Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

КОМПЛЕКСНАЯ МЕЛИОРАЦИЯ БОЛОТНО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ, СФОРМИРОВАННЫХ НА ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ-ЛЕГКОГЛИНИСТОЙ КАРБОНАТНОЙ МОРЕНЕ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "КОМПЛЕКСНАЯ МЕЛИОРАЦИЯ БОЛОТНО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ, СФОРМИРОВАННЫХ НА ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ-ЛЕГКОГЛИНИСТОЙ КАРБОНАТНОЙ МОРЕНЕ"

А-30Я?/

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА 7ТЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К.А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

ГАСАНОВ Аят Мухтар Оглы

УДК 631. '

КОМПЛЕКСНАЯ МЕЛИОРАЦИЯ БОЛОТНО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ, СФОРМИРОВАННЫХ НА ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ-ЛЕГКОГЛИНИСТОЙ КАРБОНАТНОЙ МОРЕНЕ

Специальность: 06.01.03 - агропочвоведение и агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена на кафедре мелиоративного почвоведения и земледелия Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института.

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных

наук, гоофессор И.С. Кауричев, член-корр. Петровской АН России, доктор географических наук, профессор Ю.С.Толчельников, доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Б.А.Зимовец

Ведущее учреждение -Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации (ВНИИГиМ).

1. М/^-

Защита состоится "Л>Э " 1992 г. в часов на

заседании специализированного совета Д 120.35.02 в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва, И-550, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан "ЦМО^_1992 г.

V ченый секретарь Специализированного совета кандидат с.х. наук г

Л.М. Наумова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Мелиорация сельскохозяйственных земель в Российской Федерации является одним из основных направлений научно-технического прогресса в сельском хозяйстве, важнейшим составным элементом комплекса мероприятий по сохранению и расширенному воспроизводству почв, путем интенсификации сельскохозяйственного производства.

Рассматривая народнохозяйственное значение Нечерноземной зоны, следует иметь ввиду, что без широкой сельскохозяйственной мелиорации.здесь невозможно получить достаточный эффект от сельского хозяйства. Объясняется это тем^ что в Нечерноземной зоне широко представлены болотно-подзолистые почвы преимущественно суглшистого и глинистого механического состава. Их площадь занимает 82,156 от общей площади всех сельскохозяйственных угодий. Почвы легкого гранулометрической? состава здесь состав**» ют всего 19,956. Кислые почвы в данной зоне составляют 41,4^ <у* площади сельскохозяйственных угодий. . . .:. ,

До настоящего времени главное внимание уделялось изучению генезиса болотно-подзолистых поверхностно^глеенных почв и их аонально-географическому распространению. Вместе с тем причины их низкого плодородия остаются недостаточно изученными. В частности не дано достаточного теоретического обоснования способов уменьшения глееобразовательных процессов, улучшения водно-воздушного режима и повышения эффективности использования минеральных аэотно-фосфорных и калийных удобрений, снижения подвижности соединений алюминия, железа и т.д.

Слабо изучена проблема влияния комплексных мелиорация этих

почв на динамику уровня грунтовых вод, р!жим вШй^йОДЬЬШра-

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА М*ск.свльск«хоз академии

им. К. А.^Тимир>,оем Инв. №.

цию и трансформацию водно-растворимых веществ, вынос их с дренажной водой и в их взаимосвязи. Не исследована также и.проблема совместного воздейс.вия осушительных и химических мелиорация на динамику кислотности, гумусное состояние, уровень минерального питания растений, подвижность кальция, магния, алюминия и железоорганических соединений и, в конечном итоге, на урожайность сельскохозяйственных культур.

Следовательно, разработка теоретического обоснования и прай :ических методов окультуривания болотно-подзолистых поверхност-но-оглеенных почв Нечерноземья весьма актуальна, поскольку это является частью комплексных мероприятий, направленных на повышение производительности мелиорированных почв северо-западных районов России.

Решение проблемы наиболее интенсивного использования болотно-подзолистых поверхностно-оглеенных почв невозможно без решения научных и практических задач, связанных с комплексным изучением системы "осушительная сеть - почва - почвообразуюшие породы - растения".

Исследованию данной научно-производственной проблемы посвящена диссертационная pat >та, выполненная автором в Московском ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте в 1976...1992 гг.

Цель и зазаод_диссе2тационной_работы. Обосновать подходы и критерии изучения мелиорированных (осушенных) почв, исследовать почвенно-мелиоративные режимы л процессы, :редлотить систему мероприятий по комплексной мелиорации болотно-подзолистых гочв с целью повышения их плодородия и интенсификации сельскохозяйственного производства. Заработать научные положения изменения

свойств почв под влиянием различных мелиорация как во времени, так и в пространстве.

Выявить особенности почвообразовательного процесса при внесении различных корм минеральных удобрений на фоне осушения, классифицировать процессы накопления и трансформации веществ и энергии в осушаемой почве с:учетом неравномерности водного режима создаваемого дренажем.

1Гзадачи исследований входило:

- изучить современные почвенные режимы и процессы, состав и свойства, болотно-подзолистых почзерхностно-оглеенных почв (строение почвенного профиля и морфологические признаки, генетические характеристики, органо-минералогический состав и физические, физико-химические, водные, биологические свойства и питательный режим); ;

- изучить влияние осушения и, в частности, междренных расстояний, и гидродинамического режима грунтовых вод на формирование питательного и водного режимов и на1свойства и плодородие мелиорированных почв;

; - выяснить характер воздействия осушения и химической мелиорации на динамику почвенных процессов;

' . - разработать способы снижения интенсивности глееобразования уменьшения подвижности соединений " Г&, г Ссь улучшения водно-воздушного и пищевого режимов данных почв, методов повдаения содержания гумуса и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур; Г; , .' . ' •

, - изучить влияние минеральных удобрений на свойства болотно-подзолистых почв и на качество и количество урожая; . *• - изучить баланс питательных веществ и причины загрязнения

поверхностного и грунтового стока;

- выяснить влияние комплексных мелиорация на свойства почвы и выявить направленность и интенсивность процессов почвообразования на осушенных болотно-подэолистых пахотных почвах, разработать мероприятия по окультуриванию почв и повышени» их плодородия.

Методология и методика исследований. В основу методологии исследований положены идеи В.В.Докучаева, В.Р.Вильямса и А.Н. Костикова о генезисе и мелиорации почв как особого природного тела. В соответствии с программой проводимых работ методикой предусматривалось проведение теоретических разработок и экспериментальных лабораторных и полевых исследований на основе системного подхода. В качестве изучаемой системы рассматривается 4 взаимосвязанных блока "осушительная сеть - почва - почво-образуотие породы - растения". Системный анализ позволяет учесть при исследованиях все аспекты проблем и выбрать наиболее оптимальный вариант как основной инструмент для решения сложных научно-экологических задач.

Подсистема "осушительная сеть - почва" на опытно-производственном участке Тверской области, где представлены болотно-под-золистые тяжелосуглинистые почвы на карбонатной морене позволила исследовать влияние меаздренного расстояния на пространственную неоднородность формирования водного, питательного, воздушного, и других режимов мелиорированных почв.

Подсистема "почва - растения" дала возможность установить процессы взаимодействия почвы - минеральных удобрений и растений с применением обычных методов, влагомера поверхностно-глубинного радиоизотопного (ВПГР), нейтронного влагомера (НВ),изо-

топныв исследования, связанные с формированием, миграцией и трансформацией органо-минеральных веществ. В лабораторных условиях изучались закономерности и особенности формирования почвообразовательного процесса под влиянием осушения/ г , По подсистеме "почва - почвообразугацая порода - дрены" исследовалась миграция питательных элементов по профилю почвы и вынос их с дренажной водой, определялись качественные и количественные оценки выноса и загрязнения окружающей среды, лессиваж и возникновение вторичного иллювиального горизонта.

•' При обработке данных измерений применялись методы теории вероятности и математической статистики.

. : Для разработки новых научных предложений и прогнозов почвообразования, болотно-подзолистых почв использовались ттериалы исследований, проводимых непосредственно автором, а также выполненные при его участии или под его научным руководством, данные проектов, отчетов по мелиорации земель, материалы справочников, специальной литературы и нормативных документов. ч

1&£чная новизна. В работе на основании использования эко- ' систешого подхода изучены, обоснованы подходы и методология ^ исследований системы мероприятий по комплексным мелиорациям болотно-подзолистых поверхностно-оглеенных почв. Изучены основные процессы изменения свойств почв под влиянием комплексных мелиораций как во времени, так ив пространстве. , '

На основе комплексных исследований болотно-подзолистых почв -разработаны и обоснованы общие принципы, методы исследования и изучения почвенных режимов на междренной полосе, выделены "активная" и "пассивная" часть площади, которые позволят в дальнейшем создать модель, учитывающую и оценивающую пестроту почвенного покрова при разном междренном расстоянии.

Иауче; ы особенности современного проявления процессов почвообразования, обладающих характером относительной непрерывности и интенсивности, которые меняются в зависимости как от природных биоклиматических условий так и от различных условий мелиорации. В этой связи применен закон термодинамики для описания изменения внутренней энергии исследуемых почв.

Установлены сакономерности формирования питательного режима, миграции и трансформации органо-минеральных соединений, являющихся непосредственной базой создания плодородия осушаемых почв, а аакже по изменению физико-механических и биологических свойств почв на "активной" и "пассивной" площади междренного расстояния.

Установлен характер влияния междранных расстояний (12,18,24, 30 м) на дозы и нормы минеральных удобрений, на их миграцию и трансформацию по профилю осушаемой толщи, вымыв с дренажной водой и загрязнение окружающей среды, а также влияние минеральных удобрений на качесгво и количество урожая.

На_защит^ еыносится:

- особенности формирования водного режима в осушаемой толще

и влияние его на механические, физические и агрофизические свойства почвы;'

- влияние химической мелиорации на свойства осушаемых почв, на миграцию и трансформацию химических вещестч и на загрязнение грунтовых вод и внутренних водоемов;

. - изменение свойств почв под влиянием комплексных мелиораций, формиррвание антропогенного иллювиального горизонта, особенности культурного развития минеральных почв и повышения их плодородия«

- влияние осушительных ыелиораций ка увеличение пестроты почвенного покрова,Сформирование урожая на междренных расстоя- -ниях, которые должны учитываться при проектировании.

Научно-практическая ценность -работа. Вазработаны научные положения» показывающие особенности формирования болотно-подзоли-стых поверхностно-оглеенных почв под влиянием комплекса мелиоративных работ. Представлены данные о пределах изменения параметров по гранулометрическим, физическим, химическим и водным свойствам почв.

Установлено количество и качество элементов, вьносимых с дренажными водами как одна из причин загрязнения грунтовых вод и внутренних водоемов.

Определены параметры "активной" и "пассивной" части осушаемой территории, что необходимо учитывать при проектировании и " учете урожая с целью более,объективного определения окупаемости мелиоративных систем, а .также при кадастре земель.

Заложены возможности для создания банка по водно-физическим, химико-биологическим, механическим свойствам и по структуре почв в зависимости от расстояния между дренами.

Разработана модель улучшения почвенного плодородия, которая содержит не только почвенно-генетические характеристики, но и < имеет пространственный и вредекной характер, дает также представление о нормах минеральных удобрений и выносе органо-минера-льных соединений за предел осушаемой территории.:

^адизм^я^ез^льтатов_работы. Основные положения диссертации изложены в 42 опубликованных научных работах.

Содержание работы докладывалось на съезде.почвоведов, на Всесоюзной научной конференции МГУ, МГМИ, ТСХА, чрчиная с 1978 по 19°1 годы. '' .'••'•.•• . ■

Ащюбация работы. Разработки и научные положения автора были использованы при составлении проектов мелиоративных объектов в зоне осушения Г.- гвным управлением науки и техники Мин мелиорации Российской Федерации, институтами "Мосгипроводхоз" и ПО "Совинтервод" и хозяйствами Калязинского района Тверской области. ч

I

Результаты использовались в учебно-методических работах, сос-

I

тавлег-чых для студентов ШМШ, ТСХА и МГМИ;

- методические указания для проведения учебной практики по мелиоративному почвоведению;

- методические указания по мелиоративному почвоведению и земледелию для заочников.

Ст]эукт}^ра и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и заключения по работе, списка использованной литературы 359 и приложений. Общий объем диссертации составляет 378 страниц, в том числе 254 страниц основного текста,таблиц 74 и рисунков 50. Приложение (книга 2) табл. 214, рисунков 62.

СОДЕВШШ РАБОТЫ

I. Состояние проблемы комплексных мелиораций • болотно-подзолистых почв Нечерноземной зоны

В последние годы стало ясно, что освоение земель без детального учета процессов массо-энерго переноса в почвах не дает должного экономического эффекта, так как при этом не обеспечи-• вается основное требование - расширенное воспроизводство плодородия почв, проявляются новые проблемы охраны окружающей среды, решение которых требует дополнительных затрат.

Основные пути решения проблемы обеспечивающие вьюокоэффектив-

нов и высокоинтенсивное ведение сельского хозяйства на мелиорируемых землях, в соответствии с современными требованиями следующие: снижение избыточной влажности иочвы, создание бла-' гоприятных режимных условий в почве в течение всего вегетационного периода, создание оптимальной питательной среды, создание хорошо спланированной, правильной конфигурации полей, максимальное сохранение земли при строительстве гидротехнических и гидро-V. мелиоративных сооружений, организация эксплуатации систем, использование современной техники, подготовка высококвалифицированных кадров. Комплексный подход к мелиорации земель и организации на них высокоэффективного к высокорентабельного сельскохозяйственного производства,необходимо соблюдать как на всех стадиях от проектирования и планирования, до строительства, освоения и эксплуатации. Невыполнение одного из факторов или условий в конечном счете.неизбежно приведет к снижению аффекта, получаемого от мелиоративного земледелия., : Рядом ученых /Айдаров И'.П., 1985; Маслов Б.М., 1979 и др./ . отмечено, что правильное выполнение комплекса мелиоративных и агромелиоративных мероприятий возможно только на основе детального анализа природных факторов с.учетом развития мелиорации и - прогрессивных систем ведения сельского хозяйства. В то же время Пестряков В.К. /1977/ предлагает в будущем строить комплекс: ные автоматизированные мелиоративные системы, которые смогут. ■,*.' управлять всеми факторами жизни растений. Зайдельман Ф.Р./1985/ отмечает, что для эффективного осушения тяжелых почв с низкими • к средними значениями водопрониг^емости и при наличии выражен: * ных водоупоров необходимо осуществлять сложный комплекс взаимо-связанных:мероприятий.: '7-V-7

Наши исследования показывают, что комплексные мелиорации сельскохозяйственных земель следует проводить в два этапа. Первый этап включает гидротехнические и культуртехнические мероприятия, т.е. мероприятия, которые направлены на освобождение почв от избыточного увлажнения и подготовку поверхности полей к хозяйственной деятельности. Время выполнения мероприятий второго этапа в целом зависит от качества и сроков выполняемых работ на первом этапе. При отсутствии отклонений от проектных основ и нормальном функционировании осушительной сети задачи выполнения второго этапа мо-жно начинать через 1...2 года. Причины отдаленности второго этапа объясняются научными и хозяйственно-экономическими расчетами. Во-первых, в первый год освоения избыточно увлажненные почвы полностью сохраняют профильные черты без изменений, следовательно, внесенные известь и минеральные удобрения, относительно большей частью из-за низкой фильтрации, выносятся поверхностными водами и дренажной водой. Это приводит как к потере химических веществ, так и к загрязнению среды. Во-вторых, выполнение других видов работ (эксплуатационная планировка, пескованил,рыхления и т.д.) приводит к уплотнению влажных почв. В результате выполнения всех мероприятий должны быть обоснованы расширенное воспроизводство* почвенного плодородия и штенсификация сельскохозяйственного производства.

Ьолотно-подзолистые почвы распространены в бореальном почвен-но-^иоклиматическом поясе и занимают 87,1 млн.га, в том числе в северной части 32,о и в центральной и южной частях 54,6 млн.га, являются результатом подзоло- и глееобразования. Эти процессы оостоя\е™ьно исследованы Докучаевым В.В., Герасимовым И.П., Яр-ковым С.П., Гедройцзч К.К., Матсоном С., Ремезовым И.П., Каури-

чевым Л.С., Роде A.A., Дюшофур Ф., Зайдельманом Ф.Р., Пономаревой В.В., Можайко A.M. и др.

Как отмечают БудыкоМ.И. /1977/ и Айдаров И.П. /1985/ общий баланс тепла и влаги определяют гидротермические условия территории. В зависимости от отношения характер миграции, химических элементов будет различен; при Äf ^Q. > I протекают процессы акку»<уляции водно-растворимых солей в почвах, грунтах и грунтовых водах; при Я / ¿Ое < I формирование солевого режима почв определяется, с одной стороны, выносом-химических элементов, с другой - накопление их в процессе биологического кругово рота.

Анализ "индекса сухости" по Тверской области показал, что из 36 исследованных лет только три года имели £ ^ 1,0, а осталь ные 33 года были более влажными и более холодными, следовательно, и индекс сухости соответственно приобретает следующие знача ния: 0,8<^< 1,0 - 6 лет; 0,6^< 0,8 - 15 лет х Ä<Q,6 -12 лет. • . '

. Данные по отношению тепла и влаги показывают, что почвы ш-но-таежной зоны в основном формируются в условиях избыточного -увлажнения и при недостаточном поступлении тепла.

. Наши исследования подтвердили, что подзолообразовательный процесс в большой степени протекает при промывном водном режиме и связан с разрушением первичных и вторичных минералов, в результате чего образуются закисные формы и происходит их перераспределение. Преобладающим элементом является железо^ Однозре менно при осушении происходит лессиваж. В зоне дренажа начинаот образовываться вторичный иллювиальный горизонт. В то же время нельзя исключить процессы, связанные с кислотным гидролизом.

Правильное понимание сущности возникновения подэоло- и глее-образования и сопровождающих их отрицательных явлений позволит успешно решить практические вопросы гидротехническойг тепловой и химической мелиорация, агротехники и других мероприятий, направленных на улучшение свойства оглееных почв и получения плановых урожаев сельскохозяйственных культур.

2. Методология,методика и объекты исстедований

В основу исследований положены идеи В.В.Докучаева, В.Р.Виль-ямса и А.Н.Костякова о генезисе и мелиорации почв как особого природного тела.

В качестве изучаемой системы нами рассматривалось 4 блока. Эти блоки связаны между собой потоками вещества и энергии. В целом, рассматриваемая система может быть описана балансовыми уравнениями:

Тепловой баланс

Я =: ¿6 (I)

Баланс поверхностных и почвенных вод

Л К = Оа -Е- С (2)

Баланс'грунтовых вод

"Д Чг = - # - Л (3)

Баланс энергии

• = сГи+еГЖ (4)

где & - радиационный баланс; - затраты тепла на суммарное испарение; Р- теплообмен между почвой и почвообразую-ней породой; В- тегиообмен между поверхностью почвы и атмосфе-

. рой; Й/. изменение запасов воды в расчетном слое" за оп-

ределенное время; . - осадки; С - приток и отток поверхностной воды; £ - влагообмен между почвенными и грунтовыми водами; дренажньА сток; $0.. - поступление энергии в

систему в виде тепла; - поступление энергии в систе-

му с массообменом; - изменение внутренней энергии систе-

мы; № - работа почвообразовательного процесса.

. Из рассмотрения системы балансовых уравнений следует, что регулирование одного из балансов и тем более одной из составляющих любого из баланса (например только водного) неприемлемо, так как формирование почвенно-мелиоративных условий является результатом воздействия всех факторов /278,56а/.

; Экспериментальные исследования проводились в Тверской области, объектом исследований были болотно-подзолистые поверхностно-оглеенные тяжелосуглинистые почвы, сформированные на карбонатной морене. ••• ' ..';-''

. По территории области проходит главный орографический водораздел между бассейнами Каспийского и Балтийского море. Главная водная артерия - река Волга. Вэютительный покров представлен преимущественно хвойными (475?) и мелколиственными (53&) лесами. Почвенный покров представлен подзолистыми,-болотно-подзолистыми, дерново-подзолистыми (80$) почвами. -.'.-.

Для детального изучения влияния осушительных мелиорация на свойства почвогрунтов был выбран однородный в генетическом отно- ■ тении участок со спокойным рельефом. Осушительная система была запроектирована в виде сети закрытого гончарного дренажа со .сродней глубиной = 1м й междреннъпли расстояниями * 12, •

10,24 и 30 м. Для изоляции опытного участка от возможного при-

тока поверхностных вод с прилегающих земель на границе участка проходит открытый канал, выполняющий функцию дренажного сброса и перехвата поверхностного стока. На участке каждая дрена имеет открытый выход в магистральный канал, что позволяет контролировать величину дренажного стока, вынос коллоидов и суспензий, химический состав дренажных вод.

На опытных участках в течение 10...12 лет исследовались водные, физические, химические, физико-химические и биологические свойства почвы. Все проводимые полевые и лабораторные опыты были органически связаны и преследовали одну цель - дать обстоятельную научную концепцию по комплексной мелиорации болотно-подзолистых почв.

На фоне осушений проводились внесения минеральных удобрений в нормах: азота 1Ь0, 200, 2Ь0 кг, фосфора, калия по 100, 150, 200 кг, д.н. на га. Культура - травосмесь на сено (тимофеевка луговая, овсяница луговая и клевер красный).

3. Изменение свойства почвы под влиянием мелиоративных работ

Влияние ос^таения_на свойства_почв. Автором предложен экосистемы ый подход исследования состава и свойства осушаемых почв* Известно, что задача осушительной системы заключается в регулировании водного режима в избыточно увлажненных и заболоченных почвах. Посла строительства осушительной системы на разных участках почвы приобретают совершенно новые формы почвообразовательных комплексов, связанные с созданием неравномерного водного рслима почв. Изменяются окислительно-восстановительные условия, с которыми тесно связаны подзолообразование и глееобразование. При ординарных исследованиях почвы эти явления исключаются и

к- '

не учитываются при проектировании.

Комплексными'исследованиями было установлено, что при осушительной мелиорации на всех участках с разными междреиными расстояниями существуют "активные" (вдоль дрен) и "пассивные" (в центре между дренами) площади. Такое разделение обусловлено неравномерностью УГВ и водного режиму (рис.П.

Средняя ширина активной площади в зависимости от и глубины дрен составляет 0,1...0,3 от междронного расстояния. При глубине заложения дрен. «■•' 1м- это 2,0...2,5 м от дренажной нити в одну и другую стороны (без учета 0,5 м нарушенного участка для закладки дрен). Ширина "пассивной" площади зависит от гранулометрического состава, физических свойств и структуры самой почвы и приурочена к центральной части междренья, где обе: спечивается норма осушения и где скорости, создаваемые дренажем минимальны (табл.1). Такой подход к изучению почвенных процес- . сов при осушении разрабатывается впервые и приоритет принадлежит автору. 4'•>

■ ' , Таблица I

, >Характеристика"активнойни"пассивной" площадей дренажного участка

' : Показатель ■ _Мелщренное ^сстодаиеА _м_ _ ' _ _ _ _ _ _ 1 _ _ _ _ _ _12____18 _ _ 24___30_ _

Количество дрен (шт/га) при , * ,

длине 100 м - 8«3 5»6 4»2 3»3

Активна площадь осушения на ■ • • -

. I га (в долях от единицы) 0,32 0,22 0,17 0,14

Пассивная площадь осушения на „ „„ „ „„ „ „„

I га (в долях от единицы) . 0,68 0,78.. 0,83 0,86

Исследования водного режима почв показали, что влажность корнеобитаемого слоя почвы и УГВ являются интегральными пока-

А

/7

А

П

У\'г N

Рйс.1. Схема распределения "активной" (А) и "пассивной" (П) площадей в пределах осушаемого гончарным дренажем участка: Ь- мездренное расстояние; ширина пассивной площади; к - глубина заложения дренажа; и » влажность активной и пассивной площадей

'..V' .; •' . 17 •

заталями, характеризующими процесс влагопереноса в условиях :• . реальной неоднородности диалогического строения подстилающих , . „•. грунтов. Установлено, что на всех участках с разными междрен-• . ными расстояниями в течение б...7 лет осушительного периода в активной площади в слое 0...20 см величина ППВ увеличилась с -. 27,3 до 33,255, а в пассивной- до 34,255. ' '

.• В то же время с осушаемой территории вместе с дренажными водами из почвенно-поглощающего комплекса выносится значительное количество катионов. Вынос зависит от междреиного расстоя-- ния: чем больше расстояние между дренами, тем меньше вынос, что связано с уменьшением скорости потока. В течение пяти лет сум. марная концентрация катионов в дренажных водах составляла: при

. . 12 м - 264,3...645,0; 18 м - 49,2/..521,9; 24 м - 61,6----,55,4;

•V 30 м - 40,3...516,2 мг/л. Причем, наибольшая концентрация катионов наблюдается в августе и июне, а наименьшая - в сентябре. Это связано с высокой интенсивностью обменных реакций между твердой и жидкой фазами, наличием высоких микробиологических ■ процессов летом и значительным торможением их осенью. После , внесения шнеральных удобрений в осушаемую почву вынос катионов с дренажными водами увеличивается примерно в 2,9...3,6 раза ив течение четырех лет почти не изменяется, только на пятый год концентрация их снижается вдвое. По количеству выносимых с дренажными водами из осушаемой толщи ионов установлен убывающий '. рад катионов:: Са > /¡¿р > \л/а > /¿¿ п.

Процессы влаго и солепереноса в "активной и "пассивной" час' . тях должны учитываться при обосновании параметров мелиоративных .- систем и параметров управляющих воздействий, направленных на по-• вышение продуктивности сельскохозяйственных угодий при выполне-

нии требований природно-охранных мероприятий.

Влияние 5шшческой_мелиорации на_свойства почвы. Данный вопрос слабо освещен в литературе, хотя, на наш взгляд, фактически является одной из основных причин несоответствия проектного урожая и фактического. Применение современных физико-химических методов анализа позволило доказать, что осушение болот-но-подзолистых почв в целом благоприятно влияет на синтез и накопление гумуса в почве, несмотря на то, что для образования гумуса создаются разные условия в активной и пассивной частях осушаемой территории, содержание гумуса в слое 0...20 см в целом возрастает с 1,52.. Л,67Й в 1980 г. до 1,59...2,32? в 1984 году. В нижних слоях изменение содержания гумуса носит убывающий характер, фиксированные изменения показывают его потерю (табл.2).

В процессе осушения, в первые три-четыре года, синтез гумуса в почве (слой 0...20 см) на всех участках с разными междрен-ными расстояниями поступательно возрастает, затем этот процесс стабилизируется. В то же время по всем опытным вариантам содержание гумуса в активной площади несколько меньше (1,52.. .1,6595), чем в пассивной (1,63...2,32^). Это объясняется разными условиями формирования, деградацией и большим выносом гумуса из активной площади.

Установлено, что в начальный период осушения (1980 г.) запас гумуса в междреиных расстояниях по всем расчетным слоям находится примерно на одном уровне (активная площадь - 39,5... 94,5; пассивная площадь - 42,3...96,1 т/га) и слабо подразделяется на активную и пассивную площади. Однако, с течением времени (1984 г.) запас гумуса в активной площади значительно меньше (37,8...79,4 т/га), чем в пассивной (49,1...106,7 т/га).

'.'•■' 7 ■ •••'.•..•'' -/.V- - ' ; Телица 2

Содержание гу*уса в осушаемой почве («)при разных междренных. расстояниях (и) к разных нормах минеральных удобрений, 1984 г.

• Глубина, _ _ _ _ _ _ _ _.. 18_ _ _ _ _ _ _ £4 _

• • ~ шт -т» тт ^ « «а. а» ч» «я. » — м» —

I 2 -31 2 3 . Г . 2 ' -■: 3

0...20,

1.59 1.58 1.58 1.61 1.62 1.64 1.63 1.65 1,65

1.98 1.99 2.11 2.19 2.26 2.31 2.24 2.30 2,32

20 40 ' 0-41 0.46 0.46 р'.20 0.47 0.48 0.47 0.47 .. 0.48

0.51; 0.49 0.50 : 0.31 0.53 ' 0.44 . 0.53 0.53 ' 0.51

40... 60 60. ..80 80...100

0.14 0.Г6 0Л5: ОЛб ' 0Л6 0Л7 . 0Л6 0Л6 «

0.21 0.28 0.29 0.10 0.29 0.31 0.32 0.27 0.32

0.13 0.14 - 0.14 0.07 0.14 0.14 0.15 ' 0.15 0.14

0.17 0.15 0.15 :0.16 0.16 0.15 0.16 0.16 0.14

0.12 ОД» 0Л0 .": 0^21 0Л0 М1 М1 • • - 0-09

0.09 0.09 0.10 0.06 0.09 0.10 \ 0.09 0.08 0.10

1 " "^б^ЮСЙОО; 2 - А^00Р150К150 5 3 ~ ^25^20(^200 '

Числитель - содержание гуцуса в активной площади почвы.

Знаменатель-- содержание гумуса в пассивной площади почвы. Точность опытов:

1. 0708.7.0,3956"

2. 0,21...0,40?5

3. 0,21...1,8256

Лабораторные исследования показали, что при насыщении почвы до ПВ и при промывном водном режиме увеличивается кислотность почвы, ОВП в пахотном горизонте снижается до 75...101 мВ В полевых условиях уменьшение ОВП находится в пределах 137... 208 кв. При нормальном увлажнении при ППВ он равен 477... 608 t М.

Опыты в тепличных условиях показали, что в болотно-подзоли стых почвах без доступа кислорода при нормальном увлажнении значение Е(ъ не превышает 80...120 мВ. При таких окислительно-восстановительных условиях развитие ячменя прекращается полностью, а овес выпадает частично.

В первые три-четыре Года осушения значение суммы поглощенных оснований в слое 0...20 см увеличивается на участках с меж дранным расстоянием 12 м - 4; 18 м - 6 и 24 м - 7 мг/экв на 100 г.п.

Расстояние между дренами интенсивно влияет на формирование суммы поглощенных оснований: в пассивной площади она возрастает от 2 до 6 мг/экв, в активной - до 4 мг/экв на 100 г.п.

При естественном фоне осушительная мелиорация усиливает вы нос кальция (28,4...68,7 кг/га) по сравнению с его выносом до осушения (31,4 кг/га), При этом мездренное расстояние играет значительную роль: при 12 м - 68,7...58,3; при 18 м - 53,9... 48,1; при 24 м - 28,4...42,7; при 30 м - 31,6...40,5 кг/га. При известковании почвы до 5 т на га вынос кальция с дренажными водами возрастает от 6 до 19Й. Однако на фоне осушения при внесении в почву минеральных удобрений в нормах азота 150... 200 кг, фосфора и калия по 100...200 кг на га содержание кальция и магния увеличивается в слое 0...20 см по сравнению с дан

ными до осушения в 1,5...2,0 раза..

. В целом увеличение содержания кальция и магния в осушаемой толще почвы может быть связано с известкованием почвы, с увели-• чением содержания гумуса, с вытеснением обменного водорода и с интенсификацией процесса выветривания в более благоприятных : условиях. ... •

В диссертации показано влияние естественных комплексонов на сорбционные процессы, происходящие в почве. Полное исследо-■вание этих явлений включает последовательное- изучение кинетики, статики, динамики сорбции комплексных соединений. В осушительной мелиорации наиболее интенсивными представляются процессы, ' связанные с железоорганическими .комплексами.

. Изучение кинетики:сорбции железа осушенной почвы методом изотопного обмена показало, , что время установления сорбционного равновесия изменяется в широких пределах от 13 до 33 ч и определяется, с одной стороны, природой сорбтива, с другой - свойствами сорбента. "■,' •...•

Изучение статики сорбции свидетельствует, что экспериментальные изотермы для генетических горизонтов'имеют разные формы -выпуклую.и слабовыпуклую, которые удовлетворительно описываются уравнением Ленгмюра. Максимальная скорость сорбции, ионов железа осушенной почвы изменяется от 47,6 до 270,3 мг/г почвы и определяется валентным состоянием металла и свойствами почвы.

Минимальная емкость насыщения железом отмечена "ля подзолистого горизонта. В иллювиальных горизонтах емкость поглощения возрастает.и достигает максимума в почвообразутощей породе. Меньшая емкость поглощения железа в подзолистом горизонте обусловлена уменьшением содержания илистых частиц и полуторных оки-

слов по сравнению с иллювиальным горизонтом. Максимальное насыщение в почвообразующей породе можно объяснить повышенным содержанием кальция, так как исследуемые почвы сформировались на карбонатной морене.

Установлено, что в болотно-подзолистой почвы содержится: силикатной формы железа в Апах - 64,83&; А2 - 76,35?; В - $9,7%, и в С - 69,8%. Несиликатная форма железа в этих же горизонтах составляет соответственно 35,3; 23,7; 40,3; 30,2%.

Исследование поведения железа при направленном движении фаз . позволяет оценить миграционную способность соединений железа, трансформацию форм этого элемента и определить содержание дос-путных форм железа для растений.

Выявление основных закономерностей перемещения железа в динамических услявиях позволяет оценить способность этого элемента мигрировать по профилю дренируемых почв. Для оценки вклада ионов железа в закупорку дрен было проведено исследование динамики сорбции в модельных опытах с использованием колоночной хромотографии и в натуральных исследованиях (табл.З).

Исследования показывают, что для оценки закупорки дрен железом необходимо изучать общее содержание Р& и Р& в приходных водах и почвах. Наряду с общим содержанием этого элемента в почвах и водах необходимо изучать фракционный состав железа. Полученные данные позволят оценить миграцию железа в осушаемой толще. Используя результаты исследований, можно оценить вклад разных форм железа в заохривании дрен и разрабатывать ме-

»

роприятия по устранению этого явления, которыэ включают снижение подвижности железа в осушаемом слое и увеличение в придрен-ной зоне' и в самих дренах. Кроме этого, необходимо глубокое

Таблица 3

Некоторые параметры динамики сорбции железа почвой при различном междреннои расстоянии

Расстояние Место Форш Глубина Ширина Максиьальная Площадь Объем

между дре- внесения железа зоны на- фронта, почина миг- распре- мигрант

мами, ы сыщения, см см рации, см деления, см^ см3

12 между дренами окисныэ 4,0 { 4,2 8,2 184,3 1037,5

закисные 3,5 6,9 10,4 294,7 1384,9

над дреной окисные 4,3 4,2 8,5 171,1 1100,9

закисные 5,2 7,4 12,6 283,5 1183,5

18 между дренами окисные 3,8 4,1 7,9 107,4 837,8

закисные 2,9 5,8 8,7 304,1 1029,6

над дреной окисные 3,3 6,4 9,8 284,8 1217,4

закисные 3,9 4,1 8,1 165,4 1000,8

24 иевду дренами окисные 3,3 3,3 6,5 73,7 691,0

закисные 2,4 4,7 7,1 154,9 748,8

над дреной окисныв 3,? 3,8 7,5 99,0 150,7

закисные 2,8 5,7 8,5 109,9 678,3

30 между дренами окисные 2,4 2,5 4,9 51,8 157,5

закисные 1.8 4,5 6,3 63,4 165,2

над дреной окисные 3,8 3,7 7,5 83,7 179,4

закисные 2,9 5,6 8,5 94,5 187,1

изучение влияния органических соединений на содержание железа в растворах и почвах. Для разработки эффективных мероприятий по предотвращению закупорки необходимо комплексное изучение кинетики, статики и динамики сорбции этого элемента осушаемыми - • почвами. Для профилактики заохривания и заиления дрен используют агротехнические мероприятия (внесение из вести, глубокое рых- . ление, возделывание многолетних бобовых культур), и другие мелиоративные мероприятия (кротование поля, отвод поверхностных вод, перехват ожелезненных вод ловчими открытыми каналами, увеличение уклона дрен, внесение извести и фенольных добавок и другие в дренажную канаву). ; 7 . . ' . "7' V "

При обосновании параметров дренажа необходимо соблюдать оптимальное сочетание агротехнических и мелиоративных мероприятий, обеспечивающее расширенное воспроизводство' почвенного плодородия.

Питательный режим почвы. Известно,; что минеральные удобрения представляют собой сильное средство-воздействия на почву и -растения. Круговорот каждого из внесенных питательных элементов имеет своеобразные черты поступления в растения, перемещения в почве и вынос в грунтовые или дренажные воды.•

Основными физико-химическими исследованиями установлено,что при внесении в осушаемую болотно-подэолйстую почву минерального азота в норме 150, 200, 250 кг д.н. на га содержание азота в почве возрастает: 1980 г. - Урвдр,- - 4,26...5¿49; //03- 3,36.. 7,00; в 1984 г. - соответственно - 5,40...9,29; 7,46...17,01 мг на 100 г.п., т.е. з 1,51...2,36 раза. Максимальное накопление азотных форм во всех вариантах происходит.в верхних 0...20 и 20...40 см слоях (в пассивной площади), а в нижних слоях содержание их резко падает. В то же время профильное распределение:,

азота сильно размыто, и четкая граница между гидролизувиыш, нитратным и аммиачным азотами отсутствует.

При внесении фосфорных удобрений в осушаемые почвы основная часть минерального фосфора (70...80^) сорбируется почвой в верхних 0.*..20 и 20...40 см слоях. Оставшаяся же часть (20...305S) транспортируется инфильтрационной водой вниз по профилю почвы вплоть до зоны дренажей. В то же время содержание усвояемой формы фосфора в почве как по площади, так и по глубине, резко динамично, и количество ее в почве в основном лимитируется нормами минеральных удобрений.

Установлено, что при внесении калийных удобрений нормой 100, 150, 200 кг д.н. на га на всех участках с разными междрен-кыми расстояниями количество обменного калия в осушаемой толще постепенно возрастает, и через 5 лет количество его в слое 0... 20 см составляет 15...16 мг на 100 г.п. Следует отметить, что при внесении минеральных удобрений в почву содержание азота, фосфора и калия в активной площади в 1,0...2,0 раза меньше, чем в пассивной.

Исследования химического состава дренажных вод на осушаемых землях имеют весьма важное значение при разработке систем и нормы внесения удобрений, назначении мероприятий по охране окружающей среды, изучении современного почвообразования в условиях осушения болотно-подзолистых почв и в ряде других случаев.

Без внесения минеральных удобрений концентрация питательных элементов в дренажных водах в течение пяти месяцев составляла 21,20...35,66 мг/л, а с внесением минеральных удобрений она возрастает в 2,5 раза. Причем, максимальная концентрация (33,19.. 87,45 мг/л)* выноса питательных элементов из почвы с дренажными

водами за вегетационный период наблюдается после внесения минеральных удобрений в первые три года, затем она снижается в 2,3. 3,8 раза. ' " " ■ ~

Установлено, что максимальный вынос питательных элементов а дренажными водами происходит в июле, августа и июне. Лимитиру ющими концентрациями питательных элементов в дренажных водах за пять лет являются нитратный азот и калий.. Концентрация у них колеблется в пределах: /VÖ)-0,21.. .30,07; KgO - 0,21i..5,70 мг/л. Содержание фосфора в дренажных водах незначительное.

Установлено, что с внесением в осушаемую почву минеральных удобрений в нормах: азота - 150, фосфора и калия по 100 кг на га суммарный вынос питательных элементов с дренажными водами , по отношению к контролю резко возрастает и на участках с разными межцренными расстояниями (12, 10, 24, 30) составляет 65,2... 51,3 кг на га. Интенсивность выноса по отношению к контролю в 4,3...2,6 раза больше (табл.4). Максимальный вынос из почвы минеральных веществ с дренажными водами наблюдается в первые 2.V. 3 года осушения. Ежегодный вшос азота и калия от внесенного приводится в табл.5.

'Л' V';. * -Таблица 5 Ежегодный вынос азота и калия 1%) от внесенного ^мАоЛЬо I' по годам

Расстояние ^ __1980 _ I98I_-J _1902_ _ 1983 _198С_ Л

12 35,5 10,2 28,5 13,6 29,8 1,0 15,5 1,5 13,8 5,7:

18 ' . • 28,4 6,3 21,7 11,2 22,5 1,6 9,0 2,8 6,7 3,5 .24 22,5 7,3 20,6 5,3 19,0 1,9 5,9 2,5 3,7 2,0

- - 30 \ : 17,9 - 4,0 "17,8 3,8 16,6 4,6 4,9 3,1 1,7 1,3

Таблица 4

Вынос азота, фосфора и калия (кг/га) с дренажными водами за май-

октябрь по годам

Варианты 1979

1980

1981

суммар- суммар-" выносГмй- _Е_том_щ1сле~ ~ "сутаар^ £ьнас ми- в том «иел(

ние между дрена-га, м

суммар- суммарный вы- ный вынос нос

неральных удобрений

А/ К

ный вынос

неральных удобрений

_в_точ числе К I

(контроль)

12

18 24 30 Канал

21,0

26,8 24,0

17:1

15,9 1?!1

19.8

85.2 70 6

62.9

01.3 47,8

65.4 50,8 43,0

31.5

эЗ,2

42.6

33.7 26,9

10,2

7,'1 4,0

2,1

2,0

Ь1 0,8

15,6

103,6 7о,3 а2, о 46,6 42,9

ад,О а9 7 36,9 31,0

72.8 47,5

30.9 26,7

13,6 11,2 5,3 3,8

1.6 10 о:? 0,6

Продолжение табя.4

Варианты_ _ 1982. _ _ 1983_ __ ____ 1984 ____

ХАсстоя-" суммар- вынос- в том~чйсле~ суммар-~вынос в том_чйс5[е суммар^ вынос в~том числе ние меж- ный вы- мине- . ~ ~ ный вы- мине- ~ ~ ~ ный вы- мине- , цу дрена- нос ральн, К Р нос ральн. д/ К Р нос ральн. N К Р ми^ м___•__удобр^_________У££бл__________УДоб£._____

12** ~ ~ ?9 9 0 -

(контр.) 8,4 - ¡4 70,1 I 32!? 24,8 23,2 1,5 0,1 36*,4 27,4 ¡0,7 5,7 1,0

18 42,7 34,3 33,8 1,6 - 24,1 1б|2 13|о 2,8 - 23,2 14,2 10,1 3,5 0,6

24 38,8 30,4 28,5 1,9 - 19,6 11,7 8,9 2,5 0,2 16,8 7,8 5,6 2,0 0,2

30 37,9 29,о 24,9 4|б - 18,4 10,5 7,4 3,1 - 13,1 4,1 2,6 1,3 0,2

Кана-г 33,9 - - - - 17,6 - - - 13,5 - - - -

Точность опытов: 0,89...6,95?

При осушении болотно-подзолистых почв южно-таежной зоны интенсивно протекает вынос агрохимикатов из осушаемой толщи с; дренажными водами, что приводит « загрязнению внутренних водоемов и грунтовых вод (табл.6). Количество загрязняющих элементов зависит от нормы, формы минеральных удобрений и от расстояния \ между дренами. Так, при 12 м из почвы во внутренние.водоемы уно сится азота, калия и фосфора в количестве 66,0...20,4 кг; при . 18 м - 44,7.. /ю, 6; при 24 м - 32,2...5,8 и при 30 м - 23,6... 3,1 кг с га. В то же время загрязняются грунтовые воды:; 12 м -22,0...7,0; 16 м - 15,0."..3,6; 24 м - 10,8.-..2,0 и при 30 м -7,9... 1,0 кг с га. Следовательно', полученные данные показывают; что некоторое количество внесенных в почву минеральных веществ транспортируется инфильтрационными водами в водоемы и постепей но загрязняют их. В целом происходит ущерб"сельскому хозяйству, т.е. рассчитанные нормы минеральных удобрений для сельскохозяйственных растений уносятся, так и не создав питательный круго-; ворот; в то же время эти же вещества, концентрируясь во внутрен них водоемах, создают опасность существующему условию жизни оби

тания в водоемах. '. -■■:■.;

• Таблица 6 • .

Загрязнение внутренних водоемов (I) и грунтовых ':>'■'•

вод (2) агрохимикатами '■'. •.V. •". Н, Р, К, кг/га • _

Расстояние" ~ ~ 1980 ~ ' ~1981 - : 1982 . 1983 .'.' ■ 1984 \

гя,^-.: I и I : г.

12 49,0 16,4 66,0 22,0 33,0 11,3 18,6 6,2 20,4 7,0 .

18 38,1 12,7 44,7 15,0 25,7 8,6 12,1 4*1 10,6;3,6

24 32,2 10,8 27,7 9,2 22,8 - 7,6 8,7 3,0 5,8 2,0

30 23,6 7,9 23,2 7,8 22,0 7,4 7,9 2,6 3,1 1,0

Поэтому при строительство мелиоративных объектов стедует: во-первых, довести до минимума вынос агрохимикатов, во-вторых, при мелиорации крупных территорий построить ссоруиенип, улавливающие и осаждающие вынесенные элементы с дренажными стоками и возместить ущерб, нанесенный земле различными агротехническими и культуртехническими мероприятиями, т.е. вести комплексную мелиорацию, основанную на идеях В.Р.Вкльячса о том, что основная задача мелиорации - управления биологическим и геологическим круговоротом воды и химических элементов.

4. Влияние осушения и минеральных удобрений на гранулометрический состав и на физические свойства почвы

Рост и развитие растений находится в тесной зависимости от гранулометрических и микроагрегатных составов почвы. Общий запас питательных веществ в почве и содержание их в доступных для растений формах, интенсивность обменных реакций в значительной степени определяет условия питания растений л потребность их с различных малиорациях.

Процессы, протекающие в почвах в естественных условиях, значительно усиливаются при антропогенных воздействиях, особенно при осушении и внесении минеральных удобрений.

Установлено, что гранулометрический состав бсдогно-подзоли-стых почв в процессе осушения значительно изменяется. В целом осушение выводит почву из состояния "относительного покоя", в период ссушения почвообразовательный процесс зависит от мелио^а-шш и носит подчиненный характер, обнаруживается тесная функциональная зависимость между гранулометрическим составом и ссу^г.1-нием. Происходит ->лювий физической глины (фракции <0,01 им).

Причем на всех участках с разными междренными расстояниями он протекает в 0...20; 20...40 см слоях активной площади более интенсивно, чем в пассивной. Осушительная мелиорация создает благоприятные условия для лессиважа. Миграция физической глины происходит в основном из верхних 0...20 и 20...40 см слоев в нижние, что приводит к заилению их. Значительную роль в интенсивности лессиважа играет расстояние между дренами: при минималь- . ном их расстоянии (12 м) количество вынесенной физической глины (< 0,01 мм) составляет более 5«, а при среднем (18 м) и максимальном (24 м) междренных расстояниях в среднем -3,5...4,5^.

Установлено, что в пассивной площади осушаемой территории лессиваж проявляется слабо, а в активной площади им охвачена вся осушаемая толща, что связано с существенным различием скорости фильтрации. При этом лессиваж протекает одинаково как в контрольных, так и в опытных вариантах. На всех участках с разными междренными расстояниями лессиваж протекает постепенно, не подвергаясь резким изменениям во времени. В то же время семилетнее исследование показал?, что.лессиваж не цикличный, а постоянно действующий процесс при осушительной мелиорации.

Лессиваж приводит к уплотнению почвенного слоя в придренной зоне, это обуславливает фиксацию миграционных железоорганичес-ких соединений, в результате чего создается антропогенный иллювиальный горизонт. Мощность и ожелезненность этого горизонта зависит от интенсивности осушительного процесса. Хотя, болотно-подзолистые почвы, сформированные на карбонатной морене, данный процесс слабо наблюдается. В то же время в новых иллювиальных горизонтах начинают появляться признаки оглеения.

Опыты,.проведенные в течение 6 лет, показали, что комплексная мелиорация влияет как на изменение плотности твердой фазы, '

так и на плотность почвы. Более интенсивно изменяется плотность почвы, которая и обуславливает в целом динамику пористости, т.е. пористость является как бы оценочным критерием влияния осушения на свойства почвы. При междренных расстояниях и минимальных нормах минеральных удобрений значение пористости возросло до 6...

а при высоких нормах оно составило 7-•В то же время в пассивной площади пористость улучшается только в верхнем 0... 20 см слое (составляет 3—4%), а в нижних слоях значение ее остается почти неизменным.

Осушение болотно-подзолистых почв и внесение в них минеральных удобрений значительно улучшает структурное состояние всей осушаемой толщи. При этом с увеличением нормы минеральных удобрений на всех участках с разными междренными расстояниями (в слое О,..20 см) агрегированность (фракции 0,25...10 мм) почвы качественно изменяется и количественно возрастает на варианте

^150^100^100 до (до осушения было 34,655) в активной и

до 68£ в пассивной плошади; на варианте А200р150^150 ~ цо и &7%\ на варианте ^250^200^200 до и соответственно. Такое изменение обуславливается более мощным развитием корневой системы многолетних трав и следовательно интенсивностью микробиологических процессов.

5. Влияние комплексных мелиораций на формирование урожая

Задача исследования заключалась в более детальном анализе влияния междренного расстояния на густоту травостоя в активной и пассивной площадях. В результате исследования было установлено, что в течение всего периода на всех-участках с разными междренными расстояниями густота стояния многолетних трав как при

первом, так и при втором укосе на удобренных вариантах значительно выше (111,7...249,?£), чем на контролях (100%). Причем с увеличением нормы внесения минеральных удобрений на всех участках с разными междреннымн расстояниями количество стеблей увег личивается и составляет (tío двум укос&м) в активных плоо&дях: 12 м - 159,3...192,0£; 18 м - 138,7...205,6; 24 м - 153,0... 177,35S и в пассивных: 12 м - 164,9...184,3; 18 м - 150,6... 218,6; 24 м - 181,4...179,756. .

При первом укосе по всем мездренным расстояниям и удобренным вариантам прирост стеблей по отношению к контролю в активных площадях составили 116,0...I84.9Í, а в пассивной - 130,2... 200,8$. При втором укосе он составил в активной площади 111,7... 249,75$ и в пассивной - 160,8...244,1Я. При внесении в почву минеральных удобрений в нормах азота 150...250; фосфора 100...200 и калия 100...200 кг д.н. на га урожайность зеленой массы многолетних трав на участках с междренными расстояниями 12, 18, 24 м по сравнению с контролем увеличивается в 3...9 раз и составляет 81,8...241,О ц в активной и 98,8...264,0 ц/га в пассивной площади. При проведении комплексной мелиорации возможно и оправдано получение при любых погодных условиях двух урожаев многолетних трав.

Исследования 1980...84 гг. показали, что Урожай зеленой массы многолетних трав в активной площади по всем вариантам меж-дренных расстояний на 8,7...I7,2Ü меньп^ чем в пассивной, следовательно, при проектировании мелиоративных объектов и при про-, гнозировании окупаемости строительства необходимо это учесть.

Эконошческая эффективность проводимых т»бот. Для оценки экономической эффективности рассматриваемых в данной работе мероприятий использовались действующие типовые методики и отрас- ..

левые инструкции, а также экономические критерии характеризующие вымыв //FK. Решение о целесообразности анедрения реэулъта-.тов научно-исследовательских работ принимается на основе оценки величины годового народнохозяйственного экономического эффекта, получаемого в расчетном году.

Анализ экономической эффективности проведенных мелиоративных мероприятий показывает, что при осушении болотно-подзолистых почв оптимальным »вляетсч осушительный вариант с междренным расстоянием. равным 18 м (табл.?).

Таблица 7

Расчет экономического эффекта в вариантах с различными междренными расстояниями

Междрен- Средний Прибавка урожая по Годовой эко- Прибавка ное рас- урожай, отношению к актив- комический урожая на стояние. У, ной площади _ эффект пассивной

м ц/га ~ п/га~ t (У.О,2x14), площади, ___________ _______щб1т&_ _ руб/га_

. 12 1Ш& 16,3 10,3 ^^ 45,64

175,3 490,84

18 I^Ui 31,5 19,3 457'52 88,20

194,9 545,72

24 122^6 23,4 13,6 483,28 65,52

196,0 548,80

Примечание: в числителе - урожай активной площади;

в знаменателе - урожай пассивной площади.

При воех удобренных и осушитслььых вариантах средняя урожайность многолетних трав на пассивной площади по сравнению с активной выше на 23,7 ц/га, что составляет экономический эффект 66,45 руо/га (табл-8).

Таблица, 8

Экономический эффект по вариантам с различными норьвми внесенных минеральных удобрений

Варианты с Средний урожай, ц/га Прибавка ~Эффёкт~от

Я?" 'по-тре—варяг НЬ"»сём'осу-

^ антам осуше- штельным и Наивной руб/га

ниями ния ^рДа, удобренным ■"У' .

24 м) вариантам ц/га

^КЛОЙОО ' - 24,3 . 68,04

*20Лб#150 . §55^ 34,1-23,7 9о,40-66,45

'авАоЛмо - 12'8 З5'84

Итак, наибольшая прибыль получена в варианте.с междренным расстоянием 18 м (табл.7) - 88,20 руб/га, иначе говоря, осушительный вариант является оптимальным, а в двух других вариантах (12, 24 м) этого не наблюдается. Это происходит при междрен-ных расстояниях 12 м за счет интенсивного выноса питательных элементов и возможно повышенного иссушения. В то же время в варианте с междренным расстоянием 24 м процесс протекает в ином направлении. Здесь во все годы отвод воды дренами несколько за деркивается из-за большого междренного расстояния и депрессион-ная кривая влажности находится значительно выше, ближе к корне-обитаемому горизонту, что, видимо, отрицательно влияет на микробиологический процесс, поглотительнмэ свойства корней и создает в целом температурный барьер для всего почвообразовательного процесса. В результате чего корни вымокают, из-за окислительных процессов нарушаются обменные реакции, и, в конечном итоге, снижается урожайность многолетних трав. Эксперименталь-„=мо-*налитический материал достаточно убедительно свидетельст-

вует, что независимо от проводимых агротехнических, культуртех-нических и других мероприятий осушительная мелиорация создает дополнительную пестроту почвенного покрова, которая при выращивании многолетних трав над дреной шириной 4..5 м ведет к потере урожая в пределах 12,8...34,1 ц/га, т.е. ущерб составляет 35,84..48 руб/га. При внесении разных норм минеральных удоб-пений пестрота несколько нивелируется, средний ущерб по трем мездренным расстояньям уменьшается и составляет 6о,45 руб/га. Следовательно, во всех осушительных проектах эти издержки должны учитываться и прогнозные расчеты должны исходить из приведенных конкретных данных.

При интенсификации мелиоративных работ в Нечерноземной зоне следует разрабатывать комплексный подход к системе "осушительная сеть - почва - почьообразующие породы- растения", ибо химизация сельского хозяйства и водная мелиорация при отсутствии конкретных научных рекомендаций может причинить значительный ущерб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Комплексная мелиорация болотно-подзолистых поверхностно-оглеенных почв изменяет их водный, воздушный и тепловой режимы, создает благоприятные условия почвообразования, в результате чего ь почве возрастает предельная полевая влагоемкость, уменьшается кислотность, увеличивается сумт поглощенных оснований, значительно возрастает содеркание гумуса, а также улучшаются обьле физические, агрофизические, мигробиологические и биологические свойства почвы.

2. Устьночлено, что все зти свойства почвы метду дрена»м ич-меняютсч неодинаково: более интенсивно в придренной зоне, »лз-нее - в центральной ее части. Условно их назвали "актив-

«• • • ■ • • •

H6Üi (ближе к дренам) и пассивная (в центре между дренами) площади. Активная площадь зависит от К^ и глубины дрен и при h~$f> ~ I м, составляет 4...5 метров вдоль дренажей нити.

3. Лабораторными исследованиями показано и полевыми опытами подтверждено, что при полной влагоемкости и промывном водном режиме (герметически закрытой колонке) в болотно-подзолис-той почве ОВП резко падает и по всему профилю в почве развивается оглеение. Причиной этого являются анаэробные условия, гдо окисные соединения переходят в закисные, распадаются алюмосиликаты, а продукты выветривания выносятся с дренажной водой. В

то же время вегетационные опыты р теплицах показали, что без доступа кислорода в почву значения . не превышало 80... 120 При таких ОВП развитие ячменя прекращается полностью, а овес выпадает частично-

4. Изучение кинетики и статики показали, что осушаемая почва неоднородна по своим сорбционно-кинетическим свойствам. В ее составе преобладает сорбционно-кинетическая группа с константой кинетики сорбции порядка I0~ó сек"*, которая лимитирует время установления сорбционного равновесия. Изучение статики сорбции показало, что экспериментальные изотермы для генетических горизонтов имеют разные формы, и максимальная скорость сорбции ионов железа болотно-подэолистой почвы определяется валентным состоянием металла и свойствами почвы.

5. По генетическим горизонтам почвы установлено содержание силикатной и несиликатной формы железа. Показано, что в фракционном составе несиликатных форм преобладают окристаллиэован-ные формы железа (85,935), а аморфные составляют всего 14,1%, из них связаны гукусовыми ■ веществами 7,2$.>Таким образом ис-

следованиями подтверждено, что железо является типоморфным элементом для болотно-подзолистых почв л его агрегатное состояние играет определяющую роль в почвообразовании болотно-подзолистых поверхностно- оглеенных почв.

За вегетационный период в осушаемой толще почвы установлена миграционная способность железа при помощи меченного изотопа

Выявлено, что максимальная глубина проникновения меченного железа наблюдается в активной площади (до 12,6 см), чем в пассивной (до 10,4 см) междренного расстояния.

6. При комплексной мелиорации болотно-подзолистых почв особенно выделяется роль минеральных удобрений. С одной стороны они создают благоприятный питательный режим, благодаря ей мощно развиваются корневые системы растений, которые в конечном итоге приводят к улучшению агрофизических свойств почвы, с другой - усиливается миграция и трансформация химических веществ по профилю осушаемой толщи и происходит загрязнение окружающей среды.

7. При внесении в осушаемую почву минерального азота в норме 150, 200, 250; фосфора и калия по 100, 150, 200 кг д.н. на га, содержание подвижного азота, фосфора и калия в почве значительно возрастает. Притом в пассивной площади значительно больше, чем в активной. В то же время с внесением минеральных удобрений и с улучшением свойства почвы в 2,5 раза увеличивается концентрация катионов и питательных элементов в дренажных водах.

8. В результате осушения происходит загрязнение внутренних водоемов и грунтовых вод. В вегетационный период количество загрязняющих элементов зависит от нормы, формы минеральных удобрений и от расстояния »между дренами. В то же время значительное количество химических веществ из почвы выносится поверх-

ностными и дренажными водами ранней весной (март-май), когда сток дренажных вод имеет максимальный модуль.

9. При осушении (особенно в "активной" части мездренного расстояния) происходит перераспределение физической глины по ' профилю осушаемой толщи, создаются благоприятные условия для лессиважа. Миграция физической глины происходит в основном из верхнего 0...40 см слоя, а в нижних слоях, наоборот, происходит их накопление и заиление. Лессиваж протекает одинаково как в контрольных так и в опытных вариантах, только с разной интенсивностью. В то же время лессиваж в многолетнем режиме не цикличный, а постоянно действующий процесс при осушительной мелиорации.

10. При всех изученных междренных расстояниях лессиваж приводит к уплотнению почвенного слоя в првдренной зоне, что обуслав ливае® фиксацию органо-минеральных соединений, в результате соз дается антропогенный иллювиальный горизонт, уменьшается коэффициент фильтрации почв. Мощность и уплотненность этого горизонта зависит от интенсивности осушительного процесса. Следователь но, при проектировании осушительных объектов должны разрабатываться новые технологии, обеспечивающие сохранение плодородия почвы и исключающие миграцию и трансформацию химических веществ и глины в зоны дренажа путем внесения коагулирующих органо-минеральных веществ в верхних слоях почвы, а в првдренной зоне - . веществ растворяющего действия.

11. В результате комплексных мелиорации на осушаемой территории формируется дифференцированное, эффективное плодородие почв которое не только характеризуется пакетом показателей, но и отражается на формировании урожая. Вместе с тем установлено,что -

в вяно-таежной зоне при комплексной мелиорации болотно-подзо-листых поверхностно- оглеенных почв возможно получение при любых погодных условиях двух урожаев многолетних трав а один гсд. Комплексные мелиорации болотно-подзолистих почв создают прочную кормовую базу в гумидной зоне. Результаты настоящей работы могут быть использованы в решении вопросов мелиорации в сельском хозяйстве, с определенной корректировкой на местные условия.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для практического использования при проектировании мелиоративных систем предлагаются рекомендации по выявлению пестроты почвенного покрова, обусловленного осушительной мелиорацией В междренных расстояниях выделяются активная л пассивная площади, которые резко отличаются по своим свойстсам. Активная площадь (при ~1 м) составляет: 12 м - 325б; 18 м - 22&; 24 м-17£; 30 м - 14%, а пассивная площадь - 69, 78, 83, 8635 соответственно. На активной площади урожай меньше, чем на пассивной.

2. Лабораторно-полевые исследования миграции к трансформации химических взществ, данные о механическом их перемещении и наличии лессиважа в придренной зоне, которые приводят к образованию вторичного иллювиального горизонта, необходимо использовать при расчете и выборе дренажных труб, с целью исключения механического, химического и биологического заиления

3. ¿ля практического использования даются рекомендации по миграции л трансформации питательных веществ в зависимости ст межлречныг расстояний и норм внесения минеральных удобрения, дается ггрогноз их выноса с дренажной водой и возможного загрязнения воюемов и грунтовых вод.

"■■ л.'.- - 40

4. При разработке практических мероприятий по окультуриванию осушаемых почв рекомендуется использовать параметры " \ динамики сорбции, данные о шграции и трансформации железоор- ; ганических соединений в зависимости от междренных расстояний -

и норм внесенных минеральных удобрений. ' V ^ , '

5. При составлении проектов.осушения болотно-подзолистых поверхностно-оглеенных почв рекомендуется междренное расстоя-. ние определять исходя из гранулометрического состава почвы, а нормы минеральных удобрений не более ^зд^ЮО^ЮО 'на га» которая обеспечивает относительно безопасную экологическую среду» " , ■;• ■■"'.-'. .' '-Г,-Г'-".- -У' . СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ • ; ; V

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ . •

1. Изменение химического состава почвы под влиянием влажности. Труды МГМИ, Т.66. 1978. С.77-83.' '' , . ,•'.'•" ' ':

2. Особенности почвообразовательного процесса:в Нечерноземной зоне. Труды МГМИ. Т.65. 1981. С. 128-137. V'-,

3. Формирование питательного 1^жима в процессе осушения.; Труды МГМИ.' 1982. С.34-45. .. ' /;.'; ;,■ . Л

4. Исследования осушаемых минеральных почв Нечерноземной зоны. Труды мгми.. 1983* с. 107-из.

5. Формирование урожая зеленой кассы овса в за висимости от , доз минеральных.удобрений на осутемых землях опытного участка колхоза им.Кирова Калининской области. -Депонирована 1984, №2. С.36 (в соавторстве). V '..у,; " /'. :

6. Как учитывать влияние дренажного стока на качество природ ных вод?(по результатам исследований в Калининской области), -Гидротехника и мелиорация.. 1985, № 2. С.59-62(в соавторстве).

7. Гель-хроматографические исследования соединений железа в почве. Известия ТСХА.. 1985. » 4. С.84-90 (в соавторстве).

8. Изучение кинетики и статики сорбции железа дерново-подзолистой почвы осушенной закрытый дренажем. Агрохимия. Г98Ь. * 6. С.101-106 (в соавторстве).

9. Влияние почвообразовательного процесса на пестроту почвенного покрова. Труды МГДО, 1985. С.&7-64.

10. Формирование урожая костреца безостого на осушаемых землях опытного участка МГМИ в Калининской области, в зависимости от доз минеральных удобрений. - Депонирована. 1985. № 3.C.32 (в соавторстве).

IX. Термодинамические основы почвообразовательного процесса. Труды МГМИ. 1985. С.53-61.

12. Влияние осушений на пестроту почвенного покрова. Тезисы докладов УП делегатского съезда Всесоюзного общества почвоведов 1985, » 5. С.128.

13. Влияние междренного расстояния на питательный режим почвы и развитие многолетних трав. Почвоведение. 1985. № 5. С. 97101.

14. Гель-хроматографическое исследование соединений марганца. Сборник научных трудов ТСХА. 1985. С.02-59 (в соавторстве).

15. Влияние комплексной мелиорации на диагностические показатели переувлажненных почв. Тезисы докладов ХП Всесоюзного координационного научно-методического совещания "Совершенствование системы диагностики питания сельскохозяйственных растений" M.I985. С.50-51 (в соавторстве).

16. Растворимость жрганца и железогумусовых соединений в зависимости от температуры почвенного раствора. Известия ТСХА.

1985. № 6 С.81-86 (в соавторстве).

17. Влияние осушительной мелиорации на пестроту свойств почв Почвоведение. 1986. № 9. С.83-89 (в соавторстве).

18. Динамика сорбции железа осушенной дреново-подзолистой глеевой почвы. Труды МГМИ. 1986. C.I33-I50 (в соавторстве).

19. Формирование урожая многолетних трав на осушаемых дерново-подзолистых почвах. Труды МГМИ. 1986. C.I09-I2I (в соавторстве). •

20. Формирование урлжая тимофеевки луговой на осушаемых зем лях опытного участка МГМИ колхоза им.Кирова Калининской области в зависимости от нормы минеральных удобрений. -Депонирована,

1986. Серия 8. № 7. С.II (в соавторстве).

21. Миграция соединений марганца в осушаемой дерново- подзолистой глеевой почве. Сборник научных трудов ТСХА. 1987. С.14-20 (в соавторстве). , '_;*•■

22. Связь между органическим веществом и структурностью осушаемых почв. Труды МГДО. 1987. С. 129-138. "

23. Трансформация и миграция соединений марганца осушаемой .. дерново-подзолистой, глеевой почвы. Известия ТСХА. 1987. * 4. С.80-94 (в соавторстве). . ;

24. Потребление элементов минерального питания кострецом безостым на осушаемых дерново-подзолистых минеральных почвах. Труды ЮИ. 1987. С.92-99 (в соавторстве). "";-.■

25. Прогнозирование опасности заохривания дренажа. Мелиорация и водное хозяйство. 1988. » 4. С.36-38 (в соавторстве)^

26. Комплексная мелиорация болотно-подзолистых почв. Труды МГМИ. 1988. С.56-54. V .. .

27. Гумусное состояние и его изменение при осушении болот- ,

но-подзолистых почв- Тезисы докладов УШ Всесоюзного съезда почвоведов. 1989. Кн.2. С.19. (в соавторстве).

С8. Почвообразовательные процессы и изменение свойств почв при регулировании водного режима. Тезисы докладов УШ Всесоюа* ного съезда почвоведов. 1989. Кн.о. С.194.

29. Эффективность комплексных исследований мелиорации. Труды МГШ, 1990. С.6-21.

30. Влияние влажности на окислительно-восстановительные процессы. Труды МГШ. 1989. С.60-68 (в соавторстве).

31. Динамика дерново- и подзолистого процессов при осушении болотно-подзолистых глеевых почв. Известия ТСХА. 1991. С.27-30 (в соавторстве).

32. Эффекты на границе горизонтов Ао и А1 болотно-подзолистых глеевых осушаемых почв. Сборник: "Основные итоги исследования и управления генезисом и мелиорацией почв.". М. ЖХА, 1992. (в соавторстве).

33. Генетико-динамический аспект профильного распределения и качественного состава гуцуса в сопряженных ландшафтах болотно-подзолистых глеевых почв. Сборник: "Основные итоги исследования и управления генезисом и мелиорацией почв. М. ЧСХА,1992. (в соавторстве).

413. Тарах M* . ВО " Свмопераод"