ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХЛОПЧАТНИКА ДЛЯ БИОИНДИКАЦИИ ЗАСОЛЕНИЯ ПОЧВ

АННОТАЦИЯ

Для осуществления постоянного контроля засоленности почв может успешно применяться биоиндикация. Однако выбор растений-бионидикаторов может представлять проблему на землях, постоянно вовлекаемых в севооборот. Предложено использовать в качестве биоиндикатора хлопчатник. В условиях засоленных земель Сырдарьинской и Хорезмской областей Республики были проведены исследования взаимосвязи некоторых морфологических характеристик хлопчатника (толщина и площадь листовой пластины). Полученная по экспериментальным данным зависимость на основе модели экспоненциального роста позволит производить экспресс-мониторинг засоленности почв по состоянию хлопчатника.

ABSTRACT

Bioindication can be successfully applied to carry out constant monitoring of soil salinity. However, the choice of bioindicator plants can be a problem on lands that are constantly involved in crop rotation. It is proposed to use cotton as a bioindicator. In the conditions of saline lands of the Syrdarya and Khorezm regions of the Republic, studies were carried out on the relationship of some morphological characteristics of cotton (thickness and area of ​​the leaf plate). The dependence obtained from experimental data on the basis of the exponential growth model will make it possible to carry out express monitoring of soil salinity according to the state of cotton.

Ключевые слова: засоление почв, биоиндикация, хлопчатник, толщина листовой пластины

Keywords: soil salinization, bioindication, cotton, leaf thickness

Засоление сельскохозяйственных земель является проблемой во многих странах мира, так как угрожает безопасности сельскохозяйственного производства. Опасность засоления во многом зависит от климатических условий. Большинство солей хорошо растворяется в воде, поэтому во влажном климате они обычно вымываются из почвы атмосферными осадками и сохраняются в ней в ничтожных количествах. В сухом и жарком климате почвы не только не промываются дождями, а вместо этого растворы солей поднимаются с восходящим током почвенной влаги из глубинных слоев. Вода испаряется, а соли остаются в верхних слоях почвы [5].

Республика Узбекистан входит в аридную (засушливую) зону с жарким климатом, поэтому проблема засоления земель здесь стоит особенно остро. Естественная засоленность почв усугубилась в результате высыхания Аральского моря, со дна которого ежегодно распространяется по территориям Центральной Азии около 75 млн. тонн соли.

Более 50% орошаемых земель в Узбекистане засолены. Особенно высокой засоленностью отличаются почвы Республики Каракалпакстан, Бухарской и Сырдарьинской областей. В настоящее время более 2170,7 тыс. га орошаемых земель республики засолены в разной степени, в том числе 17,5 тыс. га засоленных, 1344,6 тыс. га слабозасоленных, 663,5 тыс. га из 26 среднезасоленных и 162,6 тыс. га сильнозасоленных почвы [1, 13].

В низовьях реки Амударья (на территории Хорезмской области и Республики Каракалпакстан) порядка 91% орошаемых земель классифицируются различной степенью засоления почв, наблюдаются процессы опустынивания и деградации агроэкосистем. Геоботанические исследования на 5,3 миллионах гектаров пастбищ в Приаралье показали, что 2,4 миллиона гектаров земель деградированы. В связи с этими проблемами Министерством сельского хозяйства РУз на 2022-2026 годы намечено внедрение водосберегающих технологий, уменьшение площади засоленных земель и проведение мониторинга и оценки засоленных земель [4].

Почвы Узбекистана хорошо подходят для выращивания хлопчатника. Несмотря на то, что после достижения независимости площади посевов хлопчатника были сильно сокращены, хлопчатник остается одной из основных сельскохозяйственных культур Узбекистана. Несмотря на высокую засоленность почв, хлопчатник активно выращивается в Хорезмской, Срыдарьинской, Джизакской областях.   Засоление орошаемых земель в Сырдарьинской области распространено на 90 % орошаемой площади, более 20 % из них – это земли средней и сильной степени засоления [14]. В Хорезмской области доля засоленных земель составляет 68,8 %, из них почти 50 %  – земли  средней и сильной степени засоления [12].

Засоленность почв взаимосвязана с категорией земель, которых для Узбекистана условно насчитывается три: 1) земли старого освоения, имеющие хорошую естественную дренированность. На этих почвах засоление практически не проявляется; 2) земли древнего орошения, на которых в настоящее время активизируются процессы засоления из-за слабой дренированности и ухудшения качества поливной воды. Отличаются большой динамичностью засоления; 3) новоорошаемые земли, мелиоративные условия которых изначально были неблагоприятными мелиоративными условиями: плохой дренированностью, сильным естественным засолением, высокой загипсованностью.

Земли Хорезмской области и Каракалпакстана относятся ко 2-й категории, Сырдарьинская область (Голодная степь) и Джизакская степь – к 3-й категории. Для обеих этих категорий земель из всех мелиоративных проблем главной является засоление почв [2].

С химической точки зрения тип засоления определяется содержанием анионов в почве, основными типами засоления являются хлоридное, сульфатное, хлоридно-сульфатные и карбонатное. По типу катионов чаще всего встречаются соли кальция, калия, натрия, магния. По данным [7] наиболее опасным для растений считается засоление, обусловленное избыточным содержанием карбоната натрия [5], а по данным [10] – более токсично хлоридное засоление. Соли кальция являются антагонистами – большое их количество снижает токсическое действие вредных солей. Увеличение влажности почвы при одной и той же концентрации почвенного раствора повышает солевыносливость растений.

В почвах Сырдарьинской области содержатся легкорастворимые соли, концентрация которых колеблется в очень широких пределах – от 0,360- 0,425% (слабое засоление) до 2,0-3,0% (сильное засоление) иногда и более 3,0% (солончак). В составе солей отмечается в высокое содержание магния и натрия, обусловливающее высокую токсичность солей [1].

Определение как степени засоления, так и его химического типа требует проведения достаточно трудоемких исследований. Основу методологии мониторинга земель составляет почвенно-солевая съёмка на стационарных или полустационарных площадках, геохимический, сравнительно-географический и лабораторно-аналитический методы исследования. Эти методы позволяют изучить параметры грунтовых вод и засоления почв, тип и степень засоления; глубину залегания первого солевого горизонта, пригодность поливных вод для орошения [13].

Вместе с тем, часто для оценки текущего состояния земель и быстрой разработки мелиоративных мероприятий требуются экспресс-методы определения засоленности территорий. Для этой цели можно использовать метод биоиндикации. Био- или фитоиндикация дает возможность выявить степень и интенсивность загрязнителя, а также проследить динамику деградации экосистем во времени и пространстве.

С помощью биоиндикации невозможно выявить качественный состав загрязнителей и негативных факторов, но можно сравнительно быстро и точно определять степень загрязнения водотоков, и при необходимости, провести в дальнейшем детальное исследование. Некоторые авторы отмечают, что биотестирование чувствительнее обычных физико-химических методов в десятки раз [3]. При биоиндикации можно выявить результирующие накопления в растениях солей, непосредственно учесть влияние почвенных солей на биосистемы. В аридной зоне (сухие степи и полупустыни) биоиндикация может применяться для картографирования различных почв. Галоиндикация (оценка засоленности почв) занимает особое место в аридных ландшафтах. На неосвоенных территориях она имеет большое практическое значение при оценке засоления почв под посевами. В качестве индикаторов используются сорные растения-галофиты, для которых уже разработаны критерии оценки. В большинстве случаев биоиндикация производится по оценке состояния не одного вида растений-индикаторов, а целого сообщества растений [10].

На уже освоенных и постоянно засеиваемых территориях практически отсутствует естественная растительность. Следовательно, необходимо задуматься о возможности использования в качестве индикаторов культурных растений.

В таблице 1 представлены сведения о солеустойчивости различных сельскохозяйственных культур.

Таблица 1.

Солеустойчивость различных сельскохозяйственных культур

Как видно из таблицы 1, и хлопчатник, и пшеница относятся к слабоустойчивым к засолению культурам. При этом обе эти культуры выращиваются на подверженных засолению почвах Сырадарьинской и Хорезмской областей.

Вредное действие солей на развитие и урожай хлопчатника может выражаться в следующем: набухание и прорастание семян замедляется, а при сильном засолении всходы не появляются; угнетается развитие корневой системы; запаздывает наступление бутонизации и цветения; увеличивается опадение завязей; уменьшается рост растений. Все это снижает урожай и ухудшает качество волокна [9].

Для проведения биоиндикации важно изменение внешних признаков растения при засолении. Рассмотрим возможности биоиндикации засоленности почв по состоянию хлопчатника.

Результаты ряда исследований [8, 15] показывают, что хлопчатник обладает достаточно высокой изменчивостью внешних признаков при произрастании на засоленных почвах: изменения толщины и площади листовой пластины, количества устьиц, длины корня и т.д (табл. 2). Следовательно, хлопчатник может послужить биоиндикатором засоленности почвы для проведения экспресс-оценок.

Таблица 2.

Изменение анатомического строения листа хлопчатника при различных типах засоления (по [15])

Видно, что в условиях засоления резко уменьшается площадь листьев, а толщина листовой пластины возрастает (приобретение признаков суккулентности).

Для получения более точных данных для условий Хорезмской области были проведены полевые исследования в районах хлопкосеяния [6]. Проводились измерения размеров листа хлопчатника при одновременном анализе засоленности почвы, результаты приведены в табл. 3. Авторами был проведен корреляционный анализ и выявлена значимая корреляция (0,878) между засоленностью почвы и толщиной листа.

Таблица 3.

Основные результаты полевых исследований [6]

Использование данных таблицы 3 и ранжирование их по возрастанию позволило построить график взаимосвязи засоленности почвы и толщины листовой пластины хлопчатника. Для практического проведения оценки и прогнозирования засоления почвы полученный график был обработан в программе Origin 6.0 с помощью модели экспоненциального роста (рис. 1).

Для удобства практического применения в том же программном обеспечении было получено уравнение экспоненциального роста вида Y=y₀+ae^(x/t), для которого вычислены значения необходимых коэффициентов. Окончательный вид уравнения:

        Y= – 0.01764 + 0.08856e^(x/0.02241)                                                        (1)

Рисунок 1. Графики зависимости толщины листа хлопчатника от засолённости почвы

Статистические показатели оценки достоверности полученной модели представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Проверка достоверности модели (1)

Таким образом, полученное математическое выражение может быть применено для практической оценки засоленности методом биоиндикации. Результаты проведенных исследований позволят осуществлять мониторинг изменения засоленности почв на постоянно используемых для возделывания хлопчатника территориях. Это даст возможность своевременно принимать меры для снижения засоленности и повысить устойчивость сельского хозяйства на подверженных засолению землях.

Список литературы:

1. Ахмедов А.У., Гафурова Л.А. Оценка современного почвенно-мелиоративного состояния почв Голодной степи // Владимирский земледелец, № 4 (90) 2019. С. 7-12
2. Ахмедов А.У., Каримов Х.Н., Узаков З.З., Бурханова Н.Х. Содержание водорастворимых и токсичных солей в типичных орошаемых сероземных почвах и засоление территории Каршинской степи Узбекистана // Научное обозрение. Биологические науки. – 2021. – № 4. – С. 83-88.
3. Биодиагностика и индикация почв: учебно-методическое пособие /Е.В. Рассадина, Е.Г. Климентова. – Ульяновск: УлГУ, 2016. – 186 с.
4. Глава Минсельхоза Узбекистана обеспокоился здоровьем почв / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://nuz.uz/obschestvo/1212138-glava-minselhoza-uzbekistana-obespokoilsya-zdorovem-pochv.html (дата обращения: 20.01.2022).
5. В.В. Иванищев, Т.Н. Евграшкина, О.И. Бойкова, Н.Н. Жуков Засоление почвы и его влияние на растения. С. 28-42
6. Ишчанов Ж.К., Юлчиев Д.Г., Шерматов Е. Экспресс-метод оценки засоленности орошаемых земель // Ирригация и мелиорация. Спецвыпуск. 2020. С. 7-9.
7. Манжина С.А. К вопросу выявления химизма и степени засоления почв: российские и зарубежные практики // Мелиорация и гидротехника. 2021. Т. 11, № 3. С. 163–181.
8. Норбоева У.Т. Почвенное засоление и солеустойчивость сортов хлопчатника / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.sifibr.irk.ru/images/publications/mrpmue2018/136.pdf (дата обращения: 15.01.2022)
9. Отношение хлопчатника к основным факторам роста и развития / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://agro-archive.ru/hlopkovodstvo/1187-otnoshenie-hlopchatnika-k-osnovnym-faktoram-rosta-i-razvitiya.html (дата обращения: 25.01.2022)
10. Прокопьева К.О. и др. Цифровая фитоиндикация засоления почв в сухой степи (республика Калмыкия) // Аридные экосистемы, 2021, том 27, No 2 (87) с. 68-81
11. Рамазанов А., Ахатов А., Файзуллаева М. Процессы осолонцевания орошаемых почв пустынной зоны Узбекистана // Ирригация ва мелиорация. 2017. № 2. с. 34-36
12. Рузметов М.И., Ахмедов А.У., Мырзамбетов А.Б., Турдалиев Ж.М. Причины засоления и современное почвенно-экологическое состояние орошаемых земель низовьев Амударьи // Научное обозрение. Биологические науки. – 2019. – № 3. – С. 37-41
13. Руководство по управлению засоленными почвами. Под редакцией Р. Варгаса, Е.И. Панковой, С.А. Балюка, П.В. Красильникова и Г.М. Хасанхановой. Рим: Продовольственная И Сельскохозяйственная Организация Объединенных Наций, 2017. – 153 с.
14. Садиев Ф.Ф., Широкова Ю.И., Палуашова Г.К. Исследование мелиоративного воздействия препарата «Биосольвент» на засоленные почвы при промывке и орошении // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2021. Т. 11, № 1. С. 24–46
15. Строганов Б.П. К вопросу о физиологии хлопчатника в условиях различных типов засоления / Б.П. Строганов, Е.Ф. Иваницкая // Физ. растений. 1954. Вып. 2. - С. 61—69