Алтайский Краевой Инновационный Банк Данных
Министерство экономического развития Алтайского края
Управление инновационного развития и кластерной политики 
Алтайский Центр
Кластерного Развития
Инновации

Реставрация степных экосистем сухостепной зоны Кулунды с учетом исторической реконструкции растительного покрова

Отношение к критическим технологиям:
Технологии оценки ресурсов и прогнозирования состояния литосферы и биосферы


Контактная информация

ФИО пользователя
Силантьева Марина Михайловна


Почтовый адрес
,


ФИО руководителя проекта:
Силантьева Марина Михайловна


Аннотация проекта

Постановка и описание научной или научно-технической проблемы, решаемой в рамках Проекта
Проект направлен на изучение экологии и эволюции сухостепных сообществ Кулунды и оценку биологического разнообразия степей как важнейшей части глобального биоразнообразия и основы устойчивого сельского хозяйства. Степные экосистемы образуют основу природной среды крупного зонального биома планеты, обеспечивают экологические услуги критически важные для жизни людей и ведения хозяйства и в тоже время относятся к числу наиболее нарушенных и наименее охраняемых экосистем. Степи составляют значительную часть биоразнообразия России и Алтайского края, с ними связано множество угрожаемых и уязвимых видов растений и животных. Степные экосистемы сформировали природную основу, на которой уже почти два века базируется основная часть российского сельского хозяйства. Степные экосистемы Кулунды – это большей частью агроценозы, сенокосы и пастбища (сельхозугодья). Сложившаяся структура сельхозугодий отличается завышенной долей пашни и неоправданно заниженной сенокосов и пастбищ, к тому же находящихся на 3 и 4 стадиях деградации. В ряде муниципальных районов в течении десятилетий засевается более 70% территории, что привело к значительным экологическим проблемам в виде дегумификации, водной и ветровой эрозии, уменьшения биологического разнообразия и др. В большинстве районов Кулунды с каждым годом обостряются экологические, экономические и социальные последствия данных процессов опустынивания. Конкретной фундаментальной задачей является реконструкция эволюции степных фитоценозов в сухостепной зоне Кулунды за период 150-200 лет и разработка на ее основе методологической базы экологической реставрации степных экосистем (деградированные пастбища).


Современное состояние исследований в данной области науки, сравнение ожидаемых результатов с мировым
Благодаря работам В.В. Докучаева (1936, 1952), А.А. Алёхина (1925, 1951, 1986), Е.М. Лавренко (1940), Ю.Г. Саушкина (1947), В. Г. Быкова, 1979, В.Г. Мордковича (1982), А.А. Чибилева (1990, 1992, 1998), В.С. Левыкина (2005, 2006) была изучена структура и функционирование степного биома, проанализирована история сельскохозяйственного освоения и его последствия, заложены основы новой науки – степеведения как интегрального учения о степи. В развитие идей степеведения С.В. Левыкиным (2006, 2008) разработана теория управления земельными ресурсами агроэкосистем на основе сохранения и реабилитации ландшафтно-биологического разнообразия степей. Одно из важнейших положений этой теории определяет необходимость социально-экономического развития степных территорий в рамках аграрно-природоохранного компромисса, под которым понимается обеспечение продовольственной безопасности России при условии сохранения ландшафтного и биологического разнообразия территории. В агрономической науке близкие идеи развивают сторонники адаптивно-ландшафтных систем землепользования (Кирюшин, 1993, 1997), учитывающих: общественные потребности в продукции сельского хозяйства; агроэкологические параметры земель (природно-ресурсные свойства); агроэкологические требования сельхозкультур, их адаптивный потенциал, средообразующее влияние и др. Сущность адаптивно-ландшафтной системы заключается в том, что эффективное хозяйственное использование земель ведется с учетом их дифференциации по агроэкологическим группам в соответствии с конъюнктурой рынка, наличием природных и производственных ресурсов, которые обеспечивают устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия (Кузнецов, Егоров, 1997, 2001; Никифоров, 1999; Кирюшин, Фрумин, 2004). В работах иностранных исследователей (Р. Босх, Й. Байс (2008, 2009) Нидерланды) рассмотрены вопросы внедрения вышеизложенных идей в виде комплексного развития сельскохозяйственных регионов, в т.ч. масштабного восстановления степей с сочетанием эффективного животноводства и высокого уровня агробиоразнообразия, разработаны вопросы охраны природы с агро-менеджментом и повторным использованием деградированных земель. В работах исследователей показано, что сложившаяся в аридных регионах России (к которым относится и Кулунда) за последние 50–60 лет практика пастбищепользования по своей сути является нерациональной и антиэкологичной. В настоящее время, большая часть пастбищных экосистем серьезно нарушена. Многие ценные в кормовом отношении виды растений исчезли или стали редки. Некогда флористически и фитоценотически полночленные растительные сообщества превратились в неполночленные, биологически обедненные. Почвы сильно истощены. Потери гумуса в них составляют 25–30% и они не восполняются. Ветровой эрозии подвержено 60% пастбищных земель, более 50% почв в той или иной степени засолено (Шамсутдинов, 2002). Также установлены биогеоценотические принципы, оказавшиеся достаточно эффективными при разработке методов экологической реставрации деградированных пастбищных экосистем (Миркин, 1985, 2006, Шамсутдинов, 2002, 2006): 1) флористической и ценотической неполночленности фитоценозов; 2) соответствия эколого-ценотических конструкций создаваемых пастбищных экосистем зональным типам естественных биогеоценотических структур; 3) адаптивной стратегии растений; 4) дифференциации экологических ниш и взаимной дополняемости видов в фитоценозах. На основе перечисленных принципов разработаны эффективные методы экологической реставрации нарушенных пастбищных экосистем. Их экономическая, экологическая эффективность и хозяйственная целесообразность доказаны в ряде пастбищно-овцеводческих хозяйств российского Прикаспия (Астраханская область, Калмыкия, равнинные районы Дагестана) (Головин, 1995; Малиев, Головин, 1990, Шамсутдинов, Шамсутдинов, 2002). Это – 1) методы экологической реставрации путем высева смеси зонально-типичных доминантных видов и жизненных форм растений; 2) методы экологической реставрации путем высева смеси зонально-типичных доминантных видов и жизненных форм кормовых растений при частичной обработке пастбищных земель; 3) методы экологической реставрации вторично засоленных орошаемых почв с использованием галофитов. Реставрация степных эталонов может быть пассивной, за счет восстановления залежей при наличии генофонда степных растений, и активной, по методу «агростепи», который применялся Д.С. Дзыбовым и его последователями в Ставропольском и Краснодарском краях, Тульской и Воронежской областях, на Украине, в Хакасии, Башкирии и Калмыкии. Агростепи – это искусственно восстановленные путем посева в подготовленную почву сложных естественных смесей семян многовидовые степные сообщества. Метод агростепей (Дзыбов, 2001) позволяет воссоздать аналоги зональной травянистой растительности ксерофильного типа с использованием сельхозмашин и технологических операций, используемых в современном сельском хозяйстве. Важнейшая положительная особенность агростепей – их способность с двух-трехлетнего возраста становиться полноценными семенными участками, что позволяет в расширяющемся темпе застепнять новые территории, укреплять кормовую базу хозяйств и успешно решать природоохранные задачи, в том числе по борьбе с опустыниванием. Впервые информацию о свойствах почвах и её биологических объектах для восстановления биологического разнообразия степей использовали на Украине (Скрипник, 2006, 2008). В последнее десятилетие получил широко использование фитолитный анализ. В настоящее время он широко применяется для реконструкций природной среды (эволюция растительного покрова, почв, климата), в археологических исследованиях, криминалистической экспертизе. Установлено, что фитолиты обладают большей плотностью, чем другие органические остатки растений и сохраняют свою морфологию, после того как растение умирает. Фитолиты у злаков, растущих в лесах, и у злаков из степей имеют различные морфологические особенности, что позволяет использовать их для воссоздания динамики лесной и степной растительности, и наиболее точно судить о характере почвообразовательного процесса в прошлом. Фитолитный анализ широко используется археологами всего мира. Фитолиты, обнаруженные в отложениях из археологических стоянок, широко применяются для определения типа сельскохозяйственной деятельности древних людей (земледелие, скотоводство). Кроме того, использование фитолитного метода в археологии позволяет получать новые и уточнять известные ранее данные относительно хозяйственного уклада, экономических связей, элементов быта и ритуального обряда, определять уровень и степень воздействия человека на местность в изучаемую эпоху. Так, например, на пастбищах, которые эксплуатируются десятилетиями размер фитолитов, значительно меньше чем у тех же видов, но без пастбищной нагрузки. (Гольева, 2008, 2010). Вопросами реконструкции природной среды занимается большой круг исследователей палеогеографов, палеокарпологов, палинологов, почвоведов, палеоэкологов, палеоботаников как за рубежом, так и у нас в России. Для каждой из научных дисциплин характерны свои объекты и методы работы, достижения. Наши исследования будут базироваться на традициях русской палеоботанической школы.


Новизна подхода в решении обозначенной проблемы
впервые для сухостепной зоны Кулунды нами будет проведена реконструкция эволюции степных фитоценозов за 150-200 лет и обоснованы методологические подходы к реконструкции степных экосистем. Выполненная работа будет способствовать оптимизации степного природопользования на территории Кулунды и Алтайского края.


Описание области применения результатов научно-исследовательской работы
Агробиология, реставрация пастбищ и сенокосно-пастбищных угодий, агроботаника, фитомелиорация


Имеющийся у коллектива научный задел по предлагаемому проекту, полученные ранее результаты, разработ
М.М. Силантьевой, Н.Ф. Харламовой, Н.В. Елесовой, Н.В. Овчаровой, А.Ю. Гребенниковой в рамках выполненного в 2011 г. проекта РФФИ «Состояние растительного покрова Кулунды в условиях изменений климата и систем землепользования» (№ 11-04-98061_р_сибирь_а) выявлены локусы с естественной и полуестественной степной растительностью, составлена климатическая характеристика всей территории Кулунды (около 9 000 га). Выявлена и оценена эффективность землепользования на территории в историческом разрезе и в настоящее время. Наработаны подходы по оценке состояния растительного покрова локусов выявленных степных сообществ и пастбищ с использованием фитоценотических показателей. Определены ключевые виды растений для функционирования и восстановления степных экосистем и собраны сведения о биологических особенностях этих видов (Силантьева и др., 2011). Предложены локусы перспективные для восстановления и сохранения степных экосистем, в том числе для создания агростепей и перевода залежей в пастбища. В ходе экспедиционных работ 2012 г. в окрестностях с. Полуямки Михайловского района, предварительно определены экспериментальные участки настоящей полынно-типчаковой сильно деградированной степи (3 стадия пастбищной дигрессии с переходом в 4 стадию) для коренного улучшения способом перевода в агростепи. Более 25 лет назад участок пахался и использовался для производства зерновых, в настоящее время активно используется под выпас. Руководитель проекта д.б.н. проф. М.М. Силантьева специализируется в области флорогенетики. Темой её работы является история формирование растительного покрова и его антропогенной трансформации на территории Алтайского края. Для Алтайского края ею обобщены результаты современных ботанико-географических работ, а также палеоботанических, палеогеографических и собственных историко-архивных исследований. Основные тенденции антропогенной трансформации растительного покрова Алтайского края были рассмотрены в 12 статьях. Ею была предложена периодизация развития растительного покрова в голоцене для предалтайских территорий и Кулунды в частности с учетом изменения климата и хозяйственно-культурных типов этносов. В течение последних 18 лет она активно работала по теме научного направления кафедры «Антропогенные изменения растительного покрова Алтайского края и сопредельных территорий», тем самым проблема землепользования в Кулундинской степи являлась одной из частей ее работы. Н.Ф. Харламовой (2012) показано, что для сухостепной зоны Кулунды характерна наибольшая степень континентальности климата в пределах всей равнинной территории Сибири и Алтайского края. Степень континентальности климата - один из важнейших агроклиматических индексов рекомендованных для постоянного мониторинга. Климат этой части Кулунды отличается недостаточностью атмосферных осадков, суровой зимой, жарким летом, сильными ветрами в зимне-весенний период, способствующими развитию дефляции почв, значительной межгодовой изменчивостью температуры и осадков. Очень часто в весенне-летний период здесь наблюдается суховейно-засушливая погода, пыльные бури и поземки, количество которых достигает максимальных величин для Алтайского края Указанные особенности климата определяют практически минимальную урожайность возделываемых зерновых культур, особенно в центральных и наиболее южных районах Кулундинской равнины на границе с Казахстаном. (Харламова, Силантьева. 2012). В ряде своих работ Н.Ф. Харламова приходит к выводу, что оптимизация степного природопользования для сухостепной зоны Кулунды возможна за счет изменения структуры сельскохозяйственного производства в пользу пастбищного животноводства или повышения урожайности сельхозкультур на основе адаптивно-ландшафтного земледелия с применением ресурсосберегающих технологий и учетом микро- и мезоклиматических особенностей. Н.Ю. Сперанской освоены методики фитолитного анализа, а также подходы связанные с интерпретацией результатов. Подготовлена к работе лаборатория с современным оборудованием. Н.В. Елесовой выполнено первичное геоботаническое обследование участков деградированных степных пастбищ для их восстановления методами агростепей и заповедования. Она специализируется в области степеведения и имеет наработки по оценке пастбищной дигрессии и восстановления пастбищ. Т.Г. Плуталовой частично проработаны материалы Центрального хранилища архивных фондов Алтайского края: № 1665 «Алтайская землеустроительная экспедиция Республиканского проектного института по землеустройству «Росгипрозем» 1959 г., 1961 г. и 1963 г.; № 569 «Освоение орошаемых и пойменных, целинных и залежных земель в Алтайском крае и вывод из севооборота пашни» с 1937 г. по 1954 г. Н.Ю. Курепиной подготовлены: топографическая основа масштаба 1:200 000 на территорию Кулунды, отдельные тематические векторные слои (локусы с естественной и полуестественной степной растительностью), растровая информация на территорию Кулунды (картографические материалы, копии аэро- и космоснимков).


Перечень основных публикаций и публичных выступлений, в которых отражены достигнутые результаты научно-исследовательских работ по проекту
-


Перечень международных, федеральных, региональных и муниципальных конкурсов, в которых проект был признан победителем
-


Текущая стадия разработки проекта
Промежуточный НИОКР


Патентная чистота научно-технического задела, его защищенность
Планируется подача заявки на патент


Тип научно-исследовательской работы
Создание научно-технического задела по технологиям


Описание основных ожидаемых научных результатов
I. Реконструкция за 150-200-летний период эволюции степных фитоценозов в сухостепной зоне Кулунды. 1. Изучение биологического разнообразия степных экосистем сухостепной зоны Кулунды с использованием методов флористических и геоботанических исследований, геоботанического картографирования. 2. Проведение почвенного обследования территории, планируемой для реставрации деградированного пастбища. 3. Анализ накопленного семенного материала и фитолитов почвенного профиля. 3. Оценка климатических условий сухостепной зоны Кулунды за 150-летний период и разработка прогнозных вариантов климатических изменений. 4. Анализ архивного материала по землеустройству и землепользованию на территории сухостепных районов Кулунды с использованием сравнительно-исторического метода II. Разработка методологической базы экологической реставрации степных экосистем на месте деградированных пастбищ в сухостепной зоне Кулунды. На основе исторической реконструкции фиторазнообразия целинных степей сухостепной зоны Кулунды выявление перечня аборигенных адаптированных видов растений, которые должны являться основой для создания устойчивых высокопродуктивных реконструируемых степных сообществ. 2. Выделение экспериментальных участков, перспективных для восстановления степных экосистем методами агростепи и заповедования. Формирование базы данных на основе уточненных флористических, фитоценотических, почвенных, климатических характеристик. 3. Разработка схемы и закладка опытов по восстановлению деградированного пастбища в условиях сухостепной зоны двумя методами: агростепей и заповедования 4. Подготовка ГИС-проекта на территорию экспериментальных участков реставрации деградированного пастбища 5. Разработка программы мониторинга реставрированных степных участков с учетом климатических, почвенных, фитоценотических и др. показателей.


Ожидаемая научная, научно-техническая продукция
Технология улучшение состояния пастбищ и сенокосно-пастбищных угодий в сухостепной зоне


Срок реализации Проекта (месяцев)
24


Необходимый объем финансирования (тыс. руб.)
700000


Ключевые слова

Биоконтроль, Биологическая вариативность, Биология / биотехнология, Биохимия/биофизика, Ветеринария, Генная инженерия, Животноводство / земледелие, Загрязнение воды / водообработка, Загрязнение воздуха /обработка воздуха, Загрязнение почвы, Зерноводство, Измерение и детекция загрязнений, Клеточная и молекулярная биология, Микробиология, Молекулярный дизайн, Окружающая среда, Пестициды, Покрытие семян, Садоводство, Сельское хозяйство, Сельскохозяйственная техника /технология, Стихийные бедствия, Тесты и испытания in vitro, Техника и технология охраны окружающей среды, Технологии дистанционного сбора данных, Токсикология, Точное земледелие, Экология, Энзимология /белковая инженерия / ферментация


Графические, презентационные, текстовые и иные материалы к проекту

-