Оценка экологического состояния экосистем

Оценка экологического состояния экосистем

МК. Есеналиева, аспирантка, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; СГ. Чекалин, к.с.-х.н., Б А. Зимхан, магистрант, Западно-Казахстанский ГУ

Почва как важный компонент биогеоценоза выполняет ряд глобальных функций, которые по своей совокупности являются экологическим щитом биосферы [1]. По отношению к человеческому обществу почва занимает двойственную природу: с одной стороны, это физическая среда, жизненное пространство существования людей, а с другой — это экологическая основа, средство производства.

Для человека важным свойством почвы является её плодородие, величина которого в основном определяется наличием гумуса. В настоящее время в большинстве существующих агроэкосистем скорость минерализации гумуса заметно опережает интенсивность процесса гумусообразования. Этот процесс приводит к снижению почвенного плодородия, эффективности применяемых мероприятий, невысокому уровню урожаев и заметному их колебанию по годам [2]. Снижение содержания гумуса также сопровождается и интенсивной потерей содержания в ней важных элементов питания растений. Таким образом, значение экологического состояния почв позволяет выявить не только степень их антропогенной нагрузки, но и правильно решить вопрос поддержания и восстановления механизма устойчивого функционирования экосистем.

Материал и методы исследования. Исследование проводили в Западно-Казахстанской области. Структура сельскохозяйственных угодий здесь с момента освоения пахотных земель и до настоящего времени претерпела самые различные изменения. Так, если в конце 90-х гг. прошлого столетия общая площадь пашни составляла 2,03 млн га, то в настоящее время она не превышает 600 тыс. га.

С учётом особенностей природно-экономи-ческих условий территория области имеет три природно-экономических зоны [3]. Первая — степная, зона зерноживотноводческого направления сельскохозяйственной деятельности. Это наиболее влагообеспеченный район области. Годовая сумма осадков здесь составляет 280 — 290 мм, в том числе за тёплый период — 125 — 135 мм. Гидротермический коэффициент (ГТК) за период вегетации в среднем равен 0,5 — 0,6. Общая площадь земель составляет 2907,6 тыс. га.

Вторая — сухостепная зона, более засушливая, чем первая (ГТК= 0,3 — 0,5), здесь животноводческий тип деятельности преобладает над зерновым производством. Годовая сумма осадков колеблется в пределах 270 — 260 мм, в том числе за период вегетации яровых культур — 100 — 103 мм. Здесь сосредоточено 2918,2 тыс. га всех земель.

Третья — полупустынная зона, основной вид деятельности — животноводство. Сумма положительных температур воздуха выше 10°С в этой зоне

составляет 3000 — 3400°С. За тёплый период здесь выпадает 100 — 120 мм осадков, за год — немного больше — от 190 до 230 мм. ГТК равен 0,3 — 0,2. В этой зоне сосредоточено 6931,1 тыс. га всех земель.

В первой зоне в основном распространены тёмно-каштановые и каштановые почвы. На крайнем севере области незначительная площадь (около 0,5 тыс. га) представлена южными чернозёмами. По механическому составу почвы в основном тяжелосуглинистые. Для второй зоны характерны каштановые почвы, несколько уступающие по своему плодородию тёмно-каштановым. Почвенный покров третьей зоны представлен светло-каштановыми и бурыми почвами. Почти все светло-каштановые почвы данной зоны имеют чёткие признаки солонцеватости, а порой и со-лончаковатости.

Оценка экологического состояния почв проводилась по основным земледельческим административным районам области по разработанной шкале. В качестве основного индикатора состояния почв использовалось содержание гумуса в пахотном слое.

Результаты исследования. Анализ почвенно-климатических условий области показывает, что регион располагает значительным природным потенциалом для производства разнообразной сельскохозяйственной продукции, особенно зерна твёрдых и сильных пшениц. Однако стабильного роста урожаев в течение последних лет не отмечалось. Основная причина, по нашему убеждению, состоит в снижении уровня почвенного плодородия, произошедшего в результате применения упрощённых технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Так, по данным М. М. Фартушиной, содержание гумуса в пахотном слое почв за период с 1976 по 1997 г. снизилось на южных чернозёмах с 6,2 до 4,1%, на лугово-чернозёмных — с 5,8 до 3,1%, на тёмно-каштановых почвах - с 3,8 до 1,87% [4].

Низкое содержание гумуса в почве в настоящее время подтверждается данными агрохимического обследования ТОО «Кунарлылык» (табл. 1).

1. Результаты обследования пашни в ряде хозяйств Западно-Казахстанской области, га

Район Содержание гумуса,%

очень низкое <2,0 низкое 2,1 - 4,0 среднее 4,1 - 6,0

Бурлинский 304 19565 633

Зеленовский 2666 47460 335

Теректинский 3013 25248 -

Таскалинский 909 8811 -

Чингирлауский 7078 873 -

г. Уральск - 4105 -

Итого 13970 106062 968

Таким образом, фактическое состояние пахотных земель на 87,7% представлено низким содержанием гумуса, на 11,5% — очень низким и только

0,8% пахотных земель имеет содержание гумуса на уровне среднего значения.

Интенсивное использование почвы является мощным антропогенным фактором, ускоряющим развитие многих негативных почвенных процессов.

Для оценки экологического состояния почв была разработана шкала по ряду показателей, характеризующих уровень плодородия почвы (табл. 2) [5].

Из почвенных индикаторов обращает на себя внимание уменьшение количества гумуса от нормы. Отмечены участки в бедственной зоне, где гумуса остаётся меньше 25% от нормы, а в зоне Б1 его почти совсем не обнаружено. Активная микрофлора в зоне Б2 почти совсем отсутствует, в зоне Б1 её количество уменьшилось в 50 раз. В угнетённой зоне активная микрофлора уменьшилась от 10 до 50 раз. В зоне средней жизненности, или в зоне риска, тоже активность микрофлоры снижается в 5 — 10 раз. Уплотнённость почвы ненарушенных горизонтов в условно-оптимальной зоне весьма слабая, а начиная от зоны риска и до угнетённой зоны отмечено значительное уменьшение водной проницаемости горизонтов и увеличение уплотнённого слоя от 5 см до 50 см.

Меняется химизм засоления от сульфатно-карбонатного до хлоридного. Увеличивается индекс суммарного загрязнения (71 мг/кг). По Саету, показатель индекса загрязнения, равного или больше 128 мг/кг, говорит о сильном загрязнении территории.

За основной критерий оценки почвы по районам было использовано содержание гумуса в почве целины. По фактическому содержанию гумуса в почве был определён процент его содержания от уровня целинного состояния, что впоследствии явилось основным значением для оценки критерия экологического состояния почв (табл. 3).

Экологическая устойчивость и продуктивность пашни может быть повышена за счёт совершенствования и внедрения адаптивных экологически и экономически выгодных севооборотов.

В настоящее время практически повсеместно произошёл отказ от традиционных технологий возделывания культур, а принцип минимализации стал одним из основополагающих приёмов. В то же время использование только отдельных элементов технологии не приводит к рациональному использованию природных и производственных ресурсов. Учитывая это для северных и центральных регионов области в лучших агроэкологических условиях, приоритетное направление должны иметь почвозащитные зернотравяные системы земледелия с учётом таких нагрузок на ландшафт, которые обеспечивали бы устойчивое и продуктивное его функционирование. В данном случае должна рассматриваться природоохранная направленность посевов с использованием многолетних трав, которые являются не только источником полноценных дешёвых кормов, но и успешно позволяют решать восстановление утраченного плодородия почвы.

3. Экологическое состояние агроэкосистем по районам Западно-Казахстанской области

2. Основные индикаторы оценки экологического состояния экосистем

Зона экологического состояния

Экологиче- Экологический Экологический Экологическое бедствие (Б) -

Показатель ская норма риск (Р), или слабое кризис (К), сильное опустынивание

(Н) - условно-оптимальное состояние опустынивание или среднее опустынивание Б1 - зона бедствия Б2 - зона истинного бедствия

Содержание гумуса > 90 70 - 90 30 - 70 < 25 -

в % от нормы

Активная микробная биомасса (снижение, число раз) <5 5 - 10 10 - 50 >50 (полное отсутствие) 100

Уплотнённость нет или слабая уменьшение водной уменьшение во- мощный прочный разрушение

почвы проницаемости дной и корневой непроницаемый генетических

ненарушенных верхнего слоя по- проницаемо сти горизонт или горизонтов

горизонтов чвы (5 см) мощного слоя почвы (50 см) полностью разрушены генетические горизонты

Химизм засоления сульфатно-карбонатный хлоридно-сульфатный сульфатно-хлоридный хлоридный хлоридный

Содержание легко- <0,5 0,5 - 1 1 - 2 5 >5

растворимых солеи

Содержание тяжёлых Си, N1, Ее, Мп Си, Ее, 7п, Мп, N1 Мп, 7п, РЬ, Са, Ее Мп, рь, N1, са са, РЬ. Си,7п

металлов (элементы

в порядке приоритетности)

Индекс суммарного 2 - 8 16 - 32 40 - 120 128-230 344 - 701

загрязнения

Площадь вторично < 50 50 - 100 100 -200 > 200 - 300 > 300

засолённых и забо-

лоченных почв, % от

орошаемых

Площадь подвижных <5 5 - 15 15 -25 >30 100

песков, % площадь

Задернованно сть > 40 20 - 40 10 -20 <5 0

песчаных почв, %

площадь

Площадь язв < 10 10 - 20 20 - 30 > 40 80

дефляции, %

Глубина ветровой < 10 10 - 25 25 - 50 >50 от 80 до 100

эрозии,%

Район Зона экологического состояния

экологическая норма экологический риск, или слабое опустынивание экологический кризис, или среднее опустынивание экологическое бедствие, или сильное опустынивание

зона бедствия зона истинного бедствия

Индикатор содержания гумуса в % от нормы >90 70 - 90 30 - 70 <25 -

Бурлинский - 13677 6825 - -

Зеленовский - 34379 24187 - -

Теректинский - 8416 19845 - -

Таскалинский - 806 8914 - -

Чингирлауский - - 66849 - -

Итого, га - 57278 126620 - -

Итого, % - 31,1 68,9 - -

В южных регионах сухостепной и полупустынной зон производство зерновых и зернофуражных культур необходимо осуществлять только для внутреннего потребления. Доминирующей в этом

регионе должна быть сенокосно-пастбищная система земледелия с консервирующим видом залужения антропогенно-нарушенных кормовых угодий.

Выводы. Экологическая устойчивость экосистем должна быть основана на следующих положениях:

1. Оптимизации структуры ландшафтно-земельного фонда и её решения с учётом предотвращения процессов опустынивания и деградации земель.

2. Восстановление ландшафтного разнообразия, создание единого природного каркаса территории, обеспечивающего поддержание экологического равновесия в регионе для хозяйств любой формы собственности.

3. Разработка целенаправленной программы по борьбе с водной и ветровой эрозией в очагах их наибольшей вредоносности, стабилизации и воспроизводству органического вещества на пашне, за счёт расширения площадей посева многолетних трав.

4. Создание адаптивно-ландшафтных систем земледелия, в максимальной степени учитывающих особенности природных ландшафтов (рельефа местности, почвенного и растительного покрова, биоклиматического потенциала).

Литература

1. Ковда В.А. Биохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. 456 с.

2. Суербаев Р.Х. Экологическое состояние окружающей среды Западно-Казахстанской области // Экология и степное природопользование. Уральск, 2005. С. 21 — 27.

3. Система ведения сельского хозяйства Западно-Казахстанской области. Уральск, 2004. 276 с.

4. Фартушина М.М. Экологическая оценка состояния экосистем Западно-Казахстанской области / Экология и степное природопользование. Уральск, 2005. С. 31 — 55.

5. Чекалин С.Г., Фартушина М.М., Кайсагалиева Г.С. Экологическая устойчивость экосистем // Наука и образование в глобальном мире: матер, междунар. науч.-практич. конф. Уральск, 2017. С, 200-203.