Агроэкологический потенциал пастбищных экосистем Северо-Западного Прикаспия в условиях меняющегося климата (05.10.2009)

Автор: Воронина Валентина Павловна

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 работы общим объемом 25,5 усл. печ. л., в том числе 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикаций материалов докторских диссертаций. Доля соискателя в 29 совместных работах составляет 30-80 %.

Автор выражает глубокую признательность за оказанную помощь научному консультанту - академику РАСХН В.И. Петрову, член.-корр. РАСХН З.Ш. Шамсутдинову, докторам с.-х. наук: Е.А. Гаршиневу, А.В. Семенютиной, И.Н. Пеньковой, сотрудникам отдела лесоаграрного освоения аридных территорий, Ачикулакской и Калмыцкой НИЛОС, Богдинской НИАГЛОС.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Проблема опустынивания пастбищ – естественные и антропогенные факторы

1.1. Анализ изменения климата и его прогноз. Климат жизненно важен для биосферы. Он изменяется под влиянием естественных и антропогенных факторов (А.М. Алпатьев, 1969; Б.С. Башкирцев, 2005; Л.Х. Биткаева, 2000; Б. Болин, 1989; Б.П. Борисенков, 1982; А.А. Борисов, 1975; Г.А. Жеребцов, 2003; А.Н. Золотокрылин, 1999; Ю.А. Израэль, 1984; М.И. Будыко, 1974, 1978; Е.А. Касаткина, 2006; Р.К. Клиге, 2003; А.В.

Клименко, 1998; Н.Н. Марфенин, 2001; Г.А. Марчук, 2003; Ю.П. Переведенцев, 2005; В.Н. Разуваев, 2001; А.Н. Сажин, Ю.И. Васильев, 2006; П.М. Хомяков, 2002 и др.).

В ХХ столетии МГЭИК констатировала о повышении температуры Земли на 0,2-0,6 0С с конца 19 века, максимальное зимой и весной над континентами северного полушария. оно пространственно и по сезонам не однородно (МНЭПУ, 2000; О потеплении…, 2001; В.В. Клименко, 2005 и др.).

Причиной современного потепления одни считают рост антропогенных дотаций углекислого газа (М.И. Будыко, 1978; Н.Н. Марфенин, 2001 и др.), другие (Р.К. Клиге, 1982; Б. Болин, 1989; А.В. Клименко, В.В. Клименко, 1998; В.С. Башкирцев, 2005; О.М. Распопов, А.Н. Диденко, 2003 и др.) проводят глубокие разносторонние исследования, свидетельствующие в пользу естественных колебаний в системах: солнце-биосфера, атмосфера-океан-континент, сезонные циклы фотосинтеза и деструкции биомассы и т.д. Имеющиеся климатические модели Селлера, Будыко, Зальцмана и др. не вполне отвечают требованиям человечества (П.М. Хомяков и др., 2002; В.И. Найденов, 2005), так как не учитывают современных тенденций в гидросфере, влияния солнечной активности, роль естественных угодий: лесов, болот, пастбищ для депонирования углерода (В.И. Морозов и др., 2003).

Поэтому вполне обоснованно возрос научный интерес к влиянию солнечной активности на биосферно-планетарные явления, так как солнце управляет жизненно важными процессами, подчиняясь внутренним циклам, обусловленных эволюцией плазмы (А.А. Исаев, 2003; А.Н. Золотокрылин, 2006; В.А. Соснин, 2003; Е.А. Касаткина, 2006; Г.И. Марчук, 2003; W. Dansgaard, 1989; G.S. Golitsyn, 1977; S.J. Johnsen, 1977, NASA, 2008 и др.).

Консолидированного мнения в отношении предстоящего изменения климата в сторону похолодания или потепления нет. Большинство исследователей сходятся во мнении, что в 30-50 летней перспективе продолжится потепление из-за антропогенных факторов на уровне 1,2 0С/100 лет (В.В. Клименко, 2005), так как будет действовать «эффект разогретой сковородки» (Х. Абдусаматов, 2007), а начиная с 2012-2013 гг. прогнозируется падение солнечной активности, которая достигнет минимума к 2035-2045 гг. и будет способствовать глобальному похолоданию (Нац. океанограф. центр, 2005; В.И. Найденов, 2005; New Scientist, 2006; Hathaway NASA, 2007).

Региональных прогнозов изменения климата почти нет, в том числе и по СЗ Прикаспию, они встречаются лишь в общепланетарном контексте.

1.2. Климат и механизмы опустынивания. Для лучшего понимания процессов опустынивания ведущими учеными были предложены теории и гипотезы климатического опустынивания: альбедное опустынивание «эффект Чарни» (Charney, 1975), органических ядер конденсации растительного происхождения (R. Schnell, 1975), наличие обратных связей в системе альбедо-осадки (А.Н. Золотокрылин, 1999, 2006), мелкая почвенная пыль, способствующая возникновению температурных градиентов в системе почва-атмосфера (Е.И. Шуробор, 1999), выброс тонкодисперсного минерального аэрозоля в атмосферу при температуре почвы 50-55 0С (Институт физики и атмосферы, 2002; G.S. Golitsyn, 1997), гидрологическая роль океана (В.Н. Найденов, 2005), электростатическая почвенно-территориальная неоднородность (Т.Н. Тверской, 1951).

Сегодня отсутствует единый коэффициент аридности, отражающий аридное динамическое изменение экологических параметров, хотя с успехом применяются: ГТК Г.Т. Селянинова, коэффициент увлажнения Н.Н. Иванова, индекс сухости М.И. Бу-

дыко, индекс аридности Мартона, индекс влажности и аридности Торнтвейта, нормализованный индекс аридности Б.В. Виноградова и др.

Важным направлением в изучении процессов опустынивания является дистанционный мониторинг (Э. Ришар, 1999; К.Н. Кулик, В.И. Петров, 1999 и др.), позволяющий фиксировать динамические изменения в экосистемах.

1.3. Проблема опустынивания пастбищ Северо-Западного Прикаспия. По классификации ЮНЕСКО, 1977, в СЗ Прикаспий входят сильно-, средне-, слабо-, субаридные территории, где диспропорция гидротермических ресурсов, фитоценотическая неполночленность приводят к прогрессивной потере биологической продукции. Природная специфика региона определяется отрицательными зимними температурами, непродолжительным периодом вегетации, солевым багажом древнего Хвалынского моря (Н.Т. Нечаева, 1984; В.И. Петров, 1986; Н. Глазовский, 2006). В состав аридных территорий входят: степная зона – 5,5 млн.га, сухостепная – 13,7 млн.га, полупустынная – 6,4 млн. га, пустынная – 5,7 млн.га (Концепция, 1996; Атлас опустынивания, 1999; Рекомендации…2000, 2002).

Основными формами опустынивания пастбищ (В.И. Петров, 1999) на площади 10 000 тыс. га являются: засоление – 57,1 %, дефляция – 25,6 %, эрозия – 17,3 %, т.е. 57,1 % всех сельскохозяйственных угодий опустынено. Ареалы с засоленными и дефляционными землями приурочены к сильно- и среднеаридным территориям, с эрозионными – к семиаридной биоклиматической зоне.

Интенсивное развитие эоловых процессов началось при низком стоянии (-50м) Каспия в позднехвалынское время (И.П. Герасимов, П.В. Федоров, 1963; А.Г. Гаель, 1962; А.Г. Леваднюк, 1963). Процессы опустынивания активизировались в конце 19 века на землях Астраханской губернии, когда площадь подвижных песков достигла 4,7 млн. га и под руководством лесничего Фрейсмана в 1842 г. начата борьба с опустыниванием (Э.Б. Габунщина, 2002). Повторно агроэкологическая обстановка обострилась в начале 1960-х гг., особенно остро на Черноземельских и Кизлярских пастбищах, где были нарушены принципы рационального природопользования и повсеместно отмечалась аридизация климата. Площадь развеваемых песков к 1984-1986 гг. достигла 561 тыс. га., увеличиваясь ежегодно на 40 тыс. га (НПДБО, 1999; В.И. Петров, Э.Б. Габунщина, 2002; К.Н. Кулик, 2004).

Были приняты срочные меры по предотвращению опустынивания, в 1986-1996 гг. с участием ВНИАЛМИ реализована Генеральная схема… и мелиорировано 365 тыс. га песков, действует Президентская целевая программа на 2001-2010 гг. и др. Однако проблема повторного опустынивания, в том числе лавинообразного, остается актуальной, так как пастбища СЗ Прикаспия, как и во всем мире, располагаются на землях, не пригодных для земледелия. Борьба с опустыниванием осложняется одновременным неблагоприятным воздействием климатических и антропогенных факторов (Повестка дня на 21 век, 1993; К.Н. Кулик, 1999; В.И. Петров, Э.Б. Габунщина, 2002). Поэтому требуется более тщательный анализ причин опустынивания пастбищ и изучение отклика биоценотических параметров на изменение экологической среды.

2. Концепция восстановления фиторесурсов аридных пастбищ в условиях меняющегося климата

Под влиянием климатических и антропогенных факторов фитоценотическая структура постоянно меняется, максимально адаптируясь к изменившейся экологи-

ческой среде. При благоприятных климатических условиях и оптимальных режимах выпаса сукцессионные изменения происходят по прогрессивному типу. Неблагоприятные гидротермические условия, длящиеся 5-7 лет, перевыпас приводят к регрессивным сукцессиям. Опасность нарушения гомеостатического состояния на аридных территориях существует постоянно, так как при благоприятных условиях создается обманный эффект экологического благополучия и наращивается поголовье, затем в период аридизации ёмкость абиотической среды уменьшается и возрастает дисбаланс между биомассой продуцентов и консументов, что приводит к деградации экосистем.

Сейчас фитоценозы СЗ Прикаспия развиваются по полынно-эфемеровому типу. Они деградированы, фитоценотически неполночленны, экологические ниши высокопитательных растений занимают малоценные (аналоговые) виды, что свидетельствует о длительности воздействия неблагоприятных экологических факторов.

Формирование устойчивых сообществ должно базироваться на оптимизации всего агроландшафта (рис.1), с учетом произошедших климатических изменений и анализа причин деградации экосистем, с обязательным использованием долгосрочного прогноза.

Основными направлениями восстановления продуктивности деградированных сообществ являются: а) фитомелиорация по биомному типу, б) фитомелиоративная реконструкция с трансформацией в лесопастбищные угодья, в) заповедование, при которых максимально сохраняются аборигенные ресурсы и создаются условия для естественного воспроизводства потенциальных ресурсов, ранее не задействованных из-за несоответствия в системе биотоп-биоценоз.

Рис. 1. Концептуальный подход формирования устойчивых растительных

сообществ в условиях меняющегося климата

Биоценозы биомного типа. Проводится фитомелиорация ленточного и парцеллярного (консортного) типа, где корректируется состав экологических групп и осуществляется обогащение ботанического разнообразия. Сохраняется исходная структура ярусов – 2-х или 3-х ярусная.

Фитомелиоративную реконструкцию осуществляют на сильно- и среднедеградированных пастбищах, где требуется полномасштабное восстановление утраченного природно-ресурсного потенциала. Здесь конструируется мозаичность и ярусность экосистемы за счет различного сочетания состава жизненных форм, биоэкологических параметров. Создаются 2-4-х ярусные лесопастбища с учетом биоклиматических и эдафотопических условий.

Оптимизация состава флоры проводится за счет аборигенных и интродуцированных видов на основе биофитоценотических принципов, которые получили широкое признание (Т.А. Работнов, 1983; Н.Т. Нечаева, 1973, 1984; С.Я. Приходько, Г.М. Мухаммедов и др., 1981; З.Ш. Шамсутдинов, 1975, 1980, 1983). Фитомелиоранты должны обладать биоэкологической и фитоценотической устойчивостью, зоотехнической пригодностью, средостабилизирующей способностью (А.В. Семенютина, В.П. Воронина, 1999; Рекомендации…, 2002).

При создании многоярусных сообществ и подборе видового состава необходимо учитывать современные климатические тенденции, а именно: ухудшение гидротермических условий в ранневесенний период, более продолжительный (на 2-3 недели) вегетационный сезон с отсрочкой летних критических температур (24-25 0С) на 10-15 дней, гумидизацию гидротермических условий внутри лесопастбища через 3-4 года после лесомелиорации и возможность использования мезофитных и длительновегетирующих видов.

3. программно-методическая основа работы

Исследования влияния кли-матических и антропогенных факторов на пастбищные и лесопастбищные экосистемы проводились при экспедиционных, ре-когносцировочных (наземные, авиа-: АН-2, МИ) обследованиях, в наиболее опустыненных районах Терско-Кумского междуречья, Р. Калмыкии, Астраханской обл., Волгоградского Заволжья. также закладывались стационарные учетные площадки, где детально изучался растительный покров 52 пастбищных ассоциаций. Лесопастбищные экосистемы изучались в возрасте 30-40 лет: Терско-кумское междуречье 4-х ярусные с регламентированным выпасом и заповедным режимом, Богдинское Заволжье Астраханской обл. 4-х ярусное с регламентированным выпасом, Р.Калмыкия 4-х, 3-х ярусные с вольным выпасом, Волгоградская обл. 4-х ярусное с вольным выпасом.

Для изучения динамики биоклиматических ресурсов собран банк текущей и многолетней метеорологической информации по СЗ Прикаспию с использованием справочной литературы, электронных ресурсов, в рамках Генеральной схемы. За базисный период (контроль) принят период с 1881-1940 гг., когда антропогенное воздействие на природу было минимальное, а количество инструментальных наблюдений достаточно полноценное - 330 точек. Добазисный - (1881-1915 гг.) характеризуется небольшим воздействием, недостатком точек наблюдений. Послебазисный - (1940-1964 гг.) максимальная трансформация всех компонентов природной среды. Послебазисный - (1961-1981 гг.) функционирование современного природно-антропогенного ландшафта.

Для анализа влияния солнечной активности на климатические параметры региона использовались первичные данные (число Вольфа) с 1745-1985 гг. из Н.Ф. Реймерс,1999, и К.С. Кальянов, 1976, с 1986-2004 гг. из Т.А. Гендлер, 2004. Они разбивались по периодам, (за отсчет брали минимальные отметки), усреднялись по трем периодам («прошлое–настоящее–будущее»), сохраняя продолжительность «настоящего» периода. климатические данные по всем показателям осреднялись в соответствие с продолжительностью одного фактического солнечного периода. Для анализа влияния климатических параметров на СЗ Прикаспий и прогноза их изменений привлекались данные по: отклонению глобальной температуры воздуха из Б.Болин, Дж.Ягер, Б.Р. Деес, 1989; динамике уровня мирового океана из Дж. де К.Робин, 1989; динамике уровня Каспия из Р.К. Клиге, 1994; динамике годовой суммы осадков (г. Волгоград, г. Воронеж, г. Калач-на-Дону Волгоградской области, Р.Калмыкия – г. Элиста, п. Артезиан, п. Комсомольский, п. Яшкуль, п. Нарын-Худук; Форт Шевченко). Показания суммы осадков приведены к показаниям осадкомера без учета поправок на смачивание.

Изучение биоразнообразия осуществлялось методами геоботанических обследований (Общесоюзная инструкция, 1984) на пастбищах разной степени деградации и лесопастбищах с различным режимом эксплуатации. Деградация растительного покрова оценивалась 4 степенями (В.И. Петров, В.П. Воронина, 2008). На ключевых участках, на метровых учетных площадках (3-4 повторности) отчуждалась биомасса и изучались особенности поведения растений. В лабораторных условиях проводился послойный (0-15, 15-30 см и т.д.) структурный анализ, включающий определение воздушно-сухой фитомассы вида и её принадлежность к поедаемости (В.И. Петров, В.П. Воронина, 2007).

Зоотехническая оценка вида осуществлялась по стандартным показателям (А.П. Калашников, 1985) в агрохимлабораториях, также привлекались опубликованные материалы (И.П. Пенькова, 1994, 1996). Кормовые ресурсы фитоценоза рассчитывались с учетом % участия (по массе) вида и содержанием в них питательных и др. элементов.

Объектами интродукции являлись 7 перспективных видов семейства Chenopodiaceae – маревых. Коллекционный участок закладывался на светло-каштановой супесчаной почве посевом семян (95 образцов), собранных в экспедициях и полученных в рамках обмена от ВНИИК, КазНИИЛХ, по методике ВНИИ кормов (1971). Степень развития растений в интродукционном процессе оценивалась по В.И. Некрасову, 1980. Эколого-физиологические показатели, толерантность растений изучали по общепринятым методикам (Л.А. Иванов, 1950, Еремеев, 1967, Б.А. Мухаев, 1980). Урожайность и облиствленность учитывали в фазу семеношения (Н.Т. Нечаева, 1970; Л.С. Гаевская, 1980).

Методика выявления и картографирования агроклиматических аномалий. Для Российского Прикаспия агроклиматические аномалии проявляются в виде ареалов

с более гумидными или аридными агрометеорологическими условиями в закономерном ходе поясного (широтно-зонального) изменения климата - от аридного к сухому субгумидному в направлении с ЮВ на СВ (В.П. Воронина, 2000, 2001, 2009). Непродолжительное воздействие не приводит к структурным изменениям в экосистеме, поэтому расценивается как аномальное явление.


загрузка...