Почвенно-мелиоративные условия орошаемых почв низовьев реки Урал Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.45:631.67

ПОЧВЕННО-МЕЛИОРАТИВНЫЕ УСЛОВИЯ ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ НИЗОВЬЕВ РЕКИ

УРАЛ

А.С. Сапаров, С.Н. Досбергенов

Казахский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии им. У. У. Успанова, 050060, Алматы, пр.аль-Фараби, 75в, Казахстан

Изучены закономерности изменения физических, химических, физико-химических, водно-физических свойств орошаемых лиманно-луговых солончаковых почв в различных способах орошения и их влияние на плодородие почв.

ВВЕДЕНИЕ Процессы деградации и антропоген-

Аграрная политика правительства ного опустынивания принимают все

РК в современных условиях, прежде всего, направлено на обеспечение продовольственной безопасности страны, на диверсификацию и повышение конкурентноспособности экономики. Согласно концепции устойчивого развития агропромышленного комплекса Республики Казахстан необходимо обеспечение ово-ще-бахчевой продукций населения Атырауской области через разработку мероприятии по повышению продуктивности и улучшению экологического состояния почв поливной пашни Атырауской области.

Орошаемая пашня Атырауской области размещена на общей площади 6000 га, главным образом в водообеспе-ченных районах долины рек Волги, Урала, Баксая, Уила и Эмбы. За последние годы под влиянием сложившихся природно-климатических условий и в результате нерационального использования пашни крестьянскими и фермерскими хозяйствами по причине разрушения оросительной сети и ухудшения мелиоративного состояния резко возросли площади вторично засоленных и бросовых почв. Вторичное засоление почв является неизбежным спутником орошения, обусловленное слабой дренированнос-тью территории, исходной засоленностью почво-грунтов и грунтовых вод, нерегулируемыми поливами и подъемом минерализованных грунтовых вод.

более угрожающий характер, снижается плодородие и содержание питательных веществ в почвах, растут площади вторично засоленных, загрязненных химическими токсикантами и эродированных земель, что требует неотложных мер по сохранению и воспроизводству плодородия почв и экологической чистоты орошаемой пашни. В связи с этим назрела острая необходимость проведения инвентаризации поливной пашни, получения объективных данных о гумусовом, карбонатном и агрохимическом состоянии почвенного покрова, данных по водно-физическим свойствам и содержанию приоритетных токсичных загрязнителей (свинца, фенола, окиси азота, нитратов и др.), воспроизводству плодородия и рационального использования поливных земель. Кроме того, бурное развитие экономики Атырауской области, особенно нефтегазовой отрасли, рост численности населения и в связи с этим потребности создания собственной плодово-овощной базы, вызывают необходимость в изыскании передовых энерго- и водосберегающих технологий и освоении дополнительных площадей пахот-но-пригодных почв под орошаемое земледелие.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ Объектом исследований являются лиманно-луговые почвы различной степени засоления и осолонцевания надпой-

менной террасы реки Урал, расположенных в зоне бурых пустынных почв (Ма-хамбетский массив). Глубина грунтовых вод — 2,5-4,5 м, минерализация — 24-121 г/л, хлоридная. Мощность водовмещаю-щих глинистых пород с песчаными переслоями хвалыно-хазарских песков от 3-4 до 20 м. Водоупором служат глины апше-ронского яруса, вскрытые на глубине 1525 м южнее пос. Махамбет в 14 км [1].

Большая часть территории сложена позднее-хвалынскими глинами и тяжелыми суглинками, подстилающимися песками или слоистыми средними суглинками.

В процессе выполнения НИР использовались полевые, стационарные и лабораторные методы исследований.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Совместно с подсобным хозяйством «АтырауагроешмдерЬ компании «Тен-гиз-СтройСервис» был поставлен научно-производственный опыт по выращиванию плодовых и овоще-бахчевых культур на площади 200 га. Из них орошаемые составляют 100 га. Капельным способом орошается 87 га, а бороздковым — 13 га. Сады занимают 52,5 га, а огороды 27,5 га земли. На залежи приходится 120 га земли.

«АтырауагроешмдерЬ специализируется на производстве продукции плодо-ягодных культур и виноградников, которые занимают свыше 86 % площади орошаемой пашни. Плодовые культуры в настоящее время находятся на третьем году жизни, а плодоносят они обычно через 5-6 лет после посадки. Овощные культуры возделываются на площади 15 га. Выращивали следующие виды овощных культур: томаты, огурцы, морковь, лук, капуста, арбузы, дыня, свекла, редька.

Изучение мелиоративного состояния почв опытного участка

Сохранение и повышение почвенного плодородия, улучшение мелиоратив-

ного состояния засоленных орошаемых почв, а также экономное расходование оросительных вод, особенно в условиях их дефицита являются основной проблемой современной сельскохозяйственной науки. В последние, годы резко сократились площади посевов. Много бросовых земель. Вовлечение их в сельскохозяйственный оборот одна из неотложен-ных проблем сельского хозяйства. Поиск и создание новых водосберегающих технологий, применение которых будет способствовать экономному расходованию поливных вод, повышению плодородия, улучшению мелиоративного состояния почв и увеличению урожайности возделываемых овощных культур явится значительным шагом в решении выше указанной проблемы [2].

Поэтому исследования по выявлению различных способов орошения на плодородие орошаемых лиманно-луго-вых солонцевато-солончаковых почв являются актуальными и представляют научный и практический интерес. В связи с изложенным, вопрос о применении различных водосберегающих способов орошения в условиях низовий р. Урал с тяжелым почвенно-мелиоративным, всесторонним и отрицательным влиянием оросительных вод на мелиоративное состояние орошаемых почв и на их плодородие имеет первостепенное практическое и научное значение, чем обусловлена актуальность данной работы.

Почвы опытных научно-производственных участков характеризуются следующими параметрами, которые приведены в таблицах 1-2. Луговые солончаковые почвы не отличаются высоким содержанием гумуса. Верхние горизонты почвы содержат 1,37 % гумуса. Проникает он глубоко, однако в профиле распределяется не совсем равномерно.

Таблица 1 - Химиеские свойства лиманно-луговой солончаковой почвы

Таблица 2 - Физические и водно-физические свойства лиманно-луговых солончаковых почв

Глубина образца, см Гумус, % Валовой азот, % Валовой Р2О5, % Валовой К2О5, % Подвижные формы, мг/кг почвы СО2, % Гипс, %

гидрол. азот Р2О5 К2О

0-22 1,37 0,82 0,07 1,42 25,2 8 540 3,36 0,20

22-40 1,67 0,114 0,05 1,35 22,4 6 500 3,11 0,11

40-64 1,18 0,052 0,07 1,95 25,2 8 380 2,63 0,15

Глубина, см Объемная масса, см3 Пороз ность, % Удельная масса, г/см3 Полевая влажность, % Влажность на абс.сух вещество % Запас влаги м3/г а Норма полива м3/га

0-10 1,47 44,1 2,63 14,1 21,18 374,9 112,47

10-20 1,65 36,8 2,61 14,76 19,63 380,8 114,24

20-30 1,61 39,9 2,68 13,53 20,21 355,7 106,71

30-40 1,50 44,4 2,70 12,06 16,33 310,3 93,09

40-50 1,59 43,4 2,81 11,73 15,10 300,5 90,15

50-60 1,66 39,2 2,73 9,26 12,73 240,6 72,18

60-70 1,67 39,9 2,78 11,00 14,72 287,1 86,13

Итого 2249,9 674,97

Ниже расположенные тяжелосуглинистые прослойки отличаются более темной окраской и большой гумусирован-ностью и карбонатностью, нежели другие слои. Это связано с тем, что в этом горизонте скапливаются илистые частицы из верхних горизонтов, которые с глубиной снижается до 1,18 %. Содержание общего азота характеризуется довольно невысоким содержанием — 0,082 %, с глубиной валовой азот снижается. Количество валового фосфора мало меняется по профилю почвы. Содержание валового калия в верхнем горизонте составляет 1,42 %, а в иллювиальном горизонте повышается до 1,95 %. Содержание подвижных элементов питания подвержено изменению. Количество подвижных форм азота по профилю почвы колеблется в пределах 22,4-25,2 мг/кг. Обеспеченность азотом средняя. Обеспеченность подвижными фосфатами низкая и очень низкая. Обеспеченность подвижным калием верхнего горизонта высокая, а горизонта В средняя. Объемная масса этих почв варьирует по горизонтам от 1,47 до 1,65 г/см3.

Резкое увеличение объемной массы до 1,67 г/см3 связано с петрографическими свойствами почвообразующих пород. Скорость впитывания в метровом слое почвы составляет 1,15 м/сут. Коэффициент фильтрации — 0,75 м/сут. Засоление луговых солончаковых почв отмечается с глубины 22 см, далее в глубь толщи почвы происходит резкое увеличение запасов солей от 37,16 до 50,01 т/га.

В метровом слое почвы запасы солей составляют 153,65 т/га, из них 59,92 т/га приходится на долю хлора, а 43,65 т/га на сульфаты (таблица 3). Высокое содержание карбонатов наблюдается во втором полуметровом слое почвы. Определенной закономерности между содержанием карбонатов и гипса не наблюдается.

Видовой состав солей выражается следующим неравенством: №С1 > СаSO4 > > М^С12 > Са (НСО3)> КС1. Из водорастворимых солей доминирующим является хлористый натрий и составляет 56,63 % от общего содержания солей. Токсичный для растений сульфат натрия — 13,53 %.

Таблица 3 - Содержание водорастворимых солей в лиманно-луговых солончаковых почвах, % /мг-экв.

Глубина образцов, см Общая в НСО3 С1 SО4 Са Мg № К Сумма солей, %

0-22 0,023 0,38 0,072 2,02 0,045 0,93 0,010 0,51 0,004 0,30 0,057 2,48 0,002 0,04 0,213

22-40 0,029 0,48 0,095 2,69 0,050 1,04 0,008 0,38 0,003 0,25 0,082 3,56 0,001 0,02 0,268

40-64 0,015 0,24 0,051 14,38 0,244 5,08 0,061 3,07 0,034 2,79 0,318 13,80 0,002 0,04 1,184

64-87 0,017 0,28 0,443 12,50 0,327 6,81 0,042 2,10 0,039 3,23 0,327 14,22 0,002 0,04 1,197

87-110 0,012 0,20 0,198 5,58 0,389 8,1 0,051 2,57 0 ,036 2,98 0,191 8,30 0,001 0,03 0,878

Содер жание хлорида является токсич- ны р. Урал является наличие в них боль-

ным для растений и доходит до 11,83 %. Содержание нетоксичных для растений бикарбоната и сульфата кальция соответственно составляют 1,7 и 16,1 %. Таким образом, 82,24 % водорастворимых солей составляют токсичные соли. Суммарный эффект токсичности солей в верхнем 0-22 см (пахотный горизонт) слое почвы составляет 1,87.

Это в соответствии с засоленностью по суммарному эффекту токсичности солей предложенное Н.И. Базилевич, Е.И. Панковой(1968)относится ксреднезасо-ленной почве. На глубине 22-40 см эта величина повышается до 2,39 и переходит по степени засоления к среднезасо-ленным. Далее вглубь толщи почв суммарный эффект токсичных солей возрастает до 14,49 и переходит к очень сильно засоленным почвам.

В процентном соотношении ионы кальция были преобладающими по отношению к поглощенным катионам (таблица 4).

Содержание их в 100 г почвы колеблется от 50,40 до 60,50 %. Магний-ион колеблется в пределах 31,50-36,32 %, а натрий-ион соответственно от 5,78 до 9,39 %. рН почвенного раствора колеблется в пределах 8,20- 8,60.

Основным фактором, обусловливающим формирование и свойства слитых почв и горизонтов, в частности почв доли-

ших количеств поглощенного магния, составляющего не менее 40 % от суммы оснований. Именно его наличие обусловливает специфические физические свойства этих образований, усиливающееся в присутствии повышенного содержания поглощенного натрия [3].

Все остальные факторы, как-то цементирующее влияние различных веществ и прочие, следует признать сопутствующими и, вызванными все той же основной причиной: наличием поглощенного магния.

Для образования слитых почв необходимы следующие условия:

1) длительное избыточное увлажнение, а в начальных стадиях постоянное, т.е. анаэробная среда.

2) отсутствие промывания толщи нисходящими или боковыми токами (бес-сточность).

3) тяжелый механический состав наносов.

4) наличие органического вещества аллохтонного происхождения.

5) высокая концентрация легкорастворимых солей магния в грунтах и грунтовых водах.

6) щелочная реакция среды.

Щелочность возникает в анаэробных

условиях при реакциях восстановления сульфатов в сульфиды. В наших условиях поглощенный магний занимает видное место в перегнойно-иллювиальном

Таблица 4 - Содержание поглощенных оснований

Глубина взятия образца, см Сумма пог. оснований, мг/экв Са++ М2 К рН сумма солей, %

мг-экв % мг- экв % мг-экв % мг-экв %

0-22 34,42 19,5 56,65 12,5 36,32 1,99 5,78 0,43 1,25 8,50 0,213

22-40 35,71 18,0 50,40 14,0 3 9,20 3,35 9,39 0,36 1,01 8,64 0,268

40-64 36,36 22,0 60,50 11,5 3 1,50 2,71 7,45 0,25 0,55 8,20 1,184

горизонте, составляя 39,20 % от суммы, при содержании натрия 9,39 %.

Изучение современного химического состояния оросительных вод в нижнем течении р. Урал.

При орошении основной целью мелиорации почв является создание оптимального водно-соленого режима почв. При этом немаловажную роль играет состояние оросительных вод низовьев р. Урал, а также уровень и минерализация грунтовых вод. Для достижения поставленной цели мы определяли минерализацию и химический состав и поливной воды, а также глубину залегания и минерализацию грунтовой воды. Эти данные приведены в таблице 5. Минерализация и ионный состав р. Урал меняются в зависимости от водного стока, а также от загрязнения токсичными веществами. Минерализация воды на всех участках не одинакова. Наибольшая минерализация наблюдается в с. Печное, а в устье реки -0,714 мг/л. В верхнем течение реки у поселка Индербор минерализация воды составляет - 0,378 г/л. С увеличением минерализации речной воды уменьшилось содержание хлор-иона, а содержание сульфат-иона наоборот повысилось, это связано с загрязнением воды р. Урал. Российскими промышленными объектами, нефтезагрязненными подземными водами и бытовыми отходами.

Минерализация поливной воды составляет 0,485 г/л. Она увеличилась по сравнению с речной водой на 0,1 г/л. Наблюдается увеличение общей щелочнос-

ти, в том числе и от нормальных карбонатов в СО2. Соотношение С1^О4 равно -1,44. В составе анионов наблюдается возрастание $О4 над С1, это выражается следующем неравенством: НСО3 >С1 > $О4; а в речной воде это нера-венство выражается следующем обра-зом: НСО3 >С1 > $О4. Соотношение Са:Мg в речной воде составляет 1,64, а в поливной воде оно снизилось до 1,18. Тип химизма хлорид-но-сульфатно-гидрокар-бонатный, по катионам - натриево-магниево-каль-циевый. В речной воде относительное содержание щелочных металлов (№, К) ниже чем щелочноземельных металлов (Мg, Са). В поливной воде наблюдается увеличение содержания щелочных металлов (№, К), а также незначительное увеличение щелочности. Соотношение щелочности речной и поливной воды составляет 3,03:2,80. В поливной воде ионы хлора возросли в 1,1; а сульфатов 3,13 раза. Отношение катионов Са:М§ суживается, а отношение Nа:Мg расширяется. В процессе ирригации происходит возрастание ионов и изменение их соотношения, что, в конечном счете, приводит к увеличению минерализации поливной воды. В бороздковом способе орошения происходит фильтрация поливной воды до грунтовой и вызывает подъем ее уровня. Для решения этой проблемы были заложены 7 разрезов до грунтовой воды. Разрезы Р-11, Р-18, Р-19, Р-20, а также контрольные - Р-40 и Р-41, Р-42.

Я с)

х

Ер

а

га

г

га и

п 2 12

^ 5

о к £ «

£ & и

3 Е

га к ср к

о ^

я га '

К т

К 2

\о и

ру га"

5 я

° 2 3 О? Я

га н га

см

ч ю га а ср ^

* 5

К

£ г-£ ° Р. °

Сй ^ О О,

ь _

►г ^

* з р

£ Г-£ ° . о

*

а )

° о.

ь я

я &

^ п £р §

к

2 5

я о см

см о чэ

о ол т-Н СО СМ т—

со ГЛ (Т.

Т- т-Н т-Н т-Н 1Л т-Н О

к

н

2 о я о

см

см

° о.

Ь я

я &

^ п & §

я

2

° га п

со Т-Н см со СП

о см о

1Л о Т-Н Стч

8 § « Т о о-

Ь я

я &

^ п & §

ь

я СО

о о

и О

о СМ

Н

я СО

о о

и О

т см

° о. ь я

я &

^ п & §

Н

Я СО

О О

и О

1Л см

В результате исследования выяснилось, что вблизи магистрального канала (50 м) Р-18 уровень грунтовой воды находился на глубине 120 см и минерализация составила 8,985 г/л. В яблоневом саду на расстоянии 100 метров от канала (Р-11) уровень грунтовой воды снизился до 149 см, а минерализация составила 6,438 г/л. На расстоянии от канала 350 м (Р-19) уровень грунтовой воды находился на отметке 220 см, а контрольные измерение (Р-41) в 150 между каналом и разрезом (Р-19) показали, что уровень грунтовой воды поднимается до 160 см, но в целом при капельном орошении уровень грунтовой воды держался стабильно, т.к. повторное осеннее измерение показало ту же глубину. В яблоневом саду (Р-42) вода была вскрыта на глубине 267 см. На вкус все грунтовые воды были горько-соленые. При бороздковом поливе наблюдалось поднятие уровня грунтовой воды. Так, например, в разрезе Р-20 если весной уровень воды залегал на глубине 265 см, то в конце сезона(15 сентября) уровень воды поднялся до 197 см. Все это происходило из-за обильного полива.

Критическая глубина засоления почвы от грунтовой воды составляет 2,0 м, но она з ав исит также от свойств самой почвы. При не

соблюдении нормы орошения возможно вторичное засоление, поскольку грунтовые воды сильно минерализованы с суль-фатно-хлоридным типом засоления. Соотношение С1^О4 в области канала колеблется от 0,83 до 1,21. С удалением от канала эти соотношения возрастают до 8,93 и зависят от зеркала грунтовой воды. Реакция поч-венного раствора рН колеблется в пределах 7,95-8,50.

На винограднике засоление почвы произошло из-за несоблюдения режима орошения. Частые разрывы шлангов и затопление полей привели к мозаичному засолению. Но здесь не просматривается связь между поливными и грунтовыми водами. Уровень грунтовой воды находится ниже критической глубины засоления, т.е. 225 см. Фильтрационная вода задерживалась в позднехвалинской глине, которая служила в качестве водоупо-ра и при испарении из смоченных слоев почво-грунтов фильтраты мозаично засоляли почвенньгй покров.

Изучение закономерностей изменении физических, химических, физико-химических свойств почв

На орошаемых лиманно-луговых почвах при орошении происходит изменение параметров всех свойств почв. Увеличивается плотность сложения почв с 1,26 г/см3 в начале полива до 1,29 г/см3 соответственно изменяется и скважность почвы в пределах 54-55 %.

В гранулометрическом составе почвы количество фракции физической глины (частиц менее 0,01 мм) увеличивается с 76,26 до 77,92 %, которые определяют крайне низкую водопроницаемость и порозность аэрации почв, сильную вязкость и разбухание во влажном состоянии, заплывание и растрескивание при осушении. При капельном орошении увеличивается сумма поглощенных оснований. Среди них особенно катионы натрия, незначительно снижается

содержания катионов магния и калия. Содержание кальция несколько повышается (таблица 6).

Запасы солей в верхнем пахотном слое в исходном состоянии. Через год после полива запасы солей в пахотном горизонте возросли в 2 раза и составили 4,04 т/га. Также возросли запасы хлора от 0,05 до 0,24 т/га, а сульфаты увеличились почти в 2 раза от 0,59 до 1,05 т/га.

По суммарному эффекту токсичных солей (по Н.И. Базилевич) пахотный слой относится к незасоленным. Тип химизма остался по прежнему гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатным. От НС1 вскипание остается с поверхности. Количество СО карбонатов от 3,36 до 5,02 %, рН находится в пределах 8,6-9,0.

Капельное орошение благоприятно влияет на образование гумуса. Отмечено повышение общего содержания гумуса с 1,28 до 1,71 %. Повысилось содержание гидролизуемого азота от 30,8 до 36,4 мг/кг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По показателям химических анализов обеспеченность почв гумусом, подвижным фосфором низкая, а подвижным калием высокая, а порозность низкая, почва уплотненная. Коэффициенты фильтрации 0,75 м/сутки. засоление луговых солончаковых почв начинается с глубины 22 см. Запасы солей колеблется от 37,16 до 50,01 т/га. Видовом составе солей доминирует хлористый натрий и составляет 56,63 % от общего содержания солей., а сульфат натрия - 13,53 %.

В процесс ирригации изменяются соотношение ионов и возрастает минерализация поливной воды.

В бороздковом способе орошения происходит фильтрация поливной воды до грунтовой и вызывает подъем ее уровня, вызывая вторичное засоление.

При капельном орошении наблюда-

Таблица 6 - Динамика содержания поглощенных оснований при капельном орошении

Сроки наблюдений Глубин а, см Сумма погл. оснований Са++ мг-экв/% Mg++ мг-экв/% мг-экв/% К+мг-экв/% рн Сумма солей, %

Исходный 0-20 21,31 44,5 10,5 49,27 09 4 ,3 0,41 1,93 8,6 0,078

2-й год после капельного орошения 0-25 29,43 17,5 59,46 10,0 3 3,98 1,39 6,56 0,54 1,83 9,0 0,119

ется повышение илистой фракции, запасов воднорастворимых солей за счет после хвалинских отложений, увеличение суммы поглощенных оснований, особенно катионов натрия. Одновременно с этим отмечается повышение содержания общего гумуса и гидролизуемого азота.

Мелиоративное состояние опытного участка оценивается как удовлетворительное овоще-бахчевых культур при капельном орошении при дополнительном внесении органических и минеральных (фосфорных) удобрений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Природно-мелиоративное районирование равнинного Казахстана. 4-1. Алматы. 1993.131 с.

2. Жолыбеков Б.Б. Влияние различных способов орошения и биоинтенсивных технологий на плодородие орошаемых луговых аллювиальных засоленных почв. Автореф. дисс. канд.с -х.н. Ташкент. 2006.27 с.

3. Пачикина Л.И., Шарошкина Н.Б. Состав, свойства и условия образования луговых слитых почв древней дельты р. Урал // Почвоведение. 1970. № 8. С. 3-14.

ТУЙ1Н

Келтабанды-шалгындык; сортацданган суармалы топырактардын, физикалык, химиялык^ физика-химиялыц, су-физикалык; к;асиеттершщ суарудьщ эртурл1 эдктершдеп езгеру зацды-лыктары жэне олардьщ топырак; кунарлылыгына типзетш acepi зерттелшген.

RESUME

The article considered soils-melioraive condition soils of the lover part of Ural river. The action of quality and varies norms of irrigated water to melioration condition, soils fertility are determined.