Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние хозяйственной деятельности человека на агроландшафты (обзор литературы) 11
1.1 Минеральные и органические удобрения 13
1.2 Средства защиты растений 30
1.3 Изменение окислительно-восстановительных условий в почве при выращивании риса 34
2. Условия, объекты и методика проведения исследований 38
2.1 Почвенно-климатическая характеристика места проведения экспериментов 38
2.1.1 Географическое положение района исследований 38
2.1.2 Климатические условия 38
2.1.3 Рельеф 41
2.1.4 Гидрография и гидрогеология 43
2.1.5 Растительность 44
2.1.6 Почвы, почвообразующие и подстилающие породы 45
2.2 Методика проведения и объекты исследований 47
3. Результаты исследований 52
3.1 Оценка состояния почвы рисовой оросительной системы 52
3.1.1 Содержание подвижных соединений азота и фосфора 52
3.1.2 Содержание подвижных форм тяжелых металлов 60
3.1.3 Содержание подвижных соединений железа и марганца 72
3.1.4 Корреляционные связи между агрохимическими показателями 80
3.2 Содержание гербицида Номини в почве и воде рисовой оросительной системы 83
3.3 Оценка состояния воды в каналах рисовой оросительной системы 85
3.3.1 Динамика содержания азотных соединений 87
3.3.4 Динамика содержания подвижного фосфора 96
3.3.5 Динамика содержания водорастворимых солей 98
3.4 Сравнительный анализ состояния почвы рисовой оросительной системы и богарного участка хозяйства 103
3.5 Сравнительный анализ состояния почвы рисовой оросительной системы и вблизи животноводческого комплекса 112
3.6 Сравнительный анализ состояния почвы рисовой оросительной системы и фоновой территории 118
3.7 Урожайность риса и культур рисового севооборота 120
Заключение 124
Список использованной литературы 126
Приложения 151
- Минеральные и органические удобрения
- Содержание подвижных соединений азота и фосфора
- Динамика содержания азотных соединений
- Урожайность риса и культур рисового севооборота
Введение к работе
Актуальность. Когда на большей части территории естественные экосистемы заменяются посевами и посадками культурных растений, первичный ландшафт превращается в агроландшафт, где вся деятельность человека направлена на получение максимальной сельскохозяйственной продукции растениеводства и животноводства (Пенчуков В.М., Дорожко Г.Р., 2005).
Формирующиеся ландшафты сохраняют естественный характер развития, но приобретают “антропогенное” содержание. Для них характерна перестройка почвенных процессов, изменение свойств почв, режима поверхностных и грунтовых вод, наземного растительного покрова и других биологических изменений. При росте антропогенных нагрузок исключительное значение приобретает оценка состояния природной среды, степени её нарушенности в целом или отдельных компонентов (Ушаков С.А., Кац Я.Г., 2001).
Как правило, рисосеющее хозяйство включает в себя помимо рисовой оросительной системы богарное звено и животноводческий комплекс.
Широко распространено мнение, что рисовые оросительные системы являются мощным источником загрязнения объектов природной среды в результате возделывания риса. В связи с этим необходимо проведение широкомасштабных исследований по выявлению воздействия на окружающую среду технологии возделывания риса, других типов землепользования и сравнение их между собой посредством агрохимической оценки состояния рисового агроландшафта.
Цель исследований – оценить агрохимическое состояние почв и вод рисового агроландшафта.
В соответствии с поставленной целью, в задачи исследований входило:
– изучить сезонные изменения содержания подвижных соединений азота, фосфора, железа, марганца, цинка, кадмия и свинца в почвах рисовой оросительной системы и богарных угодий хозяйства;
– выявить динамику содержания подвижных соединений азота, фосфора, водорастворимых солей в воде рисовой оросительной системы (РОС);
– выполнить локальный почвенный мониторинг вокруг животноводческого комплекса (ЖК);
– провести сравнительный анализ состояния почв РОС, богарных угодий и вокруг ЖК;
– провести анализ урожая и качества зерна риса.
Научная новизна. Проведено комплексное сравнительное агрохимическое исследование почв различных типов землепользования в рамках отдельного рисосеющего хозяйства.
Практическая значимость. Полученные результаты позволяют оценить агрохимическое состояние рисового агроландшафта и разработать структуру хозяйствования, обеспечивающую минимизацию негативного воздействия на окружающую среду при одновременном получении стабильного урожая сельскохозяйственных культур.
Достоверность и обоснованность обобщенных результатов и выводов, представленных в диссертации, подтверждаются экспериментальными данными, полученными с применением гостированных методов, статистической оценкой результатов, которые соответствуют поставленной в работе цели и задачам исследования.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались в форме отчетов на методических комиссиях ФГБНУ «ВНИИ риса» (2009-2011 гг.); материалы диссертации были представлены на I и III Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2007, 2009), Молодежной экологической конференции (Ростов-на-Дону, 2009), VII Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (Анапа, 2010). По итогам апробации результатов исследований получено 2 грамоты и 2 диплома.
По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Положения, выносимые на защиту:
-
Затопление рисовых чеков приводит к вымыванию из почвы нитратов, подвижного фосфора, водорастворимых солей и увеличению подвижности в ней железа, марганца, свинца и кадмия.
-
Рисовые чеки являются своего рода фильтрами для оросительной воды, характеризующейся, в том числе, повышенной загрязненностью нитратами.
-
В почвах богарных угодий и прилегающих к животноводческому комплексу наблюдается увеличение содержания подвижных соединений азота и фосфора, а почве РОС – подвижных соединений железа, марганца, свинца и кадмия.
4. Выращивание риса в севообороте с многолетними бобовыми травами
позволяет получать стабильные высокие урожаи зерна с хорошими
технологическими качествами.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, выводов и списка литературы, включающего 231 источник, из них 34 зарубежных авторов. Работа изложена на 168 страницах текста в компьютерном исполнении, содержит 42 таблицы, 8 рисунков и 31 приложение.
Минеральные и органические удобрения
Использование минеральных удобрений одновременно с повышением урожайности вызывает загрязнение почв и поверхностных вод биогенными элементами и балластными соединениями. Растворимые балластные соединения вымываются из почвы и поступают в поверхностные и подземные воды, загрязняя их. Малорастворимые соединения аккумулируются в почве и, достигая определенной концентрации, поступают в растения и далее по пищевым цепочкам в организм животных и человека. Содержание балластных веществ и биогенных элементов (чаще всего азота в форме нитратов) может достигать токсичных уровней и стать причиной нарушения здоровья человека.
В практике земледелия бесполезно теряется до 30-50 % всех вносимых минеральных удобрений. Так с урожаем выносится только около 50 % применяемых азотных удобрений, а остальные теряются в результате денитрификации или смывается в поверхностные и подземные воды.
При внесении азота в слишком высоких дозах, обуславливающих повышение рН, тормозятся процессы нитрификации в почве. Внесение азота в дозе 195 кг/га приводит к обмену ионов кальция и переходу органического вещества в раствор, что, в конце концов, вызывает разрушение комковатой структуру почвы [172].
Превышение норм азотных удобрений приводит к снижению использования азота почвы, подавляя азотфиксацию, а также к усилению минерализации природных запасов органических азотистых соединений, в следствие которой минеральный азот органического вещества может оказаться избыточным и не использоваться растениями [182].
Поступление минеральных удобрений в водные объекты осуществляется в основном с поверхностным стоком, путем инфильтрации в подземные воды, с коллекторно-дренажными водами орошаемых или осушаемых земель, по воздуху, при внесении удобрений при помощи авиации и др. (ГОСТ 17.1.3.11-84).
При эвтрофикации и гипертрофикации питательные вещества в водную среду попадают из почвы. В результате этих процессов нарушается круговорот минеральных веществ и питательные вещества в органической и неорганической форме накапливаются в воде. Загрязнение водоемов питательными веществами в результате использования почвы при интенсивном земледелии сравнимо с загрязнением их сточными водами.
Биологическая продукция, образующаяся в водоемах в результате поступления в них минеральных удобрений, во много раз превышает прибавки урожая полевых культур, получаемые за счет применения удобрений, потому что фитопланктон использует питательные вещества более интенсивно [172].
Азотные и фосфорные удобрения активизируют процесс азотфиксации. Интенсивность азотфиксации и денитрификации в почве зависит от концентрации и форм применяемых минеральных соединений. В результате денитрификации образуется диоксид азота, эмиссия которого в атмосферу, по мнению многих ученых, приводит к уменьшению озонового слоя, защищающего живые организмы от жесткого ультрафиолетового облучения [155].
Применение минеральных удобрений приводит к изменению окислительно-восстановительных условий, что в свою очередь вызывает изменение миграционной способности ряда элементов в 2-100 раз по сравнению с целинной почвой (происходит усиление вымывания из почвенного профиля многих элементов), однако масштабы этого влияния различны в зависимости от химических свойств элементов, видов и доз минеральных удобрений [130]. Так на увеличение содержания аммонийного и нитратного азота от внесения минеральных удобрений указывают Е.П. Проценко и Л.Н. Караулова (2007). В исследованиях Li Yan-mei с соавт. (2007) потери нитратов от внесения минеральных удобрений на пахотных полях были примерно в 50 раз больше, чем аммония.
По данным А.Х. Шеуджена с соавт. (2006) все азотные удобрения в почве переходят в нитраты, являющиеся наиболее опасной формой азота при загрязнении природной среды, так как они не поглощаются почвой и легко вымываются водой.
Исследованиями Yin Fei с соавт. (2007) показано, что минеральные удобрения значительно увеличивали содержание нитратов в почве по всем слоям. При этом наблюдалась положительная корреляция между дозами азотных удобрений и содержанием нитратов в почве (R=0,834).
Агроэкологический мониторинг 18 рек Великобритании позволил установить наличие положительной корреляции между содержанием в воде нитратов и использованием минеральных удобрений [90].
Основная часть нитратов образовавшихся в результате применения минеральных удобрений остается в почве и хорошо используется сельскохозяйственными растениями [224], а остальная – частично теряется в форме N2О в результате денитрификации, оказывая влияние на повышение температуры воздуха и разрушая озоновый слой в атмосфере. Оставшийся нитратный азот может легко вымываться вследствие орошения и выпадения атмосферных осадков и загрязнять грунтовые воды.
Соединения фосфора поступают в биосферу главным образом в результате сельскохозяйственного производства. Состав фосфорных удобрений регулярно меняется в зависимости от требований сельхозтоваропроизводителей. В последнее время возрастает доля концентрированных и комплексных форм фосфорсодержащих удобрений.
В результате смыва фосфорных удобрений с полей под воздействием орошения и увеличения производства фосфорсодержащих препаратов (ядохимикатов, детергентов и т.д.) большое количество фосфорных соединений ежегодно поступает в природные воды [155].
В исследованиях В.С. Егорова (2007) установлена миграция подвижного фосфора в подпахотные горизонты, накопление в них его подвижной и валовой форм, повышение степени подвижности фосфора при внесении удобрений. По данным Э.А. Барабиной и В.С. Павловой (1974), напротив, большая часть фосфора из фосфорных удобрений закрепляется в пахотном горизонте и практически не мигрирует в нижние горизонты почвы.
Остаточные фосфаты удобрений в течение длительного времени способны находиться в почвах в доступных растениям формах [175].
В год внесения растения усваивают в среднем 10-15 % фосфора из удобрений [143].
В исследованиях Liu Li-hua с соавт. (2003) показано, что длительное применение минеральных удобрений способствует увеличению содержания вымываемого фосфора. Согласно их данных «Пороговая величина» вымывания фосфора составляет 23 мг/кг, выше которой вымывание резко усиливается.
За последние десятилетия сложилось мнение, что основными потребителями минеральных удобрений на Кубани среди зерновых (в расчете на 1 га) является рис [167].
Выращивание риса оказывает сильное воздействие на плодородие почв. Агрохимические показатели этих почв подвержены значительным изменениям из-за применения больших количеств минеральных удобрений на фоне ограниченного внесения навоза. В первые годы выращивания риса после строительства рисовых оросительных систем в почве резко снижается содержание гумуса и азота. Высокие дозы минеральных удобрений не только не стабилизируют этот процесс, но, напротив, часто способствуют усилению минерализации органического вещества и вымыванию элементов из пахотного горизонта за пределы распространения корневой системы растений, в грунтовые воды. В 1980-х годах регулярное внесение высоких доз фосфорных удобрений привело к локальному «зафосфачиванию» почв под рисом [9]. В рисоводстве актуальной задачей является поиск путей снижения потерь азота почвы и внесенных удобрений. Среднегодовой вынос азота с дренажным стоком с рисовых полей Кубани составляет от 10 % до 55 % внесенной дозы, а по некоторым данным суммарные потери могут доходить до 70 % и выше [184]. По данным Н.Н. Крапивенцева (1983) на периодически затапливаемых рисовых полях потери азота из удобрений составляют примерно 20-55 % от внесенной дозы.
Исследованиями, проведенными во ВНИИ риса установлено, что существенного выноса фосфатов за пределы оросительной системы не происходит, но имеются потери аммиачного азота с фильтрационными водами, а ежегодное поступление в Азовское море соединений азота и калия может со временем вызвать нарушение сложившегося в нем водно-солевого равновесия в сторону увеличения минерализации и повышения содержания токсичных соединений [63, 146, 147], что в свою очередь приведет к изменению видового состава фауны моря, сокращению численности птиц и промысловых рыб.
По данным китайских исследователей удобрения, используемые под рис, могут приводить к эмиссии значительных объемов NH3, NH4 и NO3 [203]. Основным путём потери азота из удобрений в рисовых почвах является денитрификация [204]. И.Н. Курганова с соавт. (2009) отмечает, что увеличение степени увлажнения почвы до 90 % приводит к росту анаэробных зон в почве и способствует активизации процесса денитрификации. Вследствие этого увеличивается поток закиси азота из почвы.
Коэффициент использования азота из удобрений растениями риса в год внесения составляет в зависимости от типа почвы, предшественника, сорта, вида удобрения, способа и срока его внесения 16-50 % [9]. При этом даже высоких фонах азотного питания растения риса более 50 % необходимого им азота берут из почвы и продуктов минерализации гумуса.
Наблюдениями за динамикой минерального азота в почве рисовых хозяйств установлено, что аммонийный азот как удобрений, так и почвы интенсивно подвергается нитрификации особенно в период просушек и увлажнительных поливов, т.е. наибольшие потери азота происходят в период до создания постоянного затопления [12].
Содержание подвижных соединений азота и фосфора
Специфика технологии возделывания риса оказывает определенное влияние на азотный режим почвы. При затоплении рисового поля за короткий срок происходит перераспределение подвижных форм азота – уменьшение нитратной и увеличение аммонийной [184]. Нитраты, после затопления и до конца периода вегетации риса, практически отсутствуют. Вновь они появляются в почве только после сброса воды с чеков [127].
При затоплении почвы питание риса происходит исключительно за счёт аммонийного азота. Пополнение рисовых почвы аммонийным азотом происходит в результате внесения минеральных и органических удобрений, за счёт высвобождения его при разложении органического вещества почвы и частично вследствие восстановления нитратов до аммиака. Источником поступления определенного количества азота может быть и оросительная вода. Одним из немаловажных путей пополнения рисовых почв аммонийным азотом является минерализация биологически фиксированного азота.
В затопленной почве происходят процессы, приводящие к уменьшению содержания подвижного азота: потребление его рисом и сорными растениями, а также поглощение микроорганизмами и почвенной фауной. Азот из почвы также теряется в результате денитрификации, улетучивания аммиака, образования молекулярного азота, вымывания нитратов с фильтрационными и сбросными водами [184].
В 2008 году в почвах, используемых под рис (поле № 4,5,8,9) содержание аммонийного азота весной до посева варьировало от 2,4 до 14,2 мг/кг (табл. 4). Повышенная концентрация NH4+ в почве под рисом, выращиваемом по пласту многолетних трав (поле № 5 и 8) обусловлена заделкой в почву большого количества высокобелковых растительных остатков после люцерны 2-го года жизни, в результате разложения которых происходит высвобождение минерального азота [121].
После уборки риса концентрация NH4+ немного увеличилась, составив в среднем по вариантам 15,7 мг/кг. В почве под суходольными культурами (поле № 1-3,6,7,10) количество аммонийного азота в начале вегетационного периода составляло 3,5 – 9,7 мг/кг, а к осени содержание его увеличилось в среднем в 2 раза.
Увеличение содержания аммонийного азота осенью в почвах под суходольными культурами вероятно связано с минерализацией органических остатков, а в почвах под рисом – с тем, что при анаэробных процессах в затопленной почве азотные соединения сохраняются в форме аммиака, который прочно адсорбируется поверхностью почвенных коллоидов, тогда как нитраты быстро вымываются [44, 45]. В 2009 году в почвах под рисом (поле № 5-10) содержание аммонийного азота весной составляло 10,2 – 37,5 мг/кг, а после уборки риса снизилось в 2-3 раза до 0,04 – 0,62 мг/кг. Это связано с тем, что аммоний, с одной стороны поглощается рисом в течение вегетации, а с другой – окисляется до нитратов после сброса воды с полей [10]. Также уменьшение содержания аммонийного азота в почве может быть результатом биологического связывания минерального обменно-поглощенного азота и частичного его перехода в необменное состояние [125].
В почве под суходольными культурами (поле № 1-4) содержание аммонийного азота изменялось от 8,4 – 27,3 мг/кг весной до 3,3 – 5,1 мг/кг осенью, т.е. уменьшилось почти в 5 раз.
Повышенная концентрация NH4+ весной в почве под рисом по пласту многолетних трав (поле № 10) как уже было отмечено, обусловлена минерализацией высокобелковых растительных остатков люцерны.
Содержание аммонийного азота в почве весной 2010 года варьировало от 0,3 до 10,0 мг/кг. Такие низкие по сравнению с предыдущими годами значения обусловлены тем, что почва была отобрана в апреле до внесения удобрений. Максимальная концентрация изучаемого иона обнаружена в почве под люцерной 2-го года жизни (поле № 4).
Анализ полученных данных, усредненных по полям севооборота выявил закономерное уменьшение содержания NH4+ в почве при повторных посевах риса, что обусловлено снижением в ней запасов свежего органического вещества после заделки пожнивных и корневых остатков люцерны (рис. 2). Наибольшее содержание аммонийного азота было в почве под посевами бобовых культур (люцерна и соя).
Питательные вещества вымываются из почвы с различной интенсивностью, при этом наиболее сильно вымываются нитраты [29, 90].
В 2008 году содержание нитратов в почвах под рисом (поле № 4,5,8,9) в начале вегетационного периода варьировало от 4,2 до 31,8 мг/кг, а после уборки – от 1,2 до 7,7 мг/кг (табл. 5).
В почве под суходольными культурами (поле № 1-3,6,7,10) содержание NO3- весной составляло 4,6 – 19,0 мг/кг, а к осени увеличивалось до 5,9 – 43,3 мг/кг. Это связано с усилением деятельности нитрифицирующих бактерий, в результате которой аммонийный азот превращается в нитраты. Однако в почве, отобранной с полей № 7 и 10 большее содержание нитратов было обнаружено именно весной, что является последствием возделывания многолетних трав.
В 2008 году в среднем по всем точкам отбора содержание нитратов к осени практически не снизилось.
В 2009 году в почвах под рисом (поле № 5-10) содержание нитратов к концу вегетации уменьшилось в среднем по точкам отбора на 66,4 %, составив 4,8 – 6,8 мг/кг. Примерно на столько же (62,9 %) снизилось содержание NO3- в почве под суходольными культурами (поле № 1-4), однако в абсолютном выражении оно было выше, чем в почвах под рисом, составив 14,8 – 17,5 мг/кг.
Процесс нитрификации и накопления нитратов происходит в условиях преобладания окислительных условий. Поверхностное затопление почв или поднятие грунтовых вод вызывает развитие процесса денитрификации (переход нитратов в нитриты) [25]. Перед посевом в результате окислительных реакций содержание нитратов в почве под рисом было больше, чем осенью.
Тенденция к уменьшению содержания нитратов в период от весны к осени была отмечена и в 2010 году. Снижение концентрации ионов NO3-обусловлено также вымыванием их с поливными и фильтрационными водами. По мнению А.К. Бутова и Р.С. Шарифуллина (1977) уже через пять дней после затопления чеков NO3- обнаруживаются в почве в следовых количествах. Уменьшение содержания нитратов после уборки риса отчасти обусловлено потреблением их микроорганизмами в процессе разложения растительных остатков, таких как рисовая солома.
В 2009 году почва под люцерной (поле № 1,3,4) характеризовалась более высоким содержанием нитратов по сравнению с почвой под другими культурами, что связано с накоплением органического вещества в результате выращивания многолетних трав и обогащения почвы азотом в процессе симбиотической азотфиксации.
Умень шение концентрации нитратов в почве под многолетними травами вероятно связано с интенсивным потреблением их произрастающими на этих полях культурами. Снижение в 2 раза накопления нитратного азота на рисовых полях под промежуточными культурами было отмечено и в исследованиях А.К. Бутова и Р.С. Шарифуллина (1977).
По нашим данным в 2009 году содержание нитратов уменьшилось к осени почти в 3 раза.
В 2010 году на поле с люцерной 1 года (поле № 9) отмечено увеличение содержания нитратов к осени, то есть за период ее вегетации произошло накопление органического вещества. По той же причине самым высоким содержанием нитратов весной характеризовалась почва под люцерной 2 года жизни (поле № 4).
В 2010 году в чеках, где 3 год подряд был посеян рис (поле № 5,8) произошло существенное (в 2,5 и 4 раза) увеличение содержания нитратов к осени по сравнению с весенним отбором. Прежде всего это связано с тем, что во время отбора образцов почвы на этих полях уже была запахана стерня и произошло обогащение почвы азотом.
В результате проведенных исследований установлено, что количество нитратов в почве уменьшается при затоплении рисовых чеков и увеличивается при введении в севооборот многолетних трав.
В работе В.П. Кудеярова (1980) отмечается, что почвенные формы фосфатов практически не вымываются и в основном аккумулируются в верхних слоях почвенной толщи. Для условий Калифорнии, например, концентрация фосфатов в почвенном растворе составляет не более 0,2 мг/л, а потери фосфора за счет вымывания под люцерной не превышают 0,08-0,12 кг/га, под рисом – 0,53 кг/га.
Фосфор минеральных удобрений, при заделке их в почву практически не передвигается в ней и прочно фиксируются почвенными коллоидами за счет химического и обменного поглощения [182]. Даже при поверхностном внесении удобрения вымывание фосфора незначительно и не превышает 1 % внесенной дозы. Систематическое внесение фосфорных удобрений приводит к аккумуляции в почве остаточных фосфатов в усвояемой форме, составляющих в среднем 22,6 % от внесенного количества. И все же значительная часть фосфора попадает в водоемы с твердыми почвенными частицами со сбросными и фильтрационными водами.
Динамика содержания азотных соединений
Сами по себе нитраты не представляют особой опасности для здоровья животных и человека, но образующиеся из них в организмах нитриты высокотоксичны [90].
Нитратный азот недостаточно интенсивно включается в органические соединения и накапливается в неизмененном виде в органах растений [34].
Согласно А.Х. Шеуджену с соавт. (2006) скорость накопления нитратов в растениях зависит от освещения, сбалансированности минерального питания, а также от стрессовых факторов. При наименее благоприятных климатических условиях повышается возможность накопления их в растениях нитратов до токсичного уровня от применения высоких норм удобрений.
Нитраты являются ядовитыми веществами для живых существ и, попадая в организм рыб, земноводных и прочих обитателей вод, они аккумулируются в жизненно важных органах в количествах, превышающих летальные дозы, что может вызвать массовую гибель тех или иных представителей водной фауны. Избыточная концентрация нитратов в воде является мощным стимулятором развития различных водорослей, которые для своей жизнедеятельности используют растворенный в воде кислород, вследствие чего угнетаются различные представители зооценоза [148]. В исследованиях П.С. Лозовицкого (2001) показано, что содержание нитратов в днепровской воде оросительного канала было 0,96 ± 0,20 мг/л, а в воде сбросного канала – 1,04 ± 0,12 мг/л.
По данным В.Н. Кудеярова и В.И. Стрекозовой (1976) содержание нитратов в поливной воде в различные периоды вегетации риса составляло 0,35-2,15 мг/л, а в сбросной – 0,26-1,9 мг/л. Они отмечают, что уменьшение температуры и большое количество осадков с одной стороны угнетало микробиологическую деятельность в воде оросительных систем, а с другой – в значительной степени разбавляло воду на всех участках её движения по рисовым системам.
Вода на орошение рисовых полей ФГУЭСП «Красное» подается из р. Кубань. Рисовые оросительные системы дельты р. Кубань являются последним звеном в цепи загрязнителей, и им достается весь объем токсикантов, поступивших в верхнем и среднем течении реки (Караченцев В.В., 2008).
По данным мониторинга представленном Департаментом природных ресурсов в докладе «О состоянии природопользования и об охране окружающей среды Краснодарского края в 2008 году» (2009), вода в створах наблюдения на реках бассейна реки Кубань относилась к третьему и второму классу качества, «умеренно загрязненная» и «чистая».
Нами были анализировали пробы воды, отобранные в начале вегетационного периода в районе Федоровского гидроузла, откуда она поступает на РОС ФГУЭСП «Красное». Вода из р. Кубань уже содержит в своем составе нитраты, но затем при распределении по межкартовым оросителям системы содержание немного уменьшается вследствие того, что картовые оросительные каналы более закрыты, а также по причине потребления азота богатой микрофлорой рисовой системы. Кроме того, на Федоровском гидроузле идет постоянный приток воды с растворенными в ней соединениями из очистных сооружений, стоков заводов, фабрик, сельскохозяйственных полей и т.д. В начале вегетационного периода риса содержание нитратов в воде Фёдоровского гидроузла (составляющее в среднем за 2008-2010 гг. 1,11 мг/л) и магистральном оросительном канале практически не различалась. Так в 2009 году концентрация их в мае составила 1,06 мг/л, тогда как в воде сбросных каналов содержание NO3– было почти в 2-4 раза меньше (прил. 7).
В среднем за период с мая по сентябрь было обнаружено максимальное содержание нитратов в магистральном оросительном канале (1,15 ± 0,182 мг/л), из которого вода, поступившая с Федоровского гидроузла, подается в межкартовые оросители на рисовой системе (табл. 20, рис. 3).
В целом концентрация нитрат-иона в течение всего периода наблюдений была больше в воде оросительных (0,31–1,49 мг/л), нежели сбросных (0,13–0,86 мг/л) каналов. Приведенные данные свидетельствуют о том, что рисовые чеки являются своеобразным фильтром для воды поступающей из р. Кубань.
Аналогичные результаты получены в исследованиях китайских ученых, проведенных на рисовых полях в регионе Тайху [227]. По их данным потери азота с рисовых полей были меньше, чем поступление азота с дождями и поливной водой. Рисовое поле способно очищать от азота поступающие с поверхностным стоком воды с повышенным содержанием азота
Вода сбросного канала у животноводческого комплекса (сброс С-1-1 ) характеризовалась самым высоким (0,72 ± 0,099 мг/л) содержанием нитратов по сравнению с водой других сбросных каналов. Что, по-видимому, обусловлено расположенным в 10 м от канала навозохранилищем, и как следствие смывом экскрементов животных осадками и вымыванием NO3– из почвы.
В работе корейского исследователя Cho Jae-Young (2003) отмечается, что концентрация питательных веществ в воде с рисовых полей значительно повышалась в период применения удобрений, а затем снижалась.
По нашим данным максимальное содержание нитратов во всех изучаемых объектах отмечается в начале вегетационного периода, в мае, в результате внесения предпосевного удобрения и в июне после подкормки, составляя 0,91 ± 0,130 и 0,85 ± 0,088 мг/л соответственно.
Абсолютное содержание нитрат-иона в воде было выше в 2010 году, достигая до 2,17 мг/л, что вероятно связано с более высокими температурами в течение вегетационного периода, способствующими активизации микробиологической деятельности в почве и воде оросительной системы (прил. 1).
Анализ динамики нитратов в среднем за исследуемый период выявил уменьшение их концентрации от начала к концу вегетационного периода, при этом превышения ПДК (45 мг/л) не отмечено ни в одном из объектов. В тоже время варьирование этого показателя по вариантам опыта в течение вегетационного периода было значительным.
Содержание нитритов в воде в районе Федоровского гидроузла в среднем за 3 года исследований составило 0,14 мг/л, превысив в 2-5 раз концентрацию их в оросительных каналах (от 0,03 до 0,07 мг/л), что также свидетельствует о загрязненности поступающей на рисовые чеки воды (табл. 21, рис. 4).
Сравнительный анализ воды в районе Федоровского гидроузла (0,04 мг/л) и оросителей в 2008 и 2010 гг. не выявил существенных различий по содержанию изучаемого соединения (прил. 3, 13), тогда как в 2009 году содержание нитритов в воде Федоровского гидроузла составило – 0,23 мг/л, превысив их концентрацию в оросительных каналах (прил. 8).
В докладе «О состоянии природопользования и об охране окружающей среды Краснодарского края в 2008 году» (2009) к основным загрязняющим веществам природных вод реки Кубань был отнесен азот нитритный, содержание которого доходило до 4,83 ПДК, составляющего 3,3 мг/л.
Урожайность риса и культур рисового севооборота
Периодическая смена окислительно-восстановительных условий и чередование выращиваемых культур, сопряженное с выполнением свойственного им комплекса агротехнических мероприятий оказывает существенное влияние на плодородие почвы и как следствие урожайность риса и культур рисового севооборота.
Основной культурой специализированного рисового севооборота является рис, доля которого составляет от 50 до 75 %. Учитывая активное окисление органического вещества почвы при затоплении, второй по значимости культурой таких севооборотов являются многолетние бобовые травы, чаще всего люцерна. Для создания условий на проведение мелиоративных мероприятий (капитальная планировка, провокационные поливы и т.д.) в севооборотах одно поле отводится под пар, чаще всего занятый раноубираемыми зерновыми, зернобобовыми или крестоцветными культурами [4, 168, 170].
Включение многолетних бобовых трав в севооборот способствует формированию максимальной урожайности риса, с последующим её снижением в повторных посевах риса (табл. 41, прил. 31). Так при выращивании риса второй и третий год подряд, несмотря на внесение увеличенных в 1,2 и 2,4 раза доз азотных удобрений, приводит к достоверному снижению урожайности на 13,9 и 23,6 % соответственно, при этом различия в урожайности риса по обороту пласта и третьего года его возделывания также были статистически значимы. В посевах риса первого и второго года после занятого пара уровень урожайности практически не отличался от такового в посевах второго и третьего года после люцерны.
Более длительное положительное влияние многолетних бобовых трав на урожайность риса, в сравнении с занятым паром, объясняется большим количеством корневых и пожнивных остатков после люцерны (120-160 ц/га сухой массы), при запашке которых в почву поступает 180-250 кг/га белкового азота, а также агромелиоративным эффектом, проявляющимся в понижении уровня грунтовых вод на чеке, улучшении фильтрационной способности почв и фитосанитарной обстановки [170, 185, 187].
На опытных полях урожайность зеленой массы люцерны первого года жизни составила 106 ц/га, а за три укоса второго года жизни – увеличилась в 2,5 раза, позволив в сумме за два года заготовить 108,2 ц/га сена.
Как видно из представленных данных урожайность сопутствующих культур рисового севооборота была не велика, составив 24,0 ц/га для сои и 46,5 ц/га для озимого ячменя.
Не высокие ( 10 %) значения коэффициента вариации свидетельствуют о хорошей выравненности полученных данных и объективности, сделанных на основе их анализа выводов.
Таким образом, выращивание многолетних трав в рисовом севообороте способствует повышению урожайности риса с последующим её уменьшением после нескольких лет непрерывного возделывания риса, при этом увеличение доз вносимых удобрений (в основном азотных) не позволяет компенсировать темпы снижения урожайности.
Наряду с повышением урожайности, большое значение придается качеству зерна. Известно, что урожайность и качество трудно совместить при получении сельскохозяйственной продукции. Зачастую увеличение урожайности сопровождается снижением качества и наоборот. Анализ качества зерна риса выявил отсутствие превышения ПДК тяжелых металлов в зерне риса (табл. 42). Наименьшим содержанием азота, фосфора и калия характеризовалось зерно, полученное при выращивании риса по рису в течение трех лет подряд, а наибольшим – по пласту многолетних трав.
Зерно и крупа риса в опыте характеризовались хорошими технологическими качествами, которые мало зависели от предшественника за исключением содержания белка, значение которого увеличивалось при улучшении азотного питания растений. Полученные данные свидетельствуют о том, что соблюдение технологии возделывания риса позволяет выращивать качественное зерно в любом поле севооборота, а технологические качества крупы в большей степени определяются погодными условиями.