Экологическая оценка состояния орошаемых земель юга средней сибири
На правах рукописи
Бадмаева Софья Эрдыниевна ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ЮГА СРЕДНЕЙ СИБИРИ 03.00.16 – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Красноярск - 2007
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный уни верситет» на кафедре мелиорации и гидрометеорологии и в ГУП «Сибирский на учно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации».
Научный консультант доктор технических наук, профессор Цугленок Николай Васильевич
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Мукина Любовь Романовна доктор биологических наук, профессор Горбачев Владимир Николаевич доктор биологических наук, Онучин Александр Александрович Ведущая организация Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
Защита состоится « » 2007 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.01 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира,
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Красно ярский государственный аграрный университет» Автореферат разослан « 2007 г.
»
Ученый секретарь диссертационного совета Д.Е. Полонская Актуальность проблемы. Состояние экологической системы изменяется под влиянием природных и антропогенных воздействий. Если реакция системы на воздействие естественных факторов (например, климата) охватывает длительные промежутки времени, сопоставимые с эпохами, то результаты человеческой дея тельности проявляются несравнимо быстро (Лаппо, Цугленок, 1999).
Интенсификация сельскохозяйственного производства определяется эколо гически безопасными технологиями улучшения природных режимов в агроцено зах. Экологически совершенные мелиоративные системы – это те, в которых при родоохранные и антропогенные элементы находятся в оптимальном соотноше нии. Создание таких систем - одна из важнейших задач мелиоративной науки и практики. На современном этапе мелиоративные системы еще не являются эколо гически совершенными и не отвечают всем требованиям охраны природы, хотя и создаются на базе мелиоративных гидрологических изысканий и обосновываю щих материалов с обязательной разработкой природоохранных мероприятий, подвергаются экологической экспертизе. Но немало случаев отрицательного влияния мелиорации на окружающую среду: мелиорация в определенных услови ях может усилить негативный фактор природных явлений. Круг экологических проблем, связанных с развитием ирригации, сегодня хорошо известен. Степень проявления экологических последствий орошения определяется исходным со стоянием почв, качеством оросительной воды, режимами орошения, уровнем аг ротехнологий. Поэтому весь комплекс мероприятий по предотвращению негатив ных последствий орошения нужно строить с учетом этих факторов. Кроме того, несоблюдение экологически безопасных режимов орошения приводит к непро изводительным затратам поливной воды, возникновению процессов вторичного засоления почв, поднятию уровня грунтовых вод. Не всегда учитывается качество оросительной воды, ее химический состав и загрязненность. Необходимость ре шения этих проблем на орошаемых землях юга Средней Сибири дало направле ние исследованиям по обоснованию требований к качеству оросительной воды, обеспечивающих поддержание благоприятного эколого-мелиоративного режима земель, разработке экологически безопасных режимов орошения культур в ком плексе с агроэкологическими мероприятиями. Требуют рассмотрения вопросы влияния орошения на солевой, температурный и пищевой режимы почв в жестких климатических условиях юга Средней Сибири в системе «качество воды-почва-растение».
Цель - научное обоснование эколого-мелиоративного регулирования поч венных процессов на орошаемых землях юга Средней Сибири для улучшения пло дородия почвы и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.
Основные задачи:
- обосновать экологические аспекты влияния орошения на направленность поч венных процессов;
- оценить качество воды в источниках орошения по экологическим показателям и его влияние на свойства почв и продукцию;
- разработать экологически безопасные режимы орошения сельскохозяйственных культур на годы расчетной обеспеченности осадками при разных способах полива;
- изучить особенности солевого режима орошаемых земель;
- разработать приемы повышения продуктивности орошаемых земель, включаю щих агроэкологические мероприятия;
- выявить влияние орошения на температурный и пищевой режим почв.
Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально подтвер ждена возможность сохранения и восстановления орошаемых земель юга Средней Сибири. Введены экологические ограничения к оросительным системам и они разработаны для трех основных блоков: вода – почва – растение. Впервые в усло виях юга Средней Сибири проведена оценка влияния качества оросительной воды на свойства почвы и сельскохозяйственную продукцию, теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены элементы почвоохранной технологии ороше ния земель - разработка экологически безопасных режимов орошения на годы расчетной обеспеченности осадками при разных способах полива. Определена оп тимальная мощность увлажняемого слоя почвы, допустимый предполивной по рог снижения влажности. Изучены особенности засоленных почв. Показаны аг роэкологические приемы повышения продуктивности длительно-сезонно промерзающих почв, влияние орошения на температурный и пищевой режимы.
Защищаемые положения:
- концепция устойчивого функционирования агроэкосистем на орошаемых землях при регулировании влажности почвы с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур;
- качество воды в источнике орошения определяет связь вода-почва-растение;
- регулирование водного режима почвы оптимизирует температурный, пищевой и солевой режимы почвы;
- оптимизация водного режима почв с сохранением их автоморфности наиболее распространенных орошаемых земель юга Средней Сибири определяется с уче том: способов полива, дифференцированных режимов орошения, качества ороси тельной воды.
Практическая значимость. Материалы используются при проектирова нии, строительстве и эксплуатации оросительных систем на юге Средней Сибири.
На основе полученных результатов разработаны экологически безопасные режи мы орошения сельскохозяйственных культур, комплекс эгроэкологических меро приятий с использованием информационно-ресурсного потенциала системы, эко логических ограничений и многокритериальной оценки.
Работа выполнена по заданию ГКНТ СМ СССР от 12.05.85 г. и является ча стью суперпрограммы «Сибирь» по подпрограмме 1.04.01. « Экология КАТЭК» разделом темы, выполненной в 1985-1990 гг., – «Разработать и внедрить техноло гический процесс мелиорации пойменных земель Восточной Сибири, в том числе р. Чулым»;
в 1991-1993 гг. по программе 1.7;
2-21.29 – «Разработать интенсивные энергосберегающие экологически безвредные технологии выращивания кормо вых культур для получения урожайности с высокой энергетической и протеино вой питательностью на мелиорируемых землях»;
в 1993-1995 гг. – по программе 1.3;
26.1903 – «Разработать методы управления плодородием на землях с неблаго приятной мелиоративной обстановкой (засоленных, солонцеватых, тяжелых, глеевых почв) для различных регионов республики».
Апробация работы. Результаты исследований опубликованы в 39 научных работах, в том числе 2 монографиях. Основные положения диссертации были представлены и обсуждены на следующих совещаниях и конференциях: Всесоюз ные и российские: «Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве» (Новочеркасск, 1990);
«Экологические аспекты мелиорации Северного Кавказа» (Новочеркасск, 1990);
« Рациональное природопользование в криолитозоне» (Якутск, 1990);
«Повышение качества и технического уровня про ектов в условиях новых методов хозяйствования» (Абакан, 1990);
«Водохозяйст венное строительство и экологические проблемы» (Тбилиси, 1991);
«Вопросы во дохозяйственного строительства, мелиорации, использования и охраны водных ресурсов» (Ереван, 1991) «Проблемы мелиорации земель Сибири» (Красноярск, 1991);
«Наука – сельскому хозяйству» (Красноярск, 1993);
«Проблемы освоения Барабинской низменности» (Москва-Новосибирск, 1995);
«Технологии неистощи тельного землепользования» (Красноярск, 1997);
«Научное и кадровое обеспече ние земельных преобразований в России» (Москва, 2002);
«Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально экономического развития России» (Москва, 2005), «Аграрная наука на рубеже ве ков» (Красноярск, 2005, 2006).
Личный вклад автора. Постановка задач, выполнение лабораторных и по левых исследований, обработка и анализ полученного материала. Доля автора в совместных публикациях – 70 %.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, об щих выводов, предложений производству, списка литературы. Работа изложена на 280 страницах компьютерного текста, включает 70 таблиц, 39 рисунков, список литературы из 367 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному кон сультанту доктору технических наук, профессору Цугленку Н.В., доктору геогра фических наук, профессору Буракову Д.А., кандидату технических наук Глушко вой Н.И., кандидату сельскохозяйственных наук Струкову Н.Т., сотрудникам ка федры мелиорации и гидрометеорологии Чернышевой Н.С., Малышевой Е.И., Сафонову А.Я.
Во введении обоснована актуальность темы, изучено состояние научной разработанности проблемы, определены цель, задачи, объект и методология ис следований, изложены научная новизна и практическая ценность работы, пред ставлены основные положения работ, выносимые на защиту, и их апробация.
В первой главе изучены теоретические основы экологических аспектов орошения. Дано качество поверхностных вод для ирригации по экологическим показателям и требования к водному режиму почв по сохранению плодородия орошаемых земель. Рассмотрены вопросы регулирования водно-солевого режима почв.
Во второй главе рассмотрены объекты, и разработана методика исследова ний. Дана краткая характеристика природных условий. В Средней Сибири выде ляют зоны, где сосредоточен мелиоративный фонд орошаемых земель. По агрок лиматическому районированию (Шашко, 1967) земледельческая территория Средней Сибири включена в умеренный агроклиматический пояс, в котором выделены три природные зоны – южно-таежно-лесная, лесостепная и степная.
В целом сельскохозяйственная зона – типичная горная страна с широкими межгорными котловинами и широкими вытянутыми долинами, среди которых выделяются Минусинская, Красноярская, Канская, Ачинско-Боготольская котло вины. Минусинская котловина, в которой проведены исследования, имеет расчле ненный рельеф, обусловленный протекающими здесь реками. Основные породы, слагающие пониженные части котловины, относятся к девонским осадочным от ложениям. Большая часть этих отложений континентального происхождения, морским осадкам принадлежит подчиненная роль. Поверхностные материнские породы разнообразны, господствуют глины и суглинки, в небольшом количестве встречаются породы легкого механического состава, главным образом в речных долинах и озерных котловинах (Бугаков, Чупрова, 1995). В качестве основных особенностей влияния рельефа и почвообразующих пород на развитие и форми рование почвенного покрова можно выделить следующее: в связи с расчлененно стью рельефа грунтовые воды залегают глубоко (Горшенин, 1955) и солевые про дукты почвообразования уносятся, то какого-либо влияния их на процессы почво образования здесь не наблюдается. По агроклиматическому районированию тер ритория отнесена к умеренному поясу, холодно-умеренному подпоясу. Осадков выпадает мало (от 212 до 350 мм), особенно мало их в центральных частях котло вин. Характерны сильные колебания по годам. Засушливыми бывают как отдель ные годы, так и целые периоды по 3-5 лет. Недостаток общего количества влаги смягчается тем, что максимум приходится на конец летнего периода. Высота снежного покрова даже в защищенных местах не превышает 10-20 см. С откры тых пространств и повышенных элементов рельефа он сносится, поэтому почвы глубоко промерзают.
Орошаемое земледелие носит островной характер, обусловленный особен ностями рельефа, сосредоточено по впадинам. В лесостепной зоне юга Средней Сибири центр котловин занимают обыкновенные черноземы, иногда выщелочен ные, а основными почвами степной зоны являются каштановые почвы, располо женные на древнеаллювиальных равнинах, которые в зависимости от содержания гумуса подразделяются на светло-каштановые, каштановые и темно-каштановые.
Эти почвы имеют укороченный профиль. Орошаемый фонд черноземов состав ляют его подтипы: южный, обыкновенный и частично выщелоченный. Они сфор мировались в условиях умеренно-влажного континентального климата под степ ной и лугово-степной растительностью на автоморфных местоположениях пре имущественно на карбонатных породах.
Исследования проводились в лесостепной и степной зоне юга Средней Си бири в пределах Красноярского края и Республики Хакасия на Новоселовской и Озерновской оросительных системах. Источником орошения Новоселовской оро сительной системы является Красноярское водохранилище. Площадь орошения нетто составляет 4163 га, полив производится ДМУ– «Фрегат» и шлейфами ДШК – 25/300 (рис. 1).
Карта-схема района строитель Ачин Вдх. Красно Красно ярское Новосё Новосё ловская ороситель п. Новосё р.
оз. Тол Борозда стый Мыс Залив Бороз НС Рисунок 1 - Схема Новоселовской оросительной системы Средняя годовая сумма осадков равна 407 мм, годовое испарение с водной поверхности – 640 мм, с поверхности почвы – 350 мм. Промерзание почвы из-за низких температур и незначительной мощности снегового покрова, как пра вило, превышает 200 см, а полное оттаивание происходит во второй и треть ей декадах июня.
Особенности рельефа, материнских пород, водного режима и ветровой ак тивности находят свое отражение в почвенном покрове. Доминирующими в структуре почвенного покрова являются черноземы обыкновенные средне- и тя желосуглинистые – более 79% (табл. 1).
Почвы опытного участка представлены черноземами обыкновенными сред несуглинистыми. Грунтовые воды расположены на глубине 20 м. Колебания мощности гумусового горизонта находятся в пределах от 27 до 33 см и в среднем составляют 29 + 1.05 см.
Таблица 1 – Структура почвенного покрова Новоселовской оросительной системы (площадь брутто) Площадь Наименование почвенной разности га % Черноземы выщелоченные 851 17, Черноземы обыкновенные 3799 79, Лугово-черноземные солончаково-солонцеватые 130 2, Солончак луговой 23 0, Итого: 4803 Водно-физические свойства чернозема обыкновенного среднесуглинистого представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Водно-физические свойства почв чернозема обыкновенного среднесуглинистого Глубина Плотность НВ МГ ВЗ ДАВ сложения, г/см отбора % от объема почв образцов, см 0-10 1,09 27,5-28,1 8,0-8,9 12,1-13,4 15,4-14, 10-20 1,12 28,0-27,4 8,9-9,3 13,4-13,9 14,6-13, 20-30 1,16 26,4-26,9 9,3-9,5 13,9-14,3 12,5-15, 30-40 1,20 25,2-25,4 9,5-10,0 14,3-15,0 10,7-10, 40-50 1,23 24,6-24,9 9,2-10,5 13,8-15,8 10,8-9, 50-60 1,29 26,4-25,0 10,1-10,6 15,1-15,9 11,1-9, 60-70 1,32 28,3-25,6 10,5-10,7 16,1-16,1 12,5-9, 70-80 1,31 28,5-25,2 10,7-10,5 16,1-15,8 12,4-9, 80-90 1,38 29,1-26,9 12,3-10,8 18,4-16,2 10,7-10, 90-100 1,42 30,4-25,0 13,4-10,7 20,1-16,1 10,3-8, Озерновская оросительная система расположена в поймах рек Черный и Бе лый Июс и занимает площадь 2250 га. Фонд пойменных почв, где может быть применен полив затоплением составляет более 23 тыс. га. Эти почвы отличаются высоким плодородием, но в засушливые годы, из-за недостатка влаги, урожай ность на них низкая. Источником орошения является р. Белый Июс.
Ландшафт степи сложен, равнинных участков здесь мало, они приурочены к долинам рек и некоторым межсопочным приозерным депрессиям. Доминируют участки мелкосопочника с более или менее пересеченной поверхностью, часто со сложно расчлененными формами рельефа.
Климат отличается резкой континентальностью, количество среднегодовых осадков составляет 350-400 мм. Осадки распределяются неравномерно в течение года: зимой их очень мало (10-14% от годовой суммы), весна сухая, ветреная.
Большая часть осадков приходится на лето, особенно на вторую его половину, чаще всего, выпадая непродолжительными ливнями. При длительной суровой зи ме, при маломощном снежном покрове почвы промерзают глубоко и поздно от таивают. В связи с этим микробиологическая деятельность в почве пробуждается поздно, что накладывает отпечаток на интенсивность и глубину почвообразова ния. Замерзание почвы до покрытия ее снегом или при малой ее толщине (ноябрь, декабрь) помимо глубокого промораживания, вызывает у почв тяжелого механи ческого состава сильное и глубокое растрескивание, что в свою очередь, приводит к неравномерному распределению гумуса. При указанных выше условиях, корне вая система растений сосредотачивается ближе к поверхности почвы, где накап ливается много гумуса, количество которого резко уменьшается к низу (Горше нин, 1955). По классификации температурного режима эти почвы относятся к длительно-промерзающему типу. На основании характеристики температурного режима почв в годовом цикле (по среднегодовой температуре почв на глубине 0, м) эти почвы относятся к холодному подтипу. Водно-физические свойства почв опыт ных участков представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Водно-физические свойства почв опытных участков Глубина Плот- Плотность КВ МГ ВЗ ДАВ отбора об- ность сложения, в % от объема почвы т/м3 т/м разцов, см 0-10 2,13-1,91 0,49-0,38 73-68 19-16 28-24 49- 10-20 2,17-1,95 0,56-0,41 73-63 19-14 28-21 52- 20-30 2,70-2,67 1,46-1,42 48-46 1,9-1,7 2,8-2,5 45- 30-40 2,96-2,65 1,74-1,69 42-38 2,0-1,5 3,0-2,2 39- 40-50 2,93-2,68 1,81-1,72 40-36 2,0-1,0 3,0-1,5 38- Маршрутные исследования, методики полевых, вегетационно-полевых, ве гетационных и лабораторных экспериментов, химические анализы проб почв, растений и воды проводились по общепринятым методикам.
По влагообеспеченности вегетационные периоды в годы исследова ний в условиях Озерновской оросительной системы характеризовались как: 1987 г. – полузасушливый;
1988 г. – влажный;
1989 г. – очень засушливый. В условиях ле состепной зоны, где расположена Новоселовская оросительная система вегетаци онные периоды по влагообеспеченности характеризовались как: 1990 и 1992 гг. влажные;
1991 и 1994 гг. – полузасушливые;
1993 г. – очень засушливый;
1995 и 1996 гг. – остросухие. В целом можно отметить, как в годы наших исследований, так и по среднемноголетним данным наблюдается тенденция, что большая часть осадков выпадает во второй половине вегетационного периода. На рис. 2 и 3 по казаны кривые обеспеченности осадками.
Рисунок 2 - Кривые обеспеченности осадками по метеостанции Светлолобово Рисунок 3 - Кривые обеспеченности осадками по метеостанции Шира В третьей главе изучена качество оросительной воды и его влияние на свойство почв и сельчкохозяйственной продукции. Введены экологические огра ничения к агроэкосистемам (рис. 4). Они разработаны для трех основных блоков:
вода, почва (водопотребление и водный режим почв) и растения. Водопотребле ние и водный режим почв в свою очередь подразделяется на подсистемы.
Блок «Водопотребление и водный режим почв» состоит:
- подсистема - техника и технология полива в общем виде сводится к способам полива, распределению оросительной воды, организации полива и режимам оро шения культур, в зависимости от почвенно-климатических условий. Экологиче ские ограничения в этой подсистеме должны быть направлены на способы поли ва, не нарушающие структуру почвенного покрова и режимам орошения культур не вызывающим негативных последствий.
- подсистема - температурный режим почв направлена на оптимизацию темпера турного режима корнеобитаемого слоя почв. Здесь решаются две задачи: полив проведенный ранней весной способствует быстрому оттаиванию верхних слоев почвы, что оптимизирует микробиологические процессы и в то же время летний полив сглаживает чрезмерный перегрев этого слоя почвы.
- подсистема - солевой режим почв направлена на недопущение поднятия уровня грунтовых вод, снижения степени засоления и комплекса мероприятий, влияю щих на динамику и химизм засоления.
- подсистема - пищевой режим предусматривает простое или расширенное вос производство плодородия почв для устойчивого функционирования почвы. Зада ча решается применением удобрений на рекомендуемом режиме орошения для получения оптимальной урожайности.
В период наибольшего развития орошаемого земледелия в Средней Сибири источниками водопользования служили многие реки: малые, средние, крупные, такие как Енисей, Абакан, Чулым. Анализ проектов и проведенные обследования оросительных систем показали, что основными типами водозаборных сооружений являются насосные станции. Открытые водозаборные гидротехнические сооружения Агроэкологические ограничения для устойчивого функционирования агроэкосистемы при оросительных мелиорациях качество воды почва (водопотребление и водный режим) растения комбинаторный - урожайность техника и техноло- температурный пищевой солевой индекс загрязнения - качество гия полива режим режим режим класс - способы - сглаживание тем- - степень - система удобре поливов пературных гради- - химизм ний разряд - режимы ентов - содержание - динамика - оптимизация подвижных орошения микробиологиче- форм ской деятельности N, P, K характе ристика Рисунок 4 - Экологические ограничения при создании устойчиво функционирующих агроценозов.
имеют Койбальская, Абаканская оросительные системы, расположенные в Хака сии. Тип водозабора оказывает влияние на качественный состав оросительной во ды, так как открытые гидроузлы забирают воду практически по всему профилю водотока, и вода в магистральных каналах, перемешиваясь, имеет осредненный качественный состав. Стационарные насосные станции заглубленного типа и станции с шахтными водоприемниками также формируют средний качественный состав воды, забираемой на орошение. Всасывающие патрубки насосных станций, расположенных на реке Енисей, в том числе на Красноярском водохранилище, находятся под уровнем воды, высота которого обеспечивает отсутствие воронки на поверхности воды. Последнее свойство насосных станций предохраняет от по падания нефтепродуктов в оросительные воды.
Количество загрязняющих веществ, попадающих на поля орошения с по ливной водой, зависит от оросительных и поливных норм. Были установлены ве личины суммарного испарения различных сельскохозяйственных культур, рас считаны коэффициенты водопотребления и оросительные нормы для лет различ ной обеспеченности осадками. Основные результаты фактических среднемного летних значений суммарного водопотребления и оросительных норм представле ны в таблице 4.
Таблица 4 – Среднегодовые величины суммарного водопотребления (Е), коэффициента водопотребления (К) и оросительных норм (М) сельскохозяйственных культур на территории юга Средней Сибири Наименование Лесостепная зона Степная зона культур Урожай- Е, К М, Урожай- Е, К М, м3/га м3/га ность, т/га м /га ность, т/га м /га Многолетние травы 6,2 4000 64 1900 6,5 4300 66 Кукуруза на силос 41 3000 73 1000 60 3500 59 Рапс яровой 1-й посев 42 1700 44 900 - - - 2-й посев 33 1300 42 400 - - - Капуста ранняя 46 3600 80 2100 - - - Капуста среднепоздняя 73 4500 60 2100 50 4700 95 Огурец 20 3200 160 1500 20 3500 169 Томат 24 2700 116 1400 25 2500 390 Морковь 41 2900 57 900 - - - Пшеница - - - - 3 3300 98 Картофель - - - - 24 2700 13 Овес, ячмень - - - - 3 3100 70 Сравнительный анализ проектных поливных и оросительных норм показал, что они не всегда совпадают с биологически необходимыми или эрозионно допустимыми нормами, поскольку последние учитывают, кроме климатических и почвенных, еще и биологические особенности возделываемых на орошаемых зем лях культур.
Реки изучаемой территории относятся к типу водотоков смешанного пита ния с весенним половодьем и летними паводками, которые характеризуются ми нимальными величинами минерализации воды в период весеннего половодья и летне-осенних паводков с превышением максимума над минимумом в 2-4 раза.
Минерализация русловых вод в оросительный период на водосборе Красноярской лесостепи изменяется от 136,3 до 512,4 мг/л, что позволяет относить их к водам средней и повышенной минерализации. Воды рек Оя, Туба, Сыда с бассейнами, лесистость которых превышает 70%, характеризуется малой и средней минерали зацией – от 92,9 до 150,4 мг/л (табл.5).
Таблица 5 – Минерализация и химический состав поверхностных вод в створах водозабора оросительных систем Cодержание ионов, мг/дм Река рН Сумма ионов HCO3– SO42– Cl– Ca2+ Mg2+ Na+ +K+ Период наибольшего подъема весеннего половодья (IV-V) Красноярское 7,61 108, 69,3 11,2 1,77 20,2 3, водохранилище Енисей 7,55 124,4 78,9 10,7 2,89 21,9 4,1 4, Есауловка 7,76 140,2 152,5 20,6 3,96 35,4 10, Кача 7,58 148,9 88,7 16,6 4,99 23,3 5,6 8, Бузим 7,71 294,6 155,9 34,7 3,90 43,1 12, Оя 7,46 68,1 55,4 4,9 1,70 10,4 2,9 2, Сыда 6,64 81,0 57,3 5,6 1,45 12,8 5,6 3, Туба 7,35 92,9 64,4 4,8 1,32 16,9 2,8 2, Оросительный период (VI-VIII) Красноярское 7,59 110,9 72,1 9,80 1,88 20,27 3, водохранилище Енисей 7,81 136,3 89,2 10,05 3,04 23,90 5,12 4, Есауловка 8,10 512,4 425,3 252,40 17,20 3,69 56,64 17, Кача 7,96 344,4 196,5 45,89 14,02 47,56 15,11 25, Бузим 8,22 446,9 302,3 33,93 5,18 68,13 21, Оя 7,54 129,4 55,5 1,61 1,22 16,52 1,60 2, Сыда 6,99 150,4 48,1 3,96 1,73 11,15 3,10 3, Туба 7,62 92,9 64,4 4,59 1,16 18,63 2,17 1, Средние годовые Красноярское 7,59 109,2 70,7 10,01 1,81 20,06 3, водохранилище Енисей 7,62 135,9 86,7 11,30 3,06 23,94 4,83 4, Есауловка 7,94 326,3 226,92 19,34 3,86 52,48 15, Кача 8,88 409,9 217,03 59,10 21,61 51,39 16,67 25, Бузим 7,91 417,2 262,60 39,59 5,25 63,30 18, Оя 7,49 86,0 60,65 2,94 1,35 16,40 2,06 2, Сыда 6,81 85,3 57,55 5,00 1,63 13,40 3,62 3, Туба 7,56 102,0 70,84 4,69 1,33 19,63 2,74 2, Химический состав вод – гидрокарбонатно-кальциевый. В анионном соста ве в условиях Красноярской лесостепи в большинстве случаев преобладают ионы НСО3–, содержание которых составляет от 196,5 до 425,3 мг/л, за исключением Красноярского водохранилища и реки Енисей, где этот показатель равен 72,1-89, мг/л. Исследования, проведенные на водозаборах и водосбросах, показывают, что по степени развития процессов засоления и осолонцевания почв забираемая на орошение вода относится к первому классу и не представляет опасности (табл. 6).
Дальнейший анализ качества воды для орошения проводился по экологиче ским критериям второй группы, отражающим свойства воды для орошения и со держание веществ, оказывающих при определенных условиях отрицательное воз действие на отдельные компоненты агроэкосистемы. Часть микроэлементов пер вой группы такие, как фтор, медь, цинк подверглись проверке на предельно допустимые концентрации. Анализ источников по лимитирующим показателям качества показал, что комбинаторный индекс загрязнения имеет наибольшие зна чения в пригородной зоне г. Красноярска. Из семи водоисточников оросительных систем три относятся к «очень грязным» и 4 к «грязным» (Дурнев, 2001). В по давляющем большинстве случаев «устойчивая загрязненность» и «характерная загрязненность» определяются фенолами, нефтепродуктами и тяжелыми метал лами. Во всех случаях это говорит о высокой антропогенности загрязнения. В пригородной зоне г. Красноярска частота превышения ПДК по нефтепродуктам находится в интервале 77-84 раза, а частота превышения по фенолам – 31-43 раза.
Высокая загрязненность тяжелыми металлами также наблюдается в водоисточни ках оросительных систем пригорода, где частота превышения изменяется от 53 – для цинка (водоисточник Есаульской оросительной системы р. Енисей) до 100 – для меди в р. Кача (Твороговская ОС), что является результатом антропогенного действия. Кратность превышения ПДК по нефтепродуктам в пригородной зоне г.
Красноярска достаточно стабильна и находится в интервале 5-7 раз. Для сравне ния – по территории Красноярского края эта величина сильно варьирует и изме няется от 5,4 – в р. Туба до 13,9 – в р. Сыда (Тубинская и Сыдинская оросительные системы).
Таблица 6 – Классификация воды по степени опасности развития процессов засоления и осолонцевания почв Группа воды по степени опасности развития процессов Место отбора пробы натриевого магниевого класс осолонцевания осолонцевания воды 2+ + 2+ 2+ Ca /Na Ca /Mg р. Енисей, водозабор 6,10 3,26 Есаульская ОС, водосброс 6,14 3, Ермолаевская ОС, водосброс 5,00 3, р. Кан, Канская ОС: водозабор 11,40 5,43 водосброс 12,60 5, р. Чулым, Белоярская ОС: водозабор 4,30 2,97 водосброс 4,44 3, Частота превышения и кратность превышения не имеют между собой ха рактерной зависимости. Из рассмотренных водоисточников максимум частоты превышения ПДК приходится на пригородную зону г. Красноярска: в р. Кача час тота превышения ПДК по фенолу составила 100 раз, в водоисточниках Есауль ской системы по меди – 97 раз. Кратность превышения содержания аммонийного азота над ПДК в р. Кача составила 6,9 раза, в р. Есауловка содержание железа превысило ПДК в 19,9 раза. Аналогичное положение наблюдается практически по всем оросительным системам юга Средней Сибири, исключение составляет Ново селовская оросительная система. Воды Красноярского водохранилища по содер жанию ионов Nа+, К+, Са2+, Мg2+ относятся к первому классу и не оказывают влияния на плодородие почв, урожайность и качество продукции.
Вместе с тем, отмечается устойчивая загрязненность высокого уровня неф тепродуктами, характерная загрязненность среднего уровня металлами (медь, цинк). В 1996-1997 гг. на водохранилище уровень нефтепродуктов возрос в 1,2-3, раза, наблюдается увеличение меди – от 8 до 19 ПДК (Мальцев, 1997). Содержа ние железа превышает ПДК в 1,8 раза, в оз. Толстый Мыс – соответственно в раз, но не превышает фонового содержания в водах Енисея. Содержание фенолов в воде также превышает ПДК в 3-5 раз. Нефтепродукты в воде, забираемой на орошение, не обнаружены. Биологический показатель качества воды ниже ПДК в 4 раза, что свидетельствует об отсутствии значимых сбросов вод в акваторию оз.
Толстый Мыс. Отбираемая на орошение вода из залива Красноярского водохра нилища может быть отнесена к «загрязненной» и использована для орошения без ограничений.
Нами проведен расчет и установлено количество вредных веществ, попа дающих в почву с поливной водой, исходя из условий водопользования, сложив шихся в период 1987-1999 годов (табл. 7). При внесении в почву с поливной во дой компонентов в количествах, приведенных в табл. 7, потребуется длительный период времени, сопоставимый с жизненными циклами существования ороси тельных систем, чтобы достигнуть уровня опасных концентраций. Даже высокое содержание фенолов в водах Новоселовской ОС станет опасным через 60 лет, при условии, что вынос этого вещества за пределы системы не будет, что мало вероятно.
Таблица 7 – Количество вредных веществ привносимых в почву с поливной водой, г/га (среднемноголетние данные) Наименование Загрязняющие вещества объекта Фенолы Нефте- Fe Cu Zn Al Mn продукты Твороговская ОС, р. Кача 5,0 600,0 1200,0 27,8 24,0 422,0 404, Есаульская ОС, р. Енисей 6,0 1800,0 480,0 14,2 66,0 222,0 42, Сухобузимская ОС, р. Бузим 3,0 600,0 840,0 13,1 72,0 390,0 322, Новоселовская ОС, Краснояр ское водохранилище 2400,0 820,0 240,0 11,8 55,6 212,0 364, Ермаковская ОС, р. Оя 9,2 740,0 650,0 9,8 56,0 - 52, Сыдинская ОС, р. Сыда 6,0 1800,0 1120,0 12,6 200,0 - 32, Тубинская ОС, р. Туба 6,0 519,0 1200,0 88,5 112,5 265,5 40, Сопряженный анализ проб почвы и растений показал, что овощи, выращи ваемые на поливных землях, содержат элементы-загрязнители в пределах допус тимых концентраций. Содержание цинка находится в пределах 1,3-3,9 мг/кг при ПДК – 10 мг/кг, медь содержится в кукурузе в количестве 0,5-10,2 мг/кг (ПДК – 30 мг/кг), в овощах и картофеле она содержится в пределах 0,1-2,5 мг/кг. Концен трация свинца выше санитарных норм обнаружена в столовых корнеплодах мор кови и свекле на Твороговской и Емельяновской оросительных систем.
В четвертой главе исследовано влияние орошения на экологическое со стояние земель юга Средней Сибири. Дана методика расчета индивидуальных биологически-оптимальных и текущих норм водопотребности для основных сель скохозяйственных культур юга Средней Сибири.
Разработаны режимы затопления многолетних травосмесей на год расчет ной обеспеченности осадками на Озерновской оросительной системе. В очень за сушливый и полузасушливые годы для оптимального роста и развития культуры требовалось двухразовое затопление, а во влажный год было достаточно одного затопления, который проводился в начале фазы вегетации многолетних травосме сей. В неорошаемых условиях шло постепенное снижение влажности, достигая критических значений для культур.
Суммарное водопотребление многолетними травосмесями изучалось из верхнего полуметрового слоя почвы и возрастало по мере повышения влажности этого слоя. Основу водопотребления в неорошаемых условиях составили осадки и запасы почвенной влаги. В условиях полузасушливого года суммарное водопо требление составило: без затопления – 276 мм;
с одноразовым затоплением – мм, с двухразовым – 737 мм. В наших опытах за годы исследований выявлено, что в условиях естественного увлажнения, без внесения удобрений удельные расходы влаги ниже, чем в орошаемых условиях. Так, самые низкие значения коэффициен та водопотребления получены в богарных условиях в полузасушливый год – 145 153 мм/т. Также установлено, что данный показатель зависит от доз минеральных удобрений: чем выше доза удобрений, тем экономнее расходуется влага (табл. 8).
Таблица 8 - Коэффициенты водопотребления многолетних травосмесей в зависимости от режимов затопления, доз удобрений и видов травосмесей, мм/т (в годы 75%, 50%, 25% обеспеченности осадками) Вариант Вид Полузасушливый год Влажный год Очень засушливый год травосмесей 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 Донник+тимо феевка+кострец 145 125 110 89 375 265 204 173 185 145 113 Кон- Клевер+тимо троль феевка+кострец 145 115 95 89 300 237 196 155 184 127 97 Люцера+овся ница+кострец 153 115 102 89 250 187 150 128 135 85 72 Донник+тимо феевка+кострец Однора- 293 203 176 151 437 317 267 225 332 244 160 зовое Клевер+тимо затопле- феевка+кострец 251 195 176 142 410 269 233 184 290 193 145 ние Люцера+овся ница+кострец 211 188 160 135 291 241 205 152 193 179 136 Донник+тимо Двухра- феевка+кострец 283 245 217 180 404 313 246 215 388 275 213 зовое Клевер+тимо затопле- феевка+кострец 307 230 199 164 382 264 215 187 330 227 178 ние Люцера+овся ница+кострец 273 230 189 164 204 237 202 149 254 206 174 Разработаны экологические безопасные режимы орошения многолетних трав при поливе дождеванием на год расчетной обеспеченности осадками на Но воселовской оросительной системе. Режимы орошения многолетних трав склады вались от диапазонов влажности почвы и погодных условий. В условиях 1990 и 1992 годов, которые по влагообеспеченности вегетационного периода в целом ха рактеризовались как влажные, режимы увлажнения для поддержания оптималь ной влажности почвы резко отличались. Если в 1990 году было достаточно одного осеннего влагозарядкового полива нормой 80 мм или одного вегетационного по лива нормой 30 мм, проведенного в конце первой декады мая для поддержания влажности почвы в пределах 70-100% НВ, то вегетационный период 1992 года на варианте «осенняя влагозарядка+вегетационные поливы» оросительная норма со ставила 140 мм, а на варианте «вегетационные поливы» – 60 мм. Это объясняется неравномерностью выпадения осадков – в 1992 году в августе выпало 207 мм, то гда как за весь период вегетации многолетних трав выпало всего 299 мм. В полу засушливые годы, в зависимости от распределения осадков норма водопотребно сти составила от 30 до 140 мм. 1993 год характеризовался как очень засушливый год, осадков за период вегетации выпало всего 182 мм. Для поддержания опти мального увлажнения почв на фоне с осенним влагозарядковым поливом потре бовалось два вегетационных полива нормами по 30 мм, а на варианте «вегетаци онные поливы» – три полива нормами по 30 мм. В остросухие годы ороситель ные нормы составили 120 и 200 мм. Во все годы исследований на неорошаемых вариантах, кроме влажных лет, влажность почвы была ниже оптимальных значе ний. Установлено, что исходные запасы влаги в корнеобитаемом слое почвы, где не были проведены осенние влагозарядковые поливы, ниже оптимальных значе ний. Осенние влагозарядковые поливы, проведенные в конце сентября, позволяют отодвинуть сроки начала вегетационных поливов на две-три декады.
Суммарное водопотребление многолетних трав зависело от режима ороше ния и погодных условий, складывающихся в вегетационные периоды. При этом водопотребление определялось изучаемыми режимами орошения, а его структура зависело от количества осадков, выпадающих в период вегетации культур. В рас четном слое почвы во влажные годы самое низкое водопотребление наблюдалось на фоне без орошения – от 218 до 318 мм, а самое высокое на варианте с осенним влагозарядковым поливом в сочетании с вегетационным и – 380-403 мм. В остро сухие годы самые высокие значения водопотребления были определены на вари антах с осенней влагозарядкой – от 365 до 371 мм. Коэффициент водопотребления можно рассматривать как критерий эффективного использования воды. В наших исследованиях расход воды на единицу продукции резко отличался по годам. Во влажные годы расходы воды на неорошаемых вариантах были высокими от 80 до 99 мм/т. Наименьшие значения коэффициента водопотребления были определены в остросухие годы по всем вариантам опыта (табл. 9).
По данным фактического водопотребления при оптимальных условиях ув лажнения и сумме дефицитов влажности воздуха рассчитаны биологические ко эффициенты испарения многолетних трав по декадам вегетационного периода.
Биологические коэффициенты суммарного испарения изменяются по периодам роста и развития культур. В первой половине вегетации идет постепенное увели чение абсолютных значений коэффициентов и достигает максимума в третьей де каде июня – 0,56. В первой декаде июля намечается уменьшение коэффициента – 0,34. Первая декада июля характеризуется высокой воздушной засухой. Со второй декады июля наблюдается тенденция увеличения коэффициентов и достигает мак симума в третьей декаде августа – 1,18.
В это период, как правило, выпадает значительное количество осадков, при небольших значениях дефицита влажности воздуха – 12-21, иногда 25 миллибар и происходит интенсивное нарастание зеленой массы. Сравнение фактических расходов влаги с расчетными по дефициту влажности воздуха и биологическим коэффициентам сум марного испарения показывает устойчивую корреляцию между ними – от 0,9 до 1,0.
Таблица 9 - Суммарное водопотребление, урожайность и коэффициент водопотребления многолетних трав Годы Вариант Приход влаги (мм) от: Суммарное Урожай Коэфф.
водопотреб- ность, водопо осадков, поливов запасов почвы ление, мм т/га требле ния, мм/т Контроль 324* - 336 4,2 1990 (без орошения) 96 Осенний влагозарядковый по- 324 80 +24 380 9,7 влаж- лив+вегета-ционный полив 85 21 + ный 70% НВ 324 30 + 344 9,6 94 9 + Контроль 248 - 275 2,9 (без орошения) 90 Осенний влагозарядковый по- 248 80 полу- 348 9,8 лив+вегета-ционный полив 71 23 за суш. 70% НВ 248 30 303 10,5 82 10 Контроль 299 - 318 3,2 (без орошения) 94 Осенний влагозарядковый по- 299 140 + влаж- 403 10,1 лив+вегета-ционный полив 74 35 + ный 70% НВ 299 60 + 342 9,7 87 18 + Контроль 182 - 244 3,4 (без орошения) 75 очень Осенний влагозарядковый по- 182 140 за- 369 10,2 лив+вегета-ционный полив 49 38 суш 70% НВ 182 90 ливый 324 11 56 28 1994 Контроль 251 - 280 3,4 полу- (без орошения) 90 за- Осенний влагозарядковый по- 251 140 + 380 9,1 суш- лив+вегета-ционный полив 66 37 + ли- 70% НВ 251 60 323 9,8 вый 78 18 Контроль 131 - 197 2,9 1995 (без орошения) 66 ост- Осенний влагозарядковый по- 131 200 365 10,8 росу- лив+вегета-ционный полив 36 55 хой 70% НВ 131 120 295 11,2 45 41 Контроль 134 - 195 3,1 1996 (без орошения) 69 ост- Осенний влагозарядковый по- 134 200 371 11,2 росу- лив+вегета-ционный полив 36 54 хой 70% НВ 134 120 305 11,7 44 39 * - в числителе – мм.
- в знаменателе - %.
Орошаемые земли с неблагоприятными мелиоративными условиями сосре доточены на Новоселовской оросительной системе с характерными волнисто пологонаклонными равнинами с абсолютными отметками 360-500 м и относи тельными превышениями от 2 до 30 м. Подстилающие породы – эллювиально делювиальные суглинки, озерные глины и суглинки. Грунтовые воды на повы шенных элементах рельефа расположены на глубине 50 м и более, не засолены. С понижением рельефа уровень грунтовых вод повышается до 1,5-2 м, по химизму – от незасоленных до слабоминерализованных. Основные типы почв – черноземы обыкновенные и выщелоченные, а по глубине появления солевого горизонта под разделяются от глубокозасоленных до солончаковых, по типу засоления – суль фатно-магниевые, сульфатные, хлоридно-сульфатно-натриевые, содовые, по сте пени засоления – от слабой до очень сильной.
По материалам почвенного обследования выявлено, что на накопление со лей в почвах в одной и той же зоне большое влияние оказывает рельеф и дрени рованность территории. Сильнозасоленные почвы приурочены к различного рода депрессиям, где грунтовые воды находятся близко к поверхности. Благодаря осо бенностям рельефа, основная часть территории имеет хороший естественный дре наж и глубокое залегание грунтовых вод. Рельеф и климатические условия опре деляют, за небольшим исключением, формирование автоморфных почв и харак тер водно-солевого режима.
Исследовано влияние геоморфологических и гидрологических условий на степень и химизм засоления на трех опытных площадках. Опытная площадка 1 – чернозем обыкновенный глубокозасоленный, тип засоления – сульфатный, сте пень засоления – слабая и средняя. Рельеф участка ровный с незначительным юж ным уклоном. Согласно материалам исследований, при проектировании ороси тельной системы грунтовые воды отсутствуют. Опытная площадка 2 – чернозем обыкновенный солончаковатый, тип засоления – сульфатный, слабой и средней степени, рельеф участка со слабым южным уклоном. Глубина залегания грунто вых вод колеблется в пределах 5 м. Опытная площадка 3 – участок расположен в понижении рельефа, недалеко от бессточного озера. Почва – чернозем обыкно венный солончаковый. Солевой горизонт залегает на большей части участка с по верхности почвы, тип засоления – хлоридно-сульфатный со следами соды. Уро вень грунтовых вод находится на глубине 2 м (рис. 5).
Наблюдения за сезонной динамикой солевого состава лугово-черноземных солончаковых почв показало, что в раннелетний период аккумуляция солей начи нается с глубины 30 см и достигает 20-24 мг/экв на 100 г почвы. Максимум суль фат-ионов наблюдается в 50-60 см слое почвы, а максимум натрий-ионов был ак кумулирован в 80-100 см слое почвы. К осени происходит перераспределение со лей, и верхние слои почвенного профиля промываются осадками и поливами. Ко эффициент сезонной аккумуляции солей в 0-50 см слое почвы для сульфат-ионов и хлорид-ионов составил 0.8, а для бикарбонат-ионов - 1.4, что свидетельствует о засолении по содовому типу (Ковда, 1966). Водно-солевой режим этого типа почв формируется засоленными грунтовыми водами, подпитываемые водой озера Тол стый Мыс (пл.1), которое находится на расстоянии 300-400 м. На черноземе обыкновенном глубокозасоленном, расположенным на расстоянии 1,2-1,4 км от озера со слабой и средней степенью засоления содержание бикарбонат-ионов в течение вегетации не изменяется и находится на уровне 0,8 мг/экв на 100 г почвы в 0-70 см слое почвы. Отмечается увеличение концентрации этих ионов до 1, мг/экв на 100 г почвы на глубине 90-100 см. По всему профилю в течение всей ве гетации растений содержание бикарбонат-ионов не превышает порога токсично сти (пл.2). В средней части южного склона, на расстоянии 2,5 км от озера, распо ложены черноземы обыкновенные солончаковатые сульфатного типа засоления – от средней до сильной степени (рис. 6). Начиная с глубины 80-90 см, отмечается резкое увеличение содержания сульфат-ионов – от 2 до 8 мг/экв на 100 г почвы (пл.3).
Площадка Площадка Площадка Рисунок 5 - Диаграмма распределения солей в профиле чернозема обыкновенного (27.05) Исследовано влияние степени и глубины засоления на урожайность кукуру зы как культуры менее устойчивой к засолению. Выявлено, что на почвах с очень сильным содово-сульфатным засолением ко времени появления полных всходов кукурузы на 1 м2 насчитывалось 16 растений против 133 растений на незасолен ных почвах. С повышением среднесуточной температуры воздуха, из-за интен сивного испарения влаги из почвы и дефицита воздушной влажности, все расте ния на засоленных почвах погибли, а к осени поверхность поля была покрыта разрозненными куртинами галофитов из сем. Аmaranthaceae и Сhenopodoiасеае.
07.06 24. Площадка 1 – лугово-черноземная солончаковая почва.
07.06 24. Площадка 2 – чернозем обыкновенный глубокозасоленный.
07.06 24. Площадка 3 – чернозем обыкновенный солончаковатый.
Рисунок 6 - Диаграмма распределения солей в почвенном профиле На почвах с сильнозасоленным содово-хлоридным типом растения не дали всходов, а на сульфатно-содовом типе засоления растения в течение всего вегета ционного периода были угнетены. Урожайность зеленой массы составила 28% в сравнении с незасоленной почвой, тогда как масса сорных растений (галофиты из сем. Аmaranthaceae и Сhenopodoiасеае и Iuncaginасеае) по надземной массе в 2-2, раза превышали массу сорных растений на участках, расположенных на мульде.
Слабое – хлоридно-содовое, с глубины 25-30 см, а затем среднее – содовое засо ление, с глубины более 40 см, не оказало существенного влияния на рост надзем ной массы и урожайность зеленой массы кукурузы по сравнению с незасоленной почвой. Вместе с тем, там, где почва с поверхности слабозасолена, а с глубины см – среднезасолена, потери урожая зеленой массы составляют почти 25%.
В пятой главе изучены агроэкологические условия произрастания много летних травосмесей при поливе затоплением. В условиях юга Средней Сибири проблема трансформации сельскохозяйственных угодий приобретает особую ак туальность в связи с интенсивным зарастанием пахотных и луговых угодий есте ственной растительностью. Наиболее эффективной формой повышения продук тивности этих угодий является ускоренное залужение их сеяными многолетними травами.
Определенный интерес представляют видовые и сортовые смеси бобовых и злаковых трав, которые способны полнее использовать ресурсы в критические пе риоды онтогенеза и поэтому лучше переносят стрессовые ситуации (Обручева, 1992;
Тюльдюков, 1993). Нами были выбраны трехкомпонентные бобово злаковые травосмеси, состоящие из одного бобового растения и двух злаковых, которые не конкурировали в использовании света, влаги и элементов питания.
Бобовые травы в смешанных со злаками посевах обеспечивали стабильные уро жаи, улучшали качество корма, лучше подсыхали и надежнее хранились, чем при выращивании в чистых посевах.
Исследовано влияние различных режимов затопления и доз минеральных удобрений на урожайность многолетних травосмесей. Основными управляемыми факторами воздействия на продуктивность культур является водный режим и ми неральное питание – действия этих факторов тесно взаимосвязаны. Выявлено, что условия выращивания существенно влияли на урожайность культур. В богарных условиях плодородие данного типа почв обеспечивало, в среднем за три года, по лучение сена трав – от 1,4 до 1,7 т/га. Без применения удобрений и орошения по степенно шло уменьшение урожайности трав. Наибольшая урожайность сена трав получена на варианте с дозой удобрения на травосмеси люцер на+овсяница+кострец – 3,3 т/га.
Поливы затоплением, без внесения минеральных удобрений увеличивали продуктивность сена многолетних трав незначительно, в среднем от 0,7 до 1,0 т/га.
Наибольшая урожайность сена многолетних травосмесей получена при со вместном действии поливов и доз минеральных удобрений Анализ данных по урожайности показывает, что наибольшая прибавка получена в условиях 1987 го да на травосмеси люцерна+овсяница+кострец при двухразовом затоплении с до зой минеральных удобрений N30 Р50 К5 – 4,5 т/га (табл. 10).
Рассмотрено изменение питательности и химического состава сена под влиянием затоплений и доз минеральных удобрений. Условия выращивания опре деленным образом сказались на качестве корма. В зависимости от режима затопления, Таблица 10 – Продуктивность травосмесей в зависимости от режимов затопления и доз минеральных удобрений (1987-1989 гг.) Виды Урожайность сена, т/га Вариант Удобрения травосмесей среднее 1987 1988 Контроль 1,9 1,1 1, 1, Донник+тимо- 2,2 1,4 1, N30P20 1, феевка+кострец 2,5 1,8 2, N30P35 2, N30P50К5 3,1 2,5 2, 2, Контроль 1,9 1,5 1,1 1, Клевер+тимо- 2,4 1,9 1,6 2, N30P Контроль феевка+кострец 2,9 2,3 2,1 2, N30P N30P50К5 3,1 2,9 2,4 2, Контроль 1,8 1,8 1,5 1, Люцерна+овся- 2,4 2,4 2,4 2, N30P ница+кострец 2,7 3,0 2,8 2, N30P N30P50К5 3,1 3,5 3,2 3, Контроль 1,8 1,6 1,4 1, Донник+тимо- 2,6 2,2 1,9 2, N30P феевка+кострец 3,0 2,6 2,9 2, N30P N30P50К5 3,5 3,1 3,5 3, Однора- Контроль 2,1 1,7 1,6 1, зовое Клевер+тимо- 2,7 2,6 2,4 2, N30P затопле- феевка+кострец 3,0 3,0 3,2 3, N30P ние N30P50К5 3,7 3,8 4,0 3, Контроль 2,5 2,4 2,4 2, Люцерна+овся- 2,8 2,9 2,6 2, N30P ница+кострец 3,3 3,4 3,4 3, N30P N30P50К5 3,9 4,6 4,3 4, Донник+тимо- Контроль 2,6 1,7 1,7 2, феевка+кострец 3,0 2,2 2,4 2, N30P 3,4 2,8 3,1 3, N30P N30P50К5 4,1 3,2 4,1 3, Контроль 2,4 1,8 2,0 2, Подпиты- Клевер+тимо- 3,2 2,6 2,9 2, N30P вание феевка+кострец 3,7 3,2 3,7 3, N30P N30P50К5 4,5 3,7 4,7 4, Контроль 2,7 2,6 2,6 2, Люцерна+овся- 3,2 2,9 3,2 3, N30P ница+кострец 3,9 3,4 3,8 3, N30P N30P50К5 4,5 4,6 5,0 4, НСР05 0, доз минерального питания, укосов изменялось содержание переваримого и сыро го протеина, каротина, клетчатки и химического состава продукции. По градации Б.П. Кришенко (1983) оценки качества кормов по содержанию сырого белка (сы рого протеина) по двадцатибальной шкале качество кормов с неорошаемого вари анта, в среднем за три года, можно отнести к девяти баллам, с одноразовым зато плением – двенадцать баллов, с двухразовым затоплением – двадцать. Поливы с затоплением увеличивали выход переваримого протеина соответственно на 22,2 и 46,3 % по сравнению с богарными условиями. Аналогичным образом увеличи валось содержание белка и каротина. На затопляемых участках уменьшалось со держание клетчатки. По содержанию кормовых единиц варианты не отличались, они варьировали в пределах 0.49-0.50, по фосфору варианты с режимами затопле ния одинаковы, а содержание калия и азота в корме увеличивалось. Следует отме тить, что минеральные удобрения способствовали накоплению переваримого про теина независимо от режимов затопления, выход кормовых единиц не менялся в зависимости от дозы удобрений. Содержание каротина при внесении минеральных удоб рений составило 139,6-160,6 мг/кг сухого вещества, а без удобрений – 111,5-146,0 мг/кг.
Установлена устойчивость многолетних травосмесей к затоплению. Поливы затоплением не влияли на прохождение фенофаз растений, но сказывались на биометрии растений. К первому укосу в условиях 1987 года растения были выше в 1,5 раза, чем без орошения, а ко второму укосу – более чем в два раза. Во влаж ный 1988 год большой разницы в линейном росте растений по вариантам не на блюдалось. На третий год выращивания растения в фазе ветвления имели боль ший линейный рост, чем в предыдущие два года. После полива затоплением в фа зе стеблевания отмечалась существенная разница между орошаемыми и неоро шаемыми вариантами. Следует отметить, что в условиях очень засушливого года наблюдался более высокий рост растений во время вегетации трав до перво го укоса, а во втором укосе, на вариантах без орошения и с одноразовым ороше нием, линейный рост растений был низким. И лишь на варианте с двухразовым затоплением линейный рост заметно отличался в сторону увеличения.
В опытах по подбору культур выявлено, что устойчивым к поливу затопле нием и максимальный выход продукции, обеспечила травосмесь, состоящая из люцерны+овсяницы+костреца. По ботаническому составу бобовые травы состав ляли 31-35% по отношению к злаковым, и самый густой травостой отмечался при двухразовом затоплении (табл.11).
В шестой глава изучено влияние полива затоплением на температурный и пищевой режимы почв. Температуры корнеобитаемого слоя почв в начале вегета ции культур были низкими для роста и развития растений. Как показали исследо вания, перед началом затопления температуры почв на глубине 0,2 м были невы сокими. Так, в условиях 1987 г. температура почвы составила 5,8-6,4С;
1988 г. – 4,0-5,4С;
1989 г. – 5,6-6,1С. Сильно влияла температура воздуха на изменение температур поверхностных слоев почвы, с глубиной эта зависимость несколько затухала. На неорошаемых вариантах температуры почвы были неблагоприятны ми. Так, активная температура проникала на глубину 0,2 м лишь к началу второй декады июля, и в то же время к концу июля и к началу августа в верхнем 0,05 м слое почвы наблюдался чрезмерный перегрев. Отмечено, что температуры выше 25С приводят к прекращению роста и выгоранию трав из-за чрезмерного пере грева поверхности почвы. Полив затоплением оказал регулирующее воздействие на температурный режим активного слоя почвы, и на вариантах с орошением ак тивная температура почвы устанавливалась на одну-полторы декады раньше. В тоже время, во время вегетации трав до второго укоса поливы сглаживали чрез мерный перегрев поверхностных слоев почвы, и температура выше 25С на этих вариантах не наблюдалась (рис 7).
Таблица 11 – Динамика густоты и структура ботанического состава травосмесей Первый год Второй год Третий год ботанический ботанический ботанический Виды густо- густо- густо состав, % состав, % состав, % травосмесей та, та, та, бобо- злако- бобо- злако- бобо- злако шт/м2 шт/м2 шт/м вые вые вые вые вые вые Донник+тимо феевка+кострец 493 31 69 501 30 70 413 9 Клевер+тимо феевка+кострец 511 35 65 545 33 67 552 31 Люцерна+овся ница+кострец 562 32 68 612 34 66 623 34 Донник+тимо феевка+кострец 514 29 71 541 21 79 487 7 Клевер+тимо феевка+кострец 557 32 68 593 27 73 603 20 Люцерна+овся ница+кострец 579 33 67 621 36 64 642 38 Донник+тимо феевка+кострец 547 30 70 597 27 63 524 3 Клевер+тимо феевка+кострец 617 34 66 649 30 70 653 21 Люцерна+овся ница+кострец 645 31 69 694 32 61 723 37 Установлена корреляционная зависимость между температурами почвы и влажностью почвы методом регрессии, с помощью которого можно проследить изменения температуры почвы при изменении влажности почвы. Полученные ре зультаты показали, что между температурой почвы и влажностью отмечены экс поненциальная и гиперболическая зависимости, причем на неорошаемых услови ях – экспоненциальная, а при орошении – гиперболическая зависимость. Коэффи циенты корреляции, отражающие связь между температурой и влажностью почв составили в неорошаемых условиях по годам соответственно: 0,67;
0,69;
0,70. Коэф фициенты корреляции, отражающие связь между температурой и влажностью почвы при поливе затоплением, составили соответственно по годам: 0,31;
0,77 и 0,72.
Анализируя динамику элементов питания, установили, что исходные запасы нитратного азота в 0-40 см слое почвы были выше в 8,0-8,5 раз, чем аммиачного.
Высокое содержание аммиачного азота по сравнению с нитратным объясняется тем, что на длительно-сезоннопромерзающих почвах преимущественно развит процесс аммонификации и заторможена трансформация аммиака в нитраты (Му кина, 1983). После первого укоса, в неорошаемых условиях, произошло снижение содержания как нитратного, так и аммиачного азота, что связано с выносом азота с урожаем, причем большая часть нитратного азота выносилась с верхнего 0-20 см слоя почвы – 38% исходного запаса, а во втором укосе наблюдалось некоторое увеличение содержания нитратного азота. В орошаемых условиях происходило увеличение содержания нитратного азота по сравнению с исходными запасами в результате повышения температуры и влажности почвы. Выявлено, что процессы нитрификации наиболее интенсивно протекают при влажности почвы 64-98% НВ, что и поддерживалась на этом варианте. Установлено, что внесение минеральных удобрений при различных режимах затопления повышает содержание как нитрат ного, как и аммиачного азота.
1987 год 1988 год 1989 год Рисунок 7 - Термоизоплеты почв Исследования показали, что в опытах без внесения удобрений и полива шло постепенное снижение фосфатов. При систематическом внесении минеральных удобрений количество подвижного фосфора увеличилось в среднем за три года на 40 мг/кг почвы. На вариантах с затоплениями, без внесения минеральных удобре ний, после первого укоса отмечалась тенденция к увеличению фосфора, так как поливы оптимизировали процессы, влияющие на подвижность фосфатов. Было установлено, что действие удобрений сильнее проявлялось при оптимальных ре жимах затопления, и поливы способствовали перераспределению фосфатов по слоям почвы (рис. 8).
Рисунок 8 - Динамика содержания подвижного фосфора и обменного калия по укосам (в среднем за три года) при применении минеральных удобрений Обеспеченность почв обменным калием была средней. Наиболее интенсив ный вынос калия отмечался из верхнего 0-20 см слоя почвы и травами первого укоса. После первого укоса, содержание обменного калия в верхнем слое почвы уменьшилось на 37 мг/кг, после второго укоса – на 12 мг/кг, а в нижележащем слое почвы – на 15 и 9 мг/кг соответственно по укосам. В опытах с поливами, без применения удобрений наблюдалось вымывание калия из верхних слоев в ниж ние. В результате выноса растениями и миграции вглубь почвы, обменного калия в 0-20 см слое уменьшилось на 23-26% по сравнению с исходными запасами. Со вместное действие орошения и удобрений увеличило содержание обменного ка лия с 249-250 мг/кг до 348-352 мг/кг в 0-40 см слое почвы.
ВЫВОДЫ 1. На основе теоретических исследований определено, что степень проявле ния экологических последствий орошения определяется исходным состоянием почв, качеством оросительной воды, режимом орошения, уровнем агротехноло гий. Поэтому весь комплекс мероприятий по предотвращению негативных по следствий орошения нужно строить с учетом этих факторов.
2. Воды, используемые на орошение, на юге Средней Сибири являются эко логически безопасными по степени их влияния на процесс засоления и осолонце вания, относятся к первому классу качества. По лимитирующим показателям ка чества воды (фенолам, нефтепродуктам, тяжелым металлам) все водные источни ки относятся к «грязным» или «очень грязным». Конструкции водозаборных со оружений влияют на качество отбираемой воды, заглубленные всасывающие пат рубки сокращают поступление на поля орошения нефтепродуктов;
каналы спо собствуют самоочистке воды.
3. Разработаны экологически безопасные режимы орошения многолетних трав в условиях степной и лесостепной зоны юга Средней Сибири с учетом влаго обеспеченности года. В условиях степной зоны, на пойменных почвах, одноразо вый весенний полив затоплением нормой 250 мм, обеспечивает оптимальную влажность почвы в течение вегетации многолетних травосмесей до первого укоса.
Для вегетации трав до второго укоса необходимо подпитывание нормой 150 мм.
На орошаемых землях лесостепной зоны, при поливе дождеванием, для поддер жания оптимального увлажнения почвы на фоне осенней влагозарядке требуются от двух до четырех поливов нормами по 30 мм.
Коэффициенты водопотреблений во все годы исследований были самыми низкими на вариантах с вегетационными поливами - 26 - 36 мм/т. Биоклиматиче ские коэффициенты хорошо согласуются с фактическими, как по декадам, так и за весь период вегетации. Отношение расчетного суммарного водопотребления к фактическому в среднем за семь лет составило 1,0.
4. Вторичное засоление орошаемых земель обусловлено геоморфологиче скими особенностями территории, носит спорадический характер и чаще всего приурочено к понижениям рельефа, когда капиллярная кайма грунтовых вод близко расположена к поверхности почвы. Существенной причиной отсутствия площадного засоления является то, что традиционные территории орошения на юге Средней Сибири находится в местах распространения хорошо дренирован ных долин рек Енисея, Абакана, Чулыма.
5. Выявлено, что наиболее эффективной формой повышения продуктивно сти сельскохозяйственных угодий в условиях юга Средней Сибири является уско ренное залужение их сеяными многолетними бобово-злаковыми травами. Наи большую урожайность обеспечивало смесь, состоящая из люцер ны+овсяницы+костреца. В зависимости от режима затопления, минерального пи тания, укосов изменялось содержание переваримого и сырого протеина, каротина, клетчатки, химического состава сена многолетних трав. Наибольшее содержание переваримого (125,2 г/кг), сырого (20,7 %) протеина, каротина (160,6 мг/кг) полу чено на травосмеси люцерна+овсяница+кострец при двухразовом затоплении.
6. Полив затоплением оказывает существенное регулирующее воздействие на температурный режим верхнего корнеобитаемого слоя почв, В начале вегета ции трав на вариантах с затоплениями наблюдается повышение температуры почв, в среднем на 0,9 - 2,7°С по сравнению с незатапливаемыми участками. В то же время орошение предотвращает чрезмерный перегрев верхнего 5 см слоя почв, который наблюдается в конце июня и в начале августа.
7. Доступность элементов питания на (минерального азота, подвижного фосфора, обменного калия) на длительно-сезонно-промерзающих пойменных почвах в начале вегетации культур низка. Под влиянием полива затоплением, в результате повышения влажности и температуры почвы интенсивнее протекают процессы нитрификации, происходит переход аммиачных форм азота в нитрат ные;
оптимизируются условия для превращения недоступных форм фосфатов в подвижные. Под влиянием поливов происходит вымывание обменного калия из верхних слоев почвы в нижележащие. Внесение минеральных удобрений позво ляет поддерживать положительный баланс элементов питания.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ Предлагается экологически безопасные режимы орошения многолетних трав на юге Средней Сибири.
В степной зоне, в засушливые годы, при поливе затоплением, проводить два полива. Первый полив нормой 250 мм осуществить в начале вегетации многолет них трав, второй – нормой 150 мм в начале фазы отрастания трав второго укоса.
В лесостепной зоне, в засушливые годы, при поливе дождеванием, на фоне осенней влагозарядки проводить от двух до четырех поливов нормами по 30 мм.
На засоленных почвах, в зависимости от степени и химизма засоления, орошение проводить в комплексе с глубоким мелиоративным рыхлением и внесе нием химмелиорантов. Использовать для посева солевыносливые культуры (дон ник белый и желтый, пырей бескорневищный, люцерна желтая), которые обеспе чивают коренное улучшение и окультуривание земель.
На пойменных орошаемых землях проводить ускоренное залужение посе вами многолетних трав, состоящую из люцерны+овсяницы+костреца, вносить минеральные удобрения с учетом агрохимических свойств почвы, а также ее эф фективного и потенциального плодородия.
Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах 1. Савостьянов, В.К. Определение ЭДПН для орошаемых земель Средней Сибири на основе оценки их впитывающей способности / Савостьянов В.К., Кар пенко В.Д., Ензак X.В., Бадмаева С.Э // Сб. Предотвращение ирригационной эро зии почв Средней Сибири. – Красноярск, 1982. – С. 11-29.
2. Соловьева, Л.Э. Усовершенствовать конструкции инженерных систем лиманного орошения и способы их эксплуатации /Соловьева Л.Э., Бадмаева С.Э.// Закл. отчет за 1985 г., том 2, № гос. регистрации 87569027. – Красноярск, 1985. – 42 с.
3. Бадмаева, С.Э. Влияние полива затоплением на урожайность многолет них травосмесей / Бадмаева С.Э.// Инф. лист. № 559-88. – Красноярск, 1988. – 3 с.
4. Бадмаева, С.Э. Влияние минеральных удобрений на питательность мно голетних травосмесей с режимами затопления / Бадмаева, С.Э.// Инф лист. № 560-88. – Красноярск, 1988. – 3 с.
5. Соловьева, Л.Э. Влияние сроков затопления на урожайность многолет них трав и качество корма при лиманном орошении /Соловьева Л.Э., Вязников Н.А., Бадмаева С.Э.// Орошение и осушение земель Сибири. – Красноярск, 1988. – С. 39-44.
6. Бадмаева, С.Э. Продуктивность многолетних травосмесей на пойменных почвах при лиманном орошении /Бадмаева С.Э., Соловьева Л.Э.// Интенсифика ция кормопроизводства на мелиорируемых землях Сибири. – Красноярск, 1988. – С. 56-64.
7. Бадмаева, С.Э. Использование подпитывающих систем лиманного оро шения в условиях юга Красноярского края. /Бадмаева С.Э.//Автореферат дисс.
канд. с.-х. наук. – Новочеркасск, 1990. – 18 с.
8. Бадмаева, С.Э. Схема водоподачи при лиманном орошении. /Бадмаева С.Э., Тимченко Н.С.// Экологические аспекты мелиорации Северного Кавказа.
Новочеркасск. – 1990 - С. 36-37.
9. Бадмаева, С.Э. Влияние лиманного орошения на температурный режим длительносезоннопромерзающих почв юга Красноярского края. /Бадмаева С.Э., Тимченко Н.С.// Всесоюз. семинар «Рациональное природопользование в криоли тозоне», - Якутск, 1990. – С. 24-26.
10. Бадмаева, С.Э. Технология возделывания многолетних травосмесей на сено в Хакасской А.О. при лиманном орошении /Бадмаева С.Э., Соловьева Л.Э., Вахтель Н.С.// Временные рекомендации., - Абакан, 1991.- 7 с.
11. Бадмаева, С.Э. Эффективность лиманного орошения при ускоренном за лужении пойменных почв юга Красноярского края. /Бадмаева С.Э// Проблемы во дохозяйственного строительства и экологических проблем. Тбилиси. – 1991 - С. 18-19.
12. Бадмаева, С.Э. Режимы увлажнения многолетних травосмесей при ли манном орошении пойменных почв на примере Озерновской системы. /Бадмаева С.Э., Тимченко Н.С.// Гидромелиорация и освоение пойменных земель Сибири. Красноярск, 1991.- С. 122-125.
13. Бадмаева, С.Э. Эксплуатация систем лиманного орошения на юге Крас ноярского края. /Бадмаева С.Э// Всесоюзн. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов «Вопросы водохозяйственного строительства, мелиорации, исполь зования и охраны водных ресурсов» - Ереван,1991. – С. 41-42.
14. Струков, Н.С. Изменение плодородия чернозема обыкновенного под влиянием хозяйственной деятельности человека. /Струков Н.С., Савченко В.Т., Бадмаева С.Э.// Ж-л. «Мелиорация и водное хозяйство» 1995. №3 С.34-35.
15. Струков, Н.Т. Предупреждение ирригационной эрозии чернозема обык новенного /Струков Н.Т., Бадмаева С.Э., Комарова В.М., Бадмаева Ю.В.// Вестник КрасГАУ, 1999 - №5 - С. 103-109.
16. Савченко, В.Т. Организация поверхностного орошения на оросительных системах с закрытой оросительной системой. /Савченко В.Т., Бадмаева С.Э., Ко шелева И.В., Бадмаева Ю.В.// Вестник КрасГАУ, 2000.- № 6 - С. 132-133.
17. Бадмаева, С.Э. Агроландшафты на орошаемых землях Средней Сибири /Бадмаева С.Э., Струков Н.Т., Комарова В.М.// Краснояр.гос.аграр.ун-т. – Красно ярск, 2001. – 167 с.
18. Бадмаева, С.Э. Земельные ресурсы Красноярского края и основные на правления мелиорации по повышению эффективности их использования /Бадмаева С.Э., Савченко В.Т.// Сб. научных трудов «Научное и кадровое обеспе чение земельных преобразований в России» - Москва, 2002 - С. 125-128.
19. Бадмаева, С.Э. Почвенно-мелиоративная характеристика Новоселовской оросительной системы /Бадмаева С.Э., Фрицлер Ю.А.// Почвы Сибири: особенно сти функционирования и использования. Красноярск. - 2002. - С.178-180.
20. Бадмаева, С.Э. Структура агроландшафта с мелиоративной (ороситель ной системой) /Бадмаева С.Э.// Вестник КрасГАУ.- 2003.- № 1.- С. 12-14.
21. Бадмаева, С.Э. Эколого-мелиоративные исследования в Средней Сибири /Бадмаева С.Э.// Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2004. – 141 с. (научное издание) 22. Бадмаева, С.Э. Основные особенности и закономерности прогрессивно го развития конструкций оросительных систем юга Сибири./Бадмаева С.Э.// Сб.
Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые усло вия социально-экономического развития России. - Москва, 2005 - С. 64-69.
23. Бадмаева, С.Э. Регулирование водно-солевого режима почв. /Бадмаева С.Э.// Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука на рубеже веков» - Красноярск, 2005 - С. 103-104.
24. Бадмаева, С.Э. Особенности солевого режима почв Новоселовской оро сительной системы /Бадмаева С.Э., Бадмаева Ю.В.// Вестник КрасГАУ, 2006. - С. 131-136.
25. Бадмаева, С.Э. Экологические аспекты орошения /Бадмаева С.Э.// Вест ник КрасГАУ, 2006.- С. 130-131.
26. Бадмаева, С.Э Оценка водоисточников для ирригации по экологическим показателям./Бадмаева С.Э.// Вестник КрасГАУ, 2006.- С. 129-130.
27. Бадмаева, С.Э. Характеристика водозаборных сооружений оросительных систем юга Средней Сибири /Бадмаева С.Э.// Вестник КрасГАУ.- 2006.- С. 127-129.
28. Бадмаева, С.Э. Методика расчета индивидуальных биологически оптимальных и текущих норм водопотребления. /Бадмаева С.Э. Международная заочная конференция по проблемам агрокомплекса. - Красноярск. – 2006. – С. 76- 29. Бадмаева, С.Э. Анализ режимов водопользования. /Бадмаева С.Э.// Ме ждународная заочная конференция по проблемам агрокомплекса. Красноярск. – 2006. – С. 74-76.
Санитарно-эпидемиологическое заключение №24.49.04.953.П.000381.09.03 от 25.09.2003 г.
Подписано в печать. Формат 6084/16 Бумага тип. №1.
Офсетная печать. Объем 2,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина,