ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВРЕМЕННОЙ ЭРОЗИИ ПОЧВ СЕВЕРНЫХ СКЛОНОВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

ЮСОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВРЕМЕННОЙ ЭРОЗИИ ПОЧВ СЕВЕРНЫХ СКЛОНОВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

Специальность 03.00.16 – Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата

биологических наук

Калининград 2009 г.

Диссертационная работа выполнена на кафедре агропочвоведения и агроэкологии Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Паракшина Элеонора Михайловна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Панасин Владимир Ильич

доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Краснопёров Андрей Геннадьевич

Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»

Защита состоится 20марта 2009г в 17 часов

на заседании диссертационного совета Д 212.084.04. в ФГОУ ВПО «Российский государственный университет им. И. Канта» по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, факультет биоэкологии, аудитория 143

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, факультет биоэкологии, кафедра ботаники и экологии растений

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Российский государственный университет им. И. Канта» (236040, г. Калининград, ул.Университетская, 2)

Автореферат разослан «____» _________________ 2009г

Учёный секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент И.Ю. Губарева

Введение

Актуальность проблемы. Всеобщий глобальный характер антропогенно обусловленных эрозионных процессов в системе экзогенеза диктует необходимость постоянного системного их изучения, прогноза развития и нанесения ущерба экосистемам (в т.ч. и агроэкосистемам) в целом и почвенному покрову в частности. Современные представления о почве и почвенных ресурсах, их устойчивости и оптимизации, о задачах почвоведения в решении экологических проблем – от разработки адаптивных систем земледелия до кислородной обеспеченности биосферы – неразрывно связано с пониманием особого значения эрозии и деградации.

В этой связи проблема охраны почв от эрозии становится всё более актуальной. Это связано, во-первых, с осознанием выдающейся роли почвы в жизни биосферы, во-вторых, с признанием того факта, что почвенный покров России находится сейчас в критическом состоянии

В последние пятнадцать лет работы по почвенному, геоботаническому и землеустроительному обследованиям на территории Калининградской области практически свёрнуты. Комплексного изучения негативных процессов на почвах Калининградской области до последнего времени практически не проводилось.

Целью данной работы является анализ современных причин эрозионных процессов на почвах Вармийской возвышенности и их влияния на элементы экосистем.

Поставленная цель включает в себя решение следующих задач:

- анализ фондовых картографических материалов по теме диссертационной работы;

- оценку геоморфологических, климатических условий и влияние антропогенного фактора на проявления эрозионных процессов;

- изучение степени противоэрозионной устойчивости почв в зависимости от характеристики их морфологических признаков и физико-химических свойств;

- исследование растительности эродированных и неэродированных почв и её влияние на интенсивность, и характер проявления эрозионных процессов;

- влияние почвенных животных и микроорганизмов в системе «эродированная почва ↔ почвенная биота ↔ неэродированная почва»;

- анализ влияния эрозии как фактора деградации почвенного покрова, её влияние на другие элементы экосистем и пути оптимизации экологической обстановки.

Научная новизна заключается в том, что:

- впервые применён комплексный подход к изучению эрозии почв как к результату интегративного влияния агентов эрозии в системе взаимодействия биотических и абиотических компонентов на северных склонах Вармийской возвышенности;

- установлена зависимость интенсивности эрозионных процессов от геоморфологических и климатических факторов эрозии;

- выявлены закономерности пространственной изменчивости физико-химических свойств эродированных почв и их противоэрозионные характеристики, тормозящие процессы развевания и смыва;

- проведена фитоценотическая оценка эродированных почв, установлена зависимость между степенью эродированности почв, направленностью эволюционных процессов и продуктивностью фитоценозов;

- сделан анализ влияния почвенных животных на интенсивность проявления эрозионных процессов;

- выявлено влияние степени эродированности на количественную и качественную изменчивость микробных сообществ, предложены методические разработки для диагностики степени эродированности почв в зависимости от количественных показателей микробного населения почвы;

- дана оценка влияния эрозии на экологию биоценозов, установлены причины возникновения эрозионных процессов на почвах Вармийской возвышенности.

Достоверность научных исследований, положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием апробированных наукой современных методов исследований эрозии почв и большого объёма фактического авторского материала.

Защищаемые положения.

1. Генетические свойства бурых лесных почв Вармийской возвышенности непосредственно влияют на интенсивность эрозионных процессов, не только в плане снижения плодородия, но и ухудшения общей экологической обстановки.

2. Биота, кроме сдерживающего фактора и катализатора эрозионных процессов, служит диагностическим показателем их интенсивности.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Полученные результаты могут быть использованы при проведении почвенно-эрозионных обследований на территории области, разработке комплекса противоэрозионных мероприятий, бонитеровки и качественной оценке земельных ресурсов, проведении экологических мониторингов.

Разработано и издано учебное пособие «Эрозия почв» (в соавторстве) для студентов специальностей: агрономия, агрохимия и агропочвоведение, агроэкология.

Материалы исследований используются в курсах «Почвоведение», «Агрометеорология», «Основы почвоведения и земледелия», «Кормопроизводство», «Эрозия почв» и практических занятиях со студентами.

Апробация работы. По материалам исследований опубликовано 11 работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах, в которых отражены основные результаты исследований.

Декларация личного участия автора. Весь фактический материал диссертационной работы получен лично автором в период с 2003 по 2007 год при проведении полевых и камеральных исследований.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованных литературных источников из 168 названий, из которых 12 на английском языке. Общий объём работы – 167 страниц; она включает 44 таблицы, 37 рисунков и 8 приложений.

Охрана почв от эрозии

Огромное количество земель Вармийской возвышенности находится в залежи. В среднем за 2005 – 2006 годы эта цифра составляет около 85%. Растительность, формирующаяся на этих землях, в процессе демутационных сукцессий после сельскохозяйственного использования, не обеспечивает надёжной защиты почвы от эрозионных процессов.

Перевод этих угодий в разряд «земель запаса» должен быть обеспечен мероприятиями по сохранению этих почв от эрозии на уровне сплошного залужения их многолетними травами.

В качестве одного из решений этой проблемы предложено создание международного полигона испытания высоких аграрно-экологических технологий и мониторинговых наблюдений (МПИВАТМ) на территории Калининградской области. Эрозионная характеристика экологических условий агробиоценозов должна являться одной из необходимых составляющих при разработке систем адаптивного земледелия.

Рациональная система применения удобрений играет решающую роль не только в получении максимальных урожаев сельскохозяйственной продукции, но и в сохранении и в увеличении плодородия почвы, что является основным компонентом всего комплекса мероприятий направленных на защиту почв от эрозии. Положительный баланс органического вещества антропогенно созданных почв достигается при включении в структуры их элементарных педокомплексов органических и минеральных составляющих в количествах, компенсирующих вынос вещества почвы в результате отторжения биомассы урожая возделываемых культур и денудационного транспорта почвенного материала и в последствие обеспечивающих полноценное развитие агрофитоценоза. Соблюдения этого условия обязательно для всех типов почв исследуемого района, характеризующихся невысоким плодородием. В настоящее время количество вносимых удобрений резко сократилось (табл. 9).

Таблица 9. Количество внесённых минеральных веществ (2007 год)

Применение	Азот, кг/га	Фосфор, кг/га	Калий, кг/га
Основное внесение	4,84	4,88	6,5
Подкормки	45,1	-	-
Всего	49,94	4,88	6,5

Внесение органических удобрений носит не системный характер и ограничено применением только на подворьях. Площадь применения извести (464 тонны) в 2007 году составила около 50га. Поэтому говорить о положительном балансе гумуса почв сельскохозяйственных угодий в настоящее время не приходится.

Разрушение и отторжение органического вещества почвы с полей при таком «хозяйствовании» в конечном итоге приведёт к сильнейшей деградации почвенного покрова на больших площадях в результате интенсивного развития эрозионных процессов [7]. Это требует пересмотра всех принципов современного использования земель в целях их сохранения не на уровне отдельного района или области – этот вопрос требует детального изучения и контроля на федеральном уровне.

Выводы

1. Анализ фондовых материалов Калининградского филиала «СевЗапНИИГипрозем» указывает на отсутствие проведения специальных почвенно-эрозионных исследований на территории Вармийской возвышенности.

2. Значительное холмисто-грядовое расчленение рельефа, обусловленное отложениями четвертичного периода, на фоне интенсивного антропогенного воздействия приводит к ускоренному изменению топографической функции северных склонов на уровне мезорельефа.

Основная почвозащитная роль на эрозиоопасных элементах рельефа принадлежит травянистой растительности – увеличение количества осадков с 3 до 30 мм/сутки за относительно короткий период времени в совокупности с среднесуточными температурами от 5 до 10°С (т.е. до начала активной вегетации растительности), является причиной повышения среднегодовой интенсивности эрозионных процессов на почвах Вармийской возвышенности.

3. Бурые лесные почвы, сформированные в полугидроморфных условиях агроэкосистем, характеризуются как наиболее эродируемые.

Эрозия этих почв является причиной снижения в них основной составляющей почвенного плодородия – гумуса, его выноса из всех почвенных горизонтов в процессе вертикального и горизонтально-латерального транспорта в потоках жидкости в результате уменьшения степени насыщенности основаниями и увеличения кислотности почвенного раствора.

Совокупным результатом этих процессов является снижение содержания водопрочных агрегатов, увеличение количества сальтирующих фракций и появление большого количества вторично-неразвитых почвенных разностей.

4. Растительные сообщества травянистых агрофитоценозов эродированных почв характеризуются последовательно-внезапной сменой видового состава с увеличением содержания в них видов с корневищными и стержневыми корневыми системами, которые отличаются высокой степенью адаптации к ухудшению показателей почвенного плодородия.

Видовой состав растительных сообществ эродированных почв имеет относительно низкую и неустойчивую (в зависимости от степени эродированности) продуктивность фитомассы и характеризуется как несформированный окончательно. Эти фитоценозы отличаются низкой площадью истинного и проективного покрытия. В критические периоды развития следствием такой эволюции растительных сообществ является увеличение интенсивности эрозионных процессов – кроме процессов водной эрозии отмечается увеличение интенсивности (почти в 10 раз) местной ветровой эрозии.

5. Почвенная фауна, ускоряя и усложняя почвенный биохимический и малый биологический круговороты веществ, усложняет и повышает энергетическую ёмкость почвенного гумуса. Поэтому участие зоофактора в почвообразовании необходимо расценивать как позитивное при конкретизации исследований в пространственно-временном аспекте с использованием экологического подхода к проблеме эрозии почв. Однако жизнедеятельность почвенных животных может принимать негативный характер путём активизации интенсивности эрозии почв и таким образом быть катализатором этих процессов.

6. Изучение динамики количественных показателей микробных сообществ сапротрофного типа бурых лесных и дерново-подзолистых почв схожей степени эродированности указывает на доминирование в них микроскопических грибов. Причиной тому может являться повышенная кислотность почв региона, что подтверждается отсутствием прямой корреляции между численностью КОЕ и содержанием органического вещества в почве.

Сезонное изменение активности микроорганизмов в сторону уменьшения происходит по схеме: весна→осень→лето в зависимости от сезонного изменения условий в экосистеме.

Дифференциация почвенного покрова при изучении численности микробного населения почвы с выделением биотопов по степени эродированности почв выявила прямую зависимость активности микробных сообществ, включающих в себя все группы сапротрофных организмов, от степени эродированности почвы – с увеличением степени эродированности за счёт бактерий происходит снижение численности микробного населения почвы. Такие закономерности при исследовании развития микробных сообществ эродированных почв на питательных средах можно использовать в качестве метода диагностики интенсивности эрозионных процессов и как эталон – при экологическом мониторинге.

7. Низкая культура земледелия является одной из основных причин отрицательного влияния на окружающую среду. Основным фактором этого воздействия является деградация почвенного покрова, выражающаяся в агроистощении и увеличении интенсивности эрозионных процессов почв агроэкосистем.