Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние обогрева и орошения сбросными теплыми водами на режимы и физико-химические свойства черноземов типичных

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние обогрева и орошения сбросными теплыми водами на режимы и физико-химические свойства черноземов типичных"

УКРАИНСКИЙ ОРДШ ДРУКШ ИРОДОВ ИНСТИТУТ ИНЗЕНЕРОЗ' ВОДЮГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи ТРОКШЧУК АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ВШ®Е ОБОГРЕВА. К ОРОШЕНШ 'СБРОСШМИ ТЕШШЙ ВС*Ш НА РЕЕИМЫ И ФИ ЗЙКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ ТИПИЧНЫХ

Специальность 05.01.03- Агропочвоведение и агрофизика

АвтовэсЬзпэт

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Роз но -'1991

работа наполнена в Украинском ордена Дружбы народов институте инженеров водного хозяйства (МИВХ)

Научный руководитель - кандидат сельскохозяйственных наук, профессор П.К.КУЗЬМИЧ

Научный консультант - кандидат сельскохозяйственных неук ■ • С.И.ВЕРЕМЕЕН®

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук

Т.А.ГРИНЧЕНКО,

- кандидат сельскохозяйственных наук, . г доцент 5 .А .ВОШВА.

Ведущая организация - Украинский научно-исследовательский

- институт почвоведения и агрохимии

*(м.А.Н'.Соколовскпго

Занята диссертация состоится ЗД ноября 1991 года в -10 часов на заседании специализированного совета К 068.45.01 Украинского ордена Дружбы народов института инженеров водного хозяйства по адресу: 266000, г.Ровно, ул.Соборная, II, УййВХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИВХ.-

Автореферат разослан " Я " октября 1991 г.

.Ученый секретарь специализированного совета, 0 профессор

С.М.ГОНЧАРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность те^ы. Развитие промышленности и в частности энергетики привело к росту объемов тепловых'отходов (350...400 кян.тонн условного топлива и год), в основном в виде теплой воды о температурой Г?...18°С зимой и 30...38°С летом. Сбросное тепло практически нигде в народном хозяйстве не используется, а. выбрасывается в атмосферу и гидросферу вызывая "тепловое" загрязнение. При этом из современных систем охлаждения (градирни, бризгальный бассейна, пруды-охладители теряется более 25$ теплообменник вод. Из сельскохозяйственного использования изымаются и отводятся под системы охлаждения значительные площади плодородных'земель, в том числе и черноземов.

В токе время получение высоких и стабильны'х урожаев возможно только при условии комплексного регулирования основных факторов .' жизни растений. Для о'нэчительной части страна, в том числе и для лесостепной ?оны, температуры значительно ниже оптимальных-значений для большинства сельскохозяйственных культур, что является лимитирующим фактором для повышения их продуктивности.

Наиболее перспективным способом комплексного решения проблемы утилизации сброскчх теплых вод, охраны окружающей среды от теплового загрязнения и изъятия из сельскохозяйственного производства плодородных земель, а также повышения продуктивности сельскохозяйственных культур является использование теплообменных вод для обогрева и орошения открытого грунта.

Обогрез и орошение почйа оказывает влияние на характер формирования всего комплекса почвенных режимов черноземов, накладывает отпечаток на их свойства. Поэтому установить закономерности развития почвенных режимов и свойств черноземов типичных в условиях обогрева и" орошения их сбросными теплыми водами является важной и актуальной задачей.

Цель исследований' заключалась в изучении особенностей формирования основных почвенных режимов з условиях внутрипочвенного обогрева и орошения, а также влияния комплексных мелиорация на физико-химические свойства черноземов и продуктивность сельскохозяйственны?; культур.

Задачи исследований:

I. Изучить особенности формирования температурного и водного рекимов черноземных почв в условиях обогрева и орошения, а также закономерности распределения тепла и влаги по профилю обогреваемой почвы.

2. Исследовать закономерности формирования окислител:,но-вос-стансвительвого, целлюлозоразрущавщего и газового режимов черноземов а условиях их обогрева и орошения.

3. Установить характер влияния обогрева и орошения на солевой режим почв, особенности распределения солей в обогреваемой почве.

Определить степень влияния изучаемых мелиоративных приемов на активность ионов, термодинамические потенциалы, кислотно-щелочное состояние, состав обменных катионов, минералогический состав илистой фракции черноземов.

5. Изучить влияние обогрева и орошения на рост, развитие, урожайность различных сельскохозяйственных культур.

Объект исследований. Полевые исследования проводились в 1935...1990 гг. на опытно-производственной теплогидрокеяиоратив-ной системе расположенной на землях колхоза "Прогресс" Курчатовского района Курской области. Изучаемые почва - чернозема типичные, сгмднемощные, среднесуглинистые, среднегумусные, глубоко вскипав-щчз на лессах.

Научная новизна. Впервые в полевом опыте в условиях Централь-но-черноземкого'-района на мелиорируемых черноземах установлены закономерности формирования теплового, водного, окислительно-восстановительного,-целлвлозолитичвского, газового, солевого режимов черноземов под влиянием длительного обогрева и орошения. Изучен хзрак-*-тер влияния обогрева и орошения сбросными теплыми водами на физико-химические свойства и минералогический состав илистой фракции черноземов типичных.

Получены зависимости для расчета величины ОВП; общего, окис-ног о и .захисного железа; уровня целлалозолитической активности; концентрации СО2 в почвенной воздухе в зависимости от глубины,влажности к температура.

; Изучено влияние комплексных меииораций на продуктивность различных сельскохозяйственных культур. Е

Практическая ценность. Доказана практическая целесоббрааиаати использования низкопотечциальнего сбросного тепла для тсшшгкдро~ мелиоративных мероприятий. Установлено, что обогрев и орошение способствуют улучшению почвенных рекимов и процессов в черноземах №» пичных, >.х физико-химических свойств, что повышает плодородие почва,-улучшав* у слоем роста к развития растений.

- з -

Данные исследования также позволили выявить негативные аспекты влияния обогрева и орошения на почву, что позволит разработать мероприятия по их предотвращение.

Определены количественные показатели влияния изучаемых мелио-ративнь^ приемов на формирование водного, температурного, газового, солевого и других режимов почвы, ее физико-химические свойства.

Защищаемые положения: . * - .

1. Особенности формирования в условиях обогрева и орошения сбросными теплыми водами следующих почвенных режимов: температурного, водного, окислительно-восстановительного, цзллалоэолитического, газового, солевого.

2. Закономерности изменения в.условиях обогрева и орошения основных физико-химических свойств черноземов: активности ионов, термодинамических потенциалов, кислстно-яелочных условия, состава илистой фраедии.

3. Продуктивность различных сельскохозяйственных культур возделываемых на обогреваемых и орошаемых черноземах.

Апробация. Основные положения диссертационной работа доложены и опубликованы в трудах Всесоюзных и республиканских научно-практических конференциях: "Вопросы повторного использования промышленных и технологических сточных вод" (Пенза, 1987), "Экологические и экономические аспекты мелиорации" (Таллинн, 1988), "Экологическое совершенствование мелиоративных систем" (Москва, 1989), "Мелиорация и освоение тяжелых минеральных почв" (Ровно, 1950), а также на УШ Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1985) и 1 съезде почвоведов и агрохимиков УССР (Харьков, 1990).

Публикации. Основное содержание диссертации освещено в II печатных работах. •

Реализация результатов. Результаты исследований использовались при проектировании производственно-экспериментальной системы площадью 80 га с использованием сбросных теплых вод Курской АХ и опытно-производственных участков при Хмельницкой и Смоленской АЭС, Розенском объединении "Азот".

Объек работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству н приложений. Работа изложена на 296 страницах, содержит 30 таблиц, 39 рисунков, приложения на

42 страницах. Список литературы включает 263 наименования, из них

43 на иностранных языках.

Работа выполнена в 1985...IS9I гг. на кафедре мелиоративного почвоведения и земледелия Украинского ордена Дружбы народов института инженеров водного хозяйства в соответствии с программой ГКНТ СССР по решению научно-технической проблемы 0.85.01, задания Об. ОЭ.ОЗ.ТЛв "Разработать способы обогрева почвы по закрытой сети труб с возвратом воды на электростанцию".

СОДЕРЖАНИЕ РАШТН

Проведен анализ отечественных и зарубежных литературных источников свидетельствующий о важности комплексного подхода к проблеме утилизации сбросных теплых вод промышленности. Прослежено развитие . исследований по использование теплых вод для обогрева и орошения почва.

На основании анализа современного состояния проблемы утилизации и рационального использования сбросных низкопотекцизлыгых вод, охрана окружающей среда от концентрированных выбросов тепла делается вывод о том, что наиболее перспективным его потребителем является сельское хозяйство, и в частности обогрев и орошение открытого грунта, ' . '

Как отмечаютД.Е.Калмыков, Ю.В.Ремезов, В.Г.Фарберов., П.К.Кузьмич, С.В.Ковалев, Н.А.Клименко, С.И.Веренеенко, L.Boersma , C-Pet -seid. , G .Hilbert активное регулирование гидротермического режима почвы позволяет получать гарантированные, вне завивимости от погодных условий, высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Однако практически не изучен характер влияния обогрева и орошения на почву и в частности ца черноземы типичные.

В главе I показано, что"исследования проводились на специально оборудованном опытно-производственном участке^площадью 1,5 га. Участок состоит из контрольных, орошаемых, обогреваемых а также обогреваемых и орошаемых полей. Обогрев проводился при помощи сети полиэтиленовых труб диаметром 65 им, уложенных на глубину 0,6 м.

Основной обх-ем исследований проводили« на" вариантах с расстоянием между обогревательными трубами в=1,0 м. В качестве теплоносителя использовали воду температура которой была замой I3...I6°C, летом 34...Э9°С. Скорости воды в обогреваемых трубах составляли 0,25.. .Л ,3 м/с.

Поливы проводили довдевальной установкой КДУ-55М. На основных вариантах в течение трех, лет выращивалась сиесь многолетних трав

(люцерна, клезер красный, овсянница луговая, тимофеевка), а с осени 1983 года земляника (сорт "Ясна"). Урожайность определяли методом сплошного учета в 5-ти краткой повторности.

В соотв ;тствии с задачами исследования на опытном участке проводились наблюдения за метеоусловиями, температурный и водным режимом почв по общепринятым методикам и при помоци стандартного оборудования. Наблюдения за температурой почвы проводили в разных точках профиля до глубины 2,0 м. Влажность почвы на орошаемых вариантах поддерживалась в пределах от 0,75 НЗ до КВ. Поливная корма рассчитывалась по формуле А.Н.Костякова. Почвенный фильтрат получали при помощи воронок Шиловой.

Изучение почвенного воздуха проводили с помощью колб по метолу Макаров« Б.Н. Целлюлозолктическув активнозть - апликационным методом. 0ПП и рН - потенциометрически, подвимне формы железа - колориметрически с «с/дипиридилом.

В цочэе определялось: содержание гумуса - по И.В."; чрину; водорастворимых солей - методом водной вытяжки; суммы обмешгых оснований - по Каппену - Гильковицу.обменных катионов - методом Яоллеч-бьргера; активность ионов - потенциомстричаски а образцах увлажненных до нижной границы текучести по конусу А.В.Васильева.

Качественный и количественный минералогический состав илистых фракций определяли не рентгендифрактометре ДРОН-2.

Почва опытного участка - чепнозем типичный, среднемовдый, среднегумусный, среднесуглинистый, глубоко вскипающий на лессах. Содержание в пахотном слое гумуса 5,29$, рНс0Л>- 7,05, степень насыщенности основаниями 97,9%, наименьшей влагоемкость 29,73%, максимальная гигроскопичность - 6,98$, плотность твердой фазы - 2,46 г/см-', плотность сложения - 1,24 г/сч^.

Исследования проводились на протяжении 1906...1989 гг. Обеспеченность вегетационного периода осадками составляла соответственно 60,5; 80,5; 10,8; 94,а среднегодовая температура воздуха 6,С; 4,6; 6,3; 8,2°С. Таким образом исследования проводились в разные по обеспеченности теплом и влагой годы.

3 главе 2 показано, что в естественных условиях, температурное поле в почве формируется под действием солнечной энергии при этом температура изменяется только по глубине почвенного профиля. В обогреваемой почве образуются значительные внутрипочвенные термоградиен-ти обуславливающие сложный характер распределения температур по почвенному профилюСрис. I).

гаД£К№Р9 I98S

о 22: 40 еа аа

—яа-

—-Iр.

— о-

-ао

ев

wo—çp-160

о го -to 60 sa ю ш га ш

-son—

—Z\p

-Зф-

■KjO —

Hr-^o—

С

га #

off 30-ifiO № WO 160.

A

—vi.

-ip--5p_ -VJ-j

I

-4p_ -5D-

0

20 4a

ÓQ 30-[CD

t?o-

A

-24p—

Zip-

—eta-

—190—

№}—i ep— lea__

A

0 O ---

га —iqa— a

-to -10Д-

«0 ш —lia- óQ ea- —ip-

кс -I^D- rn —op-

й) ISO

KS HQ

HI »0

Peo

Распределенке «ggg ^ ^ ^ ^^ б/ ороиенк»»;

Stirpes? р/ обогрев е оро»

Температуры почвы изменяются не только по вертикали но и по горизонтали, при этом вокруг обогревательных труб формируются зоны повышенных температур.

Обогрев оказывает влияние на годовой ход температуры почвы увеличивая период нагревания и сокращая период охлаждения. На обогреваемых участках на 15...25 дней раньше весной и 12...28 дней позднее осенью наступает температура + Ю°С. Это позволяет на 1,5 ...2,5 неделя раньше производить сев выращиваемых культур и продлить период активной вегетации растений на 1...1.5 месяца.

Обогрев повышает температуру корнеобитаемого слоя почзн на 1,5...5,5°С, увеличивает сумму активных температур на глубине 20 см на 7-'!0-8Ю°С, что позволяет вырашивзть более теплолюбивые культуры.

Зимой на обогреваемых вариантах значительно сокращается период промерзания почзн, уменьшается глубина проникновения отрицательных температур. Л в теплые зимы 88-89 и 89-90 гг. почва обогреваемых вариантов практически не промерзала.

В орошаемых почвах наблюдается некоторое "запаздывание" нагрела почвы весной нэ б.. .12 дней и охлаждения осенью на З...Ю дней, а также уменьшение глубины проникновения высоких температур летом и низких зимой по сравнению с контролем. На орошаемых варианте* сумма активных температур, на 20 см глубине, на 70—12(0оС ииго. чем на неорошаемых, при этой орошение не влияет на продолжительность периода вегетации.

Водный реккм изучаемых черноземов при естественном увлажнении складывается л основном по типу постоянного иссушения от весны к лету. Летние осадки не могут поддержать оптимальный реки« влажности черноземов на протяжении всего вегетационного периода.

3 зимне-весенний период обогрев почвы способствует более глубокому проникновению талой влаги в почву. Летом вокруг обогревательных труб, в результате внутри почвенного перераспределения влаги, формируются зоны иссушения в которых влажность понижается до ВЗ.

Для поддержания оптимального водного режима почвы (0,?5НЗ-НВ), в зависимости от влагообеспеченности конкретного года, на орошаемых вариантах проводились поливы. При этом оросительная норма на варианте обогрева с орошением выяе, на 20-30$, чем на только орошаемом варианте, что обусловлено более высоким зодопотреблением (многолетних трав) и более интенсивным испарением с поверхности обогреваемых почв.

В почвах обогреваемого и орошаемого варианта, вокруг труб влажность меньше, чем в других частях почвенного профиля, но даже летом не наблюдается сильного иссушения вокруг труб.

3 главе 3 приведены данные свидетельствующие, что в исследуемых черноземах от весны к лету отмечается снижение ОВП с последующим повышением к осени, при постоянном господстве окислительных условия.

На орошаемом варианте наблюдается стабилизация ОВ-потенциала, за счет более низких значений ОВП весной и более высоких летом. Обогрев почвы способствует усилзнию сезонных колебаний потенциала (ТО -550 мВ; Н2 29/1-34,3), зимой величины ОВП выше, летом -ниже, чем на контроле. В зоне заложения труб, при нпикой влажности поч-вы-ОВП выше, а при высокой влажности - ОВП ккно, чем в соответствующих горизонтах меэду трубами.

Исследуемые почвы характеризуются не высоким содержанием подвижных форм железа (3-4 мг/ЮО т.п.), при этом по всему профилю преобладают окисные формы.

В орошаемой почве наблюдается 'увеличение содержания железа в 1,5-2 раза, особенно в верхних горизонтах. Обогрев почвы способствует более активной мобилизации делеза, особенно в летние месяцы. Сочетание обогрева с орошением приводит к увеличению подвижного железа в 3-10 раз (8,85.. .15,14 мг/ЮО г.п.) в основном за счет окис-ник форм. При этом повышенные концентрации наблюдаются у обогревательных труб. ' .

В результате математической обработки полевых данных для каждого варианта получены уравнения регрессш! для определения величин ОВП, общего, о кис ног о и закисного железа на различной глубине (Х^), в зависимости от вла}дюсти и температуры (Хд). Наиболее наглядная форма представления полученных зависимостей э виде семейства изоктзант (рис.2 ).

В естестБе1"ных условиях наивысшая целлюлозолигическая активность наблюдается в пахотном горизонте вл.,.рвоп половине лета. Для"' почв орошаемого варианта характерны более высокие по сравнению с контролем уровни активности во всех горизонтах почвенного профиля. Более существенный рост целлюлозалитаческой активности вызывает обогрев почвы, особенно весной. Так, в период с 15.04 по 1.0б.1983г. на обогреве степень разложения полотна составила 70,2...57,9%, в ?о время как на контроле 40,6...12,4?. При сочетании обогрева и ороыения в почве создается наиболее благоприятный гидротермический

8,0 )2.0 16,0 20,0 24,0 28,0 % ЦП А6

216 25,4 290 %

Г

_ __10,5.

»л »,1 \?£> 21,2 24,6 28А % 15,0 183 22,6 2Л4 30,2 У<р %

го. 2 Иэокванты окисного железа /мг/100г/ в зависимости от

влажности До/ и текпературьт Д*/ в вегетапиотшЗ период а/ контроль; б/ ороиенио; з/ обогрев; г/ обогрэи с орошением

сежи»1 для целлилозоразруиающих микроорганизмов, на этом варианте уровни активности наивысшие. В результате математической обраблтк полученных данных, установлены интервалы сочетания температуры и влажности при которых отмечаются наивысшие уровни целлалозолитнче кой активности почвы (табл. 1).

Таблица I

Гвдротермическка условия оптимальные для целлвлозолитической активности почвы(1937-1990гг.> .

Вариант ! Контроль ! Орошение Обогрев ! Обогрев* 1__'_'__!_! орошение

18,5...22,1 22...24,5 26...28 25,5...28 23...26,1 26...28,5 23,5...28 27...32

На контрольном варианте концентрация СО2 почвенного воздуха растет от весны к лету, уменьшаясь осенью. В глубь по профилю кон центрацил углекислоты в воздухе возрастает.

Летом' в почвенном воздухе обогреваемых почв концентрация СО2 выше, чем на контроле. Максимум концентрации углекислоты находите; у обогревательных труб (рис. 3 ). Зимой в верхних горизонтах ооогр* ваемых почв, концентрация СО2 в почвенном воздухе (0,08.. .0,12$), тогда кзк на контроле (0,47...0,52®. Это свидетельствует о том, что в обогреваемых почвах даже зимой, в следствии отсутствия модш го мерзлотного слоя, не прекращается газообмен с атмосферой. Лето1 сочетание обогрева и орошения создают условия при которых в почве' ном воздухе концентрация углекислого газа в 1,5 раза выше, чем на контроле. Под действием термодиффузии углекислога газа у обогревательных труб накапливается значительные количества СО2 в почвенно! воздухе (до 1,5%).

Поливы вызывают наиболее резкие иг>мене?шя в составе почвенно] воздуха. При этом после полива, самая большая концентрация СО2 отмечается через 36 часов.

В главе 4 дается динамика химического состава и ирригационная^ характеристика оросительных вод. В поливной период минерализация оро с .'тельных вод низка (390...480 мг/л). По составу гидрокарб* натно-кальцизвая. Однако в отдельные периоды по составу катионов магниево-натриево-кальциевая или натркево-магниево-кальциевая, чт(

Температура почвы °С Влажность почвы

со» я житяи ?»

Aw. 3 Зпюры концентрации С02 почвенного воздуха.

обусловливает ее слабощелочную реакцию. Проведенная i.o существующим критериям оцонка воды свидетельствует, что она пригодна для орошения и не опасна в отношении осолонцевг.ния и засоления почв.

Четырехлетнее орошение сбросными теплыми водами Fie вызвало существенных изменений в характере солевого режима черноземов типичных (рис. ц ). Произошло только незначительное увеличение водорастворимого натрия с 0,02 до 0,Об...0,14 мг-якв/ЮО г., на фоке некоторого выноса ионоэ кальция из верхних горизонтов (0,22...О,35 мр-экв/ЮО г) в нижние (0,35...0,5 мг-экв/ЮО г).

Обогрев почвы усиливает сезонную и годичную динамку соле.эл^ • зкания т почве. В первый год исследований содержание солей в обогреваемой почве в 1,5 раза выше, чем на контроле, а к концу четвертого эта разница не превышала 17%. Нз содержание в почве легкорастворимых солей оказывает влияние и интенсивность обогрева. Наибольшее содержание солей наблюдается на варианте с расстоянием между трубами в=1,0 м, при в=1,5 солесодержание меньше, а при в-2,0 м оно самое низкое. Обогреваемые почвы характеризуются повышенным содержанием водорастворимого калия.

При сочетании обогрева с орошением отмечается наиболее суяест-венное увеличение содержания водорастворимы:: солей, изменяется их качественный состав. "Это вызвано усилением процессов внутрипочвен-ного выветривания (рис. 4 ')•

В обогреваемой почве наблюдается перераспределение солей по почвенному профилю. Под действием сложного механизма вызванного термоградиенгами, градиентами давления капиллярного потенциала водорастворимые соли аккумулируются у обогревательных труб. На поверхности труб образуется налет солей CaSO^, MqSO^, СаСО^. Логом, на орошаемом варианте, происходит увеличение количества лизиметрических вод, отмечается более глубокое проникновение их в глубь почвенного профиля. В обогреваемой почве, фильтрат поступает в лизиметрические воронки только в зимний и ранне-весенний период.

В^2...2,5 раза выше, чем на контроле концентрация натрия в фильтрате орошаемого варианта. В лизиметрических водах обогреваемых вариантов наблюдается повышенные концентрации бикарбо^т и сульфат-иона, а содержание кадия в 2...2,5 раза выше, чем на контроле.

В главе 5 дан сравнительный анализ уровней активности кальция на контрольном (рСа 2,54...2,47), орошаемом (рСа 2,5...2,62), обогреваемом (рСа 2,7...2,85) и обогреваемом и орошаемом варианте (рСа 2,77...2>87) свидетельствующий о уменьшении активности ионов

контроль 1,5 1,0 0,5 о 0.5

О

№3X3/ 0.5 1,0 1,5 ado, о

обогрев створ tpvbb' \,0 о, s о 0,5 1,0

оъогр-га + орошение створ тр^вы 1,5 1.0 0,5 о q5 io 1,5

Рис. 4 Соле вые профили / октябрь 1989г. /

кальция в мелиорируемых почвах. Обогрев почвы в 1,5 раза, а обогрев с орошением в 3-5 раз увеличивает активность ионов калия.

Орошение почвы вызывает рост активности ионов натрия в верхнем 0-40 сад слое, а обогрев в нижнем 80-100 см слое. Наиболее возрастает активность натрия в обогреваемой и орошаемой почве (1,9... 4,6 мг-экв/л).

Рассчитанные значения калийных потенциалов (рН-рК) и (рК-0,5рСа) свидетельствуют о насыщении почвенного раствора обогреваемых, а особенна обогреваемых и орошаемых почв конами калия. Уровни известкового потенциала рН~0,5рСа (5,4...6,1) свидетельствуют об ухудаснии кальциевого состояния обогреваемых почв. Величины натриевого потенциала р&-0,5рСа и соотношений р^и^д^показывают возможность развития в обогреваемых почвах процесса осолонцевакия £тебл.2).

Изучение кислотно-щелочного состояния почз показало, что орошение вызывает подщелачивание верхних горизонтов, усиливает диапазон колебаний рН от 7,2 до 7,8 по эсе^у профилю. В нижнем полуметра обогреваемых почв наблюдаются пониженные значения рН (6,9-7,4). 5 условиях обогрева и орошения рН на 0,2...0,3 единицу выше, чем на контроле.

Под влиянием орошения в почве возрасла степень насыщенности почв основаниями, увеличилась емкость катионвого обмена. Орошаемая почва отмечается повышенным, по сравнению с контролем, содержанием обменно-поглоаенных катионов магния (2,б...6,1 мг-экз/100г) и натрия (0,08...0,14 мг-экв/ЮОг).

В условиях обогрева, в почве на фоне понижения обченно-погла-кенного кальция наблюдается увеличение обменных катионов магния, натрия, калия к гидролитической кислотности. При сочетании обогрева и орошения, в следствии усиления процессов дис-пергации и внутри-почвенного выветривания, емкость катионного обмена черноземов возрастает до 40,2. ..50,1 мг-экв/ЮОг. При этом возрастает насгщенность ППК черноземов магнием (2,6.. .14,2/1), натрием (0,19...О ,39?), калием (2,4. ..9,3?).

Изучение минералогического состава илистой фракции пзчв показало, что в обогреваемых почвах уменьшилось содержание частично упорядоченных смешаннослойных минералов, в верхней части профиля наблюдается слюдитизация (иллитизация) трехслойных минералов, а в горизонтах ниже 60 см развивается процесс вермикуяитизации (смек-тизации).

Изменение термодинамических потенциалов черноземов в условиях обогрева и орошения

|рИ30|!Т , см г 1рН—рК рК- ' ! 0,5рСа ! рИ -0,5рСа ! р!£а — 0,5рСа ! рйа 1 ! рСа ! Ом, ! </С1са

Контроль

0-20 4,60 1,71 5,31 2.01 1,30 0,22

20-ад 4.55 1,69 6,24 1,96 1,27 0,25

40-60 4,64 1,57 6,21 1.91 1,27 0,28

¿10-60 5,59 1,70 6,30 2,03 1,32 0,21

80-100 4,58 1,61 ■ 6,19 1.97 1,28 0,24

Орошение

0-20 4,70 1,54 6,24 1,61 1,13 0,55

20-ад 4,69 1.45 6,14 1,36 1,03 0,94

40-60 4,09 2,27 ■ 6,36 1,67 1,17 0.48

60-80 4,07 2,22 6,29 1,78 1,18 0,37

00-100 3,94 2,21 6,15 1,88 1,22 0,33

Обогрев

0-20 4,63 1,23 5,86 1,87 1.17 0,30

20-40 4,70 1,34 6,04 Г,33 1,18 0,33

40-60 4,49 1,91 5,76 1,79 1,14 0,37

60-80 4,64 1,24 5,88 1,59' . 1.06 0,45

80-100 4,72 1.15 5,92 137 1,06 0,51

Обогрев о орошением

0-20 4,87 1,08 5,95 1.33 0,98 1,06

20-40 4,94 1,04 5,9В 1,17 0,92 1.51

40-60 5,28 0,85 6,12 1.01 0,85 2,21

60-80 5,15 0,80 5,41 1.П 0.91 1,7*

80-100 5,15 0,71 5,86 0.9в 0.86 2,34

Орошение, а особенно обогрев с орошением вызывают ускоренную тринсформацио дисперсной части почвенного тела приводя к ужесточению кристаллической решетки минералов в верхних горизонтах профиля. В центральной части профиля обогреваемой и орошаемой почвы отмечается наивысшее содержание вермикулита и смектнга, а такич смеианно-слойных минералов, наименьшее количество каолинита (ГсЛ'3,См-5,4; гВ,См/К-1,8), что свидетельствует об улучшении качества глистой фракции в этой части профиля.

Непосредственно возле обогревательной трубы в почве отсутствуют смешаннослойные минералы. Эта группа минералов в услов,' ¡х повышенных температур трансформируется в индивидуальные трехсло: чые минералы с переходом ыежслоезшх квтионов (калия, кальция, магш, натрия и др.) в почвенный раствор, что и является одной из причиь повышенных концентраций водорастворимых солей у обогревательных труб.

В главе б показано, что орошение, обогрев, а особенно обогрев с орошением повышают продуктивность различных сельскохозяйственных культур. Изучаемые мелиоративные мероприятия дают хорошие прибавки урокая многолетних трав (табл.3).

В 1989 году при выращивании земляники были получены прибавки урожая от орошения 35,1%, от обогрева 46,9«, от обогрева и орошения 65,8?. При этом на обогреваемых вариантах отмечается более раннее созревание урожая. Так, первый сбор перца на обогреваемых вариантах был 12.07.1989 (10,1...13,7 ц/га), а на необогреваемых 19.07.1989 (5,22...1С,5 ц/го). При выраиивании ранней капусты в 1988 и 1989 гг. были получена прибавки урожая от орошения (19,45? и 31,7% соответственно), от обогрева (39,63 и 26,1?), от обогрева и орошения (59,1% и 54,9?).

Использование сбросных теплых вод для обогрева и орошения открытого грунта является экономически целесообразным. При определении общей экономической эффективности обогреваемых вариантов учтены дополнительные доходы за счь-т уменьшения ущерба от отвода земель под пруд-охладитель, от экономии воды за счет уменьшения на испарение и фильтрацию, о также учтено уменьшение капитальных вложений на строительство пруда-охладителя.

Расчеты показали, что более экономически выгодным является вариант обогрева с орошением (коэффициент общей экономической эффективности 0,21, срок окупаемости капвложений 4,8 года). Обогреваемый вариант (0,23; 4,3 года), орошаемый вариант (0,15; 6,9 г.).

Таблица 3

Урожайность многолетних трав (зеленая маоса-) по нариантам опыта

Год ! ; ! Вариант ! Урожайность, ц/га ( Прибавки ! НСР05 ц/га

I укос ! П 1 укос ! Ш ! ! укос ! 1У укос ! сум- ! '.марная! ц/га * ;

1986 Контроль 239 149,3 92 - 480,3

Орошение 284 238,3 174 - 696,3 216 45,0

Обогрев 290 186,7 138 - 614,7 134,4 28,0 31,2

Обогрев с орошением 345 349,3 207 - 901,3 421 87,6

1987 , Контроль 228,3 71,0 26,7 - 326

Орошение 292,3 152,5 103,3 60,3 608,4 282,4 86,6

Обогрев 286,3 73,0 30.0 - 389,3 63,3 19,4 47,3

Обогрев с орошением 339,5 239,2 161,8 116,5 857 531 162,8

1988 Контроль 141,8 104,7 83,1 - 329,6

Орошение • ■'" 184,4 124,0 136,9 - 445,3 115,7 35,1' 43,2

Обогрев 246,9 236,0 90,2 573,1 243,5 73,9

Обогрев с орошением 332,7 259,3 183,3 - 775 445,4 135

ОБЩИЕ вывода

Проведенные исследования-по. изучении влияния обогрева и орошения сбросными теплыми водвми на режимы и свойства черноземов типичных позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Обогрев повышает температуру корнеобитаемого слоя почвы на 1,5...2,5°С. Весной, на глубине 20 см, температуры больше. Ю°С на обогреваемых участках наступают на 1,5...2,5 недели раньше, чем на контроле, а осенью они опускаются позже на 1...2 недели. При этом сумма активных температур на 740...880°С, что создает благоприятные условия для возделывания теплолюбивых культур.

2. В зимне-весенний период на обогреваемых вариантах отмечается более интенсивное промачивание почвы. Б результате перераспределения влаги, вокруг труб формируются зоны пониженной влажности.

3. Ни один из мелиоративных приемов не изменяет характера окис лительно-восстановительных условий. Орошение приводит к стабилизации ОВ-потенциала, а обогрев почвы способствует большей амплитуде колебаний потенциала в течение года и большей неоднородности профиля. Обогрев увеличивает количество подвижного железа в основном за счет окисных форм.

4. Активное регулирование гидротермического режима благоприятно сказывается на ро№ ,биологической активности почвы. Орошение, обогрев, а особенно обогрев с орошением увеличивает концентрацию (Х>2 в почвенном воздухе мелиорируемых чеоноземов. Наивысшие концентрации углекислоты в профиле обогреваемых почв отмечаются у обогреваемых труб.

5. Четырехлетнее-орошение не вызвало существенных изменений в характере солевого режима черноземов типичных, отмечается только увеличение содержания натрия на фоне уменьшения, в верхнем полуметре, водорастворимого кальция. По мере увеличения интенсивности обогрева растет общее солесодержание. В обогреваемой почве у обогревательных труб наблюдается аккумуляция солей, о

6. Летом орошение, а зимой обогрев .увеличивают объемы и глубину проникновения лизиметрических вод. Применяемые мелуэративные приемы повышают минерализацию почвенных растворов. Орошение увеличивает концентрацию натрия, а обогрев - калия и сульфат-иона.

7. В орошаемы&Чючвах понижается активность ионов кальция, повышается активность калия и натрия. При обогреве в почве вдвое понижается активность ионов кальция, а калия вдвое возрастает, с

глубиной растет активность натрия, ухудшается соотношение натрия и кчльция. В условиях обогрева и орошения имеют место самые низкие активности кальция (3,99-2,7 мг-экз/л), и наиболее высокие калия (3,47-8,71 мг-экз/л) и натрия (1,95-4,68 мг-экв/л), что свидетельствует о развитии процесса слабого осолонцевзния.

Тенденция к ощелачиванию наблюдается в почвах орошаемого варианта, в больней степени она проявляется на обогреваемом и оровае-мом варианте где рН на 0,2-0,3 выше, чем на контроле.

8. При орошении, а особенно при орошении обогреваемых почв увеличивается емкость катионкого обмена. В почвенно-поглокающем комплексе орошаемых почв несколько увеличивается содершние магния и натрия, а в обогреваемых - калия.

9. Орошение, обогрев, а особенно их совместное влияние визига «г ускоренную трансформацию дисперсной фракции почвенного 'гэла приводят к ужесточения кристаллической решетки трехслойных мингра* лов з верхних горизонтах почвенного профиля. С глубиной отмечается возрастание лабильных минералов вермикулита и смектита, а также смеша инословных минералов' с повышенным содержанием пакетов смектита и вермикулита.

10. Орошение многолетни:; трав дзет прибавку у роет я на 35... 85 обогрев 19...74$, сочетание обогрева с орошением 87... 163^. Обогрев и орошение позволяют получать по 3...4 укоса в год.

Прибавка урожайности земляники от орошейия - 35,1$, от обогг.з-2э - 46,95?, от обогрева с орошением - 65,85». Орошение позволяет увеличить урожайность ранней капусты на 19...39$, обогрев с орошением 54...59$, При атом, ка обогреваемых вариантах койио широко практиковать пожнивные культура (редька), которые дата прибавку урожайности 33...52$.

11. Наиболее экономически выгодным является вариант в котором • обогрев почвы сочетается с ороиением (коэффициент общей экономической эффективности 0,26; срок окупаемости капитальных вложений 3,9 года),

* ПРЕДЛОЖЕН® ПРОИЗВОДСТВУ

1. йспользоеать сбросныо теплые води энергетически/, предприятий для обогрева и ороиекия почв с целью создания оптимальных гид-* ротармических условий для выращивания сельскохозяйственных культур к охлаждения теплых вод,

2. Нз обогреваемых участках можно 15а 1,5-2,5 недели раньве приступать к проведений весенних полевых работ, а завершать ссекъа

на I...2 недели позже.

; 3. С целью создания оптимального водного режима в обогреваемой почве и предотвращения образования зон иссушения и повышенных концентраций солей у обогревательных труб, обогрев должен сочетаться с орошением. При расчете режима орошения сельскохозяйствен- • них культур глубина активного слоя почвы принимается до глубины заложения обогревательных труб (60 см).

¡¡. Для предотвращения развития солонцовых процессов в обогреваемой и орошаемой почве, целесообразно один раз в пять лет вносить гипс (фосфогипс) по норме 3 т/га.'

5. Рекомендуется выращивать на обогреваемых и орошаемых полях ранние овощные и кормовые культуры с широким применением пожнивных посевов. ' ■

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Комплексные мелиорации фактор повышения плодородия почв. // Повышение эффективности мелиорируемых земель и водохозяйственное строительство. Тез.докл.Всесовзн. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов.- Тбилиси ,-1987,-с.19 (в соавт.).

2. Регулирование элементов почвенного климата путем обогрева

и орошения открытого грунта теплыми водами.// Генезис пахотных почв Нечерноземья и регулиро ;ание их плодородия путем химизации, мелиорации и агротехнических приемов. Тез.докл. научн.конф. почвоведов, агрохимиков и эемледелов Волго-Вятского окономического р-на.-Горький.-1987.-о.28 (в соавт.).

3. К вопросу использования сбросных теплцх вод онергетических предприятий.// Вопросы повторного использования промьллемных и технологических сточных вод. Тез.докл. к зонал. семинару.-Пенза.~ 1987,-с.25-26'(в соавт.). .

4. Зколого-экономическая эффективность использования сбросных теплых вод энергетических объектов в мелиорации почв.// Экологические неэкономические аспекты мелиорации почв. Тез.яокл.Всесовэн. конф. по мелиоративной географии.-Таллинн.-1988.-с.22-25 (в соавт.).

5. Особенности формирования окислительно-восстановотельного режима, черноземной иочвы в условиях комплексных мелиораций.//Экологическое совершенствование мелиоративных систем. Тез.докл.Все-соизн. на у чн. -пра ктТк онфз р. молодых ученых. -М.-1989. -с. (в соавт.).

6. Сбросчос тепло - на службу сельскому хозяйству.// Пристен-довый проспект ТГМС экспон. на ВДНХ СССР.-М.-1989.-с.4 (в соавт.).

7.'Биологическая активность мелиорируемых дерново-подзолистых и черноземных почв.// УП Всесоюзный съезд почвоведов. Тез.докл. Книга 2.-Новосибирск - I989.-c.303 (в соавт.).

8. Повышение эффективного.плодородия мелиорируемых почв.//Мелиорация и водохозяйственное строительство. Тез.докл.науч.-техн. конф. молодых ученых-.-Тбилиси.-1989.-с.10 (в соавт.).

9. Трансформация минералогического состава илистых фракций чернозем.? и дерново-подзолистой почвы под влиянием орошения и зну-трипочэенного обогрева.// Ш съезд почвоведов и агрохимиков ТССР. Тез.докл. т."Почвоведение",- Харьков.-1990.-с.96-99 (в соавт.).

10. Влияние обогрева и орошения теплыми водами на биологическую и ферментативную активность почвы.// Щ съезд почвоведов и--агрохимиков УССР. Тез.докл. т."Мелиорация".- Харьков.-1990.-с.55-56 (з соавторстве).

II» Особенности формирования солевого рекима при внутрипочвен-ном обогреве и орошении.// Мелиорация и освоение тяяелнх минеральных почв. Тез.докл. Респуб. каучн.-технич.конфер.-Ровно.-1990.-с.72.

Шдпвоако до друку y./D.úl

Формат 60X84 О I/I6 Обсяг AS. др.арк.

Замоалення 8S~/ Тираж {СО прим!он. Р1вне, УИЗЕй СоборнаД!