Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МЕЛИОРАЦИЯ СОЛОНЦОВ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ В УСЛОВИЯХ ОРОШЕНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "МЕЛИОРАЦИЯ СОЛОНЦОВ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ В УСЛОВИЯХ ОРОШЕНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ"



На правах рукописи

УСАНИНА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

МЕЛИОРАЦИЯ СОЛОНЦОВ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ В УСЛОВИЯХ ОРОШЕНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Новочеркасск 2005

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном научном учреждении «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации».

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, ст. науч. сотр., Заслуженный мелиоратор РФ Скуратов Николай Семенович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Бабушкин Виктор Михайлович

доктор сельскохозяйственных наук, ст. науч. сотр. Бородычев Виктор Владимирович

Ведущее предприятие: ФГОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет»

Защита состоится 22 апреля 2005 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д.220.049.01 в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской области, ул. Пушкинская, 111, ауд. 339.

С диссертацией можно ознакомиться в научном отделе библиотеки ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «_/£_» марта 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор, *

Заслуженный мелиоратор РФ - . Сенчуков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в Ростовской области насчитывается 138,4 тыс. га земель, в той или иной степени осолонцованных, из них сильносолонцеватых - 15,2 тыс. га. Солонцы редко встречаются в виде сплошных массивов. Чаще всего они покрывают территорию мелкими пятнами различной площади и конфигурации, образуя комплексный почвенный покров. Такие почвенные комплексы встречаются и среди орошаемых массивов. В зоне распространения орошаемых южных черноземов солонцы лугово-черноземные составляют до 40 % комплекса. Присутствие пятен солонцов, обусловливающих разнокачественность физических и физико-химических свойств почвы, снижает эффективность использования любого почвенного массива, урожайность на кагором оказывается на 25-35 % ниже, чем на зональных почвах. Поэтому в условиях орошения, где требуется максимальная отдача от вложенных средств, мелиорация этих солонцов приобретает особую актуальность. Кроме того, как показывают исследования последних лет, комплексность почвенного покрова в условиях орошения может усиливаться, что вызывает необходимость организации научного поиска по разработке мероприятий, направленных на повышение эффективности использования всего почвенного комплекса. При этом в настоящее время вследствие многообразия индивидуальных особенностей солонцов и гидрологического режима отсутствуют научно-обоснованные приемы мелиорации, учитывающие особенности солонцов, составляющих комплекс с черноземами южными в условиях орошения.

Цель работы - разработать комплекс мелиоративных приемов повышения плодородия солонцов лугово-черноземных в условиях орошения.

Задачи исследований:

- изучить существующие приемы повышения плодородия почв солонцовых комплексов и обосновать выбор мелиоративных приемов для улучшения свойств солонцов лугово-черноземнь х в услощр^х; одд^фрня;

- изучить изменение мелиоративного cot т

родия солонцов лугово-черноземных под влиянием:

• мелиоративных обработок с применением новых почвообрабатывающих орудий;

• химической мелиорации с различными дозами фосфогипса, органических удобрений и их сочетаний;

• комплексной мелиорации, включающей химическую мелиорацию с последующим проведением мелиоративных обработок;

- провести сравнительный анализ химической и комплексной мелио-раций на изучаемых солонцах;

- установить влияние мелиоративных приемов на урожайность сельскохозяйственных культур;

- оценить экономическую эффективность проведения мелиоративных приемов на солонцах лугово-черноземных.

Научная новизна. Впервые дана оценка влияния мелиоративных обработок орудиями для солонцовых почв различных конструкций, химической мелиорации с разными дозами фосфогипса и навоза и их сочетаниями на повышение почвенного плодородия солонцов лугово-черноземных в условиях орошения. Установлено воздействие мелиоративных, приемов на динамику почвенных процессов, мелиоративное состояние почв и урожайность возделываемых культур.

Основные положения, выносимые на защиту:

-комплекс мелиоративных приемов повышения плодородия солонцов лугово-черноземных в условиях орошения;

-влияние мелиоративных обработок, химической и комплексной ме-лиораций на изменение показателей мелиоративного состояния и почвенного плодородия солонцов лугово-черноземных в условиях орошения;

-влияние мелиоративных приемов на урожайность сельскохозяйственных культур;

-экономическая эффективность мелиорации солонцов лугово-черноземных орошаемых.

Практическая ценность рекомендуемых приемов мелиорации орошаемых солонцов в зоне распространения южных черноземов состоит в обеспечении устойчивого улучшения их физических и химических свойств, сохранении и повышении плодородия до уровня зональной почвы, высокой продуктивности возделываемых культур. Предлагаемые мелиоративные приемы внедрены в ЗАО «Нива» Веселовского района Ростовской области на площади 120 га, а также использованы в проекте реконструкции орошаемых участков в СПК «Цимлянский» Мартыновского района Ростовской области.

Апробация работы. Исследования проводились в рамках выполнения тематического плана межведомственной координационной программы РАСХН по этапу 01.02 «Разработать методологию и систему мероприятий, направленных на воспроизводство и повышение плодородия почв, предотвращение и защиту их от деградации» в 2001-2004 гг. и в рамках координационной программы исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2001-2005 гт, по заданию 01 Минсельхоза России этапа 01.02 по теме 1.4 «Разработать современные технологии комплексной мелиорации солонцовых почв в условиях орошения Юга России».

Результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях НГМА, РосНИИПМ (г. Новочеркасск, 20012004 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в б научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, предложений производству, списка литературы, включающего 169 наименований, в том числе 17 иностранных авторов Текстовую часть (139 с.) дополняют 19 рисунков, 22 таблицы и 37 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, отражены цель, задачи, научная новизна исследований, сформулированы основные положения, вы-

носимые на защиту, а также практическая ценность и результаты внедрения разработки.

В первой главе приведен научно-аналитический обзор по приемам улучшения мелиоративного состояния и почвенного плодородия солонцовых почв, возможности и ограничения их применения на разновидностях солонцовых почв, основанные на отечественном и зарубежном опыте.

Одним из приемов улучшения солонцовых почв является глубокая мелиоративная обработка, в результате которой устраняется солонцеватость в подпахотном слое за счет использования запасов кальция в самой почве (К.П. Пак, ]975; М.Б. Мннкин, В.М. Бабушкин, 1980; В.И. Кирюшнн, 1980). Этот прием широко применялся на богаре, как правило, на истинных солонцах с достаточными для вытеснения поглощенного натрия запасами карбонатов или гипса. Химическая мелиорация получила большее распространение в условиях орошения, так как многие ученые считают ее необходимой для поддержания плодородия орошаемых земель (Н.П. Панов, 1985; В.И. Тюльпанов, 1980; JI.M. Докучаева, Н.С. Скуратов, 1993; A.A. Попов, 1980). По мнению этих исследователей комплексная мелиорация - наиболее эффективный способ повышения плодородия солонцов, поскольку позволяет проме-лиорировать как верхние, так и более глубокие слои почвы, тем самым увеличивая корнеобитаемый слой.

Обобщение имеющихся научных исследований показало, что приемов, повышающих плодородие солонцов, разработано достаточно, однако большинство из них проводились на богаре и в зоне распространения каштановых почв (М.Б. Минкин, В.М. Бабушкин, П.А. Садименко, 1980; В.П., Калини-ченко, 1992). В зоне черноземов южных орошаемых подобные исследования проводились, но направлены были на повышение плодородия зональных почв (Н.С. Скуратов, Г,С. Кулинич, J1.M. Докучаева, 1990). Между тем, солонцы, составляющие комплекс с черноземами южными, также требуют улучшения в целях повышения эффективности сельскохозяйственного использования всего почвенного комплекса в условиях орошения.

Вторая глава посвящена изучению мелиоративного состояния и почвенного плодородия объекта исследований, которые обусловливаются как природными факторами (критический уровень грунтовых вод и их минерализация, засоленность почвообразующих пород, неблагоприятный химический состав оросительной воды), так и антропогенным воздействием (длительное орошение более 40 лет). На основании этого была разработана рабочая гипотеза улучшения солонцов лугово-черноземных орошаемых.

Солонцы лугово-черноземные относятся к типу полугидроморфных, их формирование происходило в условиях смешанного грунтового и поверхностного увлажнения (орошения). По глубине залегания солевого горизонта исследуемый солонец солончаковатый, с поверхности незасолен, с 20 см степень засоления слабая, с 60 см - очень сильная содово-сульфатного химизма. Солонец карбонатный, безгипсовый, верхний слой 0-20...0-25 см распахан в результате использования.

Отличительной особенностью является наличие большого количества поглощенного натрия по всему почвенному профилю (16-26% от почвенно-поглощающего комплекса ППК). Высокое содержание натрия в 0-20 см слое обусловлено, видимо, миграцией почвенных растворов сульфатно-натриевого состава из солонцового в верхний из-за периодического увлажнения-высыхания. Сильная солонцеватость в глубинных слоях (глубже 40 см) объясняется периодическим поднятием грунтовых вод сульфатно-натриевого состава выше критического уровня (< 2 м).

Такая солонцеватость обусловливает другие негативные свойства: высокую щелочность практически по всему профилю (рН 8,0-8,8), высокую плотность от 1,31 в пахотном слое до 1,41 т/м1 на глубине 60 см, коэффициент дисперсности со значением 24-26, свидетельствующий о бесструктурности почв. Содержание гумуса в верхнем слое солонцов колеблется в пределах 3+0,1 % и резко убывает вниз по профилю. Обеспеченность питательными элементами низкая и средняя.

Исследования показали, что из 50 скважин опытного участка 70% из них имеют запасы карбонатов на глубине 30{35)-40(42) см в количестве 89 %, что создает положительные предпосылки для проведения мелиоративных обработок.

Исходя из современного состояния солонцов лугово-черноземных орошаемых, технология их освоения, по нашему мнению, должна сочетать химическую мелиорацию верхнего слоя с последующим проведением мелиоративной обработки, направленной на перемешивание солонцового и подсо-лонцового горизонтов (рис. 1). Использование этих приемов позволит вытеснить ионы натрия из почвенно-поглощающего комплекса почвы, укрепить ее скелет, за счет кислотности фосфогипса нормализовать щелочность, а добавление органического вещества (навоза) будет способствовать улучшению питательного режима почвы. Разработанная блок-схема повышения плодородия солонцов лугово-черноземных в условиях орошения была реализована в наших исследованиях.

Для решения поставленных задач в 1999 г. нами были заложены опыты в производственных условиях СПК «Цимлянский» Мартыновского района Ростовской области на солонцах лугово-черноземных, входящих в комплекс с черноземами южными и орошаемых с 1962 г.

Повторность опытов трехкратная, площадь делянок 200 м2.

При возделывании сельскохозяйственных культур применялась агротехника, общепринятая для черноземной зоны орошаемого земледелия. На почвенном комплексе черноземов южных и солонцов лугово-черноземных возделывались районированные сорта сельскохозяйственных культур: кукуруза на силос (Донская высокорослая) - 2000 г., кукуруза на зерно (Зерно-градский 401АМВ) -2001 г., яровой ячмень (Приазовский 9) -2002 г., озимая пшеница (Зерноградская 8) - 2003 г.

Орошение производилось машиной ДЦА-Ю0МА. Расчетная норма рассчитывалась на зональную почву и обеспечивала промачивание 0-Ö0 см слоя при поддержании влажности на уровне 75-80 % HB. Исследования про-

Комплексная мелиорация

Повышение плодородия солонцов до уровня зональных почв

Рисунок 1 - Блок-схема повышения плодородия солонцов лугово-черноземных орошаемых

водились в годы с различными климатическими условиями, так 2000 г. — средневлажный, 2001, 2002 -среди есухие, 2003 г. — влажный. Оросительная норма составила по годам соответственно 1270,2020,830 и 1280 м'/га.

Схемы опытов н методика проведения исследований Опыт I. Изучить влияние трехъярусных мелиоративных обработок орудиями различных конструкций на почвенно-мелиоративные показатели солонцов лугово-черноземных. Изучалось воздействие серийного орудия ПТН-3-40, экспериментальных орудий ПЯС-1,4, ПЯС-4-35 конструкции АзЧНИИМЭСХ на глубину 40-42 см, производящих трехъярусную вспашку, за контроль принималась обычная вспашка ПН-4-35 на глубину 25-27 см. Основанием для выбора экспериментальных орудий явилось доказанное в предыдущих исследованиях их преимущество по сравнению с серийным орудием по таким показателям агротехники как вынос солонцового горизонта на поверхность и качество перемешивания нижних слоев.

Опыт 2. Изучить влияние фосфогипса и навоза, их сочетаний в разных пропорциях на почвенно-мелиоративные показатели солонцов лугово-черноземных орошаемых. Схема опыта:

1, Без мелиорантов, контроль, 4. 5 т/га фосфогипса+40т/га навоза,

2, 40 т/га навоза, 5. 10 т/га фосфогипса+40 т/га навоза,

3, 10 т/га фосфогипса, 6. 10 т/га фосфогипса+20 т/га навоза.

Расчет доз фосфогипса производился по формуле для солонцов с высокой щелочностью (В.М, Бабушкин и др., 1990):

Д = 0,08б[(№ - 0.05£)+(5 -М)Кг Ш, где Д—доза мелиоранта, т/га;

Ыа - содержание поглощенного натрия, мг-экв/100 г, Е- емкость поглощения или сумма обменных оснований, мг-экв/100 г, 5-содержаниеионов НСО^1'и СОэ2" в водной вытяжке, мг-экв/100 г; М-содержание ионов Са1+ и в водной вытяжке, мг-экв/100 г; К2 — предельно возможная величина пресыщения СаСОз, равная 2;

Ki - коэффициент, учитывающий кислотность мелиоранта и степень его

использования, для фосфогипса 0,75; h — мощность мелиорируемого слоя, см; d - плотность мелиорируемого слоя, t/mj;

К — коэффициент, учитывающий влажность и содержание гипса в мелиоранте, 1,05.

В исследованиях применялась полная расчетная и сниженная вдвое доза фосфогипса. Доза навоза 40 т/га обоснована в зональных рекомендациях для орошаемых почв.

Опыт 3. Изучить влияние комплексной мелиорации, включающей мелиоративную обработку и внесение химических мелиорантов и органических удобрений, на почвенно-меяыоративные показатели солонцов лугово-черноземных. Схема опыта:

1. Фон — мелиоративная обработка серийным плугом ПТН-3-40:

1.1. Без мелиорантов, контроль, 1.4.5 т/га фосфогипса + 40 т/га навоза,

1.2.40 т/га навоза, 1.5. ] 0 т/га фосфогипса + 40 т/га навоза,

1.3.10 т/га фосфогипса, 1.6. ЮтЛа фосфогипса+ 20 т/га навоза.

2. Фон — мелиоративная обработка экспериментальным плугом ПЯС-4-35:

2.1. Контроль (без мелиорантов), 2.4.5 т/га фосфогипса + 40 т/га навоза,

2.2. 40 т/га навоза. 2.5.10 т/га фосфогипса+ 40 т/га навоза, 2.3.10 т/га фосфогипса, 2.6.10 т/га фосфогипса + 20 т/га навоза.

В связи с тем, что все разрабатываемые приемы направлены на повышение плодородия исследуемых солонцовых почв, наблюдения проводились за изменением их основных показателей: солевым составом почв, составом обменных оснований, плотностью почвы, гранулометрическим и микроагрегатным составом, содоустойчивостью, общим содержанием гумуса, обменным калием, подвижным фосфором, легкогидролизуемым азотом. Почвенные анализы выполнялись по общепринятым методикам.

В третьей главе представлены результаты опытов по изучению влияния мелиоративных обработок, химической и комплексной мелиорации на

мелиоративное состояние и почвенное плодородие солонцов лугово-черноземных орошаемых.

Одним из главных требований, предъявляемых к мелиоративным обработкам, являлось максимальное сохранение гумусового слоя на поверхности, так как учеными неоднократно отмечалось, что при использовании плуга ПТН-3-40 просыпается значительная часть верхнего плодородного слоя вглубь, из-за чего теряется до 20 % гумуса (В.И, Кирюшин, 1980, В.М. Бабушкин, 1990). Наши опыты показали, что мелиоративные обработки всеми исследуемыми орудиями приводят к просыпанию верхнего слоя почвы, в результате чего в самых важных с точки зрения сельскохозяйственного использования слоях 0-20 и 0-40 см происходит уменьшение содержания гумуса (табл. 1).

Таблица 1 - Перераспределение гумуса по почвенным слоям в результате проведения мелиоративных обработок

Годы исследований и почвенные слои, см Плуги

ПН-4-35 ПТН-3-40 ПЯС-1,4 ПЯС-4-35

До обработок 0-20 3,22 3,01 3,18 3,23

20-40 3,00 3,25 2,98 3,18

0-40 3,11 3,13 3,08 3,21

Первый год последействия 0-20 3,26 2,41 2,70 3,00

20-40 2,99 3,42 3,30 3,33

0-40 3,13 2,92 3,00 3,17

В меньшей степени просыпание было отмечено при обработке плугом ПЯС-4-35. Так, в первый год последействия в слое 0-20 см содержание гумуса уменьшилось на 7 %, в слое 20-40 см - увеличилось на 5 %, а в целом в 040 см слое уменьшилось на 2 %, На варианте с обработкой плугом ПЯС-1,4 результаты по слоям составили соответственно: -15, +11, -3, а на варианте с обработкой плугом ПТН-3-40: -20, +5, -7 %.

Глубокая обработка способствовала улучшению физических свойств солонцов. Плотность как мелиорируемого слоя 20-40 см, так и слоя 0-40 см снизилась с 1,34-1,38 т/м3 до 1,23-1,25 т/м\ Сравнимые результаты получены по

всем орудиям, однако при обработке ПЯС-4-35 наблюдается более эффективное последействие. На контроле при обычной вспашке плотность не изменилась. Значение коэффициента дисперсности (КД) также уменьшилось, что говорит об оструктуривании почвы. По плугу ПЯС-4-35 КД снизился в 2 раза.

При мелиоративных обработках был перемешан 7-10-сантиметровый слой карбонатов, расположенных на глубине 30(35)-40(42) см с солонцовым слоем (20-30 см), в результате чего содержание поглощенного натрия а слое 20-40 см в первый год последействия снизилось по плугу ПТН-3-40 — на 25 %, ПЯС-1,4 - на 26 %, ПЛС-4-35 - на 37 %. В слое 0-40 см наблюдалось снижение солонцеватости, но в меньшей степени, за счет того, что в верхнем горизонте содержание поглощенного натрия оставалось высоким.

Необходимо отметить, что в динамике рассмотренных показателей к четвертому году уже заметны явления реставрации солонцовых свойств, что говорит о недостаточности только мелиоративных обработок на изучаемых солонцах.

После проведения обработок в 20-40 см слое нормализовалась щелочность, определяемая как по неравенству НСОэ+СОэ>Са+Г>^, так и по рН. Изменение щелочности к четвертому году не останавливается, а, напротив, распространяется вглубь профиля, улучшая почвенную среду нижних горизонтов. В большей степени это касается плугов ПЯС-1,4 и ПЯС-4-35. При применении плуга ПТН-3-40 к четвертому году снова отмечается рост рН до 8 в мелиорированной толще и преобладание НСО3+СО3 над Са+М$.

Опыты показали также некоторое вымывание солей из верхних слоев почвы как при мелиоративных обработках (опыт 1), так и при химической мелиорации (опыт 2). Этому способствовало, улучшение физических свойств слоя 0-40 см. При этом среднее содержание солей в метровой толще изменялось в пределах ошибки опыта.

В опыте 2 при химической мелиорации действие мелиоранта распространялось, главным образом, на слой 0-20 см. Внесение фосфогипса на вариантах с расчетной дозой 10 т/га способствовало активному вытеснению на-

трия из ППК (рис. 2). На этих вариантах содержание его в 0-20 см слое снизилось в первый год с 20-25 % от ППК до 710 %, в слое 0-40 см с 19-21 % до 9-12 %. На второй год тенденция к снижению солонце-ватости сохранилась, а к четвертому году наблюдалось накопление поглощенного натрия. Наиболее эффективным оказался вариант с внесением 10Ф+20Н (снижение содержания поглощенного натрия на 70 %). Половинная доза фосфогипса показывает эффективность в 2 раза меньше по сравнению с полной. Внесение одного навоза к положительным результатам не приводит, наоборот, процесс осолонцевания усиливается, видимо, из-за создания еще более щелочных условий.

Как показали исследования, внесение фосфогипса, благодаря его кислотности, способствовало нормализации почвенной среда исследуемых солонцов. Для простоты восприятия мы используемое ранее неравенство НСОз+ССЬ>

НСО

Са+М§ преобразили в дробь 1 , значение которой меньше 1 характернее + Мц

зует нещелочную среду, а больше 1 - щелочную.

На вариантах с фосфогипсом вплоть до четвертого года реакция почвенного раствора оставалась нещелочной, причем воздействие заметно не только в верхней толще 0-20 см, но и в слое 0-40 см. Внесение навоза, напротив, привело к еще большему усилению щелочности, в первый год реакция среды здесь была более неблагоприятна, чем до внесения, в последующие го-

До мелкор.

1 год

2 год

-»-Контроль -В-40Н -И-5Ф + 40Н -*Н10Ф+40Н

4 год

■10Ф

10Ф + 20Н

Рисунок 2—Изменение содержания поглощенного натрия в солонцах логово-черноземных при химической мелиорации

ды приблизилась к исходной. Это подтверждает выводы многих исследователей, что внесение навоза в чистом виде в орошаемые солонцеватые почвы не только не улучшает их плодородие, но и способствует усилению негативных процессов (В.А. Барановская, 1992,0.Ю. Шалашова, 1999).

Наши исследования показали, что в результате химической мелиорации повысилась устойчивость исследуемых солонцов к содовому засолению. Из рис. 3 видно, что наибольшее повышение содоустойчивости (СУ) происходило на вариантах с участием фосфогипса, особенно с полной его дозой, содоустой-чнвость на них возростала в 2,5-3 раза. Вариант с внесением навоза здесь также был неэффективен.

Внесение фосфогипса привело к улучшению физических свойств солонцов. Плотность почвы в слое 0-20 см на вариантах 10Ф+40Н и 10Ф+20Н снизилась с 1,30-1,32 до 1,15-1,18 т/м3, в слое 0-40 см - с 1,34-1,35 до 1,231,25 т/м1. Последействие прослеживается и на четвертый год наблюдений. На варианте с половинной дозой фосфогипса результат был вдвое меньший, при внесении навоза отмечалось кратковременное незначительное разуплотнение, но к четвертому году происходила полная реставрация исходной плотности. Динамика коэффициента дисперсности подтверждает результаты, полученные по плотности, с позиции улучшения структуры почвы. При внесении навоза усиливалась диспергация почвенной массы (КД=30), а при внесении фосфогипса, наоборот, почва приобретала структуру (КД1*! 1-14),

—♦— Контроль -*-5Ф+40Н

40Н

10Ф+40Н

■ 10Ф 10Ф+20Н

Рисунок 3 - Динамика содоустойчивости солонцов лугово-черноземных при химической мелиорации

Мелиоративное улучшение исследуемых солонцов обеспечивало повышение их плодородия. Общее содержание гумуса в верхнем горизонте на вариантах 5Ф+40Н, 10Ф+40Н и 10Ф+20Н возросло с 3,1 до 3,6-3,8 % к четвертому году последействия. Это происходило за счет того, что на мелиорированных солонцах увеличивалось количество поступающих в почву растительных остатков, о чем свидетельствуют данные урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, другие исследования на зональном черноземе доказали усиление биологической активности при совместном внесении фосфогипса и навоза (Н.С. Скуратов, Л.М. Докучаева, 2001). Это свидетельствует о высоком и долговременном эффекте мелиорации. При внесении только органического вещества в первый год происходило увеличение гумуса, но к четвертому году часть достигнутого утрачивалась из-за того, что щелочная среда способствовала переходу гумуса в более подвижные формы, которые быстро вымывались {Т.Е. Попова, 1989,0.Ю. Шалашова, 2000).

Фосфогипс содержит доступный растениям фосфор, и его внесение привело к повышению обеспеченности солонцов этим элементом до 56 мг/100 г. Навоз — поставщик азота и калия, и поэтому на вариантах с его участием обеспеченность почв этими элементами также перешла в разряд повышенной (легкогидролизуемый азот — до 7-9 мг/100 г, обменный калий — до 43-47 мг/100 г). В результате исследований доказано, что лучшее закрепление питательных веществ, вносимых с навозом, наблюдается при сочетании его с фосфогипсом.

Результаты, полученные в опыте с химической мелиорацией, показали, что этот прием на изучаемых солонцах эффективен, приводит к улучшению физических, физико-химических свойств и повышению плодородия солонцов, Однако эти изменения не распространяются ниже расчетного слоя, где наблюдаются неблагоприятные свойства, без устранения которых трудно рассчитывать на долговременное улучшение исследуемых почв.

Проведение комплексной мелиорации, включающей внесение фосфогипса и навоза и последующее проведение мелиоративных обработок, обес-

печивает устранение указанных недостатков каждого из приемов в отдельности. Трехъярусная вспашка, направленная в основном на улучшение водно-физических, физико-химических свойств пахотного и подпахотного слоев, в сочетании с мелиорирующим и удобрительным эффектом химической мелиорации верхнего гумусового слоя приводит к улучшению почвенных характеристик всего корнеобитаемого слоя солонцов (табл. 2). Особенно эффективны варианты с внесением полной дозы фосфогипса 10Ф+40Н и 10Ф+20Н, на которых отмечено наибольшее снижение солонцеватости, щелочности, плотности, коэффициента дисперсности, содержания солей, в том числе токсичных, повышение содоусто йчивости, содержания гумуса и питательных веществ. Установлено, что внесение навоза 40 т/га, а также сочетание его с половинной дозой фосфогипса наименее эффективно, как и в предыдущем опыте.

Таблица 2 - Свойства солонца лугово-черноземного орошаемого после комплексной мелиорации в слое 0-40 см (четвертый год последействия)

Показатели На фоне обработки ПТН-3-40 На фоне обработки ПЯС-4-35

10Ф+40Н ЮФ+20Н 10Ф+40Н 10Ф+20Н

Поглощенный натрий, % 9 8 8 6

Щелочность, рН 7,2 7,2 7,3 7,3

Содоустойчивость, мг-экв/100г. 35 36 37 38

Плотность, т/м3 1,17 1,16 1,18 1,16

Содержание гумуса, % 3,60 3,61 3,70 3,75

В результате исследований установлено, что как серийно выпускаемый ГГГН-3-40, так и экспериментальный ПЯС-4-35, могут быть применены для мелиорации исследуемых солонцов, однако при оценке ряда показателей отмечено некоторое преимущество экспериментального орудия. Это касается показателей солонцеватости, содоу сто йчивости, плотности, коэффициента дисперсности, общего гумуса.

Сравнительный анализ химической и комплексной мелиораций на изучаемых почвах на 4 год последействия представлен в таблице 3.

Таблица 3- Сравнительный анализ химической и комплексной мелиорации по мелиорирующему эффекту в слое 0-40 см солонца лугово-черноземного

Показатели Прием мелиорации Варианты опыта

Контроль Навоз Фос-фогипс 5 Ф + 40 Н 10Ф + 40 Н 10 Ф + 20 Н

Щелочность, НШг+ССЬ Са+Мй химическая 1,37 1,30 0,63 1,09 0,64 0,58

комплексная 1,05 1,10 0,37 0,65 0,31 0,29

Плотность почвы, т/м1 химическая 1,36 1,37 1,27 1,31 1,22 1,22

комплексная 1,27 1,29 1,18 1,23 1,18 1?1б

Солонцева-тость, % снижения химическая +16 +22 -48 -25 -45 -63

комплексная +10 +5 -62 -45 -60 -70

Сумма солей, % снижения химическая +8 -1 -42 -33 -46 -49

комплексная -9 -18 -58 -47 -59 -63

Гумус, % накопления химическая -1 +3 +4 +7 +13 +12

комплексная +7 +7 +16 +15 +22 +22

Прибавка урожая*, % химическая 0 +5 +23 +28 +44 +36

комплексная + 13 +18 +38 +40 +54 +48

* - рассчитано в среднем за 4 года

Анализ полученных результатов позволил установить, что правильный выбор химического мелиоранта, сочетания его с органикой, определение их оптимальных соотношений для внесения в мелиорируемые солонцы позволяет добиться снижения солонцеватости на 45-63 %, засоления примерно в 2 раза, прибавки в содержании гумуса на 12-13 %, оптимизации щелочности и плотности, увеличения продуктивности солонцов лугово-черноземных на 36-44 %.

Результаты, представленные в таблице 3, позволяют отметить, что сочетание химической мелиорации с последующим проведением мелиоративной обработки приводит к повышению достигнутых при химической мелиорации улучшений еще на 10-15 %. На самых эффективных вариантах комплексной мелиорации с использованием сочетаний 10Ф+40Н и 10Ф+20Н снижение солонцеватости на 7-15 % больше, чем при химической, щелочность снижается

вдвое больше, плотность снижается на 5 % эффективнее, засоление - на 1314 %, накопление гумуса больше на 10%, прибавка урожая - на 10-12%.

Таким образом, установлено, что, несмотря на то, что мелиоративная обработка в чистом виде на исследуемых солонцах менее эффективна и последействие ее составляет всего 2-3 года, она является необходимой составляющей комплексной мелиорации этих почв. Применение именно комплексного подхода к улучшению солонцов лугово-черноземных в условиях орошения, позволит коренным образом изменить их неблагоприятное мелиоративное состояние и повысить почвенное плодородие, что в целом обеспечит наибольшую отдачу от использования массивов с комплексным почвенным покровом.

В четвертой главе представлена урожайность сельскохозяйственных культур по вариантам опытов (табл. 4) и приведен расчет экономической эффективности приемов мелиорации, который производился путем сопоставления дополнительных затрат, связанных с проведением мелиорации, и стоимости дополнительной продукции, полученной на каждом из вариантов опытов, в ценах 2002 г. (табл. 5).

Таблица 5 — Экономическая эффективность приемов мелиорации солонцов _ лугово-черноземных орошаемых __

Варианты опыта Затраты на мелиорацию ■ Стоимость дополнительной продукции в среднем за 4 года, р/га Годовой экономический эффект, р/га Окупаемость затрат, годы

Химическая мелиорация

10Ф 8580 2147 1633 5,3

40Н 8044 525 42 не окуп.

5Ф+40Н 11895 2777 2064 5,8

10Ф+40Н 15748 4192 3247 4,8

10Ф+20Н 12164 3451 2721 4,5

Комплексная мелиорация

ЮФ 8615 3560 3043 2,8

40Н 8079 1643 1158 7,0

5Ф+40Н 11930 3752 3036 3,9

10Ф+40Н 15783 5496 4549 3,5

10Ф+20Н 12199 4986 4254 2,9

Таблица 4 - Влияние мелиоративных приемов на урожайность (У) сельскохозяйственных культур

Варианты опыта Кукуруза на силос, 2000 г. Кукуруза на зерно, 2001 г. Яровой ячмень, 2003 г. Озимая пшеница, 2004 г. Прибавка в среднем за 4 года,%

V, т/га Прибавка, т/га У, т/га Прибавка, ^ т/га У, т/га Прибавка, т/га У, т/га Прибавка, т/га

Обработки

Контроль, ПН-3-40 19,3 — 2,7 — 2,2 — 2,6 — —

Контроль, ПТН-3-40, без мелиорантов 21,2 1,9 3,0 0,3 2,4 0,2 2,8 0,2 10

Контроль, ПЯС- 4-35, без мелиорантов 21,8 2,5 3,1 0,4 2,4 0,2 2,9 0,3 13

Химическая мелиорация

40Н 20,3 1,0 2,9 ОД 2,3 0,1 2,7 0,1 5

10Ф 23,2 3,9 3,3 0,6 2,7 0,5 3,2 0,6 23

5Ф+40Н 24,2 4,9 3,6 0,9 2,7 0,5 3,4 0,8 28

10Ф+40Н 26,8 7,5 4,1 1,4 3,0 0,8 3,7 1,1 44

10Ф+20Н 25,7 6,4 3,7 1,0 2,9 0,7 3,6 1,0 36

НСР05 0,73 0,28 0,26 0,29

Комплексная мелиорация на фоне ПЯС-4-35

40Н 22,2 2,9 3,2 0,5 2,6 0,4 3,2 0,6 18

10Ф 26,4 7,1 3,7 1,0 3,0 0,8 3,7 1,1 38

5Ф+40Н 25,1 5,8 4,0 1,3 3,1 0,9 3,7 1,1 40

10Ф+40Н 29,9 10,6 4,5 1,8 3,4 1,2 4,0 1,4 54

10Ф+20Н 29,0 9,7 4,3 1,6 3,3 | 1,1 3,9 1,3 48

НСРоз 0,51 0,29 0,29 0,26

Результаты расчета показали, что как химическая, так и комплексная мелиорация экономически целесообразны, так как повышение плодородия солонцов приводит к существенным прибавкам урожая культур. Наибольшие прибавки урожая были получены на вариантах с улучшенными почвенно-мелиоративными условиями: при химической мелиорации — 10Ф+40Н и 10Ф+20Н, при комплексной — к указанным добавляется вариант с 5Ф+40Н.

Годовой экономический эффект при комплексной мелиорации превышает 4200 р/га (10Ф+20Н) - 4500 р/га (10Ф+40Н), что в среднем на 40% выше, чем при химической мелиорации. В связи с этим срок окупаемости затрат составляет при химической 4,5-4,8 лет, при комплексной - 2,9-3,5 года.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что наибольшая эффективность при улучшении мелиоративного состояния и повышении плодородия солонцов лугово-черноземных орошаемых достигается при комплексном мелиоративном воздействии.

2. Выявлено, что глубокая мелиоративная обработка снижает неблагоприятные физические и физико-химические свойства солонцов в слое почвы 30-45 см. При ее проведении в результате эффективного использования собственных запасов карбонатов в слое почвы 20-40 см реакция среды приблизилась к нейтральной, плотность уменьшилась на 7-8 %, коэффициент дисперсности - на 20-40%, солонцеватость - на 25-33 %. Изучаемые плуги по мелиорирующему воздействию оказались практически идентичными, но по способности сохранять гумусовый слой на поверхности наиболее эффективным является трехъярусный солонцовый плуг ПЯС-4-35, при применении которого потеря гумуса из 0-20 см слоя не превышала 7 "Л, в то время как на варианте с обработкой ПТН-3-40 составила 20 % и более. Последействие наблюдается в течение 2-3 лет.

3. Отмечено, что химическая мелиорация эффективно изменяет неблагоприятные свойства верхнего 20-см слоя солонцов. Наибольший мелиорирующий и удобрительный эффект был получен на вариантах с сочетаниями 10Ф+20Н и 10Ф+40Н: солонцеватость снизилась до уровня ее в зональных почвах (до 5-8% от ППК), нормализовалась реакция почвенной среды, плотность уменьшилась на 10-12 %, коэффициент дисперсности - более чем в 2 раза, содоустойчивость увеличилась в 2-3 раза, возросла обеспеченность солонцов элементами азотного, фосфорного и калийного питания до уровня повышенной. В слое 20-40 см эти процессы протекали значительно слабее. Последействие химической мелиорации прослеживается в течение всего периода исследований.

4. Установлено, что комплексная мелиорация (внесение фосфогипса и навоза + мелиоративная обработка) повышает плодородие слоя 0-40...0-45 см. Наиболее эффективными по мелиорирующему эффекту являются сочетания 10Ф+20Н и 1ОФ+40Н с последующим проведением мелиоративной обработки плугом ПЯС-4-35. Солонцеватость в 0-40 см слое почв на этих вариантах снизилась соответственно на 70 и 60 %, щелочность не отмечалась, почвы разуплотнились по всему мелиорируемому профилю до 1,25 т/м3, а содержание гумуса к 4 году последействия увеличилось на 22 %. На 4 год восстановления неблагоприятных свойств не отмечалось.

5. Установлено положительное влияние приемов мелиорации на урожайность сельскохозяйственных культур. При мелиоративных обработках урожайность в среднем повышалась на 10-13 %. При химической и комплексной мелиорациях наибольшие прибавки были получены на вариантах с внесением 10Ф+20Н и 10Ф+40Н. В среднем за 4 года они составили соответственно при химической мелиорации 36-44 %, при комплексной — 48-54 %.

6. На вариантах химической мелиорации годовой экономический эффект составил: 10Ф+40Н - 3247 р/га, 10Ф+20Н - 2721 р/га, окупаемость за-трат~- соответственно 4,8 и 4,5 года. Наибольший годовой экономический эффект получен на вариантах комплексной мелиорации 10Ф+20Н (4254 р/га)

и 10Ф+40Н (4549 р/га) по фону обработки экспериментальным плугом ПЯС-4-35. Срок окупаемости затрат по варианту 10Ф+20Н составлял около 3 лет, 10Ф+40Н - 3,5 года.

7. Полученные результаты исследований по воздействию приемов на мелиоративное состояние, почвенное плодородие солонцов лугово-черноземных орошаемых, урожайность сельскохозяйственных культур и их экономическое обоснование, позволили признать наиболее приемлемым вариант с внесением 10 т/га фосфогипса и 20 т/га навоза на фоне обработки экспериментальным плугом ПЯС-4-35.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для улучшения мелиоративного состояния и почвенного плодородия солонцов лутово-черноземных орошаемых наиболее целесообразно проводить комплексную мелиорацию, включающую внесение 10 т/га фосфогипса + 20 т/га навоза с последующим проведением глубокой трехъярусной мелиоративной обработки.

2. При отсутствии орудий для мелиоративной обработки солонцов рекомендуется проводить химическую мелиорацию сочетаниями Ют/га фосфогипса + 20 т/га навоза или 10 т/га фосфогипса+ 40 т/га навоза.

3. Химическую и комплексную мелиорацию с учетом их последействия следует проводить 1 раз в 5-6 лет.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1, Шалашова О.Ю., Митюшкина Т.В. Эффективность приемов повышения плодородия мел иоративно-неблагополучных земель в условиях орошения // Мелиорация антропогенных ландшафтов: Межвуз. сб. науч тр. / НГМА. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮрГТУ (НПИ), 2003, - Т. 18 - С. 156165 (автор-35%).

2. Митюшкина Т.В, Выбор мелиоративных орудий для улучшения солонцовых почв // Мелиорация и водное хозяйство: Материалы региональной науч.-прак. конф. «Проблемы и перспективы развития мелиорации», посвящ, 95-летию мелиор. образования на Юге России /ФГОУ ВПО НГМА — Новочеркасск: ООО НПО «ТЕМП», 2003. - Т. 2. - Вып. 2. - С. 24-26.

3. Усанина Т.В. Динамика почвенных показателей солонцов при обработках плугами различных конструкций //Науч.-лракт. семинар «Совершенствование рабочих органов машин, технологий и организации производства работ в АПК», Новочеркасск, 23 мая 2003 г. — Новочеркасск: НГМА, 2003 г.

- С. 47-48.

4. У санина Т.В. Влияние химической мелиорации на физико-химические свойства солонцов черноземной зоны // Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения: Сб. науч. тр. /ФГНУ «Рос-НИИПМ». - Новочеркасск, 2003. - Ч. 1. - С. 279-285.

5. Усанина Т.В. Агрохимические свойства солонцов при мелиорации фосфогипсом // Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения: Сб. науч. тр. /ФГНУ «РосНИИПМ». - Новочеркасск, 2003. - Ч. 1.

- С. 288-294.

6. Докучаева Л.М., Шалашова О.Ю-, Воеводина Л.А., Усанина Т.В. Причины ухудшения качественного состояния орошаемых земель и мероприятия по повышению эффективности их использования // Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения: Сб. науч. тр. /ФГНУ «РосНИИПМ». - Новочеркасск, 2003. - Ч. 2. - С. 156-170 (автор -20 %).

Подписано в печать 14.03.05 г. Типаж 100 экз._Заказ № 28

Типография НГМА, ул. Пушкинская, 111, г. Новочеркасск

p.5 1 8Al