Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ НОРМ ПОЛИВА СТОЧНЫМИ ВОДАМИ НА МЕЛИОРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВО-ГРУНТОВ И УРОЖАИ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ НОРМ ПОЛИВА СТОЧНЫМИ ВОДАМИ НА МЕЛИОРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВО-ГРУНТОВ И УРОЖАИ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ НОРМ ПОЛИВА СТОЧНЫМИ ВОДАМИ НА МЕЛИОРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВО-ГРУНТОВ И УРОЖАИ' МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ

(на примере дерново-слабоподзолистых супесчаных почв Подмосковья)

На правах рукописи

Нина Ивановна ХАРЧЕВНИКОВА

Специальность 06,01.02 — мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1974

Работа выполнена на кафедре мелиорации Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева. Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных

наук профессор /в. В. Колпяков. j

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук профессор М, Н, Першина, кандидат сельскохозяйственных наук И. П, Канардов.

Ведущее предприятие — Всесоюзный к аучно- исследовательский институт по сельскохозяйственному использованию сточных вод (л/о Купавна Ногинского района Московской области).

Автореферат разослан «"ТУ .» .ЗР^/^УФ^'. 1974 года.

Защита состоится « Л . » . ¡VAi. 195$"Т.

в час. на заседании Совета факультета агрохимии и

почвоведения ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА (10-й корпус).

Отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу; 125008- Москва А-8, ул. Тямирязевская, 49, корпус 8, —s. _

Ученый секретарь Совета--tA

доц. Ф. А. Девочкин

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие всех отраслей ^ народного хозяйства, строительство городов и населенных пунктов вызывает резкое увеличение общего водопотребления, в результате чего непрерывно повышается и количество сточных вод. Сточные воды часто без: достаточной - очистки и обезвреживания сбрасываются в реки и водоемы, загрязняя их, тогда как орошение сточными водами:^ является эффективным мероприятием по повышению продуктивності! кормовых угодий II средствомпредохранения водоемов от загрязнения.

В Постановлении майского (1966 г.) Пленума ЦК КПСС и основах водного законодательства Союза ССР и-союзных республик (1970 г,) использование сточных вод на земледельческих полях- орошения- (ЗПО) рассматривается как ■ эффективное средство повышения-урожайности сельскохозяйственных культур и как перспективный способ предотвращения от загрязнения рек и водоемов.-

В настоящее время площадь орошения сточными водами в нашей стране составляет примерно 90 тыс. га, в перспективе намечается довести ее до 2,6 млн. га: Только в Московской области площадь ЗПО составляет 4,2<тыс. га, намечается увеличить ее до 50-тыс. га и . прежде всего в районах восточного сектора, в т, ч. и в - Ногинском районе,. где многолетний опыт орошения стоками кормовых угодий показал * его высокую эффективность..

Почвы Ногинского района в основном представлены легкими супесями, которые'относительно однородны по своему механическому составу. Легкий механический состав и высокая водоотдача почво-грунтов заставляют особенно внимательно относится к выбору норм орошения сточными водами. Однако до настоящего времени еще не выявлены наиболее рациональные поливные, нормы и недостаточно изучено их влияние на почво-грунты. В данной работе изучались следующие вопросы:

1, Изменение основных водно-фнзических и гидрологических свойств почв и грунтов легкого механического состава под влиянием; различных норм полнвасточными водами.

ІЦ-лт^і^-...,,, іма Сі,5яііоіела 1

і..'. л.

ил Д. а С.П

2. Влияние различных, норм полива сточными водами на водный, пищевой и солевой режимы почв и грунтов.

3. Зависимость урожая многолетних трав и их химического состава-от размера поливных норм.

4. Нормы и коэффициенты суммарного расхода воды многолетними травами-в зависимости от норм полива на легких дерново-подзолистых почвах в условиях Московской области.

5. Экономическая эффективность использования сточных вод при орошении многолетних трав.

Диссертация состоит из введения, о глав, выводов и предложении, изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 51 таблицу и 29 рисунков.. Список использованной литературы включает 270 названий, нз них 12 зарубежных. Кроме того имеются приложения, состоящие из 75 .таблиц.

Место и условия проведения полевых исследований

Экспериментальная работа выполнена в 1967—1969 годах на ЗПО Центральной научно-исследовательской станции- по сельскохозяйственному использованию сточных вод (ЦНИССБ), расположенной в Ногинском, районе Московской области вблизи пос. Купавна.

Климатические условия. Московская область относится к зоне достаточного увлажнения, но сумма осадков за летний период сильно колеблется, в результате чего в три-четыре года из 10 лет создаются неблагоприятные условия водо-потребления сельскохозяйственных культур. Это вызывает необходимость применения орошения. Однако недостаток водных ресурсов, особенно вокруг таких, крупных городов как Москва, требующих огромных объемов воды, для : водоснабжения населения и промышленности, ограничивает возможность применения орошения. В первую очередь пагубное влияние периодических засух и отсутствие орошения сказывается на устойчивости кормовой базы животноводства в районах с легкими супесчаными почвами восточного сектора области.

Годы проведения исследований были различными по метеорологическим условиям. В 1967 г, за вегетационный период (V—IX) выпало 272 мм осадков, что составило 65,6% обеспеченности, среднегодовая температура воздуха на 0,3°С была выше сред нем ноголетнеи; лето — сухое и теплое.. 1968 год был ближе к среднемноголетнему. Количество осадков за период вегетации 290 мм (56% обеспеченности), весна— теплая, лето прохладное," среднегодовая температура-на 0,8°С была ниже среднемноголетней. 1969 год отличался суровой и малоснежной зимой, холодной весной, более* прохладным-и дождливым летом. Количество осадков за период

вегетации составило 387 мм (34,4% обеспеченности), сумма температур на 210°С была ниже сред немноголетней, что неблагоприятно сказалось на росте, и развитии с.-х. культур.

Геоморфология Ногинского района .характерна для Мещерской низменности. Земледельческие поля: орошения (ЗПО) ЦНИССВ расположены на флюшюгляциальных: песчаных отложениях мощностью 20—25 м, подстилаемых горскими глинами мощностью 0,5—5,0 м (по данным ВСЕГИНГЕО).

Почвы опытного ■ участка дерново-слабоподзолистые, супесчаные. Преобладает фракция песка от 58 до 97% и незначительное содержание физической глины, от 2,4 до 19,9% (в слое 0—500 см). Песчаная толща в значительной степени сложена разнозернистыми хорошо фильтрующими: песками. Коэффициент-фильтрации ( по данным ВСЕГИНГЕО) колеблется от 2 до 4 м/сут„ а нижележащей толщи — в пределах 13—19 м/суткн.

Толща супесчаных отложении на глубине 0—5,0 м содержит большое количество тонких прослоек ГЛИНЫ 11 отдельных линзообразных включений ортзанда.

Основная характеристика почво-грунтов. опытного участка приведена в табл. 1.

Таблица 1

Глубина слоя, см 3 1 н ч •а. щ Рэ ы 1 я « ь- - 0 а ■О-ё О , О ий (Ц- н = 2 «А- * га И ,§3 8 = С— а ь: * А ■« = 5 Л 3 в и _ 31 <Я § о. в; Й СЗ 2 о ■ г " . " = * в- . а л и 5 5 у а: 0 =: С § о я = ^ ¡2

------—^

0—20 2,61 1,63 37,6 23,10 13,54 2,5 3.35

20—40 2,69 1,73 35.7 21,6 8,56 1,21 1,64

40—60 2,65 1.67 37,0 22 2 6,65 0,89 1,19

60—80 2,67 1.71. 36,0. 21.05 6,96 0.95 1,28

80—100 2.72 1,63 38,3 22,80 6.65 0,85 1,14

100—160 2,66 1,71 33,5 21,2 7,34 0.62 0,83

160—200 2,63. 1.63 35,55 21,31 7.01 0,47 о.еэ

200—250 2,69 1,64 39,0 23,78 7.17 0,42 0,56

250—300 2.64 1,60 33,4 24,6 7,39 0,94 • 1,26

300—350- 2,63 1.61 33,8 25,10 7,34 1,13 1,51

350—400 2,65 . 1,63 38,5 23,6 7,24 135 1,81

400—450 2,66 1,61 ■ 39.4 24.5 6,92 0,77 1,03

450—500 2,63 1,61 38,3 24,10 7,70 1,35 1,81

■ПОЧВЫ ИМеЮТ НИЗКОе рПОтеНЦИаЛЬНОе И ЭффеКТИВНОе 'ПЛОДО- . родие. Количество перегноя в пахотном, слое 1,25—0,68%; подвижных. форм калия — 5,25—2,8, фосфора — 3,75—3,12 мг на 100 г почвы, кальция —0,13—0,03, магния — 0,05, калия — 0,03—0,02, натрия — 0,11—0,91 ^экв на 100 г почвы, общая

щелочность — 0,05—0,69, содержание хлоридов и сульфатов незначительно. Реакция почвы кислая, рН^ЗД—3,8.

Грунтовые воды на ЗПО (по данным ЦНИС.СВ) залегают на глубине от 3 до 11 метров от дневной поверхности и имеют хороший естественьш отток, а на опытном участке их глубина свыше 10 метров. В естественных условиях химическим состав грунтовых вод на территории окружающей ЗПО в течение года изменяется незначительно. Минера л нзацин грунтовых вод доходит до 300 мг/л, БПК5 не более 3—5 мг/л О:, бихроматная окисляемость составляет 10—15 мг/л Оз; нитраты, аммиачный азот, специфические органические н минеральные вещества отсутствуют.

В условиях многолетнего круглогодового приема и использования сточных вод для орошения естественное состояние грунтовых под изменяется, в основном, в первые 2—3 года орошения. Их минерализации, на ЗПО увеличилась с 300 до 650 мг/л. В летний период повышается содержание хлор-иона и натрия. Амплитуда колебания уровня грунтовых вод на полях орошения незначительна.

Характеристика сточных вод. Для орошения использовалась сточные воды Кунавинской тонкосуконной фабрики, которые, как показали исследования ЦНИССВ, характеризуются слабой щелочной реакцией (рН^7,1—7,2). невысокой концентрацией растворенных веществ (537,0—664,0 мг/л) и бнкарбонатио-сульфатным составом. Температура сточных вод около 20—22°С. В составе катионов преобладает натрни (74,7—82,0 мг/л), кальция и магния — 58,0—71,5 мл/г. Содержание органических веществ небольшое. Величина Гшхро-матнон окнсляемости от 240 до Г>40 мг/л 0;, перманганатной от 36 до 107 мг/л 03, БШ(5- 50—75 мг/л 02. Удобрительная ценность этих сточных вод невысокая. Содержание общего азота — 36,7—42,0, калия — 4,3-~!0,0 и фосфора0— 2,5 мг/л.

Методика и схема полевых и лабораторных исследований

Опыты проводились с многолетними травами. На опытном участке 18 мая 1967 г. широкорядной сеялкой СУК-24А был проведен посев злаковых многолетних трав (ежа сборная 15 кг/га+ овснннца луговая 10 кг/га) с одновременной поделкой валиков. С целью более объективной оценки действия сточных вод на водно-солевой, шицевой режимы почв н урожай многолетних трав, а также н их качество при различных нормах полива удобрения не вносились, за исключением гранулированного суперфосфата, вносимого при посеве в качестве «балласта» в количестве 110 кг/га. Опытные делянки располагались в три яруса, повторность трехкратная. Размер делянок и защиток-Яв72 мг.

Полевые опыты с различным» нормами полива проводились по следующей схеме.

Схема долевых опытов

Варианты Число Поливная норма, м5/га Орослгельная

поливов норма, м^/га

I Контроль, без

орошения — 6000

II 6 1000 сточной водой,

Ш 3 2000 » * » 6000

IV 2 3000 » » 6000

V ] 6С0Э » » 6000

VI I 10000 » » . юэоо

VII п 3000 чисто"! водой 6000

Наряду с полевыми опытами проводились исследования в лизиметрических колонках, которые имели высоту 2,5 м и диаметр 10 см. Исследования эти имели целью выявление накопления н вымывания питательных веществ, а также водорастворимых солей при тех же нормах, что и в полевых опытах, но без культуры многолетних трав. В полевых опытах орошение проводилось в период вегетации многолетних трав. Способ полива — напуск по полосам. Объем воды, подаваемый на делянку, определялся по расходу воды и продолжительности полипа, а расход воды — объемным способом.

Первый полив проводился одновременно по всем вариантам, последующие— из условия равномерности распределения оросительной нормы, согласно схеме, с учетом влажности почвы.

Перед поливами отбирались пробы сточной и чистой воды, химический состав которых определялся по методике Ю. Ю. Лурье и Л. И. Рыбннковой (1960),

Санитарно-бактернологнческпе исследования сточных вод, почвы и многолетних трав проводились совместно с институтом медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марцпновского (ИМПнТМ) по их'-методике. Водно-физические свойства почв определялись по методике С. В. Астапова.

Морфологическое описание почв опытного участка произведено по, методике, разработанной Почвенным институтом им. Докучаева АН СССР.

Влажность почвы определялась" весовым, методом, в трехкратной повторностп до глубины 5 м (по слоям 20 см до глубины 2 м и далее через 50 см).

Изменения уровня грунтовых вод и химического их состава при орошении сточными водами даны на основании наблюдений, Проведенных ВСЕГИНГЕО и ЦИИССВ. Для ме-

тсорологнческои характеристики 'использованы данные ближайшей метеостанции Щемиловской партии ВСЕГИНГЕО (расположенной в 5 км от опытного участка).

Микробиологическая активность почвы определялась еои-местно с микробиологической.лабораторией ЦНИССВ по методике, принятой в сельскохозяйственной микробиологии. Активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов — методом «аппликации» (методика И, С. Вострова и А. Н. Петровой).

_ Валовое содержание питательных веществ и воднорас-творимых солей в почве определялись в сроки: исходные при закладке опытов, после первого полива" и после третьего года исследований. Агрохимические анализы, выполнены по методике Е. В.Аринушкинон (1961).

Укосы проводились в период начала цветения (15—20%). Урожай многолетних трав учитывался сплошным методом. Данные обработаны методом дисперсионного аналнза. Содержание питательных веществ п травах определялось по общепринятой методике.

Экономическая эффективность рассчитана по методике, рекомендованной Д. Т. Зузиком (1966 г.) н ЦНИССВ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

1, Влняниеорошения сточными водами на водным режим почвы

Наши исследования показали, что полив сточными водами благодаря поступлению органических веществ и минеральных солей оказывает существенное влияние на плотность почвы, ее агрегатный состав и другие физические- свойства. Объемный вес почвы при орошении сточными водами нормами полива от 1000 до 10000 м3/га в слое 0—20—40 см заметно снижался. С повышением размера поливных норм от 6000 до 10000 м3/га это снижение было более заметно, "в связи с чем увеличивалась и порозность почвы. Полив чистой водой не повлиял на объемный вес, но порозность почвы заметно уменьшилась. Предельно полевая влагоемкость почвы имела тенденцию некоторого повышения ло сравнению с контролем. Причем заметное повышение ППВ было отмечено при небольших поливных нормах 1000 и 2000 м5/га (при б и 3-х поливах).

Полив сточной водой оказал воздействие на микроагрегатный состав почвы. Исследованиями была установлена обшая тенденция разрушения крупных почвенных частиц 5—1 мм в пахотном и особенно в подпахотном слое и значительного увеличения фракций частиц 1—0,25 и ниже. Осо-6

бенпо заметно увеличение содержания иловатых частиц. При высоких поливных нормах 6000 м3/га количество частиц диаметром 0,001 мм в слое 0—40 см увеличилось за 3 года с 0,39 до 0,45% по сравнению с контролем. При полисных нормах 1000 и 2000 м3/га — до 0,53%. Орошение сточными водами оказало существенное влияние на запасы почвенной влаги. Причем было отмечено/что на дерново-слабоиодзолнстых супесчаных почвах благодаря высокой водоотдаче верхних и глубоких слоев очень трудно поддерживать влажность почвы, близкую к оптимальной (70—80% ППВ). В наших полевых опытах заметное увеличение запасов влаги с 58—63% до 00—95% ППВ наблюдалось только после полива (в слое 0—20 см). Причем, несмотря на большие колебания поливных норм (от 1000 до 10000. М3/га), прибавка влаги была более или менее стабильной. Содержание влаги после полива п слое 0—40 см увеличивалось с 49% от ППВ до 96—100%-, г. е. всего на.37—40%; в слое 0—100 см увеличение было ие свыше 32—35%. Наибольшие'прибавки воды п различных слоях почвы говорят о большой водоотдаче-И НИЗКОЙ ВОДО-удерживающей способности ее. Это указывает на то, что на супесчаных почвах не следует применять большие нормы н давать очень редкие поливы.

Исследования показали, что супесчаные дерново-слабо-нодзолистые почвы удерживают небольшое количество не только общей, но и продуктивной влаги. В наших опытах запасы продуктивной влаги в слое 0—100 см, 0—200 см были устойчивыми. На контроле эти запасы составляли соответственно 525 и 1112 м3/га, на делянках с различными поливными нормами запасы продуктивной влаги отличались незначительно. Поливы повышали их в среднем в 2,0 раза, причем это увеличение было весьма устойчивым н мало зависн-ло от размера поливных норм. Соотношение продуктивной и общей влаги характеризовалось высоким коэффициентом (Кп). Если для суглинистых почв обычно Кп = 0,5—0,6, то для супесчаных почв он был равен 0,65—0,85. Значение коэффициента продуктивности влаги (Кп) после полива в зависимости от размера поливных'норм приведено в табл. 2.

Т а бл и на Ц

Глубина слоя в м Размер лолшшой нормы, м3/га

контроль без орошеши 1000 | 2000 зооо 6000 ЮОСО ЗОЮ *

0-1,0 0—2,0 * Чиста 0,65 0,74 я вода. Значение к 0,78 0,81 0,81 0,84 «ффишш 0,82. 0,85 та Кп 0,7!) 0,83 0.80 0.84 0,78 0,83

- 2. Влияние различных норм орошения на основные гидрологические к мелиоративные свойства почво-грунтов

Гидрологические свойства почво-грунтов, а именно: показатели водопроницаемости, глубины промачивання, емкости н дефицита насыщения (т. е, свободной влагоемкости) играют важную роль в мелиоративных исследованиях. На основании этих данных можно прогнозировать вертикальные сбросы воды, подъем грунтовых-вод, перемещение по-глубине почвенного слоя органических веществ и воднерастворимых солен, поступающих со сточной водой, а также скорость впитывания и фильтрации почв и грунтов.

Скорость впитывания и фильтрации определялась при заливе специальных площадок:, для поливной нормы 1000 м3/га она составила в среднем 0,33 см/мнн., для 2000 м3/га— 0,244 см/мни., при 3000 м3/га — 0,20 см/мнн., а при норме 10000 м3/га — 0,13 см/мин.,'время полного впитывания этой нормы колебалось от 11 до 16 часов.

При орошении сточными водами большое значение имеет, премя впитывания, известно, что процесс биохимической очистки сточных вод происходит при взаимодействии их с грунтом не более 3-х часов в слое 1,5—5,0 (по данным ЦНИССВ). После чего происходит только процесс механической очистки.

Время впитывания и фильтрации при поливной норме свыше 3000 м3/га составило более 2.5 часа, а при 4000 ма/га 3,0—3,5 часа. Это указывает на то, что при подаче норм свыше 3000 м3/га..возрастает время впитывания (более 3-х часов), что может ухудшить очистку сточных вод.

Одноразовые поливные нормы размером до 3000 м3/га. вполне приемлемы при орошении сточными водами легких супесчаных почв при глубине грунтовых вод не менее 10 м, так как при этом время впитывания составляет не более-2,5 часов. .

Глубина и: коэффициенты вертикального промачивання. С увеличением нормы полива глубина промачивання возрастала, а коэффициент уменьшался. При поливной норме 1000 м'/га, которая поглощалась целиком 2.0 м толщей почвы коэффициент вертикального промачивання (Ksn ) был равен 20, при 2000 м3/га —>15; при 6000 м3/га —>5,0, а при 10000 м3/га—>5. При поливе сточными водами нормами 6000—10000 м3/га на супесчаных почвах вода с фильтрационным потоком может проникать в грунтовые воды (т. е. на глубину 10—<11 метров).

Емкость и дефицит насыщения почв н грунтов. Легкие супесчаные почвы благодаря высокой водопроницаемости обладают невысокой общей к фактической емкостью насыщения. Так, в наших опытах при поливных нормах or 1000 до

10000 м3/га общая емкость насыщения супесчаных ночво-грунтов опытного участка (вычисленная по-скважности) по глубине почвенного слоя изменялась в следующих пределах: для метрового слои она составляла 3487 м3/га, 2-метрового слои — 7091 м3/га, 3-метрового—Ы 005 м3/га, 4-метрового — 1-1 950 м3/'га и для 5-метровой толщи — 18 860 м5/™.

Фактическая емкость насыщения была невелика и состап-ляла после поливов нормами 1000—10000 м3/га не более 37—(5% общей емкости. Коэффициент насыщения был очень устойчив до глубины 5,0 м и по слоям почвы составлял 0,22— 0,23. При орошении он несколько повышался. Свободная емкость насыщения до ППВ изменялась незначительно и для слоя 1,0—2,0 м была равна: на контроле 609—1119 м3/га, при поливе нормами 2000 м3/га — 543—988 м3/га, 3000 м3/га — 573—1035 м3/га, при 10000 м3/га — 600—'1032 м3/га. Это еще раз указывает на то, что супесчаные >почвы обладают слабой водоудерживающей способностью л высокой водоотдачей.

Величина и.коэффициенты вертикального сброса. Приоро-шенпн сточными водами большое количество воды может быть сброшено из верхних слоев в более глубокие. Причем, как показали наши исследования, объемы и коэффициенты вертикальных сбросов воды зависят от размера поливных норм. При относительно небольших поливных нормах 1000— 2000 м3/га через однометровую толщу почвы сбрасывалось 551 —1397 м3/га, коэффициенты вертикальных сбросов составили 0,55—0,70, при 3000—6000 м3/га соответственно 2277— 5323 м3/га, а коэффициенты 0,77—0,88. При 10000 м3/га через метровый слой почвы сбрасывалось 93%. При повышенных нолнвпых нормах 6000—10000 м3/га сброс воды через 3-метровый слой почвы достигал большой величины и составлял 72—84%, а через 5-метровую толщу при 10000 м3/га он был равен 75%-.

Влияние различных норм орошения сточными водами и чистой водой на химический н пищевой режимы почвы

Изменение содержания питательных веществ в почве. Исследования показали, что после 3-летнего орошения сточными водами нормами Ю00, 2000 3000 мэ/га увеличилось содержание органического вещества в слое 0—20 см до 2,3% н уменьшилось его содержание при поливе нормами 6000, 10000 м3/га,.а также при поливе чистой водой. Поливы сточной водой на всех вариантах опыта увеличили в верхнем слое почвы количество общего азота, подвижного фосфора и емкость поглощения (табл. 3).

Содержание калия в слое 0—20 см уменьшилось, но наличие подвижных форм его и фосфора при поливе сточной во-

до» {от 2000 до 10000 м3/га) наблюдалось и более глубоких слоях почвы. Содержание поглощенного натрия в слое 0— 20—40 см увеличилось более, чем в 3 раза.

Общее количество накопленных солей в верхном слое почвы равнялось 0,034^о сухого остатка, значительно снижаясь по глубине почвенного профиля.

Таблица 3

Влияние 3-летнего орошения сточными водами на плодородие дер ново-слабо подзол истой супесчаной почвы

Поливная норма, м'/га 3 сэ О К . о M * U о в; о ей 0 1 ; О О С. ô о. CJ ^ 1-і И - о Щ s -ч •5 К і^ S СП * і* à s, ^ * ^ с л X л О яЯ а « ё ь ' S 5 к Cj Й а мг на 100 г тючви

млів на 100 г почвы К:0 Р;0*

Контроль 0-20 ,"3,2 1,52 0.0SÔ 4,31 2 12 5,5 5,0 Э.5

бел •0—40 4.85 0.23 0,023 3,3 Ï.27 2,3 3.8 3,53

орошення

1000 0-20 4,6 2,2 0.218 5.1 3,4 6.00 3.02 3,75

20-40 4.6 1,05 0,105 4,1 2,17 4,80 3,86 2,40

2000 0-20 6,0 2,15 0,2017 4,20 1.74 4,95 3,14 2.75

20-40 5,15 1.07 0,1032 2.27 1,78 3,20 3,8 2.70

3000 0-20 6.6 2,33 0,197 4,1 1,44 4,15 2,78 3,6

20-40 6.СТ. 1,07 0,1С5' 3.0 1,02 5,00 4.81 3,3

6Û03 0—20 6.38 0,97 0,С90( 4.65 1.27 3,1 3,25 3.6

20-40 '6,20 0,61 0,0608 3,80 1,10 2.4 3,62 4.1

10 ОСО 0-20 5.4 0,733 0.093-1 3,8 2,033 2,5 2,41 3,0

20-40 5,23 ' 0,527 0,0183 2,80 1.613 1.8 2,17 3,4

3SC0 0—20 6,0 0,820 0,0318 Э.З 2,123 3,0 4,46 3,73

чистая 20—40 4,83 0.172 0.Ù2G1 2,2 1,523 2.7 3,74 3.80

вода

Изменение содержания вод нерастворимых солей в почве. Молив сточными волами оказал, влияние на содержание вод-норастворнмых солей в почве. Наибольшее количество водії орастворимых солей накопилось в 1—2-метровом слоях при поливных нормах 1000, 2000 и 3000 м3/га соответственно 425, 351 и 507 кг/га. При поливе нормами 6000 и 10000 м3/га не было накопления солен в верхних горизонтах, но наблюдалось перемещение их с фильтрационным потоком воды ».более глубокие слон ночво-грунтов. Общее количество накопленных солен за 3 года орошения в 3-метровом слое по отношению к поступившим со сточными водами составляло от 0,01 до 5,8%, Сульфаты н натрий задерживались в оспов-

ном в верхнем 0—40 см слое почвы. Количество натрия в 20 см слое в зависимости от норм полива колебалось от 0,206 до 0,134, без орошения оно составляло 0,047, а при поливе чистої! водой 0,116 мэкв на 100 г почвы. Хлориды распределялись более равномерно по глубине от 1 до 5 м.

Общая щелочность (НСОз) самая высокая отмечалась в слое 0—20 см при поливной норме 1000 м3/га <0,210 мэкв на 100 г почвы, или 0,015%), при других нормах полива существенной разницы в шелочностн почвы не наблюдалось (0,18—0,14 мэкв на 100 г почвы).

Содержание кальция, магния с увеличением нормы полива уменьшалось. Наиболее высокое содержание их в 20 см слое почвы наблюдалось при нормах 1000, 2000 м3/га, кальция 0,32—0,20, магния 0,10—0,08, калия 0,017—0,0095 мэкв на 100 г почвы, при нормах 6000 к 10000 м3/га соответственно 0,12; 0,08; 0,07 мэкв. Соотношение между Ма":Са*в 20 см слое почвы после трехлетнего орошения составило: при норме 1000 м3/га—0,206:0,32; при 2000 м3/га— 0,134 : 0,20; при 3000 м3/га —0,165:0,12; при 6000 м3/га у- 0,169:0,12 и при 10000 м3/га —0,155:0,12. Между ChSOj' при норме 1000 м3/га оно составляло 0,16:0,2, при 2000 м3/га — 0.1 :0,2; при 3000 м3/га — 0.10:0,08, при 6000 м'/га— 0,07; 0,12 и при 10000 м3/га—0,12:0,2.

Исследования показали, что воднорастворимые соли вымывались как при поливах сточной н чистой водой, так и под действием атмосферных осадков. При поливе сточными водами коэффициент сброса солен сточных вод через 3-метровый слой почвы (по сухому остатку) составил 1,78—1,91 (от подачи), уменьшаясь с увеличением поливной нормы. Его значение по транспортирующей норме было равно 1,77—0,62. С увеличением нормы коэффициент сброса солей,-растворенных в сточных водах, возрастал по глубине почвенного слоя.

В лизиметрических опытах было отмечено вымывание хлор-нона, сульфатов, натрия, калия, кальция н магния из верхних горизонтов почвы в более глубокие. При поливе нормами 1000—3000 м3/га вымывание хлор-нона, кальция и натрия было незначительное. Как и в полевых опытах, отмечалось увеличение вымывания солен н питательных веществ из почвы с повышением размера поливной нормы н снижение степени очистки. сточных вод, на что указывает повышение перманганатнои и бнхроматион окисляемости (со 112 до 160 мг/л0») н уменьшение рН (с7до6).

Влияние различных норм полива сточными водами на микробиологический состав и санитарное состояние почвы

Орошение сточными водами . дерново-слабоподзолистой иочвы повысило общую ее биогенность. Величина поливных

корм оказывала различное" влияние на отдельные группы почвенных микроорганизмов. Так, развитию актнномицетов способствовали высокие поливные нормы 6000—10000 м3/га, где их количество было в 2 раза выше, чем при малых нормах (т = 1000 м3/га). Для Ьммонифнкаторов наиболее благоприятные условия отмечались при нормах 1000 и 10000 м3/га. Почвенные грибы хорошо развивались при всех нормах полива. Для не л л юл оз о р а з л а г а ю щи .ч бактерий наилучшими оказались условия при поливе нормами 1000, 2000, 3000 м3/га.

Гельминтологические исследования почвы и зеленой массы многолетних трав в 1969 г, указывают на их незначительное загрязнение, так как сточная вода, используемая для полива, не всегда подвергалась полной дегельминтизации. Необходимо учесть, что лето 1969 года, когда проводились гельминтологические и микробиологические исследования, было холодным и :дождливым {сумма среднемесячных температур за период вегетации на 6,9 градуса ниже среднемноголетней, а сумма осадков на 55,5 мм выше), что могло также благоприятно сказаться иа жизнедеятельности патогенных микроорганизмов и сохранении жизнедеятельности яиц гельминтов. Однако для окончательного заключения необходимы исследования в течение ряда лет.

Урожаи многолетних трав и его качество

Урожай зеленой массы многолетних трав в среднем-за 3 года по вариантам опыта при орошении сточными водами составил 206—240 ц/га. По сравнению с вариантами без орошения он увеличился в 3,5—3,1 раза и в 3,0—2,6 раза был больше, чем при поливе чистой водой (табл. 4),

За период вегетации многолетних трав в 1968 и 1969 гг. было проведено по три укоса. В 1968 г.: 1-й —26/V, 2-й — 28/VH. 3-й — 16/IX, в 1969 г.: 1-й — 10/VI, 2-й — 12/VIII, 3-й — 22/IX. В 1967 г., в первый год посева многолетних трав, был сделан один основной укос (28/VIII), во второй же укос скашивалась огава (25/IX). Длительность периода между укосами составляла в среднем 2 месяца.

Высота растений на орошаемых вариантах равнялась 50—80 см, без полива и при орошеппн чистой водой—20— 35 см. Количество растений на Г м2 составило 400—1000, а без орошения и лри поливе чистой водой—400—500. Количество кормовых единиц 4432—5280, -переваримого протеина— 300—349 кг/га.

Орошение сточными водами оказало влияние на химический состав многолетних трав (табл. 5). При этом увеличилось содержание азота и особенно карогнна в 2,0—6,0 раза,

Таблица 4 Урожай многолетних трав по вариантам.опыта .

Варианты опыта Урожай многолетних трав, и/га (зеленая масса) Прибавка в среднем за 3 года

о

и Й о С оо а <2 а « а 4 2 2 и лю ц/га в %

Контроль (без орошения) . 6 полмаоа нормой ¡030 ма/га 3 полива нормой 2000 м'/га 2 полива нормой 3000 м3/га 1 полив нормой 6ООО м3/га 1 полив нормой ЮООО м3/га 2 полива нормой 3000 и3/га* . 53 132 175 168 119 121 78 пе 361 361 362 319 353 103 30 198 183 182 180 186 49 67 230 240 237 206 22^ > і 163 173 170 139 154 30 Л3 259 254 207 230 15

ш....... ш 7,...... НСРс,„..... 6,28 5.20 19Г>8 ц/га 7,89 2,79 24.55 и/га 0,99 4.85 21.74 ц/га

* Чистая вода.

снизилось количество клетчатки с 30,9 до 25,7%-, сырой золы с 8,0 до 5,3%. Содержание жира уменьшилось кроме вариантов с поливными нормами 3000 н 10000 м3/га. а также при орошении чистой водой. На 3-й год шло снижение урожая многолетних трав. На снижение урожая оказало влияние невысокое содержание питательных веществ в сточных водах, которое не компенсировалось большими поливными нормами при отсутствии дополнительного внесении удобрений.

Таблица 5

Химический состав растений многолетних трав го вариантам опыта ' в % на сухое вещество (в среднем за 1967—11)69 гг.)

Варианты опыта и О О + еч и Клетчатка : сырая я — Л. ГІ 3 п ^ О 1 < * £ ° а о 5 и х ь. ь.

Контроль Се;) орошении , 1,81 0,73 2,79 0.63 30,88 8.0 27 2

0x1000 м^/га .... 2,01 0,64 3,78 0,62 26,5 6,8 172

ЗХ20С0 м'/га . , . . 3.25 0.63 2,56 0;72 27,3 6,0 20.7

2X3000 м3/га .... 222 0.60 2,1 Iі 0,74 25.73 5,3 18.9

1Х6С00 м'/га .... 2.06 0,60 2,13 0,70 27,81 5.28 23,0

1X10 000 м3/га . . . 2.0 0.49 1.85 0,66 28.23 5,47 21,0

2X3003 * м3/га ... 1,80 0,69 2,66 0,65 29.47 .7,62 21.4

* Полно 'жетон солоГі,

Корневая масса многолетних трав на всех вариантах в основном располагалась в 25 см слое почвы, С увеличением нормы н уменьшением числа поливов возрастала масса, корней. Самая высокая ее величина в слое 0—50 см на 3-й год пользования многолетними травами была при норме 10000 м3/га, прибавка абсолютно сухой массы корней составила 185,9 ц/га. При этой норме в почву поступило наибольшее количество питательных веществ. При 6 поливах нормой 1000 м3/га прибавка равнялась 4,05 ц/га, при 3 поливах нормой 2000 м3/га— 28,9,ц/га, при 2 поливах нормой 3000 м3/га — 104,3 ц/га, при норме 6000 м3/га—125,6 ц/ra. При орошении чистой водой вес корней был в 2 раза меньше, чем при поливе сточной водой той же нормой.

Вынос питательных веществ с урожаем в среднем за 3 года составил: фосфора —от 22,2 до 23,2, азота — от 76,3 до 113,5, калия — 82,6—145,1 кг/га в год. Без орошения и при поливе чистой водой вынос: бььт ниже примерно в 2 раза по всем компонентам. Со сточной водой поступило: азота — 230,0, фосфора—3,44 и калия — 51,9 кг/га при оросительной норме 6000 м3/га, при норме 10000 м3/га соответственно 384, 5,73 и 86,2 кг/га. Вынос фосфора и калия был больше, чем поступило со сточной водой. Это указывает на необходимость дополнительного внесения этих веществ.

Суммарное водопотребление многолетних трав

Для расчета использовалось уравнение водного баланса акад. А. Н. Костякова, которое для данных- условий имело следующий вид:

Е = О м3/га,

где £ — суммарное водопотребление, м3/га; №i; W2 — начальные и конечные запасы влаги в почве, м3/га; ¡tp — поступление воды в почву от осадков (ц--=0,9);

М 0р — оросительная норма, нетто м3/га;

О — огток поливной воды в более глубокие слои почво-грунтов, м3/га.

Исследования показали, что с увеличением глубины про-мачнвания расход воды из почвы увеличивался, а коэффициент использования снижался. Для 1,0—2,0 м слоя он не превышал 0,46—0,30 и 0,36—0,30, при больших поливных нормах 6000—10000 м3/га он составлял 0,30—0,26.

Суммарный расход воды как без учета, так и с учетом сброса ее по отдельным слоям почвы был в 7—11 раз выше расхода воды из почвы. По вариантам опыта он колебался (в слое 1,0 м) в среднем за 3 года от 2925 (на контроле) до * 1-1

8830—12 959 м3/га (при оросительных.' нормах 6000— 10000 м3/га) без учета сброса, г. е. по норме подачи (табл. 6).

Таблица 6

Элементы водного баланса по вариантам опыта в.среднем за.1967—1969 гг. в слой 1,0 м в м3/га

Поступление Р еа с С1 = 2 2 о

Размер поливной — » V а « а _ воды « ^

3 г. ? = а о 5 ° = а ¡е & о в V С * О *

норми, м3/га ^ «Э г ^ 4-і о ^ (Ї ■ д са о = Й ЯЭп и К о я) -О-о — 2 О. о о О Ї К ^ й 2 га о О И х О й в с« § О о о Л С* ГТв іосц в ® и СІЙ X

Контроль (бед орошения) 958 806 2773 2925 _ 2925

1000 1091 1009 2773 6000 88.тй1 3370

2000 985 1010 2773 6000 8Ш& 4411

3000 Н25 1068 2773 6000 ЙШ 4603 4227

6000 1123 783 2773 6000 9118 5426 3692

10000 998 812 2773 10003 12950 8817 9474 3485

■3009 1086 1042 2773 6000 4817 4000

чистая вода

Для получения 1 ц зеленоіі массы многолетних трав, при орошении сточными водами на дер ново-слабо подзолистых супесчаных почвах затрачивается в среднем от 23 до 15,8 м3 воды, без полива — 43,7 м3, прн поливе чистой водой — 52 м3. Удельные затраты воды из метрового слон прн поливных нор; мах порядка 1000—3000 м3/га составили: на одни градус тепла 2,5—1,93 м3/га, при 6000—10000 м3/га 1,7—1,6 м3/га, на единицу дефицита влажности воздуха в пределах 3,8— 2,44 м3/га и на один миллиметр испаряемости 12,2—7,8 м3/га. При общей норме подачи воды удельные затраты были в 2— 3 раза выше.

Экономическая эффективность различных норм орошения многолетних трав сточными водами

Наиболее эффективными в наших исследованиях оказались поливные нормы 1000, 2000, 3000 м3/га при 6; 3 и 2 поливах, при общей оросительной норме 6000 м3/га. Прибавка кормовых единиц составила 243—258%. Дополнительный чистый доход 199,7—219,5 руб/га. На 1 м3 затраченной воды была получена прибавка урожая от 1,5—2,9 кг/га. Прн поливе чистой водой — 0,17 кг/га. На один рубль эксплуатационных затрат прибыль составила от 1,2 до 1,76 рубля. Срок окупаемости — 7,5 лет. Кроме того повысился водоохранный эффект. Каждый гектар под многолетними травами обеспечил полную очистку 6000 м3 сточных под.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Использование сточных вод для орошения связано с водно-физическими и фильтрационными свойствами почво-грунтов. Нами установлено, что супесчаные дерново-слабоподзолистые почвы обладают высокой водопроницаемостью, низкой емкостью насыщения и высокой водоотдачей. При нормах от 1000 до 10000 м3/га в 1,0 м слое емкость насыщения не превышала 1300—1500 м3/га, в 3,0 м слое — 3700— 4100 м3/га. Коэффициенты насыщения для 1,0 м слоя соответственно составляли .0,37—0,45, для 3,0 м слоя — 0,34—0,37; Благодаря низкой водоудержнвающей способности поливы только на короткое время повышали запасы продуктивной влаги, которые быстро снижались до 0,5—0,6 ППВ. Вертикальные сбросы воды из 4,0 м слоя составляли от 55 до 93% от нормы подачи. При нормах свыше 3000 м3/га лоливные воды проникали до грунтовых вод без достаточной их очистки,

2. В результате 3-летнего орошения нормами 1000, 2000 и 3000 м3/га в слое почвы 0—40 см содержание органического вещества увеличилось по сравнению с контролем с 1,52 до 2,3%, а общее количество азота с 0,085 до 0,248%. Количество подвижной фосфорной кислоты составило 2,5—3,8, а при высоких нормах полива (6000, 10000 м3/га) достигало 3,0—1,1 мг на 100 г почвы. Содсржание.калия в' результате поливов снижалось, причем перемещение фосфора и калия наблюдалось на глубину до 2—3 и более метров. Поливы нормами 1000—10000 м3/га приводили к аккумуляции воднорас-творимых солей и питательных веществ в обратной зависимости от величины поливных норм.

3. Наиболее рациональными поливными нормами для многолетних трав при поливе напуском по полосам оказались нормы от 1000 до 3000 м3/га, при количестве поливов соответственно от 6 до 2 при оросительной норме 6000 м3/га. Увеличение оросительных норм свыше-6000 м3/га?во избежание сброса воды в грунтовые воды должно проводиться за сче(. вневегетационных поливов. *

4. Урожай многолетних трав, в среднем за три года, при орошении сточными водами, при нормах полива от 1000 до 10000 м3/га увеличился по сравнению с контролем в 3,0— 3,5 раза и в 2,6—3,0 раза-сто сравнению с орошением чистой водой. Питательная ценность трав при этом по протеину возросла в среднем на 14%, содержание клетчатки по сравнению с неорошаемым вариантом и с поливом, чистой водой снизилось на 9—17%-.

5. Суммарное водопотребление при нормах 1000— 16

Î0 000 м3/га в среднем за 3 года составило 3486—5473 и без орошения — 2925 м3/га. При поливе чистой водой—1000 м3/га, а с учетом сбросных вод в глубокие слон почвы 8830— 12952 м3/га. Затраты воды на единицу урожая в среднем за 1967—1969 гг. были равны 23,8—15,8 м3/ц зеленой массы, без орошения г—43,7 и при поливе чистой водой — 52,0 м3/у. Затраты воды на 1"С составляли от 1,3 до 2,5 м3/га, на 1 мм дефицита влажности воздуха 2,0—3,8 м3/га и на 1 мм испаряемости 6,5—12,2 м3/га.

6. При орошении многолетних трав сточными водами, во избежание загрязнения почвы и растений патогенными микроорганизмами и яйцами гельмннтон, полив необходимо проводить только дег,ельмннтнзнроваиными водами, а продукцию лучше использовать для производства травяной муки, где она ■проходит термическую обработку при t= 150—500°С.

7, Орошение сточными водами в условиях Подмосковья на легких дерново-слабоподзолистых почвах — экономически выгодное л целесообразное мероприятие. Оно позволяет получать высокие урожаи многолетних трав и является надежным мероприятием по охране водных ресурсов ог загрязнения. Срок окупаемости капитальных затрат при учете только сельскохозяйственного эффекта составил в наших опытах 7,5 лет.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Влияние режима орошения сточными водами на урожай многолетних трав. Доклады ТСХА, вып. 160, 1970.

2. Влияние режима орошения сточными водами на урожай и кормовую ценность многолетних трав. Доклады ТСХЛ, вып. 169, 1971.

3. Оценка орошения многолетних трав сточными водами при различных нормах полива. Доклады ТСХЛ, вып. 175, 1У72 (соавтор Н. Л. Романенко).

4. Поливные нормы при орошении многолетних трав сточными подами напуском по" полосам. Сборник научных трудоп ЦНИССВ <; Естественны о методы очистки сточных вод и их использование в сельском хозяйстве», 1972.

Материалы диссертации доложены на научной конференции факультета агрохимии н почвоведения ТСХЛ п декабре 1973 года и на конференции молодых ученых, аспирантов, стажеров и студентов на тему: «Проблемы зашиты и оптимизации окружающей среды», ТСХЛ, декабрь, 1973 г.

Объем IV* п. л. Заказ 2019. Тираж 150

Типография М основе ко Л с.-х. впадении им. К. А. Тимирязева 125003, Москва А-8, Тимирязевская -ул., 44