Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы. 11
1.1. Современное состояние земельных ресурсов Российской Федерации и перспективы их рационального использования. 11
1.3. Научные основы размещения и устройства севооборотов при организации рационального природосберегающего использования земель . 24
1.4. Продуктивность севооборотов в зависимости от особенности организации территории и их параметров. 29
1.5. Определение оптимальных параметров полей севооборота в зависимости от эродированности почв. 35
1.6. Влияние орошения склоновых земель на смыв почв и их плодородие. 46
1.7. Изменение урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от биоклиматического потенциала. 50
ГЛАВА II. Условия, объекты и методика исследований. 57
2.1. Природно-климатические условия районов исследований. 57
2.1.1. Рязанская область. 57
2.1.2. Белгородская область. 60
2.1.3. Краснодарский край. 62
2.2. Объекты исследований. 65
2.3. Методика исследований. 69
2.4. Агротехника в опытах. 72
ГЛАВА III. Влияние противоэрозионных обработок на свойства, плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур . 74
3.1. Изменение водно-физических свойств почв. 74
3.2. Структурно-агрегатный состав почв . 78
3.3. Физико-химические свойства почв. 82
3.4. Питательный режим почв. 85
3.5. Смыв почвы. Потери химических элементов со стоком. 89
3.6. Урожайность сельскохозяйственных культур. 96
ГЛАВА IV. Влияние зерно-травяного севооборота на свойства, плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур . 98
4.1. Водно-физические свойства. 98
4.2. Структурно-агрегатный состав почв . 101
4.3. Физико-химические свойства почв. 104
4.4. Питательный режим почв 106
4.5. Потери химических элементов со стоком. 108
4.6. Урожайность сельскохозяйственных культур. 114
ГЛАВА V. Влияние орошения на свойства, плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур по элементам склона . 116
5.1. Водный режим почв. 116
5.2. Водно-физические свойства почвы. 119
5.3. Структурно-агрегатный состав почв. 123
5.4. Агрохимические свойства почвы . 125
5.5. Потери химических элементов со стоком по элементам склона при орошении. 131
5.6. Урожайность сельскохозяйственных культур при орошении по элементам склона. 133
ГЛАВА 6. Разработка оптимальных параметров полей севооборотов с учетом плодородия почв . 139
6.1. Дифференцированное размещение культур в севооборотах в зависимости от плодородия почв. 139
6.2. Оптимизация структуры посевных площадей и севооборотов с учётом внутрихозяйственной оценки земель по рабочим участкам. 149
6.3. Определение параметров полей севооборотов и рабочих участков. 156
6.4. Проектирование лесных полос 164
Выводы и рекомендации 166
Библиографический список 171
Приложения 177
- Научные основы размещения и устройства севооборотов при организации рационального природосберегающего использования земель
- Структурно-агрегатный состав почв
- Структурно-агрегатный состав почв
- Агрохимические свойства почвы
Введение к работе
Актуальность исследований. Земельные ресурсы Российской Федерации характеризуются в целом пониженной биологической продуктивностью, что прежде всего обусловлено неблагоприятными для сельскохозяйственного производства природными условиями на значительной части территории (примерно около 70%). Земельный фонд Российской Федерации по состоянию на 1 января 1995г. составляет 170,9 млн.га. За период 1981-1994гг. площадь сельскохозяйственных угодий по разным причинам сократилась на 8,2 млн.га. Качественное состояние земельных угодий на значительной площади неудовлетворительное. Из 185 млн.га сельскохозяйственных угодий, принадлежащих сельскохозяйственным предприятиям, около 50 млн.га подвержены эрозии, 40 млн.га представлены засоленными и солонцовыми комплексами, 25 млн.га переувлажнены и заболочены, 73 млн.га земель являются кислыми. Около трети всех сельскохозяйственных угодий нуждается в проведении культуртехнических работ, имеет выраженный микрорельеф, отличается неокультуренностью пахотного слоя и мелкоконтурностью. Более четверти сельскохозяйственных угодий подвержено эрозии, в т.ч. 28,2% пашни. Следствием антропогенного воздействия на почву, особенно энергонасыщенной сельскохозяйственной техникой, является увеличение плотности сложения почв(при норме 1,0-1,3 г/см3 иногда она достигает 1,5-1,8г/см3). Объемы работ по мелиорации земель только за последние два года сократились в 3 раза, что привело к резкому ухудшению их мелиоративного состояния. В неудовлетворительном состоянии находятся 634 тыс.га (13%) осушенных земель и 724 тыс.га (14%) орошаемых земель. Баланс гумуса в пахотных землях Российской Федерации за последние десять лет составил (-0,49) - (-0,72)т/га. Без регулярного внесения удобрений и возделывания многолетних трав сокращение запасов гумуса в почвах пашни является неизбежным и носит глобальный характер. И в то же время за период с 1990 по 1995гг. во многих областях Центрального и Центрально-Черноземного экономических районов внесение органических удобрений в среднем снизилось в 1,6-2,7 раза, а минеральных удобрений - в 5,2-5,9 раз (Бондарев, 1996). Поэтому в почвах пашни этих регионов в 1995г. запасы гумуса сократились на 0,5-0,6 т/га, что в 2,7-3,2 раза больше ежегодных потерь его запасов за 1986-1990гг. Динамика баланса гумуса за последние тридцать лет в Белгородской, Рязанской областях и Краснодарском крае изменилась соответственно в 1967-1971гг. в пределах(-0,85), (-0,57) и (-0,97), в 1981-1985гг. - (-0,38),(-0,28) и (-0,5), 1986-1990гг. - (-0,59),(-0,40) и (-0,66), а в 1995г. - (-0,60),(-0,65) и (-0,92). Вследствие эрозионных процессов наша страна ежегодно недобирает до 15-20% урожая сельскохозяйственных культур на слабосмытых почвах, до 30-40% - на среднесмытых и 50-60% - на сильносмытых. Ежегодно ущерб от недобора урожая от водной эрозии на смытых почвах оценивается в настоящее время миллиардами рублей. К этому надо добавить снижение качества продукции и большой ущерб от ирригационной эрозии.
Особое значение в повышении плодородия склоновых земель имеет орошение, однако применяемые технологии полива не всегда учитывают особенности элементов склона и их дифференцированное увлажнение. Основными причинами неудовлетворительного состояния пашни являются: слабое внедрение почвозащитных систем земледелия, экологическая неграмотность многих работников сельского хозяйства, неудовлетворительная организация государственного контроля за охраной и регулированием почвенного плодородия и борьбы с эрозионными процессами, отсутствие специализированной противоэрозионной службы, упрощенный подход к организации земельной территории и ее слабая связь с мелиоративными мероприятиями, недостаток технических средств для почвозащитных и влагосберегающих технологий.
В связи с этим возникает настоятельная необходимость разработать комплексную программу повышения плодородия почв с помощью внедрения рациональной структуры посевных площадей; организации, введения и освоения оптимальных почвозащитных севооборотов; проведения наиболее эффективных почвозащитных обработок почв; использования современных компьютерных технологий по обработке материалов мониторинга земель с целью существенного повышения эффективности их использования.
Организация использования пашни как основного земельного угодья должна основываться на ландшафтной основе, экономической оценке земель, включая внутрихозяйственную оценку. Решение этих вопросов должно происходить при помощи ЭММ и ЭВМ на основе САПР. Правильная организация территории сельскохозяйственного производства должна обеспечивать экономически эффективные территориальные связи, способствующие производству максимального количества сельскохозяйственной продукции с наименьшими затратами. Особое значение эта проблема имеет для склоновых земель, подверженных эрозии и быстро теряющих свое плодородие.
В связи с этим нами в 1984-1994гг. проводились комплексные исследования по изучению изменения плодородия склоновых почв и урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием противоэрозионных обработок, зернотравяных севооборотов, оптимизации организации территории и орошения. В 1989-1992гг. проводились полевые опыты на землях совхозов "Альютовский", Рязанской области, колхоза "Путь Ленина" Белгородской области. Кроме этого были проведены работы по повышению эффективности организации территории в Краснодарском крае и хозяйствах Рязанской и Белгородской областей.
Цель и задачи исследований. Основной целью исследований являлось выявление влияния различных противоэрозионных обработок, зернотравяных севооборотов на плодородие серых лесных почв и обыкновенных черноземов на склоновых территориях в условиях Белгородской, Рязанской областей и Краснодарского края, а также разработка моделей оптимальных параметров полей севооборотов в зависимости от элементов склона.
В задачу исследований входило:
1. Изучить противоэрозионную эффективность комбинированной обработки (вспашки на 20-22 см в сочетании с щелеванием на 40-50 см) и поверхностной обработки склоновых почв(лущение на 8-10 см) в сравнении с традиционной вспашкой на 20-22 см.
2. Выявить влияние элементов склона на плодородие почвы урожайность сельскохозяйственных культур при орошении.
3. Установить влияние зернотравного севооборота на сохранение и воспроизводство почвенного плодородия склоновых земель при орошении.
4. Разработать оптимальную модель параметров полей севооборота на склоновых территориях.
5. Определить влияние линейных элементов параметров полей севооборотов на сохранение и воспроизводство почвенного плодородия в интенсивном земледелии.
6. Уточнить методику создания и использования информационного нормативного обеспечения для системы автоматизированного проектирования (САПР) внутрихозяйственной организации территории севооборотов, разработать методы её формирования и создать программное обеспечение.
Научная новизна исследований. Впервые в условиях Белгородской и Рязанской областей проведены комплексные исследования по изучению эффективности противоэрозионных обработок влиянию элементов склона, зернотравных севооборотов и линейных параметров полей севооборотов на сохранение и воспроизводство плодородия склоновых земель при орошении.
Выявлена противоэрозионная эффективность контурной комбинированной обработки почвы (вспашка на 22 см плюс щелевание на 40-50 см), позволяющей уменьшить вынос элементов питания и гумуса из пахотного слоя почвы, сократить смыв плодородного слоя почвы, сохранить и улучшить показатели плодородия почв.
Разработан дифференцированный режим орошения сельскохозяйственных культур по элементам склона на серых лесных почвах и обыкновенных черноземах, обеспечивающий сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, повышения урожайности и рациональное использование оросительной воды.
Изучено противоэрозионное влияние зернотравных севооборотов на склоновых землях на изменение свойств почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Получены новые научные данные по изменению водно-физических, физико-химических свойств почв, питательного и водного режимов серой лесной почвы и обыкновенного чернозема, урожайности сельскохозяйственных культур.
Разработана оптимальная модель параметров полей севооборотов на склоновых территориях и определены основные направления оптимизации структуры посевных площадей в автоматизированном режиме. Разработано программное обеспечение технико-экономического обоснования проектирования линейных элементов полей севооборотов. Предложены методы и показатели оценки экономической эффективности автоматизированного проектирования в землеустройстве на примере хозяйств Краснодарского края.
Разработан проект организации территории и землеустройства для условий совхоза "Альютовский" Рязанской области и колхоза "Путь Ленина" Белгородской области с учетом бонитета почв, их эрозионной опасности, контурности, особенностей сельскохозяйственного использования и экологического состояния.
Практическая значимость. На основании полученных данных разработаны рекомендации по противоэрозионной обработке склоновых земель. Рекомендованная контурная обработка включает вспашку на 20-22 см в сочетании с щелеванием на 40-50 см, которая позволяет сохранить плодородие почв и повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 3-6 % по сравнению с общепринятой обработкой (вспашка на 20-22 см). Доказана нецелесообразность проведения поверхностной обработки склоновых земель.
Установлена высокая эффективность зернотравяных севооборотов на склоновых серых лесных почвах и обыкновенных черноземах, повышающих их плодородие, снижающих эрозионную опасность и способствующих повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Разработаны нормы и сроки поливов сельскохозяйственных культур для вегетационных периодов с различной влаго- и теплообеспеченностью, дифференцированные по длине склона (верхняя часть, середина и основание). При орошении многолетних трав на склоновых землях предложено применять в верхней части склона оросительную норму на 38.5-57.3 % больше, чем у основания при поливных нормах дождеванием 250-350 м3/га и предполивной влажности 70-75 % НВ, что позволяет повысить урожай на 130-200 % по сравнению с контролем.
Установлены оптимальные параметры линейных элементов севооборотов повышающие эффективность использования орошаемых земель. Разработан проект оптимальной организации и землеустройства территории совхоза "Альютовский" Рязанской области и колхоза "Путь Ленина" Белгородской области.
Разработана блочная оптимизационная модель организации использования земель на основе данных их внутрихозяйственной оценки. Предложена САПР для землеустройства и землепользования и внедрены в производство ее элементы. Реализовано рациональное использование пашни на основе сформированных первичных участков с применением материалов внутрихозяйственной оценки земель.
Апробация работы. Основные результаты исследований опубликованы в научных статьях и докладывались на всесоюзных и российских конференциях и семинарах по землеустройству в 1987-1997 годах, на заседаниях научно-технического Совета института РОСНИИземпроект и МосНИИПИземлеустройства, Рязаньгипрозем, КубаньНИИгипрозем, на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и совета молодых ученых и специалистов в Государственном Университете по землеустройству (1988-1996гг.) и на кафедре общего земледелия Российского Университета дружбы народов (1996-1997 г.г), в дипломных и курсовых работах студентов.
В период 1986-1996 г.г. автор непосредственно разрабатывал и принимал участие в разработке экспериментальных проектов внутрихозяйственного землеустройства, методик проблемной лаборатории МИИЗ применительно к условиям Европейской части СССР, разработал программы по корреляционно-регрессионному анализу, технико-экономическому обоснованию (ТЭО) проектов внутрихозяйственного землеустройства и рабочих проектах, руководил выполнением этих работ с применением ЭВМ и электронных таблиц.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 39 научных работ общим объемом 23.8 печатных листа. В том числе лично автором написано 16.4 печатных листов. Результаты исследований нашли отражение в 5 методических рекомендациях, монографии в центральных изданиях и сборниках ГУЗ, регламентирующих на практике решение исследуемых вопросов.
Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав основного текста, выводов и рекомендаций производству, изложена на 192 страницах машинописного текста и включает 6 рисунков, 43 таблицы и ... приложений. Список использованной литературы насчитывает 177 наименований, в том числе 16 на иностранном языке.
Научные основы размещения и устройства севооборотов при организации рационального природосберегающего использования земель
Анализ динамики качественного состояния сельскохозяйственных угодий и структура изменений земельного фонда России (Радугин, Лейке, 1994) убедительно свидетельствует о том, что в результате земельной реформы наблюдается устойчивая тенденция к сокращению плодородных сельскохозяйственных угодий (площадь толь-ко пашни сократилась со 131,8 млн.га в 1990г. до 124,2 млн.га в 1994г.) и ухудшению их качественного состояния. Генеральной линией в улучшении использования и охра-ны земельных ресурсов должен стать ресурсосберегающий подход с ориентацией на улучшение их качественного состояния и рационального использования, сохранение и повышение производительной способности почв.
Важное значение при этом имеют севообороты. Из всего многообразия имею-щихся вариантов севооборотов наиболее оптимальными должны быть те, которые от-вечают требованиям сохранения и повышения плодородия почвы и ведения земледе-лия на ландшафтной основе при оптимальном соотношении между пашней, лугом и лесом (Максютов, Кремер, Жданов, Гусев, 1994).
Современная теория севооборота учитывает многообразие причин, вызывающих необходимость чередования культур, которые Д.Н.Прянишников объединил в 4 груп-пы: 1) причины химического порядка, касающиеся питания растений зольными эле-ментами и азотом; 2) различное влияние культур на физические свойства почвы и её устойчивость против эрозии; 3) биологические причины; 4) экономические причины. А.П.Щербаков, В.М.Володин (1993) при глубоком анализе понятия "севооборот" предлагают следующую его формулировку: севооборот - это способ формирова-ния структуры и состава фитоценоза агроэкосистемы с целью обеспечения мак-симальной её производительности и устойчивости. Известно, что к требованиям к почве, показателям её плодородия различные расте-ния относятся неодинаково. Вынос элементов питания ими отличается как по общему количеству, так и по горизонтам почвенного профиля. По данным, полученным ЦОС ВИУА, на дерново-подзолистой почве полевые культуры по количеству остав-ляемых растительных остатков располагались так: клевер-овес-рожь, вика-овес, кар-тофель. В длительных опытах Северо-Западного НИИ СХ клевер оставлял после себя растительных остатков 44 ц/га, озимая рожь - 37,7, картофель -15,3, горох - 20, куку-руза - 14,8, яровая пшеница - 21,8 ц/га (Костин, 1979). При одинаковых по массе уро-жаях после многолетних трав остается органических остатков в 3-4 раза больше, чем после однолетних.
На основе обобщенных данных С.А.Воробьев (1979) располагает растения поле-вых культур по количеству оставляемого в почве органического вещества в опреде-ленный убывающий ряд. По Нечерноземной зоне он выглядит так: многолетние травы-кукуруза-озимые-яровые зерновые-зернобобовые-картофель; по Центрально-Черноземной зоне: многолетние травы-озимая пшеница- кукуруза-яровые зерновые-подсолнечник-зерновые-бобовые-сахарная свекла.
Результаты исследований изменения общего содержания азота под различными культурами на Рочанском почвенном стационаре (Чесняк О.А., Чесняк Г.Я.,1977) по-казали, что при выращивании зерновых культур сплошного сева в верхней полуметро-вой толще почвы общие запасы азота существенно не изменяются, а на глубине 5-70 см - уменьшаются, причем больше всего под озимой пшеницей. Под овсом за 15 лет достоверное уменьшение запаса азота составила 450 кг/га, ячменем -440 яровой пшеницей - 500 кг/га.
В условиях Воронежской области (Дудкин и др., 1993) за 10-летнюю ротацию больше азота и фосфора вовлекалось в биологический круговорот в севооборотах с двумя полями клевера (194-206 кг/га азота и 50-56 кг/га фосфора), меньше всего в се-вооборотах без многолетних трав с высоким насыщением пропашных (152-160 кг/га азота и 48 кг/га фосфора).
На выщелоченных черноземах лесостепи Центрального Черноземья азотный ре-жим лучше складывался для озимой пшеницы после черного пара и значительно хуже - по занятым парам и непаровым предшественникам.
Анализ многолетних данных о динамике гумуса свидетельствует, что все поле-вые культуры без внесения органических удобрений, за исключением многолетних трав, не обеспечивают без дефицитного баланса гумуса (Дудкин, 1994 и др.). Б.А.Доспехов и Б.Д.Кирюшин (1979), освещая итоги старейших опытов по оцен-ке бессменных культур севооборотов и удобрений на плодородие почвы, отвечают, что бессменная культура (с 1843г7) озимой пшеницы в Брабдоне (Англия) и ярового ячменя(с 1852г.) в Хусфильде без применения удобрений снизила содержание углерода в теплом суглинке на 2/3,а азота - 1/6.
По влиянию на физико-химические свойства почвы сельскохозяйственные куль-туры можно условно разделить на три группы: улучшающие свойства (многолетние травы, озимая рожь), не оказывающие заметного влияния (ячмень, яровая пшеница, овес, горох) и ухудшающие свойства (сахарная свекла, кукуруза).
Самое сильное влияние на улучшение физических свойств почвы оказывают многолетние травы. Количество водопрочных агрегатов под ними с ростом продол-жительности их использования увеличивается.
Структурно-агрегатный состав почв
При правильной организации земельной территории огромное значение имеет агро-техника, направленная на предупреждение и ликвидацию эрозионных процессов. Наличие эрозионных процессов на склоновых территориях может существенно ухудшать свойства почв и их плодородие в результате смыва верхнего, самого плодородного слоя почвы, богатого гумусом и характеризующегося наиболее бла-гоприятными для растений водно-физическими свойствами. При крутизне склонов больше 1,5-2 глубокая зяблевая вспашка не обеспечивает надлежащего уменьшения стока и смыва. Особое значение при этом приобретает контурная обработка, позво-ляющая существенно снизить интенсивность развития эрозионных процессов за счет улучшения водно-физических свойств почв. В наших исследованиях изучалась вспашка на глубину 20-22см (контроль), вспашка в сочетании со щелеванием на глу-бину 40-50 см и поверхностная обработка (лущение на 8-10 см). В зависимости от применяемых способов контурной обработки произошли определенные изменения водно-физических свойств почв. В наибольшей степени подвержены изменениям плотность сложения, пористость и водопроницаемость, играющие важную агротехни-ческую роль при возделывании сельскохозяйственных культур. Полученные в опытах данные (табл.5), показали, что плотность твердой фазы за период исследований не претерпевала каких-либо заметных изменений и составляла 2.56-2.57 г/см3 на участке 1 и 2.63-2.65 г/см3 на участке 2. Плотность сложения почвы в слое 0-30 см до закладки опыта составляла 1,25 г/см3 на участке 1 и 1,22 г/см3 на участке 2. При проведении противоэрозионных обработок произошло некоторое разрыхление пахотного (0-30см) слоя почвы. В наибольшей степени это проявлялось при вспашке на 20-22 смв сочетании с щелеванием на 40-50 см. Так, на участке 1, после трехлетнего воз-делывания многолетних трав в этом варианте плотность сложения составила 1,21 г/см3, а при проведении только одной вспашки (контроль) - 1,22 г/см3. Несколько бо-лее уплотненной была почва в варианте с поверхностной обработкой - 1,24 г/см3, что было выше, чем в контроле на 0,02 г/см3. Аналогичные данные были получены после возделывания яровой пшеницы в 1992г. После уборки урожая плотность сложения почвы составляла 1,22 г/см3 при проведении вспашки в сочетании с щелеванием и 1,26 г/см3 при поверхностной обработке, в то время как в контроле она составляла 1,24 г/см3.
Тенденция в изменении плотности сложения сохранялась такой же на участке 2. Здесь, после трехлетнего возделывания многолетних трав ее наименьшие показатели (1,18 г/см3 в слое 0-30 см) отмечалась при проведении вспашки в сочетании с щелева-нием, в то время как после проведения поверхностной обработки она составляла 1,21 г/см3 и была выше контроля (1,19 г/см3) на 0,02 г/см3. На четвертый год после уборки озимой пшеницы эти показатели соответственно составляли 1,22 и 1,27 г/см3 против 1,23 г/см3 в контроле.
В обратно пропорциональной зависимости от плотности сложения изменялась общая пористость почвы, которая составляла в сое 0-30 см на участке 2 51,9-52,9% и участке 1 51,9-55,5%. Наибольшая пористость 52,3-52,9% и 53,8-55,5% отмечалась в варианте со вспашкой в сочетании с щелеванием , в то время , как в контроле она была ниже на 0,6-0,7%. Поверхностная обработка вызывала снижение порис-тости на 1,0-1,5% по сравнению с контролем.
Наименьшая влагоемкость в слое почвы 0-30 см составляла на участке 1 в зависимости от обработки и возделываемой культуры 28,7-30,7%, а на участке 2 - 26,5-28,3%. При этом количество продуктивной влаги соответственно составляло 16,4-18,8% на участке 1 и 16,3-18,1% на участке 2. Лучшим вариантом была вспашка в сочетании с щелеванием на участке 1 и вспашка на глубину 20-22 см на участке 2. В варианте с поверхностной обработкой показатели наименьшей влагоемкости и про-дуктивной влаги были наиболее низкими.
Определение водопроницаемости (табл. 6) показало, что проведение комбиниро-ванной обработки (вспашка + щелевание) способствовало повышению скорости впи-тывания воды по сравнению со вспашкой и особенно с поверхностной с обработкой. Эта тенденция наблюдалась как на участке 1, так и на участке 2. В среднем за шесть часов наблюдений на участке после трехлетнего возделывания многолетних трав средняя скорость впитывания составляла 0,44 мм/мин в варианте со второй вспаш-кой в сочетании с щелеванием, снижалась до 0,40 мм/мин, в варианте с поверхност-ной обработкой, в то время как в контроле она составляла 0,42 мм/мин, а в исход-ном состоянии - 0,39 мм/мин. После возделывания яровой пшеницы средняя ско-рость впитывания за 6 часов уменьшилась до 0,39 мм/мин и 0,34 мм/мин при комби-нированной и поверхностной обработках и до 0,36 мм/мин при традиционной вспаш-ке.
Структурно-агрегатный состав почв
Сохранение и воспроизводство плодородия склоновых земель возможно при пра-вильном и научно-обоснованном чередовании почвозащитных культур. В агрономиче-ском отношении увеличением доли почвоулучшающих культур, и прежде всего многолетних трав или травосмесей можно существенно снизить потери питательных веществ из верхнего наиболее плодородного пахотного слоя в результате уменьшения поверхностного стока и смыва почвы. Происходит это прежде всего в результате улучшения водно-физических свойств почвы под влиянием хорошо развитых корне-вых систем многолетних трав.
Изучаемый в наших исследованиях зернотравяной севооборот оказал заметное влияние на сохранение и улучшение водно-физических свойств почв. Так, на участке 1 плотность сложения пахотного (0-30 см) слоя серой лесной почвы в исходном состоя-нии составляла 1,26 г/см3, а после возделывания многолетних трав 1-го года пользо-вания она снизилась до 1,24 г/см3. Однако, в последующие 2 года (многолетние травы 2-го и 3-го года пользования) плотность сложения повысилась до 1,26-1,28 г/см3. По-сле распашки многолетних трав и возделывания яровой пшеницы плотность сложения этих почв снизилась до 1,25 г/см3 и была несколько ниже исходных значений.
При этом пористость почвы севооборотного участка варьировала в пределах 50,0-51,6% и была наибольшей в первый год возделывания многолетних трав, а наименьшая в третий год. На четвертый год ( яровая пшеница) в пахотном слое она составляла 51,2% и была выше исходных показателей (1988г) на 0,4%.
Под влиянием возделываемых культур севооборота несколько изменялась влаго-емкость и продуктивная влага. В исходном состоянии эти показатели составляли со-ответственно 29,6 и 18,6%. После возделывания многолетних трав наименьшая вла-гоемкость возросла до 30,3-30,8% , а продуктивная влага до 19,3-19,8% (табл.14), а после яровой пшеницы эти показатели снизились практически до исходного состояния и составляли соответственно 29,8 и 18,8%.На участке 2 с черноземными почвами на-блюдались аналогические изменения. При этом , если в исходном состоянии плот-ность сложения в слое 0-30 см составляла 1,23 г/см3, то при возделывании многолет-них трав она изменялась от 1,20 (1-й год) до 1,24 г/см3 (3-й год) , а после яровой пшеницы (4-ый год севооборота) она соответствовала исходным данным (1,23 г/см3). Пористость пахотного слоя в годы исследований варьировала в незначительных пре-делах 53,0-54,5% и была наибольшей после первого года возделывания многолетних трав, а наименьшей - после третьего года. После яровой пшеницы пористость почвы не отличалась от исходных значений (53,4%).
Наименьшая влагоемкость изменялась по годам в пределах 28,4-29,7% , а про-дуктивная влага - 18,4-19,7%. За три года возделывания многолетних трав эти пока-затели повысились примерно на 10%. После яровой пшеницы наименьшая влагоемкость и продуктивная влага в пахот-ном слое составляли соответственно 28,6 и 18,6% и оставались на уровне исходных данных (1988г).
Важной водно-физической характеристикой почв склонов является их водопро-ницаемость, в значительной степени определяющая объемы поверхностного и внутрипочвенного стоков, а также в целом их водный режим. Как показали наши ис-следования зернотравяной севооборот оказывал заметное влияние на водопроницае-мость почв (табл.15). Наиболее высокая скорость впитывания и фильтрации отмеча-лась при возделывании многолетних трав первого и второго годов пользования, по-степенно уменьшаясь на третий год и особенно после яровой пшеницы. Так, в сред-нем за шесть часов на участке 1 на серых лесных почвах в исходном состоянии ско-рость впитывания составляла 0,4 мм/мин. В первый год возделывания многолетних трав она возросла до 0,43 мм/мин, затем снизилась до 0,41 мм/мин на второй год , до 0,40 мм/мин на третий и до 0,39 мм/мин на четвертый год при возделывании яровой пшеницы. Наиболее высокое впитывание отмечалось в первый час 49,8-53,5 мм, из-меняясь в зависимости от возделывания культур. Скорость фильтрации (установив-шееся впитывание за шестой час) составляла 0,36-0,39 м/сут.
Более высокая водопроницаемость наблюдалась на участке 2 на черноземных почвах. Здесь, средняя скорость впитывания за шесть часов варьировала в пределах 0,43-0,49 мм/мин. На делянках с многолетними травами, особенно первого года поль-зования, водопроницаемость была наибольшей (0,49 мм/мин). На третий год возде-лывания многолетних трав она снизилась до 0,45, а после яровой пшеницы до 0,43 мм/мин при исходных значениях 0,46 мм/мин. Интенсивный процесс впитывания от-мечался в первые 2-3 часа наблюдений. Так, за первый час наблюдений впитывание составляло 50,4-55,8 мм. В последующем наблюдалось выравнивание скорости впи-тывания и на шестой час она становилась постоянной, варьируя в зависимости от воз-делываемых культур (0,42-0,46 м/сут.)
Следовательно, за четырехлетний период исследований зернотравяной севообо-рот обеспечил некоторое улучшение водно-физических свойств почв, особенно в пер-вый и второй годы возделывания многолетних трав. В наибольшей степени имело место повышение водопроницаемости почвы прежде всего за счет растительных ос-татков, оставляемых в почве многолетними травами.
Агрохимические свойства почвы
При орошении склоновых земель возможно изменение свойств почв, определяе-мое прежде всего технологией полива, поливными нормами и возделываемыми куль-турами. При этом в зависимости от элементов склона влияние орошения будет раз-личным. Как показали наши исследования (табл.24, рис.1 и 2) в результате орошения в 1989-1992гг. на серых лесных почвах и обыкновенных черноземах наблюдаются опре-деленные закономерности изменения водно-физических свойств почв. Плотность твердой фазы по длине склона практически не изменялась и (в слое 0-40 см) составля-ла в среднем 2,58-2,60 г/см3 на участке 2. Плотность сложения в условиях орошения повышалась. Так, на участке 1 в исходном состоянии она составляла 1,21 г/см3; 1,23 г/см3 и 1,26 г/см3 соответственно в верхней части, середине и основании склона. По-сле четырехлетнего орошения она повысилась соответственно до 1,23; 1,24; и 1,28 г/см3, или на 0,01-0,02 г/см3, а по сравнению с контролем без орошения на 0,03-0,04 г/см3 (1,26-1,29 г/см3). Это было обусловлено влиянием орошения и возделываемых культур. По-видимому, некоторое уплотнение почв в направлении от верхней части склона к основанию происходило в результате возможного переноса тонкой фракции верхнего слоя почвы. В целом, плотность слоя серой лесной почвы (слой 0-40 см) ос-тавалась на уровне показателей, характерных для данного типа почвы. При этом слой почвы 0-20 см имел плотность сложения не более 1,10 г/см3, а слой 20-40 см был за-метно уплотнен (1,41-1,47 г/см3).
Пористость почвы изменялась в обратно-пропорциональной зависимости от плотности сложения. В исходном состоянии пористость слоя почвы 0-40 см составля-ла 53,3% в верхней части склона, 52,3% - в середине и 51,1% - в основании склона. На контроле без орошения в конце исследований (осень 1992г) эти показатели несколько снизились и составили соответственно 52,8; 52,0 и 50,8%, а при четырехлетнем ороше-нии культур зернотравяного севооборота - до 51,6; 51,2 и 50,3%. Следовательно, на фоне орошения происходило некоторое снижение общей пористости почвы (на 0,5-1,2%), однако, она оставалась высокой, особенно в слое 0-20 см (56,0-59,0%). Влияние элементов склона на показатели пористости также прослеживалось, так как в верхней части склона она была на 1,1-2,3% (слой 0-20 см) и на 1,5-1,7% (слой 20-40 см) выше, чем в основании склона. наименьшая влагоемкость практически не изменилась и составляла в верхней части склона 25,3%, в середине -26,9% и в основании - 27,6%.
Количество продуктивной влаги по элементам склона в исходной почве состав-ляло 15,9; 16,5 и 18,1%, т.е. от верхней части склона к основанию оно увеличивалось в слое 0-40 см в среднем на 2,2%. Влияние орошения при четырехлетнем возделывании многолетних трав и яровой пшеницы проявлялось в некотором увеличении количест-ва продуктивной влаги в слое почвы 0-40 см (16,2% в верхней части склона; 16,8 и 19,3% в середине склона и в основании). В целом, максимальное количество продук-тивной влаги (при НВ) в серой лесной почве оставалось высоким.
Сходная тенденция в изменении водно-физических свойств отмечалась также на обыкновенных черноземах (участок 2), однако верхний слой этих почв был несколько уплотнен (1,22-1.24 г/см3) в сравнении с почвами участка 1. В исходном состоянии плотность сложения почвы (слой 0-40 см) по элементам склона практически не изме-нялась и составляла в среднем 1,25 г/см3, орошение склоновых земель в течение четы-рех лет (1989-1992гг.) не привело к изменениям плотности сложения 0-40 см слоя поч-вы. В то же время в контроле без орошения отмечалась некоторая дифференциация плотности сложения по длине склона. В верхней части она составляла 1,23 г/см3, а в середине и основании склона повышалась до 1,24 и 1,26 г/см3. Пористость почвы (слой 0-40 см) в исходном состоянии в верхней части склона и его середине составляла 52,9%, а в основании -52,7%. В результате орошения в течение четырех лет сущест-венных изменений в пористости верхнего слоя почвы (0-40 см) не произошло. в верх-ней части склона в конце исследований она составила 53,1% , а в середине и основа-нии склона уменьшилась до 52,6-52,7%. По сравнению с контролем без орошения произошло некоторое снижение пористости только в средней части склона. В верх-ней и нижней частях склона в контроле она практически не изменилась и составляла 53,0 и 52,5%. Наименьшая влагоемкость обыкновенного чернозема по сравнению с ис-ходной почвой после четырех лет орошения несколько повысилась. В верхней части склона она увеличилась в слое 0-40 см с 24,9 до 25,3%, в середине - с 26,6 до 26,7% и в основании - с 28,0 до 28,6%. Более высокая наименьшая влагоемкость характерна для слоя 0-20 см, которая превышала показатели слоя 20-40 см на 1-3%. Количество про-дуктивной влаги по длине склона несколько увеличивалось. На начало исследований оно составляло 15,3; 15,9 и 16,6% соответственно в верхней части, середине и основа-нии склона, а после четырехлетнего орошения достигло 15,8; 16,2 и 17,1% или увели-чилось на 0,3-0,5%. В целом, в результате четырехлетнего орошения склоновых земель заметных изменений водно-физических свойств почв не происходило и при возделы-вании культур зернотравяного севооборота они мало отличались от исходных значе-ний.
Важное значение для разработки почвозащитных мероприятий имеет определе-ние направленности изменения структурно-агрегатного состава почв по элементам склона при орошении. Наши данные (табл.25) показали, что в результате четырехлет-него орошения содержание агрономически ценных агрегатов в серой лесной почве (слой 0-30 см) (участок 1) уменьшилось с 80,2 до 79,0% в верхней части склона, с 79,6 до 79,0% в середине и не изменялось в основании склона (77,5%). Следовательно, бо-лее агрегированной почва оставалась в верхней и средней частях склона. Это под-тверждается данными мокрого просеивания. так, содержание агрегатов размером от 3,0 до 0,25 мм в верхней частях склона составляло 17,8% в исходной почве и 18,5% - в конце четырехлетнего периода орошения. В средней части склона в слое 0-30 см эти показатели возросли с 18,3 до 19,0% , а в нижней части - с 18,7 до 19,8% , что свиде-тельствует о повышении водопрочности агрономически ценных агрегатов по длине склона в направлении сверху к основанию.
