Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Приемы улучшения эколого-мелиоративного состояния почв и повышения производства кормов на крупных системах лиманного орошения в Саратовском Заволжье

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Крамаренко, Леонид Михайлович, Саратов

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.Вавилова

/

'/А

1С..................

на правах рукописи

Крамаренко Леонид Михайлович

ПРИЕМЫ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ И ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВ НА КРУПНЫХ СИСТЕМАХ ЛИМАННОГО ОРОШЕНИЯ В САРАТОВСКОМ ЗАВОЛЖЬЕ

Специальность 06.01.02 сельскохозяйственная мелиорация

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель : доктор сельскохозяйственных наук, профессор Б. И. Туктаров

Саратов, 1999 год

Содержание :

стр.

Введение - 4

1. Обзор литературы по повышению эффективности лиманного орошения - 8

1.1. Значение лиманного орошения и приемы улучшения использования лиманов - 8

1.2. Регулирование водного режима лиманов - 14

1.3. Динамика почвообразовательного процесса при лиманном орошении - 23

1.4. Эколого-мелиоративное состояние лиманов - 32

2. Программа, методика и условия проведения исследований - 39

2.1. Почвенно-мелиоративные и климатические условия - 39

2.2. Схема опыта, методика и место проведения исследований - 49

2.3. Агротехника проведения опытов - 55

3. Водный режим почвы и развитие кормовых культур при лиманном орошении - 58

3.1. Развитие кормовых культур в условиях лиманного орошения - 58

3.2. Оросительные нормы при затоплении лиманных лугов и их влияние на длительность впитывания воды - 64

3.3. Водный режим почвы в связи с различным режимом затопления лиманов - 69

4. Эколого-мелиоративное состояние естественных лиманов

с луговым травостоем - 79

4.1. Изменение состава естественной растительности под действием лиманного орошения - 79

4.2. Уровень залегания и химический состав грунтовых вод - 83

4.3. Солевой состав почв при длительном лиманном орошении - 84

4.4 Плодородие почв естественных лиманов с луговым

травостоем - 89

5. Эколого-мелиоративное состояние новых степных лиманов, подпитываемых из каналов и рек - 93

5.1. Изменение фитоценоза сеяных трав под влиянием норм лиманного орошения - 93

5.2. Уровень грунтовых вод и степень их минерализации при лиманном орошении - 100

5.3. Действие различных режимов затопления на процесс рассоления почв лиманов - 105

5.4. Изменение солевого состава почв при возделывании на лиманах силосных кормовых культур - 113

5.5. Плодородие почв лиманов в условиях различного режима затопления и использования полевыми культурами - 119

6. Продуктивность лиманов при различном их использовании - 126

6.1. Урожайность естественных сенокосов в зависимости от режимов затопления лиманов - 126

6.2. Урожайность сеяных многолетних трав в зависимости от режимов затопления - 127

6.3. Урожайность силосных культур при различных режимах затопления - 130

6.4. Использование оросительной воды при выращивании

кормовых культур на лиманах - 134

6.5. Питательная ценность и качество кормов - 140

7. Агроэнергетическая эффективность производства кормов при лиманном орошении - 146

Выводы - 149

Рекомендации производству - 152

Список использованной литературы - 153

Приложения - 172

ВВЕДЕНИЕ

Лиманное орошение в степных и полупустынных районах Заволжья позволяет с максимальной отдачей использовать весенний сток талых вод и рек для увлажнения почвы и получения высоких стабильных урожаев сеяных кормовых культур и трав, естественных сенокосов и пастбищ и этим создать устойчивую кормовую базу для животноводства.

Академик Б.А.Шумаков (230) оценивая преимущества лиманного орошения, отметил, что продуктивность лиманных земель выше богарных при выращивании зерновых в 1,5-2 раза, силосных культур (кукурузы) - в 4 -5 раза и многолетних трав, естественных сенокосов и пастбищ - в 5 - 7 раз.

Большое значение использованию весеннего стока на урожай уделял выдающийся ученый К.А. Тимирязев ( 204 ). Он писал, что на «нашей хлебородной равнине очевидно главную роль должно сыграть сохранение осенних, а еще важнее весенних вод - задержание той массы в краткий срок прибывающей и спадающей без пользы воды, которую дают таящие снега».

Высокая продуктивность лиманов, низкие затраты на их строительство ( в 5 -10 раз меньше стоимости регулярного орошения ), простота эксплуатации предопределяют перспективность лиманного орошения для производства разных видов кормов в степных и полупустынных районах Заволжья.

Водные ресурсы засушливого Заволжья для лиманного орошения складываются из транзитного и местного стоков.

В современных условиях ведения сельскохозяйственного производства, внедрения интенсивных систем и повышения культуры земледелия, увеличения площади распаханных земель происходит значительное снижение весеннего стока. Однако, водные ресурсы весеннего местного стока в засушливом Поволжье могут быть эффективно использованы с учетом сохранения экологической среды степного ландшафта для развития лиманного орошения на площади до 0,6 млн га. Площадь регулярно затапливаемых лиманов в этом регионе, включая

Саратовскую и Волгоградскую области и Калмыкию, составляет около 170 тыс. га, в том числе в Саратовской области 25,3 тыс.га.

В настоящее время лиманное орошение приобретает новые формы в связи со строительством крупных систем лиманного орошения и использованием для этого транзитного стока реки Волги и других малых рек и водохранилищ.

Подпитывание систем лиманного орошения по оросительно-обводнительным каналам в маловодные засушливые годы в позднеосеннее и в ранневесеннее время, а также в вегетационный период позволяет гарантированно получать корма сеяных культур, естественных сенокосов и пастбищ и повысить продуктивность лиманов в два - три раза. При рациональном использовании лиманов урожайность сеяных многолетних трав и естественных сенокосов составляет 4 - 5 т, 25 - 30 т на 1 гектар зеленой массы кукурузы и сорго.

Однако современные системы лиманного орошения, затапливаемые ежегодно и в необходимое время, отличаются по водному режиму почв от лиманов, орошаемых на местном стоке и затапливаемых полностью только один раз в два - три года. Поэтому, часто в течение 10 - 15 летней нерациональной их эксплуатации происходит снижение продуктивности лиманов и ухудшение эколого-мелиоративного состояния, засоление и заболачивание почв.

Поэтому, актуальной проблемой в использовании новых степных лиманов Заволжья является повышение производства кормов с учетом эффективного использования водных ресурсов, сохранения и улучшения плодородия и эколого-мелиоративного состояния орошаемых почв и природной среды.

В связи с этим, нами проводились исследования по определению рациональных режимов затопления, обеспечивающих повышение урожайности кормовых культур и улучшение эколого-мелиоративного состояния лиманов Малоузенской и Новоузенской систем лиманного орошения полупустынной зоны Саратовского Заволжья.

Целью научно-производственных исследований являлась разработка экологически сбалансированных режимов затопления лиманов в составе крупных систем лиманного орошения, обеспечивающих рациональное использование оросительной воды, оптимальную кормовую продуктивность, сохранение и улучшение плодородия почвы и экологическую устойчивость орошаемой агроэкосистемы.

Цель достигается решением следующих задач:

1. Определить рациональную норму лиманного орошения адаптивных и высокопродуктивных кормовых культур в составе травяно-пропашных севооборотов, предусматривающее ресурсо и водосбережение, ограничение водной нагрузки на орошаемое поле, повышение плодородия почвы и получение оптимальных урожаев кормов с высоким качеством.

2. Разработать эффективный способ получения высоких планируемых урожаев до 45 - 50 т \ га зеленой массы силосных культур - кукурузы и сорго при возделывании их в составе травяно-пропашных севооборотов в условиях осеннего затопления и дополнительного летнего подпитывания.

3. Определить экологическую устойчивость и уровень плодородия почвы при затоплении и использовании новых степных лиманов, орошаемых подачей воды из рек и водохранилищ.

4. Изучить и определить ресурсосберегающую норму затопления, мелиоративное состояние и степень плодородия почв естественных лиманов при подпитывании из них рек и водохранилищ.

5. Провести агроэнергетическую оценку рациональных и ресурсосберегающих норм затопления лиманов, используемых под луговые и сеяные травы и силосные культуры.

Научной новизной работы является то, что впервые на новых крупных системах лиманов Заволжья, введенных в эксплуатацию 10-15 лет назад и затапливаемых ежегодно из рек Б. и М. Узеней, определены экологически и агроэнергетически обоснованные оросительные нормы естестенных луговых и адаптивных сеяных многолетних трав и силосных культур - кукурузы и сорго на основе ресурсо - и водосбережения, улучшения мелиоративного

состояния и повышения плодородия почв, стабильного производства кормов с высоким качеством.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработаны и предложены экологически и агроэнергетически обоснованные нормы лиманного орошения и технологические приемы возделывания кормовых культур в травяно-пропашных севооборотах, позволяющие проводить ресурсо и водосбережение при затоплении лиманов, повысить эффективность использования оросительной воды на создание кормовой продукции и экологическую устойчивость орошаемых земель, улучшить мелиоративное состояние почв и обеспечить производство кормов: сена 4 -4,5 т \ га и зеленой массы кукурузы и сорго 45 - 55 т \ га с малыми энергетическими затратами. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проводились в 1988 - 1998 гг. на Новоузенской системе лиманного орошения в АОПЗ «Алгайский» и АО «Петропавловское Новоузенского района на площади 1448 га.

1. Обзор литературы по повышению эффективности лиманного орошения

1.1. Значение лиманного орошения и приемы улучшения использования лиманов

Лиманное орошение - это однократная весенняя влагозарядка почвы, использующая воды стока как в местах его возникновения, так и на пути продвижения его по склону местности. Главное условие возможности устройства лиманного орошения - надежный снеговой покров, обеспечивающий весенний сток талых вод ( 230 ).

Родиной лиманного орошения является Заволжье. Исторически сложившееся развитие лиманного орошения в этой зоне обусловлено отсутствием других источников дополнительного увлажнения, кроме вод местного стока, соответствующим рельефом, дешевизной, простотой строительства и высокой его эффективностью, позволяющей во многих районах решить в значительной части, а то и коренным образом кормовую проблему.

Современное понятие о лиманном орошении - это одноразовое увлажнение почвы водами местного стока: талыми, стекающими с вышерасположенных площадей, или водами речных паводков. А система лиманного орошения - совокупность инженерных сооружений ( плотины, пруды, водохранилища, водоудерживающие и водораспределительные валы, каналы, водосбросные сооружения и водообходы ), предназначенных для затопления площади лимана водами весеннего половодья ( 134 ).

Лиманы по типу образования подразделяются на естественные, представляющие собой замкнутые понижения рельефа местности, и искусственные, огражденные водозадерживающими земляными валами на пологих склонах степи и на речных поймах или подпертые земляными плотинами в степных балках и обустроенные водорегулирующими сооружениями (41).

Естественные лиманы в Саратовском Заволжье представлены в северной части Прикаспийской низменности, где плоский с малыми уклонами ( 0,0005 ) рельеф способствовал их образованию. Они имеют вид огромных блюдцеобразных впадин округлой и эллипсовидной формы площадью в несколько сот гектаров. Эти естественные понижения заполняются стоками талых вод с водосбора, площадь которого в 8 - 14 раз больше. Наряду с этим естественные лиманы затапливаются разливом степных рек при весеннем паводке. В этих случаях вследствие создания пресной водной подушки в верхнем метровом слое почвы над тяжелыми почвогрунтами хорошо произрастает злаковая растительность.

Искусственные лиманы создаются различными способами в зависимости от рельефа местности при уклонах 0,0003 - 0,003. Согласно классификации ( 78 ) эти лиманы различаются по источнику орошения:

• склоновые, затапливаемые водами, стекающими выше расположенных площадей;

• пойменные, затапливаемые паводковыми водами степных рек ;

• лиманы, затапливаемые из каналов оросительно-обводнительных систем.

По современной классификации ( 134, 232 ) в основу различий лиманов положены два признака: рельеф и источник водного питания, которые выражены в следующем виде:

• лиманы водораздельного плато ;

• склоновые лиманы ;

• лиманы замкнутых понижений ;

• лиманы потяжин и лощин ;

• лиманы, питаемые сбросными водами из водохранилищ и прудов ;

• лиманы, использующие сток степных рек и их притоков ;

• пойменные лиманы ;

• лиманы, питаемые водами оросительно-обводнительной системы.

Последняя конструкция лиманов, таких, как ярусные лиманы

комбинированного питания, использующие воды местного стока и

оросительной системы, является наиболее целесообразной и экономически эффективной в засушливых степях Заволжья. В этом случае исключается основной недостаток лиманного орошения - периодичность затопления и изменения его площади орошения в зависимости от размера весеннего стока, а также появляется возможность проведения наряду с весенним затоплением и летнего подпитывания, что ведет к повышению урожайности или получению двух урожаев кормовых культур.

Начало возникновения искусственных лиманов относится к первой половине XIX века. Первый лиман для орошения лугов был построен в Новоузенском уезде в 1842 году путем сооружения плотины на реке Торгун ( приток реки Еру слан ) ( 191).

Заметный сдвиг строительства лиманов относится к неурожайным 1879 - 1880 гг., после которых Министерством земледелия и Государственных имуществ была организована гидротехническая экспедиция инженера И.Н. Жилинского, которая в 1881 - 1890 гг. построила ряд крупных лиманов на юге России и на Северном Кавказе ( 7, 32 ).

В 1951 - 1958 гг. В Саратовской, Волгоградской и Самарской областях, а также других зонах Поволжья были построены ряд лиманов, орошаемых водами местного стока. Крупнейшей из них является Александрово-Гайская система лиманного орошения около реки М.Узень, которая обеспечивала затопление лугов, пастбищ и пашни на площади 32,6 тыс. га.

Сочетание использования местного стока с механической подачей воды в маловодные годы из крупных водохранилищ, степных рек и оросительно-обводнительных каналов от реки Волги является главной особенностью современного развития лиманного орошения в Заволжье и Прикаспийской низменности.

Дальнейшее развитие лиманного орошения зависит прежде всего от ряда характерных его особенностей. Проектирование и строительство в прежние годы глубоководных со средним слоем затопления (более 0,5 м) лиманов на использование 50-75 % обеспеченности весеннего стока требовало создания надежных и крупных гидротехнических сооружений,

предназначенных для пропуска излишнего количества паводковых вод, а также крупных по площади ярусов. Большая и необоснованная разница норм затопления и равномерности распределения воды по площади приводила к образованию застойных вод в низинах, поднятию уровня грунтовых вод и ухудшению эколого-мелиоративной обстановки на лиманах (41, 122 ).

Наиболее эффективно использование талых вод и площади орошения в мелководных слоем затопления 0,25 - 0,30 м ярусных лиманах, рассчитанных на 25 - 30 % обеспеченности стока. В этом случае использование стока многоводных лет для влагозарядки даст возможность получать дополнительную продукцию и создать необходимые резервы кормов на маловодные и засушливые годы ( 65, 165, 231 ).

Поэтому, как считает академик Б.Б. Шумаков ( 232 ), целесообразно существенно увеличить площади под мелководными лиманами за счет создания новых и реконструкции глубоководных лиманов. Это наряду с улучшением водного режима орошаемых земель ведет к высвобождению водных ресурсов для лиманного орошения дополнительных площадей.

Выбор той или иной системы лиманного орошения зависит от природных факторов. В связи с этим академик Б.Б.Шумаков (231 ) предложил методику мелиоративного районирования лиманного орошения для юго-востока России, используя пять факторов:

1. Климатические (естественное увлажнение).

2. Гидрологическое (сток снеговых вод).

3. Рельеф территории.

4. Почвенные условия.

5. Характер сельскохозяйственного использования лиманов.

При этом, лиманное орошение станет надежным средством повышения урожайности различных сельскохозяйственных культур при условии выполнения ряда требований:

• лиманное орошение должно создавать равномерн