CC BY
73
Роль адаптированных культур в восстановлении плодородия нарушенных почв
Б.С. Альжанова, к.с.-х.н., Западно-Казахстанский ГУ
Проблема сохранения, воспроизводства и рационального использования почвенного плодородия является глобальной и затрагивает интересы всего человечества. Состояние почвенного плодородия напрямую связано с продовольственной безопасностью отдельной страны и сохранением оптимальной экологической
ситуации на Земле. Данная проблема становится особенно актуальной в связи с усилением техногенных нагрузок и соответственно снижением ресурсного потенциала окружающих экосистем.
Республика Казахстан относится к числу стран, наиболее обеспеченных земельными ресурсами, однако при огромных размерах территории (297778,7 тыс. га) отмечается относительно небольшое количество земельных
угодий, благоприятных для жизни и хозяйственной деятельности человека. В настоящее время в республике почвенный покров подвержен деградации по многим показателям, прогрессируют процессы засоления, осолонцевания, химического загрязнения почв и техногенного опустынивания. На площади более 60% территории отмечаются процессы опустынивания; на всех пахотных землях происходит снижение гумуса в среднем на 20—30% [1]. При сложившихся условиях деградации окружающей среды необходимо уделять внимание восстановлению почвенно-растительного покрова нарушенных земель и вовлечению этих земель в хозяйственный и биогеоценотический оборот.
Объекты и методика исследований. В качестве объектов исследований выбраны нарушенные экосистемы с полностью уничтоженным почвенно-растительным покровом, расположенные на территории Западно-Казахстанской области. В результате выброса глин, инициированного аварией на скважине, зональные тёмно-каштановые почвы на площади более 50 га были погребены под наносами мощностью 30—100 см. В течение 15 лет на этом участке не проводились мероприятия по восстановлению почвенно-растительного покрова. Неблагоприятные физические и физико-химические свойства почвогрунтов и низкое содержание питательных элементов в условиях засушливости климата также затрудняют самовосстановление почвеннорастительного покрова. Естественное зарастание происходило в основном на периферийной части, где мощность наносов не превышала 30 см.
Восстановление почвенно-экологических функций нарушенных экосистем до исходного естественного состояния — это сложный процесс, требующий длительного воздействия комплекса природных биотических и абиотических факторов в течение нескольких десятков, а то и сотен лет. Для ограниченных по времени восстановительных мероприятий ставилась задача трансформации безжизненной поверхности нарушенных экосистем путём ускоренного воссоздания почвенно-растительного покрова.
Наряду с мелиоративными мероприятиями эффективным способом восстановления плодородия почв является биологический метод, основанный на возделывании в составе севооборотов адаптивных к местным условиям высокопродуктивных многолетних трав [2]. Положительное воздействие многолетних трав объясняется тем, что своей развитой корневой системой они способствуют улучшению водновоздушного режима и обогащению почв органическим веществом, образующимся из корневых и пожнивных остатков трав, и активизируют таким образом биологические и почвообразовательные процессы в почвогрунтах.
Цель проведённых исследований — разработка приёмов и технологии восстановления плодородия нарушенных почв.
Опытные участки закладывали по следующей схеме: I. Нерекультивированные участки: I. а — наносы с мощностью до 30 см, наблюдается естественное зарастание, проективное покрытие 20—60%; I. б — наносы с мощностью более 30 см, естественное зарастание отсутствует;
II. Рекультивированные участки с мощностью наносов более 30 см на фоне внесения органоминеральных удобрений и мелиорантов: II. а — без посева полевых культур; II. б — прямой посев многолетних трав; II. в — посев многолетних трав под покров ячменя.
III. Тёмно-каштановые почвы периферийных участков.
Для определения экологического состояния опытных участков были заложены почвенные разрезы до глубины материнской породы погребённых тёмно-каштановых почв. Анализ проб почв и растительности, а также обработку материалов проводили с использованием стандартных, полевых, аналитических и статистических методов. В качестве растений-фитомелиорантов использовали однолетние (ячмень) и многолетние солеустойчивые культуры посева первого и второго годов жизни (кострец безостый, житняк гребневидный, волоснец сибирский, эспарцет песчаный и их травосмеси). Посев полевых культур проводили на фоне внесения органо-минеральных удобрений и фосфогипса с последующей заделкой фрезерованием на глубину 10—15 см.
Результаты исследований. На опытных участках преобладают карбонатные наносы тяжёлого механического состава мощностью 30—50 см. В поверхностном горизонте содержание углерода органического вещества колеблется в пределах от 0,69 до 3,6%, ёмкость поглощения — 9,4—18,8 мг-экв на 100 г почвы, ^погл — 0,9—1,6 мг-экв/100 г. Реакция почвенного раствора 7,2—9,2. Анализ водной вытяжки верхних горизонтов опытных участков показал отсутствие в них засоления. Засоление начинается на глубине 20—50 см. Содержание солей в нижних слоях наносов и погребённом гумусовом горизонте тёмнокаштановых почв достигает 0,6—1,1%. Преобладают сульфатный и хлоридно-сульфатный типы засоления, присутствие хлоридов отмечается в более глубоких слоях почв.
Применение органоминеральных удобрений и мелиорантов создаёт в почвогрунтах необходимый минимум жизненных условий для роста и развития растений. Но специфичность происхождения, гетерогенность и загрязнённость почвогрунта осложняет проведение сравнительного анализа их свойств, состава с тёмнокаштановыми почвами периферийных участков,
Физические и физико-химические свойства корнеобитаемого горизонта почвогрунтов опытных участков (0—20 см)
Показатель Нерекультиви-рованные участки Рекультивированные участки Тёмно-каштановые почвы периферийных участков
I. а I. б II. а II. б II. в
Общий углерод, % 2,67 3,6 2,12 2,03 1,92 1,68
рн 8,2 8,6 8,0 7,8 7,4 7,2
Р2О5, мг/кг 17,9 7,6 37,2 31,3 47,9 26,0
Ёмкость поглощения, мг-экв на 100 г 11,2 9,6 14,3 14,8 18,8 26,1
Капогл, мг-экв на 100 г 0,1 1,6 0,1 0,1 Отс. Отс.
Сумма солей, % 0,192 0,674 0,320 Отс. Отс. 0,163
Плотность сложения, г/см3 1,34 1,45 1,39 1,34 1,27 1,23
Содержание агрономически ценных агрегатов, % 33,7 29,9 34,6 44,4 52,3 67,8
Кстр* 0,51 0,43 0,53 0,80 1,1 2,11
Физическая глина, % 51,2 62 50,1 41,4 49,6 33,2
Примечание: Кстр — коэффициент структурности, показывающий отношение агрономически ценной структуры к количеству пылеватых частиц и глыбистых агрегатов почвенного горизонта
а также выявление закономерности. Можно только отметить тенденцию улучшения физических и физико-химических свойств верхнего корнеобитаемого горизонта рекультивируемых участков по сравнению с участками, где не применялись удобрения и мелиоранты (табл.).
Как показали результаты исследований, непосредственный посев многолетних растений сразу после проведения мелиоративных мероприятий не дал положительных результатов. Многолетние травы, высеянные в чистом виде, в первый год характеризуются низкой всхожестью и приживаемостью посеянных растений. Это связано с замедленным ростом многолетних культур в начальной стадии их онтогенеза.
На участках, где проводили предварительный выравнивающий посев однолетних культур (ячменя) в течение первого года биологической рекультивации и через год — посев многолетних трав под покров ячменя, наблюдаются процессы оптимизации физических и физико-химических свойств верхнего слоя почвогрунта. Многолетние травы, мобилизуя кальций, способствуют обменному вытеснению натрия, в результате чего замедляется развитие процессов засоления. Мощная корневая система многолетних трав также способствовала разуплотнению корнеобитаемого горизонта. Наибольшее разрыхляющее воздействие на пахотный слой оказали многолетние травы второго года возделывания. Количество агрономически ценных структур колебалось в пределах 48—67%. Улучшение структурного состояния рекультивированных участков было обеспечено в основном за счёт уменьшения агрегатов размером более 10,0 мм. Почвогрунты нерекультивированных участков отличаются заметной глыбистостью (на долю агрегатов размером более 10 мм приходится 57,2%).
Особенности роста и развития растений во многом являются функцией продуктивной способности места произрастания. Создание более благоприятных почвенных условий, со-
ответствующих экологическим требованиям, активизировало процессы зарастания культурной растительности. Полевая всхожесть ячменя в среднем по годам колебалась в пределах 71—84%, сохранность — 73—87%. Урожайность ячменя в среднем за 3 года составила 9,4 ц/га. Многолетние травы — костер, житняк, волоснец и эспарцет сформировали хороший травостой, корневая система пробилась в погребённые горизонты тёмно-каштановых почв. Урожайность зелёной массы составила в среднем 48,7—52,5 ц/га. Результаты химических анализов показывают, что концентрации тяжёлых металлов в зерне ячменя и вегетативной части многолетних культур не превышают фонового уровня и не представляют опасности при использовании их в кормовых целях.
Примитивный почвенный профиль наносов, когда почвообразованием затронута лишь поверхностная, верхняя часть породы, характеризующийся к тому же засолённостью и загрязнённостью нефтепродуктами, обусловливает необходимость выявления приспособленных к таким экстремальным условиям полевых культур. Вместе с тем сложная проблема восстановления почвенного покрова нарушенных земель и создания устойчивого растительного покрова требует использования многих видов культур, различающихся как по требовательности к условиям произрастания, так и по продолжительности жизни.
Для данной территории с учётом экологического состояния участков и биологических требований возделываемых растений разработаны различные технологии проведения биологической рекультивации, которые предусматривают применение комплекса агрохимических (внесение органических, минеральных удобрений и химических мелиорантов) и агротехнических (обработка почвы) приёмов, агробиологических (возделывание неприхотливых культур) приёмов, которые должны быть выполнены в определён-
ном сочетании и последовательности. Практическая реализация этих приёмов предполагает определение количественных и качественных параметров их использования.
Использование адаптированных сельскохозяйственных культур, обладающих фитомелиоративным эффектом и высокой потенциальной урожайностью при условии соблюдения комплекса агротехнических и биологических приёмов, показало возможность восстановления этих земель до экологически безопасного уровня. На начальном этапе посевом однолетних видов растений с одновременным внесением органоминеральных удобрений и мелиорантов достигается частичное окультуривание корнеобитаемого горизонта, а в последующие этапы происходит их залужение многолетними травами.
Выводы. Самовосстановление нарушенных экосистем в условиях засушливости климата, неблагоприятных свойств почвогрунта и низкого
содержания питательных элементов происходит очень медленно, поэтому требует целенаправленного и планомерного вмешательства человека.
Наиболее перспективным приёмом восстановления плодородия нарушенных почв в условиях сухостепной зоны представляется возделывание адаптированных к местным условиям культур для создания устойчивого растительного покрова. Поэтапное возделывание фитомелиоративных культур активизирует почвообразовательные процессы, обеспечивающие восстановление и воспроизводство её плодородия, и позволяет создать в дальнейшем устойчивый и экологически сбалансированный агроценоз.
Литература
1. Елешев P.E., Сапаров A.C. Плодородие почв Республики Казахстан: проблемы и пути сохранения // Проблемы агрохимии и экологии. 2008. № 3. С. 23-26.
2. Чибрик Т.С., Лукина Н.В., Филимонова Е.И. и др. Экологические основы и опыт рекультивации нарушенных промышленностью земель. Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2011. 268 с.
