CC BY
112
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (31) 2013
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 631.529:631.445.52
ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ДЕГРАДИРОВАННЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ КАЛМЫКИИ СРЕДСТВАМИ КОМПЛЕКСНОЙ МЕЛИОРАЦИИ
В статье приведены результаты многолетних исследований по разработке технологии повышения продуктивности деградированных сельскохозяйственных угодий в условиях аридной зоны. Представлена концептуальная модель, отражающая механизм мелиоративного воздействия на деградационные процессы, протекающие на землях сельскохозяйственного использования под влиянием природных и антропогенных факторов. Даны рекомендации по технологии восстановления природно-ресурсного потенциала вторично засоленных орошаемых земель с использованием нетрадиционных культур-мелиорантов.
Ключевые слова: деградация, вторичное засоление, комплексная мелиорация, агроландшафт, фитомелиоранты, рисовый севооборот, продуктивность.
Республика Калмыкия расположена в европейской части аридного пояса РФ, где одной из серьезных экологических и социально-экономических проблем является опустынивание значительной части (до 80 %) ее территории. Основными составляющими процесса опустынивания сельскохозяйственных земель являются: пастбищная дигрессия, ветровая и водная эрозия почв, их дегумификация и вторичное засоление.
Для освоения деградированных сельскохозяйственных угодий как в орошаемых, так и в богарных условиях возможно применение культур-фитомелиорантов, способных формировать высокие урожаи в условиях атмосферной засухи и гидроморфного водного режима, оказывая при этом мелиорирующее воздействие на почву [1, 2]. Однако на сегодняшний день, в силу развивающихся экологических и экономических ситуаций, недостаточно изучены вопросы восстановления и повышения продуктивности деградированных ландшафтов, основывающиеся на использовании закономерностей адаптивной стратегии продукционного потенциала, естественной средообразующей и средооптимизирующей функции растений разной экологической специализации.
Цель наших исследований заключалась в теоретическом обосновании и разработке системы комплексных мелиораций деградированных сельскохозяйственных земель Калмыкии, базирующейся на фитомелиоративном подходе и направленных на восстановление продуктивности мелиоративных агроландшафтов, повышение плодородия почв и улучшение экологического состояния природной среды и мелиорируемых земель.
Экспериментальные исследования по комплексному восстановлению деградированных земель с использованием растений-фитомелиорантов проводились на зональных бурых полупустынных, светло-каштановых, лугово-каштановых тяжелосуглини-
профессор, член-корреспондент РАСХН Э.Б. Дедова3, доктор сельскохозяйственных наук, доцент
1 Российская академия сельскохозяйственных наук 2Волгоградский филиал ГНУ ВНИИГиМРоссельхозакадемии 3Калмыцкий филиал ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии 4Волгоградский государственный аграрный университет
3
4
стых почвах с применением методов системного анализа и методики проведения полевых опытов по Б.А. Доспехову. Объектами исследований являлись деградированные по причине вторичного засоления земли и технология их восстановления с помощью растений фитомелиорантов.
На территории Республики Калмыкия выделяются 4 природно-климатических комплекса (ПТК): степной, сухостепной, полупустынный и пустынный [5]. Для оценки территории республики по обеспеченности ее теплом и влагой использованы данные многолетних наблюдений (1970...2010 гг.), которые показывают, что за последние три десятилетия колебания годового количества осадков составили: в степной зоне (Городо-виковск) - 309.751 мм, сухостепной (Элиста) - 248.492 мм, в полупустынной (Малые Дербеты) - 132.467 мм, в пустынной (Яшкуль) - 151.436 мм. Сухость климата усиливается с северо-запада (300.400 мм осадков в год) на юго-восток (170.200 мм).
По данным земельного кадастра республики Калмыкия, большая часть (80 %) всех пахотных земель и свыше 60 % орошаемых представлены комплексами светло-каштановых и бурых полупустынных почв с солонцами (табл. 1).
Наибольшее распространение в Калмыкии имеют деградации, вызванные ирри-гационно-хозяйственной деятельностью. В настоящее время здесь расположены пять крупных обводнительно-оросительных систем (Сарпинская, Калмыцко-Астраханская, Право-Егорлыкская, Черноземельская, Каспийская ООС), которые эксплуатируются более 30 лет. Общая площадь мелиорированных земель составляет 90,3 тыс. га, в том числе 53,1 тыс. га - регулярного орошения и 37,2 тыс. га - лиманного орошения.
Таблица 1 - Структура почвенного покрова Республики Калмыкия
Общая площадь, тыс. га Доля В т.ч. пашня
Название почв в % от общей площади тыс. га в % от общей площади пашни
Черноземы всего 110,4 1,48 93,9 9,88
в т.ч. обыкновенные автоморфные 108,9 1,46 91,7 9,76
Каштановые всего 1084,3 14,23 393,4 41,79
в т.ч. темно-каштановые 50,0 0,67 40,2 4,28
каштановые 77,6 1,04 47,9 5,04
светло-каштановые 945,0 12,94 301,8 32,76
Бурые полупустынные всего 2128,7 30,04 109,3 11,69
в т.ч. автоморфные 2098,2 27,54 83,8 8,92
Солонцы всего 2426,9 31,47 331,2 35,28
в т.ч. каштановые автоморфные 670,4 8,97 209,0 22,23
полупустынные автоморфные 1571,6 21,03 115,6 17,28
Солончаки 109,8 1,47 0,1 0,01
Луговые 453,1 6,07 10,6 1,13
Прочие земли 1065,0 15,24 1,7 0,18
в т.ч. пески 664,8 8,90 - -
Всего земель 7473,1 100,0 939,3 100,0
3-в -о а
О.
Деградирующий arpo ландшафт,
природные и антропогенные нагрузки
Дефляция почвенного покрова
Снижение продуктивности пастбищ из-за высокой интенсивности выпаса
Водная эрозия почвенного покрова
Дегумификация и истощение запасов питательных веществ
Ветровая эрозия на легких по гранулометрическому составу почвах
Водная эрозия на склоновых землях
Ергенннской возвышенности
Вторичное засоление и осолонцевание
Подтопление прилетающих территорий грунтовыми водами
Заболачивание и оглеенне земель
Снижение плодородия почв
Ухудшение водно-физических свойств
орошаемой почвы
Мелиорируемый агроландшафт -
высокопродуктивный и устойчивый
Коренное улу чшение с использованием методов комплексного агрохимического окультуривания
Фитомелиораиияопустыненных пастбищ (житняк, прутняк, полынь, джузгун, терескен, волоснец. др).
Влагонакопительные мероприятия:
создание лесополос, посев кулис, полосное размещение культур, оставление стер ни
Применение короткосхемных севооборотов с введением поля многолетних трав (житняк, кострец, пырей, др.)
Внесение мелиорантов, органических и минеральных удобрений
Внедрение ресурсосберегающих технологий полива н
режимов орошения с.-х. культур
Внедрение мелиоративных севооборотов: в т.ч. с
включением мелиоративного поля на рисовых агр о ландшафта^ занятого фитомелиорантами (горчица: рапс и др.)
Посев культур-о свои тел ей на вторично засоленных землях
Химическая мелиорация солонцовых пятен в сочетании с мелиоративной обработкой
Почвоулучшающие
того ванне и д-р.1
агроприемы (чизеливание,
Средства комплексной мелиорации
Рисунок 1 - Концептуальная модель повышения природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных угодий средствами комплексной мелиорации: вид деградации исключается,^ - вид деградации регулируется средствами комплексной мелиорации
Показатели мелиоративного состояния площадей регулярного орошения (по УГВ и засолению) следующие: хорошее - 1,8 тыс. га (3 %), удовлетворительное -16,7 тыс. га (31 %), неудовлетворительное - 35 тыс. га (66 %). В настоящее время эксплуатируется 44 тыс. га орошаемых земель, из них 17 тыс. га регулярного и 27 тыс. га лиманного орошения [3]. Общая площадь вторично засоленных орошаемых земель с различной степенью засоления составляет около 45 тыс. га или 85 % от орошаемой площади. Вторичное засоление сильной и очень сильной степени отмечается практически на всех ООС, кроме Право-Егорлыкской ООС.
Рисунок 2 - Карта-схема районирования энергопотенциала (ГДж/га), необходимого для
ликвидации и предупреждения деградационных процессов на территории Калмыкии Условные обозначения:
обводнительно-оросительные системы: I - Черноземельская; II - Сарпинская; III -Калмыцко-Астраханская; IV - Право-Егорлыкская; V - Каспийская; VI - местный сток. Природно-сельскохозяйственные зоны: степная, полупустынная, сухостепная, пустынная.
-ц*фсдрЕ>климаныиозди щи - тратжлт7>тттри|х>лгю
А - вторичное засоление; л - подтопление;"^^^ - заболачивание
Практически вся сеть магистральных, распределительных и сбросных каналов выполнена в земляном русле без противофильтрационных экранов, что приводит к большим потерям воды, особенно на легких грунтах (КПД систем составляет 0,6...0,7), развитию процессов вторичного засоления, осолонцевания, подтопления и заболачивания.
Анализ и системное обобщение работ отечественного и зарубежного опыта позволили нам разработать концептуальную модель повышения природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных угодий средствами комплексной мелиорации (рис. 1).
Модель отражает взаимозависимость деградационных процессов, протекающих на землях сельскохозяйственного использования, обусловленных природными и антропогенными факторами. Применяемые методы комплексной мелиорации дифференцированы по их воздействию для каждого вида земель сельскохозяйственного назначения и направлены на повышение природно-ресурсного потенциала. На этой теоретической основе нами выполнено районирование территории Калмыкии по величине энергопотенциала, рассчитанного в ГДж/га, необходимого для ликвидации и предупреждения деградационных процессов (рис. 2). Оценка энергопотенциала выполнялась на основании анализа результатов экспериментальных исследований по влиянию комплекса мелиоративных мероприятий, включающего фитомелиорацию, по его воздействию на биоэнергопроизводительность мелиорирующей агроэкосистемы, что явилось основой для разработки технологий восстановления природно-ресурсного потенциала.
Выполнена классификация фитомелиорантов, используемых для повышения природно-ресурсного потенциала в зависимости от вида деградации сельскохозяйственных угодий, с учетом их отношения к экологическим факторам внешней среды (рис. 3). Установлено, что в качестве фитомелиорантов для улучшения деградированных пастбищных фитоценозов целесообразно использовать интродуцированные виды из местной дикорастущей флоры, такие как прутняк, житняки, камфоросма, терескен, волоснец, пырей и другие, адаптированные к аридным условиям.
Для фитомелиорации вторично засоленных земель выбраны нетрадиционные для условий Калмыкии сельскохозяйственные культуры-освоители (топинамбур, амарант, мальва, пажитник и другие), способные формировать высокие урожаи в условиях атмосферной засухи и гидроморфного водного режима.
Для улучшения мелиоративного состояния и повышения плодородия рисовых полей были выбраны культуры-мелиоранты: люцерна посевная, горчица сарептская, яровой рапс, подсолнечник, - которые рационально используют остаточные после риса запасы влаги для формирования урожая, обогащают почву органическим веществом за счет дополнительного поступления в почву растительных остатков, повышают ее биологическую активность, улучшают фитосанитарное состояние полей, оказывают положительное влияние на рост, развитие и урожайность основной культуры севооборота -риса, снижают его засоренность и поражение растений вредителями и болезнями.
Во всех зонах республики оросительные мелиорации являются наиболее действенным фактором, влияющим на урожайность, эффективное плодородие почв и культур, а в полупустынной и пустынной зонах - единственным гарантированным средством устойчивости сельскохозяйственного производства.
Рисунок 3 - Классификация фитомелиорантов различных экологических групп, используемых для повышения природно-ресурсного потенциала в зависимости от вида деградации сельскохозяйственных угодий
Разработанные нами технологии повышения продуктивности деградированных сельскохозяйственных угодий Калмыкии средствами комплексной мелиорации включают:
* Технологию восстановления природно-ресурсного потенциала вторично засоленных орошаемых земель, вышедших из сельскохозяйственного оборота, с использованием нетрадиционных культур на примере топинамбура. Дифференцированный режим орошения по фазам развития растений и двухукосное использование зеленой массы, которые обеспечивают экономию оросительной воды на 30 %, получение до 20 т/га к.ед, улучшение свойств почвы и повышение ее плодородия. Орошение при поддержании влажности почвы 70...75 % НВ способствует снижению токсичного действия высокой концентрации солей в течение всего межполивного периода. При снижении влажности до 60.65 % НВ уменьшение концентрации почвенного раствора способствует подпитыванию грунтовыми водами (Есолей 2,2.3,8 г/л), что позволяет получить прибавку урожая зеленой массы на сильно засоленных почвах (>0,50 %) при одноукосном использовании 10.11 %, при 2-х-укосном 48.73 %; клубней соответственно 52.92 % и 64.106 % [6].
Технологии возделывания фитомелиорантов (горчица сарептская, рапс яровой, подсолнечник, люцерна синегибридная) для восстановления длительно используемых в рисовом севообороте земель. Культуры следует размещать в рисовом севообороте на чеках после двух лет возделывания риса с запасом продуктивной влаги 280.350 мм. Глубина залегания грунтовых вод в пределах 1,5.1,7 м, общая минерализация
5.6 г/л. Установлено, что наибольшая продуктивность семян ярового рапса и горчицы сарептской (2,0.2,5 т/га) формируется при норме высева 2,5 млн шт./га с междурядьем 30 см на фоне внесения К90.120Р60 кг/га д.в.; урожайность зеленой массы ярового рапса 22.26 т/га достигается у раннеспелого сорта Визит при ширине междурядий 15 см, у среднеспелого сорта Ратник - при ширине 45 см на фоне азотного питания К120. Для формирования максимально возможного урожая люцернового сена необходимо поддерживать влажность почвы не ниже - 75.80 % НВ, что обеспечивает получение в первый год жизни трех укосов с общей урожайностью 4,62 т/га, на остаточных запасах влаги - 3,75 т/га; во второй и третий год жизни получено по четыре укоса за вегетационные периоды (при поливе 10,24.11,68 т/га, на остаточных запасах влаги -8,11.8,64 т/га).
Установлено, что возделывание культур-мелиорантов на мелиоративном поле оказывает положительное влияние на общую пористость и пористость зоны аэрации, приближая их значения к оптимальным. Так, в звене рисового севооборота уменьшается плотность сложения на 7,52.10,3 %, плотность твердой фазы на 1,3.3,6 %, увеличивается общая пористость, по сравнению с исходным состоянием на 5.7 % (табл. 4).
Таблица 4 - Изменение агрофизических свойств почвы в звене _рисового севооборота с культурами-мелиорантами_
Звено севооборота Показатели в слое почвы 0.0,4 м
Плотность сложения почвы, т/м3 Плотность твердой фазы, т/м3 Общая пористость, %
г 1вено севооборота с горчицей сарептской
Рис (2002) 1,31 2,45 46,60
Рис (2003) 1,33 2,50 46,80
Горчица(2004) 1,23 2,43 49,38
Рис (2005) 1,29 2,48 48,00
НСР05 0,03 0,05 0,21
Звено севооборота с яровым рапсом
Рис (2006) 1,32 2,48 46,77
Рис (2007) 1,36 2,51 46,00
Яровой рапс (2008) 1,22 2,42 50,01
Рис (2009) 1,28 2,40 47,00
НСР05 0,04 0,02 0,37
Звено севооборота с подсолнечником
Рис (2005) 1,33 2,50 46,81
Рис (2006) 1,35 2,51 46,30
Подсолнечник (2007) 1,21 2,40 49,58
Рис (2008) 1,26 2,43 46,88
НСР05 0,02 0,03 0,41
Мелиорирующая роль сопутствующих культур рисового севооборота заключается также в понижении уровня грунтовых вод с 1,4.1,78 м до 1,9.2,75 м, потреблении воды из глубоких горизонтов корневой системой и испарения листовой поверхностью этой влаги. Необходимо отметить, что в последнее пятилетие оросительные нор-
3 3
мы риса уменьшились с 22...25 тыс. м /га до 18...20 тыс. м /га, за счет этого происходит снижение уровня грунтовых вод с увеличением степени их минерализации с 3.4 г/л до 6,4.7,8 г/л. При более высоких оросительных нормах для риса происходило промывание верхнего слоя почвы (1,0.1,5 м) с выносом водно-растворимых солей в нижележащие горизонты и при этом наблюдалось смыкание грунтовых вод с поливной водой и образование опресненной верховодки. Но с уменьшением притока поливной воды уровень грунтовых вод находится на глубине расположения соленосного горизонта, что в свою очередь вызывает повышение их минерализации. Содержание легкорастворимых солей после возделывания риса, как правило, составляет 0,071.0,135 %, что характеризует почву как незасоленную. Результаты полевых наблюдений показали, что за вегетационный период культур-мелиорантов не происходит реставрации засоления.
Урожайность различных сортов риса по предшественнику «рис» по годам варьировала от 3,74 до 4,41 т/га, в то время, как после возделывания люцерны урожай зерна риса повышался на 1,13.1,03 т/га (26,07.26,90 %), а прибавка по предшественнику «подсолнечник», «горчица» и «рапс» составляла соответственно 0,39.0,50 т/га (9,28.12,65 %), 0,52.0,59 т/га (12,38.14,93 %) и 0,76.0,82 т/га (18,10.21,52 %).
* Технология коренного улучшения деградированных пастбищ с помощью методов биологической мелиорации обеспечивает создание на них высокопродуктивных пастбищных угодий с урожайностью, в 2.4 раза превышающей уровень естественных кормовых угодий. Результаты полевых экспериментов сеянных агроценозов житняка пустынного и житняка сибирского показали, что их продуктивность в условиях аридного экологического режима определяется условиями влагообеспеченности, их биологическими и эколого-физиологическими свойствами [4]. Так, максимальная урожайность зеленой массы житняка пустынного на бурых полупустынных среднесуглинистых солонцеватых почвах получена в 2006 году на варианте весеннего срока посева сплошным способом при норме 10 кг/га - 10,39 т/га или 2,21 т/га сухой массы..
Житняк сибирский - наиболее засухоустойчивый вид из всех житняков, но в сильно засушливые годы не выколашивается. Требует пониженных температур при развитии из семян и осеннем кущении. Исследования показали, что при осеннем сроке посева растения формировали более плотный травостой, наибольшая продуктивность получена в варианте чрезрядового способа посева нормой 12 кг/га.
Технология коренного улучшения деградированных пастбищ обеспечивает урожайность сена житняка на уровне 1,6.3,2 т/га, экономический эффект составляет 3,1.5,0 тыс. руб./га, при уровне рентабельности 30.40 %.
Таким образом, предложены комплексы мелиоративных мероприятий, дифференцированные для различных видов земель сельскохозяйственного использования, обеспечивающие создание оптимальных условий для повышения природно-ресурсного потенциала аридных экосистем и направленные на предупреждение опустынивания территорий, нивелирование комплексности почвенного покрова, снижение природной и антропогенной засоленности, солонцеватости и риска развития других негативных процессов.
Разработана технология восстановления природно-ресурсного потенциала вторично засоленных орошаемых земель с использованием топинамбура, включающая дифференцированный режим орошения по фазам развития растения и двухукосное использование зеленой массы, обеспечивает экономию оросительной воды на 30 %, получение до 20 т/га к.ед, улучшение свойств почвы и повышение ее плодородия. Для восстановления продуктивных качеств фитоценозов деградированных пастбищ разработаны технологии их коренного улучшения с применением на бурых легкосуглинистых
солонцеватых почвах житняка пустынного, а на бурых супесчаных почвах - житняка сибирского, позволяющие получать соответственно 5,3.. .8,2 т/га и 4,7.. .6,9 т/га зеленой массы.
Обоснована экологическая эффективность мелиорирующего воздействия культур-мелиорантов в рисовом севообороте, при этом улучшаются водно-физические свойства почвы (общая пористость и пористость аэрации увеличиваются соответственно на 5.7 % и 9.12 %); плотность сложения уменьшается на 7,52.10,3 %; количество наиболее агрономически ценных агрегатов почвы (0,25.10 мм) возрастает на 9,95.16,04 %, а коэффициент структурности увеличивается с 0,9 до 1,7.1,9; снижается уровень грунтовых вод и риск подтопления территории на 35 %. Запахивание растительных остатков (от 4,0 до 14,8 т/га) позволяет увеличить содержание гумуса на 15.18 %, улучшить фитосанитарное состояние рисовых полей (на 42.75 %), повысить урожайность зерна риса на 0,39.1,13 т/га.
Библиографический список
1. Дубенок, Н.Н. Фитомелиоративная роль культур-освоителей засоленных земель Калмыкии [Текст]/ Н.Н. Дубенок, Э.Б. Дедова, С.Б. Адьяев // Вестник РАСХН.- 2009.- № 6. -С. 22-25.
2. Дедова, Э.Б. Повышение природно-ресурсного потенциала деградированных земель Калмыкии комплексной фитомелиорацией [Текст] : монография / Э.Б. Дедова, С.Б. Адьяев // Методы и технологии комплексной мелиорации и экосистемного водопользования / Под ред. акад. РАСХН Б.М. Кизяева. - М.: ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии, 2006. - С. 57-67.
3. Дедова, Э.Б. Хозяйственно-мелиоративная оценка оросительных систем Республики Калмыкия [Текст]/ Э.Б. Дедова, В.В. Бородычев, А.В. Шуравилин // Мелиорация и водное хозяйство. - 2011. - №4. - С. 11-13.
4. Подбор фитомелиорантов для восстановления деградированных пастбищ Калмыкии [Текст] / Ю.И. Сухарев, В.В. Бородычев, Э.Б. Дедова, С.А. Сангаджиева // Природообустрой-ство. - 2011. - №5. - С. 25-31.
5. Система введения АПК Республики Калмыкия на 2004-2008 гг. Часть II. Система ведения земледелия [Текст]/ Под научн. ред. Демкина О.В. - Элиста, 2004. - 224 с.
6. Способ возделывания топинамбура на засоленных почвах при близком залегании грунтовых вод : патент РФ на изобретение № 2253221 /Дедова Э.Б. Заявка №2003132845, приоритет от 12 ноября 2003 г // Бюл.изобр. № 1 - 10.06. 2005 г.
E-mail: [email protected]
