Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агроэкологический мониторинг и приемы повышения плодородия орошаемых земель сухостепной зоны Саратовского Заволжья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологический мониторинг и приемы повышения плодородия орошаемых земель сухостепной зоны Саратовского Заволжья"

На правах рукописи

ГАФУРОВ РАВИЛЬ РАСИМОВИЧ

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ САРАТОВСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальности: 03.00.16 - «Экология», 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов 2007

003070691

Работа выполнена во ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н И Вавилова» в 2001-2005 гг

Научные руководители доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, заслуженный мелиоратор РФ Туктаров Бари Искяндярович

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Попов Геннадий Николаевич,

Ведущая организация - ФГНУ «ВолжНИИГнМ»

Защита состоится е7?гС ^ 2007 г в 10 00 на заседании диссертационного совета Д 220 061 06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени НИ Вавилова» по адресу 410012, г Саратов, Театральная пл,д 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени НИ Вавилова»

Автореферат разослан «2Л> а/п/э^&З 2007 г

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Тарбаев Владимир Александрович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Чамышев Алексей Васильевич

Ученый секретарь диссертационного совета

АН Данилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В регионах недостаточного увлажнения РФ (степная и полупустынная зоны) орошение является важнейшим мелиоративным приемом получения гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур Необходимость обеспечения продовольственной безопасности страны неизбежно приведет к восстановлению утерянной роли орошаемого земледелия

Острой проблемой для Саратовского области как одного из крупнейших регионов орошаемого земледелия России является ухудшение эколого-мелиоративной обстановки, почвенного плодородия и снижение урожайности сельскохозяйственных культур

Снижение почвенного плодородия связано с высоким долговременным уровнем антропогенной нагрузки на почву в результате нерационального природопользования, что привело к развитию комплекса негативных процессов, вызывающих деградацию орошаемых земель

В таких условиях восстановление разрушенного экологического равновесия очень сложно и дорого, что поднимает на более новый качественный уровень значение агроэкологического мониторинга орошаемых земель и увеличивает необходимость разработки и внедрения комплекса эффективных природоохранных мероприятий, которые направлены на рациональное использование земельных и водных ресурсов, препятствуют развитию негативных природных процессов и, в конечном итоге, обеспечивают получение гарантированных урожаев

Цель и задачи исследований Основная цель исследований -оценка эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель сухо-степной зоны Саратовского Заволжья на примере Приволжской оросительной системы, прогноз его изменения с последующей разработкой комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих восстановление плодородия и улучшение эколого-мелиоративной обстановки деградированных орошаемых почв, рациональное использование природных ресурсов и увеличение продуктивности сельскохозяйственных культур

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач

1 Провести оценку эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель Приволжской ОС (I очередь) и установить изменения, произошедшие за 30-летний период эксплуатации

2 Провести агроэкологическое зональное районирование и типизацию орошаемых земель по проявлению негативных процессов, ухудшающих их эколого-мелиоративное состояние, и дать анализ особенностей проявления и развития почвенных деградационных процессов

3 Разработать экологически безопасный и экономически эффективный ресурсосберегающий режим орошения культур севооборотов, обеспечивающий получение запланированных урожаев сельскохозяйственных культур, снижение затрат оросительной воды и улучшение эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель при близком залегании грунтовых вод

4 Определить эффективность влияния мелиоративных приемов на водно-солевой режим, агрофизические свойства и плодородие темно-каштановых орошаемых почв при близком залегании уровня грунтовых вод

5 Дать прогноз изменений эколого-мелиоративного состояния и плодородия орошаемых земель с разработкой мероприятий по восстановлению деградированных орошаемых земель и эффективному их использованию

6 Дать эколого-экономическую оценку разработанного комплекса мелиоративных приемов

Объектом исследования являлись орошаемые земли I очереди Приволжской ОС на площади 16,062 тыс га

Исходные материалы. В основу диссертационной работы положены результаты полевых и камеральных исследований автора, которые проводились в 2002-2005 гг, архивные и фондовые материалы ФГНУ «ВолжНИИГиМ», ФГУ «Саратовская Гидрогеолого-мелиоративная партия», ФГУ «Управление мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения по Саратовской области»

Научная новнзна. Впервые в Саратовском Заволжье проведена комплексная агроэкологическая оценка современного состояния орошаемых земель на примере Приволжской ОС На основе обобщения полученных материалов проведены типизация и зональное районирование территории по проявлению негативных почвенно-мелиоративных процессов, представленные в виде схематической карты Разработана технология восстановления плодородия деградированных орошаемых земель в условиях близкого залегания грунтовых вод, включающая рациональные севообороты и ресурсосберегающий режим орошения Даны прогноз стабилизации эколого-мелиоративного состояния на 10-летний период при условии проведения предлагаемых мероприятий и рекомендации по восстановлению и сохранению плодородия земель для территорий с современным проявлением почвенных деградационных процессов

Практическая ценность работы Материалы и результаты аг-роэкологического мониторинга могут быть использованы в комитете

по охране окружающей среды и проектных организациях при составлении схем землеустройства Разработанные рациональные мелиоративные приемы экологически безопасной ресурсосберегающей технологии возделывания орошаемых культур в адаптивных севооборотах в условиях близкого залегания грунтовых вод, обеспечивающие водосбережение и получение планируемых урожаев зерна и кормов, могут использоваться на орошаемых землях сухостепной зоны Саратовского Заволжья

Реализация результатов исследований. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проведены на орошаемых землях Приволжской ОС Марксовского района Саратовской области на площади 360 га

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Всероссийской научно-практической конференции (Пенза, 2003-2004), Международной научно-практической конференции (Воронеж, 2004), Меледународной научно-практической конференции (Омск, 2005, 2007), Международной научно-практической конференции (Ставрополь, 2006), Всероссийской научно-практической конференции (Димитровград, 2007), региональной научно-практической конференции Приволжского федерального округа (Саратов, 2007) и конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (Саратов, 2003-2007)

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе в рецензируемом журнале «Вестник Саратовского госагроуниверситета им НИ Вавилова»

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, рекомендаций производству, списка литературы из 275 наименований, в том числе 10 работ иностранных авторов Работа изложена на 186 страницах компьютерного текста, включает 40 таблиц, 13 рисунков и 23 приложения

Основные положения диссертационной работы, вьшосимые па защиту:

• Анализ современного агроэкологического состояния орошаемых земель Приволжской ОС, качественные и количественные изменения, произошедшие с орошаемыми землями за период 30-летней эксплуатации

• Агроэкологическое зональное районирование территории и типизация орошаемых земель Приволжской ОС по проявлению негативных почвенно-мелиоративных процессов

• Оценка мелиоративных приемов восстановления плодородия орошаемых деградированных земель, снижения затрат оросительной воды и формирования гарантированных урожаев при близком залегании грунтовых вод в системе ресурсосберегающего режима орошения, фитомелиорации и адаптивных орошаемых севооборотов

• Прогнозирование вероятных изменений эколого-мелиоратив-ного состояния Приволжской ОС

• Эколого-экономическая и агроэнергетическая оценка агромелиоративных приемов

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условия, схема и методика полевого опыта

Научно-исследовательская работа проводилась в 2002-2005 гг на территории I очереди Приволжской оросительной системы с оценкой эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель ЗАО ПЗ «Мелиоратор», ЗАО ПЗ «Трудовой», ЗАО «Агрофирма «Волга», ГППЗ «Маркс», ЗАО «Возрождение» и непосредственным проведением полевых исследований в ЗАО ПЗ «Мелиоратор»

По агроклиматическому районированию Саратовской области территория относится к третьему агроклиматическому району и шестой микрозоне, где климат характеризуется как засушливый, резко континентальный Среднегодовое количество осадков составляет 366 мм, в том числе за апрель - октябрь 242 мм Сумма активных температур воздуха составляет 2800-3000 °С (ГТК = 0,6), продолжительность безморозного периода около 150 дней

По метеорологическим условиям годы проведения исследований были различны 2004 г был влажным, 2002, 2003 и 2005 гг - средне-засушливыми

Преобладающий тип почв на территории I очереди Приволжской ОС - террасовые темно-каштановые маломощные и среднемощные тяжелосуглинистые Почвообразующими породами являются отложения хвалынского яруса, мощностью 10-15 м, для которого характерна значительная уплотненность, малая водопроницаемость, высокое содержание водорастворимых солей, особенно хлоридов и сульфатов

Содержание гумуса (по Тюрину) в пахотном слое (0-0,3 м) колеблется от 2,4 до 3,1 %, реакция почвенного раствора слабощелочная, рН 7,1-7,2 Содержание нитратного азота - 11-16 мг, подвиж-

ного фосфора - 22-28 мг, обменного калия - 510-720 мг на 1 кг почвы

Водно-физические свойства метрового слоя почвы характеризовались следующими данными плотность - 1,31 т/м3, наименьшая влагоемкость (НВ) - 24,2 % от массы сухой почвы и влажность устойчивого завядания (ВУЗ) - 11,4 %

При выполнении оценки и анализа качественного и количественного состояния орошаемых земель территории I очереди Приволжской ОС, наблюдений за эколого-мелиоративным состоянием использовались архивные данные (ретроспективный мониторинг) 1975-2005 гг по следующим направлениям качественная оценка состояния орошаемых земель, выявление негативных антропогенных процессов, снижающих плодородие земель, получение информации для создания информационной базы о эколого-мелиоративных свойствах орошаемых земель

По технологическим, организационным и экономическим соображениям в работе выделены приоритетные показатели, в том числе

- глубина залегания уровня грунтовых вод на территории оросительной системы,

- минерализация грунтовых и оросительных вод,

- засоленность почвогрунтов в слое 0-2 м,

- объем водоподачи на орошаемые площади,

- уровень плодородия орошаемых почв

В работе показана логическая взаимосвязь между управлением качеством земельных ресурсов и устойчивостью орошаемых агро-ландшафтов Рациональное использование земельных ресурсов возможно при научно обоснованной оптимизации — осуществлении научных исследований, мероприятий и действий, направленных на выявление и уменьшение негативных природных процессов путем подбора оптимального способа землепользования

Наши исследования проводились в следующей последовательности

- сбор и анализ фондовых статистических данных, картографического материала и выбор объектов натурных исследований,

- типизация орошаемых земель по негативным процессам, ухудшающим их качественное состояние, с выделением земельных массивов с относительно однородными природными условиями для сельскохозяйственного природопользования, прогнозирование вероятных изменений качественного состояния орошаемых земель,

- агроэкологическая оценка состояния орошаемых земель

Полевые исследования включали в себя разработку научно обоснованных агромелиоративных приемов для повышения плодородия и улучшения эколого-мелиоративного состояния деградированных орошаемых земель и проводились по следующей схеме (табл 1)

По фактору А в составе орошаемых севооборотов исследовались адаптивные и высокопродуктивные в условиях орошения полевые культуры яровая твердая пшеница, много летние травы (люцерна синегибридная в смеси с кострецом безостым), озимая пшеница, соя, вико-овсяная смесь в севооборотах различного направления зерно-травяном и травяном

Таблица 1

Схема полевого опыта

Фактор А Фактор Б

Виды севооборотов Режим орошения

Зернотравяной Интенсивный 75-75-70 % НВ, глубина промачивания почвы 0,7-0,8 м, поливная норма 600 м3/га Ресурсосберегающий 70-70-65 % НВ, глубина промачивания почвы 0,4-0,5 м, поливная норма 400 м3/га

1 Яровая пшеница + многолетние травы

2 Многолетние травы

3 Многолетние травы

4 Озимая пшеница

5 Соя

Травяной

1 Вико-овес + многолетние травы

2 Многолетние травы

3 Многолетние травы

4 Многолетние травы

5 Суданская трава

По фактору Б определяли наиболее рациональный режим орошения, который обеспечивает уровень водоснабжения в соответствии с биологическими потребностями растений, экономию и рациональное использование поливной воды и получение высокого урожая выращиваемых культур При проведении полевого опыта применялись два режима орошения

1 Интенсивный режим орошения с проведением поливов нормой 600 м3/га при снижении влажности до 75-75-70 % НВ в слое почвы 0,7-0,8 м

2 Ресурсосберегающий режим орошения с целью предупреждения ухудшения эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель - проведение поливов эрозионно безопасной поливной нормой 400 м3/га при снижении влажности до 70-70-65 % НВ в слое почвы 0,4-0,5 м

Полевой опыт закладывался методом расщепленных делянок в соответствии с методиками Б А Доспехова (1985) и ВНИИ орошаемого земледелия (1983) по двухфакторной схеме в четырехкратной повторности с площадью делянок первого порядка (фактор А) - 2400 м2 (160х 15), второго порядка (фактор Б) - 300 м2 (15х 20) Исследования сопровождались наблюдениями за влажностью почвы и суммарным водопотреблением, плотностью почвы, агрегатным и солевым составом по Е В Аринушкиной (1970), степенью засоления почв по В А Ковда и Н Г Минашиной (1978) и изменением содержания гумуса в почве по Е В Аринушкиной (1979) Урожай культур учитывали методом сплошной уборки всех делянок по каждой повторности

Эколого-экономическую оценку возделывания сельскохозяйственных культур в составе севооборотов при различных режимах орошения осуществляли в соответствии с методикой РАСХН (1995) и по В В Коринцу (1999) Экспериментальные данные обрабатывали методами регрессионного и дисперсионного анализа

Использовалась рекомендуемая зональная система орошаемого земледелия Поливы осуществлялись дождевальной машиной «Фрегат»

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Эколого-мелиоративное состояние орошаемых земель территории I очереди Приволжской ОС

До начала орошения территория Приволжской оросительной системы имела благоприятные эколого-мелиоративные условия, но в результате 30-летнего интенсивного орошения произошло их негативное изменение (рис 1,2) По геоморфологическим данным с учетом водопроницаемости подстилающих пород, изменения уровня грунтовых вод и их минерализации, уровня плодородия и засоленности пота нами выделены 4 экологических зоны (табл 2, рис 3)

I Зона земель, приближенных к естественным областям разгрузки, с высокой дренированностью подстилающих пород, обусловленной хорошей проницаемостью Это верхние хвалынские террасы, земли, наименее удаленные от р Волга и Б Караман В этой зоне с площадью орошаемых земель 5,5 тыс га находятся землепользования ЗАО «Агрофирма «Волга», ЗАО ПЗ «Трудовой», 111113 «Маркс» Здесь за 30-летний период наблюдений амплитуда подъема грунто-

вых вод составляет 2-3 м, а в год 0,1-0,2 м, при глубине залегания 10-15 м

II Приканальная зона Для этой зоны характерны образование подканального купола, ежегодный подъем уровня грунтовых вод В зависимости от вмещающих и подстилающих пород амплитуда подъема составила 0,2-0,4 м/год Это земли ЗАО «Агрофирма «Волга» и ЗАО ПЗ «Трудовой»

III Зона спокойного низкого рельефа с низкой дренированно-стью пород зоны аэрации, с размещением площадей орошения 2,56 тыс га на средне- и нижнехвалынских террасах на территории ЗАО ПЗ «Мелиоратор» и ЗАО ПЗ «Трудовой» При относительно высоком (5-10 м) природном залегании грунтовых вод, в результате интенсивного орошения развились площади подтопления за счет притока оросительных вод, разгрузки с высоких террас и растекания подканального купола В результате грунтовые воды на данных площадях достигли уровня 1-3 м, с выходом их на дневную поверхность в весенний период

IV Область высокого (хазарская и бакинская террасы) водораздельного волнисто-покатого рельефа с естественным глубоким (1020 м) залеганием грунтовых вод - на территории южной части ЗАО ПЗ «Трудовой», ЗАО ПЗ «Мелиоратор», ЗАО «Возрождение» с общей площадью орошения 8,002 тыс га

Таблица 2

Динамика уровня грунтовых вод и минерализации по наблюдательным скважинам на территории I очереди Приволжской ОС

Зоны распределения орошаемых земель в зависимости отУГВ Площадь орошаемых земель, тыс га № скважин УГВ в среднем по зоне, м Минерализация ГВ в среднем по зоне, г/л

1975 2005 1975 2005

I 5,5 87, 68, 6, 60, 3 16,94 11,98 0,47 0,76

III 2,56 13, 174, 37, 15, 20, 182, 122, 149 13,39 1,87 0,68 3,06

IV 8,002 81, 39, 623, 86 20,9 11,2 0,53 0,93

Условные обозначения:

глубина млегпппя грунтовых пол

бол ее 30 м 20-30 м 15-20 Л1 ! 0-15 м 5-10 м

¡ечстчсскчс тины рельефа

1'.1Я011№№ДГЛ« (I 0.4*НМ-0.1Н&1 * к' р>Л1)' р На. II и м сс при токам (Мисгая дм/ояу ривинна п1<>/)иА и.ц но! шениоН (с(К\те\А1,'1ЬГМ<,>шЛ > герр.п'ы

1ЯЧ (> 0,1н>Ы-tt.fl ?1>) и ftyC.iv р. Пи и п н сс ирипмлм п.ккилм аллтаиольна* рапннна ¡рстьеН нилтФчсшиШ (шш^с^иа (СЖ'кЫ! 1 пгррисы

ааАщшткш гюкзгая (I -O.4ft4-9.0ll к рус,гу р По.нч ч сс при таким илосьан ¿11.1№Ыи.11.н.1ч ранними чешсршИ пця1Ши\кш1оИ (.\иир1п*>11) герржы

иолниеган тшзган (I <>,<нНХ-1>г<Н>1-4) руслу р. /Мим и ее пршакич цюскы а.ьноыкЧЪнЛ* рлншшд пяти н^чюИчсшнт (бамшент) гс'ррЖЫ

Рис, 1. Эколого-медаоративное состояние I очереди Приволжской ОС на начало орошения (1975 г.)

а9 Лее*!*0 2| «ооо

Условные обозначения:

глубина ишегапия ¡руигопых пол

¡сиаичссынс чшы рельефа

с глбо/тьатн (¡-О.ШШ-О.ШЯ I > к рус.п р /»«.и ¿г /Г IV 11.ЮСКПЧ »1(1/4%«« р1НШ1»М

Jг д.'Iпои><1 снноН (срсдт.'хоалышм>Л > террасы с.иннуюкишх Ц-и.МН4-0,071» к руслу р Надои

II № р.пшнп,!

Ч>си.?И нилпо/шанюИ (ннтнехмлинекоИ) тсррась!

е.'шбтЛ'шчсган покпшч {> ji.fMJj.fi.ii/ ^ л р_им> р Они» И 44? НрНТОкаМ Л.К7ШК и.имииллкням раи/шня »етвсртЛ издгшН\ге*шаН (\autficwfit террасы

тгшпе'аи пшзган (I О,/МЮЛ-ШЮ14} к рус.,чу р Hii.ii ч ч ее прпижям п.пкна*I ¿1.%>н>янп:и.н;1и /\itintutJ пчтои пя,шоП\иашюН (бакинской) ъщмсЫ

Рис. 2. Эколого-мелиоративное состояние территории I очереди Приволжской ОС после 30 лет орошения

На этой территории хорошая дренированность, и подъем УГВ за 30-летний период эксплуатации достиг лишь 5-10 м

ш___.

1_1_1_1_1________

.|_и_и_и_и_1_и_и_1_и_1_

;и_и\ \ .шА \

-Г ^-И—«-!—'

СОДЕТСИИЯ ООПОИ

Рис 3 Картосхема агроэкологического зонального районирования терр1ггории I очереди Приволжской ОС

До начала орошения верхний метровый слой почвы на территории I очереди Приволжской ОС (1970 г) был промыт от легкорастворимых солей, что указывает на формирование почв в автоморф-ных условиях, и содержал их не более 0,1-0,13 % Во втором метре количество солей возрастало до 1,21-1,74 %, здесь преобладали сульфаты кальция и натрия

За 30 лет орошения на территории I и IV зон, где хорошая дренированность подстилающих пород и естественные области разгрузки, согласно солевой съемке скважин 39 и 68, произошел вынос солей с оросительной водой в нижележащие горизонты, т е имеет место ирригационный промывной тип водного режима Здесь сформировались темно-каштановые глубокозасоленные почвы, где содержание солей в метровом слое не превышает 0,079-0,119 % с хлорид-но-сульфатным типом засоления (табл 3)

Изменение содержания солей в метровом слое почвы в результате 30-летнего орошешш по зонам I очереди Приволжской ОС, % от массы сухой почвы

Слой почвы, м Исходное засоление почв в 1970 г Содержание солей в 2005 г

I зона, скв 68 III зона, скв 37 IV зона, скв 39

0-0,3 0,07 0,084 0,233 0,101

0,3-0,5 0,1 0,085 0,588 0,104

0,5-1,0 0,123 0,073 0 849 0,135

1,0-1,5 1,215 0,06 1,279 0,249

1,5-2,0 0,367 0,053 0,724 0,561

В III зоне, для которой характерны низкая дренированность пород зоны аэрации и приток грунтовых вод за счет разгрузки с высоких террас, в результате подъема грунтовых вод выше критического уровня и вторичного засоления сформировались темно-капггановые почвы средней и сильной степени засоления

Содержание солей в полуметровом слое почвы повысилось с 0,1 % до 0,588 %, а в слое 0,5-1,0 м до 0,849 %, с хлоридно-сульфатным типом засоления

Под влиянием орошения значительно ухудшились водно-физические свойства орошаемых почв (табл 4)

Таблица 4

Изменение водно-физических свойств н содержания гумуса орошаемых темно-каштановых почв Ш зоны Приволжской ОС в течение 30 лет орошения

Годы исследований Слой почвы, м Плотность почвы, г/см3 Водопроницаемость, мм Содержание водопрочных агрегатов в слое 0-0,3 м, % Содержание гумуса в пахотном горизонте, % Сп/Сфс

1975 0-0,3 1,28 71 68,6 3,73 2,9

0,3-0,5 1,3

0,5-1,0 1,45

1990 0-0,3 1,31 49 48,1 2,38 2,4

0,3-0,5 1,36

0,5-1,0 1,52

2005 0-0,3 1,33 52 45,4 2,42 2,2

0,3-0,5 1,35

0,5-1,0 1,47

Произошло увеличение плотности почвы на 0,02-0,05 т/м3, снижение водопроницаемости с 71 до 49-52 мм/ч и количества водопрочных агрегатов в пахотном слое почвы с 68,6 до 45-48 %

Вследствие нерационального использования произошло ухудшение плодородия почв Содержание гумуса в слое 0-0,3 м уменьшилось с 3,73 до 2,42 %, а отношение ценных гуминовых кислот к фульвокислотам (Сгк/Сфк) - с 2,92 до 2,2 Усиление процессов минерализации и потерь гумуса на орошаемых землях связано с интенсивным использованием мелиоративных агроландшафтов, увеличением антропогенной нагрузки и недостаточным восполнением в почве органического вещества за счет внесения органических удобрений и приемов фитомелиорации

Экологически сбалансированное обеспечение культур севооборотов влагой при различных режимах орошения

Для поддержания заданной предполивной влажности почвы по принятым режимам орошения проводились вегетационные поливы различными нормами, что связано с биологическими особенностями возделываемых культур, исходными запасами влаги в почве и складывающимися погодными условиями года При соблюдении интенсивного режима орошения с предполивной влажностью почвы 7575-70 % НВ и поливными нормами 600 м3/га оросительные нормы сельскохозяйственных культур в севооборотах в среднем за 4 года составили для яровой пшеницы - 2400 м3/га, озимой пшеницы -1800 м3/га, многолетних трав - 4800 м3/га, вико-овса - 2400 м3/га, сои - 2400 м3/га, суданской травы - 3600 м3/га (табл 5)

Применение ресурсосберегающего режима орошения с предполивной влажностью 70-70-65 % НВ и поливными нормами 400 м3/га ведет к предотвращению стока поливной воды и инфильтрации, сокращению ирригационной эрозии, улучшению микроклимата и хода микробиологических процессов в почве, а также эффективному использованию поливной воды Оросительная норма снижается на посевах яровой и озимой пшеницы на 600-800 м3/га, многолетних трав на 1600 м3/га, однолетних трав на 800-1200 м3/га и сои на 800 м3/га В результате величина оросительной нормы уменьшилась по зерно-травяному севообороту на 1060 м3/га и травяному - на 1360 м3/га, или соответственно на 34 %, а доля оросительной воды в суммарном водопотреблении с 69 до 55 % и с 78 до 63 %

Водопотребление культур в севооборотах в зависимости от различных режимов орошения, среднее за 2002-2005 гг

Виды и культуры севооборотов Интенсивный режим орошения 75-75-70 % НВ Ресурсосберегающий режим орошения 70-70-65 % НВ

Суммарное водопотребление, м3/га Оросительная норма, м3/га Коэффициент водопотребления, м3/т Расход оросительной воды, м3/т Суммарное водопотребление, м3/га Оросительная норма, м3/га Коэффициент водопотребления, м3/т Расход оросительной воды, м3/т

Зернотравяной

1 Яровая пшеница + многолетние травы 3924 2400 1246 762 3115 1600 1107 587

2 Многолетние травы 5948 4800 119 97 4831 3200 117 77

3 Многолетние травы 5848 4800 109 89 4831 3200 104 69

4 Озимая пшеница 3588 1800 869 436 2942 1200 799 326

5 Соя 4425 2400 2039 1106 3812 1600 1985 833

Среднее по севообороту 4727 3240 3906 2160

Травяной

1 Вико-овес + многолетние травы 3340 2400 106 76 2967 1600 110 60

2 Многолетние травы 5848 4800 117 96 4831 3200 112 74

3 Многолетние травы 5848 4800 107 88 4831 32000 104 69

4 Многолетние травы 5750 4800 114 95 4585 3200 107 75

5 Суданская трава 5339 3600 138 93 4267 2400 130 73

Среднее по севообороту 5225 4080 4296 2720

Повысилась эффективность использования оросительной воды на создание урожая коэффициент водопотребления снизился по яровой и озимой пшенице на 8-12 % и многолетним травам на 5-6 %

Восстановление эколого-мелиоративного состояния и плодородия деградированных орошаемых земель при применении биомелиорацни и ресурсо-, водосбережения

Экологическое равновесие водно- и агрофизических свойств

почв. Важнейшими свойствами, характеризующими физическое состояние почвы и определяющими ее водный режим, являются плотность и агрегатный состав Эти показатели заметно изменялись в наших исследованиях в зависимости от возделываемых сельскохозяйственных культур и режимов орошения

В изучаемых севооборотах активные процессы оструктуривания почвы проходили на посевах бобово-злаковой смеси многолетних трав в связи с их мощно развитой корневой системой, значительным накоплением пожнивно-корневых остатков и отсутствием механической обработки почвы При ресурсосберегающем режиме орошения суммарное содержание агрегатов меньше 0,25 и больше 10 мм в пахотном слое темно-каштановой почвы (0-0,3 м) под посевами многолетних трав в изучаемых севооборотах уменьшилось до 30-37 %, в то время как под посевами зерновых культур и однолетних трав оно составляло 38-52 % (табл 6) Содержание агрономически ценной комковато-зернистой структуры (10-0,25 мм) в пахотном слое под посевами многолетних трав, напротив, увеличилось до 64-69 % при снижении этого показателя на полях однолетних культур до 47-61 % Такое благоприятное сочетание структурных агрегатов под посевами многолетних трав обеспечивало наивысший коэффициент структурности темно-каштановой почвы - 1,8 в зернотравяном и 2,3 в травяном севообороте, или на 33-50 % выше, чем под другими культурами изучаемых севооборотов

Накопление большой массы корневых остатков на полях многолетних трав способствовало после их распашки разуплотнению пахотного горизонта темно-каштановых почв до 1,22-1,24 т/м3 на полях последующих культур севооборота

Применение интенсивного режима орошения усиливало антропогенную нагрузку, увеличивало разрушающее действие поливной воды на почвенные агрегаты и привело к уплотнению почвы на 0,02-0,03 т/м3, увеличению образования глыбистой структуры (> 10 мм) и агрегатов менее 0,25 мм на 2-7 %, уменьшению содержания агрономически ценной комковато-зернистой структуры (10-0,25 мм) до 8 % и снижению коэффициента структурности почвы на 0,1-0,4 %

Влияние культур в севооборотах и режимов орошешга на водно-, агрофизические свойства, среднее за 2002-2005 гг

Виды и культуры севооборотов Интенсивный режим орошения 75-75-70 % НВ Ресурсосберегающий режим орошения 70-70-65 % НВ

Плотность почвы в слое 0-0,3 м, т/м3 Агрегатный состав, % Коэффициент структурности Плотность почвы в слое 0-0,3 м, т/м3 Агрегатный состав, % Коэффициент структурности

>10 +<0,25 10-0,25 >10 +<0,25 10-0,25

Зернотравяной

1 Яровая пшеница + многолетние травы 1,30 55,36 44,64 0,8 1,29 52,98 47,02 0,9

2 Многолетние травы 1,32 53,82 46,91 0,9 1,31 46,19 53,81 1,2

3 Многолетние травы 1,34 41,93 58,17 1,4 1,32 35,63 64,37 1,8

4 Озимая пшеница 1,30 50,42 49,58 1,0 1,28 46,59 53,41 1,1

5 Соя 1,24 46,68 53,32 1Д 1,22 46,25 П 53,75 1,2

Травяной

1 Вико-овес + многолетние травы 1,28 46,72 53,28 1,1 1,25 43,63 56,37 1,3

2 Многолетние травы 1,30 41,89 58,11 1,4 1,27 37,02 62,98 1,7

3 Многолетние травы 1,31 34,48 65,52 1,9 1,29 32,02 67,98 2,1

4 Многолетние травы 1,33 32,83 67,17 2,0 1,30 30,25 69,15 2,3

5 Суданская трава 1,25 41,77 58,23 1,4 1,24 38,95 61,05 1,6

Баланс гумуса в почве. Подбор определенных сельскохозяйственных культур в орошаемых севооборотах оказывает положительное влияние на накопление гумуса в почве Культуры травяного севооборота способствовали накоплению гумуса в пахотном слое почвы до 9,38 т/га, или 0,24 % (табл 7) В зернотравяном севообороте значительную прибавку гумуса обеспечивали только 2 поля многолетних трав - с положительным балансом всего 5,31 т/га, или прибавкой содержания гумуса 0,15 %

Таблица 7

Влияние различных видов севооборотов при ресурсосберегающем режиме орошения на эколого-мелиоративное состояние и плодородие орошаемых темно-каштановых почв

Виды и культуры севооборотов Динамика УГВ, м Изменение содержания солей в слое 0-1 0 м, % Баланс гумуса, т/га Запасы гумуса в слое 0-0,3 м, т/га Содержание гумуса в слое 0-0,3 и, %

Исходные показатели 1,53 0,612 97,47 2,481

Зернотравяной

1 Яровая пшеница + многолетние травы 1,63 0,609 +0,11 97,58 2,483

2 Многолетние травы 1,88 0,592 +2,21 99,79 2 539

3 Многолетние травы 2,41 0,556 +2,53 102,32 2,603

4 Озимая пшеница 2 56 0,546 +0,18 102 50 2,608

5 Соя 2,56 0,542 +0,28 103 6 2 630

За ротацию севооборота -1,03 -0,07 +5,31 +0,15

Травяной

1 Вико-овес + многолетние травы 1,68 0,603 +1,39 98,86 2,515

2 Многолетние травы 1,93 0,568 +2,52 101,18 2,574

3 Многолетние травы 2,46 0,534 +2,53 103,71 2,639

4 Многолетние травы 2,76 0,513 +2,27 105,98 2 697

5 Суданская трава 2,96 0,497 +0,87 106,85 2,719

За ротацию севооборота -1,43 -0,115 +9,38 +0,24

Эколого-мелиоративиое состояние. При использовании на ме-лиоративно неблагополучных орошаемых землях ресурсосберегающего режима орошения с эрозионно безопасными нормами полива, где предотвращается сток и фильтрация поливной воды, происходит потребление грунтовых вод на создание урожая и снижение их уровня Расчеты показали, что в наибольшей степени - до 500-600 м3/га -грунтовые воды используются многолетними травами с глубоко раз-

витой корневой системой, функционирующими как биологический дренаж На таких полях севооборота происходит снижение УГВ до 0,53 м На полях зерновых и зернобобовых культур УГВ снижается, но лишь до 0,10-0,15 м в год

За ротацию травяного севооборота с многолетними и однолетними травами снижение уровня грунтовых вод в течение 5 лет достигло 1,43 м, а в зернотравяном севообороте, насыщенном зерновыми и зернобобовыми культурами с неглубокой корневой системой и слабым использованием грунтовых вод на урожай, показатель снижения УГВ составил всего 1 м

Сочетание рациональной технологии орошения с фитомелиора-цией пота в севооборотах способствует рассолению почв, выносу солей с надземной массой и урожаем выращиваемых культур Наибольшее количество легкорастворимых солей из используемых грунтовых вод и почвенной среды накапливается в сухой надземной массе многолетних трав и суданской травы и меньше - в массе зерновых и зернобобовых культур, и таким образом за ротацию травяного пятипольного севооборота засоленность слоя почвы 1,0 м снижается с 0,6 %, те со средней степени засоления, до 0,497 %, с хлоридно-сульфатным типом засоления Внедрение на орошаемых полях зер-нотравяного севооборота с незначительным фитомелиорирующим действием оказывает меньший эффект на опреснение почвы, т е всего с 0,6 до 0,542 %

Таким образом, наилучшее опреснение и восстановление потенциального плодородия темно-каштановых орошаемых почв происходит при освоении травяного севооборота, где за 5-летний период ротации содержание солей снизилось на 0,115 % от массы сухой почвы При внедрении на засоленных орошаемых землях зернотра-вяного севооборота с меньшим фитомелиорирующим эффектом содержание солей в метровом слое почвы уменьшается только на 0,07 % от массы сухой почвы, или в 1,5 раза меньше

Внедрение на деградированных орошаемых землях комплекса агромелиоративных приемов и приемов фитомелиорации с целью восстановления их потенциального плодородия и высокого уровня урожайности орошаемых культур и улучшения экологического состояния природной среды дало возможность прогнозировать изменение эколого-мелиоративнош состояния на ближайшие 10 лет (рис 4) При этом уровень грунтовых вод без учета притока их с верхних террас снизится с 1,5 м до 5 м, засоленность почв до 0,2-0,25 % и содержание гумуса в пахотном слое почвы повысится до 3-3,5 % Внедрение зернотравяного севооборота увеличит срок восстановления деградированных орошаемых земель до 14-15 лет

3,5

30

25

20 2 с-

1 5 |

ш

10 О

05

Условные обозначения • УГВ м

А Содержание гумуса % ■ Суммасопей %

обозначение линии трендв

— зернотраэяной севооборот

- - - травяной севооборот

Рис 4 Прогнозирование эколого-мелиоративного состояния и плодородия темно-каштановых орошаемых почв при применении ресурсосберегающего режима орошения

Продуктивность полевых культур и севооборотов при использовании различных режимов орошения

В современных условиях рыночных отношений ценность приемов поддержания стабильного эколого-мелиоративного состояния орошаемого поля и сохранения высокого уровня плодородия почв должна подкрепляться и их положительным влиянием на урожайность полевых культур (табл 8)

Таблица 8

Урожайность культур в севооборотах в зависимости от режимов орошения, среднее за 2002-2005 гг

Виды и культуры севооборотов Интенсивный режим орошения Ресурсосберегающий режим орошения НСРоз

урожайность, т/га выход, т/га урожайность, т/га выход, т/га

кормовых единиц зерновых единиц кормовых единиц зерновых единиц

Зернотравяной

1 Яровая пшеница + + многолетние травы 3,15 3,78 3,15 2,81 3,38 2,81 0,09

2 Многолетние травы 49,31 7,8 9 7,40 41,43 6,63 6,22 1,24

3 Многолетние травы 53,84 8,62 8 08 46,22 7,40 6,94 1,41

4 Озимая пшеница 4,13 4,96 3,15 3,68 4,42 3 68 0,11

5 Соя 2,17 2,84 3,91 1,92 2,52 3,46 0,07

Среднее по севообороту 5,62 5,33 4,87 4,62

Травяной

1 Вико-овес + многолетние травы 31,63 4,75 4,12 26,86 4,03 3,50 0,95

2 Многолетние травы 50,17 8,03 7,53 43,14 6,91 6,48 1,27

3 Многолетние травы 54,68 8,75 8,20 46,28 7,41 6,95 1,44

4 Многолетние травы 50,61 8,10 7,59 42,91 6,87 6,44 1,25

5 Суданская трава 38,75 5,82 5,04 32,93 4,85 4,28 1,16

Среднее по севообороту 7,09 6,50 6,02 5,53

Наивысшая продуктивность выращиваемых культур достигалась при интенсивном режиме орошения - 5,62 кормовых и 5,14 зерновых единиц с 1 га в зернотравяном севообороте и 7,09 кормовых и 6,50 зерновых единиц с 1 га в травяном севообороте

При применении ресурсосберегающего режима орошения продуктивность орошаемых севооборотов снизилась зернотравяного севооборота на 13 % по выходу кормовых единиц и на 10 % по выходу зерновых единиц, а травяного севооборота на 15 % по выходу кормовых или зерновых единиц Однако соответственно севооборотам на 6 и 4 %

уменьшился коэффициент водопотребления на 25 и 22 % сократились затраты оросительной воды на единицу урожая, что означает повышение эффективности использования водных ресурсов, уменьшение водной нагрузки на орошаемое поле и улучшение экологического состояния мелиоративных агроландшафтов

Эколого-экономическая оценка возделывания культур в севооборотах при различных режимах орошения

Агроэнергетическая оценка применения различных режимов орошения при возделывании сельскохозяйственных культур в севооборотах подтвердила высокую энергетическую эффективность ресурсосберегающего режима орошения

Высокую производительность показывает травяной севооборот в комплексе с применением ресурсосберегающего режима орошения, где на 1 га обеспечивается сбор 6,02 т кормовых единиц и накопление обменной энергии 137,3 ГДж/га при высокой, до 5,95, энергетической эффективности

Расчеты экономической эффективности возделывания культур севооборотов показали, что наибольший условный чистый доход получен при интенсивном режиме орошения - 6,98-8,23 тыс руб /га, однако ресурсосберегающий режим орошения снижает прямые затраты на производство продукции с 1 га на 15 %, и в результате чего уровень рентабельности повысился до 186 %

ВЫВОДЫ

1 По результатам агроэкологического мониторинга 30-летнее интенсивное орошение на территории I очереди Приволжской оросительной системы привело к подъему уровня грунтовых вод, повышению их минерализации и развитию процессов деградации почвенного покрова, выражающихся в переувлажнении и вторичном засолении, ухудшении агрофизических и физико-химических характеристик темно-каштановых орошаемых почв На основе анализа эко-лого-мелиоративного состояния территории выделены 4 экологические зоны, различающиеся по интенсивности проявления деградаци-онных процессов и требующие для восстановления различных агромелиоративных мероприятий

2 На территории I и IV экологических зон, где дренированность подстилающих пород хорошая и имеет место ирригационный промывной тип водного режима с глубоким залеганием грунтовых вод и

с незасоленными почвами, рекомендуется использование общепринятых технологий орошения Для П приканальной зоны, где уровень грунтовых вод высокий, в виде купола вдоль оросительного канала, необходимы гидротехнические мероприятия по предотвращению потерь воды В III зоне, где вследствие низкой дренированное™ пород зоны аэрации и притока грунтовых вод за счет разгрузки с высоких террас отмечается подъем грунтовых вод выше критического уровня (< 2,5 м) и развиваются процессы вторичного засоления с фор\шрованием средне- и силь-нозасоленных почв хлоридно-сульфатного типа, необходимы разработка и применение эффективных мелиоративных приемов для восстановления плодородия деградированных орошаемых земель, улучшения и стабилизации эколого-мелиоративной сшуации

3 Длительное интенсивное орошение и высокая антропогенная нагрузка привели к дегумификации орошаемых почв с 3,73 до 2,42 % с уменьшением отношения гуминовых кислот к фульвокислотам с 2,9 до 2,2 и ухудшению их эколого-мелиоративного состояния с увеличением плотности почвы на 0,02-0,05 т/м3, снижением водопроницаемости с 71 до 49-52 мм/ч и количества водопрочных агрегатов с 68 до 45-48 %

4 Для предотвращения потерь поливной воды на инфильтрацию, предупреждения ирригационной эрозии, а также для эффективного использования поливной воды на деградированных орошаемых тем-но-капггановых почвах III зоны I очереди Приволжской оросительной системы необходимо применение ресурсосберегающего режима орошения с предполивной влажностью 70-70-65 % HB, с поливными нормами 400 м3/га В результате оросительная норма по зернотравя-ному севообороту уменьшается на 1060 м3/га и травяному - на 1360 м3/га, или на 33-34 %, а коэффициент водопотребления снижается по яровой и озимой пшенице на 8-12 % и многолетним травам на 5-6 %

5 На деградированных орошаемых землях с близким уровнем грунтовых вод эффективно внедрение травяного и зернотравяного севооборотов, в составе которых многолетние травы, функционирующие как биологический дренаж, оказывают большой фитоме-лиорирующий эффект, выражающийся в снижении уровня грунтовых вод, опреснении и оструктуривании почвы, а также накоплении гумуса в почве На этих полях в комплексе с ресурсосберегающим режимом орошения суммарное содержание агрегатов меньше 0,25 и больше 10 мм в пахотном слое темно-каштановой почвы (0-0,3 м) под посевами многолетних трав в изучаемых севооборотах уменьшилось до 30-35 %, в то время как под посевами зерновых культур и однолетних трав оно составляло 38-52 %, содержание агрономически ценной комковато-зернистой структуры (10-0,25 мм) увеличи-

лось до 64-69 %, обеспечивая наивысший коэффициент структурности 1,8-2,3 ед, что на 33-50 % выше, чем под другими культурами изучаемых севооборотов

6 Внедрение травяного севооборота ускоряет стабилизацию экологического состояния орошаемых агроценозов, накопление гумуса в пахотном слое почвы за период ротации до 9,38 т/га с возрастанием содержания гумуса на 0,24 % Зернотравяной севооборот обеспечивает накопление гумуса всего на 0,15 %

7 Использование на мелиоративно неблагополучных орошаемых землях ресурсосберегающего режима орошения в комплексе с травяным севооборотом, обладающим фитомелиоративным действием, обеспечило участие грунтовых вод в водопотреблении культур до 500-600 м3/га в год, что привело к снижению уровня грунтовых вод с 1,5 до 2,96 м, т е ниже критической глубины, опреснению почвенного профиля 0-1,0 м с 0,6 до 0,497 %, тогда как за ротацию зерно-травяного севооборота - соответственно до 2,56 м и с 0,6 до 0,542 % от массы сухой почвы

8 Прогнозирование внедрения разработанного комплекса агромелиоративных и фитомелиоративных приемов на ближайшие 10 лет дает возможность предвидеть снижение уровня грунтовых вод без учета притока с верхних террас до 5 м, засоленности почв до 0,2-0,25 % и повышение содержания гумуса в пахотном слое почвы до 3,0-3,5 %

9 При применении ресурсосберегающего режима орошения сокращаются затраты оросительной воды и водопотребление сельскохозяйственных культур, уменьшаются прямые затраты на производство единицы продукции и обеспечивается эколого-мелиоративная устойчивость орошаемого агроландшафта

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В целях восстановления эколого-мелиоративного состояния и плодородия деградированных орошаемых земель Саратовского Заволжья и обеспечения высокой продуктивности сельскохозяйственных культур целесообразно

1 На орошаемых землях при уровне грунтовых вод 3 м и более -использование зернотравяного севооборота при ресурсосберегающем режиме орошения

2 На сильно деградированных орошаемых землях при уровне грунтовых вод выше критической глубины (< 2,5 м) и средней степени засоления - внедрение травяного севооборота с ресурсосберегающим режимом орошения (70-70-65 % НВ) с эрозионно безопасной нормой полива 400 м'/га

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Туктаров, Б И К вопросу о мониторинге земель Саратовской области / Б И Тук:га-ров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров // Всерос науч.-практ конф - Пенза, 2003 - С 72-74

2 Туктаров, Б И Мониторинг орошаемых земель сухостепной зоны Саратовской области / Б И Туктаров, В А Тарбаев, В Д Горячев, Р Р Гафуров // Между-нар науч -практ конф «Проблемы охраны природных ландшафтов и биоразнообразия России и сопредельных стран» -Пенза, 2004 - С 112-114

3 Туктаров, Б И Эколого-мелиоративная оценка состояния орошаемых земель Саратовской о&тасти / Б И Туктаров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров // Междунар науч -практ конф «Проблемы охраны природных ландшафтов и биоразнообразия России и сопредельных стран» — Пенза, 2004 —С 114-117

4 Туктаров, Б И. Агроэкологический мониторинг орошаемых земель Саратовской области / Б И Туктаров, В А. Тарбаев, Р Р Гафуров // Междунар науч -пракг конф «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» - Воронеж, 2004 -С 141-145

5 Гафуров, Р Р Эколого-мелиоративный мониторинг орошаемых земель Саратовской области / Р Р Гафуров // Вавиловские чтения - 2004 / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» - Саратов, 2004 - С 40-43

6 Туктаров, Б И Агроэкологический мониторинг орошаемых земель территории Приволжской оросительной системы / Б И Туктаров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров // Междунар науч -практ конф «Землеустроительное и кадастровое обеспечение функционирования земельно-имущественного комплекса» - Омск, 2005 - С 356-360

7 Туктаров, Б И Проведение агроэкологического мониторинга на орошаемых землях Приволжской оросительной системе / Б И Туктаров, В А. Нагорный, В А. Тарбаев, Р Р Гафуров // Вавиловские чтения - 2005 / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» -Саратов, 2005 - С 43^5

8 Туктаров, Б И Современные задачи землеустройства на орошаемых землях Саратовской области / Б И Туктаров, В А Тарбаев, С А Слободсков, Р Р Гафуров, В А Чистопольский // Вестник Сарат госагроуниверситета им Н И Вавилова -2006 - № 5 - С 65-67

9 Туктаров, Б И Использование интегральных и дифференциальных показателей при обосновании решений землеустройства / Б И Туктаров, В Д Горячев, Р Р Гафуров, Л М Хончева//Вавиловские чтения - 2006/ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» - Саратов, 2006 - С 43-45

10 Туктаров, Б И Мониторинг орошаемых земель Саратовского Заволжья/Б И. Туктаров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров // Междунар науч -практ конф «Земельные ресурсы, состояние и перспективы использования» - Ставрополь, 2006 -С 118-122

11 Туктаров, Б И Результаты агроэкологического мониторинга орошаемых земель Саратовского Заволжья / Б И Туктаров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров // Междунар науч -практ конф «Объекты недвижимости управление, использование, ведение и инженерно-геодезическое обеспечение кадастра» - Омск, 2007 - С 87-90

12 Туктаров, Б И Управление эколого-мелиоративным состоянием и плодородием деградированных темно-каштановых орошаемых земель Саратовского Заволжья / Б И Туктаров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров // Междунар науч -практ конф «Объекты недвижимости управление, использование, ведение и инженерно-геодезическое обеспечение кадастра» — Омск, 2007 — С 25-29

13 Гафуров, Р Р Улучшение эколого-мелиоративного состояния и плодородия деградированных темно-каштановых орошаемых земель Саратовского Заволжья по результатам агроэкологического мониторинга / Р Р Гафуров // Материалы науч-практ конф мол ученых Прнволж федерального округа «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК»» - Саратов, 2007 -С 51-54

14 Туктаров, Б И Эколого-мелиоративная оценка состояния орошаемых земель Саратовского Заволжья / Б И Туктаров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров // Всерос науч -пракг конф -Димитровград, 2007 - С 49-56

15 Туктаров, Б И. Агроэкологический мониторинг и использование его результатов для восстановления деградировшшых орошаемых земель Саратовского Заволжья/Б И Туктаров, В А Тарбаев, Р Р Гафуров//Всерос науч-практ конф - Димитровград 2007 -С 57-61

Подписано в печать 26 04 07 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Гарнитура Times _Печ л 1,0 Тираж 100 Заказ 791/843_

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им Н И Вавилова» 410012, Саратов, Театральная пл, 1

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Гафуров, Равиль Расимович

Введение

1. Обзор литературы по вопросам агроэкологического мониторинга, эффективного применения ресурсо-, водосбережения и приемов фито-мелиорации орошаемых земель Саратовского Заволжья 9 1.1. Эколого-мелиоративное состояние орошаемых земель Саратовской области 9 1.2 Экологическая значимость проведения мониторинга орошаемых земель

1.3. Агроэкологические предпосылки уменьшения ирригационной нагрузки на орошаемые земли

1.4. Формирование экологического каркаса территории путем стабилизации мелиоративного состояния орошаемых земель

2.Условия, схема, методика и агротехника проведения полевых исследований

2.1.Местоположение, рельеф и гидрогеологические условия территории Приволжской ОС

2.2.Почвенно-климатические условия района проведения исследований

2.3. Погодные условия в годы проведения полевых опытов

2.4.Схема опыта и методика проведения исследований

2.5. Агротехника проведения полевых опытов

3. Методика проведения агроэкологического мониторинга орошаемых земель 62 3.1. Критерии и категории эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель 62 3.2.0боснование выбора территории и показателей агроэкологического мониторинга орошаемых земель Приволжской ОС

4. Результаты агроэкологического мониторинга орошаемых земель Приволжской оросительной системы

4.1. Влияние длительного орошения на эколого-мелиоративное состояние почв

4.2. Динамика уровня и минерализации грунтовых вод

4.3. Засоленность почвогрунтов

4.4. Изменение водно-физических свойств мелиорируемых почв

4.5. Динамика содержания гумуса темно-каштановых почв под действием орошения

5. Восстановление эколого-мелиоративного состояния и плодородия деградированных орошаемых земель при применении биомелиорации и ресурсо-, водосбережении 118 5.1.Экологическая сбалансированность культур севооборотов влагой при различных режимах орошения

5.2.Эффективность использования оросительной воды полевыми культурами

5.3. Экологическое равновесие водно- и агрофизических свойств темно-каштановых орошаемых почв под влиянием почвенно-мелиоративных приемов

5.4. Влияние приемов биомелиорации на накопление гумуса в почве

5.5. Эколого-безопасный уровень грунтовых вод на орошаемых землях в зависимости от приемов ресурсо-, водосбережения в биомелиорации

5.6. Опреснение почвы при комплексном воздействии ресурсосберегающего режима орошения и биологической мелиорации

5.7. Прогноз улучшения эколого-мелиоративного состояния деградированных орошаемых земель

6. Продуктивность орошаемых земель при различных севооборотах и режимах орошения 146 6.1 .Закономерности роста полевых культур и эффективность фотосинтеза посевов 146 6.2. Продуктивность полевых культур и севооборотов при различных режимах орошения

7. Эколого-экономическая оценка агромелиоративных приемов 153 Выводы и предложения производству 158 Список использованной литературы 161 Приложения

Введение Диссертация по биологии, на тему "Агроэкологический мониторинг и приемы повышения плодородия орошаемых земель сухостепной зоны Саратовского Заволжья"

Интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства в прошлом столетии привело к возникновению глобальных и региональных экологических проблем, которые в настоящее время достигли критического уровня и усугубляются экономическим кризисом в стране. Дальнейшее нерациональное использование природных ресурсов и загрязнение окружающей среды грозят обернуться экологической катастрофой.

Острой проблемой для Саратовской области, одной из крупнейших регионов орошаемого земледелия России, является ухудшение почвенного плодородия и падение урожайности сельскохозяйственных культур.

Снижение почвенного плодородия связано с высоким долговременным уровнем антропогенной нагрузки на почву, что привело к развитию комплекса негативных процессов, вызывающих деградацию земель. Это водная и ветровая эрозия, подтопление и переувлажнение земель, засоление и осолон-цевание, переуплотнение, слитизация и опустынивание, снижение запасов гумуса и элементов питания растений, загрязнение земель тяжелыми металлами и пестицидами, продуктами добычи и переработки нефти и газа и т.д. Деградация земель представляет собой серьезную социальную и экологическую проблему общества, что является результатом нерационального природопользования.

В этих экологически нестабильных условиях первоочередной задачей становится проведение комплекса эффективных природоохранных мероприятий, препятствующих развитию негативных природных процессов, которые должны обеспечивать сохранность земельных и водных ресурсов в процессе хозяйственной деятельности человека. Разработка и обоснование таких природоохранных мероприятий может быть произведена на основе комплексной оценки состояния орошаемых земель, включающий в себя анализ развития негативных процессов, изучение факторов антропогенного воздействия и последствий хозяйственной деятельности человека. Эффективность природоохранных мероприятий можно оценить в процессе проведения агроэкологи-ческого мониторинга земель, контроля и прогнозирования последствий антропогенного воздействия на природную среду.

Орошаемое земледелие, как важнейший фактор стабилизации сельскохозяйственного производства в Саратовской области и других засушливых зонах РФ, должно сохранить свое значение в условиях непрерывного роста стоимости энергии, материалов и платного водопользования. Однако для эффективного использования дефицитных водных ресурсов и предотвращения деградации орошаемых земель необходимы подбор высокопродуктивных культур фитомелиорантов в системе севооборотов и разработка ресурсосберегающих технологий их возделывания, включающих экологически обоснованный режим орошения и биомелиоративные приемы, позволяющие сохранять плодородие почв.

Цель и задачи исследований. Основная цель исследований - оценка эко-лого-мелиоративного состояния орошаемых земель сухостепной зоны Саратовского Заволжья на примере Приволжской оросительной системы, прогноз его изменения с последующей разработкой комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих восстановление плодородия и улучшение эколого-мелиоративной обстановки деградированных орошаемых почв, рациональное использование природных ресурсов и увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

1. Провести оценку эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель Приволжской ОС (1-очередь) и установить изменения, произошедшие за 30-летней период эксплуатации.

2. Провести агроэкологическое зональное районирование и типизацию орошаемых земель по проявлению негативных процессов, ухудшающих их эколого-мелиоративное состояние, и дать анализ особенностей проявления и развития почвенных деградационных процессов.

3. Разработать экологически безопасный и экономически эффективный ресурсосберегающий режим орошения культур севооборотов, обеспечивающий получение запланированных урожаев сельскохозяйственных культур, снижение затрат оросительной воды и улучшение эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель при близком залегании грунтовых вод.

4. Определить эффективность влияния мелиоративных приемов на водно-солевой режим, агрофизические свойства и плодородие темно-каштановых орошаемых почв при близком залегании уровня грунтовых вод.

5. Дать прогноз изменений эколого-мелиоративного состояния и плодородия орошаемых земель с разработкой мероприятий по восстановлению деградированных орошаемых земель и эффективному их использованию.

6. Дать эколого-экономическую оценку разработанного комплекса мелиоративных приемов.

Научная новизна. Впервые в Саратовском Заволжье проведена комплексная агроэкологическая оценка современного состояния орошаемых земель на примере Приволжской ОС. На основе обобщения полученных материалов проведены типизация и зональное районирование территории по проявлению негативных почвенно-мелиоративных процессов, представленные в виде схематической карты. Разработана технология восстановления плодородия деградированных орошаемых земель в условиях близкого залегания грунтовых вод, включающая рациональные севообороты и ресурсосберегающий режим орошения. Даны прогноз стабилизации эколого-мелиоративного состояния на 10-летний период при условии проведения предлагаемых мероприятий и рекомендации по восстановлению и сохранению плодородия земель для территорий с современным проявлением почвенных деградационных процессов.

Практическая ценность работы. Материалы и результаты агроэкологи-ческого мониторинга могут быть использованы в комитете по охране окружающей среды и проектных организациях при составлении схем землеустройства. Разработанные рациональные мелиоративные приемы экологически безопасной ресурсосберегающей технологии возделывания орошаемых культур в адаптивных севооборотах в условиях близкого залегания грунтовых вод, обеспечивающие водосбережение и получение планируемых урожаев зерна и кормов, могут использоваться на орошаемых землях сухостепной зоны Саратовского Заволжья.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проведены на орошаемых землях Приволжской ОС Марксовского района Саратовской области на площади 360 га.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Международных научно-практических конференциях: «Проблемы охраны природных ландшафтов и биоразнообразия России и сопредельных стран» (Пенза, 2004), «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Воронеж, 2004), «Землеустроительное и кадастровое обеспечение функционирования земельно-имущественного комплекса» (Омск, 2005), «Земельные ресурсы, состояние и перспективы использования» (Ставрополь, 2006), «Объекты недвижимости: управление, использование, ведение и инженерно-геодезическое обеспечение кадастра» (Омск, 2007), на Всероссийских научно-практических конференциях: «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2003), «Наука в современных условиях: от идеи до внедрения» (Димитровград, 2007), в региональной научно-практической конференции: «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК»» (Саратов, 2007), посвящены 117, 118 и 119 годовщинам со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов 2004, 2005, 2006) и конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (Саратов, 2003-2007 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в пятнадцати научных работах, в том числе в рецензируемом журнале «Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова».

Степень личного участия заключается в проведении полевых исследований, а также в сборе, анализе, систематизации и обработке данных и картографического материала.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, рекомендаций производству, списка литературы из 275 наименований, в том числе 10 работ иностранных авторов. Работа изложена на 187 страницах компьютерного текста, включает 41 таблицу, 13 рисунков и 24 приложения.