Статья: Факторы, усиливающие отрицательное воздействие длительного орошения на свойства чернозема обыкновенного

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации

Факторы, усиливающие отрицательное воздействие длительного орошения на свойства чернозема обыкновенного

А.Н. Бабичев, Л.М. Докучаева, Р.Е. Юркова

Новочеркасск, Российская Федерация

Бабичев Александр Николаевич

Ученая степень: доктор сельскохозяйственных наук

Должность: ведущий научный сотрудник

Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421

E-mail: BabichevAN2006@yandex.ru

Докучаева Лидия Михайловна

Ученая степень: кандидат сельскохозяйственных наук

Должность: ведущий научный сотрудник

Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421

E-mail: rosniipm@yandex.ru

Юркова Рита Евгеньевна

Ученая степень: кандидат сельскохозяйственных наук

Должность: старший научный сотрудник

Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421

E-mail: rosniipm@yandex.ru

Цель: установить факторы, усиливающие отрицательное воздействие длительного орошения на плодородие почв. Материалы и методы. Изучалось влияние минерализации и качества оросительной воды на черноземы обыкновенные (Неклиновский район), уровня залегания грунтовых вод на мелиоративное состояние и почвенное плодородие черноземов обыкновенных (Багаевский район Ростовской области), структура севооборотов, и устанавливались оптимальные уровни увлажнения при разных поливных режимах. Результаты. Длительное использование слабоминерализованной воды сульфатно-натриевого состава привело к деградации черноземов обыкновенных. Они приобрели свойства среднещелочных и среднесолонцеватых почв: щелочность - 1,29 ммоль(экв)/100 г, солонцеватость - 7 % обменного натрия от суммы почвенного поглощающего комплекса (ППК), плотность сложения почв - 1,34 т/мі, содержание гумуса снизилось на 23 % при перестройке его из фульватно-гуматного в гуматно-фульватный. Близкое залегание грунтовых вод и их минерализация 5 г/дмі способствовали проявлению вторичного засоления. Воспроизводство плодородия наблюдается только при внесении органических удобрений. Увеличение количества гумуса в люцерно-кукурузном севообороте при внесении 60 т/га навоза после 4 лет возделывания кукурузы составило 0,68 % в сравнении с содержанием гумуса после 3 лет выращивания люцерны, а в зерно-кормовом - 0,55 %. Выявлено, что при увеличении оросительной нормы до 30 % наблюдается выщелачивание обменного кальция с одновременным ростом содержания обменного натрия до 4 % от суммы ППК, что способствует увеличению плотности сложения чернозема обыкновенного до 1,38 т/мі. В варианте с переполивом содержание гумуса за 4 года регулярного орошения уменьшилось на 0,22 %, а в варианте с оптимальной и сниженными на 40 и 60 % нормами его количество сократилось от 0,04 до 0,07 %, как и на богаре. Выводы. Исследуемые факторы при определенных условиях усиливают отрицательное воздействие длительного орошения на свойства чернозема обыкновенного.

Ключевые слова: длительное орошение; севообороты; плодородие; чернозем обыкновенный; отрицательное воздействие; свойства почв.

Babichev Aleksandr Nikolayevich

Degree: Doctor of Agricultural Sciences

Position: Leading Researcher

Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems

Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421

E-mail: BabichevAN2006@yandex.ru

Dokuchayeva Lidiya Mikhaylovna

Degree: Candidate of Agricultural Sciences

Position: Leading Researcher

Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems

Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421

E-mail: rosniipm@yandex.ru

Yurkova Rita Yevgenyevna

Degree: Candidate of Agricultural Sciences

Position: Senior Researcher

Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems

Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421

E-mail: rosniipm@yandex.ru

Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation

FACTORS ENHANCING THE ADVERSE EFFECTS OF LONG-TERM IRRIGATION ON THE ORDINARY CHERNOZEM PROPERTIES

Purpose: to identify factors enhancing the negative impact of long-term irrigation on soil fertility. Materials and methods. The influence of mineralization and quality of irrigation water on ordinary chernozems (Neklinovsky district), the level of groundwater table on the reclamation state and soil fertility of ordinary chernozems (Bagaevsky district of Rostov region), the structure of crop rotations was studied, and optimal moisture levels for different irrigation modes were established. Results. Long-term use of sulphate-sodium low-mineralized water led to the degradation of ordinary chernozems. They acquired the properties of medium alkaline and medium solonized soils: alkalinity - 1.29 mmol(eq)/100 g, solonetzicity - 7 % of exchangeable sodium from the total soil absorbing complex (SAC), soil bulk density - 1.34 t/mі, humus content decreased by 23 % during its transformation from fulvate-humate to humate-fulvate. The close ground waters table and their mineralization of 5 g/dmі contributed to secondary salinization. Fertility reproduction is observed only with the introduction of organic fertilizers. The increase in humus content in the alfalfa-corn crop rotation was 0.68 % with the introduction of 60 t/ha of manure after 4 years of corn cultivation in comparison with the humus content after 3 years of alfalfa cultivation, and in the grain feed - 0.55 %. It was found that with an increase of irrigation rate up to 30 %, leaching of exchangeable calcium is observed with a simultaneous increase in the content of exchangeable sodium up to 4 % of the total SAC, which contributes to an increase in bulk density of ordinary chernozem to 1.38 t/mі. In the variant with over-irrigation, the humus content decreased by 0.22 % over 4 years of regular irrigation, and in the variant with the optimal and reduced by 40 and 60 % rates, its amount decreased from 0.04 to 0.07 %, as in dry land. Conclusions. The investigated factors enhance under certain conditions the negative impact of long-term irrigation on the properties of ordinary chernozem.

Key words: long-term irrigation; crop rotations; fertility; ordinary chernozem; negative impact; soil properties.

Введение

Поливная вода оказывает как положительное, так и отрицательное воздействие на почву. Она вызывает существенные изменения физического состояния почв, солевого режима, тепловых свойств и воздушного режима, химических и микробиологических процессов, темпа накопления и разложения органического вещества почвы. Оптимально увлажненная почва приобретает физическую спелость. При обработке такая почва лучше поддается рыхлению, оказывает меньшее механическое сопротивление тяговым усилиям. С оросительной водой вносятся в почву илистые частицы, которые формируют плодородные наносы. Вода является хорошим растворителем, что способствует привлечению элементов питания и улучшению питательного режима растений [1].

При поддержании благоприятного водно-воздушного режима путем орошения в почве активно протекают микробиологические процессы: аммонификация, нитрификация, усиливается деятельность клубеньковых и свободно живущих азотфиксирующих бактерий, в результате чего значительно улучшается азотное питание растений [1].

Наряду с положительным влиянием орошения на почвы и ее плодородие нерегулируемые поливы вызывают отрицательные последствия. Под влиянием потоков воды при наземных способах полива и ударов капель при дождевании разрушаются структурные агрегаты, образуется корка на поверхности почвы, ухудшаются воздушный и пищевой режимы. Илистые частицы, просачивающиеся вглубь вместе с водой, образуют уплотненную прослойку, которая препятствует проникновению воды, воздуха и корней растений в более глубокие слои. На склонах начинается ирригационная эрозия [2, 3]. При нерегулируемых поливах повышается уровень грунтовых вод (УГВ), что вызывает вторичное засоление корнеобитаемых слоев. Избыток поливной воды загрязняет окружающую среду, особенно водоемы, куда она переносится вместе с поллютантами.

Опыт длительного орошения различных почв указывает на тот факт, что гораздо чаще приходится сталкиваться с отрицательными его последствиями для свойств почв [4-7]. К ним следует отнести переувлажнение, заболачивание, подтопление, вторичное засоление, подщелачивание, осолонцевание, дегумификацию, обесструктуривание, уплотнение [5, 8]. Безусловно, такой большой набор негативных последствий в виде трансформации свойств почв вызван рядом факторов, которые возможно исключить при проектировании, реконструкции и эксплуатации оросительных систем. минерализация чернозем оросительный

Цель исследований - установить факторы, усиливающие отрицательное воздействие длительного орошения на плодородие почв.

Материалы и методы. Для выявления факторов, отрицательно влияющих на плодородие почв при длительном регулярном орошении, обработаны данные опытов, проводимых с 1992 по 2000 г. В эти годы в хозяйствах еще сохранялся регулярный вид орошения. Влияние минерализации и качества оросительной воды на свойства чернозема обыкновенного при длительном использовании изучалось в ООО «Приазовье» Неклиновского района Ростовской области. Уровень залегания грунтовых вод, их влияние на мелиоративное состояние и почвенное плодородие орошаемых черноземов обыкновенных исследовались в ОПХ «РООМС» Багаевского района Ростовской области. Там же и на тех же почвах выявлялись севообороты, сохраняющие плодородие длительно орошаемых земель, и устанавливались оптимальные уровни увлажнения при разных поливных режимах.

Нами изучались на длительно орошаемых черноземах обыкновенных четыре вида 7-польных севооборотов. Первые два - кормовые с разным содержанием поукосных посевов. При этом в I севообороте проводилась сидерация, а в III севообороте (люцерно-кукурузном), а также в IV севообороте (зерно-кормовом) дополнительно на 6-й год ротации вносился навоз в дозах 60 и 100 т/га.

Опыты проводились на фоне обычной вспашки и внесения минеральных удобрений (МУ) в расчете на планируемую урожайность. Поливы осуществлялись по требованию культуры.

В первые 3 года все поля изучаемых севооборотов были заняты люцерной. В последующие 4 года ротации севооборотов возделывались следующие культуры:

- I (кормовой) - промежуточных культур 57,8 % (сложная кормосмесь + отава на сидераты; злако-бобовая смесь + отава суданки; рапсо-ячменная смесь + сложная кормосмесь; озимая пшеница на зерно + горохо-подсолнечная смесь);

- II (кормовой) - промежуточных культур 28,6 % (кукуруза на зеленый корм; озимая рожь на зеленый корм + сложная кормосмесь; соя; кукуруза на зерно);

- III (люцерно-кукурузный) - люцерна 4-го года жизни с подсевом суданки; кукуруза на зерно; кукуруза на зерно с внесением 60 и 100 т/га навоза; кукуруза на зерно (последействие навоза);

- IV (зерно-кормовой) - после двух укосов люцерны 4-го года жизни подготовка почвы под озимую пшеницу и ее посев; озимая пшеница + пожнивно злаковая смесь; кукуруза на зерно с внесением 60 и 100 т/га навоза; соя (последействие навоза).

Влияние уровней увлажнения на свойства черноземов обыкновенных изучалось по следующей схеме:

1) богара (контроль);

2) 1 m - БООН (биологическая оптимальная оросительная норма);

3) 0,6 m;

4) 0,8 m;

5) 1,3 m.

Возделывались пропашные культуры - кукуруза на зерно, кукуруза на силос, озимая пшеница + пожнивно злако-бобовая смесь, соя.

Отбор образцов почвы проводился по всем опытным участкам осенью после уборки сельскохозяйственных культур по слоям 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см. Осуществлены следующие виды анализов: состав водной вытяжки ГОСТ 26424-85. Почвы. Метод определения ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке. - Введ. 1986-01-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020.^, ГОСТ 26425-85. Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке. - Введ. 1986-01-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020.^, ГОСТ 26426-85. Почвы. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке. - Введ. 1986-01-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020.^, ГОСТ 26427-85. Почвы. Метод определения натрия и калия в водной вытяжке. - Введ. 1986-01-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020.^, ГОСТ 26428-85. Почвы. Методы определения кальция и магния в водной вытяжке. - Введ. 1986-01-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020.; состав обменных оснований или почвенного поглощающего комплекса (ППК): кальций (Са) и магний (Mg) ГОСТ 26487-85. Почвы. Определение обменного кальция и обменного (подвижного) магния методами ЦИНАО. - Введ. 1986-07-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020., натрий (Na) ГОСТ 26950-86. Метод определения обменного натрия. - Введ. 1987-07-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020.; агрегатный состав по Н. И. Саввинову Вадюнина, А. Ф. Методы исследования физических свойств почв / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. - М.: Агропромиздат, 1986. - 416 с.; гумус ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. - Введ. 1993-07-01 // ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет [Электронный ресурс]. - Кодекс Юг, 2020.. В поле определялась плотность сложения почвы методом режущего кольца по Н. А. Качинскому⁸.

Математическая обработка данных проведена по Б. А. Доспехову Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. - 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с..

Отбор проб грунтовых вод производился в весенний период, а оросительных вод - в течение вегетационного периода.

Результаты и их обсуждения

Многолетние исследования показывают, что к факторам, усиливающим отрицательное воздействие длительного орошения на плодородие почв, следует отнести:

- минерализацию и качество оросительной воды;

- уровень залегания грунтовых вод, их минерализацию и химический состав;

- несоблюдение структуры посевных площадей и севооборотов;

- нарушение поливных режимов, приводящее к переполиву сельскохозяйственных культур.

При использовании минерализованных оросительных вод неудовлетворительного качества наблюдается утрата почвенного плодородия. В настоящее время существует классификация С. Я. Бездниной [9], в которой выведено четыре класса воды, имеющих различное влияние на плодородие почв, а в связи с этим и подход к ее использованию должен быть разным. Так, более чем 40-летнее применение поливной воды с минерализацией 1,2-1,3 г/дм³ сульфатно-натриевого состава на Миусской оросительной системе привело к полной деградации лучших черноземов Ростовской области. Несмотря на то, что с самого начала освоения этих земель под орошение на системе оросительная сеть представлена трубопроводами и УГВ располагаются глубже 16 м, не оказывая влияния на почвенные процессы, поверхностные слои почв приобрели ряд негативных свойств.

Свойства черноземов обыкновенных после длительного орошения водой неблагоприятного состава оросительными нормами от 2500 до 5000 м³/га представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение свойств длительно орошаемых черноземов обыкновенных (ООО «Приазовье») (n = 5)