ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ СТРУКТУРЫ ПОЧВ НА БИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МЕСТНЫХ ДЕРЕВЬЕВ НА ТЕРРИТОРИИ ХОРЕЗМСКОЙ ОБЛАСТИ УЗБЕКИСТАНА

АННОТАЦИЯ

Акцентируя внимание на некоторых особенностях почв Нижнеамударьинского региона, ученые отметили, что регион характеризуется очень слабым естественным стоком подземных вод и отсутствием искусственных дренажных сооружений. Этот фактор усиливает засоление почв и вторичное засоление. В частности, на плодородие почвы влияет ветровая эрозия. На орошаемых землях такие почвы составляют 19,1%. В Нижнеамударьинском районе на орошение используется 85-90% воды. Правильное распределение воды в целом требует поиска путей дальнейшего повышения эффективности орошения сельскохозяйственных культур. Согласно научным исследования естественных деревьев, посаженных на очень малоурожайных (заброшенных) землях, показывают, что деревья хорошо растут даже при 40% орошения меньше, чем обычно. Однако для ухода за деревьями в конкретной местности необходимо тщательно подбирать их породы. Это связано с тем, что деревья можно использовать для различных целей, таких как выращивание топлива из биомассы, корма для животных или увеличения количества органического вещества в почве, оставляя его на земле. Известно, что деревья также играют роль в биодренаж.

ABSTRACT

Focusing on some features of the soils of the Lower Amudarya region, scientists noted that the region is characterized by a very weak natural flow of groundwater and the absence of artificial drainage structures. This factor enhances soil salinization and secondary salinization. In particular, soil fertility is affected by wind erosion. On irrigated lands, such soils make up 19.1%. In the Lower Amudarya region, 85-90% of water is used for irrigation. The correct distribution of water in general requires finding ways to further improve the efficiency of crop irrigation. According to scientific studies of natural trees planted on very low-yielding (abandoned) lands, they show that trees grow well even with 40% less irrigation than usual. However, for the care of trees in a particular area, it is necessary to carefully select their species. This is because trees can be used for a variety of purposes, such as growing biomass fuel, animal feed, or increasing soil organic matter by leaving it on the ground. Trees are also known to play a role in biodrainage.

Ключевые слова: лес, вторичное засоление, биомасса, биодренаж, эрозия, деградация.

Keywords: forest, secondary salinization, biomass, biodrenaj, erosion, degradation.

Введение. Наземные экосистемы реагируют на стресс в своей естественной среде предсказуемыми структурными изменениями. По мере того, как условия среды становятся более суровыми и вредными, размеры господствующих растений уменьшаются и наблюдается постепенный переход древесно-доминантных экосистем в кустарниковые, а затем в травяные. Механизм этой структурной перестройки хорошо прослеживается по градиенту изменения состава солей в почве параллельно с изменением погодно-климатических характеристик и в районах с различным количеством осадков. Высказано предположение, что антропогенное воздействие на окружающую среду может привести к аналогичным изменениям в составе наземных экосистем (Smith, 1985).

Защита растений от неблагоприятных факторов внешней среды Адаптации строения, анатомические особенности (кутикула, панцирь, механическая ткань и др.), специальные защитные органы (перья, позвоночник), подвижность и физиологические реакции и защитные вещества (жиры, фитонциды, токсины, защита) белки ). Структурные приспособления включают раздавливание листьев и даже опадение листьев, восковые кутикулы на поверхности листьев, их уплотнение и погружение устьиц, наличие водянистых листьев и стеблей, удерживающих воду, и многое другое.

Деревья также обладают разнообразными физиологическими механизмами, позволяющими им приспосабливаться к неблагоприятным условиям окружающей среды.

Засоление почв выделяется как один из важнейших видов деградации почв, учитывая его природное и хозяйственное значение. Засоление почв приводит к физической деградации почв и дальнейшему отчуждению их от сельскохозяйственного использования. В свою очередь, физическая деградация почв приводит ко многим природным катаклизмам. Распространение засоленных почв и сокращение орошаемых земель требуют экологической оценки засоленных почв с точки зрения их экологического состояния.

Использование биоиндикаторного метода для определения антропогенного воздействия связано с рядом трудностей, так как негативное воздействие различных факторов внешней среды зависит от ритмов развития растений и проявления природных процессов (Ловелиус, 1979). В связи с этим нами была проведена экологическая оценка связи между факторами внешней среды, в том числе структурой и качеством почвы, и показателями биопотенциала изучаемых деревьев. С точки зрения экологической оценки ключевые параметры должны максимально полно описывать процессы в экосистеме. К ним в первую очередь относятся физические свойства почвы, так как они лучше коррелируют с уровнями засоления и имеют меньшую изменчивость в пространстве и времени по отношению к воде (влаге).

Для определения наиболее информативных интегральных показателей жизнеспособности деревьев использовали корреляционный анализ. Рост деревьев является одним из наиболее чувствительных параметров, позволяющих оценивать антропогенное загрязнение и выявлять снижение продуктивности растений (Ильина, 2001).

Относительная роль факторов окружающей среды, влияющих на интенсивность роста, сильно различается на протяжении всей жизни дерева. Так, по исследованиям Г. Фрица, скорость роста дуба белого в начале вегетационного периода зависит от дневной температуры воздуха, в середине периода - ночной температуры, в конце периода - температуры воздуха. дефицит влаги в почве (Битвинскас, 1974). В засушливых условиях степной зоны постоянная нехватка влаги напрямую связана с увлажнением в ответ на ежегодный прирост деревьев. Однако деревья засушливых районов более чувствительны к осадкам (Пугачев, 1975). В засушливых районах произрастания в отдельные периоды решающее значение имеет влажностный режим, влияние термических факторов менее заметно (Битвинскас, 1974).

Материалы и методы. Хорезмская область является старейшим земледельческим регионом мира. Орошаемые земли в Хорезме расширились и в 2000 г. составляли 49% территории области. 40% из них оцениваются как высокопродуктивные. Около 15-20% площади непригодны для использования.

В сельском хозяйстве существуют три формы ведения хозяйства: совхозы, частные фермеры и крестьянские хозяйства или приусадебные участки. В 2005 году все участки были переданы в полное фермерское хозяйство. В то же время на 188 329 га земли создано 13 839 личных подсобных хозяйств, т.е. в среднем 13,6 га/фермер, а 247 840 дехканских хозяйств были организованы на 48 912 га или в среднем 0,2 га/фермер.

Рисунок 1.

1.1. Пригодность почвы для сельскохозяйственных культур

Оросительная вода распределяется среди фермеров в соответствии с посевными площадями и типами культур. Сельское хозяйство специализируется в основном на хлопке, рисе и пшенице. Особенно широко выращивается хлопок, на долю которого сейчас приходится 50% посевных площадей.

Помимо предотвращения деградации почвы, деревья могут служить древесиной и кормом для скота. Древесина является источником тепла и сейчас используется во многих узбекских домах. На дрова идет 95% вырубаемой в стране древесины, т.е. 50-80 тыс. м3. Ожидается, что спрос на древесину, а также на газ и электроэнергию будет увеличиваться по мере роста населения на 2% в год. Деревья и кустарники также могут служить кормом для скота.

Результаты и наблюдения. Как и в случае с оценкой роста, для него виды деревьев ANOVA оказали большое влияние на все переменные. Время сбора урожая было важно для всех, кроме NAR, а тип почвы был важен для LWR, RWR, LAR и RGR. RGR и его компоненты показаны в таблицах 1. и 2.

В результате корреляционного анализа был обнаружен различный уровень корреляции между экологическими явлениями, находившимися в кризисе, и состоянием деревьев.

Значения RGR колебались в пределах 0,46–2,16 мг/г*сут. Относительно высокий RGR важен при выборе тура. Поскольку это приводит к быстрому росту вида, изучение его компонентов позволяет получить более высокий RGR.

Таблица 1.

Коэффициенты корреляции Пирсона для компонентов роста в зависимости от вида, времени сбора урожая и типа почвы

Примечание: МПП - месяцы после посева. Средние значения параметров роста, оцененных по видам по периодам урожайности: коэффициент листовой поверхности (БЮН), удельная листовая поверхность (МБЮ), скорость нетто-ассимиляции (СФУ), коэффициент массы листа (БОН), корневая весовое соотношение (ИОН). В скобках указано количество наблюдаемых деревьев. Значения, не имеющие аналогичного высокого индекса, существенно различаются.

Ранние исследования RGR показали, что деревья сажают даже при низком NAR, потому что деревья быстро насыщаются при слабом освещении. Однако исследования Purter показали, что RGR*SLA доминирует при слабом освещении из RGR*NAR и RGR*SLA.

Таким образом, для RGR важны как NAR, так и SLA, а сами они зависят от света. Этот эксперимент коррелировал с RGR SLA на 55%. Хотя эти корреляции были отрицательными в большинстве случаев, они были положительными в 33%. Зависимость RGR*NAR определялась в 53% случаев, из них отрицательная и положительная в 60 и 40% соответственно.

Таблица 2.

Коэффициенты корреляции Пирсона для компонентов роста в зависимости от вида, периода урожайности и типа почвы

На важность NAR повлияло и то, что интенсивность света в Хорезме была высокой 50-62 и что такой свет нельзя было давать в искусственных вольерах. Разница в RGR у разных видов зависела либо от NAR, либо от SLA. Хотя результаты этого исследования не доказали влияние света на NAR, некоторые тенденции соответствовали первоначальным результатам. Примером этого является корреляция NAR * SLA. Хотя это было выявлено для травянистых и молодых деревьев, более старые деревья также могут быть поражены.

Между NAR и LAR также наблюдалось несколько сильных и отрицательных корреляций, на долю которых приходилось 79%. Это связано с тем, что увеличение NAR уменьшает LAR. Положительные корреляции между LAR*RGR также (71%) соответствовали первоначальным результатам.

Разница по каждому параметру варьировалась в зависимости от сезона и типа дерева. Например, лох на SLA в 7 месяцев. те, которые быстро имеют большую биомассу. Самый маленький Populus eu. тем не менее, это показало большую ценность для NAR. RGR и LWR показали одинаковую картину через 7 и 19 месяцев.

Различные исследования показали, что долгосрочные эксперименты показали, что деревья необходимо использовать для определения их пригодности для одной и той же территории. Но эти описания требуют много времени, материальных, пространственных и ресурсных ресурсов. В краткосрочных исследованиях учитываются сравнительные параметры NAR, LAR, SLA и др., но их нельзя рекомендовать в долгосрочной перспективе. В результате их объединения они будут дополнять друг друга и точно указывать, какие деревья подходят для леса. Однако необходимо определить, в какой мере результаты, полученные в искусственных условиях, подтверждаются в естественных условиях.

RGR, полученный в этих двух экспериментах, был ниже, чем в предыдущих экспериментах. Это может быть связано с сочетанием опыта, поскольку дефицит питательных веществ и воздействие соли могут снизить RGR. Предварительные исследования также были направлены на выявление потенциала, а не RGR для себя.

RGR крупных деревьев обычно низкий, тогда как молодые деревья наблюдались в лаборатории недолго. Хотя взаимодействие было устранено из-за размера площадей, небольшое количество взаимодействий могло наблюдаться на второй год в результате быстрого развития деревьев. Значения NAR, SLA и LAR также были низкими. Однако уже в первых экспериментах было отмечено, что деревья, выращенные в поле, были выше SLA NAR, чем деревья, выращенные в лабораторных условиях.

Если мы посмотрим на деревья в целом, то деревья в лаборатории показали большую ценность, чем деревья в поле, и это не стало неожиданностью.

Чтобы предотвратить разрушение структуры почвы, ее следует отличать разнообразием и быстрым ростом деревьев, высаживаемых с целью обеспечения фермеров листьями, стеблями, древесиной в качестве дополнительной выгоды. Быстрый рост деревьев может быть вызван увеличением LWR, NAR и увеличением SLA. Эта идея была доказана в 19 месяцев, когда Elaeagnus an. Быстрое увеличение LAR связано с увеличением LAR в результате увеличения LWR. Напротив, Salix n. высокий NAR вызвал быстрый рост. Было бы недальновидно утверждать, что только один фактор влияет на RGR при рассмотрении этого свидетельства.

Еще одной причиной использования всех факторов являются изменчивые климатические условия Хорезмской области. Сохраняя малосоленую воду и сохраняя почвенную влагу, уровень грунтовых вод может значительно падать во время засухи. При подходе с этой стороны мы бы рекомендовали посадить деревья, чтобы уменьшить потери воды, так как они уменьшают испарение воды за счет толстых листьев. Но это влияет на SLA, чем толще листья, тем ниже он будет. Несмотря на связь между SLA и скоростью испарения, было бы ошибкой рассматривать его только как основной при выборе вида. Что касается испарения листа, то с 19-месячного возраста видно, что Elaeagnus an. имея самый низкий SLA, самое высокое испарение и рост. Таким образом, сочетание факторов полезно не только при отборе разных видов, но и при отборе разных функциональных свойств.

Большая часть информации в литературе содержит информацию о взаимосвязи между RGR и фотосинтезом, световым фактором, питательными веществами, содержанием СO₂ и влажностью почвы. Было обнаружено, что относительная площадь листовой поверхности и NAR очень важны для вновь посаженных деревьев. При быстром росте дерева отношение LAR, SLA и массы листа к LWR было высоким, а масса корня к RWR – низким. Напротив, у медленнорастущих деревьев LAR, SLA и LWR низкие, а RWR высокий. Для деревьев, произрастающих в засоленном и бедном питательными веществами Хорезмском оазисе, SLA низкий, что объясняется продолжительностью жизни листьев. Текущие исследования показали, что компоненты RGR частично дополняют и поддерживают одно и то же. Таким образом, компоненты RGR следует рассматривать как единую систему при изучении роста различных деревьев в неблагоприятных условиях.

Для определения влияния показателей уровня грунтовых вод на биометрические показатели деревьев был проведен корреляционный анализ между этими параметрами (Рисунок 2).

Рисунок 2. Взаимосвязь между уровнем грунтовых вод и развитием стволов деревьев в условиях Хорезмской области

Elaeagnus an. и Ulmus p коэффициенты корреляции между уровнем грунтовых вод деревьев и их развитием r = 0,31 и r = 0,39, Populus eu. для, это отношение, как было найдено, было немного выше, чем r = 0,78. Следует отметить, что для всех изученных пород деревьев выявлены полиномиальные тренды.

Учитывая сложность процесса выращивания, RGR и его ключевые компоненты тестируются в искусственных условиях и в краткосрочной перспективе. В то же время при снижении сложности измерений невозможно получить такие результаты в естественных условиях.

Недавние исследования, проведенные в естественных условиях в течение нескольких сезонов, показали, что результаты, изучаемые в RGR и эго компонентах, часто согласуются. Так же сомнительно, что понятие пропорции роста может быть применена к сравнениям деревьев.

Несмотря на эти ограничения, изучение роста рассматривается как первый шаг к пониманию физиологических основ роста. Однако шести не было предоставлено никакой информации о несовместимости RGR, NAR, SLA и LWR для использования древесины в долгосрочных исследованиях.

Заключение. Для предотвращения разрушения структуры почвы в условиях Хорезма целесообразно проводить посадку деревьев, но для этого необходимы знания по подбору подходящих деревьев. Экологи предлагают виды с высоким RGR в краткосрочной перспективе в таких ситуациях. Однако с годами рост сопровождался снижением этих показателей.

Таким образом, устойчивость деревьев к неблагоприятным факторам внешней среды, в том числе антропогенным, часто проявляется в лучшем сохранении продуктивности, роста и развития, сохранении физиолого-биохимических функций по сравнению с неустойчивыми видами, нарушении этих показателей и процессов. К ним могут быть отнесены засуха, недостаток влаги, засоление почв и др., наиболее чувствительные к комплексу неблагоприятных условий.

Кроме того, полученные результаты показывают локализацию зон экологического стресса в районах, где почвенная, воздушная и биотическая среды подвергаются наибольшему антропогенно-техногенному прессу. Почвы, условия деградации в атмосферном воздухе, ограничение жизнеспособности и экологическое состояние деревьев свидетельствуют об устойчивой тенденции их ослабления в условиях деградации почв.

Список литературы:

1. Ахтырцев Б.П. “Деградация почвенных ресурсов и проблема их оптимизации” // Вестник Воронежского университета. -2000.-№1.-С. 98-102.
2. Добровольский Г.В. “Деградация и защита почв” / Под. изд. М. Изд-во МГУ, 2002. - 654с.
3. Heuperman A.F., Kapoor A.S. and Denecke H.W. Biodrainage-Principals, Experiences and Applications. Knowledge Synthesis Report No. 6. International Program for Technology & Research in Irrigation & Drainage, IPTRID Secretariat, FAO, Rome.- 2002.- pp. 79.
4. ФАО, 2009. Статистическая база данных. www.fao.org.
5. Katyal J.C. and Vlek P.L.G. 2000. Desertification – concept, causes and amelioration, ZEF Discussion Paper on Development Policy 33.- 65 pp.
6. Khamzina, A., Lamers, J.P.A., Worbes, M., Botman, E. and Vlek, P.L.G. (2005) Assessing the potential of trees for afforestation of degraded landscapes in the Aral Sea Basin of Uzbekistan. Agrofor Syst (in press).
7. Khamzina, A., Lamers, J.P.A., Martius, Ch., Worbes, M. and Vlek P.L.G. (2005). Biodrainage potential of nine multipurpose tree species in the lower Amudarya River region of Uzbekistan. Agrofor Syst (submitted).
8. Lamers, J.P.A., Michels, K. and Vandenbeldt, R.J. (1994) Trees and windbreaks in the Sahel: establishment, growth, nutritive and calorific values. Agrofor Syst 26(3): 171-184.
9. Lamers, J.P.A., Khamzina, A. and Worbes, M. (2005) The analyses of physiological and morphological attributes of ten tree species as determining components for their suitability in the rehabilitation of degraded landscapes in the Aral Sea Basin of Uzbekistan. Forest Ecol Manage (under review).
10. Муравьев А.Г. Оценка экологического состояния природно-антропогенного комплекса // Учебное пособие. Эд. 2-й. исправил и дополнил. СПб.: «Рождество+», 2000. — 118 с.
11. Робинсон С., Энгель Э., 2008 г. Изменение климата и деградация земель в Центральной Азии: сценарии, стратегии и возможности финансирования. Отчет для GTZ CCD, октябрь 2008 г.
12. Строганова М.Н., Прокофьева Т.В., Прохоров А.Н., Лысак Л.В., Сизов А.П., Яковлев А.С. Комплексная оценка экологического состояния городских почв. - Московский государственный университет. - М., 2001. 50 с.
13. Шеин, Е.В. Гранулометрический состав почв: проблемы методов исследования, интерпретация результатов и классификации // Почвоведение. 2008. - Нет. 10. - С. 958-964.
14. Шеин. Э.В. Полевые и лабораторные методы изучения физических свойств и режимов почв: Методические указания / Под ред. -М.: Изд-во МГУ, 2001.с. 200.
15. Воробьева. Л.А. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. -М.: ГЕОС, 2006.-400 с.

Список сокращений