Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПРИЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МЕЛИОРАТИВНОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ В УСЛОВИЯХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "ПРИЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МЕЛИОРАТИВНОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ В УСЛОВИЯХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ"



На правах рукописи

ТРЕТЬЯКОВА ГАЛИНА ЮРЬЕВНА

ПРИЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МЕЛИОРАТИВНОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ В УСЛОВИЯХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 06,01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Новочеркасск - 2003

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

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук

Бшшкай Георгий Трифонович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик РАСХН, Заслуженный деятель

науки и техники РФ

Грнгоров Михаил Стефанович

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор

Ясониди Олег Евстратьевнч

Ведущая организация - ФГОУ ВПО «Донской государственный

аграрный университет»

Зашита состоится 19 декабря 2003 г. в « 10® » часов на заседании диссергиц.^оиного совета Д 220.049.01 в ФГОУ ВПО «Новочеркасская государств ;'чая мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростом ко таста, ул. Пушкинская, 111, ауд. 236.

С дь цией можно ознакомиться в научном отделе библиотеки ФГОУ BITt. /^ясская государственная мелиоративная академия».

Отзыв L предприятия,

iyx экземплярах, заверенные печатью ному секретарю диссертационного совета.

Автореферат i .

юября 2003 г.

Ученый секретарь диссертациоь кандидат сельскохозяйственных н^ профессор, Заслуженный мелиоратор РФ

■та,

^е

!енчуков Г. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В Ростовской области имеется более 100 тыс. га пахотных земель с тяжелыми слабопроницаемыми почвами, приуроченными к замкнутым лиманообразным понижениям. Характерной особенностью этих почв является наличие верхнего рыхлого пахотного слоя а десятки раз более водопроницаемого, чем подпахотный. Просачиванию воды вглубь препятствует низкая водопроницаемость бесструктурных подпахотных горизонтов. Поэтому после весеннего снеготаяния и выпадения обильных атмосферных осадков почвы становятся переувлажненными на значительное время.

Это затягивает сроки проведения весенних полевых работ, сокращает продолжительность вегетационного периода и приводит к значительному снижению урожая, а иногда и полной его потере. Повышение эффективности сельскохозяйственного использования этих земель возможно лишь на основе применения комплекса агромелиоративных приемов.

Поэтому актуальность изучения природных условий и разработка мероприятий по мелиорации периодически переувлажненных земель Ростовской области обусловлена как научной, так и практической значимостью проведенных исследований.

Цель работы — разработать мероприятия по улучшению мелиоративного состояния переувлажненных земель, обеспечивающих эффективное их использование и гарантированное получение высоких урожаев возделываемых сельскохозяйственных культур.

Задачи исследований;

- изучить почвенно-гидрогеологические условия территории, выявить причины переувлажнения и определить эффективность работы дренажно-сбросной сети;

- изучить режим грунтовых вод и их влияние на мелиоративное состояние периодически переувлажняемых земель;

- изучить влияние агромелиоративных приемов,обработки почвы (_плос-_ корезная, трехъярусная, чизельная обработки, кротование, глубокое'рьпсление) ■

на водно-физические, водно-воздушные и питательные свойства почв и уровень грунтовых вод;

- определить влияние агромелиоративных обработок почвы и их последействие на урожайность сельскохозяйственных культур

- выполнить экономическую и энергетическую оценку агромелиоративных обработок на переувлажненных землях Ростовской области.

Объект исследований. Переувлажненные и подтопленные слабопроницаемые тяжелые почвы лиманообразных понижений Ростовской области. Предмет исследований - агромелиоративные приемы по улучшению свойств почв.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- установлены причины и количественные показатели переувлажнения и подтопления земель;

- установлены закономерности изменения уровня и минерализации грунтовых вод и их влияние на степень переувлажнения почв;

-обоснована возможность регулирования свойств периодически переувлажняемых почв агромелиоративными приемами;

- определено влияние различных агромелиоративных приемов на водно-физические, водно-воздушные свойства почв и урожайность сельскохозяйственных культур;

- дана экономическая и энергетическая оценка использования глубоких обработок почвы на периодически переувлажняемых землях.

Основные положения, выносимые на защиту:

- причины переувлажнения слабопроницаемых тяжелых почв;

- режим грунтовых вод и их влияние на мелиоративное состояние периодически переувлажненных земель;

- влияние различных агромелиоративных обработок почвы (ллоскорез-ной, чизельной, трехъярусной, кротования, глубокого рыхления) на уровень грунтовых вод, водно-физические, водно-воздушные свойства и наличие питательных веществ в почве;

- влияние различных агромелиоративных обработок почвы на урожайность сельскохозяйственных культур;

- экономическая и энергетическая оценка агромелиоративных обработок почвы на переувлажненных землях Ростовской области.

Достоверность полученных результатов исследований подтверждается большим объемом экспериментальных исследований, применением апробированных современных методик, данными математической обработки и производственной проверки.

Практическая ценность работы. Изучено влияние глубокого рыхления почвы (до 0.8 м) на мелиоративное состояние периодически переувлажняемых земель; установлено, что агромелиоративными приемами можно регулировать водно-воздушный режим почвы и полностью устранить переувлажнение земель в лиманообразных понижениях; даны предложения по повышению эффективности их использования.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях в г. Ростове (1985, 2002), г. Оренбурге (1986 г.), г. Тбилиси (1987, 1989 г.), г. Новочеркасске (1989-2003 гг.), г. Москве (1989 г.), г. Красноярске (1991 г.), г. Волгограде (1989 г., 2002 г.).

Реализация работы. Представленные в диссертации результаты исследований являются составной частью работ, выполненных автором по постановлению ГКНТЛв 338 от 19.07.83 г.ОЦ. 034. 02. 02. 03 «Разработать и внедрить технологический процесс освоения переувлажненных тяжелых слабо проницаемых почв в междуречье рек Средний Егорлык и Мечетка Ростовской области», плану ГНТП тема 4.8, а также по договорам с МСХ и П Ростовской области, темы № 65 и 120.

Основные положения диссертации были использованы при разработке технологии освоения переувлажненных земель, прошли производственную проверку и внедрены на площади 1558 га в ООО «Мир» Зерноградс к ого района, ООО «Красный Юг» и ТОО имени Мичурина Целинского района Ростовской области с общим экономическим эффектом 328.8 тыс. руб.

За разработку и освоение технологии улучшения эколого-мелиоративного состояния переувлажненных почв автор награжден в 2002 году медалью «Лауреат ВВЦ».

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 15 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству. Она изложена на 186 страницах текста компьютерного набора. Содержит 29 рисунков, 31 таблицу, 4 приложений. Список использованной литературы содержит 134 наименования, в том числе 13 иностранных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены цель, задачи, научная новизна исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность, апробация и результаты внедрения разработки.

В первой главе приводится научно-аналитический обзор по проблеме повышения эффективности использования переувлажненных земель, улучшению водно-физических свойств тяжелых почв и перспективам их использования.

Способы осушения как постоянно, так и периодически переувлажненных тяжелых почв в различных регионах нашей страны и за рубежом зависят от почвенно-гидрогеологических условий и уровня развития мелиорации. Общепризнанным способом осушения является закрытый дренаж, а также различные агромелиоративные приемы отвода излишней воды с сельхозугодий.

О влиянии природных условий на возможность применения глубокого рыхления в гумидной зоне отмечается в работах Зайдельмана Ф.Р., Маслова Б.С. и др., указывающих на нецелесообразность проведения глубокого рыхления на недренированных почвах.

На Северном Кавказе глубокое рыхление, кротование нашли применение как при мелиорации избыточно увлажненных почв (Кривонос Г.А., Шевченко Г.В.), так и для улучшения водко-фнзических свойств почв на орошаемых землях (Григоров М.С., Ольгаренко В.И., Сенчуков, Г.А., Скуратов Н.С., Иванова H.A., Ольгаренко Г.В. и др.). Об эффективности агромелиоративных обработок почв свидетельствуют и многолетние исследования Бабушкина В.М., Полуэк-това Е.В., Ясониди O.E., Миронченко С.Ф. и др. Вместе с тем необходимо отметить, что вопросы мелиорации переувлажненных земель за счет естественных факторов на Северном Кавказе и, особенно, в лиманообразных понижениях Ростовской области остаются малоизученными.

Во второй главе приводятся условия проведения исследований, программа, схемы полевых опытов и методика проведения исследований. Исследуемая территория расположена в юго-восточной части Ростовской области в междуречье реки Мечетка и реки Средний Егорлык. Административно охватывает Зерноградскнй, Егорлыкский и Целинский районы.

Основными формами рельефа являются три крупных замкнутых лиманообразных понижения площадью от 225,0 до 549.0 кмг. Большие водосборные площади способствуют формированию значительных объемов талых вод и атмосферных осадков.

Глубина залегания грунтовых вод колеблется от 1.0 до 8.0-9.0 м, минерализация - от 0.8 до 10.0 г/л сухого остатка.

Почвенный покров представлен лугово-черноземными в основном слитыми почвами разной степени оглеенности. По гранулометрическому составу почвы относятся к тяжелосуглинистым. При затоплении и переувлажнении они набухают, становятся плохо водо- и воздухопроницаемыми, а при высыхании образуют глубокие вертикальные трещины, что приводит к быстрому иссушению и резкому снижению запасов влаги. Слитой горизонт характеризуется высокой плотностью сложения почвы в подпахотном слое (1.55-1.6 т/м3), начиная с глубины 0.3 м и более.

Для исследования влияния различных агромелиоративных приемов на водно-физические и воздушные свойства почвы, изменение их пищевого режима и урожайность сельскохозяйственных культур были проведены следующие опыты.

Опыт I. Изучить влияние обработки почвы на глубину до 40-42 см на мелиоративное состояние пахотных земель и урожайность сельскохозяйственных культур (ООО «Мир» Зерноградского района, 1983-1986 гг.). Вариант 1 - отвальная вспашка на глубину 20-22 см (контроль); вариант 2 — чизельная обработка на глубину 40-42 см; вариант 3 - плоскорезная обработка на глубину 3032 см; вариант 4 - трехъярусная вспашка на глубину 40-42 см.

Опыт II. Изучить влияние обработки почвы на глубину до 60 см на мелиоративное состояние пахотных земель и урожайность сельскохозяйственных культур (ООО «Мир» Зерноградского района, 1987-1991 гг.). Вариант 1 — отвальная вспашка на глубину 20-22 см (контроль); вариант 2 — чизельная обработка на глубину 40-42 см; вариант 3 - глубокое рыхление на глубину 60 см; вариант 4 - кротоваиие на глубину 45 см без закрепления стенок кротовин

Опыт III. Изучить влияние обработки почвы на глубину до 80 см на мелиоративное состояние пахотных земель и урожайность сельскохозяйственных культур (ТОО имени Мичурина Целинского района, 1992-1996 гг.). Вариант 1 -отвальная вспашка на глубину 20-22 см (контроль); вариант 2 — кротование на глубину 45 см с закреплением стенок кротовин полиакриламидом; вариант 3 -глубокое рыхление на глубину 80 см.

Рыхление без оборота пласта выполнено чкзельным плугом ПЧ-4.5; плоскорезная обработка - плоскорезом-глубокорыхлителем ПГ-3-5; трехъярусная вспашка - трехъярусным плугом ПТН 3-40; кротование - кротователем конструкции ЮжНИИГиМ КТД-0.45 с расстояниями между кротовинами 0.40 м; отвальная вспашка - плугом ПТК 9-35; глубокое рыхление - рыхлителем навесным РН-80 и рыхлителем вибрационного действия РВШ-0.8 на глубину соответственно 0.6 и 0.8 м, рыхление сплошное, Повторность - трехкратная. Площадь делянки - 2 га, учетной - 0.5 га. Высевались следующие культуры: куку-

руза на зеленый корм, сорговый гибрид, многокомпонентные смеси, яровой ячмень и озимая пшеница.

Для наблюдения за изменением свойств переувлажненных тяжелых почв на опытных участках с различными обработками в трехкратной повторное™ были пробурены скважины с отбором образцов почв по слоям 0-20, 20-40, 4060, 60-80, 80-100 и сделаны следующие виды анализов: гранулометрический и микроагрегатный составы по методике Качинского Н. А. (1965); состав обменных оснований - — по Иванову, Ыа+ - по Гедройцу (1965); содержание подвижных форм легкогидро лизу емого азота в почве определялось по методу Тюрина И, В., подвижного фосфора - по методу Мачигина В. П. и обменного калия — по методу Протасова В. П. (1983); водная вытяжка по Аринушки-ной (1970); общее содержание гумуса по Тюрину И. В. в модификации Никитина (1983); удельная масса - пикнометрически. Плотность сложения почвы определялась в полевых условиях методом кольца (1987), а влажность почвы из этих же слоев термостатно-весовым методом.

Полевые исследования проводились на территории западного наиболее крупного (549 км1) лимана. Для детального изучения гидрогеологических условий в пределах лнманообразного понижения были пробурены скважины, позволяющие дать характеристику всего лимана и изучить режим грунтовых вод.

Наблюдения за уровнем грунтовых вод велись один раз в 10 дней. Пробы воды на определение минерализации и химического состава отбирались посе-зонно. Наблюдения на магистральном сбросном канале велись с целью определения объема и минерализации сбросных вод и их изменения во времени подекадно.

Для оценки эффективности работы закрытого дренажа на переувлажненных землях Донводстроем был построен опытный участок площадью 40.0 га с междренными расстояниями 80 м и глубиной заложения дрен 1.2 м. Однако, неудовлетворительная работа дрен из-за наличия плотного подпахотного горизонта с малыми коэффициентами фильтрации не позволяла обеспечить своевременное снижение уровня грунтовых вод для производства сельскохозяйст-

венных работ, поэтому нами в лабораторных условиях на приборе ЭГДА 9/60 было проведено аналоговое моделирование различных вариантов закрытого дренажа с целью определения оптимальных междренных расстояний.

Методика моделирования при решении подобного рода задач приводится в работах В. Р. Булдея, И. Е. Жернова, В. М. Шестакова, А. И. Климко и др. Расчеты притока воды к дренам выполнены для плоской в разрезе установившейся фильтрации в условиях однородных и двухслойных грунтов.

Коэффициент фильтрации определялся в полевых условиях по методике Нестерова Н.С. методом наливов один раз в год осенью в трехкратной повтор-ности при помощи прибора ПВН-00. Отбор проб почв на определение водно-физических свойств на вариантах с различными обработками проводился в трехкратной повторности по общепринятым методикам.

Для установления эффективности применения обработок определялась урожайность сельскохозяйственных культур, результаты которой обрабатывались методами математической статистики, проводилась экономическая и энергетическая оценка по методике Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии.

В третьей главе изложены результаты исследований по влиянию природных факторов на переувлажнение земель, дан анализ эффективности работы осушительной сети и приведены результаты моделирования на приборе ЭГДА 9/60 различных вариантов закрытого дренажа.

Анализируя природные условия западного лимана, а также результаты полевых наблюдений, можно утверждать, что переувлажнение и подтопление земель связано с наличием нескольких одновременно действующих факторов.

Одним из них являются паводковые воды и атмосферные осадки, их величина и распределение по сезонам года. Наличие большой водосборной площади замкнутого лиманообразного понижения (549 хм 1 или 54.9 тыс. га), отсутствие естественного оттока поверхностных вод и многочисленные макро- и микропонижения на поверхности лимана способствуют образованию обособленных затопленных участков площадью от 0.2 до 1.5 км3,

Высокая плотность сложения почв, малые значения коэффициента фильтрации, наличие слитых горизонтов на глубине 0.3 м и более способствуют скоплению атмосферных осадков и длительному их стоянию на поверхности (от 10-15 дней до 1-2 месяцев), что сокращает вегетационный период сельскохозяйственных культур, снижает их продуктивность и способствует деградации почв.

В качестве другого фактора выступают грунтовые воды, формирующиеся в пределах лимана. Они также не имеют естественной дренировакности и часто в весенний период в связи с высоким уровнем их залегания выклиниваются на поверхность в пониженных элементах рельефа и способствуют переувлажнению полей.

Существующая осушительная система, состоящая из головного коллекторного сброса и сети открытых сбросных каналов оказалась малоэффективной. Каналы отводили определенную часть поверхностных вод, однако своевременного снижения уровня грунтовых вод не происходило, почва на полях оставалась переувлажненной.

Наблюдения на участке закрытого дренажа показали, что снижение уровня грунтовых вод наблюдалось только непосредственно вдоль дрены на расстоянии от нее 6-8 м. К срокам сева принятые нормы осушения для различных сельскохозяйственных культур не достигались.

По данным моделирования, были построены графики зависимости при-точности грунтовых вод к дрене от расстояний между дренами для разных норм осушения, при работе дрен в условиях рыхления почвогрунтов и без рыхления. Результаты моделирования показали, что в естественных условиях при глубине заложения дрен 1.2 м междренное расстояние должно составлять 8 м, ас рыхлением подпахотного горизонта -16 м, строительство дренажа с такими параметрами экономически нецелесообразно.

В четвертой главе изложены результаты наблюдений за режимом грунтовых и сбросных вод, выявлены условия питания грунтовых вод и их участие а

переувлажнении, показана возможность аккумулирования за пределами лимана и использования сбросных вод для полива сельскохозяйственных культур.

Многолетние наблюдения по сети режимных скважин позволили выявить приходные и расходные элементы баланса грунтовых вод. Исследования по изучению режима грунтовых вод показали, что они имеют уклон к центру лимана.

Весной во влажный год грунтовые воды с глубиной залегання от. 0.2 до 1.0 м занимают около 20 % площади лимана, где наблюдается переувлажнение и затопление земель (таблица 1).

Таблица I - Влияние увлажненности года на распределение сельхозугодий с различным уровнем фунтовых вод

Уровень грунтовых вод, м Площадь сельхозугодий, тыс. га

Влажный год(ГТК=1.6) Сухой год [ГТК=0.62)

весна осень весна осень

тыс, га % тыс. га % тыс. га % тыс. га %

<1.0 10.8 19.7 2.4 4.4 0.9 1.6 0.1 0.2

1.0-2.0 8.6 15.6 10.1 18.4 3.0 5.5 1.7 3.1

2.0-3.0 17.1 31.2 21.5 39.1 29.2 53.2 31.7 57.7

3.0-4.0 8,0 14.5 10.4 18.9 39.6 17.5 10.3 18.8

4.0-5.0 5,0 9.2 5.5 10.0 7.0 12.8 5.3 9.7

>5.0 5,4 9.8 5.1 9.2 5.2 9.4 5.8 10.5

2 54.9 100 54.9 100 54.9 100 54.9 100

Примерно на 15 % площади лимана распространены воды глубиной от 1,0 до 2.0 м. При выпадении обильных атмосферных осадков эти площади также становятся в разной степени переувлажненными. Площади с глубиной залегания грунтовых вод от 2.0 до 3.0 м занимают 31 % или 17.1 тыс. га. Ближе к водоразделу глубина залегания грунтовых вод увеличивалась до 4.0-5,0 м. К осени наблюдалось понижение уровня грунтовых вод, площади с глубиной залегания грунтовых вод до 1.0 м сократились с 19.7 до 4.4 % или с 10.8 до 2.4 тыс. га. Значительно увеличились ппошади с глубиной залегання от 2.0 до 3.0 м, которые составили 39 %. На водоразделе площади с глубиной залегания грунтовых вод более 5.0 м изменились незначительно, с 9.8 до 9.2 %.

Весной сухого года площади с глубиной залегания грунтовых вод до 1.0 м уменьшаются в 10 раз, с 10.8 тыс. га до 0.9 тыс. га или с 19.7 до 1.6 %.

Анализ графиков, построенных по результатам многолетних наблюдений за колебаниями уровня грунтовых вод и количества атмосферных осадков, а также карт гидроизогипс, позволяют утверждать о тесной установившейся зависимости между ними (рисунок 1 и 2).

100 90 80 70 60 60 40 30 20 10 о

'57:997* <"102;15

♦ Г

_

¡♦ч

)

« >

_♦

1 *

♦

1

0.5

1.5 г 2.5 Глубина грунтовых вод, м

160 — 140 120 100 80 ■ 6040 20 о

1

-р-н

ч : У-57, г?5?е- ГС73Г

> К ♦ ,

1

«

1

т*

0.5

1,5 2 2.5 3 Глубина фуктоеык вод, м

Рисунок 1 - Влияние количества осадков яа изменение глубины грунтовых вод при их близком залегании до 3 м (сухой год, ГТК 0,62}

Рисунок 2 - Влияние количества осадков на уровень грунтовых вод при их близком залегзпин до 3 м (влажный год, ГТК=1.6)

Определенный интерес представляют данные о минерализации грунтовых, вод. В центральной части лимана минерализация составила от 4.0 до 6.0 г/л сухого остатка и только в западной части на незначительной площади - от 0.8 до 2.0 г/л сухого остатка, контуры которой к осени значительно сократились. А площадь с минерализацией 6.0 г/л и более увеличилась.

Грунтовые воды в сухой год характеризуются более высокой минерализацией в центральной части (до 7.0 г/л сухого остатка) и значительно меньшими площадями с минерализацией от 2.0 до 4.0 г/л сухого остатка.

Химический состав грунтовых вод характеризуется большой пестротой. При минерализации до 1,5-2.0 г/л сухого остатка грунтовые воды от гидрокар-боиатно-сульфатно-кальциевого до гидрокарбон атно—хлорид но-натриевого состава. При увеличении минерализацшг воды становятся преимущественно суль-фатно-хлоридно-натрневые.

Результаты трехлетних наблюдений, организованных на водомерном посту, позволили определить объемы пресных вод, проходящих по главному коллекторному сбросу (ГКС) в весенний период и пригодных для орошения (таблица 2).

Таблица 2 — Объем дренажно-сбросных вод и их минерализация в среднем за три года, ГКС, 1988-1990 гг.

Месяц и декада

Показатели II III IV V VI

3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1-3

Объем воды, тыс. м1 40 84 111 144 136 116 94 66 47 29 75

Объем воды нарастающим итогом, тыс. м3 - 124 208 319 463 599 715 809 875 921 950

Минерализация, г/л 0.33 0.54 0.68 0.69 0,81 1.12 1.24 1.74 2.14 3,88 4.67

Минерализация аккумулированной воды, г/л - 0.47 0.57 0.62 0.67 0.75 0.81 0,89 0.96 1.05 1.35

В начале марта идет увеличение объема сбросных вод, достигая максимума в третьей декаде марта или первой декаде апреля, когда максимальные значения объемов сбросных вод колеблются от 11.1 до 15.2 тыс. м3 в сутки в среднем за три года, составляя 13.6 тыс. м3/сут. Со второй декады апреля наблюдается снижение расходов сбросных вод, достигая минимума к середине июля. Со второй половины июля поступление сбросных и дренажных вод практически не наблюдается.

Минерализация сбросных вод в начале паводка не превышает 0. 3 г/л сухого остатка. По мере увеличения объема сбросных вод идет рост минерализации.

Так, в первой декаде апреля она колеблется от 0.73 до 0.91 г/л сухого остатка, увеличиваясь к концу месяца до 1.13-1.37 г/л. В июле, когда в питании сбросных вод активное участие принимают грунтовые воды, минерализация сбросных и дренажных вод увеличивается до 5.25 г/л, а в октябре до 6.4 г/л сухого остатка.

Таким образом, объем сбросных и дренажных вод с начала паводка и по третью декаду апреля составил в среднем за три года наблюдений 715 тыс. м3 со средневзвешенной минерализацией 0.81 г/л сухого остатка. Объем сбросных вод с критической минерализацией (0.96 г/л сухого остатка) к концу второй декады мая составляет 874,6 тыс. м3, что достаточно для орошения около 400 га земель при оросительной норме 2000 м3/га.

В пятой главе показано влияние агромелиоративных приемов на водно-физические свойства почв, уровень грунтовых вод и урожайность.

Исследования показали, что на вариантах опыта I в первый год освоения наблюдается уменьшение частиц физической глины за счет перераспределения илистой фракции в нижезалегающие горизонты почвы. После трехъярусной вспашки содержание илистых частиц в пахотном слое (0-30 см) уменьшилось на 6,8 %, на глубине 30-60 см - на 10.1 %; после чизельной соответственно - на 8.7 %, после плоскореэной и отвальной обработок произошло незначительное (от 0.6 до 5.1 %) уменьшение илистых частиц. На второй год последействия после чизельной и трехъярусной обработок количество ила начинает увеличиваться и возвращаться к исходным показателям.

На всех вариантах опытов II и III в целом наблюдаются аналогичные процессы, но при глубоком рыхлении в последействии илистая фракция медленнее возвращается к исходному состоянию.

Исследования показали, что наибольшие изменения плотности сложения почвы, порозности и коэффициента дисперсности наблюдались по всем трем опытам в первый год после проведения агромелиоративных приемов (рисунок 3),

После проведения мелиоративных обработок на глубину 0.4 м в опыте I плотность сложения в пахотном слое уменьшилась на 7,6-9.7 %, на глубину 0.6 м в опыте II - на 6,8-10.4 % и на глубину 0.8 м в опыте III - на 10.5-11.8 %. Наилучший результат в первом опыте показало чизелевание, во втором и третьем - глубокое рыхление при обработке РН-80 Б и агрегатом активного действия РВШ-0.8 в слое до 0.80 м. На вариантах с кротованием плотность сложения почвы умень-

Годы последействия в Глубокое рыхление В Кротов ание щ Отвальная вспашка

Исход 1 гол 2 год 3 год 4 год

Годы последействия

□ Глубокое рыхление ВКротоеание а Отвальная вспашка

Исход. 1 год 2 год Э год 4 год

Годы последействия

0 Глубокое рыхление СЭКрогование п> Отвальная вспашка Рисунок 3 - Последействие агромелиоративных приемов (опыт III)

шилась на 7-10 %, Действие глубокого рыхления прослеживается и на четвертый год, плотность сложения все еще остается на 3,5-4.1 % меньше по сравнению с контролем

.С изменением плотности сложения пахотных горизонтов почвы порозность подпахотного горизонта возросла на 6.2-13.4 % на вариантах опыта П и на 8.218.4 % - опыта III, Если на участках с кротованием и чизелеванием значения по розности практически достигли исходных значений уже на второй год последействия, то на вариантах с глубоким рыхлением порозность и на четвертый год последействия была выше, чем на контроле на 2,5-3.3 %.

Коэффициент дисперсности до проведения обработок составлял в вариантах опыта1 - 8.7-13.4 %, опыта II-8.3-14.6 %и опыта III-9.0-13.5%. После проведения обработок он сократился соответственно в 1.2-1.3,1.7-2.6 и 1.9-2.5 раз.

Исследования показали, что величина впитывания увеличивается с увеличением глубины обработки почвы (таблица 3).

Таблица 3 - Сводные данные величины впитывания на вариантах с различными обработками почвы, 1983- 1996 гг., мм/час

Наименование обработки Величина впитывания, мм/час

1-й час 2-й час 3-й час за 3 часа

Отвальная вспашка (контроль), (20-22 см) 112 75 38 225

Плоскорезная (30-32см) 189 144 85 418

Трехъярусная (40-42см) 205 165 105 475

Чизелевание (40-42 см) 217 180 125 522

Кротование (45 см) 175 84 58 317

Глубокое рыхление (60см) 248 205 157 610

Глубокое рыхление (80см) 295 238 196 729

Наибольшая величина впитывания в первый час отмечена на участках с рыхлением на глубину 0.60 и 0.80 м и составила 248 и 295 мм/час. В третьем часу наблюдений на варианте с отвальной вспашкой она уменьшается на 75 %, на глубоком рыхлении соответственно на 37 и 34 %. Наибольшая водопроницаемость за

три часа 522-729 мм/час наблюдалась на вариантах с чизелеванием и глубоким рыхлением, что по сравнению с контролем больше в 2.3 и 3.2 раза.

Наши исследования показали, что наиболее значимыми косвенными показателями эффективности применяемых агроприемов является величина коэффициента фильтрации в год освоения и в последующие годы (таблица 4).

Таблица 4 - Влияние агромелиоративных приемов на фильтрационные свойства тяжелых почв в ТОО имени Мичурина Целинского района, 1992-1996 гг.

Наименование обработки Слой почвы, см Коэфс шциент фильтрации, м/сут

1-й год 2-й год 3 -й год 4-й год

Отвальная вспашка (20-22 см), контроль 0-20 0.19 0.18 0.185 0.18

20-40 0.031 0.034 0.030 0.032

40-80 0.011 0.013 0.012 0.012

Кротование с закреплением стен кротовин (45 см) 0-20 0.30 0.21 0.19 0.19

20-40 0.15 0.05 0.031 . 0,03

40-80 0.012 0.013 0.015 0.013

Глубокое рыхление (80см) 0-20 0.58 0.49 0.38 0.22

20-40 0.57 0,38 0.09 0.04

40-80 0.46 0.41 0.081 0.048

Данные таблицы показывают, что глубокое рыхление увеличивает коэффициент фильтрации во всех горизонтах обрабатываемого слоя. По сравнению с контролем, в первый год освоения его значения увеличиваются: в слое 0-20 см с 0.19 до 0.58 м/сут., т. е. в 3.0 раза; в слое 20-40 см с 0.031 до 0.57 м/сут., т. е. в 18.3 раза и в слое 40-80 см с 0.011 до 0.46 м/сут., т. е. в 41.8 раз. Последействие кротования и глубокого рыхления (80 см) в вариантах опыта III соответственно составляет 2 и 4 года.

По вариантам опыта II последействие чизелевания и глубокого рыхления (60 см) прослеживается в течение двух-трех лет.

Улучшение водно-физических свойств почвы под влиянием различных обработок в разной степени повлияло на пищевой режим почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Рыхление способствовало переходу азота, фосфора и калия в легко усвояемые растениями формы, что наряду с улучшением водно-

воздушного режима обеспечивало повышение продуктивности периодически переувлажняемых земель.

Максимальное последействие исследуемых агромелиоративных приемов в опыте I имело место в первый год после проведения обработок, при этом наибольшая урожайность многокомпонентной смеси 29.4 т/га наблюдалась на чи-зельной обработке, где повышенная урожайность сохранилась на второй и третий годы. На остальных обработках прибавки урожая незначительно отличались от вариантов с контролем.

В опыте II наибольший эффект от влияния обработок на урожайность также отмечался в первый год их освоения, в дальнейшем имело место постепенное снижение их положительного влияния (таблица 5).

Таблица 5 - Влияние способа обработки почвы на урожайность сельскохозяйственных культур в ООО «Мир» Зерноградского района Ростовской области (1986-1990 гг.), тыс. кормовых единиц.

Наименование культуры Наименование обработки Р. %*> HCP(I.9JtAB

чизельиая кротование глубокое рыхление отвальная (контроль)

Первый год последействия

Кормосмесь 5.48 5.04 6.72 3.56 0.35

Кукуруза на з/к 5.22 4.08 5.82 3.00

Ячмень на зерно 3.05 2.83 3.16 2.37

Второй год последействия

Кормосмесь 4.48 4.20 5.04 3.60 27 0,19

Кукуруза на з/к 4.14 3.60 5.10 3.12

Ячмень на зерно 2.83 2.71 3.05 2.48

Третий год последействия

Кормосмесь 3.68 3.56 3.88 3.52 2Л 0.22

Кукуруза на з/к 3J0 3.18 3.54 3.06

Ячмень на зерно 2.83 2.71 3.05 2.71

Примечание: для сравнимости результатов при определении НСР урожайность переведена в кормовые единицы

В вариантах опыта Ш глубокое рыхление и кротование способствовали увеличению урожайности озимой пшеницы соответственно с 2.1 до 4,5 т/га и с 2.1 до 2.7 т/га зерна, где прибавка составила соответственно 53.3 и 22.2 %. На второй год последействия эффект от проведения этих приемов сохранился, при

этом прибавки составили 24.1 и 12 %. На третий и четвертый годы последействия увеличение урожайности отмечалось только на варианте с глубоким рыхлением.

В шестой главе приводятся экономическая и энергетическая оценки мелиоративных обработок почвы на примере вариантов опытов II и III, где после обработки высевались многокомпонентные смеси, кукуруза на зеленый корм, яровой ячмень и озимая пшеница.

Наиболее экономически выгодными вариантами являются глубокое рыхление на 0,8 м и чизелевание на глубину 0.4 м. Глубокое рыхление способствовало повышению рентабельности возделывания, например, озимой пшеницы с 16.6 до 109.5 %. Кроме того, эти приемы являются и наиболее энергосберегающими. Коэффициент энергетической эффективности ярового ячменя при чизе-левании в первый год последействия увеличился с 2.55 до 3,07, озимой пшеницы при глубоком рыхлении - с 3.86 до 3.60.

ВЫВОДЫ

1. На лугово-черноземных почвах в юго-восточных районах Ростовской области в результате частого н порой длительного периодического переувлажнения, а также воздействия тяжелой сельскохозяйственной техники наблюдается значительное уплотнение пахотного и особенно подпахотного горизонтов почвы (до 1.55-1.65 т/м3), что оказывает отрицательное влияние на ее водно-физические, водно-воздушные свойства и урожайность сельскохозяйственных культур.

2. Установлено, что основными причинами переувлажнения и подтопления значительных площадей (до 100 тыс. га) являются атмосферные осадки, замкнутые лиманообразкые понижения (площадью 300-500 км2) и крайне неблагоприятные почвенно-гидрогеологические условия, обусловливающие наличие слабопроницаемых горизонтов с малыми коэффициентами фильтрации.

3. Установлено, что низкая эффективность существующей открытой осушительной сети и закрытого дренажа с междренными расстояниями 80 м и глубиной заложения дрен 1.2 м обусловлена низкими значениями водопроницаемости. Аналоговое моделирование различных вариантов закрытого дренажа показало, что при этих условиях междренное расстояние должно составлять 8 м без рыхления и 16 м с рыхлением почвы, что экономически неэффективно.

4. Установлено, что амплитуда колебаний уровней грунтовых вод и величина их минерализации зависят от количества атмосферных осадков, периода их выпадения и глубины залегания грунтовых вод. Естественный отток грунтовых вод за пределы понижений отсутствует, питание их происходит в пределах ли-манообразных понижений, а разгрузка ~ за счет эвапотранспирации.

5. Установлено, что в результате проведения различных обработок наибольшую эффективность в улучшении свойств почв показали чизелевание и глубокое рыхление, особенно рыхлителем активного действия РВШ-0.8. Эти обработки способствовали снижению плотности сложения почв соответственно на 10.5 и 15.8 %; увеличению порозности на 9.2 и 19.1 %; повышению коэффициента фильтрации в 14-41 раз, уменьшению коэффициента дисперсности в 1.7 и 2.5 раза.

6. Выявлено положительное влияние чизелевания и глубокого рыхления на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Прибавка урожайности составила у кукурузы на зеленый корм соответственно 24.6 и 38.8 %, кор-мосмеси - 14.3 и 19.6 ячменя - 12.0 и 18.5 %, озимой пшеницы - 22.4 и 53.5 %.

7. Продолжительность последействия агромелиоративных обработок составила при кротовании 1.5-2 года, при чизелеванни - 2-3, при глубоком рыхлении до 4-5 лет.

8. Оценена возможность аккумуляции дренажно-сбросных вод за пределами лимана с целью использования их для орошения сельскохозйственных культур, Наблюдения и расчеты показали, что в весенний период ежегодно можно аккумулировать 800-900 тыс. м3 пресной воды с минерализацией до 1 г/л,

что достаточно для орошения около 400 га земель при оросительной норме 2000 м3/га.

9. Наиболее экономически выгодными агромелиоративными приемами обработки тяжелых периодически переувлажняемых почв являются глубокое рыхление и чизелевание. Глубокое рыхление РВШ-0.8 способствует увеличению рентабельности сельскохозяйственных культур, например, озимой пшеницы в первый год последействия с 16.6 до 109.5%.

10. Глубокое рыхление и чизелевание являются наиболее энергосберегающими приемами, повышающими коэффициент энергетической эффективности возделывания сельскохозяйственных культур в первый год освоения, соответственно с 1.86 до 3.60 и с 2.55 до 3.07.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для разуплотнения почв и улучшения мелиоративного состояния периодически переувлажненных земель рекомендуется применять рыхлители активного действия с глубиной обработки до 0.8 м.

2. На тяжелых слабопроницаемых периодически переувлажняемых почвах рекомендуется производить глубокое рыхление один раз в 4-5 лет и чизелевание один раз в 2-3 года. Это позволит повысить продуктивность переувлажненных почв в среднем на 30-40 % при высоких технико-экономических показателях.

3. Рекомендуется осуществлять аккумуляцию пресных коллекторно-сбросных вод за пределами лиманообразных понижений и использовать их для полива сельскохозяйственных культур в засушливые периоды,

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Третьякова Г.Ю. Вопросы освоения переувлажненных земель на есте-

ственных лиманах Ростовской области // Вопросы мелиоративного состояния

орошаемых земель и использования водных ресурсов Северного Кавказа: Сб. науч. тр. / ЮжНИИГиМ. - Новочеркасск, 1983. - С. 103-106.

2. Третьякова Г.Ю., Епифанова Н.П. О режиме грунтовых вод в лимано-образных понижениях юга Ростовской области // Мелиоративное состояние орошаемых земель и использование водных ресурсов: Сб. науч. тр. / ЮжНИИ-ГиМ. - Новочеркасск, 1984. - С. 75-80 (автор 80 %).

3. Третьякова Г.Ю. Особенности освоения переувлажненных земель лн-манообразных понижений Ростовской области // Вопросы оптимизации использования подземных вод Урала; Тез. докл. II Уральского науч.-коорднн нац. Со-вещ. по охране и...../ УНЦ АН СССР. - Свердловск, 1984. - С. 44-45.

4. Третьякова Г.Ю., Епифанова Н.П. Влияние глубокого рыхления на водно-воздушный режим слабопроницаемых переувлажненных почв, // Мелиорация орошаемых земель и использование водных ресурсов: Сб. науч. тр, / ЮжНИИГиМ. - Новочеркасск, 1987. - С. 32-37 (автор 80 %).

5. Шило Л.П., Третьякова Г.Ю. Приемы освоения переувлажненных земель // Интенсивные технологии сельскохозяйственных культур на орошаемых землях Северного Кавказа; Сб. науч. тр. / ЮжНИИГиМ. - Новочеркасск, 1988. - С. 86-93 (автор 60 %).

6. Третьякова Г.Ю. Эффективность агромелиоративных приемов на периодически переувлажненных тяжелых почвах. // Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве. Часть II: Тез. докл. конф. /ВАСХНИЛ,НИМИ, НПО «Югмелиорация». - Новочеркасск, 1989.-С. 157,

7. Третьякова Г.Ю. Пути улучшения мелиоративного состояния осушаемых земель при их освоении // Мелиорация и водохозяйственное строительство: Тез. докл. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов. / ГрузНИИ-ГиМ. - Тбилиси, 1989. - С. 54.

8. Третьякова Г.Ю., Шило Л.П. Об использовании сбросных вод для орошения лиманообразных понижений. // Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами: Тез. докл. конф./ НПО «Югмелиорация» и ИВХ АН СССР. - Новочеркасск, 1990. - С. 87 (автор 60 %).

9. Третьякова Г.Ю. Пути улучшения мелиоративного состояния тяжелых слабопроницаемых почв // Проблемы мелиорации земель Сибири: Тез. докл. науч.-практ. конф, / СибНИИГиМ. - Красноярск, 1991,-С. 40-41.

10. Третьякова Г. Ю. Разноглубинная обработка повышает урожаи // Вопросы мелиорации, М.: ГУ ЦНТИ «Мелиово динформ». - 1998, - № 5-6. - С. 5053.

11. Третьякова Г,Ю. Оценка экологических условий при освоении переувлажненных земель // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: Сб. науч. тр. / ГУ ЮжНИИГиМ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, - 2000. - С, 198200.

12. Третьякова Г.Ю., Кулыгин В.А. Влияние глубокой безотвальной обработки на продуктивность переувлажненных почв Ростовской области // Совершенство технологии и средств механизации производственных процессов в АПК: Тез. докл. межвузовской науч.- практ, конф. / НГМА. - Новочеркасск, 29 мая 2001 г. - С. 20-21 (автор 80 %).

13. Третьякова Г.Ю. Особенности возделывания сельскохозяйственных культур на переувлажненных почвах Н Исследования в области решения про-

ё/ц- 24 $ 2 0118

блем мелиорации (по материалам конференции молодых ученых и сотрудников): Сб. науч. тр. / ФГНУ "РосНИИПМ". - М.: ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2002.-С. 14-16.

14. Третьякова Г.Ю. Оценка эффективности применения комплекса машин на переувлажненных землях // Экономическое развитие АПК Юга России: концепции и механизмы: Тез. региональной науч.-ггракт. конф., 29 мая 2002 г. — Вып. 2, / ВНИИЭиН, - Ростов-на-Дону. - 2002. - С. 116-118.

15. Третьякова Г.Ю,, Балакай Г.Т. Приемы улучшения эколого-мелиоративного состояния переувлажненных почв // Мелиорация и водное хозяйство: Материалы науч.- техн. конф., посвящ. 70-летию акад. Б,Б. Шумакова, 10 сентября 2003 г. - Вып, 1. - Новочеркасск: ООО НПО «Темп». 2003. - С. 156-160 (автор 60%).

Подписано в печать 15.10.2003 г. Объем 1,0 п.л.

Формат 60x84 1/16 Заказ № 69 Тираж 100 экз.

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