Естественное восстановление агроландшафтов степной и лесостепной зон Оренбургской области | №36 осень 2012 | Степной Бюллетень 
ISSN 1726-2860
(печатная версия ISSN 1684-8438)

Содержание номера

№36 осень 2012

Восстановление степейСтепи под охранойСтепи в городской чертеСтепи под угрозойРежимы сохранения степейЗащита уязвимых видовЗаконодательствоПроектыСобытияОбъявления Новые книги Финансирование номера

Восстановление степей

Естественное восстановление агроландшафтов степной и лесостепной зон Оренбургской области

А.М. Русанов (Оренбургский госуниверситет, Оренбург)

Расположенная в лесостепной и степной географических зонах Оренбургская область является одним из аграрных центров России. Начиная с ХVIII в. и до последних лет (за исключением 1917–1930 и 1941–1945 гг.) история сельскохозяйственного освоения Оренбуржья связана с постоянным ростом площади сельскохозяйственных земель и доли пашни в ней. Если к началу 1950-х гг. площадь пашни составляла около 4,3 млн. га, то после подъема целины она возросла до более чем 6,1 млн. га. Из 12,37 млн. га общей площади региона на долю агроландшафтов в настоящее время приходится 10,84 млн. га. или 87,6% территории области, а структура земель сельскохозяйственного назначения имеет следующий вид: на пашню приходится 56,6%, сенокосы и многолетние насаждения занимают 6,6%, пастбища – 36,8%.

Использование агроландшафтов области часто осуществлялось без учета их природных особенностей и с нарушением земледельческих­ технологий. В результате к концу 1980-х гг. большая часть почв пахотных земель под влиянием эрозии, дегумификации, ухудшения физических признаков оказалась на разных стадиях деградации. Почвы пастбищ ухудшали­ свои свойства из-за перевыпаса, дигрессия растительности приобрела масштабный характер. Большая часть орошаемых земель находилась под влиянием процессов вторичного засоления. В те годы многие экологи, ботаники, географы, почвоведы считали, что восстановление свойств и состава нарушенных агроландшафтов займет многие десятилетия, если это вообще возможно.

Однако в начале 1990-х гг. из-за произошедших в стране социально-политических, экономических и других перемен значительные площади пашни стихийно трансформировались в залежи, нагрузка на пастбища из-за сокращения поголовья скота резко снизилась, а мелиорируемые земли были выведены из режима орошения. В этот период в Оренбуржье доля не используемых земель достигала в отдельные годы 50% от площади зарегистрированной пашни. В связи с этим за последние 20 лет среднегодовая фактическая площадь пашни уменьшилась, и оказалась ниже уровня, который существовал в области до 1954 г. Тем самым на части территории степной и лесостепной зон начался новый этап истории агроландшафтов, ведущим процессом которого стало естественное восстановление их состава и свойств. По сути, нецеленаправленно сложились условия для проведения природно­го эксперимента, участвовать в котором стремилось не одно поколение отечественных исследователей.

Следует отметить, что переход к новым экономическим отношениям в агропромышленном комплексе подразумевает новые земельные отношения, а внедрение последних не­возможно без материалов современного земле­устройства. Однако последнее землеустройство в области осуществлялось более 20 лет назад. Принимая во внимание эти обстоятельства, для обозначения выведенных из сельскохозяйственного оборота природных комплексов правильнее было бы отказаться от использования понятия «агроландшафт» и говорить о «квазинатуральном ландшафте». Таковыми эти ландшафты будут являться в действительности до момента законодательного определения их назначения.

С 1993 г. на территории области ведутся работы по государственному экологическому мониторингу земель (Степанова и др., 2011). Вместе с дополнительными углубленными исследованиями они позволили выявить некоторые изменения в агроландшафтах, связанные с особенностями современного периода их истории.

В ходе наших исследований изучались растительность, почвы и некоторые другие компоненты ландшафта. При разделении растительных группировок по степени сбитости использованы критерии, предложенные Б.М. Миркиным (1984). Исследование фракционно-группового состава гумуса почв и их физических признаков осуществлялось общепринятыми методами. (Кауричев, 1980;). Для разделения органического вещества почв на гидрофобные и гидрофильные фракции применен метод, разработанный Е.Ю. Милановским (2009). Определения физических свойств почв включали традиционные полевые и лабораторные методы исследований (Вадюнина, Корчагина, 1986).

Восстановление на залежи

Объектом исследования залежей послужила территория на водоразделе рек Урала и Самары (в пределах Общего Сырта), занятая черноземами обыкновенными на выровненном плато и склонах южной и северной экспозиций. Участок выведен из пашни в 1995 г. и с тех пор остается в залежи. В аналогичных условиях ландшафта по всем позициям склона находились используемые пахотные участки; их показатели служили в качестве объекта сравнения.

В условиях Предуралья особое внимание обращается на то, как изменения землепользования повлияют на процессы водной эрозии. Из-за сложности рельефа более 40% площади пашни здесь приурочено к эрозионно-опасным склонам крутизной более 3°, поэтому смыв талыми и дождевыми водами верхнего плодородного слоя является наиболее разру­ши­тельным явлением для черноземов этого региона. Всего же в области из 6,14 млн. га пашни площадь эродированных в слабой степени земель составляет 1,94 млн. га, среднесмытых – 0,64 млн. га, сильноэродированных – 0,13 млн. га. Проявление совместного действия эрозии и дефляции выявлено на площади 0,24 млн. га.

Установлено, что вывод склоновых территорий из пашни первоначально не привел к снижению на них интенсивности плоскостного смыва. Наоборот, выявлена интенсификация процессов эрозии в первые годы после прекращения распашки. Так, на южном склоне структура почвенного покрова до вывода из пашни состояла из сочетаний полнопрофильных, намытых, слабо- и среднесмытых черноземов. Через три года пребывания в залежи появились еще и небольшие ареалы (80–150 м2) сильно эродированных почв. Представляется, что это явление связано с несколькими факторами. Во-первых, бурьянистое сообщество, формирующееся за первые годы после перевода пашни в залежь, отличается низким проективным покрытием травостоя, сезонностью его развития (из-за преобладания малолетников) и не образует дернину, а потому не способно защитить поверхностный слой почв ни от смыва талыми водами, ни от прямого воздействия капель дождя с высокой кинетической энергией; это приводит к утрате черноземом своего структурного состояния и снижению водопроницаемости. Во-вторых, в результате многолетнего пахотного использования к моменту перевода в залежь почвы отличались пониженным содержанием гумуса, что определяло ухудшение всего комплекса их физических свойств. В-третьих, по той же причине подпахотный слой характеризовался повышенной плотностью (1,3–1,4 г/см2). Перечисленные обстоятельства определили высокую эрозионную опасность почв склона. Однако при более длительном сроке нахождения в залежи ситуация меняется на обратную. Сукцессия растительности за время наблюдений была направлена в сторону восстановления естественных степных сообществ. Через 12–15 лет по всей длине склона сформировалась полынково-типчаково-ковылковая (Stipa lessingiana, Festuca valesiaca, Artemisia austriaca) вторичная степь с проективным покрытием 40–50% и относительно высоким (до 200 ц/га) запасом надземной фитомассы. Одновременно начались процессы восстановления естественных химических и физических свойств почв. Развивалось армирование мочковатыми корневыми системами злаков верх­него слоя почв. Содержание гумуса, в среднем, выросло на 0,4% в сравнении с пашней. Плотность подпахотного слоя снизилась с 1,31 до 1,22 г/см2, а скорость водопроницаемости возросла с 75 до 115 мм/ч. В совокупности все это способствовало переводу поверхностного стока во внутрипочвенный и стабилизировало процессы эрозии.
К 2010 г. растительный покров залежного участка на плато водораздела представлял собой ковылково-типчаковое (Stipa lessingiana, Festuca valesiaca) квазинатуральное степное сообщество. Ежегодная продукция надземной фитомассы составила здесь 255,8 ц/га. На пашне (посев пшеницы) в это время производилось фитомассы не более 34,8 ц/га.

Содержание гумуса в слое 0–20 см залежного и пахотного участков составило 6,0% и 4,4%, а его запасы – 130,7 и 103,8 т/га соот­ветственно. Выявлена высокая степень гумификации органического вещества (более 40%) всех исследуемых образцов с тенденцией к снижению в почвах залежи. Такая же закономерность найдена для соотношения гу­мино­вых и фульвокислот в составе гумуса: Сгк /Сфк = 2,1–2,3 на многолетней пашне и 1,7–1,9 на залежи. То есть в почвах под восста­навливающейся растительностью относительно возросла доля фульвокислот (особенно их несвязанной фракции, ФК-1). Это может свидетельствовать об интенсификации процессов гумусообразования, одним из показателей чего является увеличение содержания «молодых» форм гумуса. Необходимо отметить также возрастание в ряду пашня – многолетняя залежь доли гидрофобных продуктов гумификации, за счет которых формируется структура почв. Отношение гидрофобных фракций к гидрофильным составило 1,1 на пашне и 1,8 под залежью.

Таким образом, за относительно короткий период (15 лет) пребывания участка в состоянии залежи деградированные черноземы в значительной степени улучшили свои биологические свойства, а растительность восстановилась до своего квазинатурального состояния.

Восстановление на пастбище

На момент начала наших работ в середине 1990-х гг. экологическое состояние пастбищных экосистем области (3,99 млн. га) характеризовалось следующими показателями. Целинная и слабонарушенная степная растительность была распространена на 0,33 млн. га, улучшенные пастбища занимали 0,52 млн. га, слабосбитые – 1,84 млн. га, среднедеградированные – 0,9 млн. га, сильносбитые – 0,4 млн. га. Кроме того на 1,63 млн. га отмечено проявление эрозионных процессов.

Исследования изменений в растительных сообществах пастбищных экосистем после прекращения выпаса выполнены в пределах южной лесостепи, в подзоне типичных черноземов. Обследованный участок располагается на надпойменной террасе р. Малая Бокла (бассейн р. Большой Кинель, Бугульминско-Белебеевская возвышенность). В 1997 г. в растительном покрове территории преобладали сообщества в разной степени пастбищной дигрессии. Квазинатуральная растительность была представлена разнотравно-узколистномятликово-луговоовсяницевым остепненным лугом (доминировали Festuca pratensis, Poa angustifolia). Слабосбитый вариант был представлен полынково-узколистномятликовым сообществом (Artemisia austriaca, Poa angustifolia), среднесбитый – луговоовсяницево-полынковым (Festuca pratensis, Artemisia austriaca), сильносбитый – мортуково-спорышовым (Eremopyrum orientale, Polygonum aviculare) сообществом, где, помимо доминирующих видов, присутствовали коровяк фиолетовый (Verbascum phoeniceum) и, единично, овсяница луговая.

При повторном обследовании в 2009 г. видовой состав квазинатурального фитоце­но­за остался прежним. Слабосбитое полын­ково-узколистномятликовое сообщество пре­образовалось в два близких к квазинатуральным – ковыльно-узколистномятликовое и узколистномятликово-типчаковое. На месте среднесбитого луговоовсяницево-полынкового ва­рианта сформировалось слабосбитое ковыльно-полынковое сообщество. На участках, где ранее была распространена мортуково-спо­рышовая группировка, появилось типчаково-спорышово-полынковое сообщество с участием видов, более свойственных среднесбитым фитоценозам (Echinops ruthenicus, Bromopsis inermis, Poa pratensis).

При рассмотрении причин происходящих изменений следует учитывать, что воздействие сельскохозяйственных животных на пастбищные экосистемы многообразно. Наиболее очевидно оно проявляется в чрезмерном стравливании вегетативных органов растений до завершения фазы обсеменения. Другой дейст­вующий фактор – уплотнение верхнего слоя почв давлением копыт скота (достигает 5–7 кг/см2). От этого особенно страдают злаки и другие растения с мочковатой корневой системой, которые для своего роста и развития нуждаются в почвах с относительно невысокой плотностью, где сохранены межагрегатные и внутриагрегатные поры. Для трав, имеющих стержневые корневые системы, повышенная плотность почвы не является лимитирующим фактором.

Сбой целинной растительности незначительно влияет на гумусное состояние почв, происходит лишь некоторое ухудшение качест­венных свойств гумуса. На сбитых пастбищах гумус как бы законсервирован. В отличие от пашни, органика здесь не окисляется под влиянием ежегодного выхода нижележащих слоев черноземов на дневную поверхность, а продукты минерализации меньше расходуются на производство фитомассы, ибо на сбитых пастбищах оно невелико. На момент начала работ содержание гумуса в корнеобитаемом слое (0–20 см) на целинном участке и в варианте слабого сбоя составляло 10,8 и 10,2% соответственно, а при средней и сильной деградации – 9,9 и 8,1%. За годы наблюдений выявлено возрастание содержания гумуса на всех исследуемых участках на 0,1–0,3%. Данные по запасам гумуса в том же слое свидетельствуют об их увеличении: на целине – с 201,9 т/га в 1997 г. до 224.5 т/га в 2009 г., на сильносбитом пастбище – с 199,2 т/га до 213.3 т/га соответственно.

Качественный состав гумуса не показал заметной динамики, которая могла бы повлиять на экологические функции изучаемых почв. Однако установлено, что по мере возрастания степени сбитости пастбища гидрофобность органического вещества почв снижалась с 1,4 до 1,0; за годы после прекращения выпаса она проявила тенденцию к возрастанию и в 2009 г. составила (в порядке от наименее к наиболее дигрессированному участку) 1,4 – 1,5 – 1,3 – 1,2. Как следствие, изменяется коэффициент структурности почв. В ряду от целины к сильносбитому пастбищу в 1997 г. он падал от 2,4 до 1,1; в 2009 г. в том же ряду значения коэффициента лежали в пределах от 2,7 до 1,5. Восстановление структуры почв вызвало закономерное снижение их плотности. На момент начала исследования плотность почв возрастала в ряду нарастания пастбищной дигрессии от 1,11 до 1,37 г/см3, а к 2009 г. соответствующие показатели равнялись 1,09–1,29 г/см3. Благодаря снижению плотности почв до уровня оптимальной дерновинные злаки с мочковатой корневой системой вновь обрели возможность нормальной вегетации, что в определяющей степени способствовало восстановлению видовой структуры степной растительности.

Восстановление на орошаемом сенокосе

Под орошение в регионе отводились лучшие земли, приуроченные, как правило, к террасам речных долин. В настоящее время орошение продолжается не более чем на 20 тыс. га из 123 тыс. га, ранее находившихся в этом режиме. Выведение из орошения более 100 тыс. га предопределило необходимость изучения тех изменений, которые происходят с длительно мелиорируемыми ландшафтами в постирригационный период. С этой целью исследована территория Боровской оросительной системы. Она занимает степную надпойменную террасу р. Боровка (приток Самары).

Почвообразующими породами здесь по­служили древнеаллювиальные отложения легкого гранулометрического состава. Локально (10% площади) выявлены линзы тяжелого по гранулометрическому составу засоленного аллювия. Коренными породами являются алевролиты с линзами известняков и песчаников верхнетатарского подъяруса верхней перми.
Территорию начали орошать в 1934 г. По архивным данным, на момент ввода участка в режим орошения его территория (2705,7 га) представляла собой выровненную поверхность с выраженным микрорельефом, почвенный покров отличался гомогенностью и был представлен различными родами чернозема обыкновенного остаточно-луговатого. Уровень залегания грунтовых вод не превышал семи метров. Орошение осуществлялось из водохранилища пресной натриево-кальциево-гидрокарбонатной водой. В 1984 г. площадь орошения составила 2441,3 га.

В первой половине 1980-х гг. здесь впервые были выявлены ареалы лугово-черноземных полугидроморфных почв, в пределах которых на площади 128,7 га отмечено среднее засоление содово-сульфатного типа, а на 157,6 га – сильное. Засоленные почвы были приурочены к микропонижениям, депрессиям и берегам магистральных каналов, то есть к территориям, подверженным дополнительному влиянию оросительных и грунтовых вод, уровень которых вблизи каналов составлял около 1 м. Близко расположенные к поверх­ности воды отличались повышенной минерализацией с высокой концентрацией ионов натрия. Фоновая же почва оросительной системы продолжала соответствовать своим изначальным классификационным свойствам.

Таким образом, за 50 лет эксплуатации оросительной системы из-за сочетания орошения, технология которого зачастую нарушалась, с факторами микрорельефа и засоления материнских пород произошли значительные, но локальные изменения в водно-воздушном, солевом, окислительно-восстановительном и других режимах почв. Это определило изменение свойств почв и привело к усложнению структуры почвенного покрова. В начале 1990-х гг. орошение на территории Боровской оросительной системы было прекращено, а в 2005–2009 гг. нами выполнены комплексные исследования первого этапа постирригационного развития ее ландшафтов.

Оказалось, что направление восстановления растительности определяется здесь приуроченностью к тому или иному элементу рельефа. На выровненных участках распространение получили ковылково-типчаковое и полынково-ковылково-типчаковое сообщества, которые по своим геоботаническим показателям мало отличались от слабосбитых степных сообществ сопредельных, не прошедших через орошение территорий. На микроповышениях сформировалось типчаково-ковылковое сообщество с участием полыни белой (Artemisia lerchiana), характеризующееся невысоким про­ективным покрытием (не более 50%). К микропонижениям приурочена кермеково-чернополынная (Limonium gmelinii, Artemisia pauciflora) растительность, в составе которой единично отмечен прутняк (Kochia prostrata).

С использованием методов геоботанической индикации установлено, что почвы вы­ровненных ландшафтов представлены слабоконтрастным сочетанием черноземов обыкновенных остаточно-луговатых и слабозасоленных. На повышениях микрорельефа (до 0,8 м) сформировалась лугово-черноземная слабозасоленная почва, а к микропонижениям приурочен солонец корковый сильнозасоленный содово-сульфатный. Следовательно, на микроповышениях в постирригационный период происходило рассоление почв, сопровождаемое аккумуляцией солей в почвах соседних понижений с активным перемещением иона Na+, что привело к формированию ареалов солонцов сильнозасоленных. В 1984 г. участки со слабозасоленными черноземами характеризовались значением рН почвенного раствора около 8,0. К настоящему времени в поверхностном горизонте лугово-черноземных почв на микроповышениях рН снизился до значений, близких к нейтральным, а на солонце в понижениях показатель рН значительно вырос и приблизился к 10,0.

Весь комплекс изменений степного ланд­шафта за первые 16–18 лет постирригационного развития связан со снижением уровня грунтовых вод, что повлекло уменьшение степени минерализации почвенного раствора и смену типа водного режима, а также привело к изменению растительности соответственно микрорельефу территории. Выполненный в 2009 г. подсчет площадей показал, что черноземы занимают на обследованном участке 1651,3 га, из них слабозасоленные – 286,8 га, слабозасоленные лугово-черноземные почвы распространены на 415,7 га, солонцы корковые выявлены на площади 87,5 га. Таким образом, на первом этапе постирригационного развития ландшафта разнонаправленные процессы почвообразования на территории оро­сительной системы вызвали дальнейшее ус­ложнение и повышение контрастности струк­туры почвенного покрова за счет формирования солонцов. Вместе с тем нельзя не отметить и положительную динамику в свойст­вах исследуемых земель – произошло уменьшение площади сильнозасоленных почв и рассоление среднезасоленных, понизился уровень грунтовых вод, на значительной части оросительной системы восстановилась квазиестественная растительность.

Заключение

Современный этап истории сельскохозяйственных ландшафтов степной и лесостепной зон Оренбургской области связан со снижением антропогенного воздействия. В различных хозяйственных типах агроландшафтов происходит самопроизвольное восстановление квазиприродных экосистем. На залежи наблюдается формирование степной растительности с доминированием дерновинных злаков, изменение свойств черноземов в сторону восстановления их гумусного состояния и физических свойств, снижение (вплоть до прекращения) эрозии почв. На пастбище после прекращения выпаса проявляются снижение плотности почв и смена малопродуктивных дигрессированных растительных сообществ дерновиннозлаковыми фитоценозами, близкими к типичным для данной местности. Скорость постирригационного развития орошаемых земель сопоставима со скоростью преобразований ландшафтов при вводе их в режим орошения; здесь происходит формирование квазиестественных степных и галофитных сообществ, улучшение водно-солевого режима почв. Все это следует рассматривать в качестве предпосылок для пересмотра представлений о низкой устойчивости степных и лесостепных ландшафтов к антропогенному воздействию и о потенциальной способности нарушенных экосистем к самовосстановлению. Исследования процессов восстановления только начинаются. В научном анализе нуждаются экономические, социальные, исторические и другие последствия этого явления.

Автор выражает искреннюю признательность И.Э. Смелянскому за ценные предложения и полезные замечания к рукописи настоящей статьи.

Литература

Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. 1986. Методы исследования физических свойств и грунтов. М.: Агропромиздат. 265 с.
Кауричев И.С. 1980. Практикум по почвоведению. М.: Колос. 272 с.
Милановский Е.Ю. 2009. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС. 186 с.
Миркин Б.М. 1984. Антропогенная динамика растительнос­ти // Итоги науки и техники. Сер. Ботаника. М.: ВИНИТИ. № 5: 139–232.
Степанова О.Б., Русанов А.М., Юров С.А., Поляков Д.Г. 2011. Мониторинг земель Оренбургской области. Оренбург. 28 с.

Контакт:
Александр Михайлович Русанов, д.б.н., проф., заведующий кафедрой общей биологии, декан химико-биологического факультета
Оренбургский государственный университет
РОССИЯ 460018 Оренбург, пр. Победы, 13, корп. 16
Телефон.: (3532) 37 24 80
E-mail: soilec@esoo.ru






Наверх
604 просмотров



Сибирский экологический центр
Центр охраны дикой природы
Проект ПРООН/ГЭФ по степным ООПТ России
Казахстанская ассоциация сохранения биоразнообразия
Об издании

Популярное
ПРООН ГЭФ Минприроды России