Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование закономерностей развития орошаемых земель Нижнего Дона и оценка их качественного состояния

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Исследование закономерностей развития орошаемых земель Нижнего Дона и оценка их качественного состояния"

0!\

^ т1

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Шустов Вадим Евгеньевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАЗВИТИЯ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ НИЖНЕГО ДОНА И ОЦЕНКА ИХ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Специальность 11.00.11 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ростов-на-Дону - 1997

Работа выполнена на кафедре общей географии, краеведения и туризма геолого-географического факультета Ростовского государственного университета.

Научный руководитель: доктор географических наук,

профессор П.Ф. Молодкин

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор Ю.А.Федоров

кандидат географических наук, доцент М.И.Кизицкий

Ведущая организация: Государственное учреждение

" Южводпроект "

50

Защита диссертации состоится/^января 1997 года вУ^часов на заседании диссертационного совета К.063.52.17 на геолого-географическом факультете РГУ по адресу: 344090, Ростов-на-Дону, ул.3орге,40.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУ.

Автореферат разослан -Щ декабря 1996 года

Ученый секретарь диссертационного Совета, к.г.н.,доц. Т.А.Смагина

*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях интенсификации антропогенного воздействия на природную среду значительно возрастает актуальность проблем рационального природопользования. Особую важность приобретает эффективность и экологическая безопасность использования земельных и водных ресурсов. Мощным источником антропогенного воздействия на окружающую среду является ирригация. Во многих работах отечественных и зарубежных исследователей отмечаются проблемы отрицательного влияния орошения на природу ( Расселл, 1955; Дарнинг, 1971; Ковда, 1971; Розанов, 1973; Аверьянов, 1977; Минашина, Буйлов, 1981; Молодкин, 1992; Вальков, 1994; и др. ). Особую чувствительность к ирригации проявили степные ландшафты в бассейне Нижнего Дона, где развитие орошения длительное время шло по экстенсивному пути. За многолетний период ирригационного освоения орошаемые земли претерпели существенные качественные изменения, приведшие к снижению почвенного плодородия.

Несмотря на наличие обширной базы данных о состоянии орошаемых земель, методы их качественной оценки исследованы недостаточно. Для орошаемых земель необходимо выработать специальный метод качественной диагностики, отражающий воздействие на почвенный покров тех процессов, которые характерны для ареалов развития ирригации.

Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование закономерностей современного развития орошаемых земель Нижнего Дона и разработка методики оценки их качественного состояния.

Достижение этой цели потребовало решения следующих задач:

1. Изучение геолого-геоморфологического строения, динамики подземных вод и особенностей почвенного покрова аллювиально-аккумулятивных террасовых равнин Дона, Западного Маныча и Сала, где орошаемое земледелие практикуется почти полвека.

2. Изучение закономерностей и характера изменений свойств орошаемых земель.

3. Разработка статистической модели оценки качественного состояния земель орошения.

4. Разработка компьютерной системы "Экологическая оценка качественного состояния орошаемых черноземов Ростовской области", позволяющей оценивать экологическую обстановку на орошаемых ландшафтах и моделировать различные варианты антропогенного воздействия на них.

В качестве объекта исследований выбраны орошаемые массивы Азовской и Багаевско-Садковской оросительных систем, расположенные на террасовых равнинах рек Дон, Сал и Западный Маныч.

При написании работы использованы литературные, полевые и фондовые материалы Ростовской гидрогеолого-мелиоративной партии, институтов Южгеология, Южгипроводхоз и ЮжНИИгипрозем. Автором изучены и систематизированы с использованием компьютерной техники массивы данных многолетних наблюдений на орошаемых участках Нижнего Дона. Статистическая обработка результатов проведена с помощью прикладных программ, разработанных специалистами НПЦ "Экология и информатика" ( г. Ростов-на-Дону ) и ЦНИИ "Прометей" (г. Санкт-Петербург).

Научная новизна. В диссертации впервые детально исследованы качественные изменения в системе рельеф - грунтовые воды - почвы, произошедшие почти за полувековой период ирригации. Разработана новая методика оценки качественного состояния земель орошения,

базирующаяся на построении статистической модели вида:

У=Г(Х1,Х2.....Хп), связывающей урожайность сельскохозяйственной

культуры ( у ) с параметрами состояния почвенного покрова (х1,х2,...,хп). Для экологической диагностики состояния орошаемой почвы использован индекс урожайности ( 1у ), представляющий отношение продуктивности почв, подверженных антропогенному воздействию, к продуктивности аналогичного типа почв, не затронутых заметным антропогенным вмешательством. На основе дифференциации значений индекса урожайности предложена концепция выделения различных уровней качественного состояния орошаемых почв.

Установлена тесная корреляционная связь между урожайностью зерновых культур ( кукуруза, озимая пшеница ) и параметрами грунтового увлажнения, вторичного засоления, осолонцевания и гумусного состояния орошаемых черноземов в бассейне Нижнего Дона.

Аналитические исследования позволили определить возможную продуктивность зерновых культур при различных значениях параметров почвенных режимов. Параллельно были установлены диапазоны толерантности кукурузы и озимой пшеницы к параметрам почвенной среды.

На базе теоретических разработок и статистических данных о состоянии орошаемых земель в бассейне Нижнего Дона создана компьютерная система "Экологическая оценка качественного состояния орошаемых черноземов Ростовской области", которая позволяет проводить оценку качественного состояния орошаемых ландшафтов с получением соответствующей графической информации.

Практическая значимость работы. Основные результаты выполненных исследований могут быть использованы при:

1) комплексной экологической оценке орошаемых земель Нижнего Дона;

2) прогнозировании продуктивности зерновых культур на орошаемых черноземах;

3) разработке проектов эффективного использования сельскохозяйственных экосистем;

4) организации мониторинга орошаемых земель Нижнего Дона.

Основные защищаемые положения.

1) Выявленные закономерности в системе рельеф - грунтовые воды - почвы определили основные качественные изменения орошаемых земель Нижнего Дона.

2) Изменение качественного состояния орошаемых земель привело к снижению почвенного плодородия донских черноземов.

3) Метод экологической оценки качественного состояния орошаемых земель с использованием индекса урожайности.

4) Концепция выделения уровней качественного состояния орошаемых земель.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на всесоюзных семинарах "Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования " ( Новороссийск, 1990, 1991 ), межрегиональной экологической конференции ( Ростов-на-Дону , 1991), международном симпозиуме по проблемам экологии в России, проходившем в Географическом департаменте университета Северная Каролина ( Чэпел Хилл, США, 1992 ), конференции молодых ученых (Ростов-на-Дону, 1994), межведомственной конференции по инженерно-географическим проблемам современности ( Санкт-Петербург, 1995 ), международном симпозиуме, посвященном природным и социально-экономическим последствиям разработки и управления водными ресурсами ( Москва, 1995 ), международной научно-практической конференции " Экология и регион" ( Ростов-на-Дону, 1995 ).

Внедрение. Целый ряд теоретических и практических разработок данного исследования, включая компьютерную систему "Экологическая оценка качественного состояния орошаемых черноземов Ростовской области", был представлен в отчете по научно-исследовательской работе "Разработка интегральных показателей оценки экологического состояния почв Ростовской области", выполненной в 1995 году по поручению Ростовского областного комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов (договор №2 от 1.04.1995, акт внедрения №03-12/282 от 1.07.1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы ( 102 наименования на русском и иностранных языках ), изложенных на 140 страницах, и трех приложений. Работа содержит 18 рисунков и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновавна актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена общей характеристике рельефа, климатических, гидрогеологических и почвенных условий района исследований.

Во второй главе рассмотрены особенности геолого-геоморфологического строения исследуемой территории. На основании изучения геологического строения и литологического состава пород сделаны следующие выводы:

1. По механическому составу породы, слагающие пойменную и первую надпойменную террасы Дона и его левых притоков, относятся к суглинкам и песчаным глинам, которые систематически увлажняются (или увлажнялись - для первой надпойменной террасы) паводковыми водами на всю их мощность. Поэтому указанные породы отличаются повышенной плотностью.

2. Лессовидные суглинки второй надпойменной террасы, а также суглинки водоразделов отличаются склонностью к просадочности.

3. Благодаря наличию в суглинковом покрове, а также и в подстилающих их породах, трещин выветривания, они, при прочих соответствующих условиях, являются наиболее податливыми к оврагообразованюо.

В работе дана подробная характеристика террасовых равнин Дона, Сала, Западного Маныча и приведена таблица соотношения рельефа с геологическим строением. В пределах геоморфологического района Нижнедонская аллювиально-аккумулятивная равнина выделены три подрайона, отличающиеся по морфологии и морфометрии. Отмечено, что естественные геоморфологические условия рассматриваемой территории почти повсеместно нарушены хозяйственной деятельностью.

Третья глава посвящена изменению природных условий в бассейне Нижнего Дона под воздействием ирригации.

Особенности ирригационного освоения территории. В работе дана подробная характеристика технического состояния Азовской и Багаевско-Садковской оросительных систем, которые относятся к числу наиболее крупных ирригационных комплексов региона. Выделены три этапа мелиоративного освоения территории. Первый охватывает 50-60-е годы, когда темпы развития орошаемого земледелия были достаточно высоки, однако ирригационные мероприятия осуществлялись на низком

техническом уровне. Оросительные каналы прокладывались в земляном русле при отсутствии дренажной сети, далекой от совершенства была и техника полива (в основном поверхностным способом). На втором этапе (70-80-е годы) была проведена реконструкция оросительных систем: осуществлено строительство лотковой сети и трубопроводов, внедрен более прогрессивный способ полива - дождевание, а на Багаевско-Садковской системе введены в строй дренажные каналы закрытого типа. Однако все это не повысило эффективность ирригационных комплексов. Ежегодные потери межхозяйственной и внутрихозяйственной сети достигали 80-100 млн. м3 в пределах каждой из систем. Третий этап, начавшийся в 90-е годы, характеризуется значительным сокращением орошаемых площадей, что является следствием новой экономической политики государства и прекращением широкого бюджетного финансирования мелиоративных программ. Орошаемые массивы Азовской системы сократились на 7 тыс. га, Багаевско-Садковской - на 3.6 тыс. га. Тем не менее эти ирригационные комплексы по-прежнему нельзя отнести к разряду благополучных, поскольку фильтрационные потери составляют 20-25%, а удельная протяженность дренажных каналов не достигает проектных значений.

Изменение рельефа и рельефообразующих процессов. Ирригация не только усложнила морфологию степных равнин Нижнего Дона, но и внесла существенные изменения в механизм развития современных рельефообразующих процессов. В самом начале ирригационных мероприятий была проведена планировка орошаемых земель с целью наиболее эффективного использования оросительных вод. По данным института Южгипроводхоз, средняя величина планировочных работ в Ростовской области достигла 213.6 м3 с 1 га орошаемой поверхности. При этом средняя величина срезаемого или насыпаемого грунтового слоя составила 10-15 см. Однако, отсутствие четких методик или рекомен-

даций по определению мощности снимаемых горизонтов, привело к многочисленным нарушениям верхних почвенных горизонтов .

В результате сооружения густой сети оросительных каналов (как постоянных, так и временных ), в пределах орошаемых массивов началось формирование особых типов антропогенного рельефа-ирригационного и постирригационного, изменивших естественный облик территории. Ирригационный рельеф возникает непосредственно в результате деятельности человека и выражен спланированными участками, каналами, дамбами и насыпями. Постирригационный рельеф является природно-антропогенным и возникает под влиянием действия рельефообразующих процессов, развивающихся после ввода оросительных систем в эксплуатацию. В изменении рельефа в связи с ирригацией выделены следующие направления: изменение микрорельефа, процессов плоскостного смыва и линейной эрозии, развитие просадочных явлений и заболоченности.

Таким образом, естественный рельеф степных равнин Нижнего Дона подвергся антропогенному изменению в результате проведения ирригационных мероприятий и в современных условиях на орошаемых землях сформировался своеобразный техногенный рельеф, осложненный ирригационно-аккумулятивными, ирригаци онно -эр озионным и и ирригационно-суффозионно-просадочными мезо- и микроформами.

Изменение режима грунтовых вод. В условиях антропогенного изменения поверхности орошаемых земель, слабой естественной дренированности территории и при отсутствии инженерных дренажных систем, изменение водного баланса, связанное с орошением, повлекло за собой быстрый подъем грунтовых вод. Практически повсеместно на орошаемых массивах, приуроченных к надпойменным террасам Дона и Западного Маныча, их уровень поднялся на 3-5 м и стабилизировался на отметках 1-5 м от поверхности. Участки с устойчивым колебанием

уровня грунтовых вод на глубине 5 м и более сохранились лишь на второй и третьей террасах Сало-Манычского междуречья, которые лучше всего обеспечены условиями подземного оттока. На значительной части исследуемой территории сформировался такой тип режхма грунтовых вод, при котором суммарное годовое питание примерно равно годовому расходу.

Подъем грунтовых вод вызвал широкое развитие зон избыточного увлажнения, площадь которых охватывает 45-60 % орошаемых массивов Азовской и Багаевско-Садковской систем.

В работе проанализированы особенности химического состава и минерализации грунтовых вод, сделан вывод о преобладании в пределах исследуемой территории вод повышенной минерализации ( более 3 г/л ). Устойчивость процесса формирования минерализованных грунтовых вод под орошаемыми землями обусловлена накоплением значительных запасов легкорастворимых солей в зоне активного водообмена, использованием для орошения минерализованных вод Веселовского водохранилища и отсутствием эффективных дренажных систем.

Изменение свойств почв. Изменение водного режима черноземов обыкновенных привело к развитию целого ряда различных по интенсивности и масштабам негативных процессов: переувлажнения, вторичного засоления, ощелачивания и осолонцевания почв. Подъем минерализованных грунтовых вод способствовал притоку растворимых солей в верхние горизонты почвенного профиля. За период орошения их содержание в метровом слое возросло от 0.05-0.1 до 0.1-0.4 %. Резко выраженные формы вторичного засоления характерны для черноземов Азовской оросительной системы, полив которых осуществляется водами низкого ирригационного качества.

Большое влияние на содержание солей в орошаемых почвах оказывает глубина залегания и степень минерализации грунтовых вод.

Проведенные автором исследования показали, что при минерализации более 6 г/л вероятность развития резких форм вторичного засоления превышает 90%.

В почвенной толще при орошении отмечается образование и накопление щелочных солей. Развитие ощелачивания черноземов связано с химическим составом поливной воды. Особенно опасно для почв содержание в воде бикарбонатов и карбонатов натрия. Изменения качественного состава почвенного поглощающего комплекса, произошедшие в условиях многолетнего орошения, послужили причиной развития процессов осолонцевания почв, наибольшая интенсивность которых наблюдается в черноземах Азовской оросительной системы. Ухудшились агрофизические свойства орошаемых почв.

Сделан вывод о том, что под воздействием негативных процессов произошли существенные качественные изменения орошаемых черноземов, приведшие к снижению их плодородия, что иллюстрирует разработанная а втором геоэкологическая схема ( модель ) современного развития орошаемых земель (рис. 1).

Рис. I Геоэкологическая модель развития орошаемых земель Нижнего Дона

Четвертая глава посвящена экологической оценке качественного состояния орошаемых земель. В работе рассмотрены существующие системы оценки качественного состояния почвенного покрова - метод бонитировки почв и метод экономической оценки земли. Как показывает практика, они были весьма успешно адаптированы на неорошаемых сельскохозяйственных территориях. Что же касается орошаемых земель, то на сегодняшний день не существует единой методики по оценке их качественного состояния, что создает определенные проблемы дня специалистов. По мнению автора, решить эти проблемы возможно с помощью метода экологической оценки качественного состояния орошаемых земель, который разработан применительно к орошаемым черноземам бассейна Нижнего Дона и имеет довольно широкие перспективы. Оценка качественного состояния орошаемых земель производится посредством индекса урожайности (1у). Данный индекс урожайности представляет собой отношение продуктивности почв, подверженных антропогенному воздействию к продуктивности аналогичного типа почв, не затронутых заметным антропогенным вмешательством. Иначе говоря - индекс урожайности это отношение урожайности сельскохозяйственной культуры при существующих параметрах состояния почвы к урожайности, полученной при заданном среднем уровне агротехники в условиях минимальных антропогенных изменений.

Формула для расчета индекса урожайности выглядит следующим образом:

1у = у/уо,0 < 1у < 1, где 1у - индекс урожайности;

у - урожайность культуры, как функция состояния почвенного покрова;

уо - урожайность, полученная на аналогичном типе почвы, при минимальном антропогенном вмешательстве и среднем уровне агротехники. Под уо можно понимать нормативную урожайность, определенную для каждого типа почв.

Для реализации подхода с использованием индекса урожайности была установлена статистическая связь между урожайностью и параметрами состояния орошаемой почвы. В результате цикла исследований произведен отбор следующих факторов, оказывающих заметное влияние на продуктивность орошаемых земель: параметры, характеризующие режимы грунтового увлажнения, засоления и осолонцевания почвенных горизонтов. Таким образом, индекс урожайности можно представить как: 1у= 1"(Х1,Х2,Хз)/уо *Ковп, где XI - средневегетационная глубина грунтовых вод, м;

Х2 - содержание токсичных (растворимых) солей в гумусных горизонтах, %;

хз - содержание обменного натрия в почвенных горизонтах, % от суммы обменных катионов;

Ковп - коэффициент, учитывающий антропогенные изменения органического вещества орошаемой почвы. Данный коэффициент можно представить как:

Ковп = Уг/ У°7.,

где у2 = (р (21,22,...,7,п) -урожайность, как функция состояния органического вещества почв;

у°г= (р (г01,7.°2.....г°п) - урожайность, как функция состояния

вещества орошаемых почв, минимально затронутых антропогенными изменениями (нормативная урожайность).

■¿\,/.г,п - параметры режимов гумусного состояния почв.

В результате статистических исследований были выбраны следующие факторы, влияющие на продуктивность:

7.1- содержание гумуса в пахотном слое, %;

7л - мощность гумусовых горизонтов А+В, см;

ъъ - запасы гумуса, ц/га;

та - содержание физической глины, %.

Коэффициент органического вещества может изменяться от О до 1 и позволяет повысить объективность предсказания урожайности зерновых культур в рамках данной модели.

Предложенный метод учитывает наиболее важные факторы, оказывающие влияние на продуктивность орошаемых земель.

Для реализации расчетной схемы с использованием индекса урожайности в качестве переменной использовались данные по урожайности кукурузы и озимой пшеницы. Цикл исследований данных по кукурузе является основным, что объясняется довольно высокой чувствительностью этой культуры к негативным изменения в почвенном покрове, в частности, к засолению и осолонцеванию почвенных горизонтов.

Аналитические исследования статистической модели:

овп

проводились в два этапа. На первом этапе был произведен статистический анализ связи урожайности кукурузы и озимой пшеницы с параметрами грунтового увлажнения, засоления и осолонцевания орошаемых черноземов Нижнего Дона (основной цикл исследований). Для этого были использованы стандартные методы математической статистики - корреляционный и регрессионный анализ. Связь между урожайностью зерна и параметрами грунтового увлажнения, засоления и осолонцевания орошаемых черноземов можно представить уравнением множественной линейной регрессии вида:

у=А <р 1 (х)+В (р г (х2)+С <р з (хз)-Ю, где у - урожайность зерна;

Х1,Х2,ХЗ - соответственно параметры грунтового увлажнения, засоления и осолонцевания орошаемых почв;

<р 1 (хО, (р 2(хг), ср з(хз)- функции, отражающие характер парной

связимежду у и хп,п=1,2,3.

А, В, С, Б - коэффициенты уравнения.

Результаты парного корреляционного анализа показали:

1. При близких значениях содержания гумуса в верхних горизонтах почвенного профиля орошаемых вторично-гидроморфных и вторично-полугвдроморфных черноземов, в условиях примерного равенства агротехнического фона существует достаточно тесная парная корреляндонная связь урожайности зерна кукурузы и озимой пшеницы с параметрами грунтового увлажнения, засоления и осолонцевания орошаемых почв.

2. В данном цикле исследований урожайность зерна кукурузы и озимой пшеницы наиболее тесно коррелирует с фактором грунтового увлажнения орошаемых черноземов - средневегетационной глубиной грунтовых вод (XI). Корреляционное отношение Я равно 0.94 для кукурузы и 0.9 для озимой пшеницы.

Для серии наблюдений с кукурузой лучшая аппроксимация исследуемой эмпирической зависимости выражается следующим уравнением регрессии:

у =6.5( 6.7х1-Х12)+0.01(55хг1-хг2)+3(2.5хг1-хз-2)-23, где у - урожайность зерна кукурузы, ц/га;

XI - глубина грунтовых вод, средняя за У-1Х месяцев, м;

Х2 - средневзвешенное содержание растворимых солей в почвенном профиле до глубины 100 см, %;

хз - максимальное содержание обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе гумусовых горизонтов орошаемых черноземов, % суммы обменных катионов.

Коэффициенты регрессии идентифицированы методом наименьших квадратов. Множественный коэффициент корреляции равен 0.96. Следует отметить, что наличие столь тесной корреляционной связи можно было ожидать, принимая во внимание результаты парного корреляционного анализа. Формула справедлива при 0.7 <Х1 <3.4; 0.03 <Х2 <0.47; 1 <хз <14.

Близкие значения получены и для урожайности зерна озимой пшеницы (множественный коэффициент корреляции равен 0.95 ) .

Заключительной фазой данного этапа исследований явилось проведение табулирования функции:

у=6.5( 6.7х1-Х12)+0.01(55хг1-Х2-2)+3(2.5хз-1-хз-2)-23. Результаты табулирования позволили определить диапазоны изменения урожайности при различных значениях параметров почвенного покрова.

Второй этап исследований затрагивал проблемы включения в статистическую модель коэффициента органического вещества почв. Для наховдения статистической зависимости вида: уъ-(р (;и,гг,гз,74),

гдеу2 - урожайность, как функция состояния органического вещества орошаемых почв, ц/га;

г\. содержание гумуса в пахотном слое,% ; гг - мощность слоя А+В, см; ъъ - запасы гумуса, т/га; 7а - физическая глина, %;

и определения связи между указанными выше признаками был проведен цикл статистических исследований, которые показали, что зависимость между данными факторами лучше всего аппроксимируется уравнением вида у=А0г к+А1, где к= 1,2,3,4; А0 и А1 - коэффициенты уравнения.

Результаты парного корреляционного анализа показали доминантный характер влияния на продуктивность зерновых культур факторов г\ (содержание гумуса в пахотном слое, %) и /3 (запасы гумуса, т/га). Совокупное влияние факторов гумусного состояния почв на урожайность зерновых культур оценивалось с помощью уравнения множественной линейной регрессии. В качестве рабочей была принята функция:

у =А21+Вга+С2з+Ог4+Е, где А, В, С, Б - коэффициенты уравнения.

Е - свободный член уравнения Для серии наблюдений с кукурузой полученная зависимость имеет вид: у =2.1г1+0.06г2+0.0123+0.0824+41.7. Множественный коэффициент корреляции равен 0.99. Результаты табулирования данной функции позволили определить диапазоны значений переменных z1.z2.z3 и та при которых Ковл изменяется от 1 до 0.76.

Для серии наблюдений с пшеницей связь выражается следующим уравнением:

у=2.0421+0.0б22+0.0092з+0.07г4+26.5. Множественный коэффициент корреляции равен 0.99. Подводя итоги цикла статистических исследований в целом, можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что существует тесная корреляционная связь урожайности зерна кукурузы и озимой пшеницы с совокупностью факторов грунтового увлажнения, вторичного засоления и осолонцева-ния орошаемых черноземов бассейна Нижнего Дона.

2. В совокупном воздействии на урожайность зерна факторов грунтового увлажнения, вторичного засоления и осолонцевания орошаемых черноземов влияние фактора грунтового увлажнения (Х1) является доминантным для цикла данных исследований.

3. Установлено наличие тесной корреляционной связи между урожайностью зерна кукурузы и озимой пшеницы с одной стороны и параметрами гумусного состояния почв с другой. Эту связь в данной статистической модели отражает коэффициент Ковп.

4. В пределах различных почвенных зон влияние факторов гумусного состояния почв на продуктивность сельскохозяйственных ландшафтов неоднозначно. Спектр факторов, оказывающих доминирующее воздействие на продуктивность зерновых культур, исходя из рамок проведенных исследований, ограничивается следующими двумя:

ъ\ - содержание гумуса в пахотном слое, %;

7.1 - запасы гумуса, т/га.

5. В целом применение статистической модели у=[Г(х1,Х2,хз)]*Кови возможно при прогнозировании продуктивности зерновых сельскохозяйственных культур и диагностике качественного изменения почвенного покрова в условиях орошения.

Завершающим этапом исследований является реализация основных теоретических идей качественной оценки орошаемых почв в виде компьютерной системы "Экологическая оценка качественного состояния орошаемых черноземов Ростовской области", которая позволяет,

используя данные о состоянии почвенного покрова, вычислять индекс урожайности в конкретной точке орошаемого участка, и на основе его значений производится деление участка на зоны с различным качественным состоянием почвенного покрова. В ходе исследований была разработана следующая классификация этих зон:

1. "Зона экологического благополучия", диапазон изменения значений 1у от 1.0 до 0.8 . Данный интервал принимается с учетом того обстоятельства, что вариация продуктивности сельскохозяйственных культур в размере 20% может быть обусловлена естественными колебаниями природных у слопай ( тепловой режим, осадки и т.д. ). Такие стандарты являются типичными для мировой практики орошаемого земледелия. Таким образом, воздействие почвенной среды соизмеримо с воздействием обычных отклонений климатических условий , что позволяет считать эту зону весьма благоприятной для выращивания сельскохозяйствешшх культур.

2. "Зона экологического дискомфорта". Значения индекса урожайности изменяются в диапазоне 0.8-0.5. При потерях урожайности 20-50%, влияние факторов почвенной среды на продуктивность зерновых культур имеет, очевидно, доминантный характер в условиях орошаемого земледелия. Выбор нижней границы "зоны экологического дискомфорта" (1У =0.5) обусловлен имеющимся региональным опытом.

3. "Зона экологического стресса". Индекс урожайности изменяется в пределах 0.5-0.3. При потерях продуктивности от 50 до 70%, выращивание зерновых культур является экономически неэффективным; данные ареалы нуждаются в проведении радикальных мероприятий по восстановлению почвенного плодородия.

4. "Зона экологического кризиса". Значения индекса урожайности находятся в диапазоне 0.3-0. Как правило, такие участки

орошаемых ландшафтов абсолютно непригодны для сельскохозяйственного использования.

Данная программная разработка имеет очевидное прикладное значение, так как в настоящий момент практически не существует никаких реальных оценок качественного состояния орошаемых массивов региона; однако необходимо выделить следующие направления, по которым можно осуществить развитие системы:

1) хранение реальной информации о состоянии орошаемых земель в базе данных: для чего необходимо организовать систему почвенного мониторинга на ключевых участках. Это позволит наблюдать изменения, происходящие на одном и том же участке, получая динамическое изображение;

2) получение реальных графических изображений в виде компьютерных карт ареалов зон с различным экологическим состоянием, а также построение отдельных составляющих карт (переувлажнение, засоление, осолонцевание и т. д.);

3) подсчет площадей различных зон;

4) произведение сертификации орошаемых участков с выдачей информации в виде сертификата и рекомендаций;

5) использование в качестве сплайна полиномы 2-ой или 3-ей степени при построении гладких границ областей;

6) детальная верификация результатов программы на практике.

В заключении приведены основные результаты работы:

1. Выявлены основные закономерности в развитии орошаемых земель Нижнего Дона, выраженные в:

- активизации современных экзогенных геоморфологических процессов (плоскостной смыв, размыв, дефляция) и проявлении нового типа денудации в виде ирригационной эрозии;

- неравномерном и неоднозначном изменении уровня грунтовых вод и степени их М1шерализации, зависящем от геоморфологических и гидрогеологических условий, расстояния от оросительных каналов и наличия дренажных систем;

- интенсификации неблагоприятных для почвенного плодородия процессов переувлажнения, засоления, осолонцеваиия и деградации почвенной структуры орошаемых земель. Наиболее серьезно эти процессы проявились в черноземах Азовской оросительной системы.

2. Разработан новый метод экологической оценки качественного состояния орошаемых земель.

3. Статистически доказана тесная корреляционная связь между урожайностью зерновых культур ( кукуруза и озимая пшеница ) и параметрами грунтового увлажнения, засоления, осолонцевагоя и гумусного состояния орошаемых черноземов.

4. Разработана компьютерная система "Экологическая оценка качественного состояния орошаемых черноземов Ростовской области", позволяющая производить комплексную оценку орошаемых массивов и моделировать различные варианты антропогенного воздействия на них.

5. Классифицированы различные уровни качественного состояшш орошаемых земель.

Условно выделены четыре следующих ареала:

1) зона экологического благополучия ,0.8 < 1у< 1;

2) зона экологического дискомфорта, 0.5 < 1У<0.8;

3) зона экологического стресса, 0.3 < 1у<0.5;

4) зона экологического кризиса , 1у <0.3.

Проведенные исследования показали, что урожайность зерновых культур на уровне нормативных значений может быть достигнута при следующих условиях:

- уровень грунтовых вод не должен превышать отметку 2.5 м, которая является зональным граничным условием перехода полугидроморфного типа почвообразования в гидроморфный;

- отсутствие засоления орошаемых почв (содержание растворимых солей на уровне 0.03-0.15 % );

- содержание обменного натрия не более 5 % суммы обменных катионов;

- содержание гумуса в пахотном слое не менее 4.0-4.2 %.

Если же на орошаемых массивах имеют место резко выраженные формы переувлажнения, засоления и осолонцевания почвенных горизонтов, то необходимо проводить радикальные мероприятия по восстановлению почвенного покрова и его плодородия.

Для того, чтобы исключить возможность возникновения на орошаемых массивах Нижнего Дона кризисных ситуаций, необходимо создать в регионе гибкую систему мониторинга, которая позволит оперативно реагировать на любые изменения в природной среде. Результаты данного исследования могут служить основой для организации мониторинга орошаемых земель с использованием современных научно-технических достижений.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Статистические подходы при прогнозировании засоленности орошаемых черноземов на основе анализа минерализации грунтовых вод. // Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования. Ростов-на-Дону. 1990. - с.157-158. (в соавторстве с П.Ф.Молодкиным).

2. Солонцовый процесс в орошаемых степных черноземах: вопросы моделирования. И Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования. Ростов-на-Дону. 1991. - с.165-166. (в соавторстве с Р.А.Балабекяном ).

3. Компьютерные карты экологической оценки орошаемых земель Нижнего Дона. // Инженерно-географические проблемы современности. С.-П. 1995. - с. 117-118. (в соавторстве с П.Ф.Молодкиным).

4. Орошаемое земледелие в Ростовской области. // Инженерно-географические проблемы современности. С.-П. 1995. - с. 126-127. ( в соавторстве с Р.А.Балабекяном ).

5. Экологические проблемы орошаемого земледелия в бассейне Нижнего Дона. II Экология и регион. Ростов-на-Дону. 1995. -с.279.

6. Проблемы засоления орошаемых черноземов в бассейне Нижнего Дона. II Международный симпозиум по природным и социально-экономическим последствиям разработки и управления водными ресурсами. М. 1995. - с.45. (в соавторстве с Р.А.Балабекяном).

7. Методика экологической оценки качественного состояния орошаемых земель Нижнего Дона. М.: ВИНИТИ. Деп. на рукопись. 1996. № 515-В96. 19 с.

8. Продуктивность орошаемых земель как функция состояния почвенного покрова. // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки, 1996. - № 4. ( в соавторстве с Р.А.Балабекяном).