ВЛИЯНИЕ СОЛЕПЫЛЕВЫОЙ БУРИ С ОСУШЕННОГО ДНА АРАЛЬСКОГО МОРЯ НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ

АННОТАЦИЯ

В статье представлено исследование влияния солевой пыли с осушенного дна Аральского моря на дикорастущие растения. Проведены эксперименты в Ботаническом саду Каракалпакского научно- исследовательского института Естественных наук Каракалпакского отделения Академии наук Республики Узбекистан, в Муйнаке и в Устюрте Республики Каракалпакстан. В данной научной работе приводятся результаты экспериментов, проведенных в 2023 году, а также опыт экспериментальных работ, обобщенный за 2 года, в ходе которого выявлена сильная связь количества осадков в вегетативном периоде с одной стороны, и снижением засоленности почв с другой стороны, в периоде между импульверизацией и взятием проб почвы на реакцию, проведенную импульверизацией (коэффициент корреляции равен 0,78). Кроме того, определена степень влияния на засоленность почв различных метеоусловий. Разовое воздействие концентраций Na₂(SO)₄  5, 10, 15 и 20 г/м² выражается в уменьшении проективного покрытия растений в среднем на 10, 17, 25 и 30 % соответственно.

ABSTRACT

The article presents a study of the effect of salt dust from the drained bottom of the Aral Sea on wild plants. Experiments were conducted in the Botanical Garden of the Karakalpak Scientific Research Institute of Natural Sciences of the Karakalpak Branch of the Academy of Sciences of Uzbekistan, in Muynak of the Republic of Karakalpakstan and in Ustyurt of the Republic of Karakalpakstan. This article presents the results of experiments in 2023, as well as a generalized analysis of the results of experimental work over 2 years, during which a strong relationship was revealed between the amount of precipitation in the vegetative period on the one hand, and a decrease in soil salinity on the other hand in the period between pulverization and taking soil samples for reaction to the conducted pulverization (the correlation coefficient is equal to 0.78). In addition, the degree of influence of various weather conditions on soil salinity has been determined. One-time exposure to Na2(SO)4 concentrations of 5, 10, 15 and 20 g/m2 is expressed in a decrease in the projective coverage of plants by an average of 10, 17, 25 and 30%%, respectively.

Ключевые слова: проективное покрытие, солепылевые бури, усыхание Арала, вынос солей, корреляция.

Keywords: projective coating, salt and dust storms, Drying of the Aral Sea, salt removal, correlation.

Введение. Можно сказать, что растительный покров в современном мире испытывает двойной антропогенный стресс: первый в результате загрязнения почв тяжелыми металлами, пестицидами, солями и т.п., а второй – это от загрязнения атмосферы газовыми и аэрозольными примесями. Также можно сделать вывод о том, что влияние на растительный покров промышленных выбросов достаточно хорошо изучено [10]. К примеру, в работах [5; 6] рассматривается влияние промышленных выбросов (диоксида серы, оксидов азота, оксидов углерода, углеводородов, сероводорода, аммиака, пыли) на растительность в районе Мубарекского газоперерабатывающего завода (МГПЗ), Мубарекского газоперерабатывающего Управления (МГПУ) и Мубарекской ТЭЦ. Как показали экспериментальные исследования, потеря биомассы может достигать 50–60 % вблизи источника загрязнения [4]. Наблюдалось подавление одних параметров (относительной флуоресценции на 5–10 %, уменьшение содержания хлорофилла на 12 %) и, с другой стороны – уменьшение времени полураспада кинетической кривой и увеличение содержания аскорбиновой кислоты (на 60 %). Это свидетельствует об активации фотосинтетических и защитных механизмов растений. Листья растений имеют признаки поражения хлорозными и некротическими пятнами в результате интегрального воздействия фторидов и сернистого газа. 

Менее изученным является влияние на растительный покров естественных аэрозолей, источником которых являются солепылевые и пылевые бури, характерные для Центральный Азии с огромными площадями пустынных поверхностей. Пылевые частицы, содержащиеся в воздухе во взвешенном состоянии, оседают на наземных органах растений и оказывают на растения негативное влияние. При физическом воздействии образуется чехол, препятствующий нормальному тепло- и влагообмену листьев с атмосферой и уменьшающий доступ к растению света. Запылённость нарушает работу устьиц листьев, ограничивает транспирацию, ослабевает процесс фотосинтеза, особенно при слабом освещении, понижается уровень сахара в тканях, темпы накопления сухого вещества и роста растений, уменьшается урожайность, ухудшается качество растениеводческой продукции. Особенно сильно вредит запыленность воздуха в континентальном климате с жарким и сухим летом, когда осевшие частицы не смываются с поверхности листьев.

Особенно опасна солевая пыль с осушенного дна Аральского моря. По данным ученых Республики Узбекистан, выпадение солей из атмосферы снижает биопродуктивность сельхозугодий на 5–10 %, пастбищ на 20–30 %, что было указано в Национальной программе 1999 года и Стратегических мерах в 2015 году [1]. Механизм воздействия солевого аэрозоля на растения осуществляется двумя способами такими, как осаждение на листовую поверхность и аккумуляция загрязняющих веществ в почвогрунтах в результате сухого осаждения солевых аэрозолей, а также их вымывания осадками.

Несмотря на важность проблемы охраны окружающей среды от загрязнения антропогенным и естественным аэрозолем, фактор атмосферного загрязнения как критерий в задачах оптимизации размещения   сельскохозяйственного производства почти не представлен. И это несмотря на то, что критерий аэрозольного загрязнения можно поставить наряду с такими ключевыми критериями задачи оптимизации размещения, как экономические затраты, природные ресурсы, климатические условия.

Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха населенных мест употребляют ПДК – предельно допустимые концентрации и ОБУВ – ориентировочно безопасные уровни действия (Гигиенические   нормативы. 2005). На основе ПДК и ОБУВ (мг/м³) определяется класс экологической угрозы различных загрязнителей. Например, диоксины имеют 1 класс угрозы, а пыль – 3 класс угрозы [2]. Ни один из указанных показателей не определен для оценки влияния выноса солей с обсохшего дна Аральского моря на растения.

Ввиду вышесказанного нами в 2023 году  начаты экспериментальные работы [9; 11] по определению ПДК – предельно допустимых концентраций и ОБУВ – ориентировочно безопасных уровней действия сульфата натрия (преобладающая фракция выноса солей с осушенного дна Аральского моря) на растения. Научная новизна исследования состоит в следующем. В результате экспериментов впервые будут определены разовая и сезонная ПДК сульфатов с обсохшего дна Аральского моря для некоторых видов растений, что чрезвычайно важно при районировании сельского хозяйства. С другой стороны, в ходе экспериментов попутно можно оценить и немаловажную экосистемную услугу растений – рассоление почв.

Научно-практическая значимость выполненной работы состоит в разработке методик, позволяющих решать не только практические расчетные задачи, но и изучать в динамике процессы загрязнения окружающей среды и реакцию растений на загрязняющие вещества. Полученные результаты служат для определения солетолерантности растений и количественной оценке факторов снижения урожайности. Результаты предоставляют важную научную информацию при решении задач районирования сельскохозяйственных производств и фитомелиорации осушенного дна Аральского моря.

Методы исследования. Нами предложен [8] следующий геоботанический метод – in situ оценки воздействия солепылепереноса на растения. Выбранный участок должен быть однородным по качеству почвы, что обусловливает небольшие размеры тестовых полигонов (8х8 м).  Вторым требованием является однородность растительного покрова (1 вид растений), поскольку разные растения по-разному реагируют на солевую импульверизацию. Участок делится на равные сектора, один из которых определяется как контрольный. Остальные сектора импульверизуются различными концентрациями (мг/м²) мелкодисперсной соли (Na₂(SO)₄) как преобладающей фракции солевыноса с обсохшего дна Аральского моря. Так как воздействия загрязняющих веществ делятся на длительные и кратковременные, указанных полигонов должно быть два с одинаковыми стартовыми условиями. Для оценки кратковременного воздействия (полигон А) растения опыляются 1 раз с концентрацией близкой к буревым. Для оценки длительного сезонного воздействия на полигоне Б импульверизация растений производится ежедекадно меньшими концентрациями.

Затем ежедекадно фиксируются засоленность почв, характерные изменения и реакции у растений. Это уменьшение размеров, разрушение пигментов (депигментация), сокращение проективного покрытия. По вышеизложенной методике в 2022 г. проведены эксперименты в Ботаническом саду Каракалпакского научно-исследовательского института Каракалпакского отделения Академии наук Республики Узбекистан (КК НИИ ЕН), в Муйнаке Республики Каракалпакстан и в Устюрте Республики Каракалпакстан. Эксперименты были продолжены в 2023 году.

Водную вытяжку почвогрунтов готовили по общепринятой методике – почва: вода в соотношении 1:5 [3]. Содержание хлор иона определяли аргенометрическим методом по Мору; сульфатов – весовым методом; кальция и магния – тригонометрическим  (комплекснометрическим) методом; щелочность от нормальных карбонатов и бикарбонатоы – титрованием водной вытяжки 0,02 н. раствором серной кислоты в присутствии индикатора метилоранжа; ионов натрия и калия – по разнице суммы анионов и катионов. Результаты анализа водных вытяжек выражали в мг-эквивалентах и процентах на 100 г воздушно-сухой почвы, сумму воднорастворимых солей – в процентах. Результаты анализа контролировали по плотному (сухому) остатку.

Степень засоленности почвогрунтов оценивали по содержанию водорастворимых солей (ионов) по шкале, приведенной в работах [3; 7].

Результаты экспериментов. Поскольку результаты полевых экспериментов в 2022 году были изложены в работе [9; 11], ниже приводятся результаты только за 2023 год, а также обобщенный за 2 года анализ результатов экспериментальных работ.

В Ботаническом саду Каракалпакского научно-исследовательского института Каракалпакского отделения Академии наук Республики Узбекистан КК НИИ ЕН проведена серия 9 экспериментов (7.06, 20.06, 06.07, 21.07, 14.08, 25.08, 04.09, 19.09, 16.10) по длительному воздействию выноса солей на растения.  По ходу экспериментов определялась засоленность почв (рис.1, 2) и проводилось визуальное наблюдение за растительным покровом.

Рисунок 1. Ход засоленности почв (%) на участке 1

Рисунок 2. Ход засоленности почв (%) на участке 2

Мы видим, что засоленность почв больше возрастает на участке 2 с менее солетолерантным сообществом растений. Немонотонность изменения засоленности почв объясняется адаптационными свойствами, поглощением солей корнями растений, а также метеоусловиями (табл.1).

Таблица 1.

Ход осадков в течение вегетативного периода

Сопоставление количества осадков с одной стороны, и снижением засоленности почв с другой стороны в периоде между импульверизацией и взятием проб почвы на реакцию, проведенную импульверизацией, коррелирует с коэффициентом 0,78. Эта связь наглядно отражена на рисунках 1 и 2 снижением засоленности почв в апреле–мае и сентябре–октябре вследствие «промывки» осадками.

Снижение засоленности почв соответствует пробам, взятым после 1–3 суток после осадков (соли инфильтрируются вглубь). Значительное повышение засоленности почв наблюдается для проб, взятых после прохождения 4–7 суток после осадков  (интенсификация капиллярного подъема солей из нижних горизонтов при высыхании почв). Относительно незначительное повышение засоленности почв соответствовало солнечному периоду без осадков между импульверизацией и проб почвы на реакцию, проведенную импульверизацией.

Особенно опасны осадки, выпадающие непосредственно после импульверизации, поскольку на листьях образуется клейкая пленка из сульфатов и гипса (рис. 3).

Рисунок 3. Поврежденные растения после солепылевой бури в мае 2018 г.  на расстоянии 400 км от очага выноса солей

При обоих механизмах воздействия солевого аэрозоля на растения существенную роль играют метеоусловия. Поскольку пробы почв и морфометрия растений проводились через 2–3 недели после импульверизации, учитывались изменения метеоусловий на протяжении этого срока.

1. Сухая безветреная погода – соли остаются на листовой и земной поверхности продолжительное время и оказывают максимальное воздействие на фотосинтез и засоление верхних горизонтов почв.
2. Ветер больше 3–4 м/с, без осадков – солевой аэрозоль с листовой поверхности частично уносится ветром, засоленность почв увеличивается незначительно.
3. Осадки на следующие сутки после импульверизации – некрозные пятна на листьях, засоленность верхних горизонтов (10 см) падает ввиду инфильтрации солей глубже. При последующем высыхании почвы усиливаются процессы капиллярного подъема солей на поверхность, и засоленность верхних горизонтов увеличивается.

В целом процесс воздействия солевого аэрозоля на растения не линеен, он также зависит от проективного покрытия растений и их солетолерантности.

Заключение. По результатам экспериментальных исследований сделаны следующие выводы.

1. Засоленность почв на протяжении вегетативного периода колеблется в диапазоне 0,172–0,494 % в зависимости от метеоусловий. Наиболее благоприятная метеоситуация – сухая ветреная погода – когда осаждающийся солевой аэрозоль легко удаляется с вегетативной части растений. Наиболее неблагоприятная метеоситуация – солепылевые бури и осадки непосредственно после нее. В этом случае воздействие сульфатов осуществляется обоими способами.

2. Степень воздействия солей с осушенного дна Аральского моря существенно зависит от вида растений и их характеристик: галотолерантности, морфологии, проективного покрытия.

3. Разовое воздействие концентраций Na₂(SO)₄ 5, 10, 15 и 20 г/м² выражается в уменьшении проективного покрытия (Climacopterabrachiata, Glycyrrhizaglabra,Climacopteraaralensis) в среднем на 10, 17, 25 и 30 % соответственно. Гибель растений (Aeluropuslitoralis, Daucusacutiloba) происходит при концентрации 20 мг/м³ в неблагоприятных условиях (см. п.2) и при концентрации более 50 мг/м³ в обычных условиях (Artemisiaterrae-albae, Artemisiaturanica,Halimodendron, holidendron).

4. Полевые эксперименты необходимо продолжить и детализировать ввиду остающихся неопределенностей (ПДК с видовой дифференциацией, вклады по отдельности способов воздействия, дифференциация влияния местных условий (механический и минеральный состав почв, влияние хода метеоусловий и подобные им).

Список литературы:

1. Абдурасулова Н. А. Температурные эффекты пылевых вторжений в атмосфере Таджикистана и их влияние на изменение климата и урожайности сельскохозяйственных культур : дисс. … канд. физ.-мат. наук. – Душанбе, 2021.
2. Акимова Т.А., Хаскин В.В.  Экология. Человек  Экономика – Биота – Среда. – М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001. – 566с.
3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М.: Изд-во «Московский Университет», 1970.
4. Глотов Н.В., Азина А.Л. Современное состояние окружающей среды в Республике Марий Эл и здоровье населения : материалы науч.-практ. конф., Йошкар-Ола : Нац. б-ка им. С. Г. Чавайна, 2006. – 78–81 с.
5. Диёрова М.Х.,  Холикова С. Н. Влияние соединений серы на почвенные микроорганизмы // Science and Innovation. – 2022. – № 2. – C. 61–64. https://doi.org/10.5281/zenodo.6650889.
6. Камильджанов А.Х., Олтибаев Т. Оценка загрязнения атмосферного воздуха выбросами газоперерабатывающей и газодобывающей промышленности на наземную растительность // Оценка воздействия промышленных выбросов на наземную растительность : сб. ст. межгосударственной конф., Ташкент, 1–2 ноября 1993 г. – Т:НИГМИ, 1994. – С.126–127.
7. Ковда В.А. Проблемы борьбы с опустыниванием и засолением орошаемых почв. – М. : Колос, 1984. – 304 с.
8. Кубланов Ж.Ж., Тлеумуратова Б.С. Динамика засоленности осушенного дна Аральского моря как функция увеличения солености воды // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2022. 11(101). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/14418, ноябрь, 2022г.
9. Тлеумуратова Б.С., Урумбаев А.Е., Орел М.М., Ержанова Л.К. Оценка воздействия промышленных выбросов и солепылепереноса на наземную растительность в Каракалпакстане // Вестник ККО АН РУз. – Нукус, 2022. –№ 2. – С. 149–156.
10. Толкачева Г.А., Аксенова Л.А., Ковалевская Ю.И., Горелкин Н.Е. Исследование химического состава почв Приаралья с целью выявления их вклада в процессы аэрозоле образования // Труды САНИГМИ. – 1995. – Вып. 151(232) – С. 55–64.
11. Урумбаев А.Е., Ержанова Л.К. Воздействия солепылепереноса на растительность // Актуальные вопросы естественных наук : сб. ст. III междунар. науч.-теор. конф., Нукус, 12 мая, 2022 г. – С. 127–129.
12. Usmanov, V. O. Estimation of the influence of dusty salt transfer on the productivity of agricultural crops in the Priaral region // Problems of Desert Development. – 1998. – Vol. 3–4. – Pp. 147–151.