ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НИР ЛАБОРАТОРИИ ПРОБЛЕМ
ПРИРОДОВОССТАНОВЛЕНИЯ
д.б.н. И. Арчегова, к.б.н. Н. Котелина, к.с.-х.н. Г. Романов Институту биологии уже 40 лет. Возраст зрелости. "Круглая" дата в жизни ли человека или коллектива, занятого общим делом, всегда сопровождается внутренней потребностью взглянуть на результаты труда. Что сделано? Отвечая на свой же вопрос, яснее видишь будущие задачи, которые надо решать. Так уж устроены люди – чтобы видеть перспективу, надо оглянуться назад. Итоги работы Института складываются из работы отдельных его подразделений. Вот уже более 40 лет сотрудники лаборатории занимаются комплексным изучением природных экосистем Крайнего Севера, возможностью сельскохозяйственного использования земель в этом регионе и восстановления экосистем, разрушенных техногенным воздействием. Названные направления развивались в разное время в соответствии с возникавшими и обострявшимися в Республике Коми экологическими проблемами. Так, в 50-е годы XX века в связи с развитием Печорского угольного бассейна и ростом численности населения в этом регионе резко возросла потребность в свежем молоке, и, следовательно, в кормах местного производства для животноводческих хозяйств. Продиктованное широкой программой освоения Крайнего Севера расширение границ земледелия – одна из четко выраженных и устойчивых тенденций развития сельского хозяйства в те годы. С 1958 г. в Институте биологии Коми НЦ УрО РАН были начаты исследования по выявлению возможности сельскохозяйственного использования тундровых земель (Воркута). На основе идей академика Н.И. Вавилова о возможной северной границе земледелия и исследований профессора Б.А. Тихомирова в тундровой зоне, под руководством к.с.-х.н. И.С. Хантимера был разработан оптимальный прием сельскохозяйственного освоения внепойменных тундровых земель с использованием адаптированных к местным условиям многолетних трав – метод "залужения", т.е. создания многолетних агроценозов. Важно подчеркнуть, что залужение тундровых земель и травосеяние в обычном понимании – не одно и то же. Посевы трав, практикуемые в южных регионах страны, входят в севообороты и, как правило, характеризуются краткосрочным пользованием. Залужение тундры является специфическим способом длительной сельскохозяйственной эксплуатации земель, ведения хозяйства в целом в экстремальных почвенно-климатических условиях. Результаты исследований были обобщены И.С. Хантимером в монографии "Сельскохозяйственное освоение тундры" (Л.: Наука, 1974. 227 с.), где представлена система агротехнических приемов обработки земель, создания, ухода и эксплуатации многолетних агроценозов – сеяных лугов. В работе приведены конкретные указания для использования луговых растений в культуре. Особое внимание уделено биологии и экологии двух ведущих луговых злаков – лисохвоста лугового и мятлика лугового местной популяции, послуживших основой для заложения первого многолетнего сеяного луга на внепойменных землях, который существует по сегодняшний день и аналогов которому за Полярным кругом в мире нет. Продолжающиеся более 40 лет наблюдения на сеяных лугах позволили внести новое в теорию луговедения. Так, одним из важных вопросов луговедения является выяснение долголетия сеяного луга. Представленные материалы убедительно опровергают существующие представления о саморазвитии лугового сообщества, приводящее к ухудшению состояния луга и необходимости коренного улучшения его через пять-семь лет. Мониторинг состояния залуженных в 1958 г. участков, проводимый уже более 40 лет, подтвердил наш прогноз, сделанный уже через 10 лет использования сеяного луга, – при соблюдении системы ухода и эксплуатации луга, разработанных специально для условий Крайнего Севера, травостой сохраняет продуктивность в течение неопределенно долгого времени. Местные формы мятлика лугового и лисохвоста лугового, использованные для залужения в тундре, в течение всего периода наблюдений не обнаруживают признаков вырождения и сохраняют доминирующее положение в фитоценозе. При этом была внесена ясность в дискуссионный вопрос об использовании лисохвостом и мятликом "биологического" азота. Впервые в условиях тундровой зоны России установлено наличие ассоциативной азотфиксации у этих видов трав, изучена сезонная динамика нитрогеназной активности и определены размеры биологически фиксированного ими азота. В итоге было показано, что при разработке системы удобрений искусственно создаваемых злаковых агроценозов размеры ассоциативной азотфиксации в расчет принимать не следует. Важное значение для развития тундрового луговодства имеет вопрос обогащения лугов бобовыми и высокоурожайными злаковыми компонентами. В литературе описаны попытки внедрить бобовые травы на тундровых землях у нас в стране и за рубежом (Аляска), которые не привели к успеху. В связи с этим важно отметить, что созданные сотрудниками лаборатории бобово-злаковые травостои на основе местных видов в воркутинской тундре существуют уже более 30 лет, подтверждая их устойчивость и перспективность внедрения в культуру при соблюдении разработанной агротехники. При этом впервые в условиях тундры России установлено наличие местных спонтанных штаммов ризобий и активного бобоворизобиального симбиоза у пяти видов местных бобовых трав. Изучена суточная и сезонная азотфиксирующая активность этих видов, определено количество симбиотически фиксированного азота воздуха в отдельные периоды и за вегетацию. В итоге показано, что для агроценозов тундровой зоны (в том числе при восстановлении нарушенных земель) могут быть созданы формы бобовых трав с высокой симбиотической активностью при использовании в качестве исходного материала горошка мышиного, копеечника арктического и астрагала субарктического, а также адаптированного к условиям тундры формы клевера лугового. Из новых культур испытан и показал высокую эффективность крупностебельный злак – канареечник тростниковидный (Digraphis arundinacea (L) Trin.). Его посевы (семена вычегодской популяции), осуществленные 22 года назад, сохраняют по настоящее время высокую продуктивность – более 60 ц/га сухой массы. Методологической основой выполняемых исследований является системный подход к природной и создаваемой культурной экосистемам. С этих позиций на базе многолетних почвенных исследований развивается представление о почве как биоценотической структуре, само происхождение которой определяет тип растительного сообщества. Подробно изучали своеобразие почвы сеяных лугов. С системных же позиций рассматривается проблема плодородия почв, которое является не только суммой содержащихся в почве определяемых элементов питания, но и интегральным показателем состояния экосистемы, в частности агроценоза, и измеряется стабильно воспроизводимой растительной продукцией. Развитие теоретических аспектов исследований позволяют грамотно решать практические задачи. Итак, в результате многолетних исследований на Крайнем Севере восточно-европейской части России теоретически обоснована экологически оптимальная система сельскохозяйственного использования земель материковой тундры, разработаны и внедрены в практику рекомендации по "залужению" – созданию и долголетнему продуктивному использованию сеяных лугов как рациональный прием освоения природных ресурсов на внепойменных территориях тундры, что нашло в дальнейшем отражение в "Системе ведения сельского хозяйства Коми АССР" (Сыктывкар, 1983. Т. 1). По рекомендациям сотрудников лаборатории было создано более 2 тыс. га сеяных лугов. За десятую пятилетку экономический эффект залужения только в совхозе "Центральный" (г. Воркута) в ценах тех лет составил около 300 тыс. рублей, а в целом в тресте совхозов Воркутинского промышленного района – более 755 тыс. рублей. С увеличением масштабов промышленного строительства, геологоразведочных работ, разработки месторождений, развития сети нефте-газотранспортных магистралей и других видов антропогенных воздействий на Крайнем Севере возросли площади нарушенных территорий. При этом темпы их восстановления были незначительны, а качество проводимых работ оставляло желать лучшего. Основной причиной дисбаланса между темпами нарушения и восстановления земель являлось отсутствие соответствующих научных разработок по приемам биологической рекультивации с учетом специфики Севера. Разработанные и внедренные в практику рекомендации по залужению – созданию и долголетнему продуктивному использованию сеяных лугов в тундровой зоне – послужили основой для дальнейшего развития теории и практики биологической рекультивации нарушенных земель на Севере. Опыт предшествующих длительных стационарных исследований, углубленное изучение особенностей структурно-функциональной организации северных экосистем, позволили сформировать новое направление в экологии, связанное с восстановлением нарушенных экосистем Крайнего Севера в рамках оригинальной концепции природовосстановления. В теоретическом плане обоснован и впервые введен в науку новый термин "природовосстановление". Данный термин характеризует более широкий объем понимания, чем традиционный термин "рекультивация", используемый главным образом как "восстановление плодородия нарушенного почвенного покрова". Содержание термина "природовосстановление» подчеркивает системный подход, при котором восстанавливаемые экосистемы, как целостные образования, не могут вернуться в прежнее состояние только через восстановление отдельно взятого элемента экосистемы (например, только почвы или только растительности). В рамках предложенной концепции система практических приемов "природовосстановления" включает два взаимосвязанных этапа: первый – "интенсивный" и второй – "ассимиляционный". На первом "интенсивном" этапе использован в качестве базового приема метод "залужения". Интенсивные агроприемы за короткий срок (два-три года) обеспечивают создание устойчивого продуктивного растительного сообщества и соответствующего ему продуктивного слоя (почвы). На данном этапе восстанавливается механизм биологического круговорота органического вещества. Благодаря задерняющим свойствам многолетних трав предотвращается возможность активизации ускоренной эрозии. Введение этого этапа позволяет сократить длительный в условиях Крайнего Севера начальный период самовосстановительной сукцессии, прерываемый часто эрозионными явлениями до достижения сомкнутого травянистого покрова. Первый этап при потребности в кормах может быть продлен на неопределенно долгое время с целью эксплуатации восстановленной площади в сенокосно-пастбищном режиме. Предложенная система применима для восстановления части нарушенных оленьих пастбищ. В комплекс работ на первом этапе в случае рекультивации нефтезагрязненных земель может входить применение специальных биологических приемов – использование микробиологических препаратов, сорбентов для предварительной очистки земель от нефтезагрязнения с последующим посевом трав, обеспечивающих довершение интенсивного этапа. На "интенсивном" этапе разрабатывают и применяют приемы, оптимизирующие технологию биологической рекультивации, которые отражены в патентах РФ № 2094414 "Способ получения органического удобрения" (И.Б. Арчегова, М.Ю. Маркарова, О.В. Громова), № 2093974 "Способ рекультивации посттехногенных и отдаленных территорий на Крайнем Севере" (И.Б. Арчегова, М.Ю. Маркарова, О.В. Громова), № 2106309 "Способ очистки поверхности воды и грунта от нефти и нефтепродуктов" (М.Ю. Маркарова, И.Б. Арчегова), № 2099917 "Способ получения гранулированного удобрительно-посевного материала" (И.Б. Арчегова, М.Ю. Маркарова, О.В. Громова). Комплекс работ на "интенсивном" этапе природовосстановления на нефтезагрязненных землях отличается введением дополнительных приемов – использованием органических сорбентов, изготовленных из отходов лесоперерабатывающей промышленности с использованием биотехнологического метода, ряда углеводородокисляющих микробиологических препаратов для предварительной очистки земель от нефтезагрязнения. Отличительной особенностью предлагаемых приемов по использованию нетрадиционных органических удобрений из отходов лесопереработки является экономия торфа, сохранение торфяных болотных экосистем, ликвидация многотоннажных отходов, улучшение состояния окружающей природной среды. Так, применение новых разработок в области природовосстановления только в 1998-2001 гг. позволило предотвратить экологический ущерб более чем на 5 млн. рублей. На втором, "ассимиляционном" этапе схемы природовосстановления осуществляется мониторинг за постепенным замещением сеяного травянистого сообщества на естественный биогеоценоз, аналогичный зональному (или близкий к нему) типу. При этом цель мониторинга – ограничение повторного техногенного воздействия. В результате исследований определена продолжительность (30-35 лет) становления вторичного тундрового биогеоценоза, аналогичного естественному. При этом установлено, что почва под влиянием нового типа растительного сообщества приобретает характерные черты тундровой торфянисто-глеевой при малой еще мощности продуктивного слоя. Разработанная система природовосстановления имеет принципиальное значение и может быть применена во всех регионах Субарктики. В настоящее время лаборатория проводит исследования по применению оптимизированной схемы природовосстановления в лесотундре, чтобы изучить возможность восстановления лесных насаждений на границе распространения леса. При этом также важное внимание уделяется разработке концептуальных основ и приемов восстановления биоразнообразия как ресурсной основы управления хозяйственным развитием территории Крайнего Севера с охватом и таежной зоны. Разрабатывается новый подход к проблеме природопользования, непременной частью которой как сложной системы, отражающей отношения человека с природой, является природоохранная и природовосстановительная деятельности. Значительную часть работ лаборатории составляет подготовка на высоком профессиональном уровне по заказам производственных организаций разделов ОВОС к ТЭО крупных хозяйственных проектов, таких, например, как "Бокситы Тимана". Результаты исследований опубликованы в многочисленных статьях, сборниках и коллективных монографиях: Экологические основы управления продуктивностью агрофитоценозов восточноевропейской тундры / И.Б. Арчегова, Н.С. Котелина, Л.К Грунина и др. (Л.: Наука, 1991. 152 с.); Биологическая рекультивация на Севере / Под ред. И.Б. Арчеговой (Сыктывкар, 1992. 104 с.); Восстановление земель на Крайнем Севере (Сыктывкар, 2000. 152 с.); Газопровод Ямал-Центр: прогноз изменений и приемы восстановления природной среды (Сыктывкар, 1993. 152 с.); Рекультивация земель на Севере. Вып. 1. Рекомендации по рекультивации земель на Крайнем Севере / Под ред. И.Б. Арчеговой (Сыктывкар, 1997. 34 с.); Особенности природопользования и перспективы природовосстановления на Крайнем Севере России / Н.С. Котелина, И.Б. Арчегова, Г.Г. Романов, Л.П. Турубанова (Екатеринбург, 1998. 148 с.).
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 6819 посещений с 05.08.2002 |