Фитомелиорация
Фитомелиора́ция (от фито... и мелиорация), система мероприятий по улучшению природных условий путём регламентированного использования сообществ, создания пастбищезащитных лесополос, кулисных посадок, посева трав и др. Фитомелиорация как наука основывается на принципах восстановительной экологии, использующей средообразующие, средовосстанавливающие, средооптимизирующие свойства растительности для восстановления и повышения природно-ресурсного потенциала деградированных ландшафтов.
Согласно Ю. П. Бялловичу, в основе общей теории фитомелиорации лежит биогеоценологическое понятие естественной (природной) преобразовательной (режимной) функции растительности. Сущность преобразовательной функции заключается в закономерных изменениях растительностью геофизического и геохимического режимов биогеоценозов и биосферы в целом, а также в вызываемых этими изменениями перестройках всех остальных компонентов биогеоценоза. В своих трудах он различал фитомелиорацию:
биопродукционную – повышение количества и качества полезной человеку продукции;
гуманитарную – оздоровление среды для оптимизации физического и духовного состояния человека;
инженерную – улучшение условий эксплуатации инженерных сооружений;
природоохранную – сохранение и улучшение биоценозов, природной среды в целом;
интерьерную – оздоровление среды в помещении.
Доминантные виды растений, используемые для фитомелиорации:
маревые: саксаул чёрный (Haloxylon aphyllum), солянка восточная (Salsola orientalis), галотамнус малолистный (Halothamnus subaphyllus), терескен серый (Eurotia ceratoides), кохия простёртая (Kochia prostrata), кохия веничная (Kochia Scoparia), камфоросма Лессинга (Camphorosma lessingii), климакоптера шерстистая (Climacoptera lanata), сведа дуголистная (Suaeda arcuata), сведа высокая (Suaeda altissima);
тамариксовые: джузгун древовидный (Calligonum arborescens), джузгун безлистный (Calligonum aphyllum);
бобовые: солодка голая (Glycyrrhiza glabra), солодка уральская (Glycyrrhiza uralensis);
астровые: полынь Лерха (Artemisia lerchiana), полынь солелюбивая (Artemisia halophila);
злаки: житняк пустынный (Agropyron desertorum), пырей удлинённый (Elytrigia elongata), мятлик луковичный (Poa bulbosa).
Фитомелиорация аридных (пустынных) пастбищ
Фитомелиорация аридных пастбищ осуществляется путём создания чёрносаксауловых пастбищезащитных полос. В условиях южных среднеазиатских пустынь применяются пастбищезащитные полосы галофитного древесного растения саксаула чёрного, которые заметно повышают относительную влажность воздуха, снижают скорость ветра, изменяют температурный режим воздуха и почвы, задерживают снег и защищают почву от иссушения. В результате создаются более благоприятные гидротермические условия для роста и развития природной полынно-эфемеровой растительности в самой полосе и на прилегающих участках пастбищ. Видовой состав растений в чёрносаксауловой лесополосе становится более разнообразным, плотность эфемерового разнотравья выше, чем на открытом пастбище.
Пастбищезащитные полосы в пустынных полынно-эфемеровых пастбищах закладываются шириной 25 м и шириной межполосных пространств 150–200 м.
Саксаул чёрный по типу стратегии жизни – виолент, способный захватывать новые территории и долго удерживать их за собой. Эта способность в известной мере связана с мощно развитой системой поглощающих органов – фотосинтезирующих побегов, глубоко проникающих в почву корневых систем, охватом ими большого объёма воздушной и почвенной среды и, соответственно, большего использования материально-энергетических ресурсов среды. Саксаул чёрный заметно изменяет световой, температурный, ветровой режимы почвы и обеспечивает формирование более благоприятной экологической среды для растений и животных.
Эфемеры летом отлично сохраняются в засохшем виде в чёрносаксауловой полосе, сохраняя кормового запас. Находясь под защитой саксаула, они меньше подвержены ломке и осыпанию, чем на открытом пастбище. Наряду с этим под влиянием саксаула чёрного на пастбище обогащается ботанический состав травостоя. В полосе получают обильное развитие однолетние солянки: солянка хрящецветная (Salsola sclerantha), голохарис щетинистоволосый (Halocharis hispida). Особенно благоприятные условия создаются в полосе для развития злакового разнотравья – костреца безостого (Bromopsis inermis), овсяницы валлисской (Festuca valesiaca), а также костенца зонтичного (Holosteumum umbellatum).
Кормовая производительность пастбищ, улучшенных пастбищезащитными чёрносаксауловыми полосами, складывается за счёт 2–3-кратного увеличения урожая эфемеров и однолетних солянок в полосе, прибавки в урожае прилегающих к полосе природных полынно-эфемеровых пастбищ на 20–25 % и урожая самого саксаула чёрного, достигающего, в зависимости от экологических условий и возраста растений, 0,8–2,1 т/га сухой массы.
Фитомелиорация и воспроизводство плодородия чернозёмов
Восстановление и повышение плодородия степных почв связано с возрождением самих степей при восстановительных сукцессиях.
Использование восстановительных сукцессий является перспективным приёмом фитомелиорации антропогенно нарушенных почв, в ходе которых в результате жизнедеятельности растений восстанавливаются их свойства и соответствующей им гетеротрофной биоты. В ходе залежной сукцессии происходят сопряжённая смена состава растительности и изменение почвы – процесс постепенного восстановления утраченных свойств. Если растительные сообщества, близкие к целинным, формируются через 20–30 лет, то темпы восстановления агрофизических свойств несколько отстают. В изучаемом возрастном ряду залежной сукцессии не удалось проследить сроки, когда названные свойства почв достигли бы уровня целинных почв. Можно предположить, что этот процесс требует не менее чем 50 лет.
Посевы многолетних трав и создание агростепей являются наиболее оправданными (экологически и экономически) способами восстановления почв. Под покровом многолетних трав одновременно происходят процессы восстановительной сукцессии степной растительности и восстановления плодородия почв. Это позволяет считать, что сукцессии под покровом многолетних трав следует рассматривать как малозатратный и относительно быстрый путь восстановления степей и почв.
Создание агростепей по методу Д. С. Дзыбова является одним из перспективных способов восстановления степей, который отличается от других способов более быстрыми темпами. Для этого метода используется сено-семенная масса, скошенная в периоды массового созревания основных видов из хорошо сохранившихся участков целины зонального типа или из ботанических заказников. На 2-е лето после рассева в агростепи активно подавляются виды, чуждые степным сообществам, и травостой по основному составу растительности становится близким к исходной модели.
Агростепь способствовала существенному улучшению свойств почвы. По количеству корневой массы она практически достигла уровня целинной почвы. По содержанию структурных агрегатов и их водопрочности вариант ещё уступает целине (разница составляет соответственно 5,4 и 6,3 %). Таким образом, почвовосстанавливающая способность сукцессии в агростепи и в посевах многолетних трав оказалась сходной. Кроме того, старовозрастные посевы трав и агростепи являются носителями высокого биологического разнообразия, что способствует общему улучшению экологической обстановки в агроэкосистемах.
Фитомелиорация пастбищных земель
Фитомелиорация пастбищных земель осуществляется путём создания разносезонных пастбищ в центрально-азиатских пустынях. Для формирования весенне-летних пастбищных экосистем высеваются смеси семян: кохия веничная, камфоросма Лессинга, терескен серый и мятлик луковичный в соответствующих пропорциях. Максимальный урожай многокомпонентное пастбище накапливает на 5–6-й год жизни. Резкое увеличение кормовой массы происходит со 2-го года жизни растений, когда пастбищная экосистема рекомендуется к использованию. В структуре урожая наблюдается неравномерное распределение кормовой массы между видами растений, причём наибольший урожай приходится на долю кохии веничной. Если общая урожайность пастбищной экосистемы в среднем за 5 лет составляет 2,0 т/га, то из них 1,4 т/га кормовой массы (70,4 %) приходится на долю популяций кохии веничной.
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 0,5–0,65 т/га сухой кормовой массы. Урожайность природных пастбищ к этому периоду в засушливые годы не превышает 0,1, в благоприятные по увлажнению – 0,3 т/га сухой массы. В последующие месяцы урожайность увеличивается. К середине мая данная пастбищная экосистема накапливает в зависимости от конкретно складывающихся метеорологических условий 50–80 % 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 кохии веничной в основном отмечается до конца июня (60–80 %), затем оно замедляется. У камфоросмы Лессинга 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 скота в весенне-летний период.
Фитомелиорация деградированных пустынных экосистем
Фитомелиорация пустынных экосистем происходит за счёт создания осенне-зимних пастбищных экосистем. Для формирований такого типа пастбищной экосистемы использовались следующие виды кормовых растений: саксаул чёрный, галотамнус малолистный (Halothamnus subaphylla), полынь солелюбивая, солянка восточная в соответствующих пропорциях.
Следует отметить, что осенне-зимняя пастбищная экосистема характеризуется сложным строением, состоит из 5 синузий, различающихся как в надземной, так и в подземной сферах. 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. Урожайность пастбищных сообществ, созданных из смеси всех видов растений уже через 3 года после сева в 2 раза выше, чем у естественных пустынных пастбищ. В возрасте 4–6 лет формирование кормовой массы стабилизируется. Максимальная урожайность осенне-зимней пастбищной экосистемы наблюдается на 9–10-м годах 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 урожайна солянка восточная, на долю которой, в зависимости от возраста и метеорологических условий, приходится 11,6–59,4 % подножного корма. Значительным колебаниям подвержена урожайность галотамнуса малолистного и полыни солелюбивой. Если галотамнус малолистный и солянка восточная способны быстро накапливать кормовую массу в первые же годы жизни (2–4-й год), то у саксаула чёрного формирование урожая в данной пастбищной экосистеме идёт значительно медленнее. В зависимости от возраста и метеорологических условий, оказывающих большое влияние на показатели роста и накопление кормовой массы, на долю саксаула чёрного приходится от 3,6 до 28,1 % урожая пастбищной экосистемы.
Присутствие в осенне-зимней пастбищной экосистеме полукустарников (солянка восточная, полынь солелюбивая, галотамнус малолистный) делает эти пастбища превосходными для выпаса овец в осенне-зимний период. В свою очередь, саксаул чёрный служит удовлетворительным кормом осенью и зимой и предохраняет овец от зимней стужи и сильных ветров.
Фитомелиорация поливидовых пастбищ
Для формирования поливидовых пастбищ круглогодового использования применяются следующие доминантные виды кормовых растений: саксаул чёрный, солянка малолистная, кохия простёртая, солянка восточная, полынь раскидистая (Artemisia diffusa) в соответствующих пропорциях. Посев производится в конце ноября. Структура пастбища круглогодового использования состоит из 5 синузий, взаимодополняющих друг друга по эколого-биологическим характеристикам и занимаемым экологическим нишам.
Воссозданные пастбища круглогодового использования, имеющие в своём составе виды кормовых растений различных жизненных форм, характеризуются высокой и устойчивой кормовой производительностью по годам и сезонам. Уже на 2-м году процесса реставрации она в 2 раза превышает продуктивность природных пастбищ. Максимальной производительности пастбища круглогодового использования достигают на 3–5-м годах жизни (3,45–4,39 т/га сухой кормовой массы).
В формировании общей кормовой продукции поливидового пастбища значительна роль полукустарничков – кохии простёртой и солянки восточной: первые 2–4 года они способны быстро формировать кормовую массу. А вот у саксаула чёрного созревание происходит значительно медленнее, и на его долю приходится ⅓ общей кормовой продукции. Присутствие разносезонных поедаемых полукустарничков в сочетании с кустарником саксаулом чёрным и эфемероидами позволяет использовать поливидовые пастбища на протяжении всего года.
Фитомелиорация деградированных пастбищных земель в сухостепной зоне
Для восстановления продуктивности деградированных земель в сухостепной зоне высеваются смеси: кохия простёртая, камфоросма Лессинга, терескен серый и многолетние травы – житняк гребневидный (Agropyron pectinatum) и пырей удлинённый в соответствующих пропорциях.
Восстановленные пастбищные сообщества, включающие различные виды кормовых растений накапливают в 2–3 раза больше кормовой массы, чем естественные пастбища, и отличаются разнообразием подножного корма.
В течение 6 лет наблюдается увеличение продуктивности прутняково-терескеново-камфоросмовых пастбищных сообществ. Максимальная урожайность данной пастбищной экосистемы формируется на 5–6-й год жизни. Одна из характерных особенностей прутняково-терескеново-камфоросмовых пастбищ – это взаимодополняемость накопления кормовой массы видов пастбищных растений по сезонам пастбищного периода. Наиболее интенсивное накопление кормовой массы у кохии простёртой происходит до конца июля, камфоросмы Лессинга – до середины августа, терескена серого – до середины сентября.
Присутствие в составе полукустарничково-травяных пастбищных агроэкосистем кохии простёртой, накапливающей основную массу запаса кормов в летне-осенний период, в сочетании с терескеном серым и житняком гребневидным делают пастбищную агроэкосистему превосходной для выпаса овец в весенне-летний период. В свою очередь, присутствие камфоросмы Лессинга в составе полукустарничково-травяной агроэкосистемы служит хорошим кормом для использования осенью и зимой.
Фитомелиорация слабо деградированных пастбищных земель
Фитомелиорация слабо деградированных пастбищных земель происходит узкополосным способом рыхления в полупустынной зоне Прикаспия. Для фитомелиорации слабо деградированных пастбищ, где сохранилось 35–40 % зонально типичной пастбищной растительности, восстановление производится на основе полосного подсева кохии простёртой и камфоросмы Лессинга. Это позволяет обойтись без перепашки всей площади и обеспечивает благоприятные условия для получения полноценных всходов подсеянных растений в восстановлении природных кормовых угодий, утраченных биоразнообразие и кормовую производительность.
Наилучшим способом обработки почвы является ширина полос 25 см (или 36 % площади), которая повышает урожайность аридных пастбищ в 3 раза, где обеспечиваются относительно оптимальные условия для получения большого количества всходов, дальнейшего их хорошего роста и развития. В данных эколого-фитоценотических условиях общее количество полукустарничков в период относительной стабилизации их численности почти в 2 раза больше, чем на пастбищных агрофитоценозах, созданных в условиях сплошной вспашки почвы. Повышается урожайность до 1,54 т/га сухой поедаемой массы.
При создании долголетних пастбищ введением в природный травостой кормовых растений путём подсева полукустарничков после узкополосного рыхления достигается сохранение значительной части природной растительности. Одновременно такая обработка благоприятно влияет на естественный травостой, лучше используются атмосферные осадки, предотвращается ветровая эрозия почвы, сокращаются затраты на улучшение природных пастбищ.
Фитомелиорация путём закрепления песков и преобразование их в долголетние пастбищные сообщества
В зоне полупустынь Республики Калмыкия на юге России в 1950-х гг. произошли масштабные процессы опустынивания. Процессы деградации пастбищных экосистем, расположенных на лёгких по механическому составу почвах, привели к формированию открытых песков, площади которых в южных районах России превышают 500 тыс. га. Многолетние исследования научных учреждений позволили разработать и предложить производству эффективные методы восстановления пастбищных экосистем на месте открытых песков. Технология этого метода складывается из нескольких биогеоценотически обоснованных последовательных этапов:
1-й этап (1-й год) сводится к посеву главного пескоукрепителя – волоснеца гигантского (Leymus racemosus), при норме высева 6–8 кг/га в период с середины августа по ноябрь;
2-й этап (2-й год) заключается в посадке в марте – апреле сеянцев джузгуна безлистного в междурядьях волоснеца гигантского на глубину 0,6–0,7 м. При этом оставляемое расстояние между рядами сеянцев джузгуна составляет 1,5–2,0 м. В эти же сроки производится посадка терескена серого;
3-й этап (3-й год) связан с окончательным закреплением и формированием зонально типичных для песчаных местообитаний полночленных пастбищных экосистем путём посева кохии простёртой, преимущественно песчаных экотипов, полыни белой (Artemisia lercheana), житняка сибирского (Agropyron fragile) и других многолетних и однолетних трав.
Создание пастбищных экосистем на месте открытых песков по описанной выше технологии обеспечивает восстановление зонально типичной структуры пастбищных экосистем и формирование полночленного травостоя с продуктивностью 1,5–2,6 т/га энергонасыщенного сухого пастбищного корма.
Существует 2-й вариант экологического закрепления и восстановления кормовой продуктивности песков – агробиологический способ фитомелиорации деградированных земель с использованием черенков джузгуна безлистного и устройства рулонных кулис.
Способ фитомелиорации деградированных земель на открытых песчаных массивах, включающий лесопосадку джузгуна безлистного, кохии простёртой, житняка сибирского, отличается тем, что крупномерные черенки джузгуна безлистного высаживают по осям лент, при этом обработку почвогрунта проводят на глубине 35–40 см лентами шириной 1,4 м, а расстояние между осями лент составляет 5 м, после чего для предохранения саженцев джузгуна безлистного от засыпания песком используют рулонные кулисы из тростника обыкновенного, уложенные на поверхность почвы вдоль рядов джузгуна безлистного и закреплённые от сноса ветром проволочными штырями.