Введение к работе
Актуальность работы. Проблема рационального использования земель, подверженных деградации, является важнейшей в современном сельском хозяйстве. В настоящее время 65 % пашни, 28 % сенокосов и 50 % пастбищ России подвержены почворазрушающим воздействиям (ВНИАЛМИ, 2008). В результате водной эрозии 25 % пашни утратило от 10 до 30 % своего плодородия с ежегодной убылью гумуса 0,62 т/га, что в последние 100 лет снизило его содержание в почве на 30–40 % (НИИСХ ЮВ, 2002).
Регулярное орошение, которым в Саратовской и Волгоградской областях охвачено свыше 600 тыс. га, усиливает ирригационно-эрозионные процессы. Из-за ряда причин, в том числе эрозии, значительно усилилась дегумификация орошаемых почв (ВНИИОЗ, 1999; ВолжНИИГиМ, 2005; НИИСХ ЮВ, 2002).
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.
В таких условиях необходим переход к адаптивно-ландшафтному земледелию во взаимосвязи с природным и микрозональным районированием, рельефом и ландшафтом местности. Рельеф служит основным интегральным показателем для выделения ландшафтных структур с регламентируемым уровнем антропогенной нагрузки: распаханности, мелиорированности, лесистости и др. В адаптивно-ландшафтном земледелии рационально используются не только пахотные земли, но и леса, луга, пастбища, защитные лесные насаждения, мелиоративно-хозяйственные сооружения и др.
Принципиально необходимый этап в изучении эрозионных процессов и приемов защиты почв от эрозии связан с внедрением методов исследований на ландшафтной основе, базисом которых является использование комплексного (системного) подхода, способствующего выработке эффективной тактики и стратегии. Таким системным подходом к защите почв от эрозии является разработка и внедрение противоэрозионного комплекса на ландшафтной основе, включающего в себя организацию земельной территории, агро-, фито-, лесо- и гидромелиоративные мероприятия.
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 (1962, 1979), А.С. Козменко (1963), Г.П. Сурмача (1976, 1992), М.Н. Багрова (1965), Е.С. Павловского (1985, 1994), В.М. Ивонина (1986, 2005), Е.А. Гаршинева (1995), И.Г. Зыкова (2006), М.С. Григорова (1983, 2005), И.П. Кружилина (1998, 2001), А.Т. Барабанова (1993, 2006), В.И. Петрова (2006), К.Н. Кулика (2000, 2006,2008), В.И. Ольгаренко (2001), А.М. Степанова (1987), Н.С. Ерхова (1981), А.И. Шабаева (2003), Б.И. Туктарова (2005), В.М. Кретинина (1990, 2005), А.С. Рулева (2006), А.С. Васильева (1997), А.С. Манаенкова (2006), Е.П. Денисова, Г.А. Медведева (2006), Н.А. Пронько (1999, 2009), П.Н. Проездова (1999, 2008, 2010), М. Кirkbi (1980), L. Маlоnе (1989), С.Уоung and C. Оsborn (1990), W. Wishmeier and D. Smith (1978), Р. Ргоеzdov (1999) и других ученых составляет основу настоящей работы, определяет ее теоретическую и практическую актуальность.
Цель работы – снижение и предотвращение эрозии, плодородия черноземных и каштановых почв на основе комплексной мелиорации земель, направленные на увеличение продуктивности сельскохозяйственных угодий и защитных лесных насаждений.
Задачи исследований:
-
Сформулировать концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных и эрозионноопасных земель с восстановлением их плодородия.
2. Обосновать условия и установить закономерности формирования ирригационной эрозии почв.
3. Изучить влияние эрозии на морфогенетические, агрофизические, биохимические и агрогидрологические свойства почв.
4. Установить динамику потенциального и эффективного плодородия почв при эрозии и мелиорации земель.
5. Разработать приемы агротехнической, химической, полимерной, лесной и гидротехнической мелиорации по защите почв от эрозии.
6. Установить закономерности влияния комплекса лесных и оросительных мелиораций на морфологические, морфогенетические, агрофизические и биохимические свойства почв.
7. Изучить влияние агро-, хемо-, фитомелиоративных мероприятий в системе лесных полос на урожайность и водопотребление сельскохозяйственных культур.
8. Установить закономерности влияния конструкций лесных полос, удобрений и полимеров на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур севооборота с учетом многолетних исследований в условиях различных лет по увлажнению и снежности зим.
9. Выявить закономерности динамики лесоводственно-таксационных показателей древесных пород в лесных полосах в зависимости от лесорастительных условий, орошения, рельефа с определением показателей напряженности роста, конкурентных отношений, жизнеустойчивости и др.
10. Установить эколого-экономическую и энергетическую оценку комплексной мелиорации эродированных земель.
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.
Сформулированы концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных земель с разработкой качественно-количественных нормализованных показателей реализации концепции системного подхода к защите почв от эрозии.
С целью оптимального функционирования агробиогеоценозов в системе противоэрозионных, оросительных и лесных мелиораций разработаны эколого-мелиоративные требования и ограничения на их применение: межполосные расстояния и конструкции лесных полос; нормализованные показатели распаханности, лесистости, мелиорированности; особенности агротехнологий; технология полива дождеванием (допустимая интенсивность дождя; достоковая поливная норма; дискретная подача воды).
В различные по увлажнению вегетационных периодов годы установлены закономерности формирования урожая сельскохозяйственных культур в системе лесных полос различной конструкции и продуктивность древесных пород в условиях орошения и естественного увлажнения.
Установлена эффективность влияния химического структурообразователя в комплексе с щелеванием, приемами горизонтального и вертикального мульчирования, химической мелиорации в системе защитных лесных насаждений разных конструкций на урожайность сельскохозяйственных культур, ирригационную эрозию, водно-физические, биохимические свойства почв в условиях орошения и естественного увлажнения.
Введена новая терминология – лесооросительные мелиорации – улучшение поливаемыми защитными лесными насаждениями орошаемых земель с использованием древесными породами фильтрационных, грунтовых, сбросных и иных вод. Это позволило обосновать на основе закономерностей хода роста древесных пород расстояния между поливаемыми лесными полосами с установлением конструкции и ассортимента древесно-кустарниковой растительности на орошаемых землях.
Научные положения, выносимые на защиту:
Аналитико- эмпирические:
1. Закономерности формирования эрозии почв с учетом ударного воздействия дождевых капель, применения систем удобрений и мелиоративных приемов.
2. Критерии реализации концепции системного подхода к защите почв от деградации и эрозии.
3. Закономерности влияния комплексной мелиорации на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур с учетом многолетних исследований в условиях различных по увлажнению лет и снежности зим.
Прикладные:
4. Нормативы снижения стока и эрозии почв противоэрозионными приемами.
5. Фито-, лесо- и биомелиоративные приемы сохранения и повышения плодородия почв.
6. Приемы агротехники, химической, полимерной, лесной и гидротехнической мелиорации по защите почв от эрозии.
7. Почво- и водосберегающие технологии возделывания, урожайность и водопотребление сельскохозяйственных культур под влиянием оросительных, химических и лесных мелиораций.
Практическая значимость работы. Теоретические разработки позволяют решать ряд научно-прикладных задач, связанных с повышением эффективности систем противоэрозионных, оросительных и лесных мелиораций.
Разработанные агро-, фито-, лесо- и гидромелиоративные приемы на ландшафтной основе используются в комплексных проектах противоэрозионных мероприятий, землеустройства и оросительно-обводнительных систем: в колхозе им. Ленина на 9 тыс. га, в т.ч. на 700 га орошаемых земель, СХА «Звезда» на 400 га Балашовского района; в АО «Березовское» на 350 га Энгельсского района Саратовской области. Акты экономической эффективности внедренных проектов приведены в приложении диссертационной работы.
Материалы диссертации представлены в монографии «Агролесомелиорация» (Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2008. – 676 с.) и учебном пособии «Противоэрозионная организация территории» (гриф УМО. Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007. – 420 с.).
Апробация работы. Основные теоретические положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова в 1995–2010 гг., на международных конференциях Саратовского ГАУ им. Н. И. Вавилова «Вавиловские чтения» в 2004–2010 гг. и на конференциях различных уровней в городах Саратов(1997, 1998, 2005, 2007), Волгоград (1998, 2004, 2008), Воронеж (2005), Барнаул (2005), София (Болгария) (2008), Прага (Чехия) (2008), Пшемысль (Польша) (2008), Йошкар-Ола (2009), Москва (2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 52 научные работы объемом 64,4 п.л. (15 п.л. лично автора), в том числе 11 научных работ объемом 3,3 п.л. (0,9 п.л. лично автора) в изданиях по списку ВАК и одна коллективная монография «Агролесомелиорация», Саратов, 2008, 50 п.л. (авторские – 8 п.л.).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 321 странице компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству, включает в себя 8 таблиц, 112 рисунков, список литературы из 324 наименований, в том числе 13 иностранных. Приложения представлены на 229 стр., с 96 рисунками и 161 таблицей.
Исследования в 1995–2009 гг. проведены самостоятельно и при научном консультировании теоретических основ работы профессором П.Н. Проездовым. В исследованиях участвовали В.Г. Попов, О.А. Аверьянов, А.В.Карпушкин, Л.В. Кузнецова, Е.В. Панюхина, В.А. Манжай. Значительную помощь в проведении исследований оказали сотрудники Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова доценты С.А.Сысоев и А.И. Разаренов.
Всем им автор выражает искреннюю благодарность.
