Обзоры, проблемы, итоги
УДК 631.92:551.588.6
РОЛЬ ЛУГОВЫХ И ПАСТБИЩНЫХ ЦЕНОЗОВ В БИОМЕЛИОРАЦИИ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ
В.Н. БУРАВЦЕВ, Н.П. КРЫЛОВА
Рассматривается природоохранная функция лугов и пастбищ как основа предотвращения возможных отрицательных воздействий глобального потепления климата.
Ключевые слова: биологическая мелиорация, фитомелиоранты, типы природных пастбищ, глобальное потепление, парниковый эффект, райграс многолетний.
Key words: biological melioration, phytomeliorants, rangelands types, global warming, Greenhouse effect, Lolium perenne.
По данным РАСХН, в России загрязнение окружающей среды достигло таких масштабов, что может рассматриваться как угроза национальной безопасности. Исследования в области экологии и рационального природопользования признаны приоритетными. Состояние сельскохозяйственных угодий страны неудовлетворительное и продолжает ухудшаться. Сокращение объема работ по поддержанию почвенного плодородия привело к развитию эрозии, деградации, значительному возрастанию кислотности почв (1).
В докладе, опубликованном Национальным информационным советом США и группой американских независимых экспертов, рассмотрены тенденции развития мирового сельского хозяйства до 2015 года. Прогнозируется, что к 2015 году почти половина мирового населения (более 3 млрд человек) будет проживать в регионах водного стресса.
В течение 15 лет в связи с интенсификацией землепользования усилится деградация пахотных земель. Ключевыми станут проблема потепления климата и необходимость постоянного контроля за его проявлениями, включая парниковый эффект (2).
Влияние глобального потепления климата на развитие биомелиорации и подбор фитомелиорантов изучают во Франции (Institut national de la recherche agronomique, INRA — Национальный институт сельскохозяйственных проблем, ИНРА), в США, Швейцарии и Великобритании. Во Франции основное внимание уделяется наблюдениям на сеяных сенокосно-пастбищных угодьях, в США главным объектом исследований служат природные и улучшенные долголетние пастбища.
Актуальными направлениями биомелиорации за рубежом признаны следующие: организация контролируемого выпаса на пастбищах для предотвращения эрозии; подбор, введение в культуру и интродукция растений-фитомелиорантов; использование бобовых трав для улучшения ботанического состава и повышения урожайности травостоя кормовых угодий, а также агролесомелиорация; реализация потенциала биологической фиксации азота; разработка технологии создания природоохранного сенокосно-пастбищного покрова в условиях глобального потепления климата.
Специалисты США подчеркивают, что контроль за нагрузкой и пастбищеемкостью — природоохранное мероприятие, которое помогает получить информацию о степени деградации почвенного покрова, доступности воды, наличии загонов, состоянии оград, прогонов и т.д., то есть инфраструктуре территории. Сведения о пастбищеемкости позволяют оценить экологические условия различных типов улучшенных пастбищ и степень их засоренности вредными и ядовитыми растениями (3).
В соответствии с законом о регулируемом использовании пастбищ Служба по инвентаризации природных кормовых угодий США ежегодно контролирует их состояние. Разрешение на выпас сельскохозяйственных животных на государственных землях требуется обновлять каждые 10 лет. Кроме того, такое разрешение оформляется при передаче пастбищных угодий другому владельцу. Пастбищеемкость и поголовье выпасаемых животных — базовые показатели при назначении налогов на владельцев ранчо (2-4).
Развитие биомелиорации за рубежом в течение последних 10 лет тесно связано с исследованиями глобального потепления климата. Важнейшей экологической проблемой в зоне умеренного климата является воздействие выбросов промышленных предприятий в атмосферу, увеличение в ней концентрации СО2, парниковый эффект. Среди перспективных для России зарубежных технологий биомелиорации следует выделить опыт США по использованию бобовых трав (клевера земляничного, Ладино, лугового, ползучего, а также лядвенца рогатого) в качестве живой мульчи при создании лесных насаждений. Полученные данные подтверждают, что система землепользования, объединяющая сообщества древесных растений с травами, способствует разнообразию и стабильности ландшафтов, рациональному использованию земель (3, 4).
Известно, что накопление СО2 и других газов, присутствующих в атмосфере в небольших количествах, усиливает парниковый эффект. Улавливая инфракрасное излучение земной поверхности, они существенно влияют на климат. С 1750 года концентрация СО2 в атмосфере Земли возросла на 1/3. Интенсивность роста этого показателя за последние два десятилетия составила 0,4 % в год. По данным исследований, проведенных ИНРА во Франции, такой высокой интенсивности обогащения атмосферы углекислым газом не наблюдалось, по крайней мере, в течение 20 тыс. лет (3, 4). Используя модели изменения климата, ученые предсказывают, что к концу текущего столетия содержание углекислого газа в атмосфере будет составлять от 540 до 970 ррm. До начала промышленной революции этот показатель составлял 280 ррm, а в начале прошлого столетия — 367 ррm.
Как показали исследования климатических условий, активация парникового эффекта привела к существенному потеплению климата за последние 50 лет. Согласно прогнозу в течение 1990-2100 годов среднее повышение температуры поверхности Земли составит 1,5-6,0 °С, что считается беспрецедентно высоким темпом роста. Поверхность континентов будет нагреваться сильнее, чем поверхность Земли в среднем. Процесс окажется особенно выражен в холодные периоды года на материках в высоких широтах. С вероятностью более 95 % GIEC (Межправительственная группа по эволюции климата) прогнозирует повышение максимальных температур и увеличение числа жарких дней. Возможно также уменьшение суточной амплитуды температур, выпадение более частых и обильных осадков в зимний период, летних засух в континентальных районах.
Данные по мониторингу и прогнозу состояния пастбищ при глобальном потеплении климата, полученные в США, свидетельствуют о том, что повышение продуктивности травостоя и плотности дернины под воздействием биомелиорации может превратить природные кормовые угодья в объект активного поглощения СО2, уменьшив тем самым его содержание в глобальном масштабе (3, 5).
Прогнозируемые климатические изменения, связанные с повышением содержания СО2 в атмосфере, способны положительно влиять на продуктивность пастбищ, динамику их вегетации, потребление ими воды и питательных веществ, кормовую ценность. По данным ИНРА, увеличение концентрации СО2 в окружающей среде вдвое стимулирует повышение урожайности луговых угодий на 15-20 %. Если этот процесс сопровождается средним ростом температуры на 3 °С, повышения урожайности не происходит, несмотря на удлинение вегетационного периода. Это вызвано снижением темпов отрастания трав в жаркий летний период. В опытах с посевом райграса многолетнего, проведенных в Швейцарии в условиях континентального климата, выявлено повышение его урожайности примерно на 7 % при увеличении концентрации СО2 до 550 ррm. Однако потепление климата и высокое содержание СО2, оказывая значительное влияние на среду обитания, могут нарушить традиционную систему выпаса на природных пастбищах, что существенно снизит экономическую эффективность пастбищного содержания скота, питательную ценность пастбищного травостоя, долголетие пастбищ.
Изменения экологической среды вследствие высокой концентрации СО2 в атмосфере, температурного режима ландшафтов, условий их влагообеспеченности на неулучшенных угодьях воздействуют на агрохимические свойства почвы, уменьшая мощность подстилки и скорость ее разложения, могут вызвать миграцию видов и растительных сообществ. Существенное увеличение биомассы растений и рост микоризы способны нарушить конкурентоспособность видов и структуру сообществ. Степень влияния концентрации СО2 в атмосфере и накопления углерода в почве на видовой состав лугов зависит от частоты циклов скашивания или стравливания и обеспеченности почвы азотом.
Повышенное количество СО2 в атмосфере способствует росту содержания растворимых углеводов в травяном корме при одновременном уменьшении азотсодержащих компонентов и приводит к быстрому накоплению углерода в почве.
В связи с тем, что в конце столетия ожидается повышение температуры на 2-3 °С и удвоение содержания СО2 в атмосфере (700 ррm) при неизменном среднегодовом уровне осадков, в ИНРА изучали влияние таких условий на сеяные луга из райграса многолетнего. Дополнительно сравнивали эффективность двух норм ежегодного внесения азотных удобрений — N530 и N160 д.в. Эти опыты показали, что меньшая доступность для растений райграса минеральных азотных удобрений в условиях повышенной концентрации СО2 в атмосфере приводит к разрастанию корневой системы, вследствие чего увеличивается поступление углерода в почву после отмирания корней.
Обогащение атмосферы СО2 на фоне низких доз азотного удобрения благоприятствует кущению луговых злаков. Соответственно, повышение содержания углерода не оказывает влияния на кущение при внесении высоких доз азотных удобрений.
В Западной Европе прогнозируется снижение поступления азота в растения при возрастающем поступлении углерода в почву. При этом увеличение соотношения С:N в подстилке усиливает потребность в азоте для разложения органических фракций. При аналогичных условиях возможна иммобилизация азота микроорганизмами почвы и снижение его доступности для вегетирующих растений. Обобщение, сделанное ИНРА, подтверждает, что 2-кратное повышение концентрации СО2 снижает обеспеченность луговых злаков азотом и накопление углерода в почве. Напротив, повышение температуры в сочетании с высокой концентрацией СО2 стимулирует круговорот азота, улучшая азотное питание луговых злаков.
Показано, что обогащение воздуха углекислым газом стимулирует рост бобовых и биологическую фиксацию азота. Под воздействием СО2 доля клевера в злаково-бобовой травосмеси может возрасти до 60 %. Опыты, проведенные во Франции, свидетельствуют, что высокая концентрация углекислого газа в атмосфере стимулирует рост не только бобовых трав, но и высших растений, не обладающих способностью фиксировать азот. Доминирующим из бобовых в подобных экологических условиях является клевер ползучий (Trifoliumrepens). Из растений, которые не фиксируют азот, отмечено интенсивное распространение тысячелистника (Achillea millefolium) (3-5).
В Северной Америке обогащение атмосферы СО2 не вызывало отрицательную реакцию у злаков, включенных в состав бобово-злаковых травосмесей — овсяницы тростниковидной, ежи сборной. Проведенные исследования дали основание для заключения о том, что фактор, способствующий усиленному росту того или иного вида в сообществе, — это прежде всего способность конкурировать за свет при увеличении концентрации СО2. Бобовые имеют преимущество, если потребность в азоте у растений и почвы усиливается вследствие обогащения атмосферы углекислым газом. При редком отчуждении травостоя сильная конкуренция за свет и источники азотного питания способствуют угнетению бобовых трав, особенно клевера ползучего, но стимулируют рост растений, которые не обладают способностью к азотфиксации (3-5).
Таким образом зарубежный опыт показывает, что в условиях обогащения атмосферы СО2 и потепления климата усиливается практическая роль биомелиорации на основе использования бобовых трав и бобово-злаковых травосмесей. Глобальное потепление климата способствует продлению вегетационного периода, но не гарантирует повышения урожайности луговых растений. Этот экологический фактор благоприятно влияет на отдельные виды и семейства травянистых растений, повышая их природоохранный потенциал.
Л И Т Е Р А Т У Р А
ГНУ Всероссийский НИИ гидротехники и |
Поступила в редакцию 21 сентября 2007 года |
ROLE OF MEADOW AND PASTURE CENOSIS IN PHYTOMELIORATION IN CONNECTION WITH GLOBAL WARMING EFFECT
V.N. Buravtsev, N.P. Krylova
S u m m a r y
The authors consider the modern natural protection function of the meadows and the pastures as the ground of the prevention of possible negative action of global warming of climate.