Доктор биологических наук Андрей СМАГИН, профессор факультета почвоведения Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

Концепция устойчивого развития, имеющая множество сторонников в разных странах мира, предполагает гармоничное взаимодействие общества и природы, требует бережного, научно обоснованного подхода к освоению естественных ресурсов. В их числе почва - "кладовая плодородия". Лишь учитывая все известные нам свойства, присущие этой открытой динамической биокосной системе, можно рационально возделывать земли. Свидетельство тому - успешное применение российских комплексных технологий озеленения аридных ландшафтов.

Почва формируется на протяжении многих веков и даже тысячелетий. Поколения живых организмов накапливают в ее "слоях-кладовых" вещества и энергию, необходимые для их роста, развития и воспроизводства. Древние земледельцы, не обладая научными знаниями, тем не менее осознавали, что плодородие и ценность земли обеспечивают, в первую очередь, ее органические компоненты - гумус, и в своей практике обязательно использовали подобные удобрения. При этом в разных странах существовали свои способы компенсации органического вещества: от распространенного в России и Европе запахивания в почву навоза, компоста и пожнивных остатков до системы заливного земледелия в Египте и странах Междуречья или многослойных почвенных конструкций древнего Китая и Нидерландов. Эти работы требовали большого труда и времени, но с их помощью формировали и передавали в наследство плодородные рукотворные почвы с цветущими садами и полями.

Технический прогресс переориентировал земледельческую практику на повсеместное использование минеральных удобрений и химических средств борьбы против вредителей растений - пестицидов, гербицидов, других ядохимикатов. В засушливых регионах мощными темпами развивалось искусственное орошение без ограничения поливных норм, качества воды и прогноза ее воздействия на окружающие земли. Такие подходы были нацелены на сиюминутную выгоду - получение максимального урожая при минимальных трудовых затратах. В результате почва утрачивала плодородие. По данным Продовольственной сельскохозяйственной организации ООН по вопросам образования, науки и культуры (ФАО ЮНЕСКО) с 1972 по 1999 г. площадь поливного земледелия в мире выросла вдвое, и одновременно 30 - 80% орошаемых угодий подверглись засолению, из-за чего частично были заброшены. Теперь опустынивание и деградация земель распространены на большей части Ирана, Ирака, Иордании, Сирии, множества других арабских стран, включая высокоразвитые, богатые государства Персидского региона, где на программы озеленения территорий и выращивания культурной растительности тратят миллиарды долла-

стр. 53

Мониторинг состояния природных сред: A - тренд засоленности ирригационных вод; B - тренд засоления почв.

Данные Министерства муниципальных дел и сельского хозяйства Королевства Бахрейн.

Динамика рассоления почвенных конструкций (по электропроводности) в эксперименте с зелеными газонами Дубай, 1995.

ров. О поистине катастрофических темпах вторичного засоления свидетельствуют, в частности, материалы мониторинга состояния ирригационных вод и почв тестовых участков, проводившегося сотрудниками Министерства муниципальных дел и сельского хозяйства Королевства Бахрейн в 1994 - 2002 гг.

Все это свидетельствует об экологической проблеме аридной зоны вместо ожидаемых успехов. В чем же причина? Может ли современная наука противопоставить более совершенные технологии так называемому интенсивному поливному земледелию? Какие материалы и средства при этом необходимы? Будут ли альтернативные предложения выгодны экономически? На эти вопросы мы попытаемся ответить, насколько возможно в рамках журнальной статьи. Наши разработки базируются на теории физического состояния и функционирования почв как динамических биокосных систем, развиваемой на факультете почвоведения и в Институте экологического почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова.

Основная причина негативных последствий интенсивного орошаемого земледелия в аридной зоне, на наш взгляд, заключается в том, что сложные вопросы устойчивого функционирования озеленяемого ландшафта пытаются решить, воздействуя лишь на некоторые его составляющие. В частности, в пустынных регионах усилия по возделыванию растений традиционно направлены преимущественно на обеспечение их водой и питательными элементами, подающимися в растворенном виде при поливе. Почва же не является объектом инвестиций и технологий, а фигурирует лишь как среда для размещения корней растений и элементов ирригационной системы. Подобное земледелие по сути становится аналогом гидропонике*, только в значительно больших масштабах.

На самом деле при устойчивом (сбалансированном) земледелии в центре внимания должна быть именно почва со всем комплексом связей, зачастую весьма сложных, нелинейных, обусловливающих устойчивость, продуктивность и экологические функции ландшафтов. Знание этого позволяет обоснованно управлять подобными системами, конструировать и эксплуатировать их без пагубных последствий. Именно такой подход лежит в основе новых технологий устойчивого земледелия для условий аридного климата, разрабатываемых фундаментальной российской наукой при финансовой поддержке совместной российско-арабской компании NOP-NASS, Российского фонда фундаментальных исследований и Фонда содействия отечественной науке.

Созданный нами типовой проект состоит из нескольких частей. Прежде всего предложено почвенно-ландшафтное конструирование. Затем - разработка оптимальных режимов и способов ирригации, борьба с вторичным засолением. Необходим также подбор оптимальных растительных культур, способов и сроков их посадки, дальнейшего ухода. Кроме того, данная схема работы включает экологическое сопровождение в виде

* Технология выращивания растений без почвы, за счет подачи питательного раствора в искусственный субстрат. Качество конечной продукции при этом заведомо занижено (прим. авт.).

стр. 54

первоначальной комплексной оценки и последующего мониторинга состояния и функционирования возделываемого участка на базе современных инструментальных методов исследования. При необходимости работы могут быть дополнены и некоторыми другими мероприятиями.

ЧТО ТАКОЕ КОНСТРУКТОЗЕМЫ?

Новым направлением в геоэкологии и ландшафтной архитектуре стало создание на базе природных ресурсов и привносимых натуральных или синтетических материалов (так называемых почвенных кондиционеров) с помощью инженерного расчета оптимальных по своим характеристикам плодородных конструктоземов. Наиболее продуктивен слоистый способ закладки субстратов, имитирующий природную вертикальную дифференциацию почвы на горизонты, различные по функциональным качествам. Основной элемент конструкции - так называемый "рабочий слой", где сосредоточены корневые системы растений, потребляющих элементы питания и влагу. В него добавляют природные или синтетические биополимеры, увеличивающие запас доступных питательных веществ субстрата, оптимизирующие его структуру, тепловые и водно-физические характеристики и в итоге повышающие плодородие. В современной практике для этого чаще всего используют органические удобрения, компосты, торф, гумусовые препараты, а из синтетических средств - ионообменные смолы и сильно набухающие полимерные гидрогели (СПГ).

Российские компании разрабатывают и поставляют на международный рынок два вида подобной продукции: комплексные твердые почвомодификаторы (Complicated Organic Fertilizer - COF) и жидкие мелиоранты (гуматы), производимые из отечественных ресурсов - высокозольных низинных торфов, сапропелей и бурого угля с минеральными добавками в виде макро- и микроэлементов. Благодаря высокой дисперсности и сорбционной способности материалов (удельная поверхность до 300 - 600 м²/г, емкость поглощения до 1500 - 5000 ммоль/кг) элементы питания и вода фиксируются в них в доступном для растения виде. Даже относительно небольшие добавки - 10% COF и 0,1 % СПГ - к исходному песчаному субстрату придают ему водоудерживающую способность тонкодисперсной суглинистой почвы.

Мощность плодородного слоя, глубину заделки кондиционеров, количество слоев конструкции рассчитывают в зависимости от специфики объекта (гранулометрического состава, показателей плодородия, степени засоленности и загрязнения, водно-физических и тепловых свойств почв, материнских и подстилающих пород, характера рельефа местности, положения уровня грунтовых вод и т.д.), типа и потребностей растительных культур, а также качества и стойкости вносимых органических материалов. Часто требуется сформировать не один плодородный слой, а несколько, чтобы при развитии корневых систем растений не возникали ограничения в снабжении элементами питания и влагой. Инженерный расчет параметров конструктозема осуществляется с использованием уравнений теории физического состояния почвы и кинетических моделей его динамики. Это - ноу-хау предложенного проекта.

Размещение вышеупомянутых материалов параллельными горизонтами позволяет существенно изменить исходные водно-физические свойства мелкозема - в частности, в десятки раз можно снизить расход воды на непродуктивную фильтрацию (гравитационное стекание). Существенно и другое свойство слоистых конструкций - наличие разрывов в так называемой капиллярной сплошности грунта. Ведь именно по тонким порам (капиллярам) растворенные соли из зоны их природной аккумуляции - подземных горизонтов и минерализованных грунтовых вод - подтягиваются к поверхности почвы и концентрируются там после испарения влаги. А прослойка из чужеродного субстрата существенно замедляет такое движение, вплоть до полного прекращения в случае использования лишенных капиллярности грубодисперсных материалов. Поэтому мы рекомендуем применять слоистые конструкции с основанием -"экраном" из гравия, щебня, керамзита, грубозернистого песка и т.д.

Особенно выгодно использовать противосолевые экраны в аридном регионе Персидского залива, где при-

стр. 55

Водоудерживающая способность песчаных субстратов, природных и синтетических материалов и их смесей.

стр. 56

родный грунт часто содержит до 50 - 80% каменистых известковых включений (limestones), которые перед освоением территории обычно отсеивают. А следует, напротив, распределять их в основании почвенной конструкции слоем в 10 - 20 см. Последний надежно защитит вышележащую толщу от вторичного засоления и позволит получать устойчивые урожаи. Если же прольется ливень, он выполнит функцию дренажного коллектора. И никаких дополнительных затрат. Уже спустя несколько месяцев с помощью слоистой конструкции удается раз и навсегда избавиться от вредных солей в корнеобитаемом "рабочем слое" при обычных нормах орошения. Аналитически этот факт подтверждает стандартная оценка динамики электропроводности почвы, выполненная на опытных площадках эмирата Дубай в 1995 г. Универсальных типов и параметров почвенных конструкций быть не может. Произвольное размещение слоев недопустимо: если создать "экран" из грубодисперсного материала слишком глубоко, не предусмотрев особенности озеленяемого участка, корнеобитаемый слой окажется пересушенным, а растения будут угнетены.

КАЖДОМУ РАСТЕНИЮ - ПО ПОТРЕБНОСТЯМ

Комплекс работ по эколого-ландшафтному проектированию включает расчет ирригационной (а при необходимости и дренажной) системы. Могут быть созданы разнообразные гидротехнические сооружения (водотоки, каскады, каналы, запруды), террасы, тропиночные сети, позволяющие избежать подтопления помещений, водной и ветровой эрозии почв и их загрязнения, обвалов и оползней грунта, ветровала деревьев при ливневых осадках, пыльных бурях и других катастрофических явлениях. При необходимости разрабатывают не только инженерно-техническую документацию, но и дизайн-проект с привлечением высококвалифицированных специалистов ландшафтной архитектуры.

Особое внимание следует уделять ирригационным проблемам. Существует множество разнообразных способов орошения, и для любого из них в комплексном проекте предусмотрены свои технологии почвенного конструирования, инженерный расчет режимов и контроль за водно-солевым состоянием. Наряду с традиционным ручным способом подачи воды все чаше встречается автоматизированный, позволяющий точно дозировать количество влаги, устанавливать частоту и сроки полива. В простейшем случае с этой целью используют программируемые электронные таймеры-выключатели в виде насадок на поливные шланги или распределители ирригационной системы. В более сложных устройствах применяется принцип обратной связи, когда орошение осуществляют по показаниям приборов, контролирующих влажность почвы (давление или электропроводность ее влаги), а также состояние самих растений.

Обычно в аридных регионах используют завышенные нормы полива ввиду низкой водоудерживающей способности почв и высоких потерь на фильтрацию и испарение. Так, распространенная в странах Персидского залива газонная трава Paspalum имеет максимальную потребность влаги 8 л/м² в сутки, но по данным анализа интенсивности орошения с учетом пространственного варьирования ее подают практически вдвое больше. Например, на муниципальных объектах эмирата Дубай при выращивании зеленых газонов в летнее время расход воды составляет 12 - 15 л/м² в сутки, а на королевских объектах Бахрейна (дворец Rowdah) наиболее часто встречаемая норма - 15 - 18 л/м² в сутки.

Основополагающий принцип расчета ирригационного режима в предложенной нами технологии - полив по эвапотранспирационным потребностям растений. Они зависят не только от физиологических особенностей культур, фаз развития, но и от характеристик почвы (водоудерживающей способности и солевого состояния), атмосферы, качества воды. И каждому растению нужно подать ее столько, сколько оно может потребить заданный промежуток времени, не изменяя продуктивности. Точный инженерный расчет параметров ирригации позволяет сэкономить поливную влагу минимум в 1,5 - 2 раза при неизменной, а часто и существенно превышающей фон продуктивности растений. К тому же предотвращается вторичное засоление.

Мы провели полевой эксперимент по выращиванию зеленых газонов с помощью оригинальных комплекс-

стр. 57

Данные эксперимента по выращиванию зеленых газонов в Дубай с помощью оригинальных комплексных технологий (июнь-сентябрь 1995г.).

ных технологий и слоистых конструкций на базе российских почвомодификаторов - торфа и СПГ. Работу осуществляли на опытной станции Департамента садоводства и паркового хозяйства муниципалитета Дубай в экстремально жаркий летний период (июнь-сентябрь 1995 г.). При этом на фоне двухкратной экономии воды получили устойчивую растительную продукцию, в 1,5 - 2 раза превышающую по биомассе и содержанию хлорофилла показатели, характерные для контрольных территорий, возделываемых традиционно.

Предлагаемые технологические приемы направлены на минимизацию неблагоприятных природных факторов и максимальную реализацию собственного потенциала растений. Одно из важнейших условий - подбор последних с учетом их свойств, продуктивности и толерантности. Например, если проектируемый участок сильно засолен, лишен естественного затенения, поливная вода низкого качества, а землевладелец не имеет достаточно средств и времени на коренную мелиорацию территории, необходим подбор нетребовательных культур.

Для выбранных растений определяют оптимальные сроки и способы посадки, рассчитывают индивидуальную площадь с использованием оригинальных триггерных моделей роста*, подбирают режимы и способы ухода, обработки почвы, удобрения, борьбы с вредителями и возбудителями болезней. Экологическую оценку и последующий мониторинг состояния участка осуществляют с помощью новейших приборов, включая энергонезависимые электронные микродатчики типа "гигрохрон" (США), непрерывно регистрирующие и запоминающие информацию о температуре и влажности в течение длительного срока наблюдений (до 1 - 2 лет).

Технологии почвенного конструирования и устойчивого земледелия в аридном климате на базе российских органических почвомодификаторов прошли всестороннее тестирование на разнообразных объектах Персидского региона. Среди них опытно-экспериментальные станции Министерств муниципальных дел и сельского хозяйства Королевства Бахрейн, эмиратов Дубай и Катар, дворцовые и муниципальные комплексы ("Sakhir", "Rowdah Palace", "Supreme Lady Council"), а также ряд частных вилл в Бахрейне. Для множества испытанных растительных культур были достигнуты стабильно высокие результаты по приживаемости, интенсивности роста, развития и воспроизводства. А экономия поливной влаги, удобрений и финансово-организационных расходов благодаря прогрессивному подходу оказалась 1,5 - 2-кратной.

Иллюстрации предоставлены автором

* Нелинейные модели гибели растений при условиях, когда параметры, влияющие на их развитие, достигают критических значений (прим. авт.).

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: