Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние орошения на водно-физические свойства черноземов и их экологическую устойчивость (на примере Воронежской области)

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Влияние орошения на водно-физические свойства черноземов и их экологическую устойчивость (на примере Воронежской области)"

§

^ч „

На правах рукописи

ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ НА ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ

(НА ПРИМЕРЕ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ)

Специальность 06.01.02 "Сельскохозяйственные мелиорации"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов - 1997

Работа выполнена в Воронежском государственном аграрном университете им. К. Д. Глинки.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ, академик РАСХН, доктор технических наук, профессор М. С. Григоров.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, академик ААО и РЭА, доктор географических наук, профессор Н. А Мосиенко,

доктор сельскохозяйственных наук А. И. Хохлов.

Ведущее предприятие - АООТ ЦЧРГипроводхоз.

Защита состоится 10 октября 1997 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д120.72.01 в Саратовской сельскохозяйственной академии по адресу: 410710, г. Саратов, Театральная пл., 1, СГСХАим. Н. И. Вавилова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГСХА.

Автореферат разослан 10 сентября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук

А. И.Заварзин

ОБЩ&Я ХДРЛКГЕРИСГИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективное развитие сельскохозяйственного производства на современном этапе возможно за счет применения высоких технологий, к которым можно отнести оросительные мелиорации. Орошение является мопдаым фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Но наряду с повышением урожайности орошаемого гектара в последнее время стали отмечаться факты ухудшения состояния поливных земель и, особенно, черноземов. В Центрально-Черноземной зоне, Поволжье и Западной Сибире наблюдаются негативные явления на орошаемых черноземах: уплотнение, разрушение структуры почвы, образование поверхностной корки, снижение гумуса и т.п. Аналогичные процессы отмечены и за рубежом: в Венгрии, Румынии, Австралии, США. Они являются следствием несоблюдения норм водопользования, режимов орошения, низкого технического уровня оросительных систем, неучета качества поливной воды, несвоевременного выполнения мелиоративных мероприятий.

Таким образом, проблема влияния гидромелиораций на свойства черноземов и разработка новых подходов, направленных на сохранение и восстановление плодородия земель актуальна для всех орошаемых черноземов.

Цель и задачи исследований: Целью исследований является изучение влияния орошения сельскохозяйственных культур (на примере люцерны) на водно-физические свойства черноземов Воронежской области и их экологическую устойчивость.

Эта цель определила необходимость решения следующих задач: 1.исследовать влияние орошения на урожайность люцерны; 2-исследовать влияния орошения на динамику водно-физических

свойств черноземов; 3.исследовать экологическую устойчивость черноземов на орошаемых участке«;' 4.определить энергетическую эффективность экологически сбалансированного орошения на черноземах.

Научная новизна состоит в том, что на основании исследований установлено влияние уровня увлажнения чернозема на /рожай люцерны; проанализирована динамика водно-физических свойств орошаемых черноземов; разработаны прогнозные модели 1инамики их основных водно-физических параметров; рассмот-

рена сбалансированность орошаемых участков по урожаю и уровню увлажнения черноземов; дана оценка их экологической устойчивости.

Практическая значимость заключается в выдаче проектным, эксплуатационным организациям и специалистам сельскохозяйственного производства рекомендаций по уровню увлажнения, экологически и энергетически обоснованным нормам полива, учету динамики некоторых параметров водно-физических свойств на орошаемых черноземах Воронежской области, позволяющих рационально использовать и сохранять плодородие этих почв.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы при составлении научного отчета за 1990 -1995 г.г. (госрегистрация - номер 01.96.0051725), по которому имеются положительные заключения, и отчетов Черноземного института мониторинга земель и экосистем за 1993 - 1996 г.г., по которым даны положительные отзывы и акты внедрения НИР.

Апробация работы. Основные положения работы ежегодно докладывались на научно-практических конференциях Воронежских государственных агроуниверситета и университета с 1993 по 1997 годы, на двух международных экологических Форумах (Воронеж 1996, 1997).

Публикации. Опубликовано по теме диссертации 5 статей.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 141 странице и содержит: введение, шесть глав, вывода и предложения производству, 11 рисунков, 28 таблиц в тексте и 8 приложениях. Список использованной литературы включает 170 наименований, в том числе 5 иностранных авторов.

СОДЕИОВИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается актуальность принятого направления исследований, определены цели и задачи данной работы, научная новизна результатов исследований и их практическая значимость.

В первой главе приведены состояние и перспективы орошения в Воронежской области, анализ теории и практики оценки водного режима и изменений водно-физических свойств черноземов, влагообеспеченности растений, сбалансированности орошаемых участков и их экологической устойчивости.

Вопросы водного режима исследовались в фундаментальных трудах A.A. Роде, в работах С.А. Вериго, Л.А. Раэумовой, Л. С. Кельчевской и многих других.

Исследованием водопотребления сельскохозяйственных культур в Воронежской области занимались А.П.Дорохов, Т.П.Моту-зок, А.Ю.Черемисинов, И.П.Землянухин, С.П.Бурлакин и другие.

Как показывает многолетний опыт, орошение черноземов часто сопровождается негативными явлениями в почвах, которые по истечении некоторого времени выливаются в шгкрокатастро-фы. На основании обобщения и систематизации значительного количества опубликованных и собственных опытных данных установлено, что при сложившейся технологии поливов возможны негативные изменения в почве.

Важная роль в обеспечении условий жизни растений принадлежит водно-физическим свойствам почвенных горизонтов. Исследования В. Р. Вильямса, H.A. Качинского, A.A. Роде, А.Г. Дояренко, К.К. Гедройца, И.В. Ревута и многих других ученых показали, что они являются одним из важнейших факторов управления плодородием почв.

На базе углубленных знаний орошение вновь начало воз-врашаться к положениям высказанным еще В.В.Докучаевым, А.И. Воейковым, А.Н. Костяковым, Б .А.Шумаковым и другими, что при преобразовании природы нужно иметь в виду единую, цельную неразделенную природу, а не отдельные ее части. В связи с этим многие ученые: Б.Б.Шумаков, М.С.Григоров, И.П.Кружилин, Н.А.Мосиенко и другие считают, что предотвратить возможные нежелательные воздействия орошения на природу можно .только на основе целостного эколого-мелиоративного подхода.

Современное орошение вышло на новый качественный уровень с развитием системного подхода, математического моделирования сложных процессов как по отдельным факторам, так и по системе в целом. Основной задачей стал контроль за состоянием почвы, климата и формированием продуктивности растений. Примером могут служить комплексные модели О.И.Сиротен-ко, В.А.Платонова, Ван Лаара, Пфенинга де Фриза, Дж.Франса, 1ж.Х.М.Торнтли и многих других. В них задействованы одновременно расчетные блоки по агрометеорологии, агрохимии и поч-зоведению, физиологии, гидромелиорациям. Все это послужило основанием для создания различных автоматизированных систем.

Вторая глава посвящена природно-климатическим условиям Воронежской области и методике проведения исследований.

Воронежская область расположена в лесостепной и степной зонах• На территории области часто бывают засухи и суховеи, в среднем раз в три - четыре года. Орошение в области развивается за счет местного стока.

Исследования проводились на опытных участках агрофирмы "Левобережное" Новоусманского района и совхозе "Дон" Хохоль-ского района Воронежской области.

Природные условия в районах исследований, почвы, способы и техника поливов типичны для орошаемых черноземов области.

Почвы - обыкновенные и типичные черноземы, средние и тяжелосуглинистые, мощность*) от 0, 6 до 0,8 м, содержание гумуса 4,2 - 5,5 %, водно-растворимых солей 0,03 - 0,11

Водно-физические свойства черноземов в метровом слое почвы характеризуются следующими параметрами: плотность 1,1 - 1,34 г/см3, объемная масса 2,6 - 2,9 г/см5,пористость 30 -52 %. Уровень грунтовых вод колеблется от б до 9 метров.

Район исследований относится к зоне неустойчивого увлажнения со среднегодовым количеством осадков 530 мм, а за вегетационный период 300 мм.

Для исследования влияния орошения на черноземы принята следующая схема опытов:

1 вариант-без орошения (контроль);

2 вариант-без орошения с внесением удобрений дозой ИбоРиоКео;

3 вариант-орошение дождеванием при увлажнении 0-60 см слоя почвы поливной нормой 160 м3/га (0,4 от расчетной) с внесением удобрений в дозе ЯюРиоКбо;

4 вариант-то же поливной нормой (0,6 от расчетной) 240 м3/га;

5 вариант-то же поливной нормой (0,8 от расчетной) 320 м5/га;

6 вариант-то же поливной нормой (1,0 от расчетной) 400 м3/га;

7 вариант-то же поливной нормой (1,2 от расчетной) 480 м3/га.

Расчетная поливная норма определялась по формуле А.Н. Костякова для поддержания уровня увлажнения 0-60 см слоя почвы не ниже 75 % НВ.

Сроки поливов назначались для варианта 6 по достижению влажности почвы 75% НВ. В остальных варианте« сроки цринима-лись теми же. В результате такой схемы уровень увлажнения

почвы был везде разным, что позволяло получить вярокий диапазон воздействий орошения на нее.

Опыты проводились на фоне вносимых удобрений, нормы которых определялись балансовым методом (варианты 2-7). В производственных условиях исследования выполнялись на принятых в зоне и хозяйствах севооборотных участках.

Опыты на стационарных участках проводились с люцерной на зеленую массу по принципу единственного различия.

Ключевые участки располагались в севооборотной орошаемой и неорошаемой площади в соответствии со схемой чередования сельскохозяйственных культур полевого севооборота.

На опытных полях проводились следующие наблюдения:

• за температурой, влажностью воздуха, осадками, поливными нормами;

• за динамикой влажности почвы, поверхностным стоком, плотностью, общей порозностью, влагоемкостью, водопроницаемостью, структурно-агрегатным составом почвы;

• фазами развития растений.

По водно-физическим свойствам почвы определялись:

• плотность скелета (объемная масса) и порозность почвы (прибором и методом Н.А.Качинского) ;

• наименьшая влагоемкость почвы - методом заливаемых площадок с отбором почвенных образцов;

• водопроницаемость почвы-с помощью цилиндрического сосуда;

• естественная влажность почвы определялась термостатно-весовым методом. Отборы образцов проводились через 10-15 дней. Повторность взятия принята 4-х кратная. Глубина отбора - до 1 м. Образцы отбирались через каждые 10 см;

• структурное состояние черноземов - содержание механически прочных и водопрочных агрегатов, их распределение по профилю (по Н.И. Саввинову) .

Фенологические наблюдения и учет урожая проводились по общепринятым методикам (Б.А.Доспехов).

В третьей главе приведены результаты исследований орошения люцерны на черноземах.

Метеорологические условия, характеризующие климатические условия вегетации сельскохозяйственных культур в 1993-1995 годах были следующими: 1993 год был влажным, 1994 - ближе к засушливому, 1995 - нормальными по увлажнению

Исследования динамики влажности черноземов в течение вегетации люцерны 1993-1995 годов показали, что в результате выпадения осадков и проведения поливов в слое почвы 0-60 см в вариантах 4-7 увлажнение почвы было оптимальным и влажность не опускалась ниже 75% НВ. А в вариантах 1 - 3 в отдельные периоды вегетации она опускалась ниже 75% НВ.

Данные по урожаю зеленой массы люцерны при орошении согласно принятой схемы опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Влияние различных режимов орошения на урожай люцерны

на зеленую массу в вегетационный период 1993-1995 годы

Вариант Год Оросительная Урожай, Прибавка к контр.

норма, м»/га т/га т/га | %

1 1993 - 27,4 - -

контроль 1994 - 36,1 - -

1995 - 35,3 - -

1993 - 33,7 6,3 23

2 1994 - 42, 4 6,3 17

1995 - 42, 5 7,2 21

1993 320 41,6 14,2 53

3 1994 480 51,1 15,0 42

1995 480 51,0 15,8 45

1993 480 43,7 16,2 39

4 1994 720 53,7 17, 6 49

1995 720 59,0 23,7 67

1993 640 60,3 32,9 120

5 1994 960 58,1 21,9 61

1995 960 64,3 29,1 82

1993 800 63,8 36,4 133

6 1994 1200 60,7 24, 6 68

1995 1200 66,4 31,1 88

1993 960 55,5 28,1 102

7 1994 1440 57,3 21,2 59

1995 1440 62,3 27,1 76

Из таблицы 1 видно, что наиболее высокий урожай люцерны

60, 7 - 66,4 т/га получен в 6 варианте (поливная норма 400 ы3/га) . Прибавка к контролю - 25 - 36 т/га или 68 - 133 %. Немного ниже урожай - 58,1 - 64,3 т/га получен в 5 варианте (поливная норма 320 м3/га). По отношению к 6 варианту при экономии воды в среднем на 20% урожайность понизилась на б -13%, что свидетельствует о возможности использования такого варианта в случае необходимости экономии водных ресурсов.

В 7 варианте (поливная норма 400 м'/га) урозсайность снизилась по сравнению с шестым на 9 - 30 %, что говорит о нецелесообразности его применения.

Водопотребление люцерны за период вегетации в 1 варианте составило в 1993 году - 3566 м3/га, в 1994 -3152 м3/га и 1995 - 3186 м3/га коэффициент водопотребления был равен соответственно 130; 87,3 и 90,3 м3/т. В те же годы во 2 варианте оно составило соответственно 3768 м3/га, 3015 м3/га и 3171 м3/га, а коэффициент водопотребления равен: 112; 74,1 и 67,7 м3/т.

В вариантах 3 - 7 с увеличением поливной нормы водопотребление и урожай зеленой массы увеличивались, коэффициент водопотребления снижался. Наиболее низкие коэффициенты водопотребления наблюдались в 1993 году в 6 и 5 вариантах (72,0; 74,4 м3/т) ; в 1994 году в 6 и 5 вариантах (67,5; 68,5 м3/т) и в 1995 году в 5 и 6 варианте (62,7; 63,0 м3/т).

Таким образом, установлена целесообразность применения поливных норм в 320 и 400 м3/га.

Четвертая глава посвящена изучению влиянию орошения на водно-физические свойства черноземов, структурным изменениям черноземов при орошении.

Сегодня можно считать общепризнанным, что структура и плотность сложения почв являются основными параметрами, определяющими их физические свойства и влияющие на урожай. Для орошения важное значения имеют общая порозность, величи-на наименьшей влагоемкости и водопроницаемость почв.

В 1994 году опытами было установлено, что плотность почвы увеличивается в течение вегетации и достигает максимума в июле - сентябре. Общая порозность и влагоемкость уменьшаются и к концу вегетации достигают минимума. Но исследования в 1995 году показывают, что значения всех показателей возвращаются к тем же значениям, т.е. они близки к наблюдаемым весенним значениям предыдущего года. Очевидно, что в период от осени до весны эти показатели проходят процесс стабилизации.

Для исследования временной динамики водно-физических свойств орошаемых черноземов в дополнение к нашим данным использованы многолетние опытные данные (с 1982 года) кафедры мелиораций ВГАУ по орошаемым черноземам агрофирмы «Левобережное» Новоусмансконо района Воронежской области.

В таблице 2 приведены многолетние данные изменения водно-физических свойств чернозема типичного при орошении.

Таблица 2

Изменения водно-физических свойств под влиянием орошения

Срок Слой поч- Плотность, Общая пород- НВ, %

орошения вы, см г/см3 ность, %

до орошения 0-10 1,07 55, 4 36, 5

20-30 1,18 50, 8 31, 2

40-50 1,31 45, 4 28,1

5 лет 0-10 1,23 48,8 31,9

20-30 1,23 48,8 30, 6

40-50 1, 34 44,2 26,0

10 лет 0-10 1,18 50,8 35, 9

20-30 1,19 46,3 30, 6

40-50 1,22 51,2 25, 9

Плотность. Из таблицы 2 видно, что орошение увеличивает плотность черноземов, особенно в верхних слоях. Наиболее интенсивно она возрастает в первые пять лет, а затем скорость процесса значительно замедляется. Десятилетнее орошение оказывает стабилизирующее влияние на величину плотности.

Одной из основных причин такого уплотнения черноземов является их способность при хорошем увлажнении максимально уплотняться под влиянием сельскохозяйственных машин.

Обшая порочность. Общая порозности уменьшается при сроке орошения до 5 лет, но к концу 10 лет орошения несколько возрастает. Аналогичная картина наблюдается по спо/ш почвы.

Влаговмкость черноземов. Исследованиями установлено, что черноземы до орошения обладают высокой величиной НВ - 40,1%. Вниз по профилю ее величина постепенно уменьшается до 25,9%.

На всех участках орошения величина № уменьшилась по всему профилю. Характерно, что с увеличением срока эксплуатации орошаемых участков влагоемкость уменьшается не только в пахотном горизонте, но и в нижних 30 - 50 см. Особенно это заметно для первых пяти лет.

Водопроницаемость почв. Важной характеристикой орошаемых черноземов является водопроницаемость. Исследования показали, что для черноземов характерна высокая водопроницаемость. В результате орошения она изменяется, таблица 3.

Значительное уменьшение водопроницаемости почв отмечено в первые годы и некоторое восстановление в последующие. Это

Таблица 3

Изменения водопроницаемости черноземов при орошении, мм/мин

Срок Время впитывания, интервал наблюдений в часах

орошения 0,1 | 0,5 1,0 | 1,5 2,0| 2, 5 1 3'° 1 4,0 6,0

до орошения 9,4 5, 6 2,8 3, 6 3, 0 2,8 2,8 2,7 1,9

5 0,9 0, 6 0, 8 0,7 0,7 0, 6 0, 6 0,5 0, 5

10 2,6 2,5 2,0 1,9 1,9 2,1 1,7 1,7 1,6

15 5,9 3,3 3,1 2,7 2,6 2,5 2,5 2,3 1,8

является следствием изменения плотность, порозности и НВ орошаемых черноземов.

Структурно-агрегатный состав орошаеглзх черноземов. Опытами было установлено, что орошение заметно влияет на структуру черноземов до глубины 0,5 м. Так количество агрегатов более 10 мм при орошении увеличилось, а содержание фракций менее 0,25 мм уменьшилось за счет образования глыб.

Гумус. Количество гумуса так же изменяется при орошении. Так до орошения было 5,5%, через 5 лет орошения уменьшилось до 4,8%, а через 10 лет стало 5,2%.

Для прогнозирования изменений водно-физических свойств черноземов выполнено моделирование основных параметров.

Плотность черноземов. Из публикаций известно, что изменения плотности почв на орошаемых землях подвержены сезонным процессам, которые существенно меняют ее во времени в слоях до 0,5 м. Характер сезонных изменений имеет ярко выраженные два экстремальных значения - максимума в конце лета и минимума ранней весной. Затем изменения плотности повторяются и графически описываются "синусоидой". Опытные данные позволили получить зависимость, описывающую эти изменения:

Р/Рмах = 0, 96+0, 002Т (Т-0,1Т3+0, 75Т2-12, 5) (1) где: Р/Рмах - относительная плотность чернозема/

Т - номер суток по юлианскому календарю.

Обитая порочность черноземов. Анализ полевых данных, показывает, что между плотностью и общей порозностью существует связь. Коэффициент корреляции между рядами данных плотности и порозностью чернозема для слоя 0-60 см составляет (-0,85), а для слоя 0-100см (-0,83). Связь между ними описывается зависимостями вида:

• Для слоя почвы 0-60 см: ОП = 1/0,022(р)2 (2) среднее квадратическое отклонение - 0,175.

• Для слоя почвы 0-100 см: ОП = 1/0,022(р)2 (3)

среднее квадратическое отклонение - 0,173.

Для проверки полученных математических моделей сопоставим фактические значения опытных величин не входящих в вывод формул (ОП фак) с расчетными (ОП рас) по величине относительной ошибки расчета Л:

Л=ЮО(ОП фак - ОП рас)/ ОП фак, % (4)

Проверка полученных зависимостей показывает, что они имеют хорошую сходимость с опытными данными, и их можно использовать в расчетах.

Влагоемкость черноземов. Анализ опытных данных показывает, что между плотностью и величиной наименьшей влагоемкости так же существует связь. Коэффициент корреляции для слоя 0-60 см составляет (-0,86), а для слоя 0-100см (-0,85). Связь между ними описывается зависимостями вида:

• Для слоя почвы 0-60 см: НВ = -68,9*рг + 149 (5) среднее квадратическое отклонение - 0,234.

• Для слоя почвы 0-100 см: НВ = -69,0*рг +14 9 (6) среднее квадратическое отклонение - 0,265.

Результаты проверки показывает, что зависимость для слоя 0-60 см дает значительно лучшую сходимость, чем для слоя 0100. Ошибки лежат в допустимых пределах. Зависимости можно использовать в расчетах. Это позволит вносить коррективы в расчеты режимов орошения в течение вегетации.

В пятой главе исследуется вопрос экологической устойчивости орошаемых черноземов.

Понятие устойчивости в сельском хозяйстве исследовали: А.Н.Каштанов, В.А.Сорочкин, И.П.Макаров, В.Д. Муха, И.С.Кочетов и другие. Устойчивость земледелия в осуществлении поставленных целей достигается направленными воздействиями на почву и растения на основе информации о состоянии системы и внешней среды.

Воздействия меняют количественное соотношение в балансах и влияют на состояний почвы. Поэтому любые изменения связей и состояний приводят орошемый участок к неустойчивости. Например, орошение в первые 5 лет нарушает стабильность почвенных процессов, делая их неустойчивыми.

Если воздействие слабое, то система вернется назад в устойчивое положение. Но при большом - возможны необратимые процессы. Находящаяся в неустойчивом положении система может

существовать при наличии периодических воздействий (орошаемое земледелие), а при отсутствии будет стремиться к новому устойчивому положению.

Для сохранения черноземов необходимо поддерживать отношение приходных и расходных статей водного баланса равным единицы. Назовем такое соотношение показателем сбалансированности (Э) . Если то будет промывной режим почвы, а при Б<1 - растения имеют менее комфортные условия.

Важная роль в сбалансированности орошаемого участка принадлежит поливам, они регулируют ее и оказывают влияние на урожайность. Опытами установлено, что у люцерны самые высокие уровни сбалансированности приходятся на влажность почвы 84,3 - 85,3% НВ при наибольшей урожайности 86,4 т/га. С уменьшением влажности почв сбалансированность падает.

Устойчивость водно-физических свойств орошаемых черноземов рассмотрена на примере АЦСА при различных поливных нормах. Орошение существенно влияет на АЦСА черноземов, особенно на слой 0-10 см. В слоях 10-20 см и 20-30 см изменения меньше и синхронизированы во времени. С течением времени процессы стабилизируются. Важная роль принадлежит многолетним травам. Это подтверждает необходимость насыщения ими севооборотов для поддержания устойчивого равновесия в почве.

Математическое описание устойчивость имеет следующий вид: А1= Ап + Аае~|а (7)

где: А1 - прогнозируемое количество АЦСА;

Ап - количество АЦСА до начала орошения;

Аа - амплитуда изменений АЦСА; к - коэффициент;

t - продолжительность мелиоративного воздействия.

При к>0 возмущения в почве со временем затухают, а при к<0 будут нарастать. Математический анализ опытных данных по АЦСА орошаемых черноземов позволил получить коэффициенты к и сделать следующие выводы:

• в слое 0-10 см разрушение АЦСА имеет тенденцию к затуханию (к=0,005), подтверждая положительную роль люцерны;

• в слоях 10-20см (к=-0,008) и 20-30см (к=-0,02) разрушение АЦСА имеет отрицательную тенденцию. В слое 10-20см коэффициент мал и возможны процессы стабилизации при положи-

тельном воздействии на него. В слое 20-30см следует принимать специальные меры.

Таким образом, устойчивость каждой подсистемы орошаемого участка является характеристикой экологически-сбалансирован-ного ведения орошения. Особенно это актуально на черноземах.

Для оперативной оценки устойчивости и проведения экологического сбалансированного орошения предлагается использовать следующие простые показатели, отвечающие за плодородие почв. Например, оценка тенденции устойчивости плотности почвы можно определить по относительному показателю (П) :

П=Р,/Р! (8)

где Р0 - плотность черноземов до проведения орошения, Р! - то же в процессе орошения.

Значение относительного показателя П<1, указывает на развитие негативных процессов уплотнения почвы, П>1-на развитие позитивных процессов разуплотнения.

Аналогичны относительные показатели и для других водно-физических показателей: наименьшей влагоемкости (Я) , общей порозности (В) и водопроницаемости (V) , представляющие отношение их величин до и после орошения. Но для этих показателей значения меньше 1 укажут на развитие позитивных процессов, а больше 1 на негативные.

Для проведения мониторинга на орошаемых землях необходимо знать частоту определения основных показателей. На основании обобщения опыта орошаемых земель в Воронежской области, литературных источников, опытных данных предлагается следующая схема мониторинга орошаемых участков, табл. 4.

Рекомендуемая схема прошла апробацию в Черноземном институте мониторинга земель и экосистем в 1996 и 1997 года.

В шестой главе представлена энергетическая оценка выращивания люцерны на зеленую массу при разных поливных нормах.

Энергетическая эффективность разных режимов орошения определялась прибавкой урожая зеленой массы люцерны (относительно 2 варианта) от поливов и энергетическими затратами на ее получение. Поэтому в энергозатраты (варианты 3-7) включались энергозатраты на строительство и обслуживание оросительной сети из расчета количества поливов в вегетацию и площади орошения (табл. 5) . Из неё видно, что получена положительная энергетическая эффективность орошения, выход

энергии заключенной в дополнительном урожае превышает энергозатраты на орошение.

Таблица 4

Мониторинг орошения сельскохозяйственных культур _на черноземах_

Значе- Характер Частота Примеча-

Показатели ния процессов наблюдений ния

Орошаемый участок

Сбалансиро- Э>1 промывной при

ванность г<1 режим не поливах

орошения сбалансирован

Водно-физические свойства черноземов

Плотность ГП>1 раз уплотнение Ежегодно:

П<1 уплотнение в начале вегетации

АЦСА С>1 агрегатироване Раз в 3 В

С<1 разрушение года зависи-

НВ »>1 снижение Раз в 3 мости от

(»<1 увеличение года интен-

Общая Е>1 снижение Раз в 3 сивности

порозность В<1 увеличение года исполь-

Водопроница- У>1 снижение Раз в 3 зования

емость У<1 увеличение года

Таблица 5

Энергетическая эффективность выращивания люцерны на зеленую массу при различных водных режимах_

Показатели Варианты

3 4 1 5 1 6 7

Энергия в прибавке 19140 24860 34540 40260 32780

урожая, МДж/га Совокупные затраты 3850 4442 5034 5626 6217

энергии

Коэффициент 4,9 5, 6 6,9 7,1 5, 3

энергв тической эффективности

Уровень интенсификации, % 390 460 586 613 427

Наиболее высокие показатели энергетической эффективности получены в вариантах б и 5 при орошении поливными нормами 400 м3/ га и 320 м3/га.

Следовательно, орошение на черноземах Воронежской области оправдывает себя.

в н в о д ы

1.Исследования динамики влажности черноземов опытных участков показали, что влагозапасы в почве в течение вегетационного периода люцерны находятся в приделах 71,2 - 81,9 %НВ, минимальные могут опускаться до 65 %НВ. Это подтверждает необходимость орошения.

2.Орошение обеспечивает прибавку урожая люцерны на зеленую массу на 68 - 132 % в отличие от неорошаемых почв.

3.Опытами установлено, что наиболее высокий урожай люцерны 60,7 -66,4 т/га получен при поливах нормой 400 м3/га - прибавка к контролю составила 24,6 - 36,4 т/га.

4.При поливах нормой 320 м3/га урожай составил - 58,1 - 64,3 т/га. По отношению к варианту с поливной нормой 400 м3/га, урожайность понизилась на 6 - 12,5 %, экономия воды составила 20 %, что говорит о нем, как о ресурсосберегающем варианте .

5.Исследовано влияние различных уровней увлажнения на водо-потребление люцерны на черноземах опытных участков. Установлено, что минимальные коэффициенты водопотребления соответствуют поливам нормой 400 и 320 м3/га.

6.Исследования влияния орошения на водно-физические свойства черноземов показали, что они очень динамичны. Плотность почвы достигает максимальных значений к концу вегетации до 1,31г/см3 в 0-100см слое почвы. Общая порозность и величина НВ наоборот уменьшаются, примерно на 25% от начальных.

7.Установлено, что на изменения водно-физических свойств черноземов влияет продолжительность орошения. Практически все характеристики ухудшаются, особенно интенсивно в первые 5 лет, затем - период стабилизации, а при наличии многолетних трав в севообороте и могут возвращаться к прежним значениям. Это обосновывает необходимость иметь в севооборотах травы.

8.Водопроницаемость черноземов при орошении значительно уменьшается в первые 5 лет до 10 раз. При 15 летнем орошении она возрастает, достигая 59 - 61 % от начальной.

9.Структурно-агрегатный состав орошаемых черноземов слое 0 -50 см так же претерпевает значительные изменения, особенно в первые годы. Увеличивается количество агрегатов более 10 мм и уменьшается содержание фракций менее 0,25 мм.

10.Энергетическая оценка орошения люцерны на черноземах показала, что оно окупает себя, наиболее эффективными являются поливы нормами 400 - 320 м3/га.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1.Для производства, на основании опытного материала разработаны математические зависимость общей порозности и НВ от плотности сложения чернозема.

2.Исследования экологической устойчивости орошаемых черноземов позволили выявить оптимальный диапазон увлажнения почвы в 84,3 - 85,3 %НВ.

3.Для производства рекомендуются простые зависимости и рабочие графики для определения отклонений от устойчивого сбалансированного ведения орошения.

4.Рекомендуются сроки и частота наблюдений за основными показателями водно-физических свойств орошаемых черноземов и орошаемого участка в целом, которые позволят сохранить плодородие псчв и получать гарантированные урожаи.

Список оспозсиз работ, онубхжзованнвх по техе хжссертацжя:

1.Влияние орошения на водные балансы черноземов/Стабилизация развития АПК ЦЧР на основе рационального использования природного потенциала.-Воронеж, 1996.С.125-126 (в соавторстве) .

2-Естественное изменение плотности черноземов по сезонам/ Стабилизация развития АПК ЦЧР на основе рационального использования природного потенциала.-Воронеж,1996.С.170-172.

3.Концепция управления экологически сбалансированным орошением сельскохозяйственных культур/ Биологические проблемы устойчивого развития природных экосистем.-Воронеж, ч.2, 1996. С.90-92 (в соавторстве).

4.Экологическая характеристика мелиорируемых агроэкосистем/ Биологические проблемы устойчивого развития природных экосистем. -Воронеж, ч.2, 1996.С.92-95.

5.Концепция устойчивого развития сельскохозяйственных мелио-раций на основе экологии //Экологический вестник Черноземья. -Воронеж, вып.4, 1996.С.50-51 (в соавторстве).