Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Роль снежной мелиорации в оптимизации агроландшафтов пересеченного рельефа Приобья Алтая

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Роль снежной мелиорации в оптимизации агроландшафтов пересеченного рельефа Приобья Алтая"

На правах рукописи

005010959

Бойко Александр Владимирович

РОЛЬ СНЕЖНОЙ МЕЛИОРАЦИИ В ОПТИМИЗАЦИИ АГРОЛАНДШАФТОВ ПЕРЕСЕЧЕННОГО РЕЛЬЕФА ПРИОБЬЯ АЛТАЯ

Специальность: 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул - 2011

005010959

Работа выполнена в лаборатории ландшафтного земледелия ГНУ «Алтайский НИИ сельского хозяйства СО РАСХН».

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Вольнов Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Парамонов Евгений Григорьевич

Ведущая организация: ГНУ «Красноярский НИИ сельского хозяйства

Защита состоится "15" декабря 2011 года в 9:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ. 220.002.03 при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет». :

Адрес:656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98. телУфакс 8 (3852) 62-83-96 E-mail: arrow64@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет».

кандидат сельскохозяйственных наук Заруднев Юрий Иванович

СО РАСХН»

Автореферат разослан "/У " ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

H. Н. Чернышева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В Западной Сибири роль снежного покрова в земледелии особенно велика. В степной и лесостепной зонах Алтайского края естественных запасов влаги, как правило, недостаточно, к тому же, около четверти годовых осадков используется крайне неудовлетворительно - сносятся с полей, стекают и испаряются. Значительные посевные площади расположены в зонах недостаточного увлажнения с годовым количеством осадков 250 - 350 мм. В связи с этим важно обеспечить целенаправленное использование осадков зимнего периода.

В Алтайском крае на долю осенних и зимних осадков приходится 25 - 30% от общей годовой суммы осадков. При правильном использовании эти осадки могут создавать значительные резервы почвенной влаги.

В настоящее время разрабатываются системы адаптивно-ландшафтного земледелия, которые имеют более строгую, чем предусмотрено в зональных системах, дифференциацию земель по почвенному плодородию, обеспеченности культурных растений теплом, влагой. Среди многих агротехнических мероприятий, влияющих на оптимизацию агроландшафтов, имеет место и снежная мелиорация. Использование снежного покрова оказывает влияние на микроклимат, увлажнение, физические и химические свойства почвы и, в конечном счете, на продуктивность агроландшафтов.

В современном же представлении ландшафтного земледелия осадки зимнего периода, снежный покров необходимо оценивать под углом функционирования агроландшафтов, с обязательным выходом их на экологическую устойчивость. Исследования по использованию снежных осадков в Западной Сибири с данной позиции не проводились, что и определило выбор темы.

Цель исследований: изучить закономерность накопления и распределения снежного покрова, обосновать использование приемов снежной мелиорации для оптимизации агроландшафтов пересеченного рельефа.

Задачи исследований

1. Проанализировать особенности выпадения осадков зимнего периода в природно-сельскохозяйственных зонах Алтайского края и формирования снежного покрова в агроландшафтах пересеченного рельефа Алтайского Приобья.

2. Изучить влияние приемов снежной мелиорации на накопление и распределение снега, увлажнение и смыв почвы, ее водные, агрофизические и агрохимические свойства и продуктивность агроландшафтов.

3. Дать экономическую оценку приемов снежной мелиорации по воспроизводству плодородия почв и увеличению устойчивости и продуктивности агроландшафтов.

Научная новизна. Впервые в условиях Приобья Алтайского края дана комплексная оценка приемов снежной мелиорации в оптимизации агроландшафтов пересеченного рельефа. Выявлено длительное влияние снежной мелио-

рации на водно-физические, химические свойства почв, условия более полного использования осадков зимнего периода в повышении продуктивности агроландшафтов.

Положения, выносимые на защиту

Влияние приемов снежной мелиорации на накопление и распределение зимних осадков на полях с пересеченным рельефом, сток и смыв, воднофизические, химические свойства почв, продуктивность агроландшафтов.

Практическая значимость работы. Приемы снежной мелиорации выделены как приоритетные в увлажнении почвы и повышении продуктивности агроландшафтов. Даны рекомендации по применению различных приемов снежной мелиорации в агроландшафтах с пересеченным рельефом в условиях При-обья Алтайского края.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались: на научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых "Агролесомелиоративное обустройство агроландшафтов" (ВНИАЛМИ, Волгоград, 2007); VI межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов Сибирского федерального округа "Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири" (АГАУ, Барнаул, 2008); на III и V Международных научнопрактических конференциях "Аграрная наука - сельскому хозяйству" (АГАУ, Барнаул, 2008, 2010); научно-практической конференции "Экологические проблемы природопользования в Сибири" (АГАУ, Барнаул, 2010).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 8 статьях, в том числе одна в рецензируемом журнале. Объем публикаций составляет 2 п.л., в том числе доля автора 1,2 п.л. -

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, библиографического списка и приложений. Содержание работы изложено на 126 страницах печатного текста, включая 38 таблиц, 4 рисунка и 23 приложения. Библиографический список содержит 194 источника, их них 7 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Анализ состояния вопроса

В главе приведен литературный обзор по указанной проблеме. На основании предшествующих исследований (Шишкин, 1873; Воейков, 1889; Давид, 1932; Рихтер, 1945; Шульгин, 1962; Дюнин, 1963, Руденко, 1975; Серых, 1978; Черепанов, 1988 и др.) сделан анализ роли снежного покрова в сельском хозяйстве и влияния приемов снежной мелиорации на плодородие почвы и продуктивность агроландшафтов. Дано обоснование необходимости дальнейшего изучения влияния приемов снежной мелиорации на продуктивность сельскохозяйственных культур.

Глава 2. Условия и методы проведения исследований

Исследования проводились на многолетних почвозащитном и лесомелиоративном (лесные полосы из березы и клена) стационарах ОПХ им. В.В. Докучаева, а также опытных полях Алтайского НИИСХ в 2004 - 2007 гг. Территория расположена в северо-восточной части Приобского плато на всхолмленной равнине с густой сетью балок и оврагов. Высота местности составляет 60 - 70 м над местным базисом эрозии (р. Обь) и 250 - 280 м над уровнем моря, расчлененность территории овражно-балочной сетью - 0,95-1,1 км/км . Из общей площади пахотных земель - 7,64 тыс. га (82,4 %) размещено на склонах свыше 1°: 3,38 тыс. га (44,2%) - 1 - 3°; 2,78 тыс. га (36,4%) - 3 - 5°; 0,14 тыс. га (1,8%)-более 5°.

Почвенный покров достаточно изучен и представлен обыкновенными и выщелоченными черноземами. Мощность гумусового горизонта 45-50 см, содержанием гумуса — 3,8 - 7,0 %, валового азота 0,1-0,4 %. Наименьшая влагоем-кость метрового слоя почвы составляет 275 - 297 мм (Журавлева, 1977, Суховер-кова, 1990).

Погодные условия в годы исследований были различными. Сумма осадков, выпавших за сельскохозяйственный год, колебалась от 397,1 мм (2006 -2007 гг.) до 480,0 мм (2003 - 2004 гг.). За период наблюдений в среднем за зимний период выпало 127,5 мм осадков. По годам: 2004 г. — 126,7 мм, 2005 г. — 116,1 мм, 2006 г. - 129,3 мм, 2007 г. - 138,7 мм, что составило от среднемноголетней нормы 164,4 мм, соответственно, 77, 69, 79 и 84%.. Продолжительность метелей по годам исследований изменялась от 221 до 496 часов за зимний период. Средняя продолжительность метелей в течение зимы за 2004-2007 гг. составила 357 ч. Порывы ветра за зимний период достигали 24 м/с (февраль 2007 г.). Среднемесячная температура воздуха зимой в годы исследований была в пределах среднемноголетней нормы. Самая низкая температура за месяц — 24,1° С была отмечена в январе 2006 г. Самая высокая среднемесячная температура - 6,8° С наблюдалась в декабре этого же года.

Гидротермический коэффициент (ГТК), за период наблюдений колебался от 0,24 (май 2006 г.) до 1,37 (июль 2004 г.).

Схема опыта представлена в таблице 1.

В опытах проводились следующие сопутствующие наблюдения: высота снежного покрова и плотность снега, запасы воды в снежном покрове (Мои-сейченко, 1996); смыв почвы (Соболев, 1970); запасы влаги в почве - термостатновесовым методом; водно-физические и агрохимические свойства - по общепринятым прописям методов (Аринушкина, 1970; Вадюнина, Корчагина, 1986; Агрохимические методы ..., 1975), урожайность - методом отбора снопов с 1 м2 в 12-кратной повторности.

Для достоверности выводов, данные полевых и лабораторных исследований были подвергнуты дисперсионному и информационно-логическому анализам (Доспехов, 1985; Рассыпнов, 1987).

Таблица 1 - Схема опыта, наименование вариантов

Элемент рельефа № варианта Характеристика варианта

Стационар №1

Равнина 1 Контроль, плоскорезная обработка на 25-27 см

Склон северо-западной экспозиции 2 Верх склона, плоскорезная обработка на 25-27 см

3 Середина склона, плоскорезная обработка на 25-27 см

4 Низ склона, плоскорезная обработка на 25-27 см

Стационар №2

Равнина 5 Контроль, без лесных полос, плоскорезная обработка на 1618 см

6 Система однорядных лесных полос через 200 м, плоскорезная обработка на 16-18 см

7 Система 2-х рядных лесных полос через 200 м, плоскорезная обработка на 16-18 см

8 Система 3-х рядных лесных полос через 200 м, плоскорезная обработка на 16-18 см

9 Система 4-х рядных лесных полос через 200 м, плоскорезная обработка на 16-18 см

10 Система 5-й рядных лесных полос через 200 м, плоскорезная обработка на 16-18 см

11 Система лесных полос с плотной конструкцией, плоскорезная обработка на 16-18 см

Стационар №3

Склон северо-западной экспозиции 12 Однорядные лесные полосы через 75 м, совмещенные с ПГС , многолетние травы, контурно-полосная организация территории

Склон юго-западной экспозиции 13 Однорядные лесные полосы через 75 м, совмещенные с ПГС, многолетние травы, контурно-полосная организация территории

Стационар №4

Склон югозападной и южной экспозиции 14 Верх склона, стерня, плоскорезная обработка на 25-27 см

15 Середина склона, стерня, плоскорезная обработка на 25-27 см

16 Низ склона, стерня, плоскорезная обработка на 25-27 см

17 Середина склона, пар чистый, плоскорезная обработка на 25-27 см

18 Середина склона, пар сидеральный, кулисы, плоскорезная обработка на 25-27 см

19 Середина склона, многолетние травы, плоскорезная обработка на 25-27 см

*ПГС - противоэрозионные гидротехнические сооружения (валы-ложбины)

Глава 3. Распределение и накопление осадков зимнего периода

Количество зимних осадков и их распределение по территории края неравномерно, и увеличивается с запада на восток. Максимальное количество твердых осадков выпадает в Присалаирской, Приалтайской, Алтайской зонах -135, 132, 141 мм соответственно (27%, 28,4%, 22% от суммы годовых осадков). Минимальное - в Кулундинской зоне: 61 мм (22%) - Западно-Кулундинская подзона и 67 мм (24%)- Восточно-Кулундинская подзона. Образование снеж-

ного покрова по краю происходит не одновременно. В восточных районах снег появляется 14-18 октября, в западных районах на 10-14 дней позже (25-28 октября). Устойчивый снежный покров образуется в 1-Н декадах ноября (в Алтайской зоне раньше всех-4 ноября, Кулундинской зоне позже всех—10 ноября).

Высота снежного покрова в природно-сельскохозяйственных зонах также неравномерна, и также увеличивается от западных к восточным районам края. Минимальная средняя высота снежного покрова в Кулундинской зоне -27,5 см, максимальная - в Приалтайской зоне (56 см). Разрушение снежного покрова начинается в западных районах 6-7 апреля, а в восточных — 14-18 апреля. Полный сход снега происходит в период с 12 по 22 апреля с запада на восток.

В условиях Приобской лесостепи большое влияние на снегоотложение оказывают ветровой режим, элементы рельефа. В целом на пересеченном рельефе снег выносится за пределы полей в колки, рощи, овражно-балочную сеть. Стерня на поверхности поля улучшает условия для снегозадержания. Запасы воды в снеге по стерневому фону составили 49 мм на равнине, и 38 мм - на юго-западном склоне, тогда как на чистом пару на этих склонах 30 и 23 мм, соответственно. При применении механизированного снегозадержания запасы воды в снеге составили 115 мм (коэффициент снегоотложения - 0,90). Кулисы из горчицы, выполненные через 6 м, на склоне юго-западной экспозиции при использовании сидерального пара, позволили увеличить запасы влаги в снеге до 131,0 мм (Кс - 0,94) (табл. 2).

Таблица 2 - Запасы воды в снежном покрове в зависимости от приемов

снежной мелиорации (2004 - 2007 гг.), мм

Приемы снежной мелиорации Элементы рельефа

равнина склон

запасы воды в снеге коэффициент снегоотложе- ния запасы воды в снеге коэффициент снегоотложе- ния

Пар чистый, без кулис 30 0,26 23 0,20

Необработанная стерня 49 0,42 38 0,33

Плоскорезная обработка 40 0,34 34 0,29

Механическое снегозадержание (валы) - - 115 0,90

Стерня без кулис . - 40 0,38

Стерня с кулисами . - 131 0,94

Лесные полосы ч/з 75 м на склоне - - 115 0,77

Лесные полосы ч/з 200 м (равнина) 1-рядные 145 0,98 - -

2-рядные 125 0.84 - -

3-рядные 125 0,84 - -

4-рядные 135 0,91 - -

5-рядные 135 0,91 - -

Запасы воды в снеге в системе однорядных лесных полос при контурномелиоративной организации территории на склоне северо-западной экспозиции приближались к 115 мм (Кс — 0,77), на контроле (равнина, без лесных полос) — 48 мм (Кс - 0,24).

В системе однорядных лесных полос, с высокой ветропроницаемостью, на равнине запасы воды в снеге составили 145 мм (Кс - 0,98), на полях, обустроенных двух- и трехрядными лесополосами - 125 мм (Кс - 0,84), четырех- и пятирядными - 135 мм (Кс - 0,91) (табл. 2).

Показателем функционирования лесных насаждений является объём снежной массы в той или иной зоне в зависимости от конструкции лесных полос. Наибольшая масса снега скапливается в заветренной зоне 1 - 5-рядных лесных полос, протяженность заветренной зоны составляет 110 - 140 м. Здесь накапливается от 70 до 76,7% снега от снежной массы всего межполосного пространства. В зоне выдувания (80 м длиной) в 3 - 5-рядных полосах этот показатель колеблется в пределах 24,0 - 25,5%, в 1-рядной - 13,8%, при этом эта зона уменьшается до 40 м.

Наиболее равномерное распределение снега на полях происходит в системе однорядных лесных полос. Высота снега в среднем составила 58 см (в заветренной зоне - 62 см, в зоне выдувания - 46 см, наветренной - 54 см), в 2-, 3-рядных - 50 см (по зонам - 58,40,46 см и 63,39,49 см соответственно), в 4-,5-рядных - 54 см (по зонам - 66,43,50 см и 74,36,48 см) (рисунок 1).

180 п 160 140 120 -100 80 -60 40 20 О

1 -рядная

2-рядная

3-рядная

4-рядная

5-рядная плотная контроль.

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

расстояние ме>едуточнами замера 10 м

Рисунок 1 - Распределение снежного покрова в межполосном пространстве в зависимости от рядности лесных полос (2003-2007 гг.)

Относительно контроля облесенность территории системой продуваемых лесных полос увеличивает накопление снега в 2,6 - 3,1 раза.

Глава 4. Влияние снежной мелиорации на сток талых вод, смыв и увлажнение почвы Сток талых вод и смыв почвы зависят от запаса воды в снежном покрове перед началом снеготаяния, интенсивности снеготаяния, степени осеннего увлажнения почвогрунтов в сочетании с глубиной его промерзания, жидких осадков, выпадающих в период снеготаяния. Определение величин стока талых вод показало хорошо выраженную зависимость их от экспозиции склона, способа осенней обработки почвы и степени ее увлажнения. Прослеживается зави-

симость величин стока от крутизны склона, мощности снежного покрова и места расположения участка на склоне.

Исследования показали, что на чистом кулисном пару наименьший объем стока 136 мм и смыв почвы 2,8 м3/га наблюдались при глубокой плоскорезной обработке, наибольший же объем стока и смыв почвы на данном агрофоне был отмечен при поверхностной обработке - 151 мм и 4,1 м /га (табл. 3).

Таблица 3 - Сток и смыв почвы на склоновых землях в зависимости

Предшест венник Обработка почвы Запасы воды в снеге, мм Объем стока, мм Коэффи- циент стока Смыв почвы, м3/га

Пар плоскорезная на 25-27 см 152 136 0,89 2,8

чистый плоскорезная на 14-16 см 153 144 0,94 3,6

кулисный поверхностная (до 8 см) 152 151 0,99 4,1

плоскорезная на 25-27 см 82 9 0,11 нет

Яровая плоскорезная на 14-16 см 85 41 0,48 1,4

пшеница поверхностная (до 8 см) 89 60 0,67 2,2

Па IlUJIC, 1Д^ upVMmwviuvmiii»wi4 "I----- ' ' * -

плоскорезной обработке объем стока составил лишь 9 мм, смыва почвы не наблюдалось совсем. В тоже время, на данном агрофоне, при плоскорезной обработке на глубину 14-16 см объем стока был равен 41 мм, а смыв почвы составил 1,4 м3/га. При поверхностной обработке объем стока и смыв почвы были наибольшими — 60 мм и 2,2 м3/га.

Увлажнение почвы зависит от запасов воды в снеге, предшественника, приемов основной обработки. В паровом поле к посеву первой культуры — яровой пшеницы, в метровом слое почвы накапливается до 200 мм продуктивной влаги. За счет осадков двух осенне-зимних периодов и одного летнего периода. В данном случае это малопродуктивное использование выпавших осадков. На фоне механического снегозадержания по пласту многолетних трав при исходных запасах влаги в 48 мм за счет зимних осадков можно увеличить запасы влаги перед посевом последующей культуры до 142 мм, а после кукурузы до 146 мм.

Наиболее оптимальным вариантом на склоновых землях оказался пар си-деральный кулисный с посевом рапса во второй половине летнего периода, где запасы влаги в снеге составили 150 мм, а запасы влаги в почве увеличились с 58 в осенний период до 160 мм — в весенний (перед посевом пшеницы).

Приемы основной обработки почвы на фоне снегозадержания оказывали значительное влияние на увлажнение почвы. Так, прирост влаги в метровом слое почвы от осенних осадков составил 24 - 27 мм, от зимних - 45 - 91 мм. При этом глубокие обработки (до 25 - 27 см) способствовали большему поглощению талых вод. Мелкие обработки (14 - 16 см и 8 - 10 см) уступали им, и прирост влаги снижался до 68 и 45 мм. Весной во все годы наблюдалась потеря влаги через испарение, однако, в итоге перед посевом пшеницы запасы влаги по почвозащитным обработкам были выше и достигали 145 - 157 мм (табл. 4).

осенне-зимними осадками (2004 - 2007 гг.)

Системы основной обработки почвы Прирост влаги в 0-100 см слое почвы, мм Запасы влаги в метровом слое почвы перед посевом, мм

за осень с зимними осадками весной

Отвальная на 25-27 см 11 80 -21 132

Плоскорезная на 25-27 см (КПГ-250) 27 91 -38 157

Плоскорезная на 14-16 см (КПШ-5) 24 68 -31 145

Поверхностная на 8-10 см (КПЭ-3,8) 24 45 -6 124

Величина весенней влагозарядки почвы на полях, обустроенных лесными полосами, находилась в прямой зависимости от запасов воды в снеге. Исходя из распределения снега в экологических зонах лесных насаждений водный режим почвы складывался соответственно представленному на рисунке 2. В заветренной и наветренной зонах запасы продуктивной влаги в метром слое почвы к посеву яровой пшеницы были выше на 13 - 16% (150, 156 мм против 130 мм в центре поля) независимо от конструкции продуваемых полос.

200

150

мм

100

50

0

заветренная зона центр поля наветренная зона экологические зоны

И уборка 0 уход в зиму □ сход снега □ посев

Рисунок 2 - Динамика продуктивных запасов влаги в почве в зависимости от экологических зон лесных полос

Лесные полосы различной конструкции, размещенные через 200 м, позволяют накопить влагу в почве, к моменту схода снежного покрова, на 30 - 40 мм (20-25%) больше, чем на контроле.

Глава 5. Длительное влияние снежной мелиорации на агрофизические, агрохимические и водно-физические свойства почв

В научной литературе мало источников, указывающих на изменение свойств почвы от влияния снежных мелиораций. Эти вопросы мы попытались решить в агроландшафтах, обустроенных лесными полосами. До 1972 года земли опытного участка были не облесены и снежный покров равномерно распределялся на полях. С посадкой лесных насаждений появилась дифференциация

10

участков территории по увлажнению. В местах большого скопления снега с заветренной стороны лесных полос влажность почвы ежегодно выше, чем в зоне выдувания межполосного пространства, естественно в этих частях на поле поступает больше влаги в почву, что влияет с течением времени (более 30 лет) на процессы почвообразования.

В почве под пологом леса отмечен горизонт А0 мощностью до 6 см, образовавшийся опадом листьев. Мощность горизонта А1 достигает 45 см. На контрольном варианте (без лесополос) и в центральной части межполосного пространства горизонт Ао отсутствует, мощность горизонта А] не превышает 34 - 36 см.

Содержание гумуса, непосредственно в лесной полосе, в горизонте А составляет 5 - 6%, а в горизонте А0 - 8 - 9%, на контроле в горизонте А - 4,4%.

Плотность почвы под пологом лесных полос в зависимости от их рядности (1-5 ряд) была практически одинакова. Верхний слой почвы (0-30 см) уплотнён до 1,1 г/см3, с 30 до 50 см плотность постепенно увеличивается до 1,24-1,26 г/см3, а на глубине от 50 см до 150 см она колеблется в пределах 1,30-1,34 г/см3. Лишь под пологом леса в горизонте А0, где сформировалась лесная подстилка, она составляла 1,05 г/см3.

При длительном влиянии лесных полос в зонах активного снегонакопления и лучшего увлажнения почвы количество агрономически ценных агрегатов в пахотном слое почвы в сравнении с контролем было выше на 8,5 - 11,2%. Коэффициент структурности достигал 2,4 - 2,6 единиц против 1,6 на контроле. Количество пылеватых агрегатов, размера меньше 0,25 мм, в слое 0-30 см в заветренной зоне лесных полос составляет 7,6%, глыбистых агрегатов— 18,2% против 16,6% и 23% на контроле.

Агрохимические показатели почвы, в зависимости от ее увлажнения, значительно не отличаются по вариантам опыта. По осредненным данным pH солевой вытяжки колеблется в пределах 6,01-7,03, водной — 6,62-7,50, т.е. характеризуется слабокислой, нейтральной и слабощелочной реакцией среды. Под пологом лесных полос заметно некоторое ощелачивание в нижних горизонтах. На других вариантах опыта такой закономерности не прослеживается.

Подвижные формы ЫРК по всем вариантам снежной мелиорации колеблются в пределах низкой и средней обеспеченности. Содержание общего азота в несколько большем количестве выявлено под пологом лесной полосы, особенно в горизонте почвы 0-6 см, созданного лесной подстилкой.

Обеспеченность подвижным фосфором была высокой, меньше всего фосфора отмечено в центральной зоне (219 мг/кг). В целом почвы на всех вариантах были средне обеспечены обменным калием - от 94 до 107 мг/кг.

Водно-физические свойства почвы в зависимости от снежной мелиорации в Западной Сибири мало изучены. Однако имеются данные по изменению свойств почв от дополнительного увлажнения, в частности от орошения сельскохозяйственных культур (Бондарев, 1982; Татаринцев, 1993; Кудрявцев, 1995). В наших опытах длительное дополнительное увлажнении почвы на глубину 35 - 50 мм осадками зимнего периода также привело к некоторым изменениям водно-физических свойств почв.

В центре межполосного пространства водопроницаемость почв составила 76,2 мм/час (характеризуется как хорошая), в заветренной зоне - 46,8 мм/час (удовлетворительная). Уменьшение водопроницаемости почвы в заветренной зоне лесной полосы происходит вследствие уплотнения почвенного профиля, увеличения глыбистости почв, разрушения крупных структурных агрегатов, увеличения количества пылеватых частиц. Ухудшение водно-физических свойств почвы в заветренной зоне лесной полосы происходит из-за ежегодного повышенного увлажнения почвы, вызванного значительным количеством снега, скапливающимся в заветренной зоне. Запасы воды в снеге в заветренной зоне составляют 157 мм, тогда как в центре поля 97 мм, а запасы влаги в почве 169 мм (в центре поля - 143 мм).

Важнейшими водно-физическими свойствами почвы являются наименьшая влагоемкость (НВ), максимальная гигроскопичность (МГ), влажность устойчивого завядания (ВЗ), диапазон активной влаги (ДАВ).

В наших опытах для определения диапазона активной влаги принимали максимальную гигроскопичность (МГ) и влажность завядания (ВЗ), полученные Л.Д. Путивской (2000) для черноземов выщелоченных малогумусных среднесуглинистых (табл. 5).

Таблица 5 - Физические и водно-физические свойства почв в зависимости

от снежных мелиораций

Вариант опыта Мощность слоя почвы,см Плотность сложения почвы, г/см3 Водные свойства, мм

НВ МГ ВЗ ДАВ

0-20 1,08 53,71 17,91 20,95 32,76

Снежная 20-50 1,26 75,44 27,87 32,61 42,83

мелиорация 50-100 1,22 117,75 41,29 46,25 71,50

0-100 1,19 246,90 87,07 99,81 164,63

0-20 1,13 57,02 18,74 21,92 35,10

Без снегоза- 20-50 1,21 75,79 26,76 31,31 44,48

держания 50-100 1,21 106,61 40,95 45,87 60,74

(контроль) 0-100 1,18 239,42 86,45 99,10 157,85

Применение приемов снежной мелиорации способствовало уплотнению почвы в среднем по горизонтам на 0,05 г/см3, повышению НВ на 11 мм и ДАВ на 7 мм.

Глава 6. Влияние приемов снежной мелиорации на продуктивность агроландшафтов

Мелиоративный эффект от осадков зимнего периода проявляется уже при проведении плоскорезных обработок с оставлением стерни. Прибавка урожайности яровой пшеницы по плоскорезной обработке по сравнению с отвальной составляет в разных регионах Западной Сибири от 0,1 до 0,25 т/га (Бараев, 1974; Сдобников, 1974; Шмидт, 1974; Каштанов, 1974 и др.).

Рельеф и глубина плоскорезных почвозащитных обработок оказывает совокупное влияние на увлажнение почвы осадками зимнего периода и соответственно на урожайность пшеницы. На равнинной территории урожайность

12

пшеницы составила 2,27 т/га, а на склонах 2,07 и 1,90 т/га. Несмотря на то, что на склоне северо-западной экспозиции запасы воды в снеге выше, чем на равнине, запасы влаги в почве оказались ниже на 12 - 16 мм, так как при снеготаянии часть талых вод стекает со склонов. Уменьшение глубины почвозащитной обработки почвы также повлияло на уменьшение запасов влаги в почве и урожайность пшеницы. На всех элементах рельефа она выше на 0,1 - 0,25 т/га по плоскорезной обработке на глубину 25 - 27 см (табл. 6).

Таблица 6 - Урожайность пшеницы на элементах пересеченного рельефа _______в зависимости от распределения снега (2004 - 2007 гг.), т/га_____

Элементы рельефа Основная обработка почвы Запасы воды в снеге, мм Запасы влаги в почве, мм Урожайность пшеницы (2-я культура после пара)

по вариантам обработки почвы по элементам рельефа (среднее по обработкам почвы)

Равнина плоскорезная на 25-27 см 60 141 2,38

(водораз- плоскорезная на 12-14 см 64 134 2,25 2,27

дел) поверхностная до 8 см 67 130 2,18

Склон плоскорезная на 25-27 см 76 129 2,21

северо- плоскорезная на 12-14 см 79 120 2,04 2,07

экспозиции поверхностная до 8 см 80 114 1,96

Склон юго- плоскорезная на 25-27 см 38 119 2,00

восточной плоскорезная на 12-14 см 40 115 1,91 .1,90

экспозиции поверхностная до 8 см 48 110 1,80

HCPos 0,10 0,15

Урожайность яровой пшеницы на полях, обустроенных лесомелиоративным способом, относительно контроля, рассчитанная по средневзвешенным показателям (урожайность и протяженность зоны переноса снега) для каждого варианта была выше на 0,18 - 0,22 т/га. Это объясняется большими запасами воды в снеге на полях с лесными полосами - от 95 до 185 мм против 36 мм на контроле и запасами влаги в почве, которые на 15 - 47 мм выше, чем на контроле. Урожайность гороха на облесенных полях также оказалась выше в среднем на 0,22 - 0,63 т/га (табл. 7).

В экологических зонах лесных полос наблюдалась дифференциация урожайности. В зоне выдувания снега она была ниже на 0,3 - 0,35 т/га, что вероятно объясняется не только пониженным увлажнением, но и сложившимся плодородием почвы за 35-летний период функционирования лесных полос (табл. 7).

Применение основных приемов снежной мелиорации (стерня, кулисы, лесные полосы) приводит к повышению урожайности в среднем на

0,14 - 0,22 т/га.

Таблица 7 - Урожайность пшеницы (2004, 2007) и гороха (2003) в системе _________полезащитных лесонасаждений различной конструкции____________

Конструкция Экологическая зона лесополосы Запасы воды в снеге, мм Запасы влаги в 0-100 слое почвы перед посевом, мм Урожайность яровой пшеницы, т/га Урожайность гороха, т/га

по зонам средневзвешенная по вариантам л/п по зонам средневзвешенная по вариантам л/п I

контроль

(без лесных 36 121 - 1,76 - 2,44

полос)

і 155 152 2,03 3,12

1-рядная п 115 146 1,85 1,98 2,33 2,88

ш 135 154 2,06 2,63

і 145 153 2,01 3,13

2-рядная п 100 145 1,73 1,96 2,30 2,62

ш 115 150 2,14 2,43

і 157 169 2,06 3,14

3-рядная и 97 143 1,72 1,95 2,86 2,98

ш 122 158 2,06 2,93

і 165 158 2,00 3,31

4-рядная н 107 138 1,76 1,94 2,71 3,07

ш 125 162 2,07 3,20

і 185 148 2,10 3,11

5-рядная п 90 124 1,65 1,95 2,62 2,75

ш 120 143 2,10 2,83

і 190 169 2,00

плотная п 55 125 1,60 1,85 - -

ПІ 195 160 1,96

НСР05 0,15 0,13 0,25 0,17

Глава 7. Экономическая эффективность возделывания яровой пшеницы при снежной мелиорации

Для определения суммы затрат на 1 га взяты затраты на ГСМ, амортизацию и заработную плату, согласно сложившимся в сельском хозяйстве в 2011 году, стоимость 1 т пшеницы - 5000 руб.

Из рассматриваемых вариантов наименьшие затраты получены на контрольном варианте без снегозадержания - 2202,3 руб./га, при этом уровень рентабельности составил 299%. Немногим больше затрат требуют варианты с посевом кулис - 2255,19 руб., однако, за счет большей урожайности (прибавка

0,25 - 0,35 т/га) уровень рентабельности намного выше - 355% (табл. 8).

Варианты с лесными полосами различной конструкции наиболее дороги, за счет затрат, необходимых на создание самих лесных полос. Поэтому уровень рентабельности по сравнению с контролем на всех вариантах на 50 - 150% ниже. Однако, за счет большей урожайности (0,16 - 0,22 т/га) затраты окупаются в этом же году. В последующие же годы, когда лесные полосы будут требовать

14

только ухода, себестоимость продукции снизится, а рентабельность, в зависимости от конструкции лесной полосы, возрастет на 100 - 150% за счет прибавки урожая.

Таблица 8 - Экономическая оценка приемов снежной мелиорации при

возделывании яровой пшеницы

Прием снежной мелиорации Урожайность, т/га Стоимость продукции, руб./га Затраты, руб./га Прибыль, руб./га Уровень рентабельности,%

Контроль (без снегозадержания) 1,76 8800 2202,30 6597,70 299

Лесо- поло- сы 1-рядная 1,98 9900 2832,36 7067,64 250

2-рядная 1,96 9800 3084,40 6715,60 218

3-рядная 1,95 9750 3336,44 6413,56 192

4-рядная 1,94 9700 3588,48 6111,52 170

5-рядная 1,95 9750 3840,52 5909,48 154

Кулисы 2,05 10250 2255,19 7994,81 355

Механическое снегозадержание 1,95 9750 2612,85 7137,15 273

Выводы

1. На снегоотложение и его распределение оказывают влияние ветровой режим, элементы рельефа. На пересеченном рельефе снег выносится за пределы полей в колки, рощи, овражно-балочную сеть. На равнинах коэффициент сне-гоотложения составляет 0,63, ветроударных склонах южной экспозиции - 0,54, теневых северных - 0,65. На ветроударных склонах южной экспозиции снег больше выносится в их средней части (Кс — 0,46), теневых северной экспозиции

- в нижней (Кс - 0,58).

2. Приемы снежной мелиорации способны задержать значительную часть снега на полях. Стерня зерновых культур позволяет увеличить высоту снега в 1,3 раза, механическое снегозадержание позволяет накапливать до 80-85% выпавших осадков за зимний период, кулисы из однолетних культур - 80-90%, полезащитные лесные полосы продуваемой конструкции — 84-98%. Наиболее равномерно распределяется снег на полях, обустроенных одно- и двухрядными лесными полосами.

3. Эффективность приемов снежной мелиорации в весеннем увлажнении почвы зависит не только от величины накопленного снега на полях, но и от исходного осеннего увлажнения, уплотнения почвы (предшественника, глубины обработки почвы). На полях с чистыми парами, многолетними травами образуется значительный сток талых вод. Коэффициент стока на склонах по этим агрофонам достигает 0,85 - 0,90, при этом запасы влаги в почве не пополняются. Смыв почвы на парах достигает 28,2 м3/га. На зяблевых фонах сток и увлажнение почвы зависят от глубины обработки почвы. При обработке до 10 см коэффициент стока составляет 0,67, при 14-16 см — 0,48, при 25-27 см — 0,11, продуктивные запасы влаги в метровом слое почвы соответственно 124, 145 и 157 мм.

На равнинных полях, обустроенных лесными полосами продуваемой конструкции, увлажнение почвы зависело от запасов воды в снеге перед снеготая-

нием в заветренной и наветренной экологических зонах, запасы влаги в почве были на 12-18% выше, чем в центре поля.

На склоновых полях, обустроенных контурно-мелиоративным способом с лесными полосами, почва увлажнялась в полосах-контурах более равномерно.

4. Использование снежных мелиораций позволяет улучшить воднофизические и агрохимические свойства почв. На фоне длительного (более 30 лет) применения мероприятий снежной мелиорации (полезащитные лесные полосы) ежегодно увеличиваются запасы влаги в почве на 18-20%. За счет уплотнения почвы в среднем по горизонтам на 0,05 г/см3 повышается НВ на 11 мм и ДАВ на 7 мм. При длительном влиянии лесных полос в зонах активного снегонакопления количество гумуса на 1 га в горизонтах А+В на 58 т и агрономически ценных агрегатов на 8,5-11,2% выше, чем на контроле. Применение снежной мелиорации не ухудшает реакцию почвенного раствора и состав поглощенных оснований, повышает содержание подвижных форм ЫРК и общего азота в почве.

5. Использование снежных мелиораций способствует повышению продуктивности агроландшафтов:

- почвозащитные обработки с оставлением стерни увеличивают урожайность пшеницы на 0,18 - 0,26 т/га;

- в условиях пересеченного рельефа продуктивность агроландшафтов зависит как от элементов рельефа (равнина, склоны разных экспозиций), так и от глубины почвозащитных обработок. На склоновых землях продуктивность пшеницы снижается на 0,19 - 0,36 т/га, а по фонам, обработанных на глубину 14-16 и до 8 см - на 0,1 - 0,25 т/га, за счет ухудшения водного режима почвы;

- на полях, обустроенных продуваемыми лесными полосами, за счет более полного использования осадков зимнего периода увеличивается урожайность пшеницы относительно контроля на 0,16 - 0,22 т/га. Наиболее оптимальным вариантом лесомелиорации являются однорядные лесные полосы. Дифференциация по величине отложения снега и увлажнения почвы по экологическим зонам влияния лесных полос создает различие в урожайности пшеницы. В зоне выдувания снега урожайность пшеницы снижается в среднем на 0,34 т/га (17,0%).

6. Экономически эффективным приемом снежной мелиорации являются кулисы, требующие сравнительно небольших затрат на их создание, но при этом дающие прибавку урожая 0,3 - 0,4 т/га, уровень рентабельности на 50 - 60% выше, чем без них.

Применение лесных полос различной конструкции для снегозадержания увеличивает затраты на получение урожая на 30 - 75%, но за счет большей урожайности яровой пшеницы на 0,16 - 0,22 т/га затраты окупаются. В последующие годы, когда затраты на лесные полосы будут незначительны (только на уход) себестоимость продукции снизится, а уровень рентабельности возрастет.

Самые наименьшие затраты приходятся на вариант с однорядными лесными полосами. Более равномерное распределение снега на полях позволяет увеличить урожайность яровой пшеницы и получить прибыль на 5 - 15% выше, чем на вариантах с многорядными лесными полосами.

Рекомендации производству

Повышения продуктивности агроландшафтов можно достичь использованием мероприятий снежной мелиорации. Наиболее малозатратными приемами при возделывании сельскохозяйственных культур являются стерня, кулисы, агротехнические приемы снегозадержания.

Агролесомелиоративные мероприятия на равнинных территориях за счет дополнительного ежегодного увлажнения почвы осадками зимнего периода, создания благоприятного микроклимата, улучшения плодородия почвы позволяют повышать продуктивность агроландшафтов. Наиболее оптимальным вариантом лесомелиорации является система однорядных продуваемых лесных полос, посаженных на равнине через 200 метров перпендикулярно направлению господствующих ветров.

На землях с пересеченным рельефом применение снежных мелиораций необходимо дополнять противоэрозионными мероприятиями (почвозащитный севооборот, глубокая почвозащитная обработка и др.).

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Вольнов, В. В. Влияние лесных полос на увлажнение почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур / В. В. Вольнов, Е. А. Сухарьков, А. В. Бойко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета.

2006. №3. С. 41-44. ^

2. Вольнов, В. В. Особенности распределения снежного покрова на сложных по рельефу водосборах Алтайского Приобья / В. В. Вольнов, Е. А. Сухарьков,

А. В. Бойко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета.

2007. №8. С. 22-25.

3. Вольнов, В. В. Использование лесных полос в оптимизации агроландшафтов Алтайского Приобья / В. В. Вольнов, Е. А. Сухарьков, А. В. Бойко // Агролесомелиоративное обустройство агроландшафтов: материалы научнопрактической конференции аспирантов и молодых ученых. Волгоград: ВНИ-АЛМИ, 2007. С. 16-19.

4. Вольнов, В. В. Агрогидрологическая оценка лесных полос в условиях Приобья Алтая / В. В. Вольнов, Е. А. Сухарьков, А. В. Бойко // Аграрная наука

- сельскому хозяйству: сб. стат. III Междунар. науч.-практ. конф. в 3 кн. / АГАУ. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. Кн. 1. С. 230-232.

5. Бойко, А. В. Влияние снежной мелиорации на физические и агрохимические свойства почв / А. В. Бойко // Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири: сб. стат. VI Межрегион. конф. молодых ученых и специалистов Сибирского федерального округа. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. С. 207-209.

6. Вольнов, В. В. Мелиоративная роль лесных полос с разным числом рядов в условиях Приобья Алтайского края / В. В. Вольнов, А. В. Бойко // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. стат. V Междунар. науч.-практ. конф. в 3 кн. / АГАУ. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2010. Кн. 1. С. 485^187.

7. Вольное, В. В. Роль конструкции полезащитных лесных полос в оптимизации агроландшафтов Алтайского Приобья / В. В. Вольное, А. В. Бойко // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2009. №2. С. 5-13.

8. Бойко, А. В. Влияние осадков зимнего периода на урожайность яровой пшеницы / А. В. Бойко // Экологические проблемы природопользования в Сибири: сб. науч. тр. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2010 г. С. 199-204.

Подписано в печать 11.11.2011 г. Формат 60x84/16.

Бумага для множительных аппаратов.

Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Уел. печ. л. 1,0. Тираж 100 эю. Заказ № 28.

Издательство АГАУ 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98 62-84-26

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Бойко, Александр Владимирович, Барнаул

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

АЛТАЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

БОЙКО АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

РОЛЬ СНЕЖНОЙ МЕЛИОРАЦИИ В ОПТИМИЗАЦИИ АГРОЛАНДШАФТОВ ПЕРЕСЕЧЕННОГО РЕЛЬЕФА

ПРИОБЬЯ АЛТАЯ

Специальность: 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор с.-х. наук Вольнов В. В.

БАРНАУЛ-2011

Содержание

Введение 3

Глава 1. Анализ состояния вопроса 7

Глава 2. Условия и методы проведения исследований 25

2.1 Условия проведения исследований 25

2.2 Методы проведения исследований 30 Глава 3. Распределение и накопление осадков зимнего периода 34

3.1 Особенности распределения осадков зимнего периода

на территории Алтайского края 34

3.2 Влияние рельефа на распределение зимних осадков

и накопление снега на полях 45

3.3 Приемы снежной мелиорации в накоплении и

распределении снега на полях 49

Глава 4. Влияние снежной мелиорации на сток талых вод, смыв и

увлажнение почвы 65

4.1 Сток талых вод и смыв почвы 65

4.2 Режим влажности почвы 70 Глава 5. Длительное влияние снежной мелиорации на агрофизические, агрохимические и водно-физические свойства почв 78

5.1 Агрофизические и агрохимические свойства почвы 78

5.2 Водно-физические свойства почвы 89 Глава 6. Влияние приемов снежной мелиорации на продуктивность агроландшафтов 92 Глава 7. Экономическая эффективность возделывания яровой пшеницы при снежной мелиорации 102 Выводы, предложения 106 Библиографический список 110 Приложения 127

Введение

Актуальность темы: Алтайский край является житницей не только Сибири, но и страны. Занимая лишь 4% территории и имея около 12% населения Сибири, край производит 20% сельскохозяйственной продукции Западно-Сибирского региона и 3% сельскохозяйственной продукции России. Почвенно-климатические ресурсы позволяют выращивать здесь широкий набор сельскохозяйственных культур (ячмень, рожь, овес, гречиха и зернобобовые).

Общая площадь земель сельскохозяйственного назначения составляет 12,4 млн. га, в т.ч. сельскохозяйственных угодий - 10,6 млн. га, из них пашни - 6,5 млн. га - это самаяболыпая площадь пашни в РФ.

Одной из основных отраслей агропромышленного комплекса края является растениеводство. Посевные площади сельскохозяйственных культур составляют в пределах 5,2 млн. га, в т.ч. зерновые культуры - 3,6 млн. га (яровой пшеницей занято 2,5 млн. га):

В тоже время в, крае усиливается экологическая напряженность. Развивается эрозия, продолжает падать плодородие почв. Нарушаются энергетические обменные процессы в агроландшафтах. Земледелие ведется в полевых ландшафтах с нарушением экологического равновесия.

В-настоящее время признается, что мощным средством воспроизводства природных агроресурсов и достижения устойчивого земледелия является экологическая оптимизация аграрных ландшафтов с биологизацией земледелия.. Среди многих средств оптимизации агроландшафтов является и использование в земледелии осадков зимнего периода, снежного покрова.

Снежный покров представляет весьма важный для народного хозяйства природный ресурс. В нем сосредотачивается около трети годовой суммы атмосферных осадков, которые образуют запасы влаги в почве, крайне необходимые для растений. Снежный покров существенно влияет на температуру

верхних слоев почвы, предохраняя зимующие растения от действия сильных

3

морозов, уменьшая глубину промерзания почвы. Благодаря снежному покрову создается благоприятный для растений режим тепла и влаги во время их перезимовки и в начале вегетации весной, что обеспечивает получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур (Шульгин, 1986).

В Западной Сибири роль снежного покрова в земледелии особенно велика. В степной и лесостепной зонах Алтайского края естественных запасов влаги, как правило, недостаточно для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур, к тому же, около четверти годовых осадков используется крайне неудовлетворительно - сносятся с полей, стекают и испаряются. Значительные посевные площади расположены в зонах недостаточного увлажнения с годовым количеством осадков 250 - 350 мм. В связи с этим важно обеспечить целенаправленное использование снежного покрова.

В Алтайском крае на долю осенних и зимних осадков приходится 25 -30% от общей годовой суммы осадков. При правильном использовании эти осадки могут создавать значительные резервы почвенной влаги и обеспечить получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

В семидесятые - восьмидесятые годы двадцатого века достаточно были изучены вопросы снежной мелиорации, в почвозащитном'земледелии: Однако оценка проводилась, в большинстве случаев, в направлении повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. В настоящее время разрабатываются системы ландшафтного земледелия, которые имеют более строгую, чем предусмотрено-в зональных системах, дифференциацию земель по почвенному плодородию, обеспеченности культурных растений теплом, влагой. Среди многих агротехнических мероприятий, влияющих на оптимизацию аг-роландшафтов, имеет место и снежная мелиорация. Использование снежного покрова оказывает влияние на микроклимат, увлажнение, физические и химические свойства почвы и, в конечном счете, на продуктивность агроланд-шафтов.

В современном же представлении ландшафтного земледелия осадки

зимнего периода, снежный покров необходимо оценивать под углом функ-

4

ционирования как агроландшафтов, так и агроландшафтных экосистем с обязательным выходом на экологически—устойчивые агроландшафты. Исследования по использованию снежных осадков с данной позиции не проводилось в Западной Сибири, что и определило выбор темы.

Цель исследований: изучить закономерность накопления и распределения снежного покрова, обосновать использование приемов снежной мелиорации для оптимизации агроландшафтов пересеченного рельефа.

Задачи исследований

1. Проанализировать особенности выпадения осадков зимнего периода в природно-сельскохозяйственных зонах Алтайского края и формирования снежного покрова в агроландшафтах пересеченного рельефа Алтайского Приобья.

2. Изучить влияние приемов снежной мелиорации на накопление и распределение снега, увлажнение и смыв почвы, ее водные, агрофизические и агрохимические свойства и продуктивность агроландшафтов.

3. Дать экономическую оценку приемов снежной мелиорации по воспроизводству плодородия почв и увеличению устойчивости и продуктивности агроландшафтов.

Научная новизна

Впервые в условиях Приобья Алтайского края дана комплексная оценка приемов снежной мелиорации в оптимизации агроландшафтов пересеченного рельефа. Выявлено длительное влияние снежной мелиорации на водно-физические, химические свойства почв, условия более полного использования осадков зимнего периода в повышении продуктивности агроландшафтов.

Положения, выносимые на защиту

Влияние приемов снежной мелиорации на накопление и распределение зимних осадков на полях с пересеченным рельефом, сток и смыв, водно-физические, химические свойства почв, продуктивность агроландшафтов.

Практическая значимость работы

Приемы снежной мелиорации выделены как приоритетные в увлажнении почвы и повышении продуктивности агроландшафтов. Даны рекомендации по применению различных приемов снежной мелиорации в агроланд-шафтах с пересеченным рельефом в условиях Приобья Алтайского края.

Лпробация:работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались: на научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых "Агролесомелиоративное обустройство агроландшафтов" (ВНИАЛМИ, Волгоград, 2007); VI межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов Сибирского федерального округа "Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири" (АГАУ, Барнаул, 2008); на III' и V Международных научно-практических конференциях "Аграрная наука - сельскому хозяйству" (АГАУ, Барнаул, 2008, 2010); научно-практической конференции "Экологические проблемы природопользования в Сибири" (АГАУ, Барнаул, 2010).

Публикации.,Материалы диссертации опубликованы в 8 статьях, в том числе одна в рецензируемом журнале. Объем публикаций составляет 2 п.л., в том числе доля автора 1,2 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, библиографического списка и приложений. Содержание работы изложено на 126'страницах печатного текста, включая 38 таблиц, 4 рисунка и 23 приложения. Библиографический список содержит 194 источника, их них 7 на иностранных языках.

За помощь в организации экспериментов и другие формы участия^ автор благодарен коллективу лаборатории ландшафтного земледелия Алтайского научно-исследовательского института сельского хозяйства. Особую признательность автор выражает доктору с. - х. наук В. В. Вольнову, кандидату с. - х. наук А. А. Каштанову.

Глава 1. Анализ состояния вопроса

Впервые в нашей стране на роль снежного покрова и целесообразность его использования в сельском хозяйстве указал крупнейший русский ученый климатолог А. И. Воейков. Он отметил, что снежный покров влияет на климат, погоду, водные ресурсы и земледелие. Также в своих работах, он наметил пути использования снега (Воейков,.1885, 1889):

«Распределение снега, - писал он, - в значительной степени находится в зависимости от воли человека; целесообразным распределением изгородей, посадкой деревьев и кустарников, оставлением на поле стеблей высоких растений человек может изменить распределение снега согласно своему желанию».

В 90-х годах XIX в. идеи Воейкова получили дальнейшее развитие в работах В: В. Докучаева (1892, 1954), П. А. Костычева (1893), А. А. Измаильского (1937), которые*отмечали большое значение снежного покрова в степных районах в борьбе с засухой, зимней гибелью хлебов от морозов, для повышения урожайности культурных растений.

На возможность бороться с засухой при помощи снегозадержания впервые указал А. Н. Шишкин (1873). Эту идею развили позже русские ученые-агрономы П. А. Костычев (1893, 1951), Н. В4. Лобанов (1923), Р. Э. Давид (1932). Рихтером Г. Д., считающимся, создателем советского снеговедения, были заложены основы комплексного снегозадержания. Им обстоятельно изложены вопросы режима и географии снежного покрова (Рихтер, 1945, 1953). Идею комплексного снегозадержания развили Д. М. Мельник (1962) и А. К. Дюнин (1963), который считал основой снегорегулирования широкую фито-мелиорацию, механизированные средства снегозадержания и физико-химические противодефляционные средства.

Теоретические разработки по вопросам распространения снега выполнил П. П. Кузьмин (1957, 1960). Он так же установил ряд закономерностей

распределения снежного покрова во времени и в пространстве с учетом характера поверхности.

Изучая распределение снежного покрова, некоторые исследователи уделяли внимание его географии (Alen, 1965; Сляднев, 1969; Урываев, 1969; Nicholaichuk, 1981), другие освещали более частные вопросы, такие как влияние ориентации склонов, размеры снегозапасов в лесу, садах и в поле (Нестеров, 1940; Денисов, 1962; Глебова, 1960; Сабо, 1962; Соседов, 1962; Васильченко, 1978, Earl, 1980; Kirkland, 1981), распределение снега в системе лесных полос (Васильев, 1965; Берников, 1964; Альбенский, 1967), особенности формирования снежного покрова в лесу (Галахов, 1940; Котляков, Лосев, 1962; Дюнин, 1963).

В первой половине XX в. проводились широкие исследования по изучению влияния снежного покрова различных видов на урожайность полевых культур на Украине, в Западной Сибири, Северном Казахстане, на Северном

Кавказе. В результате этих исследований были установлены зависимость

t

урожайности сельскохозяйственных культур от высоты и плотности снежного покрова, характера его залегания на полях, времени установления и схода и др. (Шульгин, 1962). Основной задачей изучения снежного покрова в 30-40 гг. XX в. являлось обеспечение гидрологических расчетов и прогнозов.

Широкое внедрение почвозащитной системы земледелия в 70-80-х годах XX в. потребовало решения вопроса о накоплении в почве дополнительных запасов влаги путем снежной мелиорации. При этом усилилась роль снегозадержания, возросла необходимость дальнейшей научной проработки (Черепанов, 1988). С этой целью были разработаны приемы накопления снега (механическое снегозадержание, кулисы из однолетних культур, оставление жнивья), создавались орудия, обеспечивающие повышение водопроницаемости почв с целью более полного усвоения ими снеговой воды.

Внедрение почвозащитной технологии обработки и развитие полезащитного лесоразведения внесли существенные изменения в распределение

снега на полях. Снежный покров при наличии стерни, создании систем про-

8

дуваемых и полупродуваемых полос распределяется более равномерно, уменьшается его перенос на значительное расстояние, снижаются потери (Черепанов, 1988).

Земледелие в южной части Западной Сибири, в частности, в Алтайском крае, ведется в неблагоприятных по влагообеспеченности условиях, значительные посевные площади расположены в зонах недостаточного увлажнения. В «основе агротехнических мероприятий, предупреждение вредного влияния ранне-летней и летней засухи, поэтому необходимо осуществлять меры по рациональному использованию влаги-. В связи с этим важно обеспечить целенаправленное использование зимних осадков, которые в наших условиях составляют более 30% годовых (Руденко, 1975; Васильченко, 1978; Серых, Ткаченко, 1978; Бакаев, 1979; Черепанов, 1988; и др.).

В Западной Сибири роль снежного покрова в земледелии особенно велика, он является значительным источником увлажнения почвы. Имеются крупные исследования по влагообеспеченности Западно-Сибирского региона. Это работы А. Н. Костякова (1951), К. П. Горшенина (1955), А. А. Роде (1965), И. Б. Ревута (1972), С. А. Вериго, Л. А. Разумовой (1973), Е. С. Улановой (1975), В. П. Панфилова (1976); В. П. Автономова (1979), М. Е. Черепанова (1974, 1988).

Давид Р. Э. и Костровский В. В. выступали за широкое применение снегозадержания в засушливых районах, выделяя следующие причины: зимние осадки хорошо сберегаются» в почве, всегда доступны растениям в нужный момент и играют роль как бы запасного фонда на случай засухи (Давид, 1932).

Особенностью районов Западной Сибири является малоснежность первой половины зимы. Под влиянием сильных ветров на открытых полях на протяжении всей зимы и, особенно в первую ее половину, снежный покров залегает неравномерно. После каждого снегопада и низовой метели происходит интенсивное перемещение снега. Раннее и равномерное залегание снега

на полях, а также увеличение толщи снега в 2-3 раза и более, возможно с помощью снежной мелиорации (Шульгин, 1986).

Полное задержание осадков, выпадающих в виде снега, могло бы резко увеличить весенний запас влаги в почве и повысить урожай сельскохозяйственных культур.

Снежный покров играет защитную роль: предохраняет почву и зимующие растения от неблагоприятного действия сильных морозов, уменьшает глубину промерзания почвы и служит источником влаги, пополняя запасы ее в почве замечет снежных вод.

При снегозадержании значительно увеличиваются запасы почвенной влаги В; глубоких; слоях (100 - 150 см): Эти: запасы влаги бывают наиболее устойчивы : и весьма производительно используются? культурными растениями в более позднийс период их развития;

Основным критерием эффективности снежной мелиорации' служит прирост урожайности сельскохозяйственных культур;

Благодаря снежному покрову создается благоприятный для. растений режим тепла и влаги во время их перезимовки и в начале вегетации весной, что обеспечивает получение высоких, и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Полное и рациональное использование осадков осенне-

г

зимнего периода позволяет получать прибавку зерна к урожаю от 0,36 до 1,5 тс 1га.

Поэтому снежная мелиорация представляет собой весьма важное и перспективное звено в системе агротехнических и мелиоративных мероприятий по увеличению урожайности и валовых сборов зерна и продуктивности других культур.

Формирование снежного покрова на полях водосбора зависит не' только от количества выпадаемых осадков:. Снег распределяется по поверхности^ полей крайне неравномерное Характер залегания снежного покрова находится в непосредственной зависимости от местных условий. На его распределение

оказывает влияние не только древесная растительность, формы рельефа и

10

ветровой режим района, но и пожнивные остатки травянистой растительности, гребни и борозды на пашне, наличие или отсутствие снегосборной площади.

Распределение снега на склонах различных экспозиций во многом зависит от направления зимних ветров, особенно метелистых. Большое влияние на распределение снега оказывают ветры в первой половине зимы, поскольку в местах первоначальн�