Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Лесомелиоративное регулирование потоков биогенных элементов в балках на водосборах малых рек Нижнего Дона

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

Автореферат диссертации по теме "Лесомелиоративное регулирование потоков биогенных элементов в балках на водосборах малых рек Нижнего Дона"

На правах рукописи

РГ6 од

^ С с: И 11

МАКАРОВА Нина Михайловна

ЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОТОКОВ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В БАЛКАХ НА ВОДОСБОРАХ МАЛЫХ РЕК НИЖНЕГО ДОНА

Специальность: 11.00.11 - "Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Новочеркасск - 1998

Работа выполнена на кафедре экологии и лесных мелиорации Новочеркасской государственной мелиоративной академии.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки Российской Федерации, действительный член Российской академии аграрного образования, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.М Ивонин.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки Российской

Федерации, академик Международной академии экологии и природопользования, доктор химических наук, профессор В Т. Каплин; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В.В. Удалов.

Ведущее предприятие: Ростовское управление лесами.

Защита диссертации состоится 9 октября 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 120.76.01 Новочеркасской государственной мелиоративной академии по адресу:

346428. г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Пушкинская, 111, аудитория 236.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан " " сентября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный мелиоратор РФ Г.Н. Мартыненко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется разрушительным и загрязняющим воздействием промышленного животноводства на окружающую (природную) среду. Особую опасность представляют крупные животноводческие комплексы. Они являются точечными источниками распространения биогенных элементов и патогенных микроорганизмов. Потоки загрязняющих веществ формируются по гидрографической сети.

Регулирование потоков биогенных элементов в балках с помощью лесомелиоративных систем в условиях Нижнего Дона практически не изучалось, что и определило задачи наших исследований.

Для решения вышеназвшшых вопросов нами проводились исследования в 1990-1998 гг. по теме НИЧ НИМИ (НГМА) "Разработка приемов рационального использования оврагов и балок степной зоны Северного Кавказа в сельском и лесном хозяйствах" (ГРН 01.90.0002704) .

Цель исследований - определить роль и разработать способы лесомелиоративного регулирования потоков биогенных элементов в балках. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- изучить рост и состояние прифермских лесных насаждений;

- определить средозащитную роль лесных насаждений в балках, по которым формируются потоки биогенных элементов;

- разработать способы предупреждения поступления на балочные днища навозных стоков с территории животноводческих ферм и комплексов.

Научная новизна исследований заключается в опре-делешш особенностей роста и развития древесных пород лесных насаждений в санитарных зонах животноводческих ферм и комплексов; выяснении роли лесных насаждений в регулировании потоков биогенных элементов и патогенных микроорганизмов в балках; уточнении качества многолетних

трав, выращиваемых на загрязненных балочных почвах.

Практическая ценность работы заключена в уточнении породного состава деревьев для прифермских лесных полос; в разработке нового способа утилизации навозных стоков (патент РФ №2036570 от 9.06.95 г.) и обосновании состава лесомелиоративных систем для регулирования потоков биогенных элементов на склонах и днищах балок.

Обоснованность и достоверность выводов подтвер-ждаехля большим объемом экспериментального материала и статистической обработкой результатов, с получением уравнений регрессии, характеризующихся тесными связями.

Производственная проверка результатов исследований проведена в учхозе "Донское" Октябрьского района Ростовской области. Полученные результаты использованы при составлении Методических указаний по рациональному использованию почв оврагов и балок в сельском и лесном хозяйстве степной зоны Северного Кавказа (Новочеркасск, 1995).

Апробация работы проводилась на научных конференциях в НИМИ (г. Новочеркасск, 1991, 1992, 1993, 1996, 1998 гг.); в НИИАП Ха-кассии (г. . Абакан, 1992) на научной конференции, посвященной 100-летию плана В.В. Докучаева по борьбе с засухой и преобразования степей России; на научно-практической конференции в КГУ (г. Краснодар, 1992); на юбилейной конференции в ВЛТИ, посвященной 100-летию "Особой экспедиции В.В. Докучаева в Каменной степи" (г. Воронеж, 1992); на региональной научно-практической конференции в ДГАУ "Биотехнология и производство экологически чистой продукции сельского хозяйства" (п. Персиановка, 1994); на Всероссийской научно-практической конференции "Экономические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использование орошаемых земель" (г. Новочеркасск, 1995).

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, отражающих ее содержание. Получен патент Российской Федерации №2036570 на изобретение "Способ предупреждения поступления сточных вод с территории животноводческих ферм и комплексов".

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, программы и методики исследований, результатов исследований, общих выводов и предложений производству, списка использованной литературы, насчитывающего 283 источника (в том числе 46 иностранных). Работа содержит 35 рисунков, 33 таблицы и приложения на 45 листах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время специалистами разных стран разработано большое количество способов обезвреживания и очистки сточных вод животноводческих комплексов. Несмотря на это, животноводческие фермы и комплексы продолжают являться источниками загрязнения окружающей среды.

Необходимость и целесообразность использования гидротехнических сооружений и систем в защите природных вод от загрязнения животноводческими стоками прослеживается в работах B.C. Лапшенкова, В.Т. Кап-лина, В.И. Олъгаренко, В.А. Волосухина, Д.П. Гостшцева, O.E. Леонида, В. А. Горейко и др.

Известно, что леса обладают высоким средозащитиым потенциалом, регулируя поверхностный сток, что отражено в обобщающих работах Г.Ф. Морозова, Г.Н. Высоцкого, А.П. Бочкова, H.A. Воронкова, A.A. Молчанова, В.В. Рахманова, A.B. Побединского и др.

В степной зоне водоохранная роль лесных насаждений исследована

В.Е. Водогрецким, Г.П. Сурмачем, Н.Ф. Куликом, Н.П. Калиниченко, И.Г. Зыковым, В.М. Ивониным, В.Т. Николаенко и др.

Кроме этого лесные насаждения улучшают среду обитания и способствуют повышению продуктивности сельскохозяйственных животных. Научные основы защитного лесоразведения для целей животноводства заложены A.B. Альбенским, Ю.М. Масловым, М.Ф. Филипповым, Ю.М. Касьяновым, В.И. Петровым, К.Н. Куликом, Г.Я. Маттисом, A.C. Манаенковым и др. Известен способ утилизации стоков животноводческих комплексов для орошения защитных насаждений (В.Г. Шаталов, Г. А. Одноралов и др., 1991). Рекомендациями для производства (1989, 1990) для ограничения выноса биогенных элементов с территории сельскохозяйственных полей предложены лесомелиоративные мероприятия - создание на водосборах лесных полос, облесение прибрежных и водоохранных зон малых рек.

Методика в условия проведения исследований

Исследования проводили в Ростовской области на Донецко-Донской равнине и Донецком кряже. В зоне исследований преобладают южные и обыкновенные черноземы. Территория расчленена овражно-балочной сетью (0,53-0,72 км/км2). Глубина местных базисов эрозии достигает 140 м, распаханность территории изменяется от 73 до 81 %, а облесенность пашни от 1,6 до 2,4 % (Е.В. Полуэктов, 1984).Склоны балок и берега малых рек часто заняты маломощными почвами (с гумусовым горизонтом до 10 см) на плотных породах, которые сплошного почвенного покрова, как правило, не образуют, а чередуются с выходами на поверхность склона плотных пород - сарматских известняков, ракушечников и др. Земледелие на таких почвах не рационально (Л.Г. Богатырев, 1988). Почвы балочных днищ относятся к дерново-намытым.

Территория исследований относится к южной климатической зоне недостаточного увлажнения.

Для исследования особенностей роста и состояния основных лесооб-разукнцих пород в прифермских лесных насаждениях разного состава и возраста закладывали пробные площади. Для изучения хода роста наиболее типичных древесных пород отбирали модельные деревья по общепринятым методикам и проводили их анализ (Н.П. Анучин, 1982), а таксацию тошсомерного леса - используя разработки П.П. Изюмского (1970). Состояние прифермских лесных насаждений определяли по наличию здоровых, суховершинных, усыхающих и сухих деревьев. При обследовашш животноводческих ферм определяли размеры помещений, расстояния до лесных полос, уточняли количество животных и способы удаления навоза с территории.

Средозащитную роль прибалочных (прифермских) лесных полос при регулировании потоков биогенных элементов в балках изучали на экологических профилях, под прямым углом пересекавших тальвег днища балки, склон и одну из прифермских (прибалочных) лесных полос. Средозащитную роль донных лесных насаждений и гидротехнических сооружений изучали на экопрофиле, проложенном вдоль балочного тальвега по днищу. Схема движения биогенов приведена на рис. 1.

На экологических профилях балочных склонов примерно по одним горизонталям местности отбирали образцы почв из слоя 0-20 см (в соответствии с ГОСТ 12071-73) и травянистой растительности. В лабораторных условиях определяли: гранулометрический и микроагрегатный состав почв, естественную влажность, число пластичности, плотность, удельную массу, водопрочность агрегатов по В.М. Бакшееву, Д.Г. Виленскому и по П.И. Андрианову - H.A. Качинскому, время размокания почвешшх монолитов (прибором ПРГ), pH среды (ионометром), гумус и поглощенные ос-

Потоки биогенных элементов в балке учхоза "Донское"

1

2

3

1 - овчарня; 2 - свиноводческий комплекс; 3 - молочный комплекс; 4 - селитебная территория; 5 - накопитель осветленных стоков; 6 - донные насаждения; 7 - буферный пруд

Рис. 1

новация (кальций, магний) по Тюрину; содержание калия - на пламенном фотометре; фосфор - по Мочигину; нитраты, нитриты и аммоний - фотоко-лориметрически и состав водной вытяжки. При этом использовали мето-

дики И.Б. Ревута и др. (1969), И.С. Кауричева и др. (1980), А.Ф. Вадюни-ной и З.А. Корчагиной (1986). По результатам анализов гранулометрического и микроагрегатного состава рассчитывали характеристики противо-эрозионной стойкости почв. Искусственное дождевание проводили по методике В.М. Ивонина (1983). Влажность почв определяли термостатно-весовым способом на глубину до 1 м во всех вариантах опыта

Пробы поверхностных и грунтовых вод отбирали во время весеннего снеготаяния и ливней на территории овцефермы, свинофермы, молочного комплекса, в пруду-накопителе осветленных стоков, под пологом донных насаждений, в буферных прудах, на селитебной территории учхоза "Донское" и в реке Грушевке (рис. 1).

Состав и свойства поверхностных и грунтовых вод анализировали по общепринятым методикам (Ю.Ю. Лурье, 1973; А.Д. Семенов и др., 1977).

Микробное загрязнение почв и вод оценивали путем посевов на селективные среды (М.Д. Жукова, 1963; В.М. Красов, 1963). При этом определяли бактериологические показатели: общую микробную обсемененность (МПА с глюкозой), стрептококки (МПА с генцианвиолетом), сальмонеллы (Плоскирева), стафилококки (МПА с хлоридом натрия), бактерии группы кишечной палочки (Эндо), микроскопические грибы (Чапека), а также содержание яиц гельминтов и их жизнеспособность. При отборе проб измеряли температуру почвы и воды.

Продуктивность естественных травостоев на экологических профилях учитывали метровками в 6-10 кратной повторности на каждом пункте учета. Видовой состав фитоценозов определяли по Г.М. Зозулину и др. (1985). Химический состав зеленой массы трав исследовали по методикам, принятым в кормопроизводстве (Е.А. Петухова и др., 1989). В зеленой массс определяли: азот общий - по Кьельдалю с последующим пересчетом на протеин; фосфор - ванадо-молибдатным методом; калий - пламенно-фото-

метрическим методом; сырой жир - методом обезжиривания остатка; сырую клетчатку - по Геннебергу и Штоману; золу - методом сухого озоле-ния; кальций - тригонометрически; каротин - по Цирелю; аммоний, нитраты, нитриты - фотоколориметрически. Кормовую оценку по ботаническим группам и семействам вели по A.M. Вильнеру (1966); А.Г. Тену (1982); А.Ф. Ларину и др. (1990).

Полученные данные обрабатывали статистически (Б.А. Доспехов, 1985) и на ЭВМ по программам, составленным на языке Бейсик (В.М. Ивонин, 1987).

Экономическую эффективность рассчитывали в соответствии с инструктивно-методическими указаниями по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ №01-15/65-265 от 1.02.93г.

Результаты исследований

Промышленное животноводство на водосборах малых рек широко распространено в Октябрьском, Аксайском и Каменском районах, где мы и провели исследования на 17 объектах по производству свинины, говядины, молока, птицы и овцеводческой продукции.

Типичным хозяйством является учхоз "Донское" Октябрьского района Ростовской области, где имеются свиноферма, ферма крупного рогатого скота и овцеферма. Здесь проводились основные исследования на экологических профилях в балке Харули.

При изучении роста и состояния прифермскихлесных насаждений определяли таксационные характеристики существующих прифермских лесных полос и насаждений санитарно-защитных зон. Наиболее часто встречающимися главными породами являются робиния лже-

акация (Robinia pseudacacia L.), вяз приземистый (Uhnus pumila L.), ясень

зеленый или ланцетный (Fraxinus lanceolata Borkh.), тополь итальянский

или пирамидальный (Populus italica (Du Roi) Moench), ясень обыкновенный

(Fraxinus excelsior L.), гледичия обыкновенная (Gleditsia triacanthos L.), дуб

•i ' :

черешчатый (Quercus robur L.), тополь черный или осокорь (Populus nigra

■Г. ')-¡-

L.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), клен ясенелистный (Acer

negundo L.); сопутствующими - абрикос обыкновенный (Armeniaca vulgaris

.i

Lam.), лох серебристый (Elaeagnus argéntea Pursh.), лох узколистный (Elaeagnus angustifolia L.), клен татарский (Acer tataricum L.); кустарниками - акация желтая или карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.), скумпия или желтинник (Cotinus coggygria Scop.), бузина черная (Sambucus nigra L.).

Преобладающая часть лесных полос имела ширину 9-12 м, наименьшая встречающаяся ширина 3 м, наибольшая - 24 м. Колтество рядов деревьев варьировало от 2 до 16. Размер междурядий в лесных полосах изменялся от 1,5 до 3 м, в насаждениях санитарно-защитных зон от 6 до 7 м. Насаждения имели возраст от 12 до 70 лет, высоту от 7 до 20 м и запас древесины от 16 до 500 м3/га.

Установлено, что лучший прирост по высоте, диаметру и объему имел вяз приземистый, худший - гледичия обыкновенная, промежуточное положение занимали ясень обыкновенный, ясень ланцетный, сосна обыкновенная, робиния лжеакация, дуб черешчатый.

Состояние прифермских лесных насаждений изучали на пробных площадях, где ранее определяли таксационные характеристики. Лучшую сохранность и состояние имели насаждения, удаленные от ферм не менее чем на 40-50 м, не подверженные затоплению навозными стоками и состоящие из гледичии обыкновенной, дуба черешчатого, акации желтой, робхшии лжеакации, тополя пирамидального, ясеня обыкновенного. При

периодическом затоплении ювозными стоками все виды древесной растительности погибали в течение эдного-двух лет.

При изучении средозащитной роли прифермских лесных насаждений на балочных склонах было установлено, что в районе опытного участка почвы, поверхностные и грунтовые воды в сильной степени загрязнены биогенными элементами и патогенными микроорганизмами, что создало угрозу балочным и речным экосистемам.

На балочных склонах почвы отличались пестротой показателей рН и гумуса, что связано с регулярным накоплением навозных стоков в понижениях микрорельефа на отдельных позициях. Засоления почв на опытном участке не зафиксировано.

Динамика нитратного азота, фосфора и калия в верхних горизонтах почв связана с их приходом при местном стоке и расходом при потреблении древесной и травянистой растительностью. Нитраты накапливаются перед стокозадержшзающими сооружениями в прифермских лесных полосах и на нижележащих участках склона в понижениях микрорельефа. Протяженность зоны загрязнения тем меньше, чем лучше нитраты утилизируются в лесном насаждении. Определили, что зоны загрязнения не распространяются от лесополос далее чем на 1-5Н и сосредоточены в отрицательных формах микрорельефа, образованных при создании валов или террас. На склоне без лесной полосы в связи с эрозионно-аккумулятив-ными процессами биогены вместе с почвой выносятся на днище балки и концентрируются в делювиальных шлейфах.

При исследовании бактериальной контаминации почв (табл. 1) выяснено, что патогенные микроорганизмы накапливаются под пологом лесной полосы (экопрофиль 1). По мере удаления от лесной полосы количество микроорганизмов по группам постепенно уменьшается, но вновь возрастает (пункт 5Н) в зоне складирования бесподстилочного навоза. На экопро-

Бактериальная контаминация слоя почв 0-20 см па экологических профилях балочного склона, кол-во м.к./г почвы

Место отбора образца Общая бактериальная обсеме- . ненность Группы микроорганизмов

стафилококки стрептококки микро- ¡бактерии скопи- кганеч-ческие ной грибы ¡палочки сальмонеллы

Экопрофиль 1 (лесополоса, усиленная валом)

полог лесной полосы 5200 4500 1170 1080 1120 180

Вниз по склону 1Н 2700 1600 180 870 780 110

То же ЗН 12600 20 210 520 590 140

То же 5Н 16000 700 3020 1190 1040 1170

Тоже ' ЮН 56000 4300 1100 4070 24100 18300

Экопрофиль 2 (лесополоса без ГТС)

Полог лесной

полосы 23000 4070 290 370 2140 30

Вниз по склону 1Н 25400 510 4270 2140 340 2170

То же ЗН Спл. рост 1080 2920 3060 1180 1070

Тоже 5Н 3920 520 3440 830 2170 380

Тоже ЮН 61000 17 00 1630 2170 40200 13200

Экопрофиль 3 (лесополоса на террасе)

Полог лесной

полосы 650 400 110 908 900 80

Вит по склону Ш 570 140 210 160 210 180

То же ЗН 740 170 150 160 190 420

То же 5Н 1200 220 400 870 480 120

Тоже ЮН 2060 180 670 180 130 390

Экопрофиль 4 (без лесной полосы)

Участок, где долж-

на быть при-

фермская лесная 16700 440 5090 3910 410 720

полоса

Вниз по склону 8 м 4270 1080 3910 4020 540 1180

То же 25 м 19800 2800 710 2040 410 980

То же 41 м 8700 370 ' 470 1120 440 1020

То же 85 м 1250 290 70 470 360 110

филе 2 почвы загрязнены на всем протяжении сслона, что связано с транзитом навозных стоков по пологой ложбине, пеэесеканщей лесополосу; возрастание загрязнения в пункте ЗН объясняется влиянием скотомогильника.

В целом лесные полосы в сочетании с валаии или террасами существенно снижают уровень загрязнения почв, но не настолько, чтобы ликвидировать угрозу окружающей среде при эрозионных процессах. Поэтому нами были разработаны противоэрозионные мероприятия для загрязненных почв.

При определении роли лесных полос в предупреждении эрозии загрязненных почв установлено, что увеличение стока и эрозии неразвитых почв происходит по мере удаления от лесной полосы вниз по склону. Очевидно, это связано с увеличением порозности и водопрочности агрегатов в слое почв 0-20 см под влиянием лесных полос, что характеризуется соотношением:

Б = 0,887 - 0ДН03Р - 0,1842 (1)

при И = 0,646 + 0,260

ЬеМ = 33,43 - 19,32ЬёР - 1,21 ЬВ\УАК> (2)

при К = 0,731 ±0,208

В соотношениях (1) - (2) приняты обозначения: Б и М - соответственно коэффициенты стока и смыв почв (т/га) при удаленной лесной подстилке, наземной массы трав и степного войлока; Р - порозность слоя почв 0-20 см, % ; \\ак - водопрочность агрегатов по Андрианову-Качинскому в слое почв 0-20 см, %; И - коэффициент множественной корреляции.

Качественные характеристики травянистых ценозов на балочных склонах исследовали на экологических профилях при одновременном оп-

ределении влажности почв. Максимальную влажность почв наблюдали на прибровочных участках склонов, что можно объяснить мелиоративным влиянием лесополос. По мере продвижения от лесополос вниз по склону влажность почв уменьшалась, а на днище балки резко возрастала. Это влияло на продуктивность фитоценозов.

По нашим наблюдениям, на склонах балки Харули произрастали не менее 36 видов травянистых растений из 15 семейств. Сорная н рудераль-ная растительность (амброзия полыннолистная, циклахена дурнишниколи-стная, болиголов крапчатый, конопля сорная) преобладала в составе фитоценозов контрольного участка (экопрофиль 4), а также в месте складирования навоза (экопрофиль 2). В этих пунктах учета наблюдали наиболее высокую концентрацию несъедобных видов трав (табл. 2).

Высокая продуктивность сорных и рудеральных видов трав (табл. 2) зафиксирована на контрольном участке склона, куда биогены поступали беспрепятственно. Наивысшую средшою урожайность поедаемых трав наблюдали на варианте с лесной полосой, усиленной валом (экопрофиль 1).

Загрязнение почв, изменение ботанического состава трав отражаются на качестве кормов. На контрольном экопрофиле балочного склона количество нитратов в растениях превышало допустимые нормы и изменялось от 44 до 4169 мг/кг сырой массы. Значительным было содержание фосфора (0,31 - 0,51); клетчатки (0,22 - 31,0); протеина (8,0 -18,0 мг/кг). На склоне с прифермской лесной полосой в растениях снижался уровень нитратов с 100 до 28; фосфора с 0,4 до 0,2; клетчатки с 29 до 28; протеина с 9 до 7 мг/кг.

Средозащитная роль донных лесных насаждений и гидротехнических сооружений в балках подтверждена наблюдениями за потоками биогенов, формирующихся по балочному днищу. Эти потоки регулируются каскадом донных насаждений и

Урожайность (ц/га) и встречаемость ботанических групп и семейств травянистых ценозов балки Харули, %

Встречаемость

Место отбора Уро- Несъедобные Съедобные Итого*

образца жай- вред- ядови- бо- злако- разно- несъе- съе-

ность ные тые бо- вые травье доб- доб-

вые ные ные

Экопрофиль 1

Подог лесной по-

лосы 29,5 + 3,8 - 88,6 4,1 3,8 92,7

Вниз по склону 1Н 60,4 17,7 5,8 - 73,2 + 23,4 73,2

То же ЗН 54,7 5,1 23,0 51,8 17,6 28,1 69,4

То же 5Н 57,6 5,3 5,8 - 53,1 33,1 11,1 86,2

Тоже ЮН 56,0 - 39,7 - 49,4 8,3 39,7 57,7

Экопрофиль 2

Полог лесной по-

лосы 46,6 - - - 92,8 4,5 - 97,3

Вниз по склону 1Н 51,6 16,2 16,2 - 49,9 14,3 32,4 64,2

То же ЗН 39,4 8,3 19,6 - 60,2 8,7 27,9 68,9

То же 5Н 60,6 0,8 37,2 - 47,9 11.4 38,0 53,9

Тоже ЮН 47,8 - - - 62,1 34,3 - 96,4

Экопрофиль 3

Полог лесной по-

лосы 34,2 - - - 87,6 9Д - 96,7

Вниз по склону 1Н 41,3 - - - 84,2 12,2 - 96,4

То же ЗН 34,4 - - - 74,1 21,8 - 95,9

То же 5Н 58,0 - - 9Д 70,5 16,8 - 96,4

То же ЮН 74,4 - - 90,0 6,9 - 96,9

Экопрофиль 4 (контроль)

Участок, где долж-

на быть лесная по-

лоса 32,9 29,4 31,6 - 35,1 + 61,0 35,1

Вниз по склону 8 м 27,1 20,7 - - 75,8 + 20,7 75,8

То же 25 м 85,9 0,5 36,7 - 51,8 7,2 37,2 59,0

Тоже 41м 99,5 25,1 23,6 - 49,3 48,7 49,3

То же 85 м 71,3 30,8 34,2 - 31,6 - 65,0 31,6

Примечание: * оставшийся процент приходится на прочие виды трав и отходы.

гидротехнических сооружений, образующих мелиоративные системы.

Исследование средозащитной роли мелиоративных систем на днищах балок показало, что загрязнение биогенами почв балочной псевдопоймы по площади весьма неодинаково. Существенное загрязнение почв нитратами, фосфором и калием отмечено в зоне пруда-накопителя осветленных стоков. Далее, вниз по уклону, на балочной псевдопойме сохранялся высокий уровень нитратов и калия в слое почв 0-20 см, содержание фосфора при этом резко уменьшалось. Засоления почв при этом не наблюдали.

Особый интерес представляет динамика бактериального загрязнения верхних слоев почв балочной псевдопоймы. На балочном днище, в районе пруда-накопителя осветленных стоков, верхние слои почв сильно загрязнены патогенными микроорганизмами. Ниже пруда-накопителя это загрязнение значительно снижалось по всем группам микроорганизмов за исключением кишечной палочки и сальмонелл.

При определении качествешшх характеристик многолетних трав на дншцах балок установлено, что вредные растения были представлены в основном лопушником большим, циклахеной дурнтшшколиспюй и щавелем конским, а ядовитые - бутенем опьяняющим и пижмой обыкновенной. Большое количество циклахены дурнишниколистной и бутеня опьяняющего наблюдали в местах повышенного содержания биогенов в почве. На балочном днище до пруда-накопителя осветленных стоков преобладали несъедобные травы (от 96 до 45%), а ниже пруда-иакопителя - съедобные. Урожайность в пунктах наблюдения была наивысшей в зоне пруда-нако-щггеля осветленных стоков, что объясняется большим скоплением биогенов в этом районе (табл. 3). Снижение урожая с 71 до 56 ц/га в рединах донных лесных насаждений объясняется притенением травянистых фотоценозов.

Выяснено, что очень сильно зеленая масса трав загрязнена нитратами

Урожайность (ц/га) и встречаемость ботанических групп и семейств травянистых ценозов балочной псевдопоймы, %

Встречаемость

Место Уро- Несъедобные Съедобные Итого*

отбора образца жайность вредные ядовитые злаковые разнотравье несъедобные съедобные

Псевдопойма балки в районе овцефермы 58,5 96,3 + 96,3

То же в районе свинофермы 52,3 45,1 + 25,7 26,3 45,1 52,0

То же в зоне пруда-накопителя 74,4 56,0 20,6 19,9 + 76,6 19,9

То же ниже пруда-накопителя 75,5 24,1 5,2 36,2 32,2 29,3 68,4

То же под пологом

донного насаждения ивы 60,0 30,4 4,2 60,1 1,8 34,6 61,9

Примечание: * оставшийся процент приходится на прочие виды трав и отходы.

в зоне пруда-накопителя осветленных стоков. Здесь же отмечено повышенное содержание в травах сырого жира, общего азота, протеина, фосфора и каротина. Ниже пруда-накопителя осветленных стоков эти показатели снижаются, при одновременном увеличении количества золы и клетчатки в растениях. В донных насаждениях повышенное содержание всех вышеназванных показателей связано с местами водопоя скота.

На основании проведенных исследований можно заключить, что в районах формирования потоков биогенных элементов балки характеризуются высоким биоразнообразием фитоценозов, представленным не менее 71 видом растений из 26 семейств. Одной из функций защитных лесных

насаждений в балках является повышение такого биоразнообразия, при снижении в составе фитоценозов сорных и ядовитых видов.

Одной из задач наших исследований было разработать технологию создания на балочных склонах защитных лесных насаждений, которые бы не испытывали вредного влияния потоков биогенов. В результате исследований был предложен способ предупреждения поступления стопных вод с территории животноводческих ферм и комплексов на балочные днища. Способ осуществляется следующим образом (рис. 2): ниже фермы 1 поперек склона 2 сооружают первую траншею 3, почвогрунт из которой укладывают в виде основания 4 на нижележащий участок склона 2. Навозные стоки, попадая в траншею 3, впитываются в почвогрунт, оставляя в траншее 3 твердую фракцию навоза 5. После заполнения твердой фракцией навоза 5 первой траншеи 3, последнюю засыпают почкогрунтом 6, извлеченным из второй траншеи 7, сооружаемой на вышележащем участке склона 2 параллельно первой траншее 3, ниже которой из почвогрунта 6 отсыпают вал 8, а на месте первой траншеи 3 высаживают древесные растения в виде лесной полосы 9.

С течением времени, после переполнения второй траншеи 7 твердой фракцией навозной жижи, вновь осуществляют полный цикл работ при сооружении новой траншеи на вышележащем участке склона 2.

Сооружают параллельные траншеи-валы и создают лесные полосы последовательно на вышележащих участках склона вплоть до животноводческой фермы или комплекса, впредь до устранения причин формирования потоков биогенов.

Способ испытан на склонах балки Харули. На основе этого способа была разработала технология работ, позволяющая механизировать основные операция.

Способ предупрежден-^ поступления сточных вод с территории животноводческих ферм и комплексов

Л

/

1 - ферма, комплекс; 2 - склон; 3 - траншея №1; 4 - основание го поч-вогрунта траншеи №1; 5 - твердая фракция навозной жижи; 6 - почвогрунт из траншеи №2; 7 - траншея №2; 8 - вал; 9 - лесная полоса.

Рис. 2

При расчете экономического эффекта лесомелиоративного регулирования потоков биогенных элементов определили годовой предотвращенный ущерб окружающей (природной) среде, который для типичной балки равнялся 5,339 тыс. руб.

ВЫВОДЫ

1. В условиях Нижнего Дона, при создании прифермских лесных насаждений лучшими показателями сохранности и состояния отличаются робиния лжеакация, гледичия обыкновенная, дуб черешчатый, тополь пи-

рамидальный, ясень обыкновенный. При одноразовом затоплении насаждений навозными стоками или складировании навоза вблизи насаждений гледичия обыкновенная резко снижает приросты по высоте, диаметру и объему и через 4-6 лет полностью погибает; вяз приземистый усиливает рост в первый год затопления, а затем усыхает. Остальные породы погибают в год затопления. При периодическом затоплении навозными стоками деревья всех пород погибают. (

2. В районах животноводческих комплексов, и ферм почвы, фитоце-нозы, поверхностные и грунтовые воды в сильной степени загрязнены биогенными элементами и патогенными микроорганизмами. Потоки биогеной формируются по днищам балок и другим элементам гидрографической сети, загрязняя агроэкосистемы и малые реки.

3. В балках вблизи животноводческих ферм и комплексов средоза-щитную роль призваны выполнять лесные насаждения в сочетании с простейшими гидротехническими сооружениями, образующие средозащитные лесомелиоративные системы.

4. При отсутствии лесных полос на балочных склонах (при размещении в прибровочных зонах ферм и комплексов) зона загрязнения почв и фигоценозов распространяется вплоть до делювиальных шлейфов псевдопойм, которые периодически размываются потоками местного стока.

5. При наличии прибалочных лесных полос зона загрязнения почв нитратами и патогенными микроорганизмами ограничивается пологом лесных полос и микрорельефом нижележащих участков склонов на расстоянии 1-5 Н (высот лесной полосы).

6. Загрязнение верхних слоев почвы биогенами влечет за собой соответствующее ухудшение качества кормов. Уменьшение содержания нитратов в зеленой массе трав наблюдается лишь на участке склонов ниже при-фермских лесных полос, усиленных земляными валами или террасами с

обратным уклоном.

7. Существенное повышение кормовой ценности трав (увеличение доли съедобных растений в кормовом составе, повышение содержания каротина и жиров, снижение содержания нитратов) обеспечивается мелиоративным влиянием прифермских (прибалочных) лесных полос.

8. Прифермские лесные полосы предупреждают эрозию загрязненных почв на балочных склонах. Получены модели связи показателей стока и эрозии загрязненных почв с пористостью их верхних слоев и содержанием в них водопрочных агрегатов.

9. По днищам балок максимальное загрязнение почв пссвдопойм и наземной массы трав зафиксировано в районах прудов-накопителей осветленных стоков. Каскад буферных прудов и донных лесных насаждений существенно снижает содержание биогенов и патогенных микроорганизмов в почвах, фитоценозах и сточных водах.

Ю.Средозаицггные лесомелиоративные системы в балках экономически эффективны. При создании такой системы в типичной балке бассейна Нижнего Дона предотвращенный ущерб окружающей (природной) среде составил около 5,3 тыс. руб. в год.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При создании прифермских лесных насаждений следует преимущественно использовать гледичию обыкновенную, робинию лжеакацию, дуб черешчатый, тополь пирамидальный, ясень обыкновенный.

2, Для утилизации навозных стоков, улучшения состояния древесных растений лесной полосы и усиления ее средозащигаой способности предложен способ предупреждегаи* поступления сточных вод с территории животноводческих ферм и комплексов в балки, защищенный патентом РФ.

3. Для регулирования потоков биогенных элементов в балках предложена средозащитная инженерно-биологическая система, состоящая го прифермских (прибалочных) лесных полос в сочетании с земляными валами и другими простейшими гидротехническими сооружениями, пруда-накопителя осветленных стоков и буферных прудов в сочетании с донными лесными насаждениями, а также фитоценозов травянистой растительности.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ивонин В.М., Макарова Н.М. Лесомелиоративное регулирование потоков биогенных элементов в балках // Повышение эффективности использовашм мелиоративных систем: Тез. копф. (25-26 сентября 1991 г.). - Новочеркасск, 1991. - С. 98- 99.

2. Ивонин В.М., Медведев Ф.Е., Макарова Н.М. Лесомелиоративное обустройство водоохранных зон малых рек // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем малых рек: Сб. материалов. - Краснодар, 1992.-41.-С. 20-21.

3. Ивонин В.М., Макарова Н.М. Лесомелиоративное регулирование потоков биогенных элементов в водоохранных зонах малых рек // Тез. докл. науч. конф., посвященной 100-летию плана В.В. Докучаева по борьбе с засухой и преобразованием степей России (4-6 августа 1992 г., Абакан.). -Новосибирск, 1992. - С. 155- 156.

4. Макарова Н.М. Прифермские лесные насаждения и охрана почв // Тез. юбил. конф., посвященной 100-летию "Особой экспедиции" В.В. Докучаева в Каменной степи. - Воронеж, 1992. - С. 70.

5. Макарова Н.М. Лесные мелиорации почв, загрязненных биоге-

нами//Тез. науч. конф. (20-21 мая 1992 г.). - Новочеркасск, 1992 - С. 39- 40.

6. Ивонип В.М., Макарова Н.М., Почвоохранная роль приферм-ских лесных насаждений // Почвоведение. -1993. - №4. - С. 109-116.

7. Макарова Н.М. Качество трав в связи с загрязнением среды биогенными элементами // Тез. науч. конф. "Проблемы мелиорации и экономики юга России" (23-26 марта 1993 г.). - Новочеркасск, 1993. - С. 202.

8. Макарова Н.М., Бочкарев В. В. Роль буферных прудов и донных лесных насаждений в повышении качества сточных вод в балках // Материалы науч. - практ. конф. молодых ученых и студентов. - Новочеркасск, 1994. -С. 31.

9. Ивонин В.М., Макарова Н.М. Качество трав в балках в связи с загрязнением среды биогенными элементами // Биотехнология и производство экологически чистой продукции сельского хозяйства. Тез. докл. регион. науч. - практ. конф. - Персиановка, 1994. - С. 16-17.

10. Ивонин Б.М., Ревяко КВ., Саенко В.И., Медведев Ф.Е., Василевский Н.Т., Дегтяренко В.Н., Дегтяренко Н.И., Марков С.А., Маркова И.С., Макарова Н.М., Богданов Э.Н., Чырыев Н.С. Методические указания по рациональному использованию почв оврагов и балок в сельском и лесном хозяйстве. - Новочеркасск, 1995. - 27с.

11. ПАТ. №2036570 / Способ предупреждения поступления сточных вод с территории животноводческих ферм и комплексов / Ивонин В.М., Макарова Н.М. / Роспатент. - №49399448. - 9.06.95.

12. ■ Макарова Н.М. Изменение состава травянистых ценозов на балочных склонах в связи с их биогенным загрязнением // Мелиорация антропогенных ландшафтов. - Новочеркасск, 1997. - С. 108-111.

Подписано в печать 08.Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № {05 .

Типография НГТУ. 346428, г Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата сельскохозяйственных наук, Макарова, Нина Михайловна, Новочеркасск

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Новочеркасская государственная мелиоративная академия

ЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОТОКОВ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В БАЛКАХ НА ВОДОСБОРАХ МАЛЫХ РЕК НИЖНЕГО ДОНА

Специальность: 11.00.11 - "Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

заслуженный деятель науки Российской Федерации Ивонин В.М.

На правах рукописи

Макарова Нина Михайловна

Новочеркасск 1998

СОДЕРЖАНИЕ

с.

ВВЕДЕНИЕ..................................................... 4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТЫ....................................... 9

2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ..................................................... 27

2.1. Природно-климатические условия района исследований........ 27

2.2. Объекты исследований..................................... 34

2.3. Программа и методика исследований......................... 40

3. РОСТ И СОСТОЯНИЕ ПРИФЕРМСКИХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ 51

3.1. Общая характеристика ферм................................ 51

3.2. Таксационная характеристика лесных насаждений............. 59

3.3. Состояние прифермских лесных насаждений.................. 71

Выводы................................................... 78

4. СРЕДОЗАЩИТНАЯ РОЛЬ ПРИФЕРМСКИХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА БАЛОЧНЫХ СКЛОНАХ............................... 79

4.1. Средозащитная роль лесных полос при загрязнении склонов биогенными элементами....................................... 79

4.2. Защитная роль лесных полос при загрязнении склонов патогенными микроорганизмами...................................... 82

4.3. Роль лесных полос в предупреждении эрозии загрязненных почв .. 87

4.4. Качественная характеристика многолетних трав на балочных склонах.................................................. 92

Выводы................................................... 105

5. СРЕДОЗАЩИТНАЯ РОЛЬ ДОННЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ В БАЛКАХ..............106

5.1. Донные лесные насаждения и гидротехнические сооружения.....106

5.2. Средозащитная роль мелиоративных систем на днищах балок .... 112

5.3. Качественная характеристика многолетних трав на днищах балок. 123

Выводы...................................................127

6. ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ ПОТОКОВ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В БАЛКАХ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ..............128

6.1. Технология создания мелиоративных систем...................128

6.2. Экономическая эффективность лесомелиоративного регулирования потоков биогенных элементов в балках....................134

Выводы...................................................137

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ............ 138

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................... 141

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................158

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы определяется разрушительным и загрязняющим воздействием промышленного животноводства на элементы природных экосистем. В связи с его интенсификацией путем перевода на промышленную основу с применением новых технологий содержания животных, возникла проблема утилизации навозных стоков и бесподстилочного навоза.

Источником повышенной экологической опасности в сельском хозяйстве являются крупные животноводческие комплексы, особенно свиноводческие, где для удаления навоза предусматривается гидросмыв (А.Ю. Кудея-рова, 1988; A.A. Кива, 1989), а также птицефабрики. Большинство из этих объектов построены в 70-е гг., поэтому их технологическое оборудование устарело и вышло из строя, а реконструкция и перевооружение - дело дорогостоящее и осуществляется крайне медленно. В целом животноводческие комплексы - мощный фактор негативного воздействия на окружающую среду в результате накопления огромного количества бесподстилочного навоза и стоков (В.Г. Минеев, 1990) и др.

В России в 1994 г. из 295 специализированных свиноводческих хозяйств (комплексов) промышленные очистные сооружения (с применением аэротен-ков) имели только 52 (Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1994 году, 1995). В Ростовской области в 1972 г. было 2094 тыс. голов крупного рогатого скота, 2217 тыс. свиней, 4205 тыс. овец и коз, 20101 тыс. птицы (Атлас Ростовской области, 1973). В течение последующих двадцати лет темпы роста поголовья животных увеличивались незначительно. После 1990 г. наблюдается спад производства (примерно на 10% в год) в связи с переходом на фермерское хозяйство и экономическими трудностями. В Приазовской зоне в 1992 г. было 2678 фермерских хозяйств (В.В. Иващенко и В.К. Базиян, 1993; М.А. Ослушко, 1993).

Большая плотность скота и концентрация отходов животноводства на

сравнительно небольших площадях, применение гидросмыва, несовершенство технологий очистки привели к образованию большого количества бесподстилочного навоза и навозных стоков, что представляет угрозу загрязнении почв, фитоценозов, поверхностных и грунтовых вод биогенными элементами, патогенными микроорганизмами и яйцами гельминтов (K.K. Kristensen, 1985; Г. Петков и Б. Байков, 1986; И.Н. Малеванный, 1986; P.U. Conrad, 1989; R. Rayne, 1989; В.Г. Минеев иЕ.Х. Ремпе, 1990).

Наиболее интенсивно антропогенное воздействие проявлено в бассейне Нижнего Дона, имеющего расчлененную гидрографическую сеть. Площадь водосбора реки 422 тыс. км (A.A. Соколов, 1964). Это одна из крупных рек России. Распаханность земель Ростовской области составляет 71,5% от площади сельхозугодий, что превышает ландшафтно-экологическую норму - 60% (A.A. Чешев, 1991). В сельскохозяйственном производстве используются не только приводораздельные и присетевые участки водосборов, но и земли нижних звеньев гидрографической сети реки Дон и ее притоков (балки, долины малых рек). Потоки биогенов на склонах и днищах балок создают угрозу окружающей среде, усиливающуюся при эрозионно-аккумулятивных процессах во время прохождения местного стока.

В настоящее время специалистами разных стран разработано большое количество способов обезвреживания и очистки сточных вод и их использования для орошения, что отражено в работах Н. Vetter (1973), И.Ф. Ярмолика (1975), В.М. Новикова j , (1976), Д.П. Никитина и Ю.В. Новикова, (1977), С.П. Гавара (1977), К.И. Акулова и др. (1977), Е.С. Цоя и др. (1977), М.А. Мироненко и др. (1978, 1980), Ю.И. Ворошилова и др. (1979), Е.И. Гончарука и др. (1980), 3. Бойко (1981), Н.И. Окладникова (1981), В.А. Коваленко и др. (1982), М.О. Купермана (1987), И.Р. Ильина и др. (1988), H.S. Mark (1989). В Ростовской области этими вопросами занимались O.E. Ясониди (1987), Д.П. Гостшцев (1993) и др. Технологические схемы утилизации навоза при стойловом содержании скота приведены H.A. Докучаевым и др. (1976), Н.И. Хриса-

новым и Г.К. Осиповым (1993) и др. Однако, В.А. Землянский и В.Ф. Кулагин (1975), С. Вгеег (1983), Г.Л. Ганцлер (1983), B.C. Брезгунов (1988), С.И. Пля-щенко (1990) отмечают, что степень очистки животноводческих стоков не всегда достигает желаемых величии. Большое значение лесных насаждений в повышении качества сточных вод отмечено В.Т. Николаенко, А.П. Никитиным, H.H. Приходько, И.Г. Зыковым, В.В. Кравцовым и Т. А. Кохолевой и др.

Известно, что зоолесомелиоративные насаждения улучшают среду обитания и повышают продуктивность сельхозживотных. Научные основы защитного лесоразведения для целей животноводства заложены Г.Н. Высоцким, Ю.М. Касьяновым, Ю.М. Масловым, М.Ф. Филипповым, В.И. Петровым, Н.Ф. Куликом, К.Н. Куликом, Г.Я. Маттисом, A.C. Манаенковым и др.

Для ограничения выноса биогенных элементов с территории сельскохозяйственных полей предложены различные мероприятия, в том числе и лесомелиоративные - создание на водосборах лесных полос, облесение прибрежных полос и водоохранных зон малых рек (Рекомендации 1989, 1990).

Лесомелиоративное регулирование потоков биогенных элементов от точечных источников загрязнения (животноводческие фермы и комплексы) в научной литературе освещено недостаточно, что привело к необходимости изучения этих вопросов (В.М. Ивонин, 1995). Загрязнение в балках почв, снежного покрова, вод местного стока биогенными элементами влечет за собой изменение качества травянистых ценозов. В зоне наших исследований данных научных наблюдений по этому вопросу недостаточно. Роль лесомелиоративных мероприятий в защите среды от загрязняющего влияния животноводческих комплексов предстоит определить, а также выявить возможность доочистки и утилизации животноводческих стоков в условиях овражно-балочных систем. При этом необходимо уточнить структуру и состав инженерно-биологической системы по регулированию потоков биогенных элементов в балках.

Для решения вышеназванных вопросов нами проводились исследования

в 1990-1998 гг. по теме НИЧ НИМИ "Разработка приемов рационального использования оврагов и балок степной зоны Северного Кавказа в сельском и лесном хозяйствах" (ГРН 01.90.0002704) и др.

Цель исследований - определить роль и разработать способы лесомелиоративного регулирования потоков биогенных элементов в балках. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- изучить рост и состояние прифермских лесных насаждений;

- определить средозащитную роль лесных насаждений в балках ?по которым формируются потоки биогенных элементов;

- разработать способы предупреждения поступления на балочные днища навозных стоков с территории животноводческих ферм и комплексов.

Научная новизна заключается:

- в определении особенностей роста и развития древесных пород лесных насаждений в санитарных зонах животноводческих ферм и комплексов;

- выяснении роли лесных насаждений в регулировании потоков биогенных элементов и патогенных микроорганизмов в балках;

- уточнении качества многолетних трав, выращиваемых на загрязненных балочных почвах.

Практическая ценность работы заключена в уточнении породного состава деревьев для прифермских лесных полос; в разработке нового способа утилизации навозных стоков и обосновании состава лесомелиоративных систем для регулирования потоков биогенных элементов на склонах и днищах балок.

Апробация работы проводилась на научных конференциях в НИМИ (г. Новочеркасск, 1991, 1992, 1993, 1996, 1998 гг.); в НИИАП Хакас-сии (г. Абакан, 1992) на научной конференции, посвященной 100-летию плана В.В. Докучаева по борьбе с засухой и преобразования степей России; на научно-практической конференции в КГУ (г. Краснодар, 1992); на юбилейной конференции в ВЛТИ, посвященной 100-летию "Особой экспедиции В.В. До-

кучаева в Каменной степи" (г. Воронеж, 1992); на региональной научно-практической конференции в ДГАУ "Биотехнология и производство экологически чистой продукции сельского хозяйства" (п. Персиановка, 1994); на Всероссийской научно-практической конференции "Экономические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использование орошаемых земель" (г. Новочеркасск, 1995).

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, отражающих ее содержание (в том числе одна переведена на иностранный язык). Получен патент Российской Федерации №2036570 на изобретение "Способ предупреждения поступления сточных вод с территории животноводческих ферм и комплексов" (1995).

Полученные результаты использованы при составлении Методических указаний по рациональному использованию почв оврагов и балок в сельском и лесном хозяйстве степной зоны Северного Кавказа. - Новочеркасск, 1995.

Производственная проверка результатов исследований проведена в учхозе "Донское" Октябрьского района Ростовской области.

Объем работы включает: введение, 6 глав, общие выводы и предложения производству, список использованной литературы и приложения.

Общий объем диссертации 157 страниц, 35 рисунков, 33 таблицы и приложения на 45 страницах. Список использованных источников включает 283 наименования, в том числе 46 иностранных.

13 диссертации использованы данные по искусственному дождеванию загрязненных почв, полученные автором во время экспедиции под руководством профессора В.М. Ивонина при участии Н.Т. Василевского, С.А. Маркова и др. При проведении анализов образцов почв и растений в работе принимали участие лаборанты ДонГАУ, СКЗНИВИ. Все остальные исследования проведены лично автором под руководством В.М. Ивонина, которому автор выражает свою признательность.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТЫ

Биогенные элементы - это вещества (в т.ч. химические элементы) необходимые для существования живых организмов, а также возникающие в результате их распада (И.И. Дедю, 1990). К этим веществам относят кислород, углерод, фосфор, азот, калий, кальций, натрий, железо и др. Биогенные (био-фильные) элементы встречаются повсеместно, а их избыток или недостаток их может стать причиной нарушения нормального функционирования экосистем. Все биогены участвуют в разных биохимических и геохимических циклах, однако для большинства водных экосистем лимитирующими являются фосфор и азот (Ю.Д. Матухно, 1988).

Хозяйственная деятельность в водосборах рек нарушает естественный круговорот веществ, изменяет потоки биогенных элементов, что приводит к снижению их концентрации в одних местах и накоплению в других (Г. А. Аля-бина, 1983). Так, до 1,5 млн. т соединений азота выносят северные реки, протекающие по территории ФРГ в Северное море. (J. Pfau, 1989).

Обычно аккумуляторами биогенных веществ служат водоемы. В результате происходит их эвтрофирование. Эвтрофирование (эвтрофикация, эв-трофия) вод - повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов. Этот процесс естественно протекает в природе без участия человека, однако проблема антропогенного эвтрофирования водоемов сегодня стоит остро во всем мире.

По данным Б. Хендерсона-Селлерса и X. Маркленда (1990) основными критериями для характеристики процесса эвтрофикации водоемов являются:

- уменьшение концентрации растворенного кислорода в водной толще;

- увеличение концентрации биогенных веществ;

- увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического

происхождения;

- последовательная смена популяций водорослей с преобладанием сине-зеленых и зеленых водорослей;

- уменьшение проникновения света (или возрастание мутности воды);

- увеличение концентрации фосфора в донных отложениях;

- значительное увеличение биомассы фитопланктона (при уменьшении разнообразия видов) и т.д.

Изменение физико-химических и биологических параметров состояния конкретного водоема отражается на трофических связях й составе гидробио-нтов. Доминирующими в составе фитопланктона становятся сине-зеленые водоросли, производящие сильнейшие токсины, которые представляют опасность для человека и живых организмов (Н. А.Петрова, В.М.Чернаенко, 1993).

Упоминание о токсичном цветении водоема в Австралии сделал в 1978 г. Дж. Френсис. Под влиянием антропогенных факторов может увеличиваться соленость воды, в которой рыбы имеют различную выживаемость. По данным С.П. Федий (1980) за период с 1944 по 1975 г. видовое разнообразие рыб Азо-во-Черноморского бассейна уменьшилось и составило 33,34%. При этом снизились плотность ихтиофауны до 6 экз./м2 и количество ихтиомассы до 13,2

<2 2 г/м . Местами плотность ихтиофауны достигала 1 экз./44 м , а ихтиомасса

0,11 г/м2.

Основные загрязнители водной среды - города и промышленные предприятия. Кроме них поставщиками биогенов являются объекты сельскохозяйственного производства, находящиеся в пределах речного бассейна. Эти объекты подразделяют на площадные (сельскохозяйственные угодья) и точечные (фермы, животноводческие комплексы и др.). Площадные источники образуют рассеянные (диффузные) потоки биогенных элементов, а точечные -концентрированные.

Сток с сельскохозяйственных угодий несет в водоемы продукты эрозии, ядохимикаты, биогенные вещества (удобрения). Основные источники поступ-

ления биогенных веществ в сельском хозяйстве - минеральные и органические удобрения, навоз и навозная жижа и хозяйственно-бытовые стоки селитебных территорий (Н.С. Юркин и др., 1978; H.H. Редька, 1983; Б. Повилюнене, 1986; F. Sangiorgi, 1988; В.Т. Каплини А.Т. Богогосян, 1993).

Уровень загрязнений водоисточников зависит от сроков, доз и способов внесения химических средств, осадков и оросительных норм, а также от типов почвенного и растительного покрова, рельефа, площади водосбора, механического состава почв и других факторов. Особенно часто водоемы загрязняются в результате применения азотных удобрений (В.А. Шкаликов, 1988; Н.В. Чепурных, 1988).

Азот под влиянием нитрификационных процессов преобразуется в нитраты, которые отличаются высокой растворимостью и подвижностью, активно проникают в поверхностные и подземные воды. Растения используют от 30 до 70% внесенного азота, от 10 до 40% его переходит в цитоплазму микроорганизмов или фиксируется почвой, а остальная часть теряется.

Нитратное насыщение экосистем ведет к подкислению почв, грунтовых, подземных вод и поверхностных водоисточников (Р. Grennfelt, Н. Hultberg, 1986). Содержание в воде более 10 мг/л нитратов делает ее непригодной для употребления населением, поскольк