CC BY
112
УДК 631.6 : 626.86 : 631.51
АГРОМЕЛИОРАТИВНЫЕ ПРИЕМЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ВОДНОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
Третьякова Г. Ю. - к. с.-х. н., ст. науч. сотр.
ФГНУ ".Российский НИИ проблем мелиорации "
Дан анализ последействия различных вариантов проведенных агромелиоративных приемов. Рассмотрено их влияние на изменение воднофизических свойств периодически переувлажняемых слабопроницаемых почв тяжелого гранулометрического состава в южных районах Ростовской области.
В Ростовской области имеется более 100 тыс. га пахотных земель с тяжелыми слабопроницаемыми почвами, приуроченными к замкнутым лиманообразным понижениям. Характерной особенностью этих почв является наличие рыхлого верхнего пахотного слоя в десятки раз более водопроницаемого, чем подпахотный. Просачиванию воды вглубь препятствует низкая водопроницаемость бесструктурных подпахотных горизонтов. Поэтому после весеннего снеготаяния и выпадения обильных атмосферных осадков почвы становятся переувлажненными на значительное время.
Это затягивает сроки проведения весенних полевых работ, сокращает продолжительность вегетационного периода и приводит к значительному снижению урожая, а иногда и к полной его потере. Повышение эффективности сельскохозяйственного использования этих земель возможно лишь на основе применения комплекса агромелиоративных приемов.
Слабопроницаемый горизонт, залегающий с глубины 25-35 см от дневной поверхности, после снеготаяния и выпадения обильных дождей способствует скоплению и застаиванию поверхностных вод. Нисходящая фильтрация влаги практически отсутствует и осуществляется лишь по редким трещинам, ходам корней и почвенных животных. Поэтому гидрологический
режим верхней 50-сантиметровой толщи отличается резкими переходами от переувлажненного состояния к переосушенному.
Нами проводились исследования по мелиоративному улучшению земель за счет различных обработок почвы и создания благоприятного водного, воздушного и питательного режимов с целью достижения оптимальных показателей их свойств и эффективности сельскохозяйственного использования.
Агромелиоративные обработки с углублением пахотного слоя являются весьма эффективным средством изменения агрофизических свойств и режима почв. Поэтому их оценка должна быть по возможности многогранной и опираться прежде всего на изучение тех факторов, которые претерпевают наиболее резкую трансформацию. Исходя из этого, наши исследования были сосредоточены на изучении изменений физико-химических и водно-воздушных свойств, основных элементов водного режима (плотности сложения, порозности, аэрации, водопроницаемости, режимов влажности почв).
С целью ликвидации избыточного переувлажнения нами были осуществлены различные варианты обработки почвы по трем схемам опытов и проведены наблюдения за их последействием.
Опыт I. Отвальная вспашка на глубину 20-22 см (контроль), чизельная обработка на глубину 40-42 см, плоскорезная обработка на глубину 30-32 см, трехъярусная вспашка на глубину 40-42 см.
Опыт II. Отвальная вспашка на глубину 20-22 см (контроль), чизельная обработка на глубину 40-42 см, глубокое рыхление на глубину 60 см рыхлителем РН-80, кротование на глубину 45 см без закрепления стенок кротовин.
Опыт III. Отвальная вспашка на глубину 20-22 см (контроль), кротование на глубину 45 см с закреплением стенок кротовин полиакриламидом, глубокое рыхление на глубину 80 см рыхлителем вибрационного действия РВШ-0.8.
Исследования проводились в течение 3-4 лет: в первый год были проведены мелиоративные обработки, в последующий период изучалось их последействие.
Почвенный покров опытного участка сравнительно однороден и представлен лугово-черноземными слабослитыми почвами разной степени оглиненности. Согласно классификации Н. А. Качинского, почвы представлены тяжелыми суглинками и легкими глинами крупнопылевато-иловатыми. Содержание физической глины в пахотном слое в основном составляет 67-73 %, что на 7-10 % больше, чем в зональных черноземах.
Одним из характерных признаков таких почв является тяжелый гранулометрический состав с преобладанием фракции ила (41,8-46,8 %); количество песчаных частиц, которые к тому же являются поверхностно пассивными, весьма незначительно (0,47-1,32 %). В физико-химических процессах, протекающих в почве, главная роль принадлежит илистой фракции, особенно ее коллоидной части, которая служит главным цементом почвенной структуры. Илистой фракции принадлежит также доминирующая роль в создании почвенного плодородия, так как в ней сосредоточено максимальное количество гумуса и элементов зольного и азотного питания растений.
Однако при избыточном увлажнении почв илистая фракция имеет склонность к набуханию в связи с преобладанием в минералогическом составе монтмориллонита и становится непроницаемой для проникновения влаги вниз по профилю. Вследствие этого при таянии снежного покрова и выпадении обильных атмосферных осадков поверхность поля остается переувлажненной в течение длительного промежутка времени.
На вариантах с чизельной, плоскорезной и трехъярусной обработками (опыт I) в первый год последействия наблюдалось некоторое уменьшение частиц физической глины главным образом за счет илистой и мелкопылеватой фракций. В дальнейшем же, начиная уже со второго года после чизельной и трехъярусной обработок, количество ила начинает увеличиваться, на плоскорезной и отвальной обработках эта тенденция отсутствует.
В результате трехъярусной вспашки содержание илистых частиц в пахотном горизонте уменьшилось на 6,8-10,1 %, а после чизельной обработки -на 8,7-6,2 %. После плоскорезной и отвальной обработок произошло незначительное (на 0,6—5,1 %) уменьшение частиц физической глины за счет уменьшения илистых частиц, что указывает на некоторое обеднение почв коллоидными частицами и является отрицательным результатом периодического затопления. Но ввиду того, что этот процесс протекает медленно, он не может резко отразиться на плодородии почвы.
В опытах II и III на всех вариантах в целом наблюдаются аналогичные процессы, но при глубоком рыхлении без оборота пласта илистая фракция медленнее возвращается к исходному состоянию.
Изменение значений плотности сложения при различных обработках является одним из основных показателей влияния этих мероприятий на воднофизические свойства почвы. Исследования показали, что наибольшие изменения плотности сложения, порозности и коэффициента дисперсности наблюдались по всем трем опытам в первый год после проведения агромелиоративных приемов.
Так, после проведения мелиоративных обработок плотность сложения разрыхленного слоя при глубокой обработке уменьшилась на 7,6-9,7 % (опыт I), на 6,8-10,4 % (опыт II), на 10,5-11,8 % (опыт III) и приблизилась к оптимальному уровню (1,15-1,20 т/м ). Наилучший результат в первом опыте показало чизелевание, во II и III - глубокое рыхление, особенно в слое 20-80 см при обработке агрегатом активного действия РВШ 80, где отмечалось наибольшее разрыхление и более высокие показатели по улучшению свойств почвогрунтов. Это обусловлено тем, что при обработке почвы рыхлителем вибрационного действия орган рыхлителя отрывает и поднимает часть почвы, одновременно встряхивая ее, и почва лучше крошится. При этом не образуется открытых щелей, и полностью сохраняется гумусовый слой почвы.
При трехъярусной вспашке в обрабатываемом слое вследствие частичного или полного перемешивания его с иллювиальным глинистым
горизонтом в первый год после проведения обработки плотность сложения несколько увеличивается, о чем можно судить по ее величине (с 1,29 до 1,31 т/м ), снижается общая порозность. Однако это не оказывает заметного влияния на снижение водопроницаемости, хотя влажность пахотного слоя несколько увеличивается из-за присутствия значительного количества частиц физической глины и их набухания при выпадении осадков.
Более плотное сложение почвы до глубины 30 см, по сравнению с другими, на второй год последействия наблюдается при плоскорезной обработке, что объясняется более слабым крошением пахотного слоя, которое проявляется весьма незначительно и происходит в основном в более глубоких слоях, так как верхний 0-20 см слой часто находится в воздушно-сухом состоянии. В последующие два года плотность сложения почвы в результате проходов сельскохозяйственных машин, а также под влиянием промерзания и оттаивания увеличилась практически до исходных значений за исключением вариантов с глубоким рыхлением. Данные показывают, что действие глубокого рыхления прослеживается и на четвертый год, плотность сложения почвы все еще остается на 3,5—4,1 % меньше по сравнению с контролем.
С изменением плотности сложения разрыхленных горизонтов меняются и значения их порозности. Так, в первый год после проведения обработки под воздействием кротования, чизелевания и особенно глубокого рыхления порозность подпахотного горизонта возросла на б,2—13,4 % по вариантам II и на 8,2—18,4 % — по вариантам III опыта. Агромелиоративные приемы вариантов I опыта в увеличении порозности практически не показали положительных результатов. Менее заметное влияние на порозность почвы оказали чизелевание и кротование, и если на этих обработках значения порозности достигли исходных значений уже на второй год последействия, то на вариантах с глубоким рыхлением порозность в абсолютных величинах и на четвертый год последействия была выше, чем на контроле на 2,5—3,3 % (рис. 1).
Плотным сложением почв тяжелого гранулометрического состава обусловливается их плохая аэрация и недостаток воздуха. За счет уменьшения
плотности и увеличения порозности возрастает порозность аэрации, водовместимость и водопроницаемость разрыхленных слоев. Воздухоемкость тяжелых слабооструктуренных почв обычно недостаточна, из-за этого ограничивается развитие корневой системы растений и угнетается микробиологическая деятельность. Общеизвестно, что в переувлажненных плотных почвах создаются неблагоприятные условия для растений вследствие занятости почти всего объема пор водой и недостатка пор аэрации. С увеличением порозности улучшается аэрация почвы, увеличивается содержание воздуха. Вследствие этого в почвенном воздухообмене участвует на 5-10 % пор больше, чем до обработки и, как результат, порозность в зоне аэрации находится в пределах оптимальных для сельскохозяйственных культур значений - 15-20 % от объема. Увеличивается содержание мезо- и макропор, количество мелких пор уменьшается.
Коэффициент дисперсности, рассчитанный по Н. А. Качинскому, в почвах, подвергающихся периодическому затоплению, имеет довольно высокие значения. Так, до обработок он составлял на вариантах опыта I 8,7-13,4 %, опыта II - 8,3-14,6 % и опыта III - 9,0-13,5 %. После проведения обработок он сократился в 1,2-1,3; 1,7-2,6 и 1,9-2,5 раз соответственно (рис. 1).
Исход. 1 год 2 год 3 год 4 год
Годы исследований
Исход. 1 год 2 год 3 год 4 год
Годы последействия
0 Глубокое рыхление 0 Кротованне В Отвальная
£
? 12
Исход. 1 год 2 год 3 год 4 год
Годы последействия
И Глубокое рыхление ГЭКротование Ш Отвальная
Рисунок 1 - Последействие агромелиоративных приемов (опыт III)
Величина водопроницаемости оказывает большое влияние на степень переувлажнения почвы и рациональное использование атмосферных осадков, особенно в летний период. Увеличение водопроницаемости сокращает продолжительность подтопления корнеобитаемого слоя.
Полевые наблюдения показали, что возделываемые
сельскохозяйственные культуры лишь частично используют выпадающие атмосферные осадки. Большая их часть идет на испарение и поверхностный сток в микро- и макропонижения. Основной причиной низкой эффективности использования атмосферных осадков является их неглубокое просачивание в почву вследствие невысокой степени впитывания и коэффициента фильтрации. Все это указывает на то, что применяемые в настоящее время агротехнические приемы обработки тяжелых почв недостаточно способствуют усвоению атмосферных осадков.
Наши исследования показали, что степень впитывания увеличивается с увеличением глубины обработки почвы (табл.).
Таблица 1 - Сводные данные величины впитывания на вариантах с
различными обработками почвы, мм/час
Наименование обработки Величина впитывания, мм/час
1-й 2-й час 3-й час за 3
час часа
Отвальная вспашка 112 75 38 225
(20-22 см)
Плоскорезная (30-32 см) 189 144 85 418
Трехъярусная (40-42 см) 205 165 105 475
Чизелевание (40-42 см) 217 180 125 522
Кротование (45 см) 175 84 58 317
Г лубокое рыхление (60 см) 248 205 157 610
Г лубокое рыхление (80 см) 295 238 196 729
Как видно из таблицы 1, наиболее низкое значение величины впитывания в начальный период - 112 мм/час - отмечено на контроле с отвальной вспашкой. На вариантах с кротованием, плоскорезной и трехъярусной обработками она составила соответственно - 175, 189, и 205 мм/час. На участках с чизелеванием величина впитывания была выше - 217 мм/час. Наибольшая же величина впитывания отмечена на участках с глубоким рыхлением на глубину 60-80 см и составила соответственно 248 и 295 мм/час. Увеличение скорости фильтрации на участках с глубокими обработками определило благоприятный режим влажности почвы.
Большой практический интерес представляет характер изменения величины впитывания во времени. Наиболее резко она уменьшается в третьем часу наблюдений на участке с отвальной вспашкой (до 75 %). Несколько меньший процент снижения инфильтрации отмечен на участках: с кротованием - 67 %, с плоскорезной вспашкой - 55 %, с трехъярусной обработкой - 49 % и с чизелеванием - 43 %. Наименьшее снижение скорости просачивания имело место на участках с глубоким рыхлением и составило при глубине рыхления 60 см 37 %, при глубине рыхления 80 см - 34 %. За 3 часа наблюдений на вариантах с чизелеванием и глубоким рыхлением величина впитывания больше в 2,3 и 3,2 раза по сравнению с контролем.
Рассматриваемые агромелиоративные приемы во многом способствуют формированию благоприятного водно-воздушного режима корнеобитаемого слоя почвы, перераспределяя избыточную влагу по слоям. Так, влажность
пахотного слоя почвы на кротовании была ниже, чем на контроле в среднем на 6-10 % НВ. Значительно больший эффект получен в варианте с глубоким рыхлением, под его влиянием влажность почвы понизилась по сравнению с контролем на 7-12 % НВ.
Мелиоративная и сельскохозяйственная ценность рассматриваемых агромелиоративных приемов существенно возрастает в весенний период, когда они способствуют более быстрому просыханию почвы, что позволяет раньше начать полевые работы. Летом при выпадении обильных осадков исключается или значительно снижается возможность переувлажнения пахотного слоя почвы и подтопления корневой системы растений.
