Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Влияние органо-минеральных компостов на плодородие орошаемых обыкновенных черноземов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата сельскохозяйственных наук, Шалашова, Ольга Юрьевна, Новочеркасск

г £/&.?'/-......3

v • .--п; ока^/гооударотвенная межоративная академия Мйниотерство сельского хозяйства к продовольствия РФ

На правах рукописи

ШАЛАШОБА Ольга Юрьевна

ВЛИЯНИЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ КОШЮСТОВ НА ПЛОДОРОДИЕ ОРОЯМЕМЬК ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ

Специальности*. 11.00.11 - "Охрана окружающей среды и

рацйокаяьное ксшсльзование.' природных ресурсов" 06.01.04 - "Агрохимия"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор ПОЛУЭКТОВ Евгений Валерьянович; кандидат сельскохозяйственных наук» Заслуженный мелиоратор России СКУРАТОВ Николай Семенович

Новочеркасск 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........,....,,.................. . . . . . ........... . .4

1, ПРИЧИНЫ УХУДШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ............. .8

г. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКИХ

УСЛОВИЙ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ........... . . . ................ .18

2.1. Геоморфология.......................................16

2.2. Геологическое строение.............................. ,16

2.3. Гидрография, грунтовые воды..........................17

2.4. Климат...............................................18

2,5= Растительность.......................................19

2.6. Рельеф...............................................19

2.7. Почвообразующке породы,..............................20

2.8. Почвы................................................20

3. ВОПРОСЫ, СХЕМЫ ОПЫТОВ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.............................................. 23

8.1. Вопросы» поставленные на исследование.......---------23

3.2. Схемы опытов.........................................23

3.3. Методика проведения исследований..................... 25

4. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНООЕЩ^ПРИ ОРОШЕНИЙ СШАЕ0ШНЕРАЛ130ВАНН0Й ВОДОЙ НЕБЛАГОПРИЯТНО!'О'СОСТАВА. .... .28

4.1. Водно-физические свойства............................28

4.2. Физико-химические свойства.____..................____31

4.3. Биологическая активность............................. 35

4.4. Валовый и минералогический состав....................38

5. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПС ВОССТАНОВЛЕНИЮ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВf ПОДВЕРГНУВШИХСЯ ДЕГРАДАЦИИ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ 00Е30Р)................................... .42

5.1. Существующие приемы восстановления плодородия орошаемых земель.....................................42

5.2. Перспективные приемы восстановления плодородия обыкновенных черноземов.............................. 53

6. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ................................... 55

6.1. Оптимальное соотношение компонентов при приготовлении органе-минеральных шмпоотов и их влияние на свойства обыкновенных черноземов

(лабораторные опыты)................................. 55

8.2. Влияние органо-минераяьных шмпоотов на свойства обыкновенных черноземов (полевые опыты).............. 67

6.2-1. Физико-химические свойства....................... 67

6.2.2. Фиеическке свойства.............................. 73

6.2.3. Гумуское состояние.... * * ......г.................,75

ñ,2A. Агрохимические свойства,.........................91

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ШШЕНЕГОШ ОРГАНО-МЙНЕРАЛЬНШС КОМПОСТОВ ПРИ ВОССТАНОВЛЕН!! ПЛОДОРОДИЯ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ,........... ................ ....... 98

7Л. Урожайность сельскохозяйственных культур.............98

7.2. Экономическая эффективность применения органо-миверажьных шшюотов.......................... , ...... S8

7.3. Сравнительный анализ эшйошшеокой - ь

химических методов мелиорации......... 103

7.4. Внедрение результатов,..............................105

ВЫВОДЫ,...................................... 106

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ,................................ 109

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................110

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................Л24

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы, В почвах орошаемых территорий часто возникают негативные процессы, приводящие к образованию токсичных веществ, что вызывает снижение плодородия почв и продуктивности растений, а некоторые массивы выпадают из использования. В последние годы эти явления еще более усугубились недостатком средств на восполнение плодородия земель традиционными способами, Из-за резкого подорожания минеральных удобрений осуществлять общепринятые мероприятия по поддержанию баланса питательных веществ на оптимальном уровне в почвах практически невозможно. Высокие расценки на транспортные расходы свели на нет проведение химической мелиорации земель. Требуется поиск новых приемов регулирования плодородия орошаемых земель, которые были бы более доступны производственникам} гораздо дешевле существующих, менее трудоемки при их выполкеник и отвечали требованиям экологической безопасности.

В этом состоит актуальность проводимых исследований,

Работа осуществлялась в рамках федеральной программы "Плодородие почв" по теме 05.07.07 "Разработать систему агромелиоративных мероприятий по регулированию гумуеного состояния орошаемых земель южных районов".

Предварительный анализ приемов регулирования почвенного плодородия показывает» что в качестве средств повышающих плодородие могут быть использованы промышленные отходы и местные минеральные залежи,

В орошаемом земледелии, в основном для солонцов и солонцовых почв, уже нашли применение отходы нефтеперерабатывающей (серная кислота), химической (фосфогипс), пищевой промышленности (дефе-кат), из местных задежей - глиногипс, глауконит.

Однако для создания дешевых удобрительных и мелиорирующих средств требуется поиск новых промышленных отходов и местных естественных залежей, которые позволили бы расширить материальную базу.

Цель работы - создать экологически чистые удобрительные и мелиорирующие средства на основе промышленных отходов и местного дешевого сырья для воопроизводства почвенного плодородия обыкновенных черноземов, орошаемых слабоминерализованной водой сульфатно-натриевого состава и разработать научно-методические основы и практические характеристики, определяющие их эффективность и диапазон применения в сельскохозяйственном производстве.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- изучить изменения свойств обыкновенных черноземов при орошении водой неблагоприятного состава и обосновать перспективные приемы воспроизводства их плодородия-,

- отработать технологию получения органе-минеральных компоотов;

- определить влияние органе-минеральных компоотов на свойства обыкновенных черноземов при орошении и урожайность сельскохозяйственных культур;

- оценить эффективность органо-минеральных компоотов о экологических позиций и экономической целесообразности.

Задачи исследований. Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

-- установить причины ухудшения плодородия орошаемых земель;

- изучить изменения свойств обыкновенного чернозема при орошении слабоминерализованной водой неблагоприятного состава и обосновать перспективные приемы воспроизводства их плодородия;

- выделить из множества отходов промышленных и естественных минеральных залежей лучшие компоненты для создания эффективных удобрительно-мелиорирующих средств, отработать технологию получения органо-минеральных компоотов, доступную производственникам и не требующую больших капитальных затрат;

- выявить влияние созданных органо-минеральных компоотов на свойства обыкновенных черноземов при орошении и урожайность сельскохозяйственных культур;

- оценить эффективность органо-минеральных компоотов для восстановления и повышения плодородия орошаемых черноземов с экологической и экономической позиций.

Научная новизна состоит в разработке органо-минераньных ком-постов, содержащих в одном средстве мелиорирующую и удобрительную основу и в обосновании применения их для восстановления плодородия деградированных в результате орошения земель,

Практическая ценность работы заключается в том, что производству предложен научно обоснованный ресурсосберегающий, высокоэффективный прием снижения и исключения негативных почвенных процессов, возникающих при поливах5 особенно слабоминерализованной водой неблагоприятного качества и, одновременно, восстанавливающий ш повышающий плодородие почв. Вое ето обеспечивает получение стабильных к высоких урожаев сельскохозяйственных культур при окупаемости капитальных затрат в 2-3 года. Предложена методика получения

и применения органе-минеральных шмпоотов и-рекомендована улучшенная технология восстановления плодородия орошаемых черноземов.

Для своевременного выявления скрытых негативных явлений, в особенности изменений гумусного состояния - основного фактора почвенного плодородия, рекомендованы дополнительные диагностические показатели, полученные путем решения уравнений регрессии. Исходя из таких уравнений, вная общее содержание гумуса (общедоступный вид анализа) можно определить статистическим путем содержание Гумилевых и фульвокислот» негидпролизуемого остатка или гумина, углерода подвижного органического вещества. Все эти показатели очень важны для обоснования приемов по регулированию почвенного плодородия, но они на уровне массовых анализов не проводятся, так как очень трудоемки в исполнении и относятся к дорогостоящим видам анализов. Статистические методы позволяют получить без особых затруднений эти показатели.

Основные положения выносимые на защиту;

- научное обоснование причин ухудшения плодородия орошаемых

земель;

- закономерности изменения водно-физических, физико-химических свойств, биологической активности» валового и минералогического состава обыкновенных черноземов при орошений (5-10 лет) слабоминерализованной водой неблагоприятного состава в сравнении с богарой*,

- оценка существующих и научное обоснование перспективных приемов восстановления плодородия орошаемых земель;

- теоретическая и экспериментальное обоснование получения органе- минеральных компостов с оптимальным соотношением компонентов при их приготовлении в лабораторных условиях и непосредственно в поле;

- зколого-мелиоративная оценка экспериментальных исследований в полевых опытах по выявлению влияния органо-минеральных шмпоотов в сравнении с существующими традиционными приемами (внесение фос-фогипса или навоза) на свойства деградированных черноземов, орошаемых слабоминерализованной водой сульфатно-натриевого состава;

- сравнительный анализ экономической эффективности различных вариантов химической мелиорации.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждается большим объемом экспериментального материала и статистической обработкой результатов с получением уравнений регрессии, характеризующихся тесными связями.

f

Апробация работы и публикации. Результаты исследований оформлены в виде научно-технических отчетов в 1993-1998 годы, проводимых в рамках государственной отраслевой научно-технической программы "Плодородие почв". Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях НИМИ и НГМД б 1995-1998 годах.

По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе: 2 рекомендации, учебное пособие, Е заключительных отчета, 7 статей,

Реализация результатов исследований. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проводились в ТОО "Приазовье" Неклиновского района Ростовской области,

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству, списка литературы, включающего 185 наименований. Текстовую часть (119 о.) дополняют 15 рисунков, 28 таблиц и 27 страниц приложений.

1. ПРИЧИНЫ УХУДШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

По масштабам ж эффективности орошения Ростовская область занимает одно ие ведущих положений в Российской Федерации. Здесь сосредоточено около 400 тыс. га орошаемых площадей.

Орошаемые земли в Ростовской области приурочены в основном к поймам и террасам рек Дон, Оая и Манда, где пролегают две почвенные зоны: черноземная и каштановая о рядом их подтипов и разновидностей.

Солонцы и солонцеватые почвы широко распространены в зоне каштановых почв на Верхне-Оальской, Пролетарской, Манычокой оросительных системах. В виде небольших пятен они встречаются и на остальных орошаемых вешшх и в поймах рек. В комплексе о черноземами солонцы встречаются реже.

Орошение земель сопровождается значительным изменением обводненности территории и гидрологического режима почв. Тем самым орошаемые земли фактически переводятся в другие, более влажные условия, что неизбежно сопровождается изменением протекающих в них процессов, а вместе с тем и свойств /1/.

Массированное орошение земель, в особенности черноземов, традиционными способами привело к ряду неблагоприятных тенденций в эволюции почв, падений не только эффективного, но и потенциального плодородия на больших площадях. Этому способствовали несовершенное проектирование, низкое качество строительства и эксплуатация оросительных систем /2/,

Исследования, проведенные на ключевых участках с различной продолжительностью орошения, показывают, что орошаемому земледелию сопутствуют как благоприятные (рассоление, раооолонцевание, увлажнение), так и неблагоприятные (переувлажнение к заболачивание, вторичное засоление, осолокцевание и ощелачивание, уплотнение и слитивация) процессы. С развитием негативных явлений одновременно наблюдается дегумификация почв и обеднение ее элементами питания -азотом, Фосфором, калием, кальцием /3/.

В одних случаях неблагоприятные последствия орошения развиваются весьма медленно, постепенно накапливаясь и проявляясь лишь через несколько десятилетий после начада орошения, в других же -буквально сразу в первый год полива.

Все это разнообразие результатов конкретных условий зависит от сочетания четырех факторов:

а) исходного состояния почвы (гранулометрического и минералогического состава, степени дренированностн, карбонатности, гумуси-ровшнооти) ;

б) качества оросительной воды (минерализации, щелочности, ионных соотношений);,

в) техники и режима орошения (поливной и оросительной нормы, сроков полива, характеристики поливных агрегатов, учета естественного увлажнения атмосферными осадками) ;

г) агротехнологии севооборота (сроков полевых работ, механической обработки почвы» сортовых особенностей культур» системы органических и минеральных удобрений),

Анализ результатов показал, что благоприятное сочетание указанных четырех факторов наблюдается значительно реже, чем неблагоприятное, что и ведет, во-первых, к малой эффективности орошения и, во-вторых, к негативным изменениям самих почв. Если эффективность орошения отражается главным образом на экономике сельского хозяйства, то изменение свойств почв более опасно, поскольку негативные экологические последствия подрывают саму природную базу земли /4/.

Причины формирования неблагоприятных условий, снижающих плодородие орошаемых земель, многообразны.

Переувлажнение и заболачивание почв

Подъем грунтовых вод на водораздельных пространствах и, особенно, на террасах при эксплуатации оросительных систем происходит из-за того, что они расположены в слабодренированных и бессточных условиях /5.6,7/. Находившиеся на глубине 20-30 м до начала орошения грунтовые воды за 10-15 лет орошения поднимаются близко к поверхности, причем, скорость подъема составляет десятки сантиметров, а местами достигает и метра в год. Главным фактором пополнения грунтовых вод является низкий технический уровень оросительных систем (открытая оросительная сеть, недостаточная искусственная дренированность, неупорядоченное водопользование и др.). На оросительных системах Ростовской области это привело за 30-летний период эксплуатации к переувлажнению (глубина грунтовых вод 1-2 и) более 20 % земель и заболачиванию (0-1 м) менее 1 Исследования показывают, что земли, подвергающиеся переувлажнению в основном среднеобеопечены элементами питания в вегетационный период. Это

объясняется созданием анаэробных условий, при которых образуются кедоокжшшные токсичные вещества^ блокирующие поступление питательных веществ б растения. Одновременно на постоянно и периодически переувлажненных почвах теряется гумус /ЗЛ

Вторичное засоление

Вторичное засоление - явление локальное, причиной которого является подъем минерализованных грунтовых вод выше критической глубины, либо превышение критического режима грунтовых вод. Вторичное засоление в значительной мере обусловлено также использованием для орошении воды с повышенной минерализацией или неблагоприятным химическим составом, а также вовлечением в орошение территорий в геоморфологическом отношении бессточных и присутствием площадей. занятых засоленными почвами, включая солонцовые комплексы с солончаковыми и оолончаковатыми безгипсовыми или глубокогипсовыми солонцами /3/,

Борьба о вторичным засолением основана на сооружении адекватного искусственного дренажа, что учитывается при строительстве новых и реконструкции давно действующих оросительных систем.

Осолонцевание

Ооолонцевание земель при орошении развивается в результате двух факторов:

а) периодическое поступление в почву солевых растворов из поднявшихся выше критической