Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1 Почвенно-гидрологические, водно-физические и морфологические свойства выработанных торфяников 11
1.2 Водный режим выработанных торфяников, способы его регулирования .19
1.3 Влияние водного режима на агрофизические, гидротермические и биологические свойства профиля выработок 26
1.4 Влияние различных элементов водного режима выработанного торфяника на продуктивность кормовых культур 31
Глава 2. Условия, объекты и методы исследований .37
2.1 Условия проведения исследований .37
2.1.1 Геоморфология 37
2.1.2 Географическое положение 39
2.1.3 Климатические условия 40
2.1.4 Гидрогеология .42
2.1.5 Агрометеорологические условия в период наблюдений 44
2.2 Объекты исследований и схема опытных полей .46
2.3 Методы исследований 49
Глава 3. Строение профиля и свойства старопахотных выработанных торфяников .52
3.1 Физические и водно-физические свойства .52
3.2 Физико-химические и агрохимические свойства 63
3.3 Гидрохимический состав почвенно-грунтовых и сбросных вод 64
3.4 Гранулометрический состав пород, подстилающих торфяную залежь 69
Глава 4. Эффективность работы шлюза-регулятора 75
4.1 Конструктивные особенности и характеристика шлюза-регулятора 75
4.2 Характеристика осушительно-увлажнительной системы опытного участка 77
4.3 Факторы, ограничивающие функциональные возможности шлюзового хозяйства .80
4.4 Территория кормового севооборота, контролируемая шлюзом 84
4.5 Временнй фактор, ограничивающий эффективность шлюзов .87
Глава 5. Водный режим выработанных торфяников и эффективность его регулирования 95
5.1 Динамика уровня грунтовых вод 95
5.2 Влияние атмосферных осадков на режим грунтовых вод 102
5.3 Влияние уровня грунтовых вод на режим промерзания-оттаивания выработанных торфяников 105
5.4 Влияние движения грунтовых вод по профилю на гранулометрический состав подстилающей породы .113
5.5 Влажность профиля почвы и динамика влагозапасов в зависимости от глубины залегания грунтовых вод и режима использования 116
Глава 6. Влияние водного режима на функциональные показатели плодородия и урожайность кормовых культур 132
6.1 Влияние водного режима на температуру почвы и приземного слоя воздуха .132
6.2 Влияние водного режима на биологическую активность почвы .151
6.2.1 Эмиссия СО2 151
6.2.2 Разложение льняной ткани .157
6.3 Влияние водного режима на урожайность и качество кормовых культур .163
Выводы .173
Предложения производству и рекомендации 175
Список литературы 176
Приложения 211
- Водный режим выработанных торфяников, способы его регулирования
- Гидрохимический состав почвенно-грунтовых и сбросных вод
- Влажность профиля почвы и динамика влагозапасов в зависимости от глубины залегания грунтовых вод и режима использования
- Влияние водного режима на урожайность и качество кормовых культур
Водный режим выработанных торфяников, способы его регулирования
Успешное культивирование ряда сельскохозяйственных культур на болотах возможно только после осушения болот. Однако, значительная мощность торфяного слоя (3-6 м) и после осушения благодаря огромной влагоемкости торфа может без особых проблем обеспечивать необходимое количество доступной для растений влаги. Поэтому умелый подбор кормовых культур, системы обработки почвы, применение удобрительных средств и другие агроприемы позволяют в большинстве случаев обходиться без дополнительного регулирования водного режима.
Выработанные торфяные месторождения – особый объект, поскольку большая часть залежи отчуждается как углеводородный ресурс в результате промышленной торфодобычи. Оставшаяся, незначительная часть торфяного слоя создает особую, уникальную, малоизученную среду обитания. Особенно мало сведений по водному режиму выработок и еще меньше по способам его регулирования. Подавляющее большинство исследований здесь, как правило, ведется в виде сопутствующих наблюдений. Наличие определенного количества остаточной залежи придает этим антропогенным объектам некоторую морфологическую схожесть с мелкозалежными, торфяно торфянисто-глеевыми целинными разновидностями. Это обстоятельство позволяет с определенной долей условности сравнивать водный режим выработок с водным режимом осушенных мелкозалежных торфяных болот [23, 58, 170].
Тем не менее, некоторые особенности водного режима, связанные большей частью с генезисом самого болота, подстилающих его пород и технологией торфодобычи, все же необходимо отметить. Так, если на целинных осушенных торфомассивах подстилающая их минеральная порода оказывает крайне слабое влияние на свойства самой залежи, в том числе и в плане водного режима, то в процессе сработки торфа, по мере приближения болотного дна к поверхности, ее влияние на общее плодородие остаточного торфа и формируемую при освоении выработанную почву достаточно сильное.
Разница в отметках рельефа болотного дна бывает очень значительной, что в свою очередь обуславливает существенный разброс по территории как запасов торфа, так и глубин залегания грунтовых вод. Так, по данным И.Э. Леуто, А.Т. Бойко (1979), на невыработанных окрайках УГВ в летнее время может опускаться до 200, а осенью до 250 см. На оторфованных западинах грунтовые воды могут доходить до поверхности почвы, а в песчаных «гривах» они обычно вообще не участвуют в обеспечении растений влагой.
Многие авторы [89, 169, 231, 264, 270, 273 и др.] отмечают крайне неустойчивую сезонную динамику водного режима выработок даже в пределах метрового профиля. Например, с небольшой разницей по времени влажность почвы под некоторыми культурами уже на глубине 40-60 см может достигать ПВ, в то время как в самой верхней части профиля опустится до ВРК (40% ПВ).
Особого внимания заслуживает установленная многими учеными [6, 9, 92, 184, 209, 217, 233, 268] тесная взаимосвязь между оставшимися запасами торфа и формируемым водным режимом. Чем сильнее залежь сработана, тем больше впоследствии, по мере освоения выработок, наблюдается дефицит продуктивной влаги и тем больше зависимость от атмосферных осадков и УГВ. Мощные и даже среднемощные торфяные почвы в многолетнем цикле благодаря высокой емкости поглощения, высокими собственными запасами влаги и заимствованными от таяния снега могут в автономном режиме обходиться некоторое время без осадков и подпитки снизу. Горизонт интенсивного иссушения здесь встречается редко, лишь в экстремально засушливые периоды. Очень важно следующее. Практически все ученые, занимающиеся проблемами сельскохозяйственного освоения выработанных торфяников, независимо от географического размещения болота, солидарны в одном: близкий к оптимальному водный режим может сформироваться, если торфодобытчики оставляют после себя не менее 50-60 см торфа [38, 54, 68, 96, 118, 209, 256].
Рядом исследователей [56, 67, 92, 124], работавших на различных объектах, установлено, что остаточный торф (его величина) в определенной степени может оказывать влияние на суточную, сезонную и даже годовую динамику грунтовых вод. Чем меньше слой торфа, тем быстрее происходит вертикальное внутрипрофильное движение зеркала грунтовых вод. А.Н. Уланов (2005) уточняет, что частота колебаний УГВ на торфяно- и торфянисто-глеевых выработанных почвах зависит не только от величины торфяной прослойки, но и от степени осушения, а также разового количества атмосферных осадков. Так, при близком к поверхности стоянии грунтовых вод на полностью сработанном торфянике, подстилаемом легкими породами, при разовом количестве осадков в 10-15 мм реакция на подъем уровня грунтовых вод происходит в течение нескольких часов [142, 266, 277]. По данным белорусских ученых (С.Г. Скоропанов и др. 1987), на мелкозалежных низинных торфяных почвах, подстилаемых аллювиально-делювиальными песками, прослеживается обратная связь. От степени осушения напрямую зависит степень сохранности торфяной залежи. Чем глубже залегают грунтовые воды, тем стремительнее происходит биохимическая сработка торфа.
Еще одна морфологическая особенность, характерная для гидроморфных почв – наличие оглеенного горизонта. На выработанных торфяниках этот горизонт мощностью до 15-20 см располагается близко к поверхности. Он может совпадать с контактным (на границе торфа и подстилающей породы) подгоризонтом, но чаще формируется на разных глубинах профиля самостоятельно в виде линз или сплошных прослоек. Одни исследователи [129, 133, 146, 168, 308] предлагают его разрушать, поскольку он создает верховодку и способствует временному переувлажнению. В засушливый период он может быть одной из причин почвенной засухи из-за разрыва капиллярных связей между подстилающей породой и торфом. Другие исследователи [170, 171] наоборот, считают, что в экстремально сухой год на глубоко осушенных участках глеевый горизонт, как временный водоупор, расположенный в зоне корневой системы, может способствовать оптимизации водного режима.
Торфяная осушенная залежь, используемая в качестве почвы, при благоприятных обстоятельствах вполне способна без дополнительных антропогенных усилий обеспечивать близкий к оптимальному водный режим для сельскохозяйственных культур. Главное условие здесь – не допускать переосушки. В отличие от этого, водообеспеченность растений на выработанных торфяниках в огромной степени зависит от целого ряда функциональных и морфологических особенностей остаточного торфа и подстилающей его минеральной породы, от климатических условий и режима использования. Совершенно очевидно, что без мелиоративного обеспечения решать агротехнические задачи на выработанных торфяниках чрезвычайно сложно [197].
Наиболее действенным средством воздействия на почвенное плодородие считаются гидромелиоративные работы. Прежде всего, их проводят в районах, где сумма осадков значительно превышает интенсивность испарения. В зависимости от гидрологических условий, осушительные работы разделяют на самотечные и механические [238]. При самотечном способе максимально используется рельеф осушаемой территории, где осушительная сеть прокладывается по наиболее низким отметкам поверхности и этим обеспечивается самотек сбросных вод. Там, где отчетливо выраженных превышений в рельефе нет, и водопринимающий элемент гидрологической сети может находиться на одном уровне с осушаемым участком, используется механический способ с принудительной перекачкой дренажных вод в водоприемник. Низинные торфяные месторождения Европейской территории РФ, используемые для торфодобычи, размещаются чаще всего в надпойменных террасах рек, которые в последствие могут быть основными водоприемниками. Общий уклон в направлении русла этих рек надежно обеспечивает строительство самотечных систем.
В аридных ландшафтах, где испарение преобладает над атмосферными осадками, наибольшее распространение получили оросительные мелиорации. Дополнительная подача воды осуществляется посредством ирригационных сооружений [133]. Существует много способов дополнительного увлажнения: обводнение по полосам, дождевание, подпочвенное орошение, шлюзование и др. Шлюзование технологически больше всего подходит на заболоченных минеральных и торфяных почвах, а также на выработанных торфяниках в силу их гидроморфности.
Гидрохимический состав почвенно-грунтовых и сбросных вод
Одним из принципов типового деления болот является тип водного питания (атмосферный, грунтово-напорный и т.д.) и, в свою очередь, является одним из факторов, определяющих химизм почвенно-грунтовых вод. Все природные воды по преобладающему аниону делятся на три класса: гидрокарбонатные (и карбонатные) воды с преобладанием анионов HCO3- и CO32-, сульфатные – с преобладанием аниона SO42- и хлоридные, в которых преобладает Cl-. Каждый класс по преобладающему катиону делится на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Так, поверхностное питание (снеговое, дождевое) характерно тем, что создает малую минерализацию с преобладанием в воде ионов Са2+, Mg2+ и HCO3-. Такой состав ионов объясняется тем, что поверхностные воды могут выщелачивать из грунтов только те соли, которые находятся близко к поверхности. Подземные воды имеют большую минерализацию, так как они выщелачивают из пород больше растворимых веществ. Отсюда выходит, что общая минерализация торфяных вод уменьшается от низинных болот к верховым.
На выработанном торфомассиве не меняется тип водного питания, но коренным образом изменяется почвообразовательный процесс. По мнению ряда ученых [136, 159, 185, 216 и др.], осушение и окультуривание болотных торфомассивов не только усиливает минерализацию органического вещества почвы, но и многократно увеличивает минерализацию почвенно-грунтовых вод.
Регулирование водного режима на изучаемом объекте выработанного торфомассива «Гадовское» осуществляется с помощью шлюза-регулятора. Поэтому главным инструментом (орудием труда) управления водным режимом являются грунтовые воды. Отсюда и принципиально важно располагать качественно-количественными параметрами качества грунтовых вод на предмет их пригодности для кормовых культур. По содержанию в сбросных и грунтовых водах зольных элементов, органического вещества, величине водородного показателя можно судить об уровне химизации агротехнологий, потерь элементов питания из профиля, степени агрессивности вод для железобетонных конструкций шлюзов и трубопереездов.
Основными культурами, выращиваемыми на исследуемом объекте, являются однолетние зерновые (ячмень, овес) и многолетние (злаковые, разнотравно-злаковые, бобовые) травы, а также капустные на зеленый корм и силос. Из удобрений на полях используются NH4NO3, KCL в количестве 1,5-2 ц/га, нитроаммофоска по 2-3 ц/га, навоз 20-30 т/га, а также применяются гербициды «Гербитокс» и «Магнум» для борьбы с сорняками.
Выбранный объект представляет собой фрагмент природной модели, где имеется возможность проследить через меняющийся ионный состав качество мелиоративно-сбросных вод от условного источника до водоприемника торфомассива. На территории опытного севооборота в осушительную сеть помимо поверхностно-профильных почвенно-грунтовых вод в напорном режиме поступают более глубокие подземные воды в виде нескольких ключей. Одна из задач настоящей работы – установить динамику изменения ионного состава сбросных вод по пути их следования через осушительную сеть. За исходное состояние был взят образец воды в одном из ключей. Далее сбросные воды отбирались через каждые 2-5 км до самого водоприемника торфомассива (р. Быстрица). Степень жесткости и минерализации оценивались по шкале О.А. Алекина (1977).
Наблюдения показали, что по мере удаления от ключа, концентрация всех определяемых элементов увеличивается в несколько раз. Также увеличивается содержание органического вещества (ОВ) и величина водородного показателя (табл. 2) [284]. Многократное увеличение общей минерализации сбросных вод объясняется интенсивным вымыванием зольных элементов из корнеобитаемого слоя почвы. Исключением оказался катион Mg2+, содержание которого мало зависело от времени и места отбора образцов воды.
Химический состав грунтовых вод под кормовыми культурами имеет некоторые отличия от сбросных. Здесь отмечено более высокое содержание ОВ и большинства определяемых ионов (HCO3-, SO42-, H2PO4-, NH4+, Ca2+, Mg2+, Fe+2+3). Более низкими значениями отличаются водородный показатель, СО32-, и NO3-. Содержание катиона К+ и аниона Cl- в обеих водах практически одинаковое по-видимому благодаря их повышенной подвижности (табл. 2).
На качество грунтовых вод непосредственное влияние могут оказать сами кормовые культуры в соответствии с их биологическими характеристиками и особенностями возделывания. В наших исследованиях существенных отличий в химическом составе грунтовых вод между культурами не выявлено. При близком значении большинства показателей под многолетними травами по сравнению с однолетними отмечена была лишь более низкая концентрация нитратного азота и более высокая общего железа.
Это свидетельствует о более низкой нитрификационной активности почвы под многолетними травами и более полном использовании почвенного азота этими культурами. Повышенное содержание в почвенно-грунтовых водах соединений железа под многолетними травами объясняется его активным, систематическим подтягиванием из нижних горизонтов через систему капилляров профиля. В целом по большинству определяемых параметров ионный состав вод вполне соответствует требованиям возделываемых культур.
Дополнительно, в рамках настоящей работы с разных глубин было отобрано еще около 30 образцов грунтовых вод из верхних водоносных горизонтов всего торфомассива «Гадовское». Чтобы установить зависимость гидрохимического состава вод в этих образцах от глубины их залегания, все данные были объединены по глубинам отбора на 5 групп: 0-50, 50-100 и т. д. (табл. 3)
В результате было установлено, что концентрация ионов, формирующих основную карбонатную жесткость воды, с глубиной увеличивается. Это, прежде всего: HCO3- и Ca2+. Естественно, с глубиной увеличивается и значение водородного показателя. При этом, содержание Cl-, SO42-, К+ и Na+, наоборот, с глубиной в 1,5-2 раза снижается. Следует отметить, что эта ситуация прослеживается до глубины 2-3 м. Далее, на глубинах 3-5 м практически по всем анионам наблюдается обратная зависимость, т. е. их снижение. Особая ситуация отмечена в группе образцов отобранных с глубины 50-100 см. Здесь зафиксировано самое большое содержание Cl-, Mg2+, K+ и Na+ и, как следствие, здесь самая большая не карбонатная жесткость (табл. 7). На этих же глубинах обнаружен максимальный плотный остаток (375 мг/л). Необходимо отметить, что в группу с глубинами 50-100 см вошло наибольшее количество образцов, а разброс глубин отбора воды в этом диапазоне совпадает со среднегодовой нормой осушения, рекомендуемых для большинства кормовых культур.
Таким образом, по совокупности данных, представленных в таблицах 2 и 3, можно сделать следующее заключение. Сбросные и грунтовые воды независимо от глубины и места их отбора являются пресными, с сухим остатком до 0,4 г/л, общей жесткостью до 15 (очень жесткие). По химическому составу они относятся к гидрокарбонатно-кальциевому типу. Воды не являются агрессивными по отношению к различным маркам бетона, что очень важно при планировании и сооружении водорегулируемых гидротехнических конструкций. Для нормального функционирования кормовых культур ионный состав грунтовых вод также считается вполне благоприятным.
Влажность профиля почвы и динамика влагозапасов в зависимости от глубины залегания грунтовых вод и режима использования
По классическому определению режим влажности – это послойное изменение содержания различных форм влаги в профиле, от которого напрямую зависит интенсивность практически всех почвообразовательных процессов. Принудительное вертикально-горизонтальное движение по профилю почвенно-грунтовых вод, обусловленное различным положением задвижки шлюза, оказывает существенное влияние и на режим влажности почвы, и на весь водный режим в целом. Такое вмешательство в естественный процесс влагообеспечения способствует формированию нужных почвенно-гидрологических горизонтов, содержащих необходимое количество доступной для растений влаги [277]. Применительно к органическим почвам были разработаны следующие градации форм влаги по степени ее доступности [92, 175, 249]:
1. Прочносвязанная влага. Для растений она абсолютно недоступна, образует горизонт интенсивного иссушения ниже влажности завядания (ВЗ).
2. Весьма труднодоступная для растений влага, также образующая горизонт интенсивного иссушения. Находится в интервале влажности от внутриклеточной (ВКВН) нижнего предела доступности (0,5 НВ) до ВЗ. Здесь преобладает рыхло- и прочносвязанная влага.
3. Труднодоступная для растений влага. Находится в диапазоне ВКВВ верхнего предела (0,7 НВ) до ВКВН нижнего предела (0,5 НВ).
4. Среднедоступная влага. От наименьшей влагоемкости (НВ) до внутриклеточной влаги ВКВВ верхнего предела (0,7 НВ).
5. Легкодоступная влага, переходящая в избыточную при превышении НВ.
6. Горизонт полного насыщения. Соответствует полной влагоемкости почвы (ПВ).
В целом, пределы оптимальной влажности как таковые имеют довольно размытые границы и весьма широкий интервал, что вызвано разнообразием факторов, влияющих на потребность растений во влаге. Примерно в середине XX века влажность завядания считалась нижним пределом оптимальной влажности. Однако, даже при кратковременном доведении водного режима почвы до влажности завядания, кроме предуборочного периода, в растениях происходит нарушение ряда физиологических функций, задерживающих рост и отрицательно складывающихся на формировании урожая [168, 262]. По данным ВНИИГиМ, полученным вегетационным, лизиметрическим и полевыми методами, на окультуренной перегнойно-торфяной осоково-древесной почве в пахотном слое влажность угнетения роста для картофеля равна 65%, для капусты – 69%, для моркови – 52% , для многолетних трав – 74% на сухую навеску. А увлажнение капусты и картофеля рекомендуется проводить уже при достижении влажности 0,6 ПВ в расчетном слое, корнеплодов – при 0,55 ПВ, многолетних трав – при 0,65 ПВ [215, 253], для центральных областей принимают влажность угнетения роста растений в пахотном горизонте торфяной почвы в пределах 22-41% от объема при ВЗ от 16 до 27% от объема. По мнению Х.Н. Старикова (1977), проводившего исследования на окультуренной торфяной почве болота Чемерное (Ровенская обл.), для нижнего корнеобитаемого слоя (30-50 см) критическая влажность при возделывании сахарной свеклы и кукурузы в специальных «засушниках» оказалась равной 0,46-0,51 ПВ, в пахотном слое – 0,36-0,38 ПВ. А.М. Янголь (1970) также отмечает, что наибольшее количество влаги растения используют из верхнего 30-ти сантиметрового слоя, поэтому важно поддерживать его в увлажненном состоянии. На решающее значение почвенной влаги в слое 0-20 см для растений в первый год их жизни указывают А.Ф. Вадюнина и З.А. Корчагина (1973). В дальнейшем, как пишут эти авторы, растения начинают потреблять влагу из метровой толщи, а в засушливые периоды и с глубины до двух метров. Данными авторами также была предложена шкала оценки запасов продуктивной влаги в пахотном и метровом слое почвы. Согласно ей, в слое 0-20 см запасы влаги являются хорошими, если влаги более 40 мм, если 20-40 мм – удовлетворительные, менее 20 мм – неудовлетворительные.
А.Р. Константинов (1983) в своей работе говорит о том, что лишь при условии максимального водопотребления, не ограниченного ни недостатком, ни избытком влаги в почве, можно ожидать максимальный урожай. Согласно его данным следует, что оптимальные влагозапасы, соответствуют максимальному водопотреблению, а их величина в отдельные межфазные периоды (например, возобновление вегетации — выход в трубку) доходит до НВ, но обычно чуть ниже ее и выше или близка к ВРК.
Конечно, предельная глубина, с которой растения могут получить влагу, различна, и зависит как от характера почвы, так и от биологии выращиваемой культуры. Так, по данным И.С. Лупиновича и др. (1954) на торфяниках основная масса корней сельскохозяйственных культур находится на глубине 15-30 см. Н.И. Середа (1959) приводит данные, согласно которым на торфяных почвах при сильном снижении грунтовых вод корни некоторых растений достигают глубины 50 см и более. На основании этих данных, А.М. Янголь (1970), определяет величину расчетного слоя при определении запасов продуктивной влаги не более 1,0-1,1 м.
Нижним пределом оптимальной влажности по А.А. Роде (1965) считается влажность разрыва капиллярной связи (ВРК), критическая влажность, при которой резко снижается подвижность почвенной влаги. В наших исследованиях для торфяных, оторфованных и органоминеральных горизонтов нижний предел оптимума влажности, определенный по А.А. Роде как ВРК, в вышеуказанной градации попадает в диапазон 0,7 НВ-НВ, для суглинистых горизонтов – 0,5НВ-НВ, для песчаных – ВЗ-0,5 НВ.
Влажность почвы, по мнению А.М. Янголя (1970) зависит от УГВ только в пределах высоты капиллярного поднятия. Известно, что для разных сельскохозяйственных культур существует свой оптимальный диапазон влажности почвы. Но даже для одной и той же культуры, в зависимости от стадии вегетации, он не одинаков, в силу биологических особенностей [255]. Кроме того, для одной и той же культуры в момент одной и той же стадии вегетации он все равно может быть не одинаков уже в силу метеорологических условий, таких, например, как осадки. На оптимум влаги могут, помимо прочего, также влиять характер почвы и изменения ее свойств [310]. Известно, что при избыточной влажности в почве резко снижается количество пор занятых воздухом, из-за чего растения страдают от дефицита кислорода. В этой связи исследователи выделяют наиболее оптимальное для растений соотношение в порах воды и воздуха. Так, Э.П. Квачантирадзе (2011) считает, что для большинства растений оптимальная влажность почвы достигается при соотношении влаги в почве к почвенному воздуху, как 70:30. Поэтому при создании оптимальной влажности и расчете влагозапасов следует принимать во внимание это соотношение. По данным А.Н. Костякова (1960) содержание воздуха в корнеобитаемом слое для многолетних трав должно быть 15-20%, для зерновых – 20-30%, для овощных культур, картофеля, корнеплодов – 30-40% от общего объема пор. Аналогичные данные приводит и Г.А. Рябкова (2011).
Подбор КУ для наблюдения за влажностью почвы осуществлялся по принципу сравнения участков контрастно отличающихся по степени сработки торфа, глубине залегания грунтовых вод и режиму использования, т.е. под однолетними и многолетними культурами. Эти участки в свою очередь были сгруппированы по степени управляемости водным режимом: хорошо управляемые, средне управляемые, слабо управляемые и не управляемые.
Данные наблюдений за влажностью представлены в виде хроноизоплет с градацией по степени доступности почвенной влаги.
Влияние водного режима на урожайность и качество кормовых культур
Несомненно, одной из главных целей всех мелиоративных изысканий, агротехнических мероприятий и научных опытов, проводимых на отведенных под сельскохозяйственное освоение землях, является получение на них высоких урожаев. Изучение такого фактора как водный режим, непосредственно участвующего в формировании растительной биомассы, весьма важное мероприятие, особенно если речь идет о выработанных торфяниках. Вместе с тем, вопрос о возможности его регулирования в этих условиях, неизбежно сталкивается с рядом трудностей, связанных с морфологическими особенностями выработок, речь о которых шла в предыдущих главах. К ним, в частности, относится сложность оптимизации УГВ для различных культур.
По нашему предположению, шлюзование обязательно должно способствовать повышению продуктивности возделываемых на выработанных торфяниках кормовых культур. Однако влияние шлюзования на процесс формирования влажности почвы не постоянно. Степень его влияния имеет обратную зависимость с количеством выпадающих осадков.
Так, в 2014 г сумма выпавших за сезон осадков, хотя и находилась ниже среднего многолетнего показателя, тем не менее, была достаточно высокой, особенно в период формирования 1-го укоса. Поэтому именно высокая обеспеченность осадками послужила причиной весьма низкой эффективности подпочвенного увлажнения на старовозрастных многолетних травах (табл. 30). Урожайность лядвенца рогатого в этот год (первый год после высева) была низкой на обоих разно осушенных сработанных участках 6,7-8,8 ц/га, за небольшими преимуществом слабо осушенного (табл. 30) [287].
Несколько иная ситуация по агрометеорологическим показателям складывалась в 2015 г. Здесь в первой половине вегетационного периода было отмечено более низкое количество осадков и значение ГТК. В результате, урожайность 1-го укоса многолетних трав была несколько выше на вариантах, где удавалось поднимать УГВ (26,7 ц/га при среднем УГВ 97 см (КУ 3) и 32,2 ц/га при среднем УГВ 73 см (КУ 4)). Однако, уже во второй половине сезона сумма осадков увеличилась вдвое и, как следствие, эффект от дополнительного увлажнения практически отсутствовал на всех опытных вариантах и составил в среднем 11% (табл. 31). Урожайность лядвенца рогатого в этот год заметно увеличилась по сравнению с предыдущим и составила с сумме за два укоса 43,7 ц/га (КУ 1, средний УГВ 123 см) и 47,7 ц/га (КУ 2, средний УГВ 40 см) на разно осушенных сработанных участках и 23,5 ц/га (КУ 13, средний УГВ 46 см) на торфяной среднемощной остаточной почве (табл. 31) [287]. Тем не менее, достоверно установить преимущество регулируемого водного режима под лядвенцем рогатым в этот год нам не удалось.
Основную часть травостоя многолетних кормовых культур опытного участка составляют корневищные травы (пырей ползучий, кострец безостый и др.), на долю которых приходится 60-70% от общего количества многолетних трав. Если принять во внимание то, что на выработанных торфяниках их корни способны проникать достаточно глубоко (50-70 см) [261], то можно тем самым частично объяснить низкую эффективность на них подпочвенного увлажнения.
Даже на гидроморфных почвах яровым злакам в особо засушливые периоды может не хватать влаги, поскольку основная часть их корневой системы, в отличие от многолетних трав, распространяется в пределах пахотного слоя [277]. Наблюдения за урожайностью зерновых культур в течение трех лет позволили получить данные, подтверждающие наше предположение об эффективности подъема УГВ под этими культурами даже на незначительную величину (табл. 34) [287], положительный эффект от которого в среднем за 3 года составил 29%.
Чтобы иметь более полное представление о влиянии подпочвенного увлажнения на процесс формирования урожая, мы провели такие же наблюдения на других полях кормового севооборота (300 га), аналогичных опытным. То есть, среди отобранных для сравнения производственных полей были как поля со стихийно складывающимся водным режимом, так и в разной степени подверженные влиянию шлюза. Сравнительная оценка полученных результатов показала эффективность управляемого водного режима на производственных полях под всеми культурами (табл. 35-36) [287]. Положительный эффект регулируемого водного режима на урожайность многолетних трав в среднем составил 32%, а на урожайность зерновых – 34%.
В результате анализа полученных данных, были выделены наиболее безопасные диапазоны УГВ под различными культурами, поддержание которых на протяжении периода вегетации сопровождалось наибольшей урожайностью.
Под однолетними зерновыми культурами (ячмень, овес), возделываемыми на полностью сработанных участках, рекомендуется поддерживать средний УГВ за период вегетации 60-80 см, причем в начале вегетации он должен быть выше указанных значений, а в конце – ниже, постепенно снижаясь в течение вегетации. На участках с остаточным слоем торфа в 30-50 см УГВ можно опускать до глубины 80-90 см в течение вегетационного периода.
Возделываемые на сработанных участках многолетние злаковые травы, показали наилучшую урожайность при средневегетационном УГВ 90-100 см, если участок оторфован, то УГВ можно поддерживать на 10-20 см ниже.
Относительно высокие урожай лядвенца рогатого были отмечены при довольно больших разбросах средневегетационных УГВ и остаточной мощности торфа. Как на сработанных, так и на оторфованных участках, данная культура показывала хорошую урожайность при среднем УГВ за вегетацию в пределах 40-120 см. Тем не менее, более высокий УГВ все же был более благоприятен на полностью сработанных участках.
Более требовательная к увлажнению горохо-овсяная смесь неплохую урожайность на участках с остаточной залежью торфа 30-50 см показала при среднем УГВ за период вегетации 90 см. На участках, которые сработаны полностью УГВ следует поддерживать выше указанных значений на 20-30 см.
В большинстве случаев отзывчивость всех возделываемых культур в плане формирования урожая на подъем УГВ была хорошей. Чем выше его удавалось поднять, тем лучше, особенно в засушливые периоды. Эффективность шлюзования на фоне выпадения обильного количества атмосферных осадков сводилась к нулю.
Многочисленными работами [155, 156, 276], проведенными на торфомассиве «Гадовское» Кировской области установлено, что состав кормовых культур, возделываемых в условиях торфяных и выработанных почв, в значительной степени зависит от системы удобрений, давности освоения, природных свойств торфяной залежи и многих других условий. Однако, при этом, недостаточно уделялось внимания влиянию на химический состав растений условий увлажнения и свойств минеральной породы, подстилающей торфяную залежь. В этой связи была поставлена задача – установить взаимосвязь свойств разно осушенных и разно сработанных выработанных участков с качеством растительного сырья различных кормовых культур.
Многолетние травы. Многолетние травы представлены молодым травостоем лядвенца рогатого, I-IV годами пользования и старовозрастными разнотравно-злаковыми травостоями, VI-VII годами пользования. Наилучшими показателями отличался лядвенец рогатый. В среднем за 2 укоса в 2014-2017 г.г. сырая клетчатка здесь составляла 23,2-23,7 %, сырой протеин – 14,0-14,1 %, фосфор – 0,238-0,301 %, калий – 2,270-2,277 %, кальций – 0,992-1,113 % (табл. 37-38).