CC BY
9
Водные ресурсы Оренбуржья и их использование в растениеводстве
Ю.М. Нестеренко, д.г.н., Ф.Г. Бакиров, д.с.-х.н., А.В. Халин, к.с.-х.н., Д.Г. Поляков, к.б.н, Оренбургский НЦ УрО РАН
Водные ресурсы Оренбуржья представляют собой водную систему, принадлежащую бассейнам рек Урала, Волги и Тобола. На его юго-востоке имеется условно бессточный район. В состав водных ресурсов с учётом особенностей геологического строения, рельефа и климата входят:
- атмосферные осадки - основной источник формирования водных ресурсов;
- поверхностные воды - склоновый поверхностный сток, озёра, реки, ручьи и другие водотоки, а также построенные водохранилища и пруды;
- воды зоны аэрации - содержатся в ненасыщенных водой почвах и грунтах над подземными водами;
- подземные воды зоны активного водообмена -водоносные горизонты надсолевого структурного этажа;
- седиментационные воды солевого кунгурского структурного этажа;
- высокоминерализованные воды подсолевого структурного этажа, зоны весьма замедленного водообмена.
Цель исследования - изучение формирования и использования в растениеводстве Оренбуржья водных ресурсов степной зоны, на пахотных землях и естественных кормовых угодьях, определение степени влияния водных ресурсов на процессы, происходящие в почвах.
Материал и методы исследования. Природные процессы, происходящие в вододефицитных степях, значительно отличаются от процессов в водообес-печенных зонах. Это ограничивает возможность использования на них методик исследований в других климатических условиях. Необходимы методики исследований, учитывающие особенности природы степной зоны. Исследование водной компоненты на сельскохозяйственных угодьях и её взаимодействие с другими её составляющими проведено на Южном Урале.
Результаты исследования. Оренбуржье имеет высокий уровень развития сельского хозяйства и промышленности, что увеличивает антропогенное воздействие на природу. Земли сельскохозяйственного назначения занимают около 88,4% территории региона, а земли промышленности -только 2,1%. Интенсивность антропогенного воздействия на землях сельскохозяйственного назначения меньше, чем на землях промышленности, но с учётом площади сельскохозяйственных угодий суммарная нагрузка значительно превышает промышленную.
Водные ресурсы степного Оренбуржья формируются в условиях превышения испаряемости над атмосферными осадками. В связи с дефицитом они являются фактором, определяющим качественное и количественное развитие природы региона. Следовательно, исследование формирования приходных и расходных статей водных ресурсов в естественных и антропогенно изменяющихся условиях необходимо для разработки систем эффективного их использования и охраны.
Зональные природные особенности и соответствующие особенности природопользования обусловливают необходимость разработки соответствующих зональных методик исследований. Для изучения процессов, типичных лишь для вододефицитных территорий, нами разработаны соответствующие методики.
Атмосферные осадки на вододефицитных территориях определяют направление и скорость прохождения многих процессов. Биогеосистемы этих территорий отличаются от биогеосистем территорий, не испытывающих недостатка воды, по качественным и количественным особенностям.
Главным показателем дефицита воды в природе является коэффициент увлажнения, отражающий соотношение атмосферных осадков (Р) и испаряемости (Ео). Данный способ оценки водообес-печенности является общепризнанным и широко применяется исследователями [1- 6].
Атмосферные осадки являются основной приходной статьёй водных ресурсов Оренбуржья. Они обеспечивают 93% всех их поступлений, а приток вод извне по речной сети - всего 7%. Распределение годовой суммы атмосферных осадков по Южному Уралу показано на карте-схеме (рис.).
От количества зимних осадков и их распределения зависит формирование весенних запасов влаги на сельскохозяйственных угодьях и питание рек. Их количество на Южном Урале составляет 40 - 50% от годовой суммы атмосферных осадков с увеличением к центральной горной части Южного Урала и с юга на север.
В Центральной зоне в год выпадает 370 мм осадков. Такое количество может обеспечить урожай яровых зерновых культур, например пшеницы, на уровне не менее 20 ц/га. Фактически среднемного-летняя урожайность зерновых культур составляет всего 10 ц/га (с колебаниями от 2 до 30 ц/га), и это с учётом среднемноголетнего показателя у озимых, урожайность которых в последние 30 лет составляет в среднем 15 ц/га. У яровых ранних культур, занимающих 55% общей посевной площади в Оренбуржье, она составляет 9 ц/га.
Основная причина низкой продуктивности яровых зерновых культур заключается в неэффектив-
ном использовании водных ресурсов территории. Их выращивание в области построено так, что основная часть осадков холодного периода года не используется культурами, а теряется на физическое испарение и сток.
Для повышения эффективности использования водных ресурсов нужна существенная корректировка систем земледелия. Нами изучено формирование и использование атмосферных осадков на различных угодьях с учётом рельефа
на стоковых площадках возле г. Оренбурга. Анализ использования атмосферных осадков тёплого периода года показал, что в условиях засушливого климата лишь 2% от их количества расходуется на сток. В основном они идут на испарение. При этом в период вегетации зерновых культур в мае - июле выпадает 105 мм, что составляет всего 47% от осадков летне-осеннего периода. Велики потери яровыми культурами зимних атмосферных осадков.
Баланс талых вод на склонах Южного Предуралья в зависимости от сельскохозяйственного использования, мм
Уго -дье Год наблюдений Возвышения Понижения На склоне в среднем Кфас
Оз -Ш! Ист Б Оз -Ш! Ипр Уст ^ас Б Оз - Ш! Ев -Рв Ист ^ас Кст
Невы-битая целина 1999 192 134 38 0,90 261 156 342 50 377 0,10 199 136 20 5 38 0,025 0,19
2000 152 61 68 0,81 227 104 290 58 332 0,19 166 87 23 11 63 0,07 0,38
в среднем 172 98 53 0,86 244 130 316 54 354 0,14 182 102 22 8 50 0,044 0,27
Выбитая целина 1997 123 28 85 0,85 164 234 481 327 74 0,15 129 59 10 49 11 0,38 0,09
1998 143 39 89 0,77 215 237 297 163 97 0,23 160 84 15 39 22 0,24 0,14
1999 112 20 72 0,85 171 222 408 214 96 0,15 121 50 20 37 14 0,30 0,12
2000 102 42 65 0,80 243 194 260 195 19 0,20 130 72 -5 39 24 0,30 0,18
в среднем 120 32 78 0,82 198 222 355 225 96 0,18 134 66 10 41 17 0,30 0,13
Пашня 1997 113 68 35 0,90 181 151 315 0 335 0,10 120 76 10 0 34 0 0,28
1998 141 99 27 0,90 211 153 243 0 286 0,10 148 104 15 0 29 0 0,20
1999 111 78 13 0,90 170 146 117 0 121 0,10 117 85 20 0 12 0 0,10
2000 116 45 39 0,85 245 99 221 15 320 0,15 135 53 32 2,3 48 0,02 0,36
в среднем 120 73 28 0,89 202 137 226 4 268 0,11 129 80 19 1 29 0,01 0,22
Примечание: Оз - запасы воды в снеге; - - изменение запасов влаги в 1,5-метровом слое зоны аэрации; Б - доля площади возвышений и понижений на угодье; ист - сток талых вод; ипр - приток талых вод; Кст - коэффициент поверхностного стока вод; Еас - фильтрация воды за пределы 1,5-метровом слоя зоны аэрации; Рв - осадки за время таяния снега; Ев - испарение за время таяния снега; Кфас - коэффициент фильтрации за пределы 1,5-метровом слоя зоны аэрации
Приведённые в таблице данные показывают, что на невыбитой целине за счёт задержания снега сохранившейся растительностью запасы воды в снеге весной на возвышениях в среднем в 1,4 раза превышают их на выбитой целине и пашне и составляют 172 мм. Сток талых вод с них в понижения равен 53 мм при среднем стоке со склона 8 мм. На питание подземных вод в расчёте на всю площадь невыбитого целинного водосбора пошло 50 мм.
На выбитой целине при 78 мм стока талых вод с возвышений рельефа и 225 мм стока из понижений на всю площадь выбитого участка водосбора в среднем за 4 года он составляет 41 мм. Питание подземных вод за этот же период составило в среднем всего 17 мм. Следовательно, выбитые пастбища и сенокосы увеличивают паводки и в связи с уменьшением питания подземных вод уменьшают меженный сток рек.
На пашне при больших запасах снега (в среднем 120 мм) на возвышениях и значительном стоке воды с них (в 28 мм) за её пределы выходит в среднем 2,3 мм талых вод. Они впитываются под возвышениями, но не уходят за пределы слоя возможного потребления влаги растительностью и не питают подземные воды. Стекая, талые воды аккумулируются в замкнутых понижениях, где насыщают активный слой зоны аэрации, из которого растения потребляют влагу (в среднем 1,5 м), расходуются на питание подземных вод, а не успевшая впитаться вода, переполняя понижение, стекает по склону в гидрографическую сеть.
На пахотных землях при отсутствии фильтрации на питание подземных вод на возвышениях и в понижениях расходуется в среднем 268 мм, что в расчёте на всю площадь распаханного склона составляет 29 мм.
На расходную часть водного баланса на сельскохозяйственных угодьях существенно влияют фильтрационные свойства земной поверхности [5]. От них зависит, какое количество поступившей на земную поверхность талой или дождевой воды пойдет на увлажнение почвы и далее - на фильтрацию в подземные воды, и какое её количество пойдёт на поверхностный сток и в гидрографическую сеть.
Анализ баланса талых вод на пашне, выбитом пастбище и невыбитой целине показывает, что состояние поверхности почвы оказывает значительное влияние на соотношение поверхностного и подземного стока. До распашки целины при малой нагрузке на них скотоводством на Южном Урале меженный уровень воды в реках обеспечивается за счёт инфильтрации на невыбитой целине. Увеличение поголовья скота, его выпас на целинных землях приводит к снижению мощности дернины и степного войлока или их потере, уплотнению почвы и уменьшению продуктивности в 2- 3 раза. Это обусловливает снижение инфильтрации талых вод, увеличение паводков и уменьшение стока рек в меженный
приод. Освоение целинных и залежных земель с переходом на зяблевую вспашку приводит к общему сокращению доли водного стока талых вод в реки.
Проведённое исследование подземного и поверхностного стоков в пределах водосборов Южного Урала показало, что на всех видах сельскохозяйственных угодий формируется как испарительный, так и инфильтрационный тип водообмена. Первый отмечается на возвышенных формах рельефа, а второй - на замкнутых понижениях. Различия в типах водообмена определяют неравномерность питания подземных вод по площади и формируют повсюду отмечаемое на водосборах разнообразие растительности, почв и других компонентов природы.
Изменение соотношения долей угодий на водосборе с разными фильтрационными свойствами земной поверхности изменяет величины составляющих суммарного водного баланса водосбора. В степной зоне Южного Урала изменения в суммарном поверхностном стоке талых вод соответственно изменяют объём и режим паводков на реках и питание подземными водами в меженный период.
В аридных условиях Оренбуржья системы земледелия направлены на повышение запасов влаги на пашне за счёт части поверхностного и подземного водного стока. Накопленная на них влага расходуется на суммарное испарение, увеличивая её количество в атмосфере. В связи с ограниченной её влагоёмкостью влага, конденсируясь, выпадает в виде дополнительных атмосферных осадков, увеличивая малые круговороты воды на континенте и повышая эффективность её использования.
Изучение водного баланса на водосборе малой реки Самары в Южном Предуралье [10] выявило увеличение годовой суммы атмосферных осадков в период интенсивного землепользования в 1955 - 1990 гг. на 54 мм в сравнении с периодом экстенсивного землепользования до освоения целинных земель в 1936 - 1954 гг. при таком же, в пределах ошибки, увеличении суммарного испарения с полей (52 мм). В последующие годы перестройки системы землевладения в сельском хозяйстве (1991 - 2010 гг.) значительная часть пахотных земель не засевалась, что повлияло на соотношение составляющих водного баланса на водосборе. В результате уменьшилось испарение с полей и уменьшились атмосферные осадки, но увеличился паводковый сток.
Выводы.
1. Сельскохозяйственные угодья, занимая около 90% водосбора Оренбуржья, влияют на все составляющие его водных ресурсов: поверхностный и подземный водный сток, запасы влаги в почве и атмосферные осадки.
2. Поверхностный водный сток зависит от фильтрационных свойств земной поверхности. На опытном участке с пашни сток талых вод в среднем
составляет 1 мм, на невыбитой целине - 8 мм и на выбитой - 41 мм.
3. Зяблевая пахота увеличивает запасы влаги в почве, почти прекращает поверхностный сток талых вод за пределы распаханного поля, но внутри его с возвышений рельефа на опытном участке их стекает в среднем 28 мм, аккумулируясь в замкнутых понижениях.
4. Аккумулируемые в понижениях рельефа талые воды насыщают активный слой зоны аэрации, из которого растения потребляют влагу, расходуются на питание подземных вод, а не успевшая впитаться вода, переполняя понижение, стекает дальше по склону в гидрографическую сеть.
5. Питание подземных вод на пашне в понижениях в среднем в расчёте на всю площадь распаханного склона на опытном участке составляет 29 мм, на выбитой целине - всего 17 мм и на невыбитой целине - 50 мм.
6. Дополнительное суммарное испарение влаги с сельскохозяйственных угодий поступает в атмосферу с последующим выпадением в виде
дополнительных местных антропогенных атмосферных осадков, что способствует многократному использованию возобновляемых водных ресурсов и снижает темпы уменьшения речного стока.
Литература
1. Константинов А.Р. Испарение в природе. Л.: Гидрометео-издат, 1968. 532 с.
2. Харченко С.И. Гидрогеология орошаемых земель. 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 374 с.
3. Кузник И.А. Орошение в Заволжье. Гидрометеоиздат, Л., 1979. 160 с.
4. Мосиенко Н.А. Агрогидрологические основы орошения. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 216 с.
5. Нестеренко Ю.М. Водная компонента аридных зон: экологическое и хозяйственное значение. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 287 с.
6. Нестеренко Ю.М., Нестеренко М.Ю. Природные воды Южного Урала: формирование и использование. Екатеринбург: УрО РАН, 2016. 244 с.
7. Агроклиматические ресурсы Оренбургской области. Л.: Гидрометеоиздат. 1971. 120 с.
8. Агроклиматический справочник по Челябинской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 112 с.
9. Агроклиматический справочник по Башкирской АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 116 с.
10. Нестеренко Ю.М., Бакиров Ф.Г. Влияние сельскохозяйственного землепользования на водный баланс водосборов рек и атмосферные осадки на Южном Урале // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 3 (65). С. 172 - 174.
Агроэкономическая оценка применяемых в Тюменской области минеральных удобрений
Д.В.Ерёмина, к.с.-х. н, ФГБОУВО ГАУСеверного Зауралья
Современное сельское хозяйство немыслимо без активного использования минеральных удобрений. Несмотря на обилие информации о получении экологически небезопасной растениеводческой продукции на полях, где активно используют удобрения, отказываться от них ни одно хозяйство не собирается. Причина этого вполне понятна - без минеральных удобрений не повысить урожаи и, следовательно, не снизить себестоимость сельскохозяйственной продукции. Эффективность минеральных удобрений зависит от культуры земледелия, включающей в себя севообороты, обработку почвы, использование высококачественного семенного материала. Также необходимы современные знания агрономов, которые они систематически получают на курсах повышения квалификации. Пахотные почвы юга Тюменской области характеризуются низкими запасами гумуса и питательных веществ [1 - 3]. Особенно это касается азота, который постоянно находится в минимуме. Основной причиной этого является низкая микробиологическая активность почвы вследствие неблагоприятного температурного режима, а также промывной тип водного режима. Эти факторы необходимо учитывать при выборе видов минеральных удобрений под определённые сельскохозяйственные культуры и почвы.
Материал и методы исследования. В качестве объекта исследования были взяты минеральные
удобрения, которые применяются в Тюменской области. В работе использовались исторические и логические методы анализа информации по субъектам Российской Федерации и Уральского федерального округа. В качестве обоснования применяли наработки кафедры почвоведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья, обрабатываемые методом анализа и синтеза. Сбор информации по ценообразованию рынка минеральных удобрений проводили посредством анализа данных, предоставленных в сети Интернет, а также по официальным прайс-листам организаций Тюменской области, при этом использовался сравнительный метод.
Результаты исследования. Наиболее востребованными в Тюменской области являются азотные минеральные удобрения. Их виды, представленные на рынке, показаны на рисунке. Практически на любом типе почв Тюменской области азотные удобрения имеют решающее значение в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Как показали исследования ведущих учёных-агрохимиков Западной Сибири, минеральный азот обеспечивает до 75% общей прибавки урожая, получаемой от полного минерального удобрения (4 - 7).
Наиболее известным в Тюменской области аммиачным удобрением является сернокислый аммоний ((NN4)2804) с действующим веществом 21% азота. Хорошо растворяется в воде и легкодоступен для растений. Особенностью данного вида
