CC BY
36УДК 577.4: 502.205
БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РЕСТАВРАЦИИ ДЕГРАДИРОВАННЫХ СТЕПНЫХ И ПУСТЫННЫХ ЭКОСИСТЕМ
З.Ш. Шамсутдинов1, Н.З. Шамсутдинов2
1. Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт кормов имени В.Р. Вильямса РАСХН, Россия, 141055,
Московская область, Лобня, Научный городок, aridland@mtu-net.ru
2. Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации РАСХН, Россия, 127550,
Москва, ул. Большая Академическая, 44
Чрезмерное экологически ненормированное воздействие антропогенных и техногенных факторов вызвало разрушение полукустарниково-травяных и травяных экосистем на значительной территории пустынной и степной зон в аридных районах Центральной Азии и России. Эти негативные процессы привели к обеднению флористического состава и упрощению ценотической структуры указанных экосистем, увеличению числа редких и исчезающих видов растений и развитию процессов опустынивания. В этой связи разработка биогеоценотически обоснованных методов восстановления биоразнообразия и продуктивности деградированных пустынных и степных экосистем в настоящее время стала одной из важнейших задач науки и практики.
Биогеоценотические основы экологической реставрации пустынных и степных экосистем [8—12]
Анализ многолетнего агрономического и лугопастбищного опыта показывает, что в основу исследований и разработок, направленных на решение проблем экологической реставрации деградированных пустынных и степных экосистем, должны быть положены зональные схемы био-геопенотических структур и на этой основе разработаны методы экологической реставрации нарушенных пустынных и степных экосистем:
• Принцип флористической и ценотической неполночленности пустынных и степных экосистем и его значение для обоснования возможности их экологической реставрации
Естественные пустынные и степные экосистемы аридных зон Центральной Азии и России, занимающие громадные площади, характеризуются флористической и ценотической неполно-членностыо. Согласно Л.Е. Родину [7], современные аридные экосистемы без исключения — это вторичные антропогенные образования. Видовая и ценотическая негюлночленность пустынных и степных экосистем выражается в сравнительно упрощенной структурной организации, обеднен н ости ботанического состава травостоя, низкой заполненности органами растений биогоризонтов растительных сообществ. Вследствие этого в таких сообществах экологические ниши сужаются, остаются нереализованными потенциальные возможности фитоценозов к производству максимально возможного количества органического вещества в данных условиях.
Положение о наличии экологических резервов и ресурсов, не используемых флористически и цено-тически неполночленными пустынными и степными пастбищными экосистемами, экспериментально обосновано в ряде наших работ [9, 10, 11,13, 14|. Экологическая реставрация нарушенных пустынных и степных экосистем на основе использования поликультур, т. е. использование для восстановления их структуры и продуктивности смесей зонально типичных кустарников, полукустарников и трав, способных к более полному использованию материально-энергетических ресурсов аридных земель, которые в последующем могут сами создавать новые экологические ниши для других организмов.
Представление о флористической и ценотической неполночленности пастбищных экосистем и в этой связи наличие неосвоенных экологических ниш и неиспользуемых материально-энергетических ресурсов является важным, мобилизующим экологическим принципом, имеющим общезональное значение для проведения работ по экологической реставрации нарушенных пустынных и степных экосистем [9, 10, 11, 13].
• Принцип соответствия эколого-ценотических конструкций восстанавливаемых пустынных и степных экосистем зональным типам естественных биогеоценотических структур
Биогеоценоз является элементарной самовоспроизводящейся экологической системой биосферы, в которой протекают основные процессы трансформации вещества и энергии, замыка-
ются узлы экологических связей и совершаются основные акты биопродукционного процесса [1, 2, 4, 6, 7]. Каждой природной зоне присущ свой зональный тип биогеоценоза [1]. Именно зональный тип биогеоценоза как взаимосвязанный комплекс живых организмов и абиотической среды данного естественно-исторического района обеспечивает максимальный выход биомассы и накопления энергетических ресурсов на единицу площади [2].
Основным носителем зонального типа биогеоценотической структуры, согласно Г.М. Зозули-ну [2], является жизненная форма растений.
Основной жизненной формой растений для пустынных экосистем является жизненная форма «полукустарник» (виды родов Artemisia, Kochia, Camphorosma, Salsola, Halothamnus, Eurotia).
В сухой степи и дерновинно-злаковой степи преобладают гаготнодерновинные травы, а для луговых степей характерны рыхлодерновинные и короткокорневищные злаки и осоки. К плотно-дерновинным относятся житняк пустынный (Agropyron desertorum (Fisch, ex Link) Schult.), житняк широкополосный (A. pectinatum (Bieb.) Beauv.), келерия стройная (Koeleria gracilis (L.) Pers.) ковыль перистый (Stipa pennata L.), ковыль красивейший (Stipa pulcherrima C. Koch.), ковыль Jlec-синга (S. lessingiana Frin. et Rupr), типчак валлийский (Festuca valesiaca Gaud.), типчак скальный (Festuca rupicola Heuff.).
Крыхлодерновинным и коршкокорневищным злакам относятся ежа сборная (Dactylisglomerata L.), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub.), кострец береговой (B.riparius Rehm.), мятлик луковичный (Poa bulbosa L.), осока низкая {Careх humilis Leyss.), осока узколистная (Carex stenophylla Wahlenb.).
Принятые в качестве элементов модели различные зонально типичные жизненные формы растений послужили основой моделирования самовозобновляемых, экологически устойчивых, высокопродуктивных кормовых агробиоценозов на месте деградированных пустынных и степных экосистем.
• Принцип адаптивной стратегии растений и его значение для обоснования возможности экологической реставрации пустынных и степных экосистем
В процессе формирования современных биоценозов шел отбор видов растений, способных существовать в условиях среды, проявляющей периодическую изменчивость как в годовом, так и в суточном цикле. У каждого вида образовалась совокупность приспособлений - своя особая адаптивная стратегия, обеспечивающая виду возможность обитать совместно с другими организмами и занимать определенное положение в соответс гвующих биоценозах [5]. Л.Г. Раменский [6| выделил три типа стратегии у растений: виолен гы, патиенты и эксплеренты. Аналогичные типы стратегии жизни выделил J. Grime [16,17], назвав и присвоив им соответствующие символы: конкуренты (С), стресстолеранты (S) и рудералы (R).
Отсюда следует вывод, имеющий важное значение для практики экологической реставрации деградированных земель: если мы выдвигаем в качестве основной цели при экологической реставрации в пустынной и степной зонах достижение восстановления зонального флороценотичес-кого биоразнообразия и продуктивности, то должны достичь оптимизированного фитоценоти-ческого баланса путем максимальной реализации потенций разных типов адаптивной стратег ии растений на основе усиления дифференциации экологических ниш и использования при формировании узловых сообществ взаимодополняющих их признаков и свойств.
• Принцип дифференциации экологических ниш и взаимной дополняемости видов в фитоценозах и его значение для обоснования возможности экологической реставрации нарушенных пустынных и степных экосистем
Следующий важный принцип биогеоценологии, который имеет существенное методологическое значение для обоснования возможности экологической реставрации нарушенных пустынных и степных экосистем - это использование концепции дифференциации экологических ниш и взаимной дополняемости видов в процессе формирования узловых пустынных и степных экосистем.
Дифференциация экологических ниш в процессе сукцессионного формирования полночленных пустынных и степных экосистем возможна за счет совмещения разных жизненных форм растений с разным типом распределения корневых систем в почве и надземной части в воздушной сфере, с разной потребностью в элементах минерального питания, с разной потребностью в свете, с разной способностью усвоения труднодоступных форм почвенной влаги, фосфора и калия, с разной феноритмикой.
В наших работах [9, 10—13, 15, 18J было экспериментально обосновано положение о том, что более полное освоение фундаментальной экологической ниши и интенсификация использования ресурсов среды достигаются в тех пустынных и степных экосистемах, которые смоделированы по типу зональных биогеоценотических структур и состоят из смеси экологически и биологически различающихся жизненных форм растений, типичных для данной зоны. Именно в таких экосистемах наиболее полно реализуется принцип взаимной дополняемости видов кормовых растений на основе ярусного, сезонного, функционального, сукцессионного и флуктационного типов дифференциации экологических ниш [10, 11, 13, 15].
На основе широкого использования фундаментальных принципов биогеоценологии — флористической и ценотической неполночленности существующих фитоценозов, соответствия эко-лого-ценотической конструкции восстанавливаемых пустынных и степных экосистем зональным типам естественных биогеоценотических структур, типов адаптивной стратегии растений, дифференциации экологических ниш и взаимодополняемости экологически и биологически различающихся видов в сообществах, разработаны эффективные методы ускоренной экологической реставрации нарушенных экосистем в пустынной и степной зонах Центральной Азии и России: • Методы экологической реставрации нарушенных пустынных и степных экосистем: Разработка методов экологической реставрации деградированных пустынных экосистем проводилась в пустыне Карнабчуль на левобережье реки Заравшан (Узбекистан), на высоте 310 м над ур. м. Господствующий тип почвы - светлые сероземы, переходящие в серобурые почвы.
Почвы — легкие суглинки, слабо засоленные. Среднегодовая температура воздуха в пустыне Карнабчуль равна 16 °С, в июле достигает 40 °С. Годовая сумма осадков 180—250 мм.
Схема опыта включала разработку методов экологической реставрации на основе создания ве-сенне-летних, осенне-зимних пастбищных экосистем на месте деградированных кормовых угодий.
Экологическая реставрация деградированных пустынных экосистем на основе создания весенне-летних пастбищных экосистем
Весенне-летняя пастбищная экосистема была создана посевом смеси семян Kochia prostrata (30%), Camphorosma lessingii (25%), Eurotia ceratoides (25%) и Poa bulbosa (20%) в полынно-эфе-меровой пустыне Карнабчуля (Госплемзавод «Карнаб», Узбекистан). Посев был произведен 10 декабря в предварительно подготовленную почву по снежному покрову. В конце марта были получены дружные всходы всех высеянных кормовых растений.
На рис. 1 представлена продуктивность пастбищной экосистемы, где в течение 6 лет наблюдается увеличение продуктивности кормовой массы. Максимальный урожай многокомпонентное пастбище накапливает на 5—6-й годы жизни. Резкое увеличение кормовой массы происходит со второго года жизни растений, когда пастбищная экосистема рекомендуется к использованию. В структуре урожая наблюдается неравномерное распределение кормовой массы между видами растений, причем наибольший урожай приходится на долю Kochia prostrata. Если общий урожай кормовой массы пастбищной экосистемы в среднем за пять лет составляет 2,0 т/га, то из них 1,4 т/га (70,4%) приходится на долю популяций Kochia prostrata.
Одна из характерных особенностей весенне-летних пастбищных экосистем — быстрое нарастание кормовой массы в весенний период. К середине апреля, в зависимости от складывающейся метеорологической ситуации, многокомпонентное пастбище накапливает от 0,5 до 0,65 т/га сухой кормовой массы, урожайность природных пастбищ к этому периоду в засушливые годы не превышает 0,01, в благоприятные по увлажнению — 0,3 т/га сухой массы.
В последующие месяцы урожайность весенне-летней пастбищной экосистемы увеличивается. К середине мая данная пастбищная экосистема накапливает, в зависимости от конкретно складывающихся метеорологических условий, от 50 до 80% корма по отношению к общему урожаю в конце лета. Кормовые кустарники, полукустарники и травы различаются по интенсивности накопления кормовой массы по месяцам. Так, интенсивное формирование кормовой массы Kochia prostrata в основном отмечается до конца июня (60—80%), затем оно замедляется. У Camphorosma lessingii наблюдается обратная картина: до середины лета (до конца июня) кормовая масса нарастает медленно, в последующие месяцы заметно усиливается. Такая взаимодополняемость обеспечивает равномерное распределение подножного корма на весенне-летних пастбищных экосистемах, полноценное и равномерное кормление овец в весенне-летний период.
2,50
о о го
о
0
X
1
2,00
1.50
1,00
0,50
0,00
в Роа bulbosa nEurotia ceratoides ш Camphorosma lessingii aKochia prostrata
0,11.
.0,06-,
0,03
0J1 •"•0,22:
0,05
muí
0,32
1,35 :■
0,03
0,63
1,11
,-0,11-,
ÍO02Í
0,41
:0,42:
0,17-
0,17 пни I
•0.97-/
г-0,14-
Ё0Ж lililí 0,29
1,62
1-й 2-й 3-й 4-й 5-й годы
1,84
Рисунок 1. Урожайность весенне-летней пастбищной экосистемы из смеси Kochiaprostrata, Camphorosma lessingii, Eurotia ceratoides, Poa bulbosa, т/га сухой кормовой массы в пустыне Карнабчуль
Экологическая реставрация деградированных пустынных экосистем на основе создания осенне-зимних пастбищных экосистем
Для формирования такого типа пастбищной экосистемы использовались следующие виды кормовых растений: кустарник Haloxylon aphyllum — 15%+Halothamnus subaphylla — 20%+Artemisia halophila — 35+Salsola orientalis — 30%.
Посев проводился в середине февраля в полынно-эфемеровой пустыне в Госплемзаводе «Кар-наб» Самаркандской области Республики Узбекистан.
Следует отметить, что осенне-зимняя пастбищная экосистема характеризуется сложным строением, состоит из 5 синузий, различающихся как в надземной, так и в подземной сфере. В возрасте 7 лет высота Haloxylon aphyllum (саксаул черный), составляющего первую синузию, достигает 400—450 см высоты при диаметре кроны 320—350 см. Корневая система мощная и глубокопроникающая (до 12 м), в горизонтальном направлении распространяется в зависимости от механического состава слоев почвогрунта от 2,5 до 5,0 м. На глубине 1 м главный корень делится на несколько корней первого порядка. Второе деление, уже от корней первого порядка, происходит на глубине 450—600 см. Здесь и ниже встречается множество живых всасывающих корешков, иногда образующих сплошные войлочно-подобные скопления. В то же время в более сухом 0-450 см слое встречаются мелкие корневые волоски. Корни саксаула черного, достигающие грунтовых вод, распадаются на большое количество мелких корней.
Высота Halothamnus subaphylla (солянка малолистная), представляющая вторую синузию, 120—140 см. Корневая система достаточно мощная, проникает в почвогрунт довольно глубоко — До 750 см. На глубине 50—60 см главный корень делится на два корня первого порядка, которые на глубине 3—4 м распадаются на несколько корней второго порядка. До глубины 350—400 см корни Halothamnus subaphylla почти голые, с незначительным количеством мелких нитевидных корней. В слое 450—650 см выделено значительное количество всасывающих корешков.
Синузия полукустарника Salsola orientalis (солянка восточная) в надземной сфере занимает в высоту 50—60 см, по ширине куста 40—45 см. Корни мощные, в горизонтальном направлении распространяются на 200 см. На глубине 1 м главный корень распадается на 3 ветви, каждая из которых несет по 4-5 мелких корней светло-коричневого цвета, от которых отходит большое количество всасывающих корешков, представляющих собой рабочую часть корневой системы.
Полукустарник Artemisia halophila (полынь солелюбивая) составляет четвертую синузию. Высота его особей в изученной пастбищной экосистеме доходит до 35—40 см при диаметре куста 40—45 см. Корневая система проникает до 110 см, в горизонтальном направлении распространяется на 150 см. На глубине 15—20 см распадается на 4 ветви, несущие большое количество мелких корней второго и третьего порядков. Основная масса корней (до 85%) находится в слое 15—80 см.
Синузия травяных растений представлена большим количеством эфемероидов, доминируют Роа bulbosa (мятлик луковичный), эфемеров — Bromus tectorum (костер кровельный), Malcolmia turkestanica (четыр); высота особей 20—25 см. Корни мятлика луковичного и костреца кровельного мочковатые, образуют плотный дерн на поверхности почвы (0—5 см), достигают 25 см. Основная масса корней находится в слое 0—15 см.
Корни малькольмии проникают на глубину 45 см. Деление корня на 7—8 ветвей происходит у корневой шейки. Корни твердые, но сочные, светло-коричневого цвета. В нижней части корни делятся на 2—3 тонких корешка.
Таким образом, кустарники, полукустарники и травы, занимая различные экологические ниши в надземной части пастбищной экосистемы и в эдафической сфере, дополняют друг друга, что свидетельствует о более полном использовании ими материально-энергетических ресурсов.
Осенне-зимние пастбищные экосистемы, включающие различные жизненные формы кормовых кустарников, полукустарников и трав, характеризуются высокой и устойчивой урожайностью кормовой массы по годам и сезонам года.
На рис. 2 представлены данные, характеризующие продуктивность в осенне-зимних пастбищных экосистемах, созданных из смеси Haloxylon aphyllum, Halothamnus subaphylla, Salsola orientalis, Artemisia halophila.
со s
2,50
a Artemizía halophila eb Salsola orientalis m Halothhamnus subaphylla □ Haloxylon aphyllum
0,07
3-й 4-й 5-й 6-й 7-й 9-й 10-й _годы_
Рисунок 2. Урожайность осенне-зимней пастбищной экосистемы, созданной из смеси Haloxylon aphyllum, Halothamnus subaphylla, Salsola orientalis, Artemisia halophila, т/га сухой кормовой массы в пустыне Карнабчуль
Из его данных видно, что уже через 3 года после сева урожайность этого типа пастбищной экосистемы в 2 раза выше, чем естественных пустынных пастбищ. В возрасте 4—6 лет формирование кормовой массы стабилизируется. Максимальная урожайность, осенне-зимней пастбищной экосистемы наблюдается на 9—10 году жизни (2,2—2,6 т/га сухой массы). Доля участия кормовых растений в общей кормовой продукции пастбищной экосистемы зависит от вида и жизненной формы растений. Наиболее урожаен кейреук (Salsola orientalis), на долю которого, в зависимости от возраста и метеорологических условий года, приходится 11,6—59,4% подножного корма. Значительным колебаниям подвержена урожайность Halothamnus subaphylla и Artemisia halophyla. Снижение урожайности Halothamnus subaphylla на 5 и 7 годах жизни связано с повсеместным повреждением этого полукустарника ржавчиной.
Если Halothamnus subaphylla и Salsola orientalis способны быстро накапливать кормовую массу в первые же годы жизни (2-4 год), то у Haloxylon aphyllum формирование урожая кормовой массы в данной пастбищной экосистеме идет значительно медленнее. В зависимости от возраста и метеорологических условий, оказывающих большое влияние на показатели роста и накопление кормовой массы, на долю Haloxylon aphyllum приходится от 3,6 до 28,1% урожая пастбищной экосистемы.
Присутствие в осенне-зимней пастбищной экосистеме полукустарников (Salsola orientalis, Artemisia diffusa, Halothamnus subaphylla) делает эти пастбища превосходными для выпаса овец в осенне-зимний период. В свою очередь, Haloxylon aphyllum служит удовлетворительным кормом осенью и предохраняет овец от зимней стужи и сильных ветров.
Анализируя результаты онтогенеза и фитоценотические взаимосвязи между различными жизненными формами растений в процессе сукцессионного экологического восстановления биоразнообразия и продуктивности деградированных земель, следует отметить, что типичные для условий пустыни кустарники и полукустарники в культуре отличаются быстрым ростом и развитием, ранним и дружным вступлением в генеративную фазу, интенсивным плодоношением.
Процесс формирования структуры особей кустарников и полукустарников идет, в общем, так же, как и в природе. Отлична лишь продолжительность отдельных периодов развития. В частности, в условиях культуры, сокращается период от всходов до цветения. Формирование скеле тных осей происходит более дружно, благодаря чему кусты имеют правильную форму, хорошо обрастают однолетними побегами и дают большой урожай кормовой массы и семян. Сокращается старческий период, так как в результате дружного массового плодоношения процесс отмирания всех скелетных осей идет одновременно.
Анализ размещения надземных органов в сложных кустарниково-полукустарниково-тра-вяных экосистемах показал, что кроны кустарников, как правило, не перекрывают друг друга, а лишь иногда соприкасаются.
Корневые системы кустарников, полукустарников и трав созданных пастбищных экосистем осваивают почвенную среду более полно. В размещении корневых систем хотя и наблюдается приуроченность корней различных жизненных форм к разным глубинам, но имеет место значительное захождение корневых систем одних видов в почвенные слои, занятые другими видами.
В структуре весенне-летних и осенне-зимних пастбищных экосистем наблюдается мозаич-ность, приуроченность крон к разной высоте надземного пространства, что позволяет избегать затенения и лучше уживаться в пастбищной экосистеме растениям различных жизненных форм. При этом проективная полнота в разных группировках колеблется в пределах от 45 до 65%. Перекрытие бывает незначительным (3—10%).
Полевые эксперименты по разработке методов экологической реставрации деградированных сухо-степных экосистем проводились на территории ОПХ «Ленинское» Черноярского района Астраханской области. Почвы опытного участка — светло-каштановые, солонцеватые, тяжелосуглинистые. Климат континентальный, засушливый. Годовая сумма осадков — 250—350 мм. Схема опыта предусматривала разработку методов экологической реставрации деградированных степных экосистем на основе создания пастбищных экосистем весенне-летнего типа: полукустарники (прутняк стелющийся, камфо-росма Лессинга, терескен серый) — 50% + многолетние злаковые (житняк ширококолосный, мятлик луковичный — 30% + бобовые травы (астрагалы) — 20%; пастбищные экосистемы осенне-зимнего типа: полукустарники (прутняк простертый, камфоросма Лессинга, терескен серый) — 80% + многолетние злаковые травы (житняк ширококолосный, мятлик луковичный, типчак скальный, типчак валлийский, келерия стройная, ковыль перистый) — 20%; пастбищные экосистемы круглогодового
использования: кустарники (джузгун) - 20% + полукустарники (прутняк стелющийся, камфоросма Лессинга, терескен серый) - 65% + многолетние злаковые травы (житняк ширококолосный, мятлик луковичный, типчак скальный, типчак валлийский, келерия стройная, ковыль перистый) — 15%.
Подготовка почвы под опыты на деградированных пастбищных землях проводилась путем полосной основной обработки почвы на глубину 18-20 см с одновременным боронованием. Посев семян проводили в декабре при заделке семян кормовых полукустарников на глубину 0,5—1,0 см, многолетних трав — 1,0—3,0 см.
Нормы высева семян: пругняк стелющийся - 3 кг/га, терескен серый - 2-3 кг/га, камфоросма Лессинга — 3 кг/га, злаковые травы (мятлик луковичный, житняк ширококолосый, типчак валлийский) — 12—15 кг/га в расчете на 100% хозяйственную годность семян.
Данные таблицы 1 показывают, что высев смеси зонально типичных доминантных видов многолетних злаковых трав и некоторых кормовых полукустарников обеспечивает восстановление кормовой продуктивности деградированных сухостепных экосистем.
Если продуктивность целинных естественных полынно-травяных экосистем сухих степей составляет не более 0,5 т/га сухой фитомассы, то в разных вариантах опыта по восстановлению их продуктивности составляет 2,6—3,0 т/га сухой фитомассы.
Для сохранения продуктивного долголетия восстановленных сухостепных пастбищных экосистем необходимо регламентировать процесс их эксплуатации. Наряду с применением системы пастбищеоборотов важным критерием является величина допустимого ежегодного отчуждения растительности, которая составляет не более 70% всей хтродуцируемой годичной надземной фитомассы. Исходя из этой нормы и нормы суточной потребности овец в корме (Методическое пособие..., 1995), рассчитаны емкость и нагрузка на пастбищные экосистемы, которые не нарушают процесс ежегодного возобновления и нормального формирования фитомассы (табл. 2).
Таблица 1.
Продуктивность восстановленных сухостепных пастбищных экосистем на основе высева смеси зонально типичных доминантных видов кормовых растений
Тип пастбищной экосистемы Надземная фитомасса, т/га Сухая кормовая масса, т/га Сырой протеин, кг/га Удельная энергоемкость, МДж/га, ОЭ Сбор энергии, ГДж/га, ОЭ
1. Пастбищная экосистема весенне-летнего типа (полукустарники — 50% + многолетние злаковые травы — 30% + бобовые травы - 20%) 2,6 2,0 272 8,85 17,73
2. Пастбищная экосистема осенне-зимнего типа: (полукустарники 80% + многолетние злаковые травы — 20%) 2,8 2,2 314 9,01 19,80
3. Пастбищная экосистема круглогодового использования (кустарники - 20% + полукустарники 65% + многолетние злаковые травы — 15%) 3,0 2,4 341 9,04 21,54
4. Естественное полынно-травяное пастбище (контроль) 0,5 0,4 51,2 8,07 3,48
Таблица 2.
Емкость и нагрузка восстановленных пастбищных экосистем путем высева смеси доминантных видов кормовых растений
Тип пастбищной экосистемы Сбор энергии, МДж/га оэ Потребность оыец в корме, МДж/гол. Коэффиц. допустим, использования (Кд) Емкость 1 га пастбища, гол.-дней Продолжительность выпаса, дни Нагрузка на пастбище, гол./га
годовая суточ.
1. Пастбищная экосистема весенне-летнего типа (полукустарники — 50% + многолетние травы - 30% + бобовые травы — 20%) 17734 6093 16,7 0,70 744 270 2,8
2. Пастбищная экосистема осенне-зимнего типа (полу-пустарники - 80% + многолетние злаковые травы — 20%) 19804 6092 16,7 0,70 831 270 зд
3. Пастбищная экосистема круглогодового использовния (кустарники - 20% + полукустарники - 65% + многолетние злаковые травы - 15%) 21498 6092 16,7 0,70 902 270 3,3
4. Естественное полынно-травяное пастбище (контроль) 3484 6092 16,7 0,70 146 270 0,5
Данные табл. 2 свидетельствуют, что все пастбищные экосистемы, созданные на основе высева смеси доминантных видов растений, в 5,6—6,6 раза превосходят естественные пастбищные экосистемы по емкости и допустимой нагрузке, что, в свою очередь, соответственно может обеспечить увеличение выхода животноводческой продукции с единицы площади.
Увеличение продуцируемой пастбищными экосистемами фитомассы оказывает позитивное влияние на мелиоративное состояние почв. Расчеты показывают, что при режиме полной нагрузки на восстановленные пастбищные экосистемы ежегодное поступление органических веществ в почву увеличивается по сравнению с естественными ценозами в 1,4—2 раза и за десятилетний период составляет 9—13 тонн на один гектар (табл. 3).
В аридных районах, где отсутствуют обширные лесные массивы, основным объектом, поглощающим атмосферную углекислоту, является пастбищная растительность. Расчеты показали, что 1 гектар пастбищной экосистемы в пустынной и сухостепной зоне поглощает за день около 20 кг
атмосферной углекислоты, что за сезон составляет около 2—2,5 тонн. Учитывая, что продуктивность восстановленных многовидовых пастбищных экосистем в несколько раз превышает таковую естественных пас гбищ, а длительность активной вегетации кормовых полукустарников более чем в 1,5 раза превышает длительность вегетации естественной растительности, объем поглощаемой ими углекислоты может достигать 6—8 тонн за 1 год.
Таблица 3.
Поступление органического вещества в почву в системе восстановленных пастбищных экосистем
путем высева смеси доминантных видов кормовых растений
Тип пастбищной экосистемы Ежегодное накопление фитомассы, кг/га
надземная подземная (в верхнем метровом слое почвы) всего за год всего за 10 лет
1. Пастбищная экосистема весен-не-летнего типа (полукустарники - 50% + многолетние злаковые травы — 30% + бобовые травы — 20%) 557 381 938 9380
2. Пастбищная экосистема осенне-зимнего типа: (полукустарники — 80% + многолетние злаковые травы — 20%) 603 606 1209 12090
3. Пастбищная экосистема круглогодового использования (кустарники — 20% + полукустарники — 65% + многолетние злаковые травы —15%) 622 678 1300 13000
4. Естественное по-лынно-травяное пастбище (контроль) 108 552 660 6600
Заключение. Предлагаемые методы экологической реставрации деградированных пустынных и степных пастбищных экосистем с использованием зонально типичных, экологически специализированных видов - ксерофитов, галофитов, псаммофитов, принадлежащих к разным жизненным стратегиям (С, 5, К- виды), являются принципиально новым подходом, в полной мере отвечающим биогеоценотическим, биосферным требованиям и хозяйственным интересам.
Опираясь на фундаментальные принципы биогеоценологии путем использования отобранных зонально-типичных жизненных форм и видов кормовых растений, разработаны методы ускоренной экологической реставрации деградированных пастбищных экосистем. Предлагаемые методы экологической реставрации деградированных пастбищных земель на основе комбинации доминантных видов разных типов адаптивных стратегий, дифференциации экологических ниш и взаимодополнения растений в процессе формирования узловых пастбищных экосистем на месте деградированных пустынных и степных экосистем строятся по схеме структурно-функцио-нальной организации зональных типов естественных биогеоценотических структур.
Биогеоценотически обоснованные методы экологической реставрации реализуются путем формирования весенне-летних, осенне-зимних и круглогодовых самовозобновляющихся пастбищных экосистем на месте деградированных пустынных и степных экосистем.
По сравнению с применяемыми в настоящее время агротехнологиями, предлагаемые методы экологической реставрации имеют ряд экологических, экономических и социальных преимуществ:
• Экологические преимущества заключаются в том, что обеспечивают восстановление зонально типичного биоразнообразия деградированных пустынных и степных экосистем по аналогии естественных флористически и ценотически полночленных зональных типов биоценозов, что многократно увеличивает природоохранную эффективность предлагаемых методов экологической реставрации. В результате прекращаются процессы деградации почв и опустынивания аридных территорий и восстанавливаются оптимальные параметры окружающей человека среды.
• Экологическая реставрация на основе формирования весенне-летних, осенне-зимних и круглогодовых пастбищных экосистем путем высева смеси зонально типичных доминантных видов является агроэнергетически эффективной: полученные данные показывают, что агро-энергетический коэффициент составляет 21—23 (при сроке эксплуатации 10 лет). Это означает, что энергетическая стоимость продукции восстановленных пастбищных экосистем за этот срок в 21—23 раза превышает затраты на их создание и поддержание.
• Позволяет получить экономическую выгоду: до проведения работ по восстановлению деградированных пастбищных экосистем урожайность в пустынной зоне составляет 0,15—0,30 т/га, в сухостепной зоне 0,35—0,50 ц/га сухого вещества. После проведения мероприятий экологической реставрации продуктивность пустынных и степных экосистем возрастает в 5—8 раз.
• Совокупность позитивных изменений (восстановленное биоразнообразие, повышенная продуктивность некогда бесплодных земель, оптимизированная окружающая среда) создают фундаментальные биологические, экологические и научно-организационные предпосылки для экологически ориентированного управления пустынными и степными экосистемами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Залетаев B.C. Жизнь в пустыне. - М.: Мысль, 1976. - 271 с.
2. Зозулин Г.М. Научные и практические аспекты использования ландшафтов как эталонов природы // Человек и биосфера. — Ростов: Изд-во Ростов, гос. ун-та, 1977. — 336 с.
3. Методическое пособие по агроэнергетической и экономической оценке технологии и систем кормопроизводства. — М., 1995. — 174 с.
4. Миркин Б.М. Теоретические основы современной фитоценологии. - М.: Наука, 1985. — 136 с.
5. Работнов Т.А. Фитоценология. - М., 1983. - 296 с.
6. Раменский Л.Г. Введение в комплексное почвенно-геоботаническое исследование земель. — М.: Сельхозгиз, 1938. - 620 с.
7. Родин Л.Е. Продуктивность пустынных сообществ // Ресурсы биосферы. — Л.; М.: Наука, 1975.-Т. 1.-С. 128-166.
8. Сукачев В.Н. Основы лесной биогеоценологии / Под ред. Д.В. Дылис. — М.: Наука, 1964. — 517 с.
9. Шамсутдинов З.Ш. О теории и практике фитомелиорации пустынных пастбищ // Проблемы освоения пустынь. - 1979. - № 6. - С. 27-37.
10. Шамсутдинов З.Ш. Эколого-фитоценотическое обоснование фитомелиорации пустынных пастбищ// Вестн. с.-х. науки. - 1988. - № 12. - С. 30-37.
11. Шамсутдинов З.Ш. Мировой опыт биологических мелиораций и перспективы их использования в устойчивом развитии пастбищного хозяйства Западного Прикаспия // Биота и природная среда Калмыкии. - М., 1995. — С. 106-157.
12. Шамсутдинов З.Ш., Ибрагимов И.О., Утаев Ю. Эколого-фитоценотическое обоснование частичной обработки почвы при фитомелиорации пустынных пастбищ // Аридное кормопроизводство. — Ташкент, 1985. — С. 3—16.
13. Шамсутдинов З.Ш., Савченко И.В., Шамсутдинов Н.З. Галофиты России, их экологическая оценка и использование. - М.: Изд-во ООО «Эдель-М», 2000. — 399 с.
14. Шамсутдинов Н.З. Реставрация деградированных пастбищных земель в Северо-Западном Прикаспии (биогеоценотический подход) // Вестн. Каспия. — 2000. — № 3 (23). — С. 84—89.
15. Шамсутдинов З.Ш., Шамсутдинов Н.З. Галофитное растениеводство (эколого-биологи-ческие основы). — М., 2005. — 404 с.
16. Grime J.P. Plant strategies and vegetation processes. - New York: John Wiley, 1979. — 222 p.
17. Grime J. P. Plant strategies, Vegetation processes. And Ecosystem properties. 2 Edition. — Chichester et al: John Wiley and Sons, Ltd. 2001. - 417 p.
18. Shamsutdinov N. and Shamsutdinov Z. Halophyte utilization for biodiversity and productivity of degraded pasture restoration in arid regions of Central Asia and Russia. Biosaline Agriculture and High Salinity Tolerance Editer by Chedly Abdelly / Munir Ozturk, Muhammad Ashraf and Claude Grignon, 2008 BirkhauserVertag/ Switzerland. - PP. 233-240.
