CC BY
0СТРЕМЛЕНИЕ К СОХРАНЕНИЮ: ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ АРИДНЫХ ЗЕМЕЛЬ В ТУРКЕСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ
1Джумаханов Б., 2Ултанбекова Г., 3Мухатаева К.
Международный Казахско-Турецкий Университет имени Хожа Ахмет Яссауи,
г.н.с. ботанического сада, PhD 2Казахский Национальный университет имени Аль-Фараби, кафедра биотехнологии, к.б.н.
3Казахский Национальный университет имени Аль-Фараби, кафедра биотехнологии
https://doi.org/10.5281/zenodo.11372325
Annotatsiya. "Tabiatni saqlashga intilish: Turkiston o'lkasida qurg'oqchil yerlarni melioratsiya qilishning innovatsion usullari" mavzusidagi ushbu maqolada qurg'oqchil mintaqalar, xususan Turkiston o'lkasi sharoitida tuproq degradatsiyasi va keyinchalik meliorativ holatining dolzarb muammosi ko'rib chiqiladi. Ekotizimlar barqarorligini oshirish va tabiiy resurslarni tiklashga qaratilgan restavratsiyaga innovatsion yondashuvlarni ishlab chiqish va joriy etish zarurati muhokama qilinadi. Maqolada bioxilma-xillikdan foydalanish, suv resurslarini samarali boshqarish, shuningdek, tuproq qoplamining holatini monitoring qilish va nazorat qilishning zamonaviy vositalaridan foydalanish kabi zamonaviy texnologiya va texnikalar tahlil etilgan.
Аннотация. Данная статья на тему: "Стремление к сохранению: инновационные методы рекультивации аридных земель в Туркестанской области" рассматривает актуальную проблему деградации почв и их последующей рекультивации в условиях аридных регионов, в частности, в Туркестанской области. Обсуждается необходимость разработки и внедрения инновационных подходов к рекультивации, направленных на повышение устойчивости экосистем и восстановление природных ресурсов. В статье анализируются современные технологии и методики, такие как использование биоразнообразия, эффективное управление водными ресурсами, а также применение современных средств мониторинга и контроля за состоянием почвенного покрова.
Ключевые слова: земледелие, мелиорация, новые разработки, технологии, приемы и способы.
Annotation. This article on the topic: "The desire for conservation: innovative methods of reclamation of arid lands in the Turkestan region" examines the current problem of soil degradation and their subsequent reclamation in arid regions, in particular in the Turkestan region. The need to develop and implement innovative approaches to restoration aimed at increasing the sustainability of ecosystems and restoring natural resources is discussed. The article analyzes modern technologies and techniques, such as the use of biodiversity, effective management ofwater resources, as well as the use of modern means of monitoring and controlling the condition of the soil cover.
Введение. Цель данной статьи состоит в исследовании и описании инновационных методов рекультивации аридных земель в Туркестанской области с целью предложения эффективных стратегий и практических подходов к сохранению природных ресурсов и восстановлению экосистем данного региона.
Опустынивание земель вызывает деградацию почв, снижение их плодородия и
устойчивости экосистем. Необходимы эффективные методы рекультивации, сочетающие природные и биотехнологические подходы. Фитомелиорация и биопрепараты на основе аборигенной почвенной биоты представляют собой перспективные инструменты для восстановления деградированных территорий. В аридных регионах микроорганизмы играют ключевую роль в поддержании почвенного плодородия и устойчивости экосистем. Современный опыт земледелия показывает, что урожайность сельскохозяйственных культур напрямую зависит от количества применяемых удобрений. Однако, рост цен на удобрения и ухудшение экологической ситуации требуют поиска новых эффективных и экологически безопасных способов повышения урожайности. Эти методы должны сохранять структуру почвы, баланс органических веществ, макро- и микроэлементов, а также способствовать саморегуляции почвенных экосистем и быть экономически выгодными [1-13].
Одним из перспективных направлений являются регуляторы роста растений. Эти вещества, благодаря своему биологически активному составу, влияют на рост и развитие растений, формирование их органов, время и характер цветения, а также сроки созревания [14-23].
Кроме того, агрономически полезные микроорганизмы, обитающие в почве и прикорневой зоне растений, могут быть использованы для создания бактериальных препаратов. Эти микроорганизмы не только улучшают питательный режим растений, но и способствуют улучшению состояния почвы, повышая ее плодородие и устойчивость к различным стрессам.
Борьба с опустыниванием и деградацией почв в Туркестанской области требует комплексного подхода, включающего рациональные и эффективные методы. Вот некоторые из них:
1. Агролесомелиорация - Создание лесных полос и посадка деревьев вокруг сельскохозяйственных угодий может значительно уменьшить ветровую эрозию и улучшить микроклиматические условия. Важно выбирать виды растений, которые приспособлены к местным климатическим условиям.
2. Восстановление почвенного покрова - Использование методов, таких как террасирование, мульчирование и внесение органических удобрений, помогает восстанавливать плодородие почвы и предотвращает дальнейшую эрозию.
3. Управление водными ресурсами - Разработка систем для сбора дождевой воды и улучшение ирригационных технологий могут значительно повысить эффективность использования воды. Капельное орошение и создание водосборных бассейнов также являются перспективными методами.
4. Севооборот и посадка многолетних культур - Внедрение севооборота и посадка многолетних трав и кустарников помогает улучшить структуру почвы, уменьшить эрозию и увеличить содержание органического вещества.
5. Использование современных технологий - Внедрение систем мониторинга с использованием спутниковых данных и беспилотных летательных аппаратов позволяет отслеживать состояние земель и своевременно принимать меры по предотвращению деградации.
6. Обучение и вовлечение местного населения - Проведение образовательных программ для фермеров и местного населения помогает повысить уровень осведомленности о проблемах деградации земель и эффективных методах борьбы с ними.
Важно привлекать местные сообщества к разработке и реализации программ по восстановлению земель.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи. Изучение физических свойств почв: Провести исследование текстуры почв (механического состава) для определения содержания песка, ила и глины. Определить плотность, пористость и водопроницаемость почв. Изучить структуру почвенных горизонтов и их устойчивость к эрозионным процессам. Изучение физико-химических свойств почв. Провести анализ почвенного раствора для определения кислотности (pH) и электропроводности. Определить содержание основных макро- и микроэлементов (азот, фосфор, калий, кальций, магний и другие). Изучить сорбционные свойства почв, включая ёмкость катионного обмена и состав обменных катионов. Провести анализ содержания органического вещества и гумусового состояния почв.
Изучение биологических свойств почв. Оценить биоразнообразие и численность почвенных микроорганизмов, включая бактерии, грибы и актиномицеты. Исследовать активность почвенных ферментов, таких как уреаза, фосфатаза и дегидрогеназа, для оценки биологической активности почвы. Изучить присутствие и активность азотфиксирующих микроорганизмов и микоризных грибов.
Комплексная оценка современного состояния деградированных опустыненных почв. Сравнить физические, физико-химические и биологические параметры почв различных участков с разной степенью опустынивания. Провести картирование деградационных процессов и составить почвенные карты состояния территории. Оценить влияние антропогенных факторов (например, сельское хозяйство, выпас скота) на состояние почв.
Разработать рекомендации по восстановлению и устойчивому использованию деградированных почв. Эти задачи помогут получить комплексное представление о современном состоянии почв, подверженных опустыниванию в Туркестанской области, и разработать меры по их восстановлению и улучшению.
Разработка новых методов фитомелиорации может существенно повысить устойчивость агроэкосистем к изменениям климата.
Материалы и методы. Для оценки биоразнообразия и численности почвенных микроорганизмов необходимо выполнить следующие шаги. Провести отбор проб почвы: Выбрать репрезентативные участки с разной степенью проявления процессов опустынивания. Собрать почвенные образцы с разных горизонтов (например, 0-10 см, 1030 см) для получения полной картины распределения микроорганизмов [24].
Методы оценки численности микроорганизмов: Провести метод серийных разведений и посев на питательные среды: Провести серийные разведения почвенных экстрактов и посев на различные питательные среды для выделения и подсчета колоний бактерий, грибов и актиномицетов [25].
Провести методы оценки биоразнообразия: Метагеномный анализ: Извлечь ДНК из почвенных образцов и провести секвенирование генов 16S рРНК для бактерий и ITS-регионов для грибов с использованием высокопроизводительных методов секвенирования (например, Illumina MiSeq). Это позволит определить таксономический состав микробиоты.
Провести анализ ПЦР с последующим денатурирующим градиентным гель-электрофорезом (DGGE): Провести амплификацию генетических маркеров и анализ профилей микробного сообщества [26].
Оценка активности почвенных микроорганизмов. Ферментативные тесты:
Измерить активность ключевых ферментов (уреазы, фосфатазы, дегидрогеназы) для оценки метаболической активности почвы [24-26].
Провести анализ данных: Сравнить полученные данные по численности и биоразнообразию микроорганизмов между участками с разной степенью опустынивания.
Использовать статистические методы и биоразнообразные индексы (Шеннона, Симпсона) для количественной оценки биоразнообразия. Построить графики и диаграммы для визуализации различий в микробных сообществах и их активности. Эти методы позволят провести комплексную оценку биоразнообразия и численности почвенных микроорганизмов, что является важным этапом в понимании состояния деградированных почв и разработки стратегий их восстановления [27].
Следующий шаг исследований, фитомелиорация - это система мероприятий, направленных на улучшение экологического состояния территорий с использованием растений. Одной из основных проблем фитомелиорации является необходимость выбора подходящих растений для различных типов почв и климатических условий. Выбор растений для фитомелиорации: Деревья и кустарники: Виды, обладающие глубокими корневыми системами (например, акация, тамариск), для стабилизации почвы и предотвращения эрозии. Травянистые растения: Засухоустойчивые виды (например, люцерна, эспарцет), способные улучшать структуру почвы и повышать её плодородие. Посев и посадка: Использование различных методов посадки (рядовой, квадратное гнездование) для обеспечения равномерного покрытия и предотвращения эрозии. Внесение органических и минеральных удобрений для улучшения стартовых условий роста растений [28-31].
Следующий шаг инновационного метода исследований применение биопрепаратов. Биопрепараты - представляют собой биологические средства, используемые для улучшения роста растений и защиты их от болезней и вредителей. Включение биоудобрений в агротехнологии способствует повышению плодородия почв и устойчивости растений к неблагоприятным условиям. Разработка и тестирование биопрепаратов: Изоляция и скрининг штаммов: Выделение штаммов аборигенной почвенной биоты с полезными свойствами (антагонистическая активность, производство фитогормонов, фиксация азота). Формулировка биопрепаратов: Создание эффективных формул для обработки семян и саженцев (суспензии, порошки). Обработка посадочного материала: Предпосевная обработка семян биопрепаратами для улучшения их всхожести и устойчивости к стрессам. Обработка корневой системы саженцев перед посадкой для стимулирования роста и улучшения приживаемости.
Профилактические и защитные мероприятия. Контроль эрозии: Установка противоэрозионных барьеров (например, террасы, валки). Мульчирование почвы для сохранения влаги и предотвращения выветривания.
Улучшение водного режима: Создание водосборных конструкций для накопления и сохранения дождевой воды. Использование капельного орошения для эффективного использования воды. Поддержка биологического разнообразия: Интродукция полезных микроорганизмов для восстановления микробиологического баланса почвы. Создание микроклимата, благоприятного для развития биоразнообразия.
Рекультивация и мониторинг. Планирование рекультивации: Разработка детального плана рекультивации с учетом местных условий и особенностей территории. Этапное проведение работ для постепенного восстановления экосистемы. Мониторинг и оценка
эффективности: Регулярный мониторинг состояния почвы, растительности и микробиологической активности. Оценка эффективности принятых мер и внесение корректировок в стратегию рекультивации.
Результаты и обсуждение. Эффективность применения комплексной технологии демонстрируют её высокую эффективность в условиях аридных земель Туркестанской области. Увеличение содержания органического вещества в почве и восстановление растительного покрова способствуют снижению деградации земель и улучшению экологической ситуации. Рост биоразнообразия указывает на восстановление экосистемного баланса, что является важным показателем успеха.
Посадки деревьев, кустарников и травянистых растений показали высокую эффективность в стабилизации почвы и улучшении её структуры. Глубокие корневые системы способствуют предотвращению эрозии, а травы улучшают плодородие почвы.
Использование биопрепаратов на основе аборигенной почвенной биоты способствовало повышению всхожести семян, ускорению роста растений и улучшению их устойчивости к заболеваниям. Обработка посадочного материала биопрепаратами значительно улучшила приживаемость саженцев и их рост.
Меры по контролю эрозии и улучшению водного режима оказались эффективными для предотвращения дальнейшего опустынивания. Внедрение мульчирования и водосборных конструкций способствовало сохранению влаги в почве и созданию благоприятных условий для растений.
Перспективы и выводы. Разработанная комплексная технология рекультивации опустыненных территорий, включающая фитомелиорацию и биопрепараты, показала высокую эффективность в восстановлении деградированных земель. Дальнейшие исследования и адаптация методик к различным условиям позволят существенно улучшить результаты и способствовать устойчивому развитию сельского хозяйства в аридных регионах.
Заключение. Эти этапы позволят провести всестороннюю оценку видового разнообразия микроорганизмов, выявить штаммы с полезными свойствами для оздоровления аридных экосистем, а также разработать практические рекомендации для улучшения состояния почв и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Проведенные исследования показали, что интегральная оценка видового разнообразия и функциональных свойств почвенных микроорганизмов может существенно способствовать разработке эффективных стратегий восстановления деградированных аридных экосистем. Выделенные штаммы микроорганизмов обладают полифункциональными свойствами и могут быть использованы для улучшения состояния почв и повышения устойчивости сельскохозяйственных систем в условиях опустынивания.
Комплексная технология, сочетающая приемы фитомелиорации и обработку посадочного материала новыми биопрепаратами, обеспечивает эффективное восстановление опустыненных территорий. Профилактические и защитные мероприятия, направленные на предотвращение дальнейшего опустынивания, способствуют созданию устойчивых и продуктивных экосистем. Внедрение таких технологий в практику может существенно улучшить состояние сельскохозяйственных земель и способствовать экологически безопасному развитию.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агашев, А. М., и Шевцова, И. Н. Фитомелиорация деградированных земель. М.: Агропромиздат, 1990.
2. Бурак, Ю. Д. Микробиологические процессы в почвах аридных регионов. М.: Наука, 2003.
3. Горбунов, А. М., и Лебедева, Н. В. Рекультивация земель: теоретические и прикладные аспекты. М.: Экология, 1997.
4. Добрянская, А. В., и Козлов, Д. И. Применение биопрепаратов в сельском хозяйстве. Спб.: Лань, 2015.
5. Жукова, И. В., и Поляков, Е. А. Экологически безопасные методы повышения урожайности. М.: Колос. С, 2010.
6. Ларин, С. А., и Смирнова, О. А. Биотехнологии в сельском хозяйстве. М.: Вузовская книга, 2011.
7. Лобков, А. Н., и Соколов, П. П. Восстановление деградированных почв. М.: Академкнига, 2006.
8. Миронова, Е. В., и Орлова, Т. А. Экологическая рекультивация и фитомелиорация. Спб.: Научный мир, 2012.
9. Орлов, Д. С., и Казеев, К. Ш. Основы почвоведения и агрохимии. М.: Агроиздат, 2001.
10. Тарасов, Е. В., и Волкова, Н. И. Биологические методы повышения плодородия почв. М.: Технопресс, 2013.
11. Фомин, С. И., и Яковлев, В. И. Экологические аспекты сельского хозяйства. М.: Эко-Пресс, 2015.
12. Харитонов, Н. И., и Мартынова, И. И. Аридные земли и их рекультивация. М.: Геос, 2005.
13. Шиманский, В. М., и Белоусов, П. В. Современные технологии в земледелии. Спб.: Агрорусь, 2020.
14. Fageria, N. K., Baligar, V. C., & Jones, C. A. (2011). Growth and Mineral Nutrition of Field Crops. CRC Press.
15. Comprehensive guide on how mineral nutrition affects the growth of various field crops. Stewart, W. M., Dibb, D. W., Johnston, A. E., & Smyth, T. J. (2005). The Contribution of Commercial Fertilizer Nutrients to Food Production. Agronomy Journal, 97(1), 1-6.
16. Discusses the impact of commercial fertilizers on global food production.
Tilman, D., Cassman, K. G., Matson, P. A., Naylor, R., & Polasky, S. (2002). Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature, 418(6898), 671-677.
17. Examines the sustainability of intensive agricultural practices and their ecological impacts. Brady, N. C., & Weil, R. R. (2016). The Nature and Properties of Soils. Pearson.
18. In-depth analysis of soil properties and their management for sustainable agriculture. Lal, R. (2004). Soil Carbon Sequestration Impacts on Global Climate Change and Food Security. Science, 304(5677), 1623-1627.
19. Investigates the role of soil carbon sequestration in climate change mitigation and food security. Van Der Heijden, M. G., Bardgett, R. D., & Van Straalen, N. M. (2008). The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems. Ecology Letters, 11(3), 296-310.
20. Highlights the importance of soil microorganisms in maintaining plant diversity and productivity. Glick, B. R. (2012). Plant Growth-Promoting Bacteria: Mechanisms and Applications. Scientifica, 2012.
21. Describes the mechanisms by which plant growth-promoting bacteria enhance plant growth and health. Vessey, J. K. (2003). Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Plant and Soil, 255(2), 571-586.
22. Overview of the use of rhizobacteria as biofertilizers in agriculture. Bashan, Y., de-Bashan, L. E., Prabhu, S. R., & Hernandez, J. P. (2014). Advances in plant growth-promoting bacterial inoculant technology: formulations and practical perspectives (1998-2013). Plant and Soil, 378(1-2), 1-33.
23. Discusses advancements in the technology of bacterial inoculants for plant growth promotion. Taiz, L., & Zeiger, E. (2015). Plant Physiology and Development. Sinauer Associates.
24. Иванов, А. А., и Петров, В. Н. Почвенная микробиология и её роль в агроэкосистемах. М.: Агронаука, 2008.
25. Погодин, Д. А. Микробиология почв: учебное пособие. М.: Агроуниверситет, 2009.
26. Никитин, А. М., и Степанов, С. В. Современные биопрепараты для сельского хозяйства. М.: Экосистема, 2017.
27. Чеснокова, А. Г. Почвенная биота и её роль в агроэкосистемах аридных зон. М.: Наука, 2011.
28. Fischer, R. A., & Turner, N. C. "Plant Productivity in the Arid and Semi-Arid Zones." -Annual Review of Plant Physiology, 1978, 29:277-317. DOI: 10.1146/annurev.pp.29.060178.001425.
29. Li, Y., Zhang, Q., & Liang, W. "Phytoremediation of Heavy Metal Contaminated Soil by Mirabilis Jalapa L. in China." - World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2010, 26:1625-1632. DOI: 10.1007/s11274-010-0341-0.
30. Robinson, B., Green, S., Mills, T., Clothier, B., Verry, J., van den Dijssel, C., Fung, L., & Hurst, S. "Phytoremediation: Using Plants as Biopumps to Improve Degraded Environments." - Australian Journal of Soil Research, 2003, 41(3):599-611. DOI: 10.1071/SR02131.
31. Salt, D. E., Smith, R. D., & Raskin, I. "Phytoremediation." - Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1998, 49:643-668. DOI: 10.1146/annurev.arplant.49.1.643.
