CC BY
10
УДК 631.615/616:631.618(470-25) DOI: 10.24412/1029-2551-2021-2-013
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ В УСЛОВИЯХ МЕГАПОЛИСА НА ПРИМЕРЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТАЦИОНАРА РГАУ-МСХА ИМ. К.А. ТИМИРЯЗЕВА
Д.И. Шаламов, Т.М. Джанчаров, к.б.н., Н.А. Александров, И.И. Васенев, д.б.н. РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, е-mail:ya.dempsey@yandex.ru
Для восстановления экосистемы переувлажненных урбанизированных территорий на примере Экологического стационара РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева разработана методика посадки влаголюбивых культур: тростник обыкновенный (Phragmites australis), рогоз узколистный (Typha angustifolia), мох Гипнум кипарисовый (Hipnum cupressiforme). Посадка влаголюбивых культур проведена также для получения биомассы, которую будут использовать в дальнейших исследованиях. Агрохимические и агрофизические свойства субстрата, на котором выращивали данные культуры, изучены методом пенетрации.
Ключевые слова: переувлажненные урбанизированные территории, влаголюбивые культуры, тростник обыкновенный, рогоз узколистный, мох Гипнум кипарисовый, экологический стационар, восстановление экосистем.
SOLVING THE PROBLEM OF WETLANDS IN THE CONDITIONS OF MEGAPOLIS BY EXAMPLE ENVIRONMENTAL STATION OF THE RUSSIAN TIMIRYAZEV STATE AGRARIAN UNIVERSITY
D.I. Shalamov, Ph.D. T.M. Dzhancharov, N.A. Alexandrov, Dr.Sci. I.I. Vasenev
Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: ya.dempsey@yandex.ru
To restore the ecosystem of waterlogged urbanized territories, using the example of the Environmental Station of the Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), a method ofplanting moisture-loving crops (Phragmites australis, Typha angustifolia, Hipnum cupressiforme) was developed. The planting of moisture-loving crops was also carried out to obtain biomass, which will be used in further research. The agrochemical properties and hardness of the substrate on which the moisture-loving crops grow were studied by the penetration method.
Keywords: canal, moisture-loving crops, Hypnum cypress moss, common reed, narrow-leaved cattail, ecological stationary, restoration of ecosystems.
В условиях мегаполиса изучить проблему переувлажненных территорий и решить данную задачу экологическим путем возможно с помощью выращивания влаголюбивых культур. Внедрение технологии выращивания влаголюбивых культур позволит существенно повысить эффективность использования участков переувлажненных и ежегодно получать биомассу тростника, мха и рогоза.
Направление по выращиванию биомассы влаголюбивых растений показало, что использование болотистых территорий после их вторичного обводнения экономически и экологически целесообразно. Это ранее было отражено в опыте российских ученых в Москве (Главный ботанический сад им. Н.В. Ци-цина РАН, Ботанический сад МГУ им. М.В. Ломоносова), в Твери - выращивание тростника (Phragmites australis) на выработанном торфяном месторождении Галицкий мох [1]. Также данные опыты проводили в странах Северной Америки (Центральный парк Нью-Йорка) и Западной Европы, в частности Германии и Республике Беларусь [2]. Данные влаголюбивые культуры рассматриваются также, как продукт для
удовлетворения энергетических потребностей и развития биоэнергетики, основанной на использовании биомассы. Для этого необходимо создание биоэнергетических плантаций на участках выработанных торфяных территорий [1].
Цель работы - поиск решения проблемы переувлажненных территорий на примере объекта водного канала на водосборе р. Жабенка Экологического стационара РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, первичная подготовка поверхности участка для обводнения участка, посадка влаголюбивых растений на подготовленных площадках.
Методика. В условиях Экологического стационара, совместно с WetLands International, разрабатывают пилотный проект экспериментальных исследований влаголюбивых культур. Почва Экологического стационара урбанизированная агродерново-подзолистая на моренном суглинке. Рельеф представлен холмистой полого-увалистой равниной. Растительность склонов и дна канала представлена
многолетними среднерослыми сорняковыми растениями и мхом, также присутствовало остаточное количество антропогенных включений [3].
Площадка мелиоративного канала в летний период в результате осушения стока воды позволяет проводить опыты с влаголюбивыми культурами. Создание искусственных условий с учетом рельефа (наклона местности и стока воды) позволяет создавать каскадные участки (чеки) с учетом биологических особенностей растений. Перечень мероприятий по первичному освоению включал следующие технологические операции (с учетом последовательности их проведения):
1) Удаление сорной и кустарниковой растительности и их корневой системы.
2) Ликвидация неровностей и создания поверхности, пригодной для первичной подготовки. Следует отметить необходимость проведения данного мероприятия в условиях оптимальной влажности поверхностного слоя почвы, оно предшествует следующей стадии планировки, при которой проводят выравнивание микрорельефа. Площади, подлежащие выравниванию, предварительно должны быть очищены (от камней, древесных остатков, кочек). В случае наличия неровностей высотой более 15-20 см возможно выполнить планировку механизировано (с использованием специальной техники). Интенсивность выравнивания следует устанавливать в зависимости от выраженности микрорельефа, мощности остаточного придонного слоя и т.д.
3) Формирование минерального горизонта на дне канала. Все дно канала равномерно засыпается насыпным минеральным грунтом мощностью 20 см.
4) Закладка опытов на каскадных участках (разделение канала на три чека с промежуточными переходами). Перегородки выполнены из деревянных изделий, механически зафиксированных. Каждый чек был наполнен щепой из смеси хвойных и лиственничных пород деревьев с мощностью горизонта 40 см с учетом оседания грунта. В каждый из трех чеков было засыпано по 12 м3 щепы и произведено разравнивание внутри чека. В первый чек, предназначенный для посадки мха, дополнительно был подсыпан торфяной грунт.
5) Лабораторные исследование грунта. рНн2о определяли потенциометрическим методом согласно методике ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97, п. 5.4.1 ГОСТРИСО/МЭК 17025-2006. Подвижные соединения фосфора и калия определяли по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО, общий азот - согласно ГОСТ 26107-84.
После закладки опыта для посева влаголюбивых культур отбирали образцы грунта с глубин 10 и 20 см в трех точках каждого чека для лабораторных исследований и измерения его твердости.
По показателю рНн2о из почвы можно судить только о степени кислотности или щелочности, но
он не дает количественного представления о содержании кислот и оснований из-за высокой буферно-сти почв [4]. Например, содержание кислотных компонентов может увеличиваться, а рН оставаться практически неизменным [5]. В связи с этим помимо рНн2о определяли потенциальную кислотность -рНка. Кроме реакции среды важны также КРК и содержание органического вещества (табл. 1).
6) Пенетрация грунта. Существует две формы уплотнения грунта - поверхностная и подземная. Поверхностное уплотнение может быть частично облегчено в результате обычных операций по обработке почвы, в то время как подземное при этом обычно сохраняется на прежнем уровне. Функциональное назначение пенетрометра - определить усилие, необходимое для силового проталкивания измерительного элемента в грунт. Это усилие и служит мерой уплотнения почвы. По массе и габаритам пенетрометры подразделяют на стационарные и переносные. На рисунке 1 представлен переносной пенетрометр.
1. Результаты исследования образцов _грунтов в чеке под мох _
Показатель На 10 см На 20 см
Мох
Кислотность актуальная (рНнго) 4,6 4,6
Калий (К2О), мг/кг 2,6 2,8
Фосфор (Р2О5), мг/кг 0,13 0,12
Азот (К), % 0,13 0,13
Тростник
Кислотность актуальная (рНН20) 4,7 4,7
Калий (К2О), мг/кг 2,7 2,8
Фосфор (Р2О5), мг/кг 0,11 0,12
Азот (К), % 0,13 0,12
Рогоз
Кислотность актуальная (рНН20) 4,7 4,6
Калий (К2О), мг/кг 2,5 2,5
Фосфор (Р2О5), мг/кг 0,14 0,15
Азот (К), % 0,13 0,12
Рис. 1. Переносной пенетрометр
Ключевыми частями грунтового пенетрометра являются: металлический стержень, сменные конусные наконечники из нержавеющей стали, в комплекте, (угол конуса варьируется в зависимости от характеристик почвы), приводной вал для подъема/опускания наконечника, измерительный элемент, аккумуляторный блок питания, ручки, на которых закреплен измерительный дисплей, отградуированный по величине давления. В некоторых моделях имеется возможность имитации наличия почвенных корней, что позволяет дать более объективную оценку показаниям прибора. Для улучшения точности приводной вал выполняется с диаметром меньшим, чем диаметр основания конуса наконечника.
Показатель твердости почвы в трех чеках меньше 10. Таким образом, по методу Н.А. Качинского, уплотнение почвы благоприятно для произрастания влаголюбивых культур: мха, тростника и рогоза. Данный показатель достигнут благодаря засыпке смеси щепы в чеки [6].
7) Подготовка и закладка посадочного материала влаголюбивых культур. Подготовка и посадка мха. Мох - довольно простое растение в том смысле, что он вырастет и разрастется даже из небольшого кусочка. В любом куске мха содержится достаточно спор и все необходимые части для дальнейшего размножения. При пересадке мха необходимо захватить с собой немного земли, на которой он рос. Перед посадкой на место его смачивают водой и просто кладут на грунт, желательно прижимая к ней ручным катком, чтобы мох мог зацепиться корешками. Первые несколько недель пересаженный мох потребуется поливать больше, чем обычно, то есть не допускать как полного высыхания, так и явного застоя воды.
Для размножения мха был использован посадочный материал со всей территории РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, где он представлен в естественной среде обитания. Расположение в чеке проводили на
семнадцати посадочных линиях, поперек чека на расстоянии 80 см между линиями. Ширина посадочной линий составляет 40 см, длина 3 м. Параметры расположения и количества посадочных материалов внутри чека выбраны с учетом распространения и заполнения площади чека данной влаголюбивой культурой (рис. 2).
Подготовка и посадка тростника. Тростник размножается генеративно и вегетативно [7]. Для размножения был использован посадочный материал с территории естественного произрастания (смежный мелиоративный канал) неподалеку от места посадки. Для пересадки отбирали куст с десятью единицами растения, итоговое количество кустов равно 80 шт. Тростник погружали в грунт на глубину 15 см. Расположение в чеке проводили на четырех посадочных линиях, вдоль чека на расстоянии 50 см между линиями. Расстояние между посадочным материалом внутри линии порядка 80 см друг от друга. Параметры расположения и количества посадочных материалов внутри чека выбраны с учетом распространения и заполнения площади чека данной влаголюбивой культурой.
Подготовка и посадка рогоза. Рогоз также размножается как семенами, так и делением. Для размножения был использован посадочный материал с территории естественного произрастания, неподалеку от места посадки, как и при посадке тростника. Для пересадки отбирали куст с тремя единицами растения, итоговое количество кустов равно 60 шт. Рогоз погружали в грунт на глубину 20 см. Расположение в чеке проводили тремя посадочными линиями, вдоль чека на расстоянии 70 см между линиями. Расстояние между посадочным материалом внутри линии порядка 80 см друг от друга. Параметры расположения и количества посадочных материалов внутри чека выбраны с учетом распространения и заполнения площади чека данной влаголюбивой культурой.
2. Результаты пенетрации в чеке под мох
• 610 • 660 • 580 • 610 • 660
• 610 • 640 • 540 • 630 • 650
• 640 • 650 • 580 • 650 • 650
Значение сопротивления пенетрации Кср = 624. Давление Рср = 6,24 MPa. h = 45 см
3. Результаты ^ пенетрации в чеке под тростник
• 550 • 580 • 590 • 600 • 610
• 550 • 580 • 580 • 590 • 570
• 540 • 600 • 610 • 600 • 600
Значение сопротивления пенетрации Кср = 583. Давление Рср = 5,83 MPa. h = 45 см.
4. Результаты пенетрации в чеке под рогоз
• 510 • 470 • 500 • 490 • 510
• 490 • 450 • 520 • 490 • 520
• 500 • 450 • 520 • 500 • 520
Значение сопротивления пенетрации Кср = 496. Давление Рср = 4,96 MPa. h = 45 см.
Мох
- Зона посадки
- Зона будущего срастания
Рис. 2. Схема посадки мха на опытном участке
Тростник
- Зона посадки
- Зона будущего срастания
Рис. 3. Схема посадки тростника на опытный участок
Рогоз
- Зона посадки
- Зона будущего срастания
Рис. 4. Схема посадки рогоза на опытный участок
В результате уничтожения сорняков и мелкой обработки почвы были созданы оптимально возможные условия для равномерной заделки посадочного материала, отвечающие биологическим особенностям растений. Поверхность почвы
перед посадкой была хорошо выровнена и разрыхлена. Проведение поверхностного боронования способствовало уменьшению испарения влаги, хорошему проникновению атмосферных осадков и воздуха в почву, уничтожению прорастающих семян сорняков.
Таким образом, для решения проблем заболачиваемой территории предложена технология создания плантаций влаголюбивых культур, при разработке которой следует ориентироваться на вегетативное или семенное размножение растений. На данный момент разрабатывают систему наблюдений за развитием посаженных влаголюбивых культур и их участие в изменении экосистемы на территории Экологического стационара, в которую будут входить постоянные биометрические наблюдения за культурами, контроль загрязнения компонентов окружающей среды (атмосферный воздух, грунтовые воды и почвы).
Литература
1. Давыдова С.А., Беспалова О.Н., Сальников А.Л., Мучоно Р.Н., Тихонов A.M. Использование тростника как биологического топлива / Актуальные проблемы инновационного развития АПК. Будущее АПК: мат-лы VI всероссий. науч. конф. студентов и молодых ученых. (22-24 апреля 2010 г., Астрахань). - Астрахань: ООО «Техноград», 2010. - С. 162-163.
2. Башкин В.Н., Завалин А.А., Жеребцова Г.П., Ивановский К.В., Карпова Д.В., Семенцов А.Ю., Прохоров И.С. и др. (всего 15 человек). Программа первоочередных мероприятий по оздоровлению городских почв (отчет по НИР). - М.: Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, 2004. - 198 с.
3. Яшин И.М., Когут Л.П., Прохоров И.С. Ва-сенев И.И. Экологическое состояние почв в условиях полевых и лесопарковых экосистем Московского мегаполиса // Агрохимический вестник, 2014, № 2. - С. 17-21.
4. Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв: учебник. - М.: Академический Проект: Гаудеамус, 2007. - 237 с.
5. Мотузова Г.В., Карпова Е.А. Химическое загрязнение биосферы и его экологические последствия. - М: МГУ, 2013. - 304 с.
6. Панов В.В., Кукушкина Е.Е., Женихов Ю.Н., Шахматов К.Л. Выращивание и использование биомассы тростника на обводняемых выработанных торфяных болотах. - М.: «Т8 Издательские Технологии», 2013. - 127 с.
7. Труфляк Е.В. Сенсорика. - Краснодар: КубГАУ, 2016. - 33 с.
