Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности гидротермического режима мерзлотных черноземов и лугово-черноземных почв при осенних влагозарядковых поливах

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности гидротермического режима мерзлотных черноземов и лугово-черноземных почв при осенних влагозарядковых поливах"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ) ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ СЕВЕРА

' А |»лг /'--I

! ' ; ( • <

На правах рукописи

Саввинов Григорий Николаевич

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА МЕРЗЛОТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ И ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ПРИ ОСЕННИХ ВЛАГОЗАРЯДКОВЫХ ПОЛИВАХ (на примере долины реки Амга)

03.00.27 - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Улан-Удэ - 1997

Работа выполнена в Якутском институте биологии СО РАН и Институте прикладной экологии АН РС(Я).

Научный руководитель - доктор биологических наук, профеесо]

Д. Д.Саввинов

Официальные оппоненты - доктор биологических наук

А. И. Куликов

кандидат сельскохозяйственных наук Н. А. Шишкова

Ведущая организация: НПО "Якутское" СО РАСХН

Защита состоится 1997 г., в "_" часов на зас<

дании специализированного совета К 200. 55. 01 по защите диссертаци на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Б] рягском Институте биологии СО РАН, по адресу: 670042, Улан-Удэ 4'. ул. Сахьяновой 6, БИБ СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского № ститута биологии СО РАН

Автореферат разослан 'У^" j" 1997 г.

Ученый секретарь специализированного Совета БИБ СО РАН

кандидат биологических наук В.И. Убутунова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актva.in.nocn, работы. До настоящего времени в Якутию основной объем сельскохозяйственных продуктов, включая концентрированные корма и зерновые, поступал из-за преде.юн республики в основном из центральных областей страны, а также ш районов Западной Сибири. В связи с переходом на новые экономические отношения и резким увеличением себестоимости сельхозпродуктов существенно сократился объем ввоза в республику. Поэтому наиболее актуальной становится проблема интенсификации производства сельскохозяйственных культур непосредственно на местах.

Устойчивое высокопродуктивное земледелие в крайне суровых климатических условиях Центральной Якутии возможно только на основе оптимизации водною и температурного режимов мерзлотных почв, путем проведения регулярного орошения сельскохозяйственных культур на фоне интенсивной агротехники.

Основным видом орошения, применяемым в Центральной Якутии, является вегетационный полип дождеванием, проводимый, как правило, во второй половине вегетационного периода.

Первая половина вегетации.растений в Центральной Якутии характеризуется недостаточным выпадением осадков (Шашко, 1961; Гав-рилова, 1973). Острый дефицит почвенной влаги формируется значительной потерей влаги на испарение с поверхности снежного покрова в ранневесенннй период (в марте-апреле - 12-15 мм) и недостаточной аккумуляцией галых вод, обусловленной слабой водопроницаемостью позднооттаиватощей почвы . В результате, количества поступающих в почву талых вод (20-40 мм) хватает для покрытия дефицита атмосферного увлажнения примерно только до кошта мая (Саввиной, 1964; 1965; Еловская и др., 1966; Коноровский, 1974; Павлов, 1975). Непроизводительный расход влаги в первую половину лета усиливается с наступлением периода суховейных градаций, когда относительная влажность воздуха снижается до 25 % и ниже (Гаврплова, 1974). В связи с этим недостаток продуктивной влаги в ночне в начальные фазы развития растений выступает как одни из сдерживающих факторов нормального их роста.

В таких условиях, одним из высокоэффективных приемов борьб),! с засухой в атмосфере п почве является проведение осенних влагозаряд-ковых поливов.

В имеющихся немногочисленных работах (Зольников, 1941; Елок екая, 1964, 1966, 1967 н др.) приведены результаты использовании осенних влагозарядковых поливов дли промывки солей в засоленных почвах. Характер, особенности изменений агрофизических свойств и гндротермического режима мерзлотных почв при проведении влагозарядковых полипов практически не изучены. Для восполнения этого пробела н поставлены исследования диссер танта.

Цель и задачи исследования. Цель работы - установление закономерностей изменений агрофизических свойств н гндротермического режима мерзлотных почв Центральной Якутии при проведении осенних влагозарядковых поливов.

Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Определить основные агрофизические характеристики мерзлотных черноземов и лугово-черноземных почв долины р. Амга и выявить особенности изменения этих параметров при осенних влагозарядковых поливах.

2. Установить сезонную динамику гндротермического режима мерзлотных почв и его изменений при осенних влагозарядковых полипах.

3. Обосновать наиболее рациональные режимы осенних влагозарядковых поливов, обеспечивающих высокую агрономическую эффективность, при сохранении свойств и режимов мерзлотных почв.

Объекты и методика исследований. Основу диссертационной работы составили результаты научных исследований, проведенных автором в среднел! течении р. Али а на территории комплексного научно-производственного стационара НПО "Якутское" СО РАСХН, Якутского Института биологии СО РАН и Института мерзлотоведения СО РАН. Объектами исследовании являлись мерзлотные черноземы и лугово-черноземные почвы, развитые на сухих повышенных элементах рельефа первой надпойменной террасы р. Амга и интенсивно осваиваемых в сельском хозяйстве под пашни или используемых как луговые и пастбищные угодья.

Стационарно-полевые и лабораторные определения, а также анализы агрофизических свойств почв выполнены общепринятыми методами (Роде, 1960; "Агрофизические методы..., 1966; "Принципы организации..., 1976).

Сопряженные полевые наблюдении , за динамикой влажности к температуры мерзлотных черноземов п лугопо-черпоземных почв проводились иод кормовыми культурами при различных нормах вегетационных и осенних влагозарядковых поливов. Наблюдения за температурой почвы осуществляли по коленчатым термометрам Саввннова и почвенными глубинными термометрами ТПВ-5. Влажность определялась методом термостатной сушки почвенных образцов.

Данные об урожайности обработаны с использованием дисперсионного анализа (Доспехов, 1968).

Научная новизна. Впервые, применительно к мерзлотным почвам Центральной Якутии, выявлены основные закономерности изменении гндротермического режима и агрофизических свойств при осенних влагозарядковых поливах.

Выявлено, что при проведении осенних влагозарядковых полипов, на фоне высокой агротехники возможно стабильное получение 220-260 ц/га высококачественной зеленой массы овса.

В связи с этим, теоретически и 'экспериментально обоснованы наиболее рациональные почвоохранные режимы орошения в условиях близкого залегания многолетней мерзлоты.

Практическое значение. Комплексная характеристика агрофизических свойств и гндротермического режима, выявление их изменений при орошении, установление оптимального режима влагозарядковых поливов - это необходимый мазер нал для разработки мероприятий по увеличению местной продукции кормовых культур в условиях резкого сокращения объемов завоза комбикормов из-за пределов республики. Только при правильном регулировании иочвенно-гидротермических ресурсов на основании их достоверной оценки, а также научно обоснованного прогнозирования возможных изменении в агрофизических свойствах и мерзлотном режиме возможно эффективное решение вопросов орошаемого земледелия в зоне многолетней мерзлоты.

Защищаемые положения. Результаты проведенных исследований позволяют выдвинуть следующие защищаемые положения:

1. Мерзлотные черноземы и лугово-черноземные почвы долины реки Амга характеризуются высоким потенциальным плодородием и благоприятными физическими условиями для роста и развития орошаемых культур.

2. В условиях засушливого климата Цен I рал ¡.ной Якутии осенние влагозарядковые поливы устраняют острый дефицит влаги, особенно в начальные периоды развития сельскохозяйственных культур.

3. Наиболее оптимальными нормами, обеспечивающими высокую агрономическую эффективность при сохранении свойств и режимов мерзлотных черноземов и лутово-черноземных почв являются влагоза-рядковые поливы 1000-1200 м3/га, проведенные во второй декаде сентября.

Апробация. Материалы диссертации докладывались автором на: XI Всесоюзном симпозиуме "Биологические проблемы Севера" (Якутск, 1986); V и VI Республиканских конференциях молодых ученых и специалистов (Якутск, 1984, 1986); Зональной научной конференции, посвященной памяти П. И. Колоскова (Якутск, 1987); Всесоюзной конференции молодых ученых н специалистов (Норильск, 1987).

Основные положения диссертации изложены в 9 статьях и тезисах докладов, а также в монографии "Физические свойства и гидротермический режим почв долины реки Амга"(Якутск, 1988) и научно-практической рекомендации "Интенсификация кормопроизводства в долине р. Амга" (Якутск, 1988).

Объем диссертации. Основные материалы диссертации изложены на133 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 13 рисунков. Работа состоит из введения, пяти глав и основных выводов. Список литературы включает 90 работ, в том числе 3 на иностранном языке.

Глава I. КРАТКИЙ АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ ОРОШЕНИЯ И ОСОБЕННОСТЕЙ ВОЗДЕЛЫВАЕМЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В КРИОЛИТОЗОНЕ

Исследования, проведенные в разные годы, но изучению проблем осенних влагозарядковых поливов в Центральной Якутии вызывают несомненно большой научно-практический интерес.

Первые попытки проведения полевых опытов по влагозарядково-му орошению в Якутии были предприняты в 1939-40 г.г. В. Г. Зольннко-вы.м, где была впервые выявлена их эффективность для борьбы с почвенной засухой иод посевами зерновых культур. Но идея не нашла широкого практического применения. В 1960-е годы проводились исследования влияния влагозарядковых поливов с разными нормами на гидротермический режим мерзлотных супесчаных и суглинистых почв под картофелем в пригородной зоне г. Якутска (Богушевскнй, 1962, 1974;

Еловскаи, Саввшюв, 1962; Саввпнов, 1966). Эффект этих поливов на урожайное п. был незначительным в связи с небольшим дефицитом продуктивной вла1 и в почве в годы проведения исследований и заметной утерей полигон поды через поверхностный сток.

В целом проводившиеся ранее опыты по изучению осенних влаго-зарядковых поливов носили фрагментарный характер и в них нет достаточных данных, освещающих динамику и направленность изменений в агрофизических свойствах и гпдротермическом режиме мерзлотных почв.

В связи с этим в настоящей работе впервые предпринята попытка комплексного изучения водно-физических и климатических показателен мерзлотных почв долины р. Амга при осенних плагозарядковых поливах под различными кормовыми культурами.

Глава И. ЕСТЕСТВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ

Район исследований - долина реки Амга в се среднем течении, где размещены сельскохозяйственные массивы под орошаемые кормовые и зерновые культуры на комплексах мерзлотных черноземов и лугово-черноземных почв.

Почвообразующими породами служат лессовидные средне- и легкосуглинистые аллювиальные, элювиальные, делювиальные криоген-но-эоловые и аласные отложения (Десяткин, 1989). Долина р. Амга в ее среднем течении хорошо разработана и состоит из широкой поименной части целого комплекса надпойменных террас, возвышающихся одна над другой.

Растительность на рассматриваемом участке долины р. Амга носит характерный лугопо-степной тип. Растительным покров надпойменных террас характеризуется господством степных растений. Лесная растительность представляет тип свеглохвойнон тайги.

Почвенный покров представляет сложный комплекс своеобразных почв, связанный с различиями в строении и положении террасовых уровней долины р. Амга. Максимальное распространение получили на облесенной поверхности высоких террас и по склонам водоразделов ареалы мерзлотных палевых карбонатных, мерзлотных палевых серых и мерзлотных палевых и разной степени осолоделых почв. На хорошо выраженной первой надпойменной террасе развит комплекс мерзлотных

черноземе» н лугово-черпоземных почв в сочетании с чериоземно-луговымн, дерново-1леевыми и дерново-луговыми почвами.

Территория исследуемого района находится в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород (ММП), мощность которых на водораздельных пространствах составляет 300-350 м. Их уменьшение наблюдается вблизи пойм крупных рек под влиянием нодрусловых вод. Например, в районе с. Амга до 130 м. (Соловьев, 1959).

Климат данного региона экстраконтинснтальный с коротким жарким летом и долгой холодной зимой. Ресурсы тепла (сумма температур выше 10 °С составляет 1400 - 1600 °С) обеспечивают успешное произрастание зерновых н кормовых культур. Сумма осадков в среднем 220 мм/год, что является основным лимитирующим фактором для ведения интенсивного земледелия.

Циклические колебания климата в Центральной Якутии, которые характеризуются чередующимися наступлениями влажного и засушливого периодов, следует учитывать при поиске наиболее эффективных н рациональных приемов орошения в борьбе против засухи.

Глава III. ХАРАКТЕРИСТИКА АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕРЗЛОТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ И ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ И ВЛИЯНИЕ НА НИХ ОСЕННИХ ВЛАГОЗАРЯДКОВЫХ ПОЛИВОВ

Опыты по влагозарядковому орошению велись на территории Ам-гипского НПС НПО "Якутское" СО РАСХН, ЯИБ СО РАН и ИМ СО РАН, основные площади которого расположены на I надпойменной террасе долины р. Амга с комплексом мерзлотных черноземов и лугово-черноземных почв.

Мерзлотные черноземы. Издавна используются под зерновые, овощные культуры и картофель, часть и.\ площадей задействована иод низкопродуктивные пастбища. Они формируются на надпойменных террасах по вершинам увалов под лугово-степной и степной растительностью и характеризуются сравнительно мощным гумусовым горизонтом (в среднем 30 см), высоким содержанием гумуса (8-10%). Эти почвы хорошо обеспечены общим азотом и фосфором, средне - калием, но их подвижные формы недостаточны для зерновых, пропашных и овощных культур. В целом, пахотный слой (20 см) содержит в среднем на 1 га около 180-200 г гумуса, 8-10 т общего азота, около 4-6 г валового фосфора и до 35 т валового калин, что свидетельствует об их потенциальном плодородии. Механический состав в большинстве представлен легким су-

I липком, основные его фракции - круппопылеватая и иловатая. Объемная масса (ОМ) сравнительно небольшая (в среднем 0,98 г/см3 - на пашне и 1,23 г/см3 на целине). Исследованные почвы имеют в целом умеренную удельную массу (УМ). Средний показатель УМ в пахотном слое -2,57 г/см3. По гакнм показателям как общая норозность (ОП) и полная влагоемкость (ПВ) мерзлотные черноземы характеризуются как вполне благоприятные для возделывания любой сельскохозяйственной культуры.

Мерзлотные черноземы обладают сравнительно высокой водо-удерживающей способностью при увлажнении, соответствующей наименьшей влагоемкостн (НВ). Так, верхний 20-см-й слой удерживает около 650 м3/га, а верхняя полуметровая толща - 1650 м3/га, что вполне удовлетворяет возделывание любой культуры.

Таким образом, по основным гидрологическим показателям кор-необитаемая толща исследованных почв может свободно вмещать все количество осадков теплого сезона без образования поверхностного стока. Этому также способствует хорошая водопроницаемость (она колеблется за первый час от 60 до 110 мм).

Мерзлотные лугово-черноземпые почпы. Развиты на пологих склонах увалов сухих местообитаний или в неглубоких депрессиях надпойменных геррас.

Почвы полугидроморфны, увлажняются за счет атмосферных осадков п небольшого притока вод поверхностного стока с вышележащих элементов рельефа. Поэтому они менее испытывают периодический недостаток почвенной влаги, чем мерзлотные черноземы. Они характеризуются высоким потенциальным плодородием. Верхний слой (30 см) этих почв содержит в среднем (в т/га) 250-399 г умуса, 10-12 общего азота, около 6 фосфора и 50 калия. Но подвижные формы этих элементов в пахотном горизонте имеются в ограниченном количестве, поэтому эти почвы нуждаются во внесении минеральных удобрений.

Механический состав мерзлотных лугово-черноземных почв характеризуется как суглинок' легкий, нловаго-крупнопылеватый. Содержание этих фракций соответственно 21 и 67 %, что считается благоприятным для нормального роста и развития растений. Отличаются небольшой объемной массой (ОМ). В слое 0-20 см - около 0,97 г/см3, в верхнем полуметре - 1,15 г/см3.

Небольшая ОМ и облегченный механический состав обусловили довольно высокую водопроницаемость. Удельная масса (УМ) этих почв

п пахотном слое пониженная, и нижних горизонтах она увеличивается до 2,62-2,70 г/см3.

Мерзлотные лугово-черноземиые почвы отличаются довольно высокой водоудержнвающен способностью и широким диапазоном активной влаги. В среднем 20 см слой может удержать 600-650 м3/га воды, а вся 0-50 см толша - 1600-1650 м3/га, т.е. по эшм показателям они близки к мерзлотным черноземам.

Запас легкодоступной влаги в этих же толщах составляет соответственно 400 н 1000 м3/га.

Таким образом, мерзлотные лугово-черноземные почвы по комплексу основных агрофизических свойств пригодны для ведения как неорошаемого, так и орошаемого земледелия.

В ходе сельскохозяйственного освоения мерзлотные черноземы и лугово-черноземные почвы долины р. Амга претерпевают заметные изменения в агрофизических свойствах. Для выявления характера этих изменений мы провели сравнительные исследования структурного состояния этих почв на поливных, богарных и целинных участках. Анализ наших экспериментальных данных показывает, что при длительном сельскохозяйственном использовании наблюдается заметное разрушение макроагрегатов, сопровождающееся увеличением фракции ныли (менее 0,25 мм). Так, на наших опытах в целинном варианте оструктуренность мерзлотных черноземов и лугово-черноземпых почв заметно выше, чем на пашне. Затем при длительной распашке прослеживается определенная тенденция разрушения макроагрегатов, особенно в верхнем 20-см-м слое.

Закономерность разрушения почвенных агрегатов выявлена и при дождевальном орошении, где основной причиной является прямое механическое воздействие поливной воды.

Наибольшее количество водопрочных агрегатов содержат, естественно, почвы целины. На пашне более высоким содержанием агрономически ценных фракций отличаются почвы богарных участков. При этом наибольшей прочностью отличаются агрегаты размером 1-0,5 и 0,50,25 мм. Одной из причин потери оструктуренности кроме пахоты и орошения является снижение количества ежегодно поступающего в почву органического вещества, из-за постоянного использования нх noj посевами однолетних растений, что влечет за собой уменьшение органических коллоидов, а следовательно снижает способность почвы к агрегированию.

По данным микроатрегазного анализа можно отметить. довольно высокую микроос'груктурснность мерзлотных черноземов п луюво-черпоземных почв долины р. Амга, о чем свндетельствуе! сравнительно небольшой фактор дисперсности и преобладающее содержание микроагрегатов в крупных фракциях.

Вместе с тем, сравнение микроаг регатного состава между богарой и участками с влагозарядковым орошением свидетельствует о заметном уменьшении в слое 0-30 см крупных микроагрегатов (фракции 1,00-0,25 мм) при одновременном увеличении количества мелких агрономически наименее ценных микроагрегатов.

Прн вспашке и обработке наблюдается уменьшение плотности сложения пахотного слоя этих почв. В го же время па поливных участках под воздействием орошения имеется тенденция к некоторому увеличению этих параметров.

Исследуемые почвы, в целом, по коэффициенту фильтрации за 1-й час впитывания при определении ею с поверхности почвы, согласно классификации Астапова, относятся к группе со средней водопроницаемостью (КФ = 150-50 мм/час). Причем, в первые интервалы времени процесс впитывания воды в почву проходит с большой скоростью. Далее, через 50-60 мин от начала испытания, скорости ппптывапия приобретают довольно постоянные значения.

Глава IV. ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ МЕРЗЛОТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ И ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ПРИ ОСЕННИХ ВЛАГОЗАРЯДКОВЫХ ПОЛИВАХ

В долине реки Амга кормовые культуры возделываются главным образом - на мерзлотных черноземах и мерзлотных лугово-черноземных, в ограниченных размерах используются мерзлотные черноземно-луговые и мерзлотные палевые осолоделые почвы. Поэтому, более подробной гидротермнческои характеристики требует первая группа почв. Для сравнительного анализа, в 1983 году изучение гндро термического режима данных почв под кормовыми культурами провели прн вегетационных поливах, а в последующие годы при осенних влагозарядковых поливах.

Мерзлотные черноземы долины пеки Амга. Режим влажности н температуры этих почв были изучены в богарных и орошаемых условиях под посевами кормовых п зерновых культур.

В 1983 |. мерная половина вегетации проходила при недопа-точном выпадении осадков. На богарном участке в начальные фазы развития овса Широколистного (от всходов до конца кущения), когда идет исключительно вегетативный рост, расход влаги был незначительным. Влагопотребленне усиливается в фазы образования и развития репродуктивных органов овса. Август и сентябрь 1983 г. отличались обильным выпадением осадков, превысивших среднемного-летшою норму почти в два раза (70,7 и 42,2 мм против 37,0 и 22,0 мм). В августе (период выбрасывание метелки - молочная спелость) усиленный расход влаги отмечается в верхнем полуметре. В этот период влажность пахотного слоя на богаре понизилась до ВРК. На орошаемом варианте овса учитывая небольшое количество осадков, выпавших в начале вегетации растений, в критические периоды их развития (кущение - выход в трубку и выбрасывание метелки) провели два вегетационных полива нормой 300 м3/га.

На поливном участке под посевом подсолнечника (сорт Маяк), начальные запасы влаги верхних слоев были также невелики. С учетом возможности интенсивною иссушения почвы в июле-августе был проведен двухразовый полив но 300 м3/га. В результате, в период образования третьей-шестой нар листьев, когда происходит интенсивный рост надземной биомассы, влагопотребление значительно повысилось (в слое 0100 см до 77 мм).

Апалш расходов почвенной влаги, показывает, что проведенные вегетационные поливы по критическим фазам развития, а также выпавшие в августе обильные дожди обусловили получение высоких урожаев кормовых культур. При этом, максимальные расходы влаги отмечались на богарных в дни, следующие за выпадением осадков, а на поливных участках - непосредственно после поливов. Установлено, что вегетационные поливы, создают кратковременный, но в достаточной мере легкодоступный запас влаги в верхнем 30 - см слое почвы, где размещена основная масса корневой системы возделываемых культур. Под воздействием вегетационных поливов одновременно с повышением влажности корнеобитаемой толщи происходит кратковременное снижение температуры самых верхних горизонтов. Такой охлаждающий эффект наблюдается в два-три посленоливных дня.

Первые поисковые опыты (мелкодсляночные) для изучения вла-гозарядкового полива были заложены нами в III декаде сентября 1984 г.

Норма полива составляла 1200 м3/га. Контрольный вариант - бет полива.

Наблюдения та водным и температурным режимами начались в I декаде мая 1985 г. Посев ячменя (сорт "Там,ми") был проведен одновременно на обеих площадках - 13 мая. Установлено, что наибольший расход влаги в течение всего вегетационного периода происходит на орошаемом варианте, при котором водопотреблснне растений усиливается в период появления третьего листа - выхода в трубку в связи с интенсивным ростом ячменя. Малые запасы воды привели в момент наступления фазы колошения к заметному иссушению корнеобитаемой толщи почвы неорошаемого варианта. В дальнейшем в периоды молочной спелости - восковой спелости запасы всего метрового слоя колебались в пределах влажности разрыва капилляров (ВРК) и влажности завядания (ВЗ). На площадке с осенним влагозарядковым поливом, несмотря на интенсивное водопотребление с начала вегетации, в этот момент влаго-занасы метрового слоя находились почти на оптимальном уровне (даже в самые напряженные моменты развития растений не опускались ниже ВРК).

Отличия в суммарных расходах влаги по изученным вариантам обусловили большие различия в элементах продуктивности и урожаях ячменя (на поливе число продуктивных стеблей 337 шт/м2, масса 1000 зерен - 35,3 г против 298 шт/м2 и 33,0 г на богаре).

В нюне с повышением температуры воздуха и большим расходом влаги на варианте с влагозарядковым поливом с момента посева до начала фазы выхода в трубку (II декада июля) разница температур в верхних слоях между вариантами нивелируется. В дальнейшем на участке с влагозарядкой температура верхних горизонтов понижается но мере интенсивного роста растений.

В койне вегетационного периода при общем понижении температуры воздуха, температура наименее иссушенных горизонтов орошаемого участка оставалась постоянно высокой, чел« на богаре. Охлаждающий эффект полива сказывается на глубину распространения температуры выше 10° С. В начале вегетации проникновение активной температуры было глубже (до 20 см) па богаре, чем на поливном участке (до 15 см). В летние месяцы эта разница нивелируется. Наблюдения показывают, что в конце вегетационного периода понижение активной температуры идет резче на богарном участке.

Процесс нротаивапия почвогрунтов в течение всего сезона идет интенсивнее на богаре с опережением на 10-15 см. В I декаде сентября к моменту уборки глубина сезонного протанвания составила на орошаемом участке 164, а на богаре 180 см.

Мерзлотные лугово-черноземные почвы долины реки Амга. Исходные запасы влаги в почве в 1983 г. на богарном и поливном вариантах под посевами овса Якутскнй-1708 были сравнительно высокими. Так, в начале наблюдении (третья декада июня) на обоих участках вла-гозанасы слоя 0-100 см равнялись уровню НВ. Начальные фазы развития растений (до периода роста третьего листа) характеризуются небольшим расходом влаги. Однако с нарастанием высоких температур и интенсивности роста растений в июле (период кущение - выход в трубку) водоногребленне заметно увеличивается. В этот критический момент (18. июля) провели I вегетационный нолнв нормой 300 м3/га. Второй полив (300 м3/га) проведен в период выход в трубку-выбрасывание ме-I елки, когда начинается быстрое развитие стеблей, листьев, происходит формирование органов размножения. В эти периоды растения резко реагируют на задержку в водоснабжении. На богарном варианте в момент образования репродуктивных органов влажность почвы в слое 0-50 см равнялась ВРК. На поливном варианте, несмотря на высокий уровень влагопотреблення, овес Якутскнй-1708 развивался в оптимальных условиях увлажнения, которая в слое 0-50 см колебалась в пределах НВ - ВРК.

Влагозарядковые поливы с различными оросительными нормами проводили в середине сентября 1985 г. дождевальным агрегатом ДДН-70 после зяблевой вспашки. Были заложены площадки: 1 - контроль (без полива); 2 - влагозарядковый полив с нормой 800 м3/га; 3 -полив с нормой 1200 м3/га; 4 - полив с нормой 1500 м3/га.

Благодаря проведенным осенним поливам к началу посева овса Якутский-1708 влагозаиасы в верхней 20-см-й толще, как и во всем метровом слое орошаемых участков держались па высоком уровне. Поэтому в период посев - выход в трубку почвы имели благоприятные условия водоснабжения для начального роста и развитии растений.

В начальные фазы развития растений расход запасов влаги идет в основном из верхних (0 - 50 см) слоев почвы, участие нижних слоев в водоснабжении минимальное

Со второй половины вегетационного сезона , по мере иссушения верхних слоев, а также увеличения глубины сезонного протаивання,

доля участия нижних слоев почвы в водоснабжении растений возрастает. В силу этого на всех поливных площадках наибольшее расходование запаса влаги из нижнего полуметрового слоя (50-100 см) приходится на фазу выбрасывания метелки овса. В период от молочной до восковой спелости на неорошаемом участке расходование влаги отмечается почти до восковой спелости, что можно объяснить более поздним усыханием овса при сохранении достаточного уровня влагозапасов в почве (рис. 4.1).

Суммарный расход влаги из метрового слоя почвы к моменту уборки зеленой массы (27 июля - фаза молочной спелости) следующий: пл. 1 - 146 мм; пл. 2 - 202 мм; пл. 3 - 214 мм и пл. 4 - 210 мм при урожае соответственно 85,172, 208 и 261 ц/га.

К началу наблюдений (II декада мая 1986 г.) на неорошаемом варианте проникновение положительной температуры достигло 40 см, на поливных - до 20-25 см. В III декаде мая в момент посева биологически активная температура (выше 10° С) проникла до глубины 5-10 см. В дальнейшем в период посев - всходы (I декада нюня) проникновение активных температур происходит более интенсивно.

Продолжительность периода всходы - кущение в Якутии короче, чем в других областях, что объясняется быстрым нарастанием среднесуточных температур воздуха на фоне общей засушливости климата и высокой солнечной инсоляции. Одним из основных факторов, определяющих продолжительность этого периода является температурный режим почвы: чем выше температура, тем короче период. На опытных вариантах в связи с более высокой температурой слоя 0-20 см, на неорошаемом варианте наступление фазы кущения, а затем последующих фаз развития носило опережающий характер. Существенные различия в температурах наблюдались до I декады августа, впоследствии они постепенно затухают. В нижней части профиля почвы эти различия менее существенны.

В конце вегетационного периода активная температура удерживается длительнее на орошаемых вариантах с их увлажненными п более теплоемкими почвами.

На орошаемых вариантах отставание в скорости протаивания по сравнению с богарным сохранялась на весь вегетационный сезон.

Мерзлотные черноземы долины реки Лена. В 1988 году были продолжены исследования гндротермического режима почв при осенних влагозарлдковых поливах па мерзлотных черноземах долины среднего

сл

я

Ь!

5 ®

-Г С^ п 2 о

§ а

О '¿: IV С

сл =

Ьа а п

п Я

1-1 о

к> а

о ' о

Ё 2

£ «

V 4-

5 °

" ю

- с;

° к 2

£8 1

- 2 о О ; п

- 5 2 7 .2

о и

= 5 о

&

я

п в'г

£ Е о в х к

П 5 ?

Й 2 с Н Е К

2 | § ЕГО

§ -

О И

о

в 5

те у ■в

о 'Л 1 о

К О о ех Г5 = р —

■ л V ■и

о о о п О г

1 -< И ы

00 с г" 3 > о

о '¿а

4- г* тГ ч

ж г о г _

/ /

Глубина, см Осадки, мм Глубина, см Осадки, мм

^ К) Уа и,

^ <г> |_I_I_I '

кч»

_|_I_I_I

к», ^

о, К) -о ^ ^ в>

I_I_и

®\ 1-й 45

I_[

к> и» I.. I_1_I

1 Л*

Ма1 А

ё» * \ г * \-T\J

/

/ г

/ \

/ \

* }

V /

» / г

V / /

/

-у

\

и

течения Лены на территории Ботанического сада Якутского института биологии СО РАН.

Влагозарядковый полив на опытном участке Пыл проведен 22-23 сентября 1987 года после проведения зяблевой вспашки нормой 1200 м3/га дождевальной установкой ДДН-70. Начиная с весны следующею 1988 года, на этих участках в комплексе с лабораторией экологии полевых кормовых культур ЯИБ СО РАН были начаты наблюдения за гнд-ротермическим режимом мерзлотных черноземов повса (сорт Рпсто) па зеленую массу.

На опытных участках в течение первых двух декад мая отмечалось интенсивное испарение из протаявшего слоя и перед проведением посевов влагозапасы метрового слоя на богаре и поливном участке уменьшились на 30 и 22 мм соответственно. На богаре, где к этому моменту глубина протаивания достигла 80 см, расход влаги шел н со второй полуметровой толщи. Суточный расход влаги на обоих участках был почти схожим и колебался в пределах 2 - 2,5 мм. В первой половине июня (период всходы - кущение), количество осадков соответствовало норме и растения были обеспечены оптимальными условиями для начального роста и их дальнейшего развития. Темпы водопотребления овса усиливаются в период интенсивного накопления надземной биомассы (выход в трубку - выбрасывание метелки), где несмотря на обилие выпавших атмосферных осадков начинается использование влаги из всего метрового слоя. В этот период запасы влаги на богаре понизились до уровня ниже ВРК (влажности разрыва капилляров) ио всему профилю протаявшего слоя. В более увлажненных почвах поливного варианта, где наблюдается заметное запаздывание скорости протанва-ння наибольший расход влаги происходил в верхней полуметровой толще, опускаясь при этом до 0,7 HB. Суточное водопотрсблснне достигает своего максимума составляя на богаре 3 мм, а на поливном - 4 мм. В период налива и созревания зерна общий расход влаги идет в основном за счет атмосферных осадков, превысивших в июле многолетнюю норму. Водопотребленпе растений к концу вегетации постепенно уменьшается, снижаясь до 1,5-2 мм/су г. В фазу восковой спелости влагозапасы метровой толщи богары находились па критическом уровне (ВРК -ВЗ). На варианте с осенним влагозарядковым поливом к этому моменту (4 августа) заметное иссушение наблюдается только в верхнем слое 0 - 50 см, где уровень влагозаиасов находился чуть выше ВРК. В нижнем полуметре, где наблюдался слабый расход влаги уровень не опускался

ниже НВ. В целом, вегетационный сезон 1988 тола был влажным, превышай по многим показателям среднюю многолетнюю норму. В связи с ■этим запасы влаги, созданные осенним влагозарядковым поливом не были использованы полностью. Расход влаги в течение почти всей вегетации шел в основном из слоя 0 - 50 см и за счет обильных атмосферных осадков лета. Суммарный расход влаги за вегетационный сезон составил на поливном варианте - 262 мм, на богаре - 230 мм.

Урожай зеленой массы овса (уборка в фазу молочной спелости - 21 июля) соответствовал суммарному водопотреблению составляя на поливном варианте - 240 ц/га, на бог'арном - 105 ц/га.

Проникновение положительных температур шло опережающими темпами в менее увлажненных почвах неполивного варианта (середина 1-й декады мая). На варианте с осенним поливом, где часть поглощенной радиации расходовалась на фазовое превращение дополнительной воды, прогревание почвы шло с заметным запаздыванием, чем на контроле. Переход на положительные температуры на поливе отмстился в конце первой декады мая. Аналогичная картина наблюдается также п в прогревании почвы до биологически активных температур (выше Ю°С). В момент сева овса (24 мая) интенсивность прогревания пахотного слоя до активных температур был больше на богаре, где в целом активный период продолжался около 3 - 3,5 месяцев. На поливном участке проникновение температур выше 10° началось в третьей декаде мая и продолжался до середины сентября. Оптимальная температура (выше 15°С) установилась на обоих участках почти одновременно - в период кущение - появление 3-го листа (1-я декада июня). В связи с общим повышением температуры воздуха, с середины июня разница температуры в верхних слоях почв опытных участков постепенно сокращается, составляя 2 -3°С в пахотном горизонте. В го же время различия в температурных показателях нижней части почвенного профиля увеличиваются к концу вегетации, что объясняется более интенсивным иссушением ннжпнх слоев на богаре. Постепенное понижение температуры в верхних горизонтах обоих вариантов наблюдается с третьей декады июля, а начиная с первой декады августа начинается постепенное похолодание почвы по всему профилю, которое резче проявляется на богаре. Таким образом различия в температурных показателях наблюдались в течение всей вегетации, и особенно резче в нижних горизонтах. Все это повлияло и на процесс протапвання почвогрунтов. Разница в скорости протаивания особенно четко проявлялась до середины июля. Затем к концу вегега-

ции, по мерс иссушения слое» почвы на полпве разница уменьшилась, составляя в копне сентября: на поливе - 190 см и па богаре - 220 см.

Наиболее широкому интервалу колебаний в суточном ходе подвержена температура поверхности почвы. В разгар наиболее жарких летних месяцев температура поверхности почвы на богаре в дневное время возрастает до 48-50°С (2-я декада июня), а ночыо до 7-8°С, составляя суточную амплитуду до 40°. На поливном варианте диапазон суточного колебания температуры поверхности менее широк, вследствие большей увлажненности. Мощность слоя суточного теплооборога на исследуемых почвах большей частью не превышает 40 см, кроме дней с резкими колебаниями температуры воздуха, когда температурная волна может проникнуть и глубже. Различия между участками наблюдаются только в мощности слоя активного теплообмена н широте амплитуд суточных колебаний.

Максимальная температура поверхности почвы в июне отмечена в 13 часов. В последующие месяцы с изменением солнцестояния происходит смещение максимумов в более поздние часы - 14-15 часов на поверхности, внутри почвенного профиля наблюдается также соответствующий сдвиг.

Глава V. ВОПРОСЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЧВЕННО-ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ И ИХ ОХРАНА

Мерзлотные черноземы и мерзлотные лугово-черноземные почвы данного района характеризуются весьма сходными химическими н агрофизическими свойствами, не считая более высокие запасы питательных элементов и общего содержания гумуса у первых из них. С самого начала с.-х.освоения эти почвы стали основными объектами выращивания зерновых и овощных культур. Поэтому в настоящее время трудно иайтн исконно целинные их варианты.

При бессменном использовании иод одни и те же культуры, например, под зерновые, у почв естественно происходят обеднение корне-обитаемой толщи доступными формами питательных элементов, некоторое уменьшение запаса органических веществ и ухудшение определенных агрофизических показателей (увеличение объемной массы, снижение фильтрационной способности, разрушение почвенной структуры п т.д.).

В орошаемых условиях негативные явления, отмечаемые на богаре, не только усиливаются, но к ним еще прибавляются качественно

новые и не менее 01рнцателы1ыс, гакне как ухудшение теплового н воздушного режимов из-за поднятия верхней границы многолетней мерзлоты. Причем при определенных условиях может произойти накопление легкорастворнмых солей в корнеобитаемой толще и даже заболачивание понижении рельефа. Поэтому важнейшей проблемой рационального использования почвенно-гидротермическнх ресурсов мерзлотных черноземов н лугово-черноземиых почв является организация правильного режима орошения. На основании наших длительных стационарных исследований за гидротермическим режимом почв Центральной Якутии, в том числе на Амгинском НПС, на этих почвах можно рекомендовать летние вегетационные и нозднеосеннпе влагозарядковые поливы.

Исследования влияния влагозаридковых поливов на гидротер-мпчеекпй режим почвы под посевами зерновых п кормовых культур, проведенные на Ампшском НПС в самые последние годы показали, что в засушливые годы, когда почва уходит на зиму с большим дефицитом продуктивной влаги, такие поливы оказывают благотворное воздействие на своевременное снабжение влагой растений в первой половине вегетационного периода, характеризующейся малым выпадением атмосферных осадков и суховейным режимом погоды. При этом, оптимальный гидротермичсский режим в корнеобитаемой толще создается влаго-зарядковым поливом, проведенным нормой 1000-1200 м3/га. Поливы нормами менее 1000 м3/га оказывают недостаточный влагоиасьнцающпй эффект, а нормами свыше 1200 м3/га - излишний из-за подъема верхнего уровня многолетней мерзлоты.

При организации вегетационных поливов, широко используемых в настоящее время наибольшая эффективность достигается при строгом соблюдении сроков их проведения. Опоздание или упущение сроков неизбежно приводит к резкому снижению урожая возделываемых культур. В этом плане влагозарядковые поливы имеют преимущество в том, что они организуются осенью после завершения нолевых агротехнических мероприятий. Но в отличие от других регионов страны, в условиях Якутии оно сопряжено со многими специфическими трудностями, как сжатость сроков проведения поливов в связи с быстрым снижением температуры воздуха п почвы в осеннее время. Следовательно, такую работу может выполнить лишь высокоорганизованное специализированное звено, обеспеченное налаженной поливной техникой и средствами передвижения. Подходящим сроком для проведения осенних влагозаридковых поливов является Н-Ш декады сентября, когда в полную мощность

работает весь имеющийся п 110.111141111 парк 110.1111111011 техники, поля полностью освобождены от возделываемых культур н проведено на них поднятие зяби.

По нашим наблюдениям, в условиях близкого залегания многолетней мерзлоты, после проведения поливов с большими нормами отмечается некоторое поднятие уровня мерзлоты. При постоянном использовании одного участка под данный вид орошения несомненен процесс дальнейшего поднятия уровня мерзлоты с нарушением гидротер-мпческого режима мерзлотных почв. Во избежание этого отрицательного явления влагозарядковые поливы на сельскохозяйственных площадях хозяйств Центральной Якутии должны носить обязательный ротационный характер.

Влагозарядковые поливы должны найти широкое практическое применение в засушливые годы, гак как это - один из главных приемов борьбы в республике с атмосферной и почвенной засухой. Наиболее благоприятно они воздействуют на урожайность кормовых культур, и в первую очередь получению их максимальной зеленой массы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. В долине реки Амга самыми плодородными почвами являются мерзлотные черноземы и лутово-черноземные, которые но общим запасам гумуса в верхнем метровом слое не уступают своим аналогам нз долины р. Лена. Они характеризуются легким и средним механическим составом и хорошей водопроницаемостью, обладают благоприятными физическими и гидрологическими показателями, такими, как высокая водоудержнваюгцая способность, широкий диапазон продуктивной влаги н порозиости аэрации, малая уплотненность и хорошая осгруктурен-но1 ть. Учитывая это, данные почвы рекомендуются как основной объект для расширении площадей орошаемых земель.

2. Выяснено, что в ходе сельскохозяйственного освоения мерзлотные почвы претерпевают ряд замешых изменении физических и гидрологических свойств. Так, при распашке и орошении заметна определенная тенденция разрушения структурного состава, уплотнения и снижения фильтрационной способности в верхнем 10-см-м слое почвы, сопровождающаяся некоторым уменьшением количества агрономически ценных агрегатов размером 1-10 мм.

3. В условиях засушливого климата Центральной Якутии осенние влагозарядковые поливы устраняют острый дефицит влаги в

начальные периоды ра шншя сельскохозяйс пленных кулыур. В начальные фазы развития растеши"! расход запасов влаги идет в основном из верхних (0-50 см) слоев почвы. Со в юрой половины вегетации, по мере иссушения верхних слоев ночвы и увеличения глубины сезонного протанвання в водоснабжении растений возрастает доля участии нижних горизонтов. Сравнение температурных режимов почв орошаемых и богарных участков показывает их расхождение с самого начала вегетации, что отражается и в скорости прогаивания. В конце вегетационного периода активная температура удерживается длительнее на орошаемых вариантах, что объясняется большей теплоемкостью более увлажненных почв.

4. Наиболее оптимальными нормами, обеспечивающими высокую агрономическую эффективность при сохранении свойств и режимов мерзлотных черноземов и лугово-черпоземных почв являются влагоза-рядковые поливы 1000 - 1200 м3/га. Подходящим сроком для проведения этих поливов является вторая декада сентября, когда достигается максимальная глубина нротаивания, в полную мощность работает вся поливная техника, сельскохозяйственные ноля полностью освобождены от возделываемых культур и после поверхностной обработки готовы для проведения орошения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Саввннов Г. Н. Температурный режим мерзлотных черноземов под посевом овса в долине реки Амга. // Тезисы докладов V республиканской конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию присвоения комсомолу имени В. И. Ленина: Ч.1У: Медицина. Охрана окружающей Среды. Якутск, 1984. С - 5-6.

2. Саввинов Г. Н., Семенова Т. Н. Режим влажности мерзлотных черноземов под посевами овса при орошении. // Тезисы докладов V7 республиканской конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию присвоения комсомолу имени В. И. Ленина: Ч. III. Проблемы строительства в условиях Севера. Сельское хозяйство. Экономика и планирование производства. Якутск, 1984. С. - 48-49.

3. Саввинов Г. Н. Изменение агрегатного состава мерзлотных лу-ГОВО- черноземных почв в ходе сельскохозяйственного использования. // Тезисы докладов VI республиканской научно-практической конференции, посвященной XXVII съезду КПСС. Ч. IV. - Якутск, 1986. - С. 14-15.

, 4. Саввинов Г. Н. Влияние осеннего влагозарядкового полипа па температурный режим почв под посевами ярового ячменя // Почвы п лес: Тез. докл. XI Всесоюз. снмп. "Биологические проблемы Севера". Вып. L - Якутск, 1986. - С. 50-51.

5. Романов В. И., Саввинов Г. Н. Физические и гидрологические показатели почв бассейна реки Амга // Почвы и лес: Тез. докл. XI Всесоюз. симпоз. "Биологические проблемы Севера". Вып. I. - Якутск, 1986. - С. 50-51.

6. Волотовская Т. Н., Саввинов Г. Н. Биологическая активность мерзлотных лугово-черноземных почв долины р. Амга. // Проблемы гидротермики мерзлотных почв. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988.- С. 37-40.

7. Саввинов Г. Н. Динамика влажности и температуры мерзлотных почв под посевами кормовых культур в долине Р. Амга. // Проблемы гидротермики мерзлотных почв. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд -ние, 1988. - С. 49-59.

8. Саввинов Г. Н., Пестерев А. П. Влияние антропогенного воздействия на почвы долины р. Амга. // Кормовые ресурсы животноводства Крайнего Севера: Опенка, повышение продуктивности: Науч.-техн. бюлл СО ВАСХНИЛ. Вып. 1/2 - Новосибирск, 1988. - С. 56-59.

9. Саввинов Г. Н. Особенности гидротермического режима мерзлотных лугово-черноземных почв долины р. Амга при осенних влагоза-рядковых поливах. // Климат. Почва. Мерзлота: Комплексные не следования в районах Сибири и Дальнего Востока. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд -ние, 1991. - С. 77-82.

10. Саввинов Д Д., Саввинов Г. Н. Физические свойства и гидро-термнчеекпй режим почв долины реки Амга / АН СССР. Сиб. отд-ние. Якут. Фил. Институт биологии; Отв. ред. д. б. н. А. К. Коноровскнй. -Якутск: Кн. изд-во, 1988. - 100 с.

11. Бапшев С. И., Иванова Л. С., Попов Н. Т., Винокуров Н. Н., Иванов Б. И., Саввинов Д. Д., Саввинов Г. Н. п др. Интенсификация кормопроизводства в зоне реки Амга: Кн. нзд-во, 1988. - 40 с. (Научно-практические рекомендации).