Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПОЧВЕННОГО ВОЗДУХА ПОИМЕННЫХ ОСУШЕННЫХ ПЕРЕГНОЙНО-ТОРФЯНО- ГЛЕЕВЫХ ПОЧВ НА СИСТЕМАХ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПОЧВЕННОГО ВОЗДУХА ПОИМЕННЫХ ОСУШЕННЫХ ПЕРЕГНОЙНО-ТОРФЯНО- ГЛЕЕВЫХ ПОЧВ НА СИСТЕМАХ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

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

На правах рукописи КРУТИЛИН Константин Сергеевич

УДК 631.433 : 631.482.1 :631.6

РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПОЧВЕННОГО ВОЗДУХА ПОИМЕННЫХ ОСУШЕННЫХ ПЕРЕГНОЙНО-ТОРФЯНО-ГЛЕЕВЫХ ПОЧВ НА СИСТЕМАХ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность — 06.01.03 — почвоведение, 06.01.02 — мелиорация ¡и орошаемое земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА —1986

Работа выполнена на кафедре мелйорацйй и геодезии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — профессор П. А. Волховский.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук К. И. Балтян; кандидат технических наук А. В. Шурави-лин.

Ведущее предприятие — Почвенный институт им. В. В. Докучаева.

Защита диссертации состоится «

1986 года в ууС^^» часов на заседании Специализированного совета К-120-3501 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан «

. 1986 г.

Ученый секретарь Специализированного совета Н. А. Гончарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На XXVI съезде партии подчеркивалось, что отличительная особенность аграрной политики в 80;е годы состоит в том, что центр тяжести переносится ра отдачу капиталовложений, рост продуктивности сельскохозяйственного производства, повышение эффективности использования земель, особенно мелиорируемых. Принятая на октябрьском /1984 г./ Пленуме ЦК КПСС программа по мелиорации исходила прежде всего из необходимости коренного улучшения использования мелиорируемых земель, получения уже в ближайшие годы высокой отдачи от орошаемых и осушаемых угодий. Решение этой задачи невозможно без оптимизации всех факторов жизни сельскохозяйственных культур, одним из которых является воздушный режим почвы.

Пойменные мелиорируемые земли широко используются для снабжения близлежащих городов овощами и мясо-молочными продуктами. Не случайно одной из мер по реализации Продовольственной программы является «завершение создания вблизи крупных городов и промышленных центров зон гарантированного производства овощей и раннего картофеля на орошаемых землях». Именно овощные культуры и ряд кормовых, таких, как кукуруза и кормовые корнеплоды, наиболее требовательны к составу почвенного воздуха, без регулирования которого невозможно увеличить, производство картофеля в 1,2; овощей в 1,4; кормов в 1,3—1,4 раза, как это предусмотрено Продовольственной программой для РСФСр.

Осушенные пойменные земли обладают высоким естественным плодородием, а наличие мелиоративной системы и комплекс агротехнических мероприятий позволяют регулировать водный и в определенной степени тепловой режимы. В этих условиях основные компоненты почвенного воздуха, такие как кислород и углекислый газ, нередко оказываются в первом минимуме, что лимитирует рост и урожайность сельскохозяйственных культур.

Установлено, что состав почвенного воздуха оказывает разностороннее влия"ир ^лйстая пштм и "ж-нзнь растений.

Оптимальный воздушный режим ,не только повышает почвенное плодородие, но и является непременным условием высокой продуктивности сельскохозяйственных растений и получения проектных урожаев. Однако вопросы содержания почвенного воздуха, токсичности его состава, а также условий, в которых его компоненты могут удовлетворять нормальному росту растений, изучены недостаточно.

Одной из важнейших задач осушительно-орослтельных мелиораций является создание в почвах благоприятного водного и связанного с ним* питательного, и воздушного режимов. Из этих основных факторов именно воздушный режим наименее исследован: Еще в меньшей степени изучены приемы, позволяющие управлять качественным составом почвенного воздуха, а также взаимосвязи между водным, тепловым и газовым режимами мелиорируемых почв.

Цель и задачи исследования. Цель исследования состояла в разработке агротехнических и мелиоративных приемов, позволяющих поддерживать оптимальный воздушный , режим в корнеойитаемом слое осушенной перегнойно-торфяно-глеевой почвы для получения высоких урожаев овощных и кормовых культур и повышения эффективности использования осуши-тельно-оросительных систем. Для достижения пбставленной дели потребовалось решение следующих задач:

—- определить оптимальное содержание углекислого газа в составе почвенного воздуха осушенной перегнойно-торфяно-глеевой почвы для роста и развития пропашных культур;

— установить основные факторы, определяющие содержание кислорода и углекислого газа в, составе почвенного воздуха мелиорируемой перегнойно-торфяно-глеевой почвы;

— изучить характерные особенности основных параметров воздушного режима пойменных осушенных почв различного механического состава; '

— выявить влияние , мощности органогенного горизонта пойменных осушенных перегнойно-торфяно-глеевых почв на качественный состав почвенного воздуха;

— выяснить влияние междурядных обработок различной глубины на воздушный режим пойменных осушенных почв;

— разработать агротехнические и мелиоративные приемы, позволяющие оперативно регулировать состав почвенного воздуха; • . . '

— определить экономическую эффективность рекомендуемых мероприятий.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, Результаты, полученные при проведении модельного: и полевого опытов, позволили определить оптимальное содержание углекислого газа в составе почвенного воздуха осушенной перегнойно-торфяно-глеевой почвы, а также уточнить-

критические концентрации его при выращивании- овощных культур. • ..."

Установлено, что наиболее эффективным лриемом, позво-л5уощим оперативно регулировать содержание кислорода и углекислого газа в составе почвенного воздуха мелиорируемых почв, является изменение положения зеркала грунтовых вод с определенной интенсивностью. Установлено, что культивация не приводит к улучшению параметров воздушного ре- • . жима перегнойно-торфяно-глеевой почвы, т. к. ее проведение влечет за собой не повышение интенсивности • газообменных процессов, а резкое усиление биологической активности данной почвы, что приводит к накоплению С02 в пахотном и подпахотных горизонтах. Однако проведение культивации после поливов дождеванием нормой более 200 м3/га позволяет снять, отрицательное влияние поливов на воздушный режим активного слоя почвы в результате "увеличения коэффициента диффузии С02 через пахотный горизонт.

Впервые изучено влияние пЪливов нормой 30—70 м3/га в дни без осадков на качественный состав почвенного воздуха пойменных почв и усталовлено, что при среднесуточных температурах воздуха выше 20°С данный рйким орошения способствует уменьшению доли углекислого газа в его составе. '

Практическая ценность работы. Применение разработанной системы мелиоративных и агротехнических мероприятий позволяет поддерживать содержание углекислого газа в составе почвенного воздуха осушенной перегнойно-торфяно-глеевой почвы ниже порога токсичности. Разработанные приемы управления-качественным составом почвенного воздуха наибо- . лее эффективны при проведении их в критическую фазу развития овощных культур. Урожаи картофеля при этом повышаются на 12—20%, а себестоимость его производства сни- ' жается на 12—19%.

Реализация результатов работы. Результаты исследования внедрены'в совхозе «Раменское» Московской области на площади 72 га, годовой экономический эффект составил 5731 руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и одобрены на конференциях молодых ученых ТСХА в 1979, 1981 и 1983 гг.; на научно-производственной конференции, посвященной 60-летню образования гидромелиоративного факультета БСХЛ, /Горки, 1979 г./; на научно-производственной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Л. Д. Дубаха /Горки, 1982 г./.

По результатам исследования опубликованы три статьи.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций производству, списка литера-туры из 230 наименований и 10 приложений. Содержание дис-

сертации изложено на 157 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе — «Природно-климатические условия и методика проведения исследований»—дана краткая характеристика опытных участков, климатические условия и метеорологические особенности периода исследований, а также методика их проведения. . —

Диссертационная работа выполнялась на протяжении 1978—1983 гг, в пределах центральной части Раменского расширения Москворецкой поймы, на землях совхоза «Рамен-ское» Московской области. Поскольку аллювиалыю-болотные почвы характеризуются наиболее неблагоприятными параметрами воздушного режима и занимают значительную долю в почвенном покрове пойменных земель Нечерноземной зоны РСФСР, основная часть исследования выполнена на перегной-но-торфяно-глеевой почве /опытный участок 1/. Мощность органогенного горизонта различной степени разложения составляет 55 см, глеевый горизонт тяжелосуглинистого механического состава мощностью 30 см подстилается средне-зернистым аллювиальным песком. Основные агрохимические, физико-химические н водно-физические свойства пахотного горизонта следующие: потерн от прокаливания— 32%; рН водной вытяжки — 6.5; рН солевой — 6.0; гидролитическая кислотность — 9.4 м/моль на 100 г почвы; общий азот— 1.06%; легкогидролизуемый азот — 29.5 мг на 100 г почвы; содержание подвижных форм: К — 7.3; Р — 4.8 мг на' 100 г почвы; емкость поглощения—144.8 м/моль на 100 г почвы; сумма обменных оснований—121.0 мг на'100 г почвы; степень насыщенности основаниями — 92.9%. Плотность почвы — 0.7; твердой фазы — 2.11 г/см3; полная влагоемкость— 77.0%; наименьшая влагоемкость — 59,6% к объему .почвы. ■ Для выявления особенностей качественного состава почвенного воздуха пойменных осушенных почв различного механического состава, а также для определения влияния мощности органогенного горизонта на содержание кислорода и углекислого газа в нем, кроме 1-го, были заложены еще три опытных участка: № 2 на пойменной дерново-глеевой тяжелосуглинистой почве, № 3 — на пойменной торфяно-перегной-но-глеевон почве с мощностью органогенного горизонта 96 см, № 4 —на пойменной дерново-глеевой осушенной супесчаной, почве.

На опытных участках был построен .горизонтальный закрытый дренаж в 1961 г. Глубина заложения дрен 1.0—1.1 м, расстояние междудренами •—20 м. (

«»1

содсгжаиио СОг в 7.ко£сму>с воздуха

200

3 оо

РИС.1

1£

250, .. урожаи ц/га 3овисимость урожая картофеля от сопержлния СО* в почвенном шлихе псрс гнойно -торсряно-глеево и почвы

—Всг-гднем зег Вегетацию на глуоинс /5 см-—то те на глубине ча см-,

грозу иачалд дхтониъации на'глуЗине *5см-то же. на шуоине 'Юсм

ь £ £ 3

е

о

/

2 / /V у

/ /»/ ' 1

- 6 г— ] щ

- *> « О + \ Г

--ТТ »

0.5 1,0 у 2.0

5.0

скорость изменения угв &цсут

рис.2 влияние скорости ите- 2 }5

ЪнеИШ т на изменение СОСТСЬ " температура

ва почвенного воздуха перег- рказ вг.ите тмератуш;

НОйНО-ТОРМЮ-ЖЕВОйПОЧВЫ ^Ш^^Т^п^ГП

1 - по хоты и шизйиг {(5 сн): гпеевоипочвына содержание с ог

г-поЗаахвтныигорщонт(40см) В ВОЗДЖС ПаКОТНОгО гОРЦЗОИТО

«ч

I

«а

сэ ^

чО в -

«О §

3

/2'

/6°

20*

Р-

11

• 1 -•• .и л- I г

и-———1—

\ ' —----- — г"- .......

■ : 'ч ---- -

t * н. ...

---------^ ......

; * —

/ ^

! ^ 1 1 - 'Ц

^^-

15см

* л * 1 , —« -4 —

—»—»—. .«—• —

е «-•«-е.

• у'Ч 8 в <

1 "-3 ✓ \ " \

¡Р А Оси —ФгхС_1 ■

.ИГ 12 «§

«а^г

г5

"I

.11

СП

12 ^ о

10

13

«о §

'8 £

13

П 19 20 дата

1? I

угв натВине огб м РИС.4 влияние кмьтиваципосле пмивя нормой Шм1/га на воздушный режим перегнойно-торояно-г/гсевсй почвы

(участок!, нx>нь198Zг.) _

©

1- содержание СОно нонтрзле-, г - содержание Сх нз контюлц 3- выделение С0г накинтроле; ц-коэффициент 2цф<гызиц СО,с но контроле; 5"- интенсивность выЗеденияС0г на поливном варианте-, в-содержание С03 на поливном варианте; 7-ссЭсРЖониеОг но поливном Варианте} 8 'Содержание СО2 на прокультивированном варианте ¡е-содержание 0% но прокультивированном варианте-, гэ-/со?*-<рицивнт2иФ<рузш1 СО» на поливном вариантен-коэффициент Эи<?»рузии со3 на прокультивированном варианте.

'3-момент

На первом опытном участке схема опыта состояла из пяти вариантов: 1/.— контроль, 2/.— полив в дни без осадков; нормой 50 м3/га, периодические поливы с межполивным периодом 10 суток, 3/. —200 м3/га, 4/. — 300 м3/га, 5/.'— 450 м3/га. х

На всех вариантах ежедекадно и после поливов и дождей слоем более 20 мм определяли влажность почвы термостатно-весопым методом. Каждые 2—3 дня измеряли температуру почвы на глубине 5 см и на ее поверхности, а в момент отбора образцов почвенного воздуха на глубине — 15,40 и 60 см.

Образцы почвенного воздуха со всех вариантов и опытных участков отбирали в одно и то же время—11—13 час., со скоростью 75—80 мл/мин в семикратно» повторности. Варьирование содержания углекислого газа в воздухе перегнойно-торфяно-глеевой почвы находилось в пределах 5—7%, увеличиваясь в случае влажности активного слоя почвы более 70% от ПВ до 15%. Содержание кислорода варьировало в пределах пяти процентов.

Образцы почвенного воздуха отбирали через 5—7 суток с глубины 15,40 и 60 см на вариантах № 1 и № 2, а на поливных вариантах № 3, Ма 4, №-5 и в случае проведения междурядной обработки образцы почвенного воздуха отбирались через 1—2,часа после проведения операции, на следующие сутки после нее и далее через сутки до выравнивания концентрации .кислорода и углекислого газа по сравнению с контрольным вариантом. При проведении полевых исследований /1982—1983 гг./ параллельно с отбором проб почвенного воздуха определяли интенсивность выделения С02 с поверхности почвы методом Штатнова и рассчитывали коэффициент диффузии углекислого' газа через пахотный и подпахотный горизонты. Состав почвенного воздуха анализировался в день отбора образцов на газоанализаторе ГХП-100 с видоизмененной измерительной бюреткой, позволяющей брать отсчет с точностью до 0.01%.

Полевые исследования охватывали различные по метеорологическим характеристикам годы. В вегетационный период 1978 года влагообеспеченность /разность между осадками и испарением/ составила 6.08%. Этот год оказался третьим в ряду 44 лет, используемых для определения этой величины. Лето 1979 года отличалось сильным разнообразием погодных условий: за май-Июнь выпало всего 16 мм осадков, а в последующий период преобладали частые дожди средней интенсивности. Влагообеспеченность 1979 года в среднем за вегетацию составила 55.63%. Вегетационный период 1980 года оказался самым влажным из последних 44 лет, а 1981-го—■ самым сухим из шести лет проведения исследований. Его влагообеспеченность составила 64.63%, причем основное ко-

личество осадков выпало в конце вегетации, 1982 и 1983 годы по обеспеченности заняли промежуточное.положение — 28.60 и 55.16% соответственно.

Во второй главе—«Влияние качественного состава почвенного воздуха на урожай сельскохозяйственных культур»—дан литературный обзор по влиянию качественного состава почвенного воздуха на процессы дыхания корневой системы растений, определено значение углекислого газа, образующегося в почве в процессе фотосинтеза, показано влияние состава почвенного воздуха на поступление воды и минеральных солей в растение. На основании литературного обзора был дан вывод,, что управление воздушный режимом почв сводится к решению двух задач: усилению, в почве процессов, ведущих к продуцированию С02 /до оптимальных пределов/, и созданию и поддержанию в верхнем слое почвы режима, обеспечивающего высокий уровень газообмена между почвой и атмосферой. Анализ литературных источников показал, что если вопрос о количестве почвенного воздуха, необходимого для роста и развития сельскохозяйственных культур, решается исследователями однозначно, то проблема качественного его состава далеко еще не решена. При этом большинство исследователей /Люденгорд Г., Э. Рассел, В. Н. Макаров, М. В. Страта-нович, Н; П. Панов, П. А. Турнас, А. Г. Головко и др./ считает, что повышение концентрации углекислого газа выше 1.0-*-2.0% к объему почвенного воздуха отрицательно сказывается на росте и развитии сельскохозяйственных культур. Однако в литературе" встречаются данные, устанавливающие более высокие концентрации С02 в почвенном воздухе /5% — Н. 3. Станков и Т. П. Ладонина, 7%—П. И'. Шкуринов, 25% — Кеннои/. Что касается кислоррда, то для получения высоких урожаев его концентрация 'должна поддерживаться на уровне 15% к объему почвенного воздуха и ни в коем случае не опускаться ниже 5%.

Целью нашего модельного опыта являлось уточнение влияния уровня содержания углекислого газа в составе почвенного воздуха осушенной перегнойно-торфяно-глеевой почвы на урожай корнеплодов. В качестве объекта исследования был выбран редис сорта «Рубин». В вегетационные сосуды объемом 7536 см3 подавался воздух с заданным содержанием углекислого газа со скоростью 0.5 л/час. Результаты исследований показаны в табл. 1, откуда видно, что оптимальное содержание углекислого газа в составе почвенного воздуха пахотного горизонта псрегнойно-торфяно-глесвои. почвы находится в пределах одного процента. При повышении содержания С02 до 3.5—1.5% урожай снижается на 40%, а при 8%-ном уровне — урожай погибнет практически полностью.

В полевых условиях состав почвенного воздуха подвержен

Таблица I

Влияние содержания углекислого газа в составе почвенного воздуха перегнойно-торфяно-глеевой почвы на урожай редиса сорта «Рубин»

Вариант Фактическое содержание CO¿ на глубине 15 см Урожай, ц/га .%' прибавки

Контроль 0.03—0.06 227±4.6 1000

1% со2 ' 0.0&—1.25 ■ 252±9.8 110.Q

4:%! СО* 3 50—Ш) . 151±1б.5 66.5

8% С02 7.50—8.50 10 -

значительным изменениям ре только на протяжении вегетационного периода, но и в течение суток, поэтому изучение данного вопроса в полевых условиях связано с определенными трудностями. В 1983 году значительная, площадь /около 150 га/, характеризующаяся однородными почвенными и гидрогеологическими условиями,- была занята картофелем сорта «Гатчинский». На этой площади были выбраны 10 стационарных площадок для наблюдения за качественным составом почвенного воздуха. Отбор образцов воздуха производился раз в месяц с мая по сентябрь. Учет урожая был произведен в начале октября на каждой площадке в четырехкратной повторности. После усреднения шести измерений состава почвенного воздуха нами была получена зависимость урожая картофеля от содержания С02 в пахотном и подпахотном горизонтах /рис. 1/. Несмотря .на значительный разброс точек, полученные данные позволяют сделать вывод, что высокий /более 250 ц/га/ урожай может быть получен в том случае, когда "в составе почвенного воздуха пахотного горизонта в среднем за вегетацию будет содержаться менее 0.6% С02,"а в подпахотном менее 1,4%. Более тесная зависимость наблюдалась в критическую фазу;развития растений /начало цветения и клубнеобразования/. Урожай более 250 ц был получен на опытных площадках, где в составе почвенного воздуха пахотного горизонта в этот период было менее одного процента углекислоты, а в подпахотном до 2,5%.

В третьей главе — «Характеристика воздушного режима пойменных осушенных земель и факторы, его определяющие»— рассмотрены причины повышенного содержания углекислого газа и пониженного кислорода в почвенном воздухе по сравнению с атмосферным, обобщены литературные данные, касаг ющиеся биологических факторов и физических условий почвенного профиля, влияющих на качественный состав почвен-г ното воздуха.

В этой главе рассматривается динамика качественного состава почвенного воздуха на фоне метеорологических данных, динамики влажности, уровня грунтовых вод, темпера-

z

турного режима профиля и интенсивности выделения углекислого газа с поверхности почвы. Анализ динамики воздушного режима показал тесную взаимосвязь между качественным составом почвенного воздуха перегнойно-торфяно-глеевой почвы и метеорологическими условиями вегетационного периода. При этом наибольшие концентрации углекислого газа и наименьшие кислорода наблюдались как в очень влажные, так и в засушливые периоды. Содержание С02 выше критического уровня имело место в 1980 и 1981 гг. на протяжении почти всей вегетации, в то время как'в 1978, 1979, 1982 и 1983 годах увеличение содержания углекислого газа выше "полутора процентов в составе почвенного воздуха пахотного горизонта как правило не превышало 5—10 суток и наблюдалось "после выпадения осадков слоем более, 15 мм или повышения среднесуточной температуры воздуха выше 20— 25°С. •.

Анализ данных состава почвенного воздуха подпахотных горизонтов показал, что за редким исключением /вегетационный период 1983 года/ содержание С02 в нем значительно-превышало верхний оптимальный предел, при этом концентрация углекислого газа » почвенном воздухе горизонтов нередко'превышала пять объемных процентов, а иногда и 8% /вегетационные периоды 1978 и 1979 годов/. Содержание кислорода на глубине 40 и СО см на протяжении вегетационного периода находилось, как правило, в пределах 18—1'4 объемных процентов, хотя нередко наблюдалось понижение концентрации 02 до 10% /сезоны 1978, 1980, 1982 годов/. -

Сопоставление динамики уровней грунтовых вод на протяжении вегетационных периодов 1978—1983 годов с изменением состава почвенного воздуха показало, что при близком /до 70—80 см/ положении их зеркала кривая содержания углекислого газа в подпахотных, а зачастую и в пахотном горизонте почти полностью повторяют кривую изменения уровня грунтовых вод. При этом содержание кислорода, как правило, носит зеркально-противоположный характер. Данное явление, а также изучение интенсивности выделения СОг с поверхности почвы позволили сделать вывод,-что изменение уровня грунтовых вод играло роль,своеобразного почвенного «насоса». При повышении грунтовых вод происходило как бы выдавливание богатого углекислотой почвенного воздуха нижних горизонтов профиля в верхние и, наоборот, при падении УГВ наблюдалось проникновение атмосферного воздуха и воздуха верхних горизонтов в нижние. Нами получена тесная зависимость /Я—0.8/ между скоростью изменения УГВ и изменением содержания С02 в почвенном воздухе /рис. 2/.

Отметим, что данный мелиоративный прием, позволяющий эффективно регулировать состав почвенного воздуха, наиме-8

нее трудоемок, т. к. включение и выключение насосной станции практически не требует затрат ручного труда. В то же время нам не удалось установить тесной зависимости между уровнем стояния зеркала грунтовых вод и содержанием угле- , кислого газа в составе почвенного воздуха как пахотного, так и подпахотного горизонтов перегнойно-торфяно-глеевой тточвы.

В том случае, когда уровень грунтовых вод находился глубже 80 см или скорость его изменения составляла менее 0.5 ем/сут, качественный состав почвенного воздуха определялся температурным режимом профиля. Причем, наиболее тесная зависимость наблюдалась между температурой слоя 0—5 см и содержанием кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе не только пахотного, но и подпахотного горизонтов. Это обусловлено двумя параллельно идущими процессами. Во-первых, повышение температуры поверхности, активного пахотного горизонта ведет к усилению микробиологической деятельности и дыхания корневой системы и, следовательно, к продуцированию С02. Во-вторых, молекулы углекислого газа в верхних слоях имеют в этом случае более высокую температуру, а значит и кинетическую энергию, по сравнению с нижними; в результате часть молекул диффундирует вниз по порам почвенного профиля, препятствуя диффузии СО2 из низлежаншх слоев. Глубокое положение грунтовых вод в 1981 году и незначительная амплитуда колебаний их позволили установить зависимость между содержанием углекислого газа в почвенном воздухе пахотного горизонта и температурой поверхности перегнойно-торфяно-глеевой почвы /рис. 3/.

Параллельные наблюдения за качественным составом почвенного воздуха на опытных площадках 2, 3, 4' показали, что содержание углекислого газа в составе .воздуха пойменных дерновых почв супесчаного и тяжелосуглинистого механического состава значительно меньшее по сравнению с перегной-но-торфяно-глеевыми почвами. При этом под влиянием внешних условий характер изменения процентного содержания СОг и Ог имеет аналогичную зависимость для всех изучаемых типов пойменных почв. Однако с увеличением количества органического вещества, содержащегося в почве, и мощности органогенного горизонта абсолютные значения этих изменений увеличиваются.

В четвертой, главе — «Влияние орошения дождеванием на воздушный режим пойменных почв» — рассмотрено влияние изменения влажности почвы на качественный, состав почвенного воздуха, а также изложены результаты исследований влияния поливов дождеванием различными нормами на воздушный режим' изучаемых почв. Установлено, что полив

дождеванием принятыми в Нечерноземной полосе нормами 1200—450 м3/га/ вызывает увеличение концентрации углекислого газа в составе почвенного воздуха перегнойно-торфяно-глеевой осушенной почвы выше порога токсичности. При этом характер влияния поливов на воздушный режим находился в прямой зависимости от погодных условий в послеполивной период. В случае, если поливы производились на фоне среднесуточных температур воздуха менее 18—20°С, то увеличение поливной нормы с 200 до 450 м3/га приводило к удлинению периода с повышенным содержанием углекислого газа по сравнению с контролем от трех-четырех суток до декады и более. При этом, независимо от величины поливной нормы, содержание углекислого газа в составе почвенного воздуха пахотного горизонта увеличивается на'одну и ту же величину /до 2-3%/. .

Если же в послеполивной период среднесуточная температура повышается до 20"С и более, то с увеличением поливной нормы, наряду с удлинением' периода с повышенным содержанием углекислого газа, увеличивается и доля его в составе почвенного воздуха /до 4.0—4.5% к объему в пахотном горизонте/. ' '

При изучении интенсивности выделения углекислого газа с поверхности-почвы было установлено, что повышение содержания С02 и уменьшение доли кислорода в составе почвенного воздуха перегнойно-торфяно-глеевой почвы обусловлено нарушением газообмена, между почвенным и атмосферным воздухом в послеполивной период..

Изменение качественного состава .почвенного воздуха подпахотных горизонтов имеет тот же характер, что и в пахотном горизонте, однако продолжительность этого явления значительно больше, а изменения в составе воздуха значительнее, нежели в пахотном горизонте.

Поливы нормой 50 м3/га при проведении их в ,дни без осадков не вызывали нарушения газообмена. При их проведении температура поверхности почвы понижалась на 4—7°С, что обуславливало понижение концентрации СОг в составе почвенного воздуха перегнойно-торфяно-глеевой почвы при повышении температуры ее поверхности выше 25—30°С.

Влияние поливов на качественный состав почвенного воздуха пойменной дерново-гл'еевой тяжелосуглинистой почвы аналогично влиянию их на состав почвенного воздуха пере-гнойно-торфяно-глеевой почвы, однако это влияние проявляется гораздо слабее. Даже поливы нормой 450 м3/га, проведенные при самых неблагоприятных метеорологических условиях, ■не вызывали увеличения содержания углекислого газа до критического уровня/1.5% к объему воздуха/.

В пятой главе—«Влияние агротехнических приемов на воэ-

душный режим пойменных почв»—после обзора литературы по данному вопросу приведены результаты исследования влияния весенней вспашки на ваздушный, режим перегнойно-тор-фяно-глеевой почвы, которые указывают на важность этого агротехнического приема с точки зрения формирования состава почвенного воздуха на протяжении всего вегетационного периода. При проведении пахоты наблюдается «проветривание» всего пахотного горизонта: коэффициент диффузии С02 увеличивается в 10—15 раз, накопленный за весенний период углекислый газ интенсивно выделяется из почвы в атмосферу и, как следствие, происходит снижение его концентрации в составе почвенного воздуха пахотного горизонта с 2—до .величины порядка 0.5%. '

Анализ результатов изучения влияния культивации на воздушный режим перегнойно-торфяно-глеевой почвы показал, что проведение этого приема нецелесообразно для регулирования качественного состава почвенного воздуха. Сразу после проведения культивации наблюдается кратковременное /на протяжении часа/ увеличение значения коэффициента диффузии через пахотный горизонт и уменьшение процентного содержания углекислого газа в составе почвенного воздуха горизонта Л0Т2. Однако уже через два часа после проведения обработки происходит как бы «заплывание» богатого,органическим веществом поверхностного слоя пахотного горизонта, что выражается в снижении коэффициента диффузии и интенсивности выделения углекислого газа по сравнению с контрольным вариантом. Данное явление, а также активизация аэробной микрофлоры, вызванная увеличением доли кислорода в почвенном воздухе, приводит к тому, что уже через несколько часов после проведения культивации наблюдается увеличение содержания С02 в пахотном горизонте, а через двое-трое суток — в подпахотном. Выравнивание параметров воздушного режима с контрольным вариантом происходит примерно через сутки в пахотном горизонте и через трое—пятеро суток — в подпахотном.

Однако культивация, проведенная после полива, независимо от величины его норм, значительно /до одних суток/ сокращает период с неблагоприятным составом почвенного воздуха /рис. 4/. В данном случае культивация была проведена спустя сутки после полива нормой 450 м3/га. Полив такой нормой вызвал «выдавливание» богатого углекислотой почвенного воздуха в атмосферу. .Интенсивность • выделения С02 с поверхности почвы возросла с 3.5 до G.5 г/м2 в час уже через час после полива. Однако 'вследствие нарушения '.газообмена между почвенным и атмосферным воздухом, интенсивность выделения углекислого газа на. поливном варианте уже через два часа падает ниже

уровня контрольного варианта и на протяжении пяти суток после полива, ее значение на 3.5—5.0 г/м2 в час меньше, чем на контроле.* Коэффициент диффузии СОг через слой 0— 15 см в послеполивной период уменьшается до двух и менее л/м2 в час против 13—5 л на контрольном варианте. Это приводило к резкому /до 4.5%/ увеличению содержания углекислого газа в почвенном воздухе пахотного горизонта. Выравнивание его содержания с контрольным вариантом не наблюдалось даже спустя 7 суток после полива /рис. 4/. Одновременно в почвенном воздухе пахотного горизонта поливного варианта наблюдалось примерно на два процента меньше кислорода.

Через час после проведения культивации на глубину 5— 7 см коэффициент диффузий С02 через слой 0—15 см достигает почти 14 л с м2 в час и остается па уровне контрольного варианта, а содержание углекислого газа в составе почвенного горизонта падает и оказывается на 0.3—0.8% ниже, чем на контроле. Это различие сохраняется на протяжении пяти суток после проведения культивации. Таким образом, после культивации в составе почвенного воздуха пахотного горизонта углекислоты было примерно на 0.5% меньше, чем на контроле, и на 1.5% — чем на поливном варианте. Резкое уве-дтение значения коэффициента диффузии в пахотном горизонте при проведении культивации обуславливает увеличение процентного содержания кислорода /до 16.9% против 14.6 на поливном варианте/.

В шестой главе—«Экономическая эффективность рекомендуемых мероприятий»—приведены расчеты экономической эффективности управления качественным составом почвенного воздуха на примере выращивания картофеля сорта «Гатчинский». Анализ основных экономических показателей позволил установить, что наиболее эффективным приемом; позволяющим понизить содержание углекислого газа в составе почвенного воздуха ниже порога токсичности, является понижение уровня грунтовых вод с интенсивностью более одного см в сутки. При повышении содержания С02 в пахотном го-.ризонте до 2.0—2.5% в критическую фазу развития культуры понижение УГВ со скоростью 2 см/сут позволяет получить 559.3 руб. с га чистого'дохода, а.уровень рентабельности при этом достигает 20.96%. Экономическая эффективность проведения поливов нормой 50 м3/га в дни без осадков, вместо применяемого в хозяйстве режима орошения, несколько меньше /чистый доход—181.8 руб/га, уровень рентабельности—' 17.77%/. Этот мелиоративный прием экономически оправдан, если среднесуточная температура воздуха поднимается выше-18—20"С. Из рекомендуемых мероприятий культивация после •полива имеет наименьший экономический эффект, но и этот

прием позволяет сделать производство картофеля в соахозё рентабельным и получить 356 руб/га чистого дохода.

Выводы

— качественный состав почвенного воздуха оказывает существенное влияние на урожай овощных культур, выращиваемых на иерегнойно-торфяно-глеевых почвах. Оптимальным содержанием углекислого газа было 0.05—1.25% к объему почвенного воздуха. При повышении концентрации СОг до 4% потери урожая достигали 30%;

"—- основным фактором, влияющим на качественный состав почвенного воздуха как пахотного, так и подпахотного горизонтов изучаемых типов пойменных почв, является скорость изменения уровня грунтовых вод. При понижении УГВ с интенсивностью 3 см/сут содержание углекислого газа в составе почвенного воздуха- перегнойно-торфяно-глеевой почвы уменьшается на 0.2с/о в сутки в пахотном горизонте и на 0.45% в подпахотных; ;

— при интенсивности колебания уровня грунтовых вод менее 0.5 см в сутки или ггри глубоком их стоянии /глубже 80—85 см/ решающим фактором, влияющим на состав почвенного воздуха, является температура самых верхних слоев почвы /до 5 см/, при "этом критические концентрации СОг в пахотном горизонте перегнойно-торфяно-глеевой почвы наблюдались при температуре поверхности выше 27°С;

— поливы дождеванием нормами более 200 м3/га ухудшают воздушный режим всего активного слоя почвы, однако характер их влияния на качественный состав почвенного воздуха оказался в прямой зависимости от температуры воздуха в послеполивной период. При среднесуточной температуре ниже 18—20°С увеличение поливной нормы с 200 до 450 м3/га вызывало удлинение периода с повышенным содержанием углекислого газа в составе почвенного воздуха пахотного горизонта от трех — пяти суток до декады и более, при этом содержание С02 увеличивалось на одну и ту же величину— до 2—3%. Если же в послеполивной период наблюдались более высокие температуры, то увеличение норм полива приводило также к повышению доли углекислого газа в составе почвенного воздуха горизонта /до 4,5% при поливной норме 450 м3/га/;

— поливы нормой 50 м3/га, при проведении их в дни' без осадков, не вызывали нарушения газообмена между почвенным и атмосферным воздухом и позволяли снижать высокие концентрации углекислого газа, вызванные повышением температуры поверхности почвы;

— под влиянием внешних воздействий закономерности из-

Менения процентного содержания С02 и 02 во всех типах НС-следуемых пойменных почв носят одинаковый характер. В: то же время с увеличением содержания органического вещества и мощности органического- горизонта абсолютные значения • этих изменений увеличиваются,

0

Рекомендации производству

— при повышении среднесуточной температуры воздуха выше 20°С рекомендуется назначение систематических поливов нормой 50—70 м3/га в целях снижения концентрации углекислого газа в составе почвепдого воздуха;

— при назначении поливов дождеванием нормой более 200 м3/га перегнойно-торфяно-глеевой почвы, в целях улучшения параметров ее воздушного режима рекомендуется через сутки после полива создать условия для понижения уровня грунтовых вод с интенсивностью 2 см/сут и более. Если грунтовые воды в послеполивной период находятся ниже 80 см, необходимо провести культивацию на глубину не менее 5—7 см;

•— при регулировании водного режима при 1помощи изменения УГВ, в целях параллельного регулирования воздушного режима, рекомендуется планировать медленный подъем грунтозых вод и, наоборот, как можно более быстрый, их сброс. -

По теме диссертации опубликованы следующие работы:.

1'. Крутя л ин • К. С. «Влияние режима орошения на воздушный режим осушаемого слоя перегнойно-торфтю-глеевой почвы». Сб. «Проблемы мелиорации и химизации почв». Изд. ТСХЛ, М., 1981, с. 113—118.

2. Волков екий П. Л., Тельцов- Л. П. Мансуров И. М-, Крутили» К. Сч 3 а у рем беков А* Л. «Регулирование влажности почвы на осушенных пойменных землях». Сб. научных трудов «Генезис и плодородие почв». Изд. ТСХЛ, М., 1031, с. 61—67. .

3. К р у т и л и н К. С. «Влияние изменен л я уровня грунтовых вод на качественный состав потаенного воздуха певегноГшо-торфяно-глеевых почв». Депонированная рукопись № 109-В6. Реферат опубликован в реферативном журнале «Удобрение сельскохозяйственных культур», Агропоч-воведсние, .\'а 5, 1985, с. 47.

Л-60844, 27/11-86 г.

Объем 1 п. л.

Заказ 520.

Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44