Содержание к диссертации
Введение
1. Объекты, условия и методика исследований 9
1.1. Природные условия объектов исследований 9
1.2. Методика исследований 15
2. Концептуальные основы противоэрозионных мелиорации и адаптивно-ландшафтное обустройство орошаемых земель 25
2.1. Генетическая классификация водной эрозии почв 25
2.2. Закономерности проявления ирригационной эрозии почв 29
2.3. Допустимая поливная норма 33
2.4. Теоретическое обоснование противоэрозионных мелиорации земель 39
2.5. Адаптивно-ландшафтное обустройство орошаемых земель 41
3. Формирование ирригационной эрозии и ее влияние на свойства почв .46
3.1. Капельная эрозия 46
3.2. Ливневая поверхностная эрозия 57
3.3. Противоэрозионная стойкость почвы 63
3.4. Агрофизические свойства почв в связи с ирригационной эрозией ...70
3.4.1. Структурно-агрегатный состав 70
3.4.2. Строение пахотного слоя 80
3.4.3. Водный режим почв 88
3.4.4. Эрозионная опасность дождя 91
3.4.5. Сток и смыв почвы 107
4. Снижение потенциального и эффективного плодородия при ирригационной эрозии почв 125
4.1. Гумус 125
4.2. Макроэлементы 135
4.3. Микроэлементы 143
5. Приемы агротехники и полимерной мелиорации по защите почв от ирригационной эрозии 152
5.1. Режим орошения- основы защиты почв от ирригационной эрозии.152
5.2. Щелевание и мульчирование - эффективные приемы защиты почв от ирригационной эрозии 157
5.3. Полимерная мелиорация - эффективный прием повышения противоэрозионной устойчивости почв 177
5.3.1. Химические свойства полимера-структурообразователя и характер взаимодействия его с почвенными частицами 177
5.3.2. Влияние полимерной мелиорации на ирригационную эрозию 180
5.3.3. Экологические последствия применения химического структурообразователя 201
5.3.3.3.1 Влияние химического структурообразователя на микробиологическую активность почвы 201
5.3.3.2. Показатели экологического безопасного орошения дождеванием.. 205
6. Почво- и водосберегающие технологии возделывания, урожайность и водопотребление культур севооборота 208
6.1. Влияние щелевания, мульчирования и полимерной мелиорации на урожайность культур севооборота в степи Донской равнины 208
6.2. Влияние дождевальной техники, поливной нормы, удобрений и рельефа на урожайность силосной массы кукурузы в сухостепном Заволжье.214
6.3. Почво- и водосберегающие технологии возделывания и водопотребление культур севооборота 221
6.3.1. Почво- и водосберегающие технологии возделывания кукурузы на силос в зависимости от рельефа, поливной техники и норм полива..221
6.3.2. Водосберегающая оценка и затраты питательных веществ при применении систем удобрений и мелиоративных приемов на посевах кукурузы.227
6.3.3. Мелиоративные и агрохимические приемы экологически безопасного орошения дождеванием 233
7. Агролесомелиорация орошаемых земель 242
7.1. Почвоулучшающая роль лесных полос на орошаемых землях 243
7.1.1. Морфология темно-каштановых почв на орошаемых землях 243
7.1.2. Влияние лесных полос на агрофизические свойства темно-каштановых почв 247
7.1.3. Биохимические свойства темно-каштановых почв под влиянием лесных полос : 271
7.2. Воздействие лесных полос на урожайность и водопотребление культур севооборота 275
7.3. Многолетнее воздействие лесооросительных мелиорации на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур...278
8. Эколого-экономическая и энергетическая оценка противоэрозионных мелиорации 287
Общие выводы 302
Предложения производству 308
Список литературы 310
Приложения 345
Акты внедрения 346
- Природные условия объектов исследований
- Закономерности проявления ирригационной эрозии почв
- Агрофизические свойства почв в связи с ирригационной эрозией
- Микроэлементы
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема охраны и рационального использования земель, подверженных деградации, является важнейшей в современном сельском хозяйстве. В России подвержено эрозии 124 млн. га сельскохозяйственных угодий, что составляет 56%, в том числе 87 млн. га пашни с ежегодным недобором продукции около 20 млн. т к.е. Потери гумуса в результате деградации черноземных и каштановых почв за последние 20 лет в условиях естественного увлажнения и орошения составили 0,2-0,8%, или в удельном весе - 8-13% от исходной величины.
Тенденция увеличения деградированных орошаемых земель обусловлена применением несовершенной дождевальной техники и грузных поливных норм, сбросом оросительных вод, несовершенством эксплуатации или отсутствием гидромелиоративных и лесных объектов и др.
Продолжение идей и разработок системного подхода в борьбе с засухой и деградацией земель В.В. Докучаева (1953), Г.Н. Высоцкого (1952), А.Н. Костякова (1960), И.А. Кузника (1979), Г.П. Сурмача (1992), М.н. Багрова (1965), Е.С. Павловского (1994), М.С. Григорова (1983, 2005), И.П. Кружилина (1998, 2001), А.Т. Барабанова (1993, 2005), В.И. Петрова (2005), К.Н. Кулика (2000, 2005), В.И. Ольгаренко (2001), Ю.П. Полякова (1981), A.M. Степанова (1987), Н.С. Ерхова (1981), А.И. Шабаева (2003), В.М. Кретинина (1990, 2005), Е.Н. Кузина (2003), П.Н. Проездова (1999, 2006), М. Kirkbi (1980), L. Malone (1989), С. Young and С. Osborn (1990), W. Wishmeier and D. Smith (1978), P. Proezdov (1999) и др. составляет основу настоящей работы, определяет ее теоретическую и практическую актуальность.
Цель работы — теоретическое обоснование и экспериментальная оценка приемов комплексной мелиорации эродированных орошаемых земель, направленные на повышение плодородия и продуктивности пашни.
Задачи исследований:
1. Сформулировать концептуальные основы адаптивно-
ландшафтного обустройства эродированных и эрозионноопас-
ных орошаемых земель с восстановлением их плодородия.
-
Установить закономерности формирования ирригационной эрозии почв.
-
Изучить влияние эрозии на морфогенетические, агрофизические, физико-химические и биохимические свойства почв.
-
Установить снижение потенциального и эффективного плодородия при ирригационной эрозии почв.
-
Разработать приемы агротехники, полимерной и химической мелиорации по защите почв от эрозии и режим орошения с эрозионно-безопасными нормами полива.
-
Установить закономерности влияния лесооросительных мелиорации на морфогенетические, агрофизические и биохимические свойства почв.
-
Изучить влияние агро-, фито-, лесомелиоративных мероприятий на урожайность и водопотребление культур севооборота.
-
Установить закономерности многолетнего воздействия лесооросительных мелиорации на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур.
-
Дать эколого-экономическую и энергетическую оценку системе противоэрозионных мелиорации.
Научная новизна. Уточнены закономерности формирования капельной и ливневой поверхностной эрозии почв с учетом ударного воздействия дождевых капель, вызывающего взмучивание и аэрирование потоков воды и разрушающего почвенные внутри- и межагрегатные связи. Эмпирическое уравнение поверхностной эрозии уточнено с введением коэффициента шероховатости по Базену.
Сформулированы концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных орошаемых земель с разработкой качественно-количественных нормализо-
ванных показателей реализации концепции системного подхода к защите почв от эрозии.
С целью оптимального функционирования агробиогеоце-нозов в системе противоэрозионных, оросительных и лесных мелиорации разработаны эколого-мелиоративные требования и ограничения на их применение: межполосные расстояния и конструкции лесных полос; нормализованные показатели рас-паханности, лесистости, мелиорированности; особенности аг-ротехнологий; режим орошения, технология и техника полива дождеванием (допустимая интенсивность дождя; достоковая поливная норма; дискретная подача воды; возможность, эффективность, равномерность и качество полива).
Для улучшения эксплуатации оросительных систем разработаны фитомелиоративные приемы сохранения и повышения плодородия почв при выращивании адаптивных высокопродуктивных кормовых культур в составе севооборотов.
В различные по степени увлажненности теплого периода годы установлены закономерности формирования урожая сельскохозяйственных культур в системе лесных полос и продуктивность древесных пород в условиях орошения.
Научные положения, выносимые на защиту.
Теоретические:
-
Концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных и эрозионноопасных орошаемых земель.
-
Закономерности формирования капельной и ливневой поверхностной эрозии с учетом ударного воздействия дождевых капель и применения систем удобрений и мелиоративных приемов.
-
Критерии и качественно-количественные оценочные параметры реализации концепции системного подхода к защите почв от деградации и эрозии.
-
Закономерности влияния лесооросительных мелиорации на экологические факторы среды, урожайность и водопотреб-ление культур.
Прикладные:
-
Нормативы снижения стока и эрозии противоэрозион-ными приемами.
-
Фито- и биомелиоративные приемы сохранения и повышения плодородия почв.
-
Приемы агротехники, полимерной и химической мелиорации по защите почв от эрозии.
-
Почво-, водосберегающие технологии возделывания, урожайность и водопотребление культур почвозащитных кормовых севооборотов.
-
Почвоулучшающая роль лесных полос на орошаемых землях.
10. Эколого-экономическая и энергетическая оценка про-
тивоэрозионных мелиорации.
Практическая значимость работы. Теоретические разработки позволяют решать ряд научно-прикладных задач, связанных с повышением эффективности систем противоэрози-онных оросительных и лесных мелиорации.
Разработанные агро-, фито-, лесо- и гидромелиоративные мероприятия на ландшафтное основе используются в проектах землеустройства и оросительно-обводнительных систем: в колхозе им. Ленина на 700 га, в АО «Березовское» на 350 га и АО «Поляковское» на 800 га соостветственно Балашовского, Энгельсского и Марксовского районов Саратовской области.
Материалы диссертации представлены в учебных пособиях: «Агроэкологические основы орошения. Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2000. - 88 с.» и «Сельскохозяйственная экология. Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2001.-236 с».
Результаты исследований использованы при разработке альбома «Ирригационная эрозия в Заволжье», удостоенного серебряной медалью ВДНХ СССР (Москва, 1990 г.) и предоставлялись ВНИИЗиЗПЭ (Курск), ВНИАЛМИ (Волгоград), НИИСХ Юго-Востока (Саратов), МГУ (Москва), ВНИИГиМ (Москва). ВолжНИИГиМ (г. Энгельс).
Апробация работы. Основные теоретические положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова в 1988-2006 гг. и на конференциях различных уровней в городах: Москва (1989, 1990), Волгоград (1990, 2004, 2005), Нижний Новгород (1991), Алма-Ата (1991), Тольятти (1993), Пенза (2002), Барнаул (2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 41 научная работа объемом 24,5 п.л. (15,5 п.л. лично автора), в том числе две монографии: «Орошай не разрушая», Саратов, 1992, 5,5 пл. и «Ирригационная эрозия и борьба с ней в степи Поволжья», Саратов, 2003, 9,0 пд., три коллективные монографии (Санкт-Петербург, 1993; Саратов, 2000; Саратов, 2001).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 309 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 8 разделов, выводов и предложений производству, включает 87 таблиц, 81 рисунок, список литературы из 402 наименований, в том числе 40 иностранных.
Природные условия объектов исследований
Объекты исследований расположены на территории степной зоны с черноземами обыкновенными восточной части Низкой Донской равнины (рис. 1.1) - колхоз им. Ленина Балашовского района Саратовской области и темно-каштановыми почвами сухостепного Заволжья (рис. 1.2) - ОПХ ВолжНИИГиМ и АО «Новое» (бывшее учебно-опытное хозяйство Саратовского СХИ им. Н.И. Вавилова) Энгельсского района. Климат расположения объектов исследований - засушливо-континентальный. По данным метеостанции Балашов (Пады), норма осадков сотавляет 417 мм, норма температуры 4,9 С, а метеостанции Энгельс (ВолжНИИГиМ) - 322 мм и 5,3 С соответственно. Основные почвенно-гидрологические константы (гигроскопичность, наименьшая влагоемкость) постепенно снижаются вглубь по почвенному профилю. Плотность почвы возрастает по глубине, порозность уменьшается (табл. 1.1). Почвы орошаемых участков АО «Новое» (бывший учхоз СХИ) и ОПХ ВолжНИИГиМ - темно-каштановые слабосмытые, слабосолонцеватые, от тяжелосуглинистого до легкоглинистого гранулометрического состава, сформированные на суглинках и глинах. Слабоминерализованные грунтовые воды залегают в песках на глубине 15-20 м. Изменения водно-физических свойств почвогрунтов по почвенному профилю идентичны черноземам (см. табл. 1.1). Земли колхоза им. Ленина Балашовского района Саратовской области расположены в северо-восточной части Низкой Донской равнины и примыкают к р.
Хопер - крупному притоку р. Дон. Почвенный покров участков орошения (см. рис. 1.1) представлен тяжелосуглинистыми и легкоглинистыми, не засоленными, слабо- и среднесмытыми обыкновенными черноземами. Материнские почвообразующие породы - не засоленные суглинки и глины (прил. 1, 2). Порозность почв уменьшается с глубиной до 51 % с одновременным увеличением плотности до 1,25 г/см (см. табл. 1.1). Глубина залегания пресных грунтовых вод составляет 15-20 м. Геоморфологические и почвенные характеристики опытных орошаемых участков Балашовского и Энгельсского районов Саратовской области приведены на основании исследований, проведенных нами совместно с ВолжНИИГиМ, НИИСХ Юго-Востока и кафедрой агрохимии и почвоведения Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова [64, 89,188, 261,263, 268, 320]. На основании геоморфологических, почвенно-мелиоративных, гидрогеологических материалов исследований на орошаемых эродированных землях степи Поволжья (на примере Саратовской области) выполнено следующее: 1) обосновано размещение систем защитных лесных насаждений как экологического каркаса агроландшафта; 2) дана оценка эколого-мелиоративной роли размещения сельскохозяйственных культур и почвозащитных оборотов; 3) установлены эмпирические зависимости ирригационной эрозии почв от факторов, ее обусловливающих (водно-физических свойств почв, водопрочности почвенных агрегатов и др.); 4) разработан экологически направленный режим орошения сельскохозяйственных культур при поливе дождеванием с установлением допустимой интенсивности дождя и допустимой (достоковой) поливной нормы. Методологической основой исследований послужила система методов, используемых в почвоведении, земледелии, гидрологии, агролесомелиорации, гидромелиорации и др. Полевые многолетние и краткосрочные, модельные и лабораторные опыты выполнялись по рекомендациям РАСХН, 1971 [227], 1983 [220], ведущих НИИ и вузов России: ВНИАЛМИ, 1973 [282], 1985 [214], ГГИ, 1975 [222],1979 [137], 1981 [136], 1991 [221]; МГУ, 1982 [213]; ВНИИГиМ, 1978 [218]; ВНИИОЗ, 1983 [215]; ВНИИЗиЗПЭ, 1985 [223]; НИИСХ ЮВ, 1973 [283] и методикам Д.Л. Арманда, 1961 [14], А.Ф. Вадюниной, 1988 [47], П.В. Вершинина, 1964 [50], Д.Г. Виленского, 1939 [54], Г.Н. Высоцкого [66], В.Б. Гусака, 1945 [88], Б. А. Доспехова, 1985 [102], А.В. Караушева, 1977 [149], Н.А. Качинского, 1970 [152], А.Н. Костякова, 1960 [173], М.С. Кузнецова, 1981 [181], И.А. Кузника, 1962 [186], 1979 [188], А. Кульмана, 1982 [194], Г.А. Ларионова, 1993 [195], М.И. Львовича, 1963 [203], Ц.И. Мирцхулавы, 1970 [229], Я.И. Потапенко, 1971 [260], И.Б. Ревута, 960 [279], А.А. Роде, 1965 [286], 1969 [286], Г.П. Сурмача, 1976 [307], 1992 [308], Н.И. Суса, 1949 [309], # С.И.Харченко, 1975 [326], А.И. Шабаева, 2003 [342], Г.И. Швеба, 1974 [347], 1989 [349], M.Al-Durrah, 1981 [364], Y. Fiedler, 11973 [377], М. Kirkbi, 1980 [383], L. Malone, 1989 [386], W. Wishmeier, D. Smiht, 1958 [398], [399]. Опыты сопровождались сопутствующими наблюдениями за свойствами почв, вод, растений, элементами водного баланса и эрозией почв, формированием урожая культур севооборота, обследованием и исследованием лесных полос, определением эколого-экономической и энергетической эффективности исследований.
Закономерности проявления ирригационной эрозии почв
Согласно генетической классификации эрозии почв, при дождевании склоновых земель различаются: капельная эрозия (без образования микропотоков воды) и ливневая поверхностная эрозия, при определенной концентрации микропотоков которой проявляется линейная (овражная) эрозия. Наблюдения и исследования показали, что действие капель дождя и энергия стекающего потока одинаково значимы в процессе отрыва и переноса частиц почвы [79, 84, 106, 107, 127, 173, 183, 184, 229, 236, 267, 268, 272, 276, 346,349,354,386,391,397]. Ц.Е. Мирцхулава [229] определяет зависимость капельной эрозии (эрозии разбрызгивания) от интенсивности дождя, скорости падения и размера дождевых капель, уклона и других показателей (после некоторых преобразований): где q - капельная эрозия, т/га; j - объемная масса почвы в состоянии водонасыщения, т/м ; і - интенсивность дождя, м/с; Vc - скорость падения дождевых капель, м/с; t - время выпадения дождя, с; J - уклон; DK - средний размер капель дождя, мм; ёд - допускаемый рзмер капель, мм; VCJKm -допускаемая скорость падения дождевых капель, м/с. Допускаемая скорость падения дождевых капель, по мнению автора, зависит от силы сцепления грунта в состоянии полного водонасыщения и уменьшения такого сцепления за счет сил трения. Г.И. Швебс [347] приводит эмпирическую зависимость расхода наносов, где показывает отдельным сомножителем значение капельной эрозии: где R - расход наносов, г/с на 1 м ширины склона; d - средняя крупность наносов, мм; определяется по Н.И. Савинову; V - скорость микропотока воды, см/с; V - энергетический параметр; V0 - начальное значение энергетического параметра, при котором происходит смыв. Г.И. Швебс определяет значение энергетического параметра зависимостью где А - коэффициент, учитывающий предохраняющую роль растительности.
Начальное значение энергетического параметра определено зависимостью где Са - параметр, учитывающий подстилающую поверхность. Значение «(V / Vo - 1) » в формуле (2.3) определяет капельную эрозию (эрозию разбрызгивания), а «0,0017dV» - ливневую поверхностную эрозию. В.Я. Григорьев [82] приводит формулу, отражающую интенсивность совместной эрозионной работы дождевых капель и потоков воды: где dB - средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов, мм; Кр -коэффициент однородности ручейков по скорости; Vp - средняя скорость ручейков, VK - критическая скорость микропотока для данной почвы при известной энергии капель дождя, м/с. Исследования, проведенные на черноземах и каштановых почвах Нижнего Поволжья, в полевых условиях и моделях (дождевальных установках), позволили установить эмпирическую зависимость капельной эрозии от факторов, ее определяющих [268, 276]: где RK3 - капельная эрозия, г/с-м, определяет расход разбрызгиваемых частиц почвы на 1 м ширины захвата дождевальной машины (ДМ); Код5 - критерий водопрочности почвенных агрегатов; 0 Ко,25 1» пг- параметр, учитывающий тип почвы, ее гранулометрический состав, пг = 2,0-3,5; Ар - коэффициент, учитывающий предохраняющую роль растительности и противоэрозионных приемов.
Определяется по графикам (раздел 5); 0 Ар 1; Aj - коэффициент, учитывающий интенсивность дождя. Изменяется от 1,0 до 3,8. При і 0,2 мм/мин Aj = 1,0; при і = 0,3 мм/мин Aj = 1,5; Aj - коэффициент, учитывающий влияние клона на капельную эрозию. При] 0,01 Aj = 1,0; при j= 0,05 Aj = 1,5; є - основание натурального логарифма, е0 551 - параметр, учитывающий ударное воздействие дождевых капель. Критерий водопрочности определен нами по зависимости [268, 276]: где числитель и знаменатель дроби соответственно сумма агрегатов размером более 0,25 мм при мокром и сухом просеивании почвы, %. Капельная эрозия изменяется в течение полива: сначала она возрастает до образования луж и микропотоков, а затем снижается и прекращается с появлением сплошного слоя воды. Зависимость капельной эрозии от продолжительности полива описывается уравнением параболы: где С, В, А - коэффициенты; Т - продолжительность проявления капельной эрозии. Капельная эрозия зависит от влажности почвы.
Начало разбрызгивания отмечено при влажности почвы около 55-60% НВ, максимум капельной эрозии наблюдается при влажности почвы около 90-110% НВ, затем разбрызгивание частиц почвы резко снижалось из-за образования луж и микропотоков воды. Отмечено, что от полива к поливу на посевах кукурузы капельная эрозия снижется за счет увеличения степени покрытия почвы растительностью. Гребни и микроповышения после культивации способствуют «грязевому кипению воды» - поднимаемые каплями дождя частицы почвы участвуют в эрозионном процессе, придавая движению микропотоков воды турбулентный и бурный характер. Щелевание посевов культур способствовало увеличению разбрызгиваемых частиц, но значительно снижало ливневую поверхностную эрозию. Уменьшая водопрочность почвенных агрегатов (частиц менее 0,25 мм становится больше), капельная эрозия способствует усилению ливневой поверхностной эрозии, которая достигает максимума в коне полива.
Агрофизические свойства почв в связи с ирригационной эрозией
Агрофизические свойства почвы являются одним из важных факторов, определяющих формирование ирригационной эрозии почвы при поливах дождевание. Общепризнанно, что орошение вызывает снижение окислительно-восстановительного потенциала, повышает дисперсность почвенной массы, ухудшает структуру, увеличивает подвижность гумусовых веществ, что вызывает заплывание поверхности почвы, образование корки, формирование твердого и жидкого стоков. Прогнозирование почвенных процессов позволяет своевременно принимать меры, предотвращающие деградацию почв, и определять пути управления устойчивостью почвы.
Из агрофизических свойств почвы нами подробно изучены структурно-агрегатный состав и строение пахотного слоя почвы.
Почвенная структура играет важную роль в динамике водно-воздушного режима почвы. В сельскохозяйственном отношении первостепенное значение имеют агрегаты с диаметром от 0,25 до 10 мм (И.Н. Антипов-Каратаев и др., 1955, 1948; Н.А. Качинский, 1965; И.Б, Ревут, 1960, 1973). Большое значение в регулировании водного режима придавали структуре почв В.Р. Вильяме (1949) и П.А. Костычев (1951). От нее зависит устойчивость сложения почв, порозность, аэрация, водопроницаемость, что в значительной мере определяет величины твердого и жидкого стоков.
Наиболее существенное влияние структура почвы оказывает на ее плотность, а также на поровое пространство, т.е. на объем пор и распределение их по размерам. В первом приближении об этом можно судить по данным лабораторного модельного опыта (прил. 5).
Чем меньше диаметр почвенных частиц, тем выше объемная масса почвы и ниже ее общая порозность, причем в общем объеме пор большую часть занимает капиллярная скважность. В связи с этим газо- и воздухообмен в таких почвах начинается тогда, когда они достаточно иссушены и в них на хватает влаги для активной жизнедеятельности микрофлоры и развития растений. Высокая рыхлость почвы, улучшая доступ воздуха, способствует ухудшению водного режима.
Динамичность в содержании структурных агрегатов почвы связана с процессами образования и их разрушения в пахотном слое. ,
В общем виде факторы, обусловливающие образование структурных агрегатов, классифицируются следующим образом: 1) факторы биогенного происхождения (корневые системы растений, роющие и копающие животные, дождевые черви); 2) Факторы климатического характера (увлажнение, смена температур, замораживание и оттаивание почвы и др.); 3) деятельность человека, связанная с механической обработкой, орошением и другими приемами воздействия на почву.
Существенным качественным признаком почвенной комковатой структуры является ее прочность. Важное производственное значение прочности было установлено еще в конце 19-го в. П.А. Костычевым, который писал: «Если почва может образовывать комки или принимать комковатую структуру, то с хозяйственной точки зрения весьма важно знать, как долго может сохраняться эта структура при хозяйственных и естественных условиях данной почвы, или, другими словами, важно знать, насколько прочна эта структура». Он назвал прочностью комков «их способность противостоять размывающему действию воды». Данное определение было затем повторено В.Р. Вильямсом и прочно укрепилось в науке.
Высокая прочность структуры имеет особое значение на орошаемых землях. При наличии хорошей водопрочной структуры предупреждается вторичное засоление, полностью используются атмосферные осадки и оросительная вода, уменьшается возможность образования корки, снижается ирригационная эрозия.
Следует отметить, что при возделывании сельскохозяйственных культур данных по динамике водопрочной структуры на темно-каштановых орошаемых почвах в зависимости от системы удобрений, количества и интенсивности дождя почти нет, что и определило направленность наших исследований. Они показали, что структурное состояние пахотного и подпахотных горизонтов темно-каштановой слабосолонцеватой почвы характеризуется очень высокой динамичностью. Относительное содержание глыбистых (более 10 мм) и пылеватых (менее 025 мм) фракций по годам колеблется от 21 до 77 %.
При изучении влияния различных норм полива кукурузы ДДА-100МА на структурный состав пахотного слоя почвы установлено, что глыбистость и распыленность его находятся в тесной зависимости от объема воды (табл. 3.4).
Если при малых поливных нормах (200 и 400 м3/га) глыбистость пахотного слоя почти не превышала 29%, то при 600 м3/га она достигала 44, а при800м3/га-50%.
Распыленность почвы по мере увеличения поливной нормы от 200 до 800 м /га усилилась от 2,18 до 4,83 при 2,04 % на контроле.
Количество агрономически ценных агрегатов 0,25-10 мм на контроле и вариантах дождевания малыми поливными нормами равнялось 67-70, а средней и высокой 45-52 %, что позволяет оценить структурное состояние в первом случае как хорошее, а во втором как удовлетворительное.
Изменение размера почвенных агрегатов от ударного воздействия дождевых капель проводилось нами также под дождем различной интенсивности и различных агротехнических характеристик (табл. 3.5).
Микроэлементы
В настоящее время все большее внимание уделяется сбалансированному питанию растений, включающему в себя необходимые макро- и микроэлементы. Сведения о потерях микроэлементов в результате ирригационной эрозии почв единичны, а в условиях Поволжья отсутствуют, что побудило нас уделить серьезное внимание данному вопросу.
Необходимость этого мероприятия усиливалась тем, что при малом содержании биологических объектах микроэлементы выполняют важную роль в питании растений, а через них благотворно воздействуют на организм животных и человека. При избыточных концентрациях они, как и все тяжелые металлы, оказывают сильное токсическое воздействие на живые организмы, и поэтому нужен постоянный контроль за их содержанием в почвах, водах, растениях и продуктах животного и растительного происхождения.
Учение о микроэлементах является ордним из крупных достижений современной сельскохозяйственной науки. Существенный вклад в его разработку внесли М.Я. Школьник (1974), В.А. Ковда (1959), Г.Н. Попов (1984) и др.
В настоящее время проблема микроэлементов приобрела общебиологическое значение и с каждым годом вызывает все возрастающий интерес у многих специалистов в области как прикладных, так и фундаментальных наук. Особенно большое внимание ей уделяется в связи с активной разработкой учения и биосфере и охране окружающей среды (В.И. Вернадский, 1934; В. В. Ковальский, 1974).
Сельское хозяйство в перспективе будет испытывать большую потребность в микроэлементах. Прежде всего это связано с увеличением производства сложных и концентрированных удобрений, которые в отличие от простых не содержат примесей микроэлементов. Кроме того, под влиянием азотных, фосфорных и калийных удобрений заметно повышается урожай основных полевых культур, что ведет к увеличению выноса всех элементов питания и усиливает потребность в микроудобрениях. Этому же способствует прогрессивная технология возделывания сельскохозяйственных культур с использованием интенсивных методов, орошение, внедрение высокопродуктивных сортов, расширение посевов технических и овощных культур, использование передовых приемов защиты растений от сорняков, болезней и вредителей и другие мероприятия, повышающие урожай, а следовательно, и вынос микроэлементов.
Учение о микроэлементах стало разрабатываться только во второй половине 20-го века, и поэтому многие вопросы этого научного направления до сих пор остаются слабо освещенными.
Ни изучено, в частности, поведение микроэлементов в условиях орошения при формировании ирригационной эрозии почв.
Особая ценность тонкой, илистой фракции почв побудила нас исследовать в ней содержание микроэлементов в сравнении с почвой в целом. По нашим данным, в илистой фракции темно-каштановой почвы накапливаются значительные количества катионов: меди, кобальта, цинка и марганца (прил. 41). Эти элементы аккумулируются во фракции воднопептизируемого ила в концентрациях, превышающих почву в 1,6-3,0 раза. Анионы микроэлементов (бор и молибден) сосредоточиваются в почвенных коллоидах в меньших количествах.
Объяснение полученным данным мы находим в работе В.А. Ковды с сотрудниками (1959). Почва является полидисперсной системой частиц, которые в большинстве своем несут отрицательный заряд. Поэтому поглощение почвенными коллоидами анионов микроэлементов (бор, молибден) выражено очень слабо. Катионы микроэлементов (медь, кобальт, цинк и марганец) входят в состав кристаллической решетки вторичных глинных минералов. Кроме того, в результате изоморфного замещения возможно поглощение их из почвенного раствора на правах обменных катионов.
Однако подвижные формы анионов, в частности бор, способны концентрироваться в воднопептизируемом иле, что, очевидно, связано с их высокой гумусностью. Роль органического удобрения в определении уровня концентрации является бесспорной. В почвенных коллоидах содержание водорастворимого бора по сравнению с самой почвой увеличивалось в 2,5-5,0 раз. Повышенное содержание отдельных микроэлементов в почвенных коллоидах убедительно подчеркивает роль гумуса и механического состава в определении содержания микроэлементов в почвах.
Высокая поглотительная способность почвенных коллоидов (частиц меньше 0,00025 до 0,001 мм), способствующая повышенному накоплению в них микро- и макроэлементов, обусловлена несколькими причинами. Прежде всего, установлена прямая связь между степенью дисперсности почвенных частиц и их адсорбирующей способностью. В тонкодисперсных фракциях снижаются миграция и вынос микроэлементов, происходит их накопление. И наоборот, во фракциях песка и грубой пыли, отличающихся более низкой поглотительной способностью, миграция микроэлементов по почвенному профилю и за его пределы заметно усиливается. Кроме того, частицы различного размера обладают неодинаковой минералогической основой. Минералы глин, как известно, характеризуются небольшой поглотительной способностью и максимальной аккумуляцией микроэлементов, что также приводит к повышенному накоплению их в тонкой илистой фракции. Наконец, воднопептизируемый ил характеризуется максимальным содержанием гумуса, который, бесспорно, является одним из самых мощных факторов поглотительной способности почв.
Похожие диссертации на Мелиорация эродированных земель в степных агроландшафтах Поволжья
