Введение к работе
Актуальность проблемы, В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года», утвержденных XXVII съездом КПСС, огромное внимание уделяется реализации Долгавре-менной программы мелиорации земель и путям ннтенсн'-фикации сельскохозяйственного производства. Особо это относится к повышению продуктивности сельскохозяйственных угодий на комплексных солонцовых почвах первой очереди освоения, занимающих в Казахстане около 30 млн. га. Актуальность проблемы связана с использованием большей части наиболее плодородных почв для возделывания сильных и ценных сортов яровой пшеницы. Для целей кормопроизводства отведены почвы с низким естественным плодородием, 40% которых расположено на солонцовых комплексах. Применяя комплекс дифференцированных мероприятий по улучшению физико-химических и химических свойств, а также водно-воздушного и биологического режимов, эффективное плодородие солонцовых почв можно повысить в 5—10 раз. Не менее остро стоит вопрос и об устранении солонцовой пятнистости пашни. В Северном Казахстане в состав пашни вовлечены солонцовые комплексы, которые составляют около 25% ее площади, в т. ч. с солонцами менее 30—17%. Основной прием повышения продуктивности такой пашни — выборочное гипсование пятен солонцов.
Несмотря на имеющийся опыт в решении теоретических и практических задач мелиорации солонцов региона (И. Я. По-ловнцкий, В. И. Кирюшнн, В. Н, Михайличенко), ряд вопросов генезиса солонцов, обоснования причин их неблагоприятных агрономических свойств, особенно остаточных и малонатриевых, пути дифференцированного освоения этих почв остались малоизученными, а приемы мелиорации недостаточно обоснованными. Это связано- со слабым использованием коллоидно-химических н физико-химических методов исследований почв в решении указанных задач, современных корректных методик оценки мелиоративного состояния н
І ЦЕНТРАЛЬНАЯ \ 1
| Ь(Ч>ск. м;л -іС^&лсз. академии |
процессов, протекающих в почвах, математических методов для изучения взаимосвязей между свойствами ППК, направленности и скорости мелиоративных процессов. Только на основе глубокоіі проработки ряда научных вопросов по механизму взаимодействия химических мелиорантов с ППК солонцов, растворению их в этих условиях, роли технологических параметров пахотного слоя на эти процессы можно обосновать принципы расчета доз мелиорантов и решить многие вопросы' мелиорации солонцовых почв и засушливых условиях.
Тема исследований является составной частью научно-технической проблеми 0.5I.0I (СЭВ) (№ госуд. регистрации 77064978 н 0182406!554).
Цель и задачи исследований. Диссертационная работа по- священа изучению коллоидно-химических свойств солонцов Северного Казахстана для познания природы повышенной пептлзируемости их и взаимосвязей степени выраженности солонцового процесса с традиционными и современными критериями солонцеватости почв, теоретическим разработкам эффективных приемов по устранению отрицательных агрономических свойств солонцов и обоснованию днффереицирован--ных. технологий химической мелиорации в условиях засушливой, и сухой степи региона. Исследования электроповерхностных свойств солонцов и их взаимосвязь с водно-фнзи-ческнми, физико-механическими и физико-химическими свойствами, использование ряда показателей для объективной оценки, мелиоративного состояния: осмотического давления .почвенных растворов, определения обменного натрия и нерас-творенного гипса с учетом анализа почвенных растворов, ..ряд практических разработок но обоснованию доз н приемов внесения фосфопшеа, технологий комплексной мелиорации, скорости и длительности действия мелиоративных приемов
.выполнены впервые. . '"
'. Программа исследований включала решение следующих
задач; ... . .
1. Изучить электрокннётнческне свойства главнейших ком-. попентов солонцовых почв и их вклад в заряд поверхности иллювиальных горизонтов солонцов', обосновать ведущую'роль Электростатического фактора в проявлении солонцового про-' цёсса. ,
'" .,2. Выявить взаимосвязи степени выраженности "солонцо-
і.дого „процесса с традиционными и современными критерия-
' .мн солонцеватости почв (обменный натрий, электрокннетн-
ьЧескин потенциал). . ., ' '
3,'Установить, связь показателей стеленії выраженности , солонцового процесса с изменением водно-физнческйх и' фи-* зико-чеханнческих свойств солонцовых почв и найти крити-' 2
ческие величины показателей, превышение которых ведет-іг существенному ухудшению назпанных свойств.
4. Провести, исследования но электрокинетическим свойствам и механизму коагуляции високодисперсної пасти солонцовых почв, гуматов натрия различными электролитами и обосновать природу устойчивости этих соединений. ' -
5.. Изучить основные закономерности взаимодействия с ППК солонцов кальций- и железосодержащих мелиорантов/ кислот л нх эффективность для устранения солонцовых свойств и разработки принципа расчета норм мелиорантов.
-
Разработать корректные методики определения электро-' кинетического потенциала солонцовых почв и оценки мелиоративного состояния и процессов, протекающих при химической мелиорации солонцов, обеспечивающие получение объективных показателей.
-
Охарактеризовать роль и влияние физико-химических и химических свойств ППК, его природы, условий увлажнения и передвижения влаги на растворимость калышйсодер-жащих мелиорантов (гипс, карбонат кальция). *-
-
Определить эффективность и длительность действия приемов химической мелиорации солонцов, скорость процессов растворения гипса и фосфогипса, рассоления и рассолон-цевания. Обосновать оптимальные дозы н приемы внесения и заделки химических мелиорантов.
-
Разработать комплексные приемы химической мелиорации в целях более экономного расходования мелиоранта и повышения продуктивности солонцов.
Научная новизна исследований, В работе обосновано положение о ведущей роли электростатического фактора в проявлении повышенной пептизнруемости илистой фракции солонцовых почв. Экспериментально доказано, что формирование высокого эффективного заряда поверхности ППК солонцов связано преимущественно с более легким переходом в жидкую фазу обменного натрия (его диссоциацией) по сравнению с двухвалентными поглощенными катионами кальции и магния. Движущая сила процесса диссоциации — выравнивание электрохимических потенциалов соответствующих ионов на поверхности твердой фазы и в объеме раствора.
Обосновано положение о возможности формирования иллювиального горизонта солонцов с низким содержанием обменного натрия за счет передвижения нз Лі горизонта орга-но-минеральных коллоидов, характеризующихся по сравнению с минеральными коллоидами повышенной устойчивостью к коагулирующему действию одновалентных катионов натрия и калия.
Показано, что для улучшения физических, водно-физиче-
ских и физико-механических свойств солонцовых почп необходимо вытеснение обменного натрия сверх 10% его содержания от емкости обмена.
Балансовыми исследованиями доказаны более высокая (в 2—5 раз) растворимость гипса в жидкой фазе при взаимодействии его с ППК солонцов, ПК Na- и Wa/Ca глин, чем в воде, преимущественно адсорбционный механизм действия на ППК кальций- н железосодержащих мелиорантов, минеральных кислот.
Разработаны новые методики определения электрокине-тпческого потенциала почв методом потенциала протекания с учетом поверхностной проводимости и диагностических показателей мелиоративного состояния почв на основе выделения почвенных растворов, а также балансовые методы определения растворимости гипса и коэффициентов использования мелиорантов.
Многолетними исследованиями доказана высокая эффективность гипсования солонцов и в условиях сухой степи с выпадением в год около 300 мм осадков.
Разработай новый метод расчета норм гипса с применением коэффициента использования его, учитывающего непроизводительный расход гипса на вытеснение обменного магния и удаление ионов кальция в Солее глубокие слон почвы, а также участие в обменных процессах карбоната кальция, содержащегося ю почве. Обоснована мощность мелиорируемого слоя при различных технологиях химической мелиорации солонцов.
Наряду с мелиоративным действием установлена ценность фосфогипса как удобрения за счет обогащения почвы, подвижным фосфором. Разработаны технологии мелиорации, обеспечивающие наиболее полное использование его удобрительного и мелиоративного действия.
Доказано, что в условиях Северного Казахстана химическая мелиорация является одноразовым приемом. Положительное действие гипсования прослежено в течение Н лет, С длительностью использования солонцов их мелиоративное состояние из года в год улучшается. Методами математической статистики впервые определены скорости рассоления н рассолокпелапнл за счет гипса и карбоната кальция самой почвы при различных технологиях мелиорации. Установлено, что недобор урожая культур, возделываемых на контрольных делянках по сравнению с гипсованными, связан R основном с отрицательными физико-механическими свойствами припосівного слоя. Преимущество комплексной мелиорации солонцов перед обычной химической связано с более интенсивным нарастанием мощности рассоленного слоя и меньшей предрасположенностью их поверхности к коркообразованию.
При применении оптимальных доз фосфогипса не наблюдается увеличения водорастворимого фтора. Основная масса его связывается кальцием в флюорит, кальцием и фосфором в апатит. Гипсоносные слои являются мощным барьером на пути миграции фтора.
Практическая ценность работы. Разработаны и рекомендованы в производство дифференцированные технологии .химической и комплексной мелиорации солонцов, дифференцированная система применения в этих технологиях минеральных и органических удобрений, позволяющие окупить дополнительные затраты за 2—3 года.
На малонатрневых солонцах разработанный метод расчета доз фосфогипса позволяет экономнее использовать его в производстве. На каждом гектаре экономия этого мелиоранта составляет 2—4 т/га. Более высоки размеры ее при комплексной мелиорации солонцов.
Вспашка плугами обеспечивает степень крошения, доста* точную для успешного протекания мелиративного процесса. Более интенсивное крошение почвы не приводит к ускорению мелиоративного процесса, но увеличивает энергетические затраты.
Обоснована экологическая безопасность применения фос* фогипса в рекомендуемых нормах в отношении загрязнения почв фтором.
Реализация работы. Результаты исследований вошли в «Методические указания по почвенно-мелиоратнвным изысканиям и разработке проектов мелиорации солонцовых почв в Казахской ССР» (МСХ Казахской ССР,'Алма-Ата, 1980), в «.Методические указания по мелиорации солонцовых земель в пашне для зоны неполивного земледелия Казахской ССР» (МСХ Казахской ССР, Алма-Ата, 1985), «Методику разработки норм расхода гипсосодержаших материалов при химической мелиорации солонцовых почв» (Госагропром СССР, Москва, 1987), во «Временные рекомендации по составлению комплексных рабочих проектов мелиорации солонцовой пашни» (Агропром Целиноградской области, Целиноград, 1988), в рекомендации «Использование фосфогипса для мелиорации солонцов Западной Сибири, Зауралья н Северного Казахстана» (ВАСХНИЛ, Сибирское отделение, Новосибирск, 1989, утверждены на НТС Госагропрома РСФСР), в «Методические указания по разработке проектов противосолонцо-вых мелиорации в Казахской ССР (для зоны неполивного земледелия)» (Госагропром Каз. ССР, Алма-Ата, 1989).
Материалы отчета «О проведении опытов по определению мелиоративной и агрономической эффективности гипсосодер-жащих материалов» ,(1987) использованы для планирования
объемов работ по химической мелиорации солонцов Северного Казахстана на 1991—1995 годы.
Технологии химической мелиорации солонцов Северного Казахстана внедрены на площади свыше 120 тыс. га с ежегодным экономическим эффектом 16 руб. с 1 га.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили положительную оценку на Всесоюзных научно-технических совещаниях по мелиорации и использованию солонцов (Ростов, 1976; Целиноград, 1980; Новосибирск, 1986; Волгоград, 1989), на координационных совещаниях по мелиорации солонцов {Харьков, 1981; Полтава, 1982; Моская, 1987), на V (Минск, 1977), ц VII (Ташкент, 1985) делегатских съездах ВОП; на IV (Алма-Ата, 1978), V (Усть-Каменогорск, 1982) республиканских конференциях почвоведов Казахстана; на научно-производственных конференциях Целиноградского СХИ (1980, 1982, 1985); на конференциях молодых ученых и специалистов ВНИИЗХ (1978, 1980), республиканских совещаниях «О мерах но освоению солонцовых земель и Казахской ССР» (Целиноград, 1981; Кустанай, 1987; Целиноград, 1988), на научной конференции факультета агрохимии и почвоведения ТСХЛ (Москва, 1989).
Материалы диссертации отражены в 7-1 печатных статьях, заключительных (за 1976— 1980 гг.; за 1981 — 1985 гг.; за 1987 г.) и промежуточных (1981 — 1984 гг.. 1986—1988 гг.) отчетах ВНИИЗХ имени А. И. Бараева. Основные резуль-' тэты исследований но теме диссертации отражены в работах, приведенных в конце автореферата. Соискателем получено 2 авторских свидетельства на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на &66 страницах машинописного текста, включая 95 таблиц и 86 рисунков, 3 приложения. Работа состоит из введения, восьми глав, общих выводов и практических рекомендации. Список литературы включает 6І5 наименований, в т. ч. 75 на иностранных языках