Оценка современного состояния опустыненных земель Кизлярских пастбищ

Полный текст

Введение

Актуальность исследований обусловлена тем, что процессы опустынивания приводят к развитию негативных последствий как экологических, так и социально-экономических в Ногайском, Тарумовском и Кизлярском районах. Наиболее ярко все эти негативные воздействия опустынивания проявились в Кочубейской зоне отгонного животноводства, где из-за увеличения интенсивности и частоты пыльных и песчаных бурь нанесен большой ущерб. Почвенные условия обусловлены наличием обширных песчаных массивов, светлокаштановых и бурых почв в комплексе с солонцами, а также солончаков. Растительность по типологическому составу неоднородна, комплексна, характеризуется низкорослостью, изреженностью травостоев, преобладают засухоустойчивые и солевыносливые виды, а также устойчивые к выпасу, представленные многолетними травянистыми и полукустарниковыми видами эфемерами и эфемероидами.

В настоящее время отмечается снижение продуктивности и видового разнообразия растительных сообществ в зоне Кизлярских пастбищ, что определяет увеличение степени их деградации. За последние 40-50 лет урожайность кормовых угодий снизились здесь с 5-7 ц комовых единиц до 0,5-1,0 ц с одного гектара [4].

Основными причинами сложившегося положения являются воздействия природных и антропогенных факторов. К зонам чрезвычайной экологической ситуации относится территория с материковыми песками (Терско-Кумские пески). В результате дефляции образуется движение песков, которые покрывают земли отгонного животноводства, сокращая их площади и нанося ущерб пастбищным угодьям. Отсутствие гарантированного водообеспечения на пастбищах привело к перемещению зон выпаса скота на другие территории, увеличению пастбищной нагрузки и, как следствие, к опустыниванию этих земель. Отсутствие регулирования выпаса на территории Кизлярских пастбищ, превышение норм выпаса привело к образованию новых и увеличению площади старых очагов опустынивания.

В результате затяжных пыльных и песчаных бурь за последние 2021-2022 годы в северной части Кочубеевской зоны Кизлярских пастбищ покрылись движущимися песками около 300 тыс. га земель зимних пастбищ [3; 5; 7]. С таким природным явлением столкнулись и другие регионы юга Европейской России, что не позволяет в полной мере использовать потенциал в части развития животноводства [8; 16].

Фитомелиоративные мероприятия, проведенные ранее по закреплению песчаных массивов, в настоящее время не могут обеспечить нормативную продуктивность и устойчивость пастбищ к сбою, хрупкая экосистема с несформировавшимся почвенным покровом и бедно разнотравным фитоценозом должна быть подкреплена соответствующими фитомелиоративными мероприятиями. В связи с чем задача активной борьбы с опустыниванием на Черных землях и Кизлярских пастбищах обусловила необходимость проведения комплексного мониторинга аридных зон Северо-Западного Прикаспия, инвентаризации угодий на Черных землях и Кизлярских пастбищах и корректировки по их результатам Генеральной схемы по борьбе с опустыниванием Черных земель и Кизлярских пастбищ 1986 года [10]. Главная причина усилении    деградации    растительного    покрова это нерациональное использование и бессистемный выпас, который всё еще требует своего решения наряду с приемами агролесомелиорации и фитомелиорации [2; 11; 13].

Система мониторинга осуществляется на глобальном (государство), региональном (регион) и локальном уровнях (хозяйство, отдельные поля или их группы). Изменение состояния экосистем на региональном уровне протекает медленнее, чем в пределах одного поля, что определяется детальным описанием методического подхода для получения полной оценки [6]. Локальный мониторинг предполагает ежегодную оценку состоянии окружающей среды для принятия решений по необходимым восстановительным мероприятиям (мелиоративных, противоэрозионных, фитомелиорации и пр.) [14, 15; 17].

Применение методов оценки пастбищ с применением ГИС-технологий по определению их состояния, а также видового состава растительных сообществ в условиях степной и полупустынной зон [9], дает возможность получить объективную информацию о степени деградации земель.

По данным Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Дагестан, объем фитомелиоративных мероприятий, выполняемых в рамках Государственной программы эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса Российской Федерации, утвержденной 14 мая 2021 г. №731, в настоящее время составляет около 4 тыс. га в год, что не позволяет решать задачи по предотвращению процессов деградации и опустынивания в полном объеме. Поэтому вопрос о проблемах опустынивания земель на севере Республики Дагестан был вынесен для обсуждения в Совет Федерации России весной 2022 года и послужил толчком к рассмотрению этой чрезвычайно острой проблемы в федеральных органах исполнительной власти, в результате чего Правительством России утверждено задание на разработку специальной федеральной программы по борьбе с опустыниванием земель.

Правительством Российской Федерации (распоряжение № 2515-р от 2 сентября 2022 г.) утвержден важнейший инновационный проект государственного значения, направленный на создание единой национальной системы мониторинга климатически активных веществ. В рамках реализации данного проекта намечена разработка Национальных программ действий по борьбе с опустыниванием территорий (НПДБО) для 13 субъектов Российской Федерации, в т.ч. и для Республики Дагестан.

Цели исследования – выявление современного состояния опустыненных земель Кизлярских пастбищ с помощью геоинформационного анализа.

Материалы и методика исследований

При проведении исследований территориальных объектов, подверженных процессам деградации и опустынивания, использованы единые методические подходы (согласно №05-2/ВИП ГЗ от 18.05.2023 г.), разработанные Федеральным государственным бюджетным научным учреждением «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» (ФНЦ агроэкологии РАН), которые осуществляются на основании предварительного изучения аэроснимков и материалов космической съемки деградированных агроландшафтов [12].

Полевые исследования были проведены в 20232024 гг. на территории Республики Дагестан по заданным географическим координатам на 2-х тестовых полигонах: Ногайский район – 5 участков и Тарумовский район – 2 участка. В каждом полигоне выделяли тестовые участки – минимальные по размерам площади, содержащие различающиеся между собой компоненты ландшафта, которые можно адекватно выявить на изображениях, характеризовать и экстраполировать в пределах полигонов. Площадь тестовых участков должна составлять не менее 5 % площади полигона.

В полевых условиях проведены обследования и геоботанические описания растительности (включая видовое разнообразие), используя пособие (Полевая геоботаника / Ред. Е.М. Лавренко, А.А. Корчагин. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1972.Т. 4. 336 с.), собраны общие сведения о полигоне, проведены лабораторные исследования состояния почв, обследования эталонов степени деградации почв и растительности. Методом тестовых участков (полигонов) проводились исследования территории с типичными видами растительных сообществ и с характерными элементами рельефа, почв и других компонентов физико-географической среды, а также использование определителя растений через специализированный интернет-портал «Плантариум» (https://www. plantarium.ru/). Методика отбора почвенных образцов – по ГОСТ Р 58595-2019 (Национальный стандарт РФ).

На каждый тестовой участок, на котором проводилось эталонирование, составлялись идентификационные таблицы полигона, в которые заносились данные по геоботаническому описанию растительности (включая видовое разнообразие), географической и ландшафтной характеристике, климатической характеристике, состоянию и степени деградации почв и растительности.

Фотоэталоны при полевых исследованиях получали методом ортогональной или панорамной съемки с определением спектров отраженного излучения по эталонным снимкам. В ходе компьютерной обработки материалов (MapInfo, NextGIS QGIS) и ряда методик [19] был получен космоснимок полигона и преобразован в космокарту для геоинформационного анализа подверженных деградации земель Кизлярских пастбищ, разработано во ВНИАЛМИ [20].

Источниками аэрокосмической информации для геоинформационного анализа являются космоснимки, получаемые со спутников «WorldView 3, 4», «Sentinel 2», «Landsat-8, 9», «Канопус 2». Слои локальной ГИС динамики опустынивания аридных территорий составляются по разновременным снимкам. Пространственно-временной анализ территории исследований по космоснимкам дает возможность выявить изменения площади и пространственного положения участков деградации для последующего моделирования состояния, функционирования и динамики процессов опустынивания территорий. Методические основы таких исследований приведены в работах К.Н. Кулика, В.Г. Юферева [11; 19].

Результаты исследований и их обсуждение

Для региона Кизлярских пастбищ оценка уровня деградации осуществлялась по среднестатистическим значениям фототона изображения поверхности, отнесенной при дешифровании к пастбищам. Принадлежность территории к пескам определялась по наличию светлых и белых пятен (очаг дефляции). Водная поверхность, пашня и пойма в учет площадей пастбищ не брались. Солончаки (ограниченно используемые в качестве пастбищ) были выделены в отдельную группу, которая включена в площадь опустынивания [18].

Дистанционное зондирование дает возможность организовать мониторинг состояния пастбищ на значительной площади, при этом обеспечивается уменьшение объема наземных исследований, экономическая эффективность и научная достоверность исследований [1]. На основании картографо-аэрокосмического мониторинга пастбищ и компьютерной обработки космоснимков региона исследования (представлены ФНЦ агроэкологии РАН) составлены геоинформационные слои: обзорная космокарта Кизлярских пастбищ; космокарты и тематические карты уровней деградации пастбищ по административным районам, отнесенным к региону исследования [4]. Распространение процессов опустынивания на территории Республики Дагестан связано как с увеличением площадей открытых песков в результате песчаных и пыльных бурь, так и с большим количеством засоленных участков в Ногайском, Тарумовском и Кизлярском районах (рис. 1).

Рисунок 1. Карта расположения участков опустынивания на территории Республики Дагестан (состояние на 2022 г.)

Таблица. Площади деградации по муниципальным районам Кизлярских пастбищ (2022 г.)

 

Муниципальный район	Площадь района, га	Площадь опустынивания, га
Ногайский	887113	129265
Тарумовский	310902	33495
Кизлярский	30474	6980

 

В таблице представлена площадь опустыненных земель (как занятых песками, так и засоленных) по состоянию на 2022 год (по данным ФНЦ агроэкологии РАН, г. Волгоград), общая площадь составила почти 170 тыс. га. В 2023-2024 гг. проведена закладка тестовых полигонов для полевых исследований состояния почв и растительности (включая видовое разнообразие), разработка эталонов степени их деградации и верификации данных дистанционных исследований опустынивания территории Республики Дагестан. Для составления паспортов мониторинговых полигонов были собраны общие сведения о полигонах мониторинга опустынивания, включающие географическую, ландшафтную и климатическую характеристику.

При закладке тестовых полигонов проведено визуальное определение состояния почв и растительности (включая видовое разнообразие). Проективное покрытие растительностью на участке

№1 составило 35 %, доминантное растение – верблюжья колючка; на участке №2 – калоцефалус

Рисунок 2. Карта тестового участка «Ногайский 1» (полигон Ногайский район, Дагестан); фотоэталон; гистограмма распределения пикселей на фотоэталоне в режиме «Цвета»: 1 – диапазон фототона растительности; 2 – диапазон фототона неба; 3 – диапазон фототона песчаного массива; 4 – диапазон фототона тени

Брауни (41 %) и дурнишник колючий (37 %); на участке №3 – калоцефалус Брауни (33 %) и верблюжья колючка (28 %); на участке №4 – полынь таврическая и высокая (по 42 %); на участке № 5 клевер луговой (25 %); на участке № 6 – полынь Шмидта (35 %); на участке №7 – калоцефалус Брауни (31 %) и полынь высокая (28 %).

По каждому участку составлена карта полигона мониторинга, фотоэталон ландшафтов и гистограммы распределения пикселей на фотоэталоне участка в режиме «Цвета». Выявление распределения пикселей по гистограммам дает возможность идентифицировать диапазон фототона и соотнести его с определенными объектами, отображаемыми на снимках (рис. 2-4). Представим характеристики двух показательных участков.

Полигон 1: Ногайский район. Участок №1.

Проведено обследование эталонов степени деградации почв и растительности по заданным географическим координатам (44.796589, 46.297862) на тестовом участке №1, расположенном на тестовом полигоне №1 Ногайского района (рис. 2).

Рисунок 3. Карта тестового участка «Солончаки 4» (полигон Ногайский район, Дагестан); фотоэталон; гистограмма распределения пикселей на фотоэталоне в режиме «Цвета»: 1 – диапазон фототона растительности; 2 – диапазон фототона неба; 3 – диапазон фототона песчаного массива; 4 – диапазон фототона тени

Полигон расположен в Терско-Кумской подпровинции Ногайского района, полупустынная зона, эолово-аллювиальная равнина. Ландшафтный район – район Кумских волнисто-грядовых, местами развеваемых песков и лугово-болотных супесчаных неподверженных эрозии почв, расположенный в северной части Терско-Кумской полупустыни.

Почва: песчаная слабосолончаковатая, развеваемая в сочетании с песками закрепленными.

Почвообразующая порода: массивы развеваемых песков, характеризующиеся наличием мощных песчаных отложений с активным проявлением эоловых процессов. Морфологическое строение горизонта 0,25 м: окраска палевая; сложение рыхлое. Механический состав: песчаный с высоким содержанием фракции мелкого песка, содержание крупной пыли в песчаной почве – 3,1%, физической глины 3,8 %. Содержание химического анализа в горизонте 0,25 м составило: гидролизуемого азота – 2,8 мг/100 г почвы (очень низкое); подвижного фосфора – 1,8 мг/100 г почвы (среднее); обменного калия – 37,5 мг/100 г почвы (повышенное); гумуса – 1,03 (очень низкое). Содержание легкорастворимых солей: тип засоления сульфатный. Величина плотного остатка – 0,181%. Степень засоления – слабозасолённая. Сумма вредных нейтральных солей – 1,28 мг-экв/100 г почвы. Величина реакции почвенного раствора рН = 7,1 (слабощелочная). Емкость поглощения – 20,0 мг-экв/100 г почвы. Степень деградации участка – дефляция.

Структура и типы растительности: степная и полупустынная растительность – злаковои прутняково-злаково-белополынные ассоциации в сочетании с таврическо-полынными и камфоросмовыми ассоциациями; песчаные степи разнотравно-кубанковые (Agropyron sibirie + псаммофитное разнотравье в сочетании с белополынниками и зарослями джузгуна (Calliogonum aphllum) и гребенщика. Состав растительности по проектному покрытию: дурнишник колючий (Xanthium spinosum) – 13 %, тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.) – 8 %, лопух большой (репейник обыкновенный) – 9 %, крестовник обыкновенный (Senecio) 12 %, чертополох колючий (акантоли́стный) (Cárduus acanthoídes) – 15 %, осот колючий (острый) (Sonchus asper ) – 8 %, верблюжья колючка (яндак) (Alhagi Gagnebin) – 35 %. Доминант растительности на исследуемом участке – верблюжья колючка (35 %). Классификация ассоциаций растений песчаных сред Терско-Кумской низменности по Л. Г. Раменскому с соавторами (Раменский Л. Г., Цаценкин И. А., Чижиков О. Н., Антипин Н. А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М., 1956. 472 с.).

Уклон рельефа участка – min: -2° или -4 %, max: 2° или 3 %. Высота рельефа участка над уровнем моря и перепад высот климатического полигона min: -17, max: -12, перепад: 5 м. Влажность почвы (0-40 см) – min: 2 %, max: 3 % (на 06.2023 г.). Температура почвы – min: 22 °С, max: 24 °С (на 12.06.2023 г.). (крутизна в градусах, уклон в %).

Полигон 1: Ногайский район. Участок №4.

Проведено обследование эталонов степени деградации почв и растительности по заданным географическим координатам (44.419467, 46.056476) на тестовом участке №4, расположенном на тестовом полигоне №1 Ногайского района (рис. 3).

Полигон расположен в Терско-Кумской подпровинции Ногайского района полупустынной зоны, эолово-аллювиальная равнина. Ландшафтный район – район луговых солончаков лугово-каштановых среднесуглинистых почв центральной части Терско-Кумской низменности, район солончаковой впадины, где чередуются возвышения, вытянутые понижения и соленые озера (шоры).

Почва: солончак луговой, тяжелосуглинистый. Почвообразующая порода: аллювиальные суглинки, глины и супеси. Морфологическое строение горизонта 0,25 м: окраска серовато-оливковая; сложение плотное. Механический состав тяжелосуглинистый с высоким содержанием фракции мелкого песка; содержание крупной пыли в тяжелых суглинках – 16,8 %, физической глины 35,2 %. Содержание химического анализа в горизонте 0,25 м составило: гидролизуемого азота – 1,4 мг/100 г почвы (очень низкое); подвижного фосфора – 2,30 мг/100г почвы (среднее); обменного калия – 48,0 мг/100 г почвы (высокое); гумуса – 0,62 % (очень низкое). Содержание легкорастворимых солей: тип засоления – хлоридно-сульфатный. Величина плотного остатка – 0,826 %. Степень засоления – сильнозасоленная. Сумма вредных нейтральных солей – 9,97 мг-экв/100г почвы. Величина реакции почвенного раствора рН = 8,8 (сильнощелочная). Емкость поглощения – 24,0 мг-экв/100 г почвы. Степень деградации участка – засоление.

Структура и типы растительности: пустынная растительность – многолетнеи однолетнесолянковые комплексы ассоциаций   сарсазана – Halocnemum stobilaceum – с ассоциациями петросимоний, обионы (Atriplex verrucitera) и др., в сочетании с пятнами голых солончаков; солончаки и соленные озера с узкой кромкой из сарсазана и других галофитов. Состав растительности по проектному покрытию: полынь таврическая (крымская) (Artemisia taurica Willd) – 42 %, полынь высокая (Artemisia abrotanum) – 40 %, молочай полевой (Euphorbia agraria M. Bieb.) – 18 %. Доминант растительности на исследуемом участке – полынь таврическая (42 %). Уклон рельефа участка – min: -2° или -3 %, max: 2° или 4 %. Высота рельефа участка над уровнем моря и перепад высот климатического полигона – min: -15, max: -8, перепад: 7 м. Влажность почвы (0-40 см) – min: 9 %, max: 10 % (на 14.06.2023 г.). Температура почвы – min: 22°С, max: 24°С (на 14.06.2023 г.).

Таким образом, применение современных технологий (компьютерная обработка, дистанционные спутники, цифровые камеры, GPS навигации) позволяют получить фотоэталоны об объекте исследования, которые будут использованы в качестве идентификатора деградации пастбищ и сенокосов, расположенных на территории полупустыни в зоне Кизлярских пастбищ.

Рисунок 4. Представлены виды других тестовых участков, характеризующих различные степени деградации

 Заключение

Геоинформационный анализ опустынивания земель позволил повысить достоверность результатов исследований и точность картографирования участков опустынивания с использованием космоснимков.

Площадь опустыненных земель (как занятыми песками, так и засоленных) составляет 170 тыс. га. Исследования показали, что полученные данные по проективному покрытию растительности на участке №1 составили 35 %, доминантное растение – верблюжья колючка и степени деградации – дефляция; на участке №4 – полынь таврическая и высокая (по 42 %), засоление.

Картографирование обеспечивает системность в изучении динамики процессов опустынивания, выявление параметрических характеристик участков, дает возможность провести оценку состояния земель и динамику процессов их деградации. Деградация почв и растительного покрова полупустынной зоны является определяющим фактором опустынивания Кизлярских пастбищ.

Полученные при проведении геоинформационного анализа данные о степени деградации пастбищных угодий могут быть использованы для поиска новых способов восстановления пастбищ на территории Республики Дагестан.

Авторский вклад. Авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования, ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант.

Конфликт интересов.  Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Author’s contribution. Authors of this research paper have directly participated in the planning, execution and analysis of this study. Authors of this paper have read and approved the final version submitted.

Conflict of interest.  Authors declare no conflict of interest.

Об авторах

Самир Агаларович Теймуров

Федеральный аграрный научный центр Республики Дагестан

Автор, ответственный за переписку.
Email: samteim@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-0336-7380

к.с.-х.н., в.н.с., заведующий лабораторией агропочвоведения и мелиорации

Россия, 367014, мкр. Научный городок, ул. Абдуразака Шахбанова, г. Махачкала, Республика Дагестан

Магомед-Расул Абдусаламович Казиев

Федеральный аграрный научный центр Республики Дагестан

Email: samteim@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-6929-9034

д.с.-х.н., г.н.с., заведующий отделом агроландшафтного земледелия

Россия, 367014, мкр. Научный городок, ул. Абдуразака Шахбанова, г. Махачкала, Республика Дагестан

Казакмурза Магомедович Ибрагимов

Федеральный аграрный научный центр Республики Дагестан

Email: info@fancrd.ru
ORCID iD: 0000-0002-9141-1432

к.с.-х.н., в.н.с., лаборатория агропочвоведения и мелиорации 

Россия, 367014, мкр. Научный городок, ул. Абдуразака Шахбанова, г. Махачкала, Республика Дагестан

Список литературы

Дополнительные файлы