АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИНДЕКСА ЗАСОЛЕННОСТИ ПОЧВЫ В РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНАХ КАРАКАЛПАКСТАНА

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены проблемы деградации и засоления земель в аридных условиях Южного Приаралья и дана оценка современного состояния почв Каракалпакстана с использованием ГИС-технологий и полевых исследований. Показано, что засоление, вызванное природными и антропогенными факторами, является одним из основных процессов деградации орошаемых земель региона. Мониторинг, проведённый в шести районах республики, выявил преобладание высоких и очень высоких уровней засоленности, что подтверждено данными химического анализа и использованием индекса NDSI. Результаты демонстрируют необходимость совершенствования систем гидромелиоративного мониторинга и применения геоинформационных методов для своевременной оценки и управления состоянием почв в экологически уязвимом Южном Приаралье.

ABSTRACT

This study examines land degradation and soil salinization in the arid conditions of the Southern Aral Sea region and assesses the current state of soils in Karakalpakstan using GIS technologies and field surveys. The results show that salinization, driven by both natural and anthropogenic factors, is a major cause of degradation of irrigated lands. Monitoring conducted across six districts revealed predominantly high and very high salinity levels, confirmed by chemical analyses and the NDSI index. The findings highlight the need to improve hydromeliorative monitoring systems and apply geoinformation methods for timely assessment and management of soil conditions in this environmentally vulnerable region.

Ключевые слова: почвенная засоленность; индекс NDSI; ГИС-технологии; деградация земель; Южное Приаралье; мониторинг почв; вторичное засоление; орошаемые земли; экологическая устойчивость; Каракалпакстан.

Keywords: soil salinity; NDSI index; GIS technologies; land degradation; Southern Aral Sea region; soil monitoring; secondary salinization; irrigated lands; environmental sustainability; Karakalpakstan.

Введение

 В настоящее время деградaция и сокращение земельных ресурсов растет во всем мире и наиболее остро проблемы проявляются в аридных регионах. По географическому расположению Республика Узбекистан располагается в междуречье двух главных рек Центральной Азии – Амударьи и Сырдарьи. Согласно критериям Всемирной карты опустынивания ЮНЕСКО и Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием, территория страны с показателями аридности от 0,03 до 0,20 расположена в аридном регионе, подверженному интенсивному опустыниванию и явлениям засухи [14].

Республика Узбекистан относится к аграрному региону с высокой долей земель сельскохозяйственного назначения, однако большая их часть - площади пастбищ подвергнуты различной степени деградaции [5; 12]. В широком смысле деградация почв – это процессы, ухудшающие плодородие почв. В узком смысле деградация почв — это процессы разрушения структуры, потери гумуса и обменных оснований. В понятие «деградация почв» включаются процессы ухудшения свойств почв и их качества.

В Южном Приаралье засоление почв (преимущественно сульфатное и хлоридное) является повсеместным и прогрессирующим процессом. Так, в 1975 году было засолено 43% орошаемых земель, в 1985 – 80%, в 1997 – 94%. Такырные и солончаковатые почвы с 1960 года увеличились на 91 тыс. га, солончаки и пески – на 43 тыс. га. Почвы низовьев Амударьи   ежегодно накапливают более 1 млн. тонн солей [15, 3, 6, 8].  Формирование засоленных почв связано с накоплением солей в грунтовых водах и породах и условиями, способствующими их аккумуляции в почвах. Одним из источников солей в почвах служат минерализованные грунтовые воды при неглубоком их залегании. Аккумуляция солей в грунтовых водах, породах и почвах связана не только с процессами их образования, но также и с их перераспределением по земной поверхности. При переносе ветром на поверхность суши может поступать от 2 до 20 т солей на 1 кв. км [15].

В связи с этим, проведение долговременного мониторинга необходимо для получения актуальной информaции о современном состоянии земельных угодий. В настоящее время, использование ГИС-технологий позволяет довольно быстро и эффективно решать подобные задачи. Предлагаемый метод, позволит выявить и правильно оценить деградaцию почв с большой точностью, при меньших затратах по сравнению с традиционными методами исследований. Составляемые электронные версии почвенных и вегетaционных карт, являются основой для проектирования и планирования почвозащитных мероприятий, они позволяют в целях охраны почв от деградaционных процессов правильно осуществить природное районирование [11].

В последние годы для анализа земельных ресурсов все более широко используются данные компьютерного моделирования и, в частности ГИС технологии. Предлагают в качестве основы анализа ресурсного потенциала ГИС региона исследования, содержащую строго структурированные сведения о фактическом состоянии земель, алгоритмы анализа пригодности земель под основные типы землепользования, алгоритмы оценки деградaционных рисков, а также технологии оптимизaции результатов оценки в виде серии вероятностных сценариев размещения угодий и посевов отдельных культур, что позволяет пользователю отбирать для анализа именно тот набор культур и типов землепользования, который потенциально экономически выгоден [1; 2].

Базовым критерием оценки физического состояния почвы является соответствие комплекса почвенных свойств характеру функций, выполняемых почвой в конкретном ландшафте. В этом контексте наибольшую актуальность приобретают вопросы количественной оценки засоленных почв. Это значит, что, прежде всего, необходимо установить, как, и в какой степени влияет количество солей на выполнение почвой своих экологических функций через изменение физических свойств.

Материал и методика

Исследования проводились в аридной зоне региона Южного Приаралья (Республике Каракалпакстан), занятым орошаемыми почвами в ширкатных хозяйствах центральной зоны республики (Нукусский, Шуманайский, Канлыкульский, Кегейлийский, Чимбайский, Тахтакупирские районы). Почвенные образцы для определения степени засоления отбирались конвертным методом с каждого участка с верхнего 0-30 см слоя. В отобранных и подготовленных к химическому анализу почвенных образцах определялось содержание водорастворимых солей.

Данные полевых исследований показывают линейную динамику солевого режима почвы. Для установления влияния различных однолетних предшественников на содержание водорастворимых солей или солевого режима в почве, необходимо установление величины хлор-иона, а также плотного остатка в исходном этапе и в конце вегетации на глубине 0-30 и 0-50см горизонта почвы.   К концу вегетационного периода и во всех вариантах наблюдается снижение коэффициента сезонной аккумуляции хлор-иона. Это объясняется тем, что из-за малого поступления солнечной радиации на поверхность почвы резко снижается испарение влаги с поверхности почвы. Повышение содержания плотного остатка по сравнению с весенним периодом объясняется тем, что после уборки сорго маша, поле до покрытия озимой пшеницей остаётся открытым в течение одного и более месяцев. К этому периоду фиксируется достаточно высокий режим температуры воздуха и, вследствие этого происходит интенсивная транспирация влаги с самой поверхности почвы, приводящая к реставрации засоления почвы [4, 9, 10].

Гидрохимические пробы для анализа режима грунтовых вод из наблюдательных скважин отбирали 3 раза в год. Степень засоления почв определяли двумя методами: выпариванием растворимых в воде солей; на основе электропроводимости из смеси воды и почвы 1:1 с использованием прибора SM-138 [16].  

Результаты и обсуждение

Засоление почвы — это динамический процесс, который может происходить естественным образом (первичное засоление из-за повышения уровня моря) или в результате деятельности человека (вторичное засоление из-за урбанизации или орошения), когда почва обогащается растворимыми солями до опасного уровня на поверхности почвы или вблизи неё [7], что приводит к изменению биохимических свойств почвы. Засоление почвы происходит, когда соли растворяются в воде и накапливаются в почве в количестве, которое влияет на сельскохозяйственное производство, окружающую среду и экономику. На начальном этапе засоление влияет на метаболизм почвенных организмов и снижает продуктивность земли. На следующем этапе оно уничтожает все растения и другие организмы, живущие в почве. Таким образом, засоление является одним из основных факторов, приводящих к деградации земель и создающих серьёзную угрозу для устойчивого роста и экономических выгод [13].

По оценкам, в глобальном масштабе засолению подвержены примерно 45 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий, площадь которых увеличивается от 200 000 до 500 000 гектаров в год (CGIAR 2016). Засоление почв является одним из главных экологических факторов, который ограничивает рост и продуктивность многих растений. Оценка засоленности почв в разных странах мира проводится разными методами Выявление связей между спектральными отражательными свойствами почв и их засолением является промежуточным этапом картографирования засоленных почв. Наш сравнительно новый метод классификации засолённых почв связан с обработкой гиперспектральных данных, то есть данных, поступающих с измерительных систем дистанционного зондирования.

Рисунок 1.  Распространение засоленных почв (NDSI) на территории различных районов Республики Каракалпакстан

Проведенный анализ засоленности почв методом индекса NDSI показал, что в Нукусском районе республики преобладают территории с очень высоким и высоким уровнем засоленности (47,6% и 37% соответственно), со средней степенью засоленности наиболее распространены на площади 14,3% территории района. В Шуманайском районе наиболее распространены почвы со средним содержанием солей и высоким засолением (29,5% и 33,6% соответственно). Почвы с низким содержанием засоления составляют 16,4% площади территории района, а с очень высоким уровнем засоления составли 16,2% территории Шуманайского района Каракалпакстана (Рис.1).

На территории Канлыкульского района наиболее распространены площади с высоким уровнем засоленности – 39%. Площади со средним уровнем и очень высоким уровнем засоления составили 24,7% и 29,7% соответственно. Что касается Кегейлийского района Каракалпакстана, то здесь также наиболее распространены почвы с высоким и с очень высоким уровнями засоленности площади территории района (42,8% и 41,2% соответственно).

В Чимбайском районе в период исследования было зафиксировано, что наиболее большие площади земли имели высокий уровень засоленности – 40,4%.  В Тахтакупырском районе максимальные площади были заняты почвы с очень высоким уровнем засоленности – 57,5% площади территории района, что говорит о сложной экологической ситуации, сложившейся в сфере сельского хозяйства Республики Каракалпакстан.

Заключение

Исследование показало, что засоление почв остаётся одной из наиболее серьёзных экологических проблем Каракалпакстана. По данным индекса NDSI и химического анализа установлено, что в большинстве районов преобладают высокие и очень высокие уровни засоленности, что свидетельствует о прогрессирующей деградации орошаемых земель. Наиболее неблагоприятная ситуация наблюдается в Тахтакупырском, Кегейлийском и Нукусском районах, где значительные площади поражены критическими уровнями солевого накопления. Полученные результаты подтверждают, что процессы вторичного засоления обусловлены сочетанием природных факторов и нарушений в системах водопользования и мелиорации. В этих условиях особую актуальность приобретает развитие современных методов мониторинга. Использование ГИС-технологий и дистанционного зондирования позволяет оперативно выявлять зоны повышенного риска и повышает эффективность управления земельными ресурсами.

Таким образом, комплексное применение геоинформационных и полевых методов является важным инструментом для стабилизации мелиоративного состояния земель и обеспечения экологической устойчивости агроландшафтов Южного Приаралья.

Список литературы:

1. Исмаилов У.Е., Туреев А., Исмаилов М. Теоретические основы повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур в Каракалпакии. – Нукус: Билим, 2010. – С. 15–56.
2. Панин П.С. Процессы солеотдачи в промываемых толщах почв. – Новосибирск: Наука, 1968. - 301c.
3. Панкова Е.И. Засоление орошаемых почв среднеазиатского региона: старые и новые проблемы // Аридные экосистемы. – 2016. – Т. 22, № 4 (69). – С. 21–29.
4. Чембарисов Э.И., Бахритдинов Б.А. Гидрохимия речных и дренажных вод Средней Азии. – Ташкент: Укитувчи, 1989. – 132 с.
5. Широкова Ю.И., Чернышёв А.К. Экспресс-метод определения засолённости почвы и воды в условиях Узбекистана // Сельское хозяйство Узбекистана. – 1999. – № 5.
6. Aslanov I., Kholdorov Sh., Ochilov Sh., Jumanov A., Jabbarov Z., Jumaniyazov I., Namozov N. Evaluation of soil salinity level through using Landsat-8 OLI in Central Fergana valley, Uzbekistan // E3S Web of Conferences. – 2021. – Vol. 258. – Art. 03012. – DOI: 10.1051/e3sconf/202125803012.
7. Djalilova G., Mamatkulova F., Mamatkulova Z., Igamberdiyeva D., Eshquvatov Q. Long-term monitoring of the vegetation cover of mountain territories in the GIS for soil and landscape study of territories // E3S Web of Conferences. – 2021. – Vol. 264. – Art. 01004.
8. Dukhovny V., Schutter J.L. Water in Central Asia – Past, Present, Future. – New York: CRC Press, 2011.
9. Islamov S., Namozov N., Saidova M., Kodirova D. Elimination of desert pastures degradation through creation of perennial crop areas in Uzbekistan // E3S Web of Conferences. – 2021. – Vol. 244. – Art. 03028.
10. Kulmatov R. Problems of Sustainable Use and Management of Water and Land Resources in Uzbekistan // Journal of Water Resource and Protection. – 2014. – № 6.
11. Metternicht G., Zinck A. Remote sensing of soil salinization: impact on land management. – CRC Press, 2008. – ISBN 978-1-4200-6502-2.
12. Gorji T., Sertel E., Tanik A. Monitoring soil salinity via remote sensing technology under data scarce conditions: a case study from Turkey // Ecological Indicators. – 2017. – Vol. 74. – P. 384–391. – DOI: 10.1016/j.ecolind.2016.11.043.
13. Otenova F.T., Mambetullaeva S.M. Saline soils of arid territories of the southern Aral Sea region and methods of study for monitoring // ACADÉMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal. – 2021. – Vol. 11, № 3. – P. 1225–1229. – DOI: 10.5958/2249-7137.2021.00786.2.
14. Ruziyev I.M., Yusupov G.U., Djalilova G.T., Igamberdiyeva D.A., Kodirova D.A. Development of Geographic Information System (GIS) to Change the Level of Soil Salinity in Syrdarya Region // AIP Conference Proceedings. – 2022. – Vol. 2432.
15. Rouse J.W., Haas R.H., Schell J.A., Deering D.W. Monitoring Vegetation Systems in the Great Plains with ERTS // Proceedings of the 3rd Earth Resources Technology Satellite Symposium. – Greenbelt, 10–14 December 1973. – SP-351. – P. 309–317.
16. Setia R., Lewis M., Marschner P., Raja Segaran R., Summers D., Chittleborough D. Severity of salinity accurately detected and classified on a paddock scale with high-resolution multispectral satellite imagery // Land Degradation and Development. – 2013. – Vol. 24. – P. 375–384.
17. The Fifth National Report of the Republic of Uzbekistan on Biodiversity Conservation. State Committee for Nature Protection; UNDP/GEF Project. – Tashkent: UNDP, 2015.