Влияние различных форм природопользования на состояние и особенности функционирования геосистем с черноземными почвами в лесостепи Центрально-Черноземной зоны

Актуальность темы

Современное состояние и темпы развития народного хозяйства требуют рационального использования природных ресурсов и бережного отношения к окружающей среде. Эти задачи на протяжении многих лет имели, и имеют в настоящее врет, большую экономическую и социальную значимость. Рациональное природопользование, охрана природы и контроль за состоянием окружающей среды возможны лишь на основе знаний о состоянии и взаимодействии непрерывно изменяющихся в пространстве и времени npirpo-ды и общества.

Познание закономерностей изменения в геосистемах под воздействием природных и антропогенных факторов актуально, так как является основой для разработки рационального использования земель, охраны природной среды и прогнозирования ее изменения. Одним из путей такого изучения становятся исследования геосистем локального уровня, поскольку все источники воздействия человека на природу локальны. И если вопросы, касающиеся состояния геосистем и процессов, протекающих в них б настоящее время, освещены достаточно широко, то вопросы оценки прогноза и изменения окружающей среды требуют дальнейшей разработки. Это связано с тем, что прогноз как краткосрочный, так и долгосрочный, а также направленность в разв1гпш геосистем должны базнро-ваться на многолетних наблюдениях за динамш-ой протекающих процессов.

В большинстве же случаев диномшш процессов изучается в течение одного, трех лет и значительное кол! гчество собранного материала носит описательный характер, хотя в основе любой оценки или прогноза должны лежать количественные показатели, характеризующие состояние шш этапы развития изучаемых объектов. В связи с этим, необходимо иметь эталон, относительно которого можно было бы оценивать состояние изучаемых объектов. С этой точки зрения огромное значение играют заповедники, ведущие стационарные наблюдения за природными процессами не одшг десяток лет. Общепринятым стало положение о том, что именно террпторхш, входящие в состав заповедников, обладают фоновыми показателями состояния окружающей среды. В некоторых из них изучается состояние и фущщионирование геосистем, в том числе и ее компонента — почвы — и процессов, протекающих е ней.

В период освоения наиболее прогрессивных систем земледелия актуально знание о современном состоянии земель и влияние на них различных форм использования. Причем для целей контроля, прогноза и управлещш эта знания должны содержать качественные и количественные параметры.

Наряду с этим, известно, что процессаьш превращения веществ в геосистеме управляют потоки энергии. Следовательно, исследование состояния к функционирования геосистем необходимо проводить как на вещественном, так и на энергетическом уровне.

Работ, посвященных изучению заповедных экосистем, достаточно много, но все они носят специализированный характер, освещая ту или иную сторон}' протекающих процессов или давая определенную характеристику объекта на вещественном уровне. В большинстве своем эти исследования проводились в разное время с различными целями и, естественно, по различным методикам. что затрудняет систематизацию и обобщение данных. Работ же, посвященных изучению геосистем б заповедниках, немного, и б основном они дают представление о состоянии одного или двух компонентов геосистемы.

Недостаточно освещен вопрос, касающийся сложения и литологии почво-образующих пород почвенных профилей. В большинстве случаев о наличии или отсутствии дифференциации почвенного профиля на однородных неслоистых породах судят по основным компонентам минеральной части почвы — окиси кремния (Si02) и полуторным окислам (R203) — по их абсолютному содержанию в разных горизонтах почв и по изменению молекулярных отношений. Этого недостаточно, поскольку почвообразующие породы в профиле почвы могут иметь схожие коэффициенты молекулярных отношешш кластогенных осадочных образований, относится к одшгаковой пелитовой фракции, но иметь различный литолопгческий состав и различный временной интервал в аккумуляции. Это особенно важно при типизации почв, определеюш пространственного размещения элементарных почвешгых ареалов, изучение структур почвенного покрова, а в ряде случаев и для определения времени формирования почвенного профиля.

Целью данной работы является исследование влияния различных форм прнродопользовашш на состояние и функционирование геосистем с черноземными почвами Центрально-Черноземной лесостепи на вещественном и энергетических уровнях для рационального использования природных ресурсов. управления качеством окружающей среды и разработки систем земледелия на ландшафтной основе.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследовать лотологический состав, слоистость и геохимическую изменчивость почвообразующих пород в пределах почвенного профиля.

2. Изучить годовую дшгамику и распределение в профгае почвы гумуса и подвижных форм минеральных элементов питания при различных формах природопользования.

3. Выявить влияние форм природопользования на водный режим и микробиологические свойства черноземов.

4. Определить продуктивность фитоценозов геосистем Центральночерноземной зоны.

5. Исследовать состояние и функционирование изучаемых геосистем на биоэнергетической основе при различных формах природопользования.

Научная повита раб опт. Впервые для Центрально-Черноземной зоны проведено комплексное исследование состояния и функционирования геосистем с черноземными почвами при различных формах природопользования на вещественном и энергетическом уровнях. Выявлена неоднородность в литоло-гическом составе почвообразующих пород почвенного профиля. Показаны закономерности распределения химических элементов и формирования геохимического барьера в профиле почвы. Выявлены особенности влияния различных категорий влаги в почве на численность и видовой состав микроорганизмов, усваивающих азот. Установлены закономерности влияния форм природопользования на биоэнергетические показатели геосистем.

Практическая значимость. Изученные количественные показатели исследуемых природных объектов могут служить эталоном для сравнения при решении задач, связанных с разработкой систем земледелия на ландшафтной основе. Разработанный и примененный методический подход, базирующийся на комплексном изучении состояния и функционирования геосистем на вещественном и биоэнергетическом уровнях, может служить для решения широкого спектра научных и прикладных задач, начиная от выделения локальных участков для сельскохозяйственного использования до составления прогнозов, с целью выявления направленности функционирования геосистем и разработки решений по охране окружающей среды.

Основные защищаемые положения.

1. Неоднородность в литологическом составе и слоистость иочвообра-зующих пород почвенного профиля исследуемых геосистем.

2. Особенности влияния форм природопользования на содержание гумуса и подвижных форм питательных веществ в почвенном профиле, на водный режим, микробиологические свойства черноземов и продуктшшость фитоценоза.

3. Биоэнергетическая оценка состояния, функционирования и направленности развития геосистем Центрально-Черноземной зоны лесостепи.

Фактическая основа работы. Работа базируется иа пятилетних систематических исследованиях автора гадротермического режима почв, на почвенных i исследованиях 1999;2000 годов (отбор почвенных образцов и интерпретация * данных анализа на минеральные элементы питания растений и гумуса в профиле черноземов), на анализе: климатических показателей за период с 1947 по 2000 годы метеостанции «Стрелецкая степь», геоботашгческих и микробиологических исследований, обобщении картографического материала и литературы по геолого-геоморфологическому строеншо территории Средне-Русской возвышенности, В процессе камеральной обработки материалов автором изучены 22 950 почвенных образца. Обработаны результаты химического анализа 200 v образцов. Обработка полученного материала проводилась с применением компьютерных программ AVTOCAD-2000, Microsoft Excel-2000 с построением графиков в программе Microsoft Word-2000.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Региональных научно-практических конференциях (Воронеж,. 1997), (Тула, 2001) — на Международном симпозиуме (Оренбург, 2000), на Международной научно-практической конференции (Курск, 2002), на заседаниях ученого совета Центрально-Черноземного заповедника и лаборатории агропочвоведения Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии.

Публпкации. По материалам диссертации опублшсовано 20 печатных работ.

Объем раб опт. Диссертация изложена на 158 листах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из.