включает в себя: структуру площадей и пространственное распределение пашни, естественных кормовых угодий и лесонасаждений; распределение скота по территории; структуру инженерного обустройства территории; наличие водохозяйственных объектов. Доля пашни в агроландшафтах южной лесостепи составляет сегодня в среднем 59%, варьируя от 47 до 75% общей площади. Особенно высока доля распаханных земель в степных агроландшафтах левобережья Иртыша - от 73 до 85% (рис. 5).

район

| »паанд ясрецосибилизирукицдаугоды Д^ала*ь Игомныеподсобные хоздаства 13прочие |

Рис. 5. Соотношение угодий в агроландшафтах аридной зоны Омской области по административным районам (1999)

Доля средостабилизирующих угодий - от 15 до 25% в агроландшафтах южной лесостепи. Естественные угодья представлены березовыми колками и межколочными полянами, луговыми солончаками, использующимися как сено-косно-пастбищные угодья. В степной зоне с естественной залесенностью менее 1% повышается средостабилизирующая роль лесомелиоративных насаждений. Левобережные степные районы характеризуются высокой долей естественных сенокосно-пастбищных угодий. Критическая ситуация в распределении угодий сложилась в степных равнинных агроландшафтах правобережья, где за счет большой площади пашни (до 90%), больших площадей поля (400-500 га) доля естественных угодий, представленных мелкоконтурными сильносбитыми пастбищами и малопродуктивными сенокосами, составляет от 2 до 8%. Такая ситуация привела к снижению биоразнообразия растительных сообществ и степной фауны, невозможности естественного самовосстановления коренных фито-

ценозов. Кроме того, именно эти агроландшафты характеризует высокая степень эродированности и скорости современных дефляционных процессов.

На основе соотношения и распределения интенсивно и экстенсивно используемых угодий с учетом геохимического положения ландшафта, характера рельефа, крутизны склонов, степени естественной дренированности ландшафта, степени гидроморфности почв, типа водного режима, интенсивности эрозионных процессов, степени засоленности была проведена оценка экологической емкости агроландшафтов аридной зоны Омского Прииртышья и составлена картосхема. Выделено 5 градаций экологической емкости и степени устойчивости агроландшафтов к увеличению антропогенной нагрузки и способности к самопроизвольному восстановлению естественных компонентов ландшафта (аборигенных фитоценозов, почвенного плодородия и др.). Отмечено, что все агроландшафты характеризуются снижением экологической емкости и степени устойчивости к антропогенным нагрузкам.

Основной характеристикой эффективности природопользования является хозяйственная продуктивность агроландшафта, т е. выход сельскохозяйственной продукции с единицы площади за определенный промежуток времени. Основные показатели продуктивности представлены на рис. 6.

Проанализирована динамика продуктивности агроландшафтов по годам и типам сельскохозяйственных угодий. Определено, что в первую очередь низкую хозяйственную продуктивность определяет несоответствие систем земледелия и землеустройства эколого-мелиоративным условиям региона, что обосновывает необходимость оптимизации агроприродопользования.

В третьей главе «Изменение свойств агроландшафтов в результате антропогенного воздействия» раскрываются характер и тенденции антропогенной трансформации и деградации агроландшафта и ei о компонентов: почв, растительности, поверхностных и подземных вод.

/" /

V

В свиней, голов

Рис 6 Хозяйственная продуктивность агроландшафтов аридной зоны Омского Прииртышья, с 1 га с.-х. угодий

Одной из важных проблем в агроландшафтах аридной зоны в последние десятилетия стало снижение плодородия почв в результате эрозионных процессов и невосполнения выносимых с урожаем агрокультур элементов питания. Сравнительный анализ химического состава, содержания и распределения гумуса, интенсивности биологических процессов угодий разного вида использования в пределах одной почвенной разности показал, что в агроландшафтах аридной зоны наибольшие деградационные изменения характерны для старопахотных черноземов (снижение плодородия и ухудшение структуры) и для орошаемых в прошлом черноземов (развитие вторичного засоления, ухудшение структуры). Напротив, черноземы, находящиеся в длительном «отдыхе» под лесополосами либо в старозалежных сенокосах и пастбищах, по своим свойствам схожи с целинными участками. Солоди как в южной лесостепи, так и степи схожи по морфологии и химическим показателям между собой, длительное сельскохозяйственное использование прилегающих к колкам черноземов не оказало заметного влияния на основные параметры солодей (плодородие, химизм почвенно-поглощающего комплекса).

Деградация растительности естественных угодий в пределах агроланд-шафта отмечена как в лесостепной, так и в степной зонах. Деградация характеризуется упрощением вертикальной и горизонтальной структуры фитоценоза, снижением биологического разнообразия до 13-17 видов в степных биомах и до 25-30 в лугово-степных, снижением продуктивности, увеличением в структуре травостоя числа синантропных видов, исчезновенем основных эдкфикато-ров коренных степных экосистем - ковылей. Трансформация растительности в большей степени связана с перевыпасом, гербицидной обработкой, повышенной рекреационной нагрузкой (для колочных степей).

Результатом исследования первичных данных уровней грунтовых вод, их внутригодовой и многолетней динамики стала картосхема и ряд диаграмм, из которых следует, что на большей площади аридной зоны Омской области верхний горизонт грунтовых вод залегает достаточно близко от поверхности (ближе 5 метров) и участвует в процессе влагообмена. Режим грунтовых вод (многолетний и внутригодовой) в этом случае тесно связан с режимом осадков. Отмечено общее повышение и изменение режима УГВ вблизи населенных пунктов, что связано исключительно с антропогенным воздействием (отсутствие систем водоотведения, влияние железных и профилированных дорог и т.д.) На орошаемых территориях происходит существенное изменение многолетнего и внутригодового режима грунтовых вод. Из-за отсутствия или неправильного устройства дренажа на оросительных системах за двадцать лет их эксплуатации произошло поднятие УГВ в среднем на 2 метра, почвы из полугидроморфных перешли в разряд гидроморфных, что привело к существенному изменению их качества.

Очевидно, что степень деградации агроландшафтов определяет необходимость оптимизации природопользования. Для дифференциации эколого-мелиоративных приемов использования агроландшафтов в современных условиях сельскохозяйственного производства была проведена эколого-мелиора-

тивная оценка их состояния, выполненная на единой генетической основе путем совместного решения уравнений тепловлагопереноса.

Поскольку южная лесостепь и степь являются зонами недостаточного увлажнения и величина максимально возможного испарения Zm в 1,5-2,5 раза превышает реальное суммарное испарение Ъ, все выпавшие за год осадки должны бы полностью пойти на испарение (величина Ы показывает, сколько могло бы испариться еще влаги в текущий год). Данные водно-балансовых станций и наши расчеты показывают, что это не так. Даже в самый сухой год величина суммарного (поверхностного и подземного) стока составляет 1,5-3% суммы атмосферных осадков. Во влажные годы в степной зоне сток возрастает до 7%, а в лесостепной - до 10% от суммы выпавших осадков (табл. 1,2).

Таблица 1

Расчетные значения элементов ВБ по методу ГКР в зависимости от глубины залегания и режима грунтовых вод в годы 25 и 75%-ной обеспеченности (юж. лесостепь)

Влияние грунтовых вод на соотношение элементов водного баланса (Ст. Омск, южная лесостепь)

Уровень грунт, вод, м Сумм, увлажн. Н, мм Сумм испар. Ъ, мм Сумм сток У, мм Осадки КХ, мм

Сухой год Влаж. год Сухой год Влаж. год Сухой год Влаж. год Сухой год Влаж год

г.в.МО 354 493 340 447 13 46 356 463

г.в. 4,5 356 495 343 449 13 46 Испаряемость Ът, мм

г в. 3 360 498 346 451 14 Г 47 Сухой год Влаж. год

г.в. 2,5 373 509 ОС 460 15 50 831 774

г.в. 2 409 542 386 480 23 62 Грунт

г.в. 1,5 565 694 492 559 73 135 Средний суглинок

Таблица 2

Расчетные значения элементов ВБ по методу ГКР в зависимости от глубины залегания и режима грунтовых вод в годы 25 и 75%-ной обеспеченности (степь)

Влияние грунтовых вод на соотношение элементов водного баланса (Ст. Русская Поляна, степь)

Уровень грунт, вод, м Сумм, увлажн. Н, мм Сумм, испар. Z, мм Сумм, сток У, мм Осадки КХ, мм

Сухой год Влаж. год Сухой год Влаж. год Сухой год Влаж. год Сухой год Влаж. год

г в >10 222 440 220 413 2 27 193 456

г в. 4,5 226 442 223 415 2 28 Испаряемость Хт, мм

г в. 3 246 457 243 426 3 40 Сухой год Сухой год

г.в. 2,5 288 488 282 448 6 40 863 802

г.в. 2 468 633 427 531 50 103 Грунт

г.в. 1,5 538 705 452 559 82 145 Средний суглинок

Территория юга области в основном имеет уклоны поверхности до 1°, характеризуется слабой расчлененностью рельефа и практически отсутствием гидрологической сети (за исключением р. Иртыш). Потому здесь основная часть ресурсов стока идет на пополнение запасов грунтовых вод. В приозерных котловинах, микропонижениях увеличение стока обусловливает активизацию эрозионных процессов.

Как показывают результаты моделирования, при среднегодовом уровне грунтовых вод глубже 6 м они не участвуют в процессах обмена. Но уже при 4,5 м отмечаются изменения балансовых элементов, а при УГВ 2,2 м резко увеличиваются сток и испарение. Внутригодовые амплитуды УГВ составляют более 2 м, в ранневесенний период происходит подтопление территории. Очевидно, что любое вмешательство в агроландшафт, приводящее к подъему уровня грунтовых вод ближе 5 м, меняет всю структуру водного баланса и является отправной точкой к его деградации, отражается на почвообразовательных процессах (засоление, осолодение, заболачивание), стимулирует эрозионные процессы за счет увеличения стока (плоскостной смыв либо суффозионные просадки). Остановить процесс возможно только посредством дорогостоящих гидротехнических (устройство дренажных систем, водоотведение, промывки засоленных пахотных почв) либо лесотехнических (фитомелиорация) мероприятий.

На основе эколого-мелиоративной оценки аридной зоны Омского Прииртышья предлагается схема эколого-мелиоративного районирования территории на основе современных требований адаптивно-ландшафтного подхода к приро-дообустройству и экологизации различных видов мелиорации земель (рис. 7). В основу районирования положен ландшафтный подход. Выделение эколого-мелиоративных областей основано на геоморфологическом и зональном природно-климатическом районировании. Устойчивость природных систем к мелиоративному воздействию оценивали через эколого-мелиоративный потенциал территории - ЭМП. Эта концепция предложена В.Н. Михайличенко, Т.Н.Елизаровой, В.А. Казанцевым и Л.А. Магаевой (1995). Базовой основой является составленная автором картосхема залегания грунтовых вод. Для выделения эколого-мелиоративных районов анализировались компоненты ландшафта и ландшафтообразующие факторы: рельеф, литологический состав почвогрунтов и минерализаций грунтовых вод, дренированность территории, водно-балансовые характеристики. В зависимости от целесообразности применения тех или иных видов мелиорации территории подразделяются на классы, каждый вид мелиорации для удобства изложения обозначается номером. Основные количественные характеристики эколого-мелиоративных зон, классов и подклассов представлены в табличной форме.

В четвертой главе «Оптимизация природопользования агроландшафтов аридной зоны Омского Прииртышья» рассматриваются конкретные направления перехода к адаптивно-ландшафтному природопользованию, основанному на интеграции принципов сохранения устойчивости и биологического разнообразия экосистем и повышения продуктивности агроландшафтов, применительно к конкретным эколого-мелиоративным условиям аридной зоны.

Рис 7 Схема эколого-мелиоративного районирования аридной зоны Омского Прииртышья

В целях оптимизации природопользования агроландшафтов аридной зоны необходим переход на экологически обоснованные адаптивно-ландшафтные системы земледелия. Крупные ученые, основатели современных направлений естественных наук (В.В. Докучаев, КА. Тимирязев, А.И. Воейков, П.А. Косты-чев и другие) настойчиво подчеркивали необходимость учета региональных особенностей в сельскохозяйственном производстве. Обоснованием научных основ земледелия в степной зоне, адаптированных к природным процессам саморегулирования экосистем занимались многие ученые. Обоснованием научных основ земледелия в степной и лесостепной зоне и борьбы с эрозией почвы занимались П.С. Захаров, А.И. Бараев, Г.И. Швебс, С.В. Лукин, Н.И. Карпович и другие. Разработкой принципов устройства и организации агроландшафтов занимались М.И. Лопырев, Г.П. Дубинский. В рамках концепции почвозащитных систем земледелия работали В.И. Кирюшин, В.Е. Синещеков (по ЗападноСибирскому региону), П.Г. Акулов, А.И. Шабаев (по ЦЧО) и др. Проблемой интенсификации систем земледелия при орошении в Западной Сибири занимался В.Ф. Гоф и другие. Очевидно, что оптимальным в аридной зоне является лесоаграрный ландшафт, для которого характерны небольшие по площади поля (150-200 га), заключенные в каркас лесополос и естественных колков, позволяющий вследствие более благоприятного микроклимата возделывать не только яровые, но и озимые культуры, получать более высокие урожаи зерновых и многолетних трав при богарном земледелии. В степных районах с низкой зале-сенностью высокой долей пашни и прогрессирующей эрозией почв разработаны почвозащитные системы земледелия, суть которых в преимущественно плоскорезной и безотвальной основной обработке, оставлении стерни для снегонакопления и аккумуляции влаги в почве.

Однако постоянная безотвальная обработка приводит к накоплению семян сорняков и возбудителей болезней. Поэтому необходимо чередовать в ко-роткоротационных четырех-, пятипольных севооборотах поверхностные обработки с отвальной вспашкой в паровом поле с посевом кулис для гарантированной защиты от эрозии. На сильноэродированных землях необходимо вводить севообороты с большим удельным весом многолетних трав (до 50%). На крутых склонах приречных и приозерных равнин рекомендуется полосное размещение однолетних культур, чистого пара и многолетних трав. На комплексных почвах и солонцах следует размещать солеустойчивые фитомелиоранты и переводить эти поля из полевых в кормовые севообороты. Исходя из особенностей специализации сельскохозяйственного производства, необходимо укреплять кормовую базу, расширять сортимент кормовых культур, особенно многолетних трав, которые обладают благоприятными мелиоративными качествами и являются наиболее экономически выгодными в современных условиях богарного земледелия. Условием адаптивно-ландшафтных систем земледелия является бездефицитный баланс питательных веществ и гумуса, основанный на ор-гано-минеральнои системе удобрений, компенсирующем вынос, что особенно актуально для орошаемых севооборотов. Система защиты растений должна отвечать современным требованиям экологической безопасности, с расширением применения биологических методов защиты. Системы орошения должны быть адаптированы эколого-мелиоративным условиям региона.

Формирование экологически устойчивых сельскохозяйственных ландшафтов в рамках адаптивно-ландшафтного природопользования решается на основе определения оптимального соотношения в структуре землепользования разных видов угодий. Невозможно обойтись без пашни, но одновременно на сельскохозяйственной территории должны сохраняться природные экосистемы, представляющие собой низкопродуктивные сельскохозяйственные угодья Такие угодья препятствуют возникновению и развитию водной и ветровой эрозий, деградации земель, они являются местом обитания полезной фауны, на них поддерживаются популяции редких видов растений и животных. В результате сохранения и восстановления малопродуктивных угодий можно не только обеспечить экологический баланс сельскохозяйственного ландшафта, но и вследствие этого обеспечить более высокий экономический результат от использования пашни, поскольку природные экосистемы содействуют в конечном счете повышению почвенного плодородия. Поэтому мы предлагаем вариант регионального экологического каркаса территории (представлен картосхемой), узловыми зонами которого являются наименее подверженные деградации ООПТ и сеть экологических коридоров, в которую входят лесомелиоративные объекты и естественные лесные угодья. Обоснована необходимость реконструкции естественных экосистем в степной зоне и расширение сети ООПТ ботанического и комплексного направления

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Выполненное исследование по выявлению современного эколого-мелиоративного состояния агроландшафтов позволяет сделать следующие выводы и внести предложения:

- Низкий уровень экологичности современного сельского хозяйства аридной зоны Омского Прииртышья привел к трансформации и деградации ландшафтообразующих компонентов, экологическая емкость агроландшафтов при существующих формах природопользования исчерпана.

- Качественное и количественное соотношения пашни и средостабилизи-рующих угодий в агроландшафтах препятствуют созданию высокопродуктивной экологически устойчивой саморегулирующейся системы

- Эколого-мелиоративные особенности аридной зоны Омского Прииртышья определяют переход на водосберегающие экологичные способы орошения, реконструкции существующих мелиоративных систем и широкое применение лесомелиорации и фитомелиораций.

- Повышение продуктивности и устойчивости агроэкосистем возможно только при переходе на адаптивно-ландшафтные системы земледелия с одновременным сохранением природной среды в рамках регионального экологического каркаса.

Опубликованные работы, отражающие основные положения диссертации

1. Проблема сохранения биологического разнообразия ландшафтов лесостепной и степной зон Омской области в условиях повышенной антропогенной нагрузки // Заповедники и экологические аспекты природопользования: Материалы научной конференции, посвященной десятилетию Государственного природного биосферною заповедника «Катунский». - Барнаул: Изд-во Алтайского государственного университета, 2001. - С. 36-39.

2. Моделирование процессов круговорота воды в биогеоценозах степной зоны на примере степных ландшафтов Омской области // Математические методы в экологии: Тезисы докладов всероссийской научной школы. - Петрозаводск, 2001.-С. 60-62.

3. Антропогенная деградация растительности естественных ландшафтов лесостепной и степной зон Омской области // Природа, природопользование и природообустройство: Материалы областной научно-практической конференции. - Омск, 2001. - С. 193-196.

4. Моделирование водного баланса степных и лесостепных ландшафтов юга Омской области // Природа, природопользование и природообустройство: Материалы областной научно-практической конференции. - Омск, 2001. -С. 67-71.

5. Современное состояние памятника природы «Реликтовая лесостепь» и причины деградации составляющих его искусственных и естественных ландшафтов // Приоритет экологическому образованию на рубеже 21 века: Материалы межрегиональной научно-практической конференции. - Омск, 2000. -С.25-27.

6. Исследование периодичности увлажнения территории лесостепной и степной зон Омской области // Наука и образование - 21 веку: Материалы окружной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. -Сургут, 2001.-С. 30-32.

7. Изменение компонентов агроландшафтов южной лесостепи Омской области под влиянием сельскохозяйственного производства // История, природа, экономика: Материалы областной научно-практической конференции, посвящ. 125-летию Ом. регион, отд-ния Рус. геогр. об-ва. - Омск, 2002. - С. 230-232.

Per. № 137. Сдало в набор 18.11.04. Подписано в печать 19.11.04. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать на ризографе. Печ. л. 1,0 (0,93). Уч.-изд. л. 1,27. Тираж 100 экз. Заказ 23

Издательство ФГОУ ВПО ОмГАУ. 644008, Омск, ул. Сибаковская, 4, тел. 65-35-18.

Отпечатано с готового оригинала-макета в типографии ЧП Макшеевой Е.А.

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Миленина, Елена Михайловна

Введение.

Методика исследований.

1. Мелиоративно-географические особенности аридной зоны Омского Прииртышья.

1.1. Рельеф и геоморфология.

1.2 Особенности почвенного покрова.15.

1.3 Эрозионные процессы (дефляция и водная эрозия).

1.4 Климатическая характеристика территории

1.5 Характеристика растительности естественных колочно-степных ландшафтов, как основы современных агроландшафтов.4.8.

1.6 Лесомелиорация в аридной зоне Омского Приирышья как метод комплексной мелиорации агроландшафтов.5.

2. Структура и особенности хозяйственного использования агроландшафтов южной лесостепи и степи Омского Прииртышья.

2.1. Виды агроландшафтов, их современная структура.6.

2.2. Экологическая емкость и устойчивость агроландшафтов.

2.3. Продуктивность агроландшафтов.

3 . Изменение свойств агроландшафтов в результате антропогенного воздействия.8.5.

3.1 Трансформация почв в результате сельскохозяйственного использования.8.5.

3.2 Изменение растительного компонента естественных угодий агроландшафта.1.

3.3 Комплексная гидролого-мелиоративная оценка трансформации агроландшафтов.1.1.

3.3.1. Изменение уровня грунтовых вод.1.

3.3.2. Водный баланс территории.1.

3.3.3. Современное мелиоративное состояние земель.12.

3.3.4. Эколого-мелиоративное районирование.1.3.

4. Оптимизация природопользования агроландшафтов аридной зоны Омского Прииртышья.

4.1 Принципы адаптивно-ландшафтной организации территории.14.

4.2 Мелиоративные мероприятия, направленные на оптимизацию свойств агроландшафтов.153.

3.4. Экологический каркас территории.1.5.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Эколого-мелиоративное состояние агроландшафтов степной и лесостепной зон Западной Сибири и условия их оптимизации"

Использование обществом природного ландшафта в процессе сельскохозяйственного производства в Х1Х-ХХ веках привело к существенным изменениям, трансформированию и деградации большей части его компонентов. Объективно, с интенсификацией сельского хозяйства все больше углубляется противоречие между мероприятиями, направленными на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и действиями, направленными на поддержание стабильности ландшафта и качества среды. На современном этапе проблема рационального использования природных ресурсов в сельском хозяйстве должна решаться на эколого-мелиоративной балансово-экологической основе, суть которой состоит в обеспечении в процессе использования воспроизводства ресурсов. Таким образом, повышение продуктивности аграрного производства объективно должно сопровождаться улучшением состояния окружающей природной среды и восстановлением затраченных на производство природных и материальных ресурсов.

Следовательно, оптимизация природопользования в аграрной сфере, обуславливает, прежде всего, глубокое и системное исследование состояния объекта оптимизации, в качестве которого выступает агроландшафт, его современная структура, эколого-хозяйственное состояние, а также, взаимосвязь его компонентов, тенденции изменения во времени и пространстве, а также факторы, влияющие на экологическое равновесие агроландшафта в целом.

Современный агроландшафт формируется в большей степени под воздействием хозяйственной деятельности, но сохраняет основные черты природного ландшафта. Эта двойственность определяет современные формирующие его элементы - с одной стороны природные компоненты (почвы, рельеф и гидрографическая сеть, вода, воздух и микроклимат, растительность и животный мир), с другой - элементы системы земледелия и организации территории (земельные угодья, севообороты, агротехнологии, почвозащитные и гидротехнические сооружения и т.д.).

Таким образом, для оптимизации современного агроландшафта важное значение приобретает не только совершенствование систем сельскохозяйственного производства в ландшафтно-экологическом аспекте, но и повышение эффективности и качества мониторинга за состоянием среды. Зная современное состояние и степень антропогенной трансформации агроландшафта, можно разрабатывать эффективные технологии сельскохозяйственного производства.

Актуальность проблемы История сельскохозяйственного освоения территории лесостепи и степи Западной Сибири, в том числе Омского Прииртышья, связана с антропогенной нагрузкой, виды, объемы и сроки которой, с современных экологических позиций, привели к деградации природных и аграрных ландшафтов.

За последние сорок лет доля вовлеченных в пашню земель увеличилась с 60 % в южной лесостепи Омской области, до 73% в степной зоне. Доля же сре-достабилизирующих, в т.ч. природных угодий составляет 31% и 19% соответственно, а лесных угодий 12 % и 4%. В качественном соотношении естественные угодья представлены в основном азональными галофитными сообществами на солонцах и солончаках, а также травянистыми луговыми, пойменными и болотными фитоценозами. Зональные типчаково-ковыльные и луговые степи полностью распаханы. Под угрозой исчезновения находятся аборигенные зональные виды растений и животных.

Увеличение водозабора на коммунальные нужды и орошение, зарегулирование стока Иртыша, привели к снижению уровня воды, обмелению рек бассейна Иртыша, особенно в лесостепной зоне. Под влиянием инженерного при-родообустройства сельскохозяйственных территорий (дорожного строительства, устройства мелиоративных систем ) и оросительных мелиораций, произошли локальные изменения гидрогеологических условий, прежде всего повышение уровня грунтовых вод, подтопление и заболачивание отдельных территорий , вторичное засоление. На фоне общей аридизации климата, глобальных природных и локальных техногенных изменений водного баланса лесостепи и степи активизируются эрозионные процессы.

Урбанизация и технический прогресс способствовали загрязнению почв, воздуха, водных объектов, как на селитебных территориях, так и в прилегающих агроландшафтах. Кроме того, химизация земледелия привела к специфическим загрязнениям сельскохозяйственных угодий аграрных ландшафтов. В результате чего нарушаются энергетические и обменные процессы в агроланд-шафтах, повсеместно отмечается изменение их водного и теплового режимов, снижение плодородия почв, деградация аборигенной растительности. Снижение культуры земледелия в последние годы, нарушение технологических процессов производства при применении элементов интенсивных технологий усугубляют проблему.

Аридная зона - южная лесостепь и степь - занимает 1/3 территории Омской области, но она на 70% обеспечивает производство валовой продукции от сельского хозяйства, в том числе 90% продукции растениеводства. Однако деградация природных компонентов и антропогенных элементов агроландшафта неизбежно приводят к ситуации, когда вложение средств не обеспечивается эквивалентным приростом продуктивности. При этом непрерывно растет опасность загрязнения и разрушения природной среды.

Решение сложного комплекса технологических, экономических и экологических проблем, повышение продуктивности сельского хозяйства возможно, прежде всего, на основе глубокого исследовании факторов, определяющих современное состояние агроландшафтов и разработке на этой основе технологий, способов и методов восстановления и поддержания его экологического равновесия и оптимизации хозяйственной емкости.

Цель и задачи исследований

Главной целью исследований является оценка качественных изменений компонентов современных аграрных ландшафтов Омского Прииртышья в связи с увеличением антропогенной нагрузки и разработка комплекса мер по оптимизации хозяйственной емкости, восстановления экологического равновесия и повышения продуктивности агроландшафта степной и лесостепной зоны Западной Сибири на примере Омской области

Сообразно цели решались следующие наиболее важные задачи:

• Исследование почвенных, гидрогеологических, гидролого-мелиоративных условий южной лесостепи и степи Омской области, выявление качественных изменений в динамике.

• Анализ систем земледелия, землеустройства и природопользования на изучаемой территории с целью оценки уровня антропогенной нагрузки.

• Выявление ключевых моментов изменения компонентов агроландшафта при длительном воздействии мелиораций.

• Проведение крупномасштабной эколого-мелиоративной оценки и эколо-го-мелиоративного районирования лесостепной и степной зон Омской области

• Анализ методических подходов к оптимизации агроландшафтов аридной зоны и возможности их экстраполяции на изучаемую территорию.

Объектом исследования являлись природные и антропогенные компоненты агроландшафтов лесостепи и степи Омской области.

Предмет исследований - закономерности изменения свойств основных типов агроландшафтов под влиянием антропогенной деятельности.

Научная новизна

• Впервые, на основе метода гидролого-климатических расчетов и полевых ландшафтных исследований изучены основные тенденции антропогенной трансформации агроландшафтов южной лесостепи и степи Омской области.

• На основе полученного материала и выявленных тенденций трансформации компонентов агроландшафта проведена эколого-мелиоративная оценка и эколого-мелиоративное районирование территории

• Обоснована необходимость применения ландшафтно-экологического подхода в сельскохозяйственном производстве региона для оптимизации использования ресурсного потенциала

• Предложен вариант природоохранного экологического каркаса аридной зоны Омского Прииртышья

Практическая значимость работы

Проведенные исследования позволили выявить закономерности трансформации агроландшафтов, провести эколого-мелиоративное районирование. Предложен комплекс мер по оптимизации структуры и использования агроландшафтов лесостепной и степной зоны. Эколого-мелиоративное районирование территории позволит корректировать существующие в настоящее время системы земледелия и землеустройства, разработать систему мероприятий, направленных на улучшение использования ресурсов агроландшафта, повышения его продуктивности и поддержание экологического равновесия в агроэкосисте-мах.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях: всероссийских (Петрозаводск 2001), региональных (Омск 2000,

2001,2002). Кроме того, результаты работы ежегодно докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ОмГАУ( 1998-2002). Материалы исследований использовались при выполнении квалификационной работы на международных курсах «Орошение и дренаж с учетом факторов окружающей среды», проходивших в Израиле в 2002 году.

Защищаемые положения Комплексная методика оценки современного мелиоративного состояния агроландшафтов в степной и лесостепной зонах

Результаты эколого-мелиоративной оценки современного состояния агроландшафтов, выполненные на единой генетической основе путем совместного решения уравнений тепловлагопереноса

Комплексное эколого-мелиоративное районирование в целях обоснования оптимального использования агроприродного потенциала, способов и методов мелиораций

Эколого-мелиоративные приемы оптимизации использования агроландшафтов в современных условиях сельскохозяйственного производства

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение агроландшафтов южной лесостепи и степи Омской области и их антропогенной трансформации проводилось в период 1998-2001 гг. Методологическая основа работы: системный анализ, сравнительно- географический, водно-балансовый, картографический, математический и статистический методы.

Теоретическая основа работы — положение современной биогеоценологии о теснейшей взаимосвязи всех компонентов ландшафта и процессов, протекающих в нем. Метод ретроспективного анализа позволяет проследить изменения структуры агроландшафтов и характера землепользования во времени. В работе использовались архивные материалы и данные ведомственных отчетов о натурных обследованиях территории: материалы внутрихозяйственного землеустройства, почвенные и агрохимические очерки и отчеты, проекты систем земледелия, геоботанические описания. Анализ и обобщение данных материалов позволили проследить морфологические изменения агроландшафтов под влиянием антропогенной деятельности.

Проведенные в 1999-2001 гг. детальные полевые ландшафтно-экологические исследования отдельных типичных для региона, ключевых участков в южной лесостепи и степи Омской области позволили выявить степень антропогенного влияния и изменение ценотических связей отдельных компонентов ландшафта. Комплексные полевые ландшафтные исследования проводились в схожих по природным и хозяйственным условиям агроландшафтах - в южной лесостепи (Исилькульский, Марьяновский, Омский, Кормиловский) и степной зоне (Павлоградский и Одесский районы).

Ключевые участки выделены по результатам исследования документации административных районов и конкретных хозяйств, почвенных карт, а также по индикационным видам растительности (эталонный участок естественных угодий). Все участки расположены на зональных черноземах обыкновенных и черноземах южных. Исследовались компоненты ландшафта: почвы, растительность, микрофлора, микроклимат.

Изучение растительности естественных угодий проводилось на выделенных ботанических площадках по стандартной методике [137,139]. Площадь ботанической площадки - 100 м2. Внутри каждой площадки проводились укосы в 4 повторностях с 1 м2, описано по 10 малых площадок (0,25 м2 каждая). На них учитывалось проективное покрытие, покрытие злаков и разнотравья, частота встречаемости видов, средняя высота травостоя и высота каждого вида. Затем учитывались все виды, не вошедшие в малые площадки, но попадающие в большие. В камеральных условиях на основе малых площадок проведен расчет продуктивности наземной фитомассы естественных угодий. Засоренность сельхозугодий (пашни, залежных многолетних трав) вегетирующими сорняками определялась глазомерно и количественно-весовым методом. Определение видового состава сорной растительности по H.A. Плотникову и др., (1972), естественной растительности по В.Н. Кравченко (2000).

Почвенное обследование и морфологическое описание генетических особенностей проведено на основании сопоставления фондовых разрезов и заложенных автором полуям. Параллельно, в соответствие с требованиями к отбору почв [90,45] был послойно, на глубину 1,0 метр, проведен отбор проб на химический анализ и содержание гумуса. Химические анализы проводились в межкафедральной лаборатории Омского ГАУ. Солевой состав водной вытяжки определялся по Гедройцу [42,43,44], рН водной суспензии - потенциометрически. Содержание и запас основных элементов питания в почве (нитратный азот, подвижный фосфор, обменный калий) определялись по общепринятым в России методикам [40,41]. Нитратный азот по Грандваль-Ляжу. Подвижный фосфор и обменный калий по Чирикову, на карбонатных почвах - по Мачигину. Содержание гумуса в почве определялось по Тюрину [116] также послойно через 10 см до глубины 70 см при трех-четырехкратной повторности.

Интенсивность биологических процессов определялась по разложению целлюлозы в почве в слое 0.20 см. В 2000 году в южной лесостепи на десяти участках на черноземе среднемощном среднегумусовом при разных вариантах использования, и одном ключе степной зоны (5 участков). В 2001 году опыт был повторен в лесостепной зоне, по трем срокам изъятия полотна.

Образцы почв для изучения качественного и количественного состава альгофлоры отбирали по общепринятой методике [34] из слоя 0-1 см рендоми-зированно. Это устранило неравномерность пространственного распределения водорослей и характеру средних данных. Качественный состав водорослей выявляли методом водных и почвенных культур. Результаты качественного анализа альгофлоры сопоставляли с помощью коэффициента Жаккара. Численность водорослей определяли прямым микроскопированием, работа велась на микроскопе МБИ- 6 при окуляре 40.

Данные полевых опытов обработаны статистически [50] . Все полевые исследования и отборы проб почв проводились непосредственно автором. Альго-логический анализ образцов почв проведен под руководством доцента кафедры почвоведения Омского ГАУ Леоновой В.В.

Наряду с полевыми исследованиями были изучены фондовые и картографические материалы, данные отраслевых ведомств, государственных организаций и служб, а также результаты известных исследований, характеризующие особенности природопользования и природные условия аридной зоны Омского Прииртышья. На основе математического анализа гидролого-климатических материалов выявлены тенденции общей аридизации климата и влияние антропогенного фактора на климат аридной зоны. Статистический анализ данных изменения уровня грунтовых вод сопряженный с изучением геоморфологии и литологического состава почвогрунтов, а также особенностями сельскохозяйственного водоснабжения позволил сделать вывод о преимущественно антропогенных причинах поднятия грунтовых вод, вторичного засоления и формирования азональных природных комплексов вблизи селитебных территорий. Применение метода гидролого-климатических расчетов (ГКР), предложенного B.C. Мезенцевым [87] позволило моделировать изменение компонентов агро-ландшафта при изменении уровня грунтовых вод и гидротермических условий.

В работе широко использован метод типологического картографирования, в основу которого положен комплексный анализ крупно- и среднемасштабных тематических карт региона, литературных источников и результаты математической обработки данных материалов Госкомстата Омской области, Государственного комитета по земельным ресурсам и землеустройству, «Схемы противо-эрозионных мероприятий», материалы годовых отчетов сельскохозяйственных предприятий, первичные материалы Росгидромета по Омской области, первичные материалы по гидрогеологии Омского отделения Гидрорежимной партии Новосибирской нефтегазоразведочной экспедиции, данные ежегодных отчетов о состоянии окружающей природной среды Омской области и данные исследований автора по указанной тематике.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Миленина, Елена Михайловна

Выводы и предложения

Выполненное исследование по выявлению современного эколого-мелиоративного состояния агроландшафтов позволяет сделать следующие выводы и предложения: • Низкий уровень экологичности современного сельского хозяйства аридной зоны Омского Прииртышья привел к трансформации и деградации ландшафтообра-зующих компонентов, экологическая емкость агроландшафтов при существующих формах природопользования исчерпана.

Антропогенная деятельность подстегнула процессы водной 'эрозии, дефляции и суффозии. Для аридной зоны характерна деградация почвенного покрова. В сравнение с целинными черноземами и в старопахотных почвах при экстенсивном земледелии отмечено снижение содержания гумуса на 17-54% (в слое 0-20) и на 13-14% (в слое 0-70 см), доступных форм фосфора и калия. Наиболее плодородными являются почвы под старовозрастными залежами (старше 50 лег) и лесополосами. Отмечено загрязнение почв и грунтовых вод агроландшафтов нефтепродуктами и их компонентами, кадмием, цинком, свинцом, пестицидами и их производными. Целлюлозолитическая активность почв в агро-фитоценозах в сравнение с естественными экосистемами, выше, особенно при орошении животноводческими стоками.

В орошаемых агроландшафтах наблюдается прогрессирующее вторичное засоление почв на площади более 30 тыс.га. Динамика уровней грунтовых вод указывает на увеличение площадей с уровнем от 2 до 3 м с 8 тыс.га до 22 тыс.га, с УГВ 3-5 метров с 8.5 до 45 тыс.га. Вследствие нерационального водопользования на водоразделе также отмечено поднятие среднегодовых уровней грунтовых вод вблизи населенных пунктов в пределах 26 метров за период с 1965 по 1999 и трансформация компонентов ландшафта: засоление и деградация почв, заболачивание, смена растительных сообществ.

Фитоиндикация черноземных почв по алыогруппировкам показала преобладание видов, свидетельствующих об осолодении, отсутствие форм-показателей экологического благополучия (желто-зеленые), в орошаемой пашне выявлены чуждые экосистеме виды.

Естественные степные и лугово-стенные фитоценозы, использующиеся как сенокое-но-пастбищные угодья отличает низкая продуктивность (3,1 - 13,6 ц/га сена), снижение доли разнотравья, присутствие рудеральных видов. Наиболее деградировать фигоцеиозы степной зоны.

Экологическая емкость агроландшафтов, устойчивость и ресурсы восстановления экосистемы при современных условиях аграрного производства снижены, в степной зоне правобережья Иртыша исчерпаны.

• Качественное и количественное соотношение пашни и средостабилизирующчх угодий в агроландшафтах препятствуют созданию высокопродуктивной экологически устойчивой саморегулирующейся системы

Оптимальным для аридной зоны является лесоаграрный ландшафт с площадью поля 100-200 га, заключенный в каркас лесополос и березовых колков

В зоне южной лесостепи необходимо довести долю лесов с 8-12% до 1 8-20% за счет лесомелиоративных насаждений. В степной зоне до 10-12%, с обязательной долей естес!-венных сенокосов и пастбищ не менее 6-8%(на правобережье Иртыша за счет создания аг-ростепей).

При лесомелиоративном устройстве предпочтение следует отдавать зональным видам древесно-кустарниковой растительности.

• Эколого-мелиоративные особенности аридной зоны Омского Прииртышья определяют переход на водосберегающие экологичные способы орошения, реконструкции существующих мелиоративных систем и широкого применения лесомелиорации и фитомелиораций.

В условиях аридизации климата территории - повышения среднегодовых температур на 1,8 °С, снижение водности водоемов, периодичности сухих (суммарный дефицит увлажнения 440-624 мм) и влажных лет (суммарный дефицит увлажнения 246-398мм) возрастает роль комплексных мелиорации территории. Показатели суммарного увлажнения варьируют в пределах 413-516 мм во влажный, 335-400 мм в средний, 226-375мм в засушливый год. Водный эквивалент теплоэнергетических ресурсов климата составляет 798-835 мм в средний год, 761-831 мм во влажный, 809-883мм в засушливый гол. Показатели среднегодовой влажности метрового слоя почвы в долях от наименьшей влагосмкости в пределах 0,67-0,78 во влажный, 0,58- 0,61 в средний, 0,5- 0,65 мм в засушливый гол. Коэффициенты увлажнения 0,53-0,65 во влажный, 0,38- 0,48 в средний, 0,31- 0,48 мм в засушливый год. Суммарный сток в засушливый год составляет 1-3% от суммы атмосферных осадков, во влажные годы достигает 7-10%. Показа гели расходных балансовых эле

• ментов резко увеличиваются при высоком уровне грунтовых вол. В типичных средне и тяжелосуглинистых почвогрунтах участие грунтовых вод в испарении начинается при уровне ближе 4,5 м от поверхности.

Засоленность почвогрунтов и развитие процессов современного солепакоиления. высокий уровень грунтовых вод на большей площади аридной юны (2-5 метров), определяют необходимость доработки существующих оросительиых систем дренажом, строгое 41 соблюдение рекомендованных режимов орошения, оросительиых и поливных норм. В целях рационального водопользования и предотвращения деградации почв рекомендуется применение низконапорных дождевальных установок и капельног о орошения.

Более 13% площади аридной зоны (распаханные солонцы, сильнокомплексные почвы) необходимо перевести из пашни в сенокосы с залужением солеустойчивыми травами и травосмесями в целях сохранения почвенного плодородия, улучшения кормовой базы жи-» вотноводства и уменьшения нагрузки на естественные угодья. На орошаемых деградированных (сильносмытых, вторично засоленных) почвах вводить до 50% бобовых грав (донник, люцерна, козлятник восточный и др.) в севообороты для бездефицитною баланса 1у-муса и азота.

Улучшение микроклимата за счет лесомелиоративного обустройства территории позволит увеличить естественное увлажнение на 15-20%, сократить испарение с поверхност и ф почвы на 30-40 %, повысить относительную влажность воздуха на 10%, снизить промерзание корнеобитаемого слоя почвы в зимний и перегревание в летний период, еппзшь скорость ветра, улучшить снегонакопление, снизить эрозионные процессы. • Повышение продуктивности и устойчивости агрожосистем возможно только при переходе на адаптивно-ландшафтные системы земледелия с одновременным сохранением природной среды в рамках регионального экологического каркаса ф, В целях оптимизации водного и теплового режимов почв, предотвращения эрозии необходимо соблюдать рекомендованные для зоны почвозащитные приемы обработки (безотвальную, плоскорезную основную, глубокое рыхление, чередование отвальной и безотвальной обработки в севообороте, оставление стерни и посев кулис для снегозадержания и пр.) в рамках зональных систем земледелия. Поддержание плодородия почв как за счет научно обоснованной системы удобрений, так и за счет введения в севообороты бобовых грав, оставления соломы на полях, сидеральных паров и пр. Повышение продуктивности земледелия в современных экономических условиях возможно при выращивании перспективных культур и новых сортов, развитии семеноводства. Развитие кормопроизводства необходимо для повышения общей хозяйственной продуктивности агроландшафтов за счет животноводства и для снижения пастбищной нагрузки на естественные экосистемы.

В целях оптимизации структуры агроландшафтов, а также поддержания устойчивости экосистем и сохранения биоразнообразия необходимо принятие концепции экологического ф каркаса на региональном уровне. Признать важными элементами каркаса все древеснокустарниковые насаждения и леса, как особо защитные участки леса в соответствие с природоохранным законодательством и лесным кодексом РФ, и ограничить режим лесопользования. Увеличить долю охраняемых территорий на правобережье, особенно в степной зоне, том числе за счет создания комплексных и ботанических заказников местного значения. Для сохранения флоры и фауны коренных луговых степей необходимо создание заповедника в лесостепной зоне с соответствующим режимом охраны.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Миленина, Елена Михайловна, Омск

1. Акулова П.Г. Воспроизводство плодородия и продуктивность черноземов. - М.: Колос, 1992.-223 с.

2. Агрохимический очерк и рекомендации по сохранению плодородия почв в ЗАО «Колос» Павлоградского района -Омск, 1999

3. Алексеев В.Р., Рустамов H.A. Вода из воздуха//Экология и жизнь, №4,2000

4. Антипова Т.Н. Научное обоснование принципов управления природно-агромелиоративными системами : Дис. .д-р техн.наук. — М.,1997

5. Атлас Омской области М:Федеральная служба геодезии и картографии России . — 1996.-56 с,

6. Баженов В.С, Васильев И.П. Вопросы использования и охраны подземных вод.//Материалы конференции по географии Западной Сибири. — Омск, 1977

7. Базилевич Н.В. Структура, функционирование и эвоюция биогеоценозов Барабы. — Новосибирск, 1974.

8. Баранов В.И. Растительность черноземной полосы Западной Сибири Записки Зап.Сиб.отд. Гос.Рус.Геогр.об-ва, Т.39, 1927.

9. Берников В.В. Почвенно-грунтовые обоснования лесомелиоративных работ на юге Омской области/Юмская область. Омск, 1939. - №11-12. - с.43-56

10. Биоиндикация и биомониторинг М.:Наука, 1991 - 289 с.

11. Бова A.B. Современное состояние и техногенная трансформация ландшафтов Сумского Приднепровья: Дис. .канд. геогр. наук. М.,1994. — 236 с.

12. Бойко B.C. Плодородие орошаемой лугово-черноземной почвы в условиях длительного интенсивного использования //Природа, природопользование и природообуст-ройство Омского Прииртышья Омск, 2001, - с. 145-147

13. Бойко B.C. Продуктивность люцерны на корм при интенсификации использования орошаемой пашни // Особенности возделывания кормовых культур в ЗападноСибирском регионе: Сб. науч. тр. / ОмГАУ. Омск, 1997. - С. 26-31.

14. Булатов В.И Природная организация среды и сельскохозяйственное производство. Природные комплексы и сельское хозяйство. // Вопросы географии , №12 . -М.:Мысль,1984, С.34-42.

15. Булатов В.И Природное районирование и ландшафты Омского Прииртышья // Ландшафты Западной Сибири. Иркутск, 1984. -С.77-97.

16. Булатов В.И. Антропогенная трансформация ландшафтов и решение региональных проблем природопользования: (на примере юга Западной Сибири) : Дис. .д-р геогр.наук. Иркутск, 1996. - 63 с.

17. Булатов В.И. О ландшафтно-географическом обеспечении аграрного природопользования // География и природные ресурсы, №3- М.:Мысль, 1983. С.35-39.

18. Булатов В.И., Понько В.А. Агроландшафтные провинции и принципы их выделения // Адаптивно-ландшафтные системы земледелия в Новосибирской области. Новосибирск: Сиб.отд. Россельхозакадемии,1994. - С.5-22.

19. Булгаков Д.С. Методология агроэкологической оценки почв земледельческой территории / Автореф.дис. .д-р. с.-х. наук. М.,1999. - С.3-10.

20. Бураков В.И. Агроландшафты как природно-антропогенная среда экологически рациональной системы земледелия. //Системно-конструктивное изучение природных условий и ресурсов. М.: Г.О. СССР,1987. - С.3-17.

21. Веселкова Н.Р. Экологически ориентированное управление пространственной структурой агроэкосистем на территории центральной части Удмуртии //Вестник УдГУ: Биология. 2003

22. Винокуров Ю.И. Ландшафтная индикация в эколого-географических исследованиях: Дис. .д-р геогр.наук. Иркутск, 1994. - 65 с.

23. Винокуров Ю.И., Пудовкина Т.А, Цимбалей Ю.И. и др. Природно-мелиоративная оценка земель в Алтайском крае. Иркутск, 1988. - 136 с.

24. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем. Екатеринбург: Наука - 1994, 280 с.

25. Вражнов A.B. Пути адаптивной интенсификации систем земледелия на Южном Урале : Дис. .д-р. с.-х. наук. пос.Тимирязевский , 1995. - 396 с.

26. Временные рекомендации по эффективному использованию орошаемых земель в хозяйствах Омской области. Омск, 1979. - 74 с.

27. Гаель А.Г., Смирнова Л.Ф. О ветровой эрозии легких почв в Северном Казахстане//В кн: Пыльные бури и их предотвращение. М.:изд-во АН СССР, 1963. - с.

28. Галкина H.A. Биогеохимический мониторинг агролесоланшафтов ЦЧР : Дис. .канд. биолог, наук. Воронеж, 1998. - 225 с.

29. Гангус А. Ритмы нашего мира М.,1971. - 138 с.

30. Генеральная схема противоэрозионнх мероприятий по Омской области. Омск 1973. -T.1.-C.

31. Геоботаническая карта Одесского района Омской области М 1: 100 000 — 1989

32. Гладкевич Г.И., Кружалин В.И. Критерии выбора статистических показателей для оценки воздействия сельского хозяйства на окружающую среду// Сб.докл.шестого международного семинара по сельскохозяйственной статистике — С-Пб, 1998 с.40

33. Голлербах М.М., Штина Э.А. Почвенные водоросли.-Л.:Наука, 1968.-228 с.

34. Голуб В.Б. Эколого-фитоценотические основы мониторинга антропогенных изменений растительности: (на примере низовий р. Волга): Дис. .д-р биолог.наук. Астрахань, 1985.-328 с.

35. Голубев В.И. К эколого-биологическому познанию растительности луговых степей //Ботанический журнал 1962, Т. 47 №1, С.25-44

36. Горшенин К.П. Почвы Черноземной полосы Западной Сибири/Зап.-Сиб.обл.с.-х.опытная станция. Омск, 1927. - Вып. 16. - Т.39. -362 с.

37. Горшенин К.П. Почвы южной части Сибири. М.,1955. - 592 с.

38. ГОСТ 17.8.1.01-86 Ландшафты. Термины и определения.

39. ГОСТ 26204-84. Почвы. Определение подвижных форм фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО.

40. ГОСТ 26205-84. Почвы. Определение подвижных форм фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИНАО.

41. ГОСТ 26424-85. Почвы. Метод определения ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке.

42. ГОСТ 26427-85. Почвы. Метод определения натрия и калия в водной вытяжке.

43. ГОСТ 26428-85. Почвы. Методы определения кальция и магния в водной вытяжке.

44. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб.

45. Гоф В.Ф. Интенсификация земледелия при орошении на черноземных почвах Западной Сибири: Дис. .д-р. с.-х. наук. Омск, 1995. - 438 с.

46. Градобоев Н.Д., Прудникова В.М., Сметанин И.С. Почвы Омской области. Омск, 1960.-373 с.

47. Груздева Л.П. Растительный покров бассейна Верхней Волги состав, динамика, кар-тографрование, стратегия охраны. Автореф. дисс. д-рабиол. наук. М., 1992. 58 с.,

48. Докучаев В.В. Зоны природы и классификация почв. Наши степи прежде и теперь. -М.: Изд-во АН СССР, 1948. 506 с.50