CC BY
99
УДК 631.41
Виталий Савич,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
Николай Дубенок,
академик РАСХН, заведующий кафедрой,
Владимир Гукалов,
кандидат биологических наук, докторант,
Гурият Подволоцкая,
студентка 2 курса магистратуры, Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева
ВЛИЯНИЕ МЕЛИОРАЦИИ ПОЛИВНЫХ ВОД НА СВОЙСТВА ПОЧВ
В проведенных исследованиях на почвах Вьетнама, Ирана, черноземах Краснодарского края России показана целесообразность приготовления для полива сельскохозяйственных культур купажа речных, морских и дождевых вод, использование электромелиорации для устранения засоления и солонцеватости почв, применение электрофорети-ческого обогащения поливных вод биофильными элементами, мелиорации поливных вод СаSО4 для увеличения отношения Са/Na. Предлагается информационно-энергетическая оценка состояния поливных вод по их свойствам, процессам, режимам. Показана тесная связь состава поливных вод с ложем водоема, илом и донными отложениями. S u m m a r y
In researched soils of Vietnam, Iran, chernozemic soils of Krasnodarskiy region of Russia the practicability of blend preparation of river, sea and rain water for crops irrigation, the use of electric melioration for elimination of salinization and alkalinity of soils, the use of electrophoresis for fortification of irrigation waters by biophile elements, the melioration of CaS04 irrigation waters for increasing of Ca/Na ratio have been shown. It is suggested informational and energetic evaluation of irrigation waters condition according its properties, processes and regime. It has been shown the close contact between compound of irrigation waters and bottom formations.
Ключевые слова: поливные воды, поверхностные воды, мелиорация вод, энергетика вод. Keywords: irrigation waters, surface waters, melioration waters, energetics of waters.
АГРАРНАЯ РЕФОРМА И ФОРМЫ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ
Химический состав поливных вод отличается для отдельных почвенно-экологических условий, биохимических, геохимических и гидрохимических провинций [4]. Как правило, в составе поверхностных вод северных регионов отмечается повышенное содержание железа, марганца, алюминия, водорастворимых органических веществ [8]. В составе поверхностных вод южных регионов наблюдается повышенное содержание №, С1, SO4, С03, в меньшей степени Са, Mg, отмечается образование ассоциатов [5].
Факторами, лимитирующими применение вод для орошения, являются, в основном, засоленность, узкое отношение Са+Мg к №, повышенная концентрация хлоридов, сульфатов, карбонатов, нитратов [2, 4, 10].
Для улучшения качества поливных вод используют смешивание вод разного химического состава, обогащение вод кальцием за счет растворения в них СаSО4, очистку вод, обогащение вод биофильными элементами [2]. Однако для разных типов почв, климатических условий, экологической ситуации, рельефа, гранулометрического и минералогического состава почв оптимальный состав поливных вод будет отличаться. При этом оптимизация состава поливных вод, приемы их мелиорации разработаны крайне недостаточно [2, 5, 10].
В проведенных исследованиях объектом выбраны кислые сульфатные почвы рисовых полей Вьетнама [11], серо-бурые, светло-каштановые засоленные по-
чвы Ирана [12], выщелоченные чернозема Краснодарского края России [3].
Методика исследования состояла в оценке: влияния орошения на свойства почв при предварительной оптимизации состава поливных вод [11, 12]; влияния вод разного химического состава на свойства почв в модельных опытах; взаимосвязей состава поверхностных вод, почв, донных отложений; влияния вод с разной информационно-энергетической характеристикой на развитие биотестов [3, 9].
С нашей точки зрения, состояние поверхностных вод характеризуется их свойствами, процессами и режимами. Для отдельных геохимических, биохимических, почвенных и гидрохимических провинций характерны свои модели оптимального состояния поверхностных вод, которые отличаются в зависимости от целей хозяйственного использования вод. Целесообразно выделять свойства поверхностных вод и протекающие в них процессы. Изменение свойств вод во времени и в пространстве характеризует режимы поверхностных вод. Оптимальное состояние свойств, процессов и режимов поверхностных вод характеризует наиболее благоприятную модель сочетания их свойств.
Состав поверхностных вод существенно зависит от почвенного покрова территории и ложа водоема. Так, по полученным данным, растворимость соединений железа и марганца в воде, обусловленная ложем водо-
Влияние мелиорации поливных вод на свойства почв
ема, составляла над хорошо гумусированными грунтами 2,59±0,1 мг/л и 22,3±4,2 мг/л, а над породой — 0,15±0,06 и 0,67±0,5 мг/л соответственно. В верховодке слабоокультуренной почвы при стоке 185 мм содержание N-NO3 составляло 8,3 кг/га; K2O — 3,5; Ca — 31,8; Mg — 19,2; Cl — 22,9 кг/га; а в верховодке хорошо окультуренной почвы — 19,3; 4,7; 4,6,9,23,1 и 55,9 кг/га соответственно.
По полученным нами данным, в поверхностных водах малых рек Московской области содержание общего железа достигало 1,1 мг/дм3 при ПДК = 0,3; кальция — 76,8 при ПДК до 130,0; натрия — 20,9 при ПДК = 200; нитратов 2,7 при ПДК = 45,0; хлоридов 37 при ПДК 350; общая минерализация 427 при ПДК = 1000. Но, в то же время, перманганатная окисляемость составляла 9,9 при ПДК = 5,0. В воде реки Средняя Челбаска на черноземах Краснодарского края содержание нитратов достигало 2,7 мг/дм3, сульфатов — до 42,5 мг/дм3; перманганатная окисляемость составляла 2,0 мг О2/
дм3.
При орошении почв Ирана содержание солей в оросительных водах достигло 1-4 г/л; рН=7,5-8,5. В химическом составе вод доминировали хлориды и сульфаты натрия, на долю которых приходилось до 7080% всех солей. В исследуемых водах и почвах Ирана установлено наличие положительно и отрицательно заряженных ассоциатов и гидроксикомплексов железа, марганца, цинка. Наименьшая доля отрицательно заряженных соединений установлена для натрия. Содержание в водах растворимых соединений железа достигало 0,1-0,3 мг/л; кальция — до 76-100; магния — до 35-45 мг/л.
Лимитирующим фактором применения для полива оросительных вод Ирана было содержание Fe > 5 мг/л; B > 2 мг/л; Al > 5 мг/л; минерализация > 2 мг-экв/л; Cl > 10 мг/л; отношение Na/Ca > 2,5; Mg/Ca > 2,5; (CO3 + HCO3) — (Ca2+ + Mg2+) > 2,5. Содержание Na в оросительных водах Ирана достигало 41 мг/л; Ca — 1,316,9; Mg — 0,8-9,1; Cl — 0,2-35,2; SO42- — 1,5-22,4 мг/л. Величина SAR (Na/^Na + Mg): 2) колебалась от 1,5 до 26,1. При этом установлена высокая корреляция химического состава поверхностных вод, почв и ложа водоемов [3].
Для орошения почв оптимальны воды определенного химического состава и, в первую очередь, с увеличением доли в составе вод Са, по сравнению с №, Mg. Это достигается мелиорацией поливных вод и составлением купажа из речных вод.
В исследованиях, проведенных совместно с Фам Вьет Хоа под руководством В.И. Савича и Н.Н. Ду-бенка, показана целесообразность использования для полива кислых сульфатных почв Вьетнама купажа вод разного химического состава. Исследуемые почвы имеют сильнокислую реакцию среды (до рН=2,2), содержат повышенное количество подвижных соединений алюминия (до 16 мг/100 г), засолены С1 и S04, солонцеваты. Они характеризуются близким уровнем залегания грунтовых вод (0,40,6 м) при минерализации до 20 г/л. Содержание частиц < 0,01 мм — 51-57%. В илистой фракции —
каолинита 22-24%, хлорита — 14-21, гидрослюд — 55-64%.
В условиях России такие почвы использовать для выращивания риса практически нереально. Однако расчет равновесий в системе «почва — оросительные воды», с учетом констант ионного обмена и произведений растворимости возможных осадков, позволил разработать мероприятия по поливу почв оросительными водами из купажа речных, дождевых и морских вод. При этом рН поднималось до 5,4-6,1, содержание обменного алюминия уменьшалось в 2 раза, в 1,5 раза уменьшалась доля натрия от емкости поглощения почв. Полив в полевых условиях кислых сульфатных почв речной водой при норме 4000 м3/га с внесением 10 т птичьего помета, 60 кг/га Р2О5, 40 кг/га К2О, 60 кг/ га N позволил получить урожай риса по 35-40 ц/га 2 раза в год [11].
Оптимальной была промывка почв в сухой сезон речной и дождевой водой в соотношении 2:1. При наличии в смеси вод морской воды (более 30%) происходило увеличение рН, уменьшение содержания подвижного алюминия, но увеличение в почве содержания С1 и доли № в составе обменных катионов. Более эффективной была предварительная мелиорация почв с внесением СаСО3. Однако для изучаемых почв дозы извести определялись не только содержанием в ППК ионов Н+, но также ионов Fе2+, Мп2+, А13+ при наличии Fе2+ до 40% от емкости поглощения почв.
В исследованиях, проведенных совместно с Хесам Моуса под руководством В.И. Савича и Н.Н. Дубенка на почвах Ирана, показано, что при орошении почв целесообразно учитывать не только гранулометрический состав почв, но и содержание минералов типа 2:1, 2:2, степень разбавления поливных вод, константы ионного обмена в системе «твердая фаза почвы — поливные воды».
В научной литературе имеются данные по информационно-энергетической оценке состояния почв [9]. Обработка вод электромагнитными полями с заданной информацией позволяет записать на них эту информацию для дальнейшего воздействия на растения. Загрязнение вод тяжелыми металлами изменяет в неблагоприятную сторону и их энергетику. Так, по полученным нами данным, в контрольном варианте развитие корней кресс-салата составляло 5,4±0,7 см, при воздействии на воду поля внешней среды отраженного Pb(NO3)2 — 4,3±0,6 см, при действии поля стимулятора — 7,7±0,9 см [6, 7].
При оценке энергетики водных вытяжек из почв методом газоразрядной визуализации, получены данные о том, что средняя интенсивность пика составляла для этих вытяжек из дерново-подзолистой почвы 79,6±3,1; из чернозема — 85,8±3,1; из серозема — 82,9±2,7; энтропия по изолинии — 1,5±0,04; 1,5±0,1; 1,7±0,05; длина изолинии — 145,3±15,2; 165,6±26,7; 191,1±17,0 соответственно. Интегральные энергетические показатели составляли соответственно 0,66; 0,69 и 0,69. При загрязнении дерново-подзолистых почв и вод пометом энтропия по изолинии увеличилась от 1,6±0,05 до 1,9±0,1; длина изолинии — от 169,8±5,9 до 184,9±2,3.
№ 5/2014
Проведенные исследования показали возможность оптимизации состава вод при их электромагнитной обработке. Установлено, что влияние такой обработки на воды и их действие на почвы и растения зависит от параметров воздействия и отличается для вод с разным содержанием железа, марганца, для почв с разной магнитной восприимчивостью, а влияние на растения — дополнительно от параметров геофизических полей Земли. Так, вода, обработанная СВЧ, вытесняла из почв 32,6±4,0 мг/л кальция; 0,10±0,01 мг/л — железа; 3,5±0,6 мг/л — калия. Вода, обработанная магнитным полем, существенно увеличила вытеснение из почв железа — 0,16±0,01 мг/л, а обработанная УЗИ — до 0,23±0,14 мг/л.
Для оптимизации обстановки целесообразна как мелиорация вод, так и мелиорация почв. При этом, по полученным данным, электромелиорация почв Ирана была эффективна на солонцеватых почвах. За 1 час калия вытеснялось 1,3 мг/100 г, натрия — 13,6; кальция — 8,4 и магния — 1,6 мг/100 г, в то время, как в несолонцеватых почвах кальция вытеснялось больше, чем натрия.
По полученным нами данным, перспективно анодное обогащение вод биофильными элементами. При
существующих методах анодного обогащения вод микроэлементами — поливалентными металлами -достаточное их содержание в поливных водах не достигается в связи с выпадением в осадок при щелочной реакции среды. Для увеличения содержания этих элементов в растворах необходимо анодное их растворение в водах, содержащих комплексоны (водорастворимое органическое вещество трансформированных при компостировании растительных остатков).
По полученным нами данным, анодное обогащение цинком гумата натрия из помета с опилками повысило содержание Zn от 0,010 до 0,013 мг/л; а при обогащении медью содержание Си возросло от 0,02 до 0,17 мг/л. Гумат натрия из помета без опилок содержал больше лигандов, склонных к комплексообразованию. Анодное обогащение его цинком и медью привело к увеличению концентрации от 0,015 мг/л до 0,09 и от 0,014 до 0,309 мг/л соответственно. Обогащенные цинком и медью растворы положительно действовали на прорастание семян кресс-салата. Так, в контрольном варианте на гумате 10-5 мг/л размер корней и стеблей проростков составлял 3,7±0,3 и 2,3±0,1 см. При выращивании на таком растворе, обогащенном цинком, -6,9±0,4 и 4,5±0,2 см соответственно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бондаренко Н.Ф., Гак Е.З. Магнитные поля в сельскохозяйственной практике и исследованиях. СПб.: АФИ, 1997. 152 с.
2. Болдырев А.И. и др. Использование фосфогипса для химической мелиорации орошаемых почв в Крыму // Почвоведение. 1977. № 4. С. 147-153.
3. Гукалов В.Н. Трансформация валовых и подвижных форм тяжелых металлов в агроландшафтных системах. Краснодар: Кубанский ГАУ 2014. 219 с.
4. Зимовец Б.А. Экология и мелиорация почв сухостепной зоны. М.: ВАСХНИЛ, 1991. 247 с.
5. Минкин М.Б., Калиниченко В.П., Садименко П.А. Регулирование гидрологического режима комплексных солонцовых почв. Ростов н/Д: Ростовский ун-т, 1986. 232 с.
6. Савич В.И., Пестова Е.А., Жукова Е.Ю. Влияние информационно-энергетических полей на развитие проростков // Наука и образование в 21 веке. Ч. 19. Тамбов: «Бизнес-наука-общество», 2013. С. 119-121.
7. Савич В.И., Седых В.А. Влияние физических информационно-энергетических полей на развитие проростков: материалы 6 междунар. конф. «Человек и животные». Астрахань: АГУ, 2012. С. 148-153.
8. Савич В.И. Физико-химические основы плодородия почв. М.: РГАУ-МСХА, 2013. 431 с.
9. Стехин А.А., Яковлева Г.В. Оструктуренная вода: нелинейные эффекты. М.: ЛКИ, 2008. 320 с.
10. Хитров Н.Б. Генезис, диагностика, свойства и функционирование глинистых набухающих почв Центрального Предкавказья. М.: РАСХН, 2003. С. 505.
11. Фам Вьет Хоа. Кислые сульфатные почвы рисовых полей Вьетнама и способы их мелиорации: автореф. дис. ... канд. наук. М.: МСХА, 1994. 16 с.
12. Хесам Моуса. Мелиоративная оценка почв Северного Ирана: автореф. дис. ... канд. наук. М.: РГАУ-МСХА, 2006. 20 с.
guri_89@mail.ru
