CC BY
50
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 631.529:631.445.52
ВОЗДЕЙСТВИЕ ФИТОМЕЛИОРАТИВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПЫРЕЯ СОЛОНЧАКОВОГО ПРИ АДАПТАЦИИ ЕГО АГРОФИТОЦЕНОЗА НА ЗАСОЛЕННЫХ ЗЕМЛЯХ КАЛМЫКИИ
В.В. Бородычев,доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН
Волгоградский филиал ГНУ ВНИИГиМРоссельхозакадемии
Э.Б. Дедова, кандидатсельскохозяйственных наук, доцент М.П. Чапланова, кандидатсельскохозяйственных наук С.Н. Нохашкиева
Калмыцкий филиал ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии
В статье рассмотрены причины снижения продуктивности земель приканальной зоны оросительной системы, а такжепричинывозникновения и развития засоления почв. На основе анализа ситуации авторами показана роль воздействия фитомелиоративных механизмов пырея солончакового при повышении продуктивности засоленных земель Калмыкии и даны предложения по стратегии улучшения их мелиоративного состояния.
Ключевые слова:фитомелиорации, орошение, вторичное засоление, пырей солончаковый, плотность сложения, коэффициент структурности, продуктивность.
В Республике Калмыкия на современном этапе развития орошаемого земледелия всё чаще проявляются последствия эксплуатации оросительных систем, спроектированных без учёта воздействия на экосистемы приканальных территорий. Этот факт, в свою очередь, в условиях аридного климата (годовая сумма осадков 165...243 мм; испаряемость 850...1200 мм/год; сумма температур выше 100С - 3480.36500) и близкого расположения уровня минерализованных грунтовых вод (1,0.1,5 м) является причиной развития процессов вторичного засоления почв. В пустынной и полупустынной зоне Калмыкии насчитывается 4 тыс. га подтопленных орошаемых земель (большая часть которых располагается в зоне действия Черноземельской обводнительно-оросительной системы (ЧООС)), нуждающихся в мелиорации [1,2].
Орошение как результат антропогенного вмешательства в природный почвообразовательный процесс в зоне действия дренажно-сбросных каналов ЧООС Калмыкии привело к смене автоморфного режима почвы гидроморфным. Дополнительное увлажнение корнеобитаемой зоны опытного полигона сопровождается просачиванием части влаги в глубокие горизонты, меняя, таким образом, водный и солевой режимы и вызывая увеличение инфильтрационного питания подземных вод. К статьям прихода почвенной влаги добавляются потери из необлицованных сбросных коллекторов Черноземельской оросительной системы. Процессы гидроморфизма в сочетании с длительным и интенсивным испарением капиллярных токов грунтовой влаги с поверхности почвы интенсифицировали процессы постепенной концентрации солей в зоне аэрации изучаемой почвы. Содержание солей в водной вытяжке достигло 1,4 %, что практически до нуля снизило биопродуктивную способность почвы приканальной территории. (рис. 1).
Одним из ключевых моментов при адаптации агрофитоценоза к среде обитания является его выносливость в экстремальных условиях. Так, для образования на сильнозасоленных землях интенсивно вегетирующей популяции растений-фитомелиорантов они должны быть способны продуцировать в условиях продолжительного (до 30 дней) подтопления минерализованными грунтовыми водами. Даже обладая другими исключительными (морозо-, засухо-, соле- и солонцеустойчивость) фитомелиоративными качествами, но не выдерживая подтопления (уровень грунтовых вод 1-1,5 м) приканальной территории, растение не сможет занять эту экологическую нишу, а значит процессы вторичного засоления будут продолжать прогрессировать.
невозможность компенсации дополнительного питания естественным оттоком из-занедостаточной дренированности территории
ц
подъём минерализованных (5,2...13,7 г/л) грунтовых вод до уровня 1,5 м от дневной поверхности
Ц С
растворение солеи зоны неполного влагонасыщения
С
Ц
развитие процессов переувлажнения, подтопления, вторичного засоления бурой полупустынной почвы
Рисунок 1 - Механизм вторичного засоления бурой полупустынной почвы
В то же время, выдерживая подтопление минерализованными грунтовыми водами, далеко не все растения-галофиты имеют высокую питательную ценность для кормопроизводства из-за содержания в своих тканях до 40-50 % зольных веществ. К тому малому числу культур-фитомелиорантов, которые не только могут продуцировать в условиях подтопления вторично засоленных почв, улучшать их водно-физические свойства, но и обладают ценными кормовыми качествами относится пырея солончаковый[5].
Исследования проводились на опытном участке, расположенном в пустынной зоне на орошаемых полях СПК «Первомайский» (п. Адык) Черноземельского района Республики Калмыкия в приканальной зоне сбросного коллектора УС-5. Почвы опытного участка - бурые полупустынные, солонцеватые и солончаковатые, с щелочной реакцией (рН = 8.9), плотностью сложения (1,39 т/м3), низким содержанием гумуса (1,1...1,3 %) и легкодоступных питательных элементов: общего азота - 52.70 мг/кг почвы, обменного калия - 214.286 мг/кг, подвижного фосфора - 12,5.27,8 мг/кг; высоким содержанием легкорастворимых солей (0,492.1,451 %) в слое 0.1,0 м и сульфатно-хлоридным типом засоления. Уровень грунтовых вод 0,9.1,5 м, при их минерализации 5,9.13,6 г/л. Анализ динамики химического состава оросительной воды показал, что в период исследований (2001.2004 гг.) общая минерализация воды достигала 1,23.1,61 г/л, что соответствует 2 классу качества по классификации ВНИИГиМ - вода удовлетворительного качества и II.IV классу (слабо и умеренно опасный) по классификации С.Я.Бездниной. Химизм - хлоридно-сульфатный магниевонатриевый.
Изучение влияния питательного режима растений проводилось по следующей схеме: первый вариант - без удобрений (контроль); второй вариант - с
внесением удобрений (нитроаммофос и аммиачная селитра) в 1-й год жизни ^6 Р17; во 2-й год - ^15 Р60; в 3-й год жизни - ^45 Р70; третий вариант - 1-й год жизни - ^0 Р30; 2-й год - ^70 Р85; 3-й год - ^00 Р100. Расчетные дозы азотнофосфорных удобрений на планируемый урожай вносились в почву дробно (под зяблевую вспашку и в течение вегетации под каждый укос).
Содержание легкорастворимых солей в пахотном слое (0.0,2 м) варьировало по опытным делянкам от 0,4 до 1,4 %, в корнеобитаемом (0.0,5 м) -от 0,8 до 1,0 %, в метровом слое - от 0,6 до 1,4 %. Агротехника полевых опытов при возделывании пырея солончакового, за исключением изучаемых факторов, соответствовала зональным рекомендациям. Конкурентноспособность пырейного агрофитоценоза повышалась в первый год жизни двух-, трёхкратным подкашиванием сорной растительности. Влагосберегающими приёмами являлись допосевное и послепосевное прикатывание почвы и получение первого укоса пырея солончакового прошлых лет жизни без полива. Нормы внесения удобрений определялись балансово-расчетным методом с учетом доступных элементов в почве и удобрениях, а также коэффициентов возмещения выноса питательных веществ с планируемым урожаем. Влажность почвы метрового слоя поддерживалась на уровне 65.75 % НВ. Полив осуществлялся дождеванием с помощью ДКШ-64 «Волжанка».
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что продуктивность травостоя культуры изменяется не только по годам возделывания, но и в зависимости от регулируемых агромелиоративных факторов. Азотнофосфорные удобрения более полно реализовывали потенциал продуктивности пырея солончакового. В первый год возделывания при орошении травостоев как с осенним, так и с весенним сроком посева, внесение расчётных норм минеральных удобрений позволило получить прибавку урожайности 0,51.1,65 т/га или 31.71 %, во второй год жизни - 1,76.4,65 т/га (31,7.70,3 %) и в третий - 2,90.6,31 т/га (34,5.71,5 %) сена по сравнению с контрольным вариантом (без удобрений).
Результаты зоотехнического анализа показали, что качество надземной массы пырея солончакового в значительной степени изменялось под влиянием удобрений, особенно азотных, так как при их внесении увеличивалось содержание сырого протеина с 6,1 до 16,9 % во 2-й год жизни и с 19,3 до 24, 3 % в 3-й год жизни. Одновременно наблюдалось снижение усвояемых углеводов - БЭВ в среднем по вариантам на 7 % во второй и на 2 % в третий годы возделывания пырея. Содержание клетчатки под действием азотных удобрений несколько снижается, что благоприятно сказывается на качестве корма.
Режим орошения пырея солончакового зависел от напряжённости метеорологических условий. Наибольшую потребность во влаге пырей солончаковый испытывал в 2-3-й годы жизни. Суммарное водопотребление культуры на 41.56 % осуществлялось за счёт оросительной воды. Доля атмосферной влаги за весь период вегетации составляла в 1-й год жизни пырея солончакового 33.35 %, а в последующие два более засушливых года - 12.20 %. И только на 9.13 % водопотребление пырея солончакового обеспечивалось за счёт почвенных запасов влаги, активность использования которых зависит от развития корневой системы и увеличения слоя интенсивного влагообмена почвы. Большое влияние на расходование воды полем оказывает глубина залегания грунтовых вод. Так, при близком залегании (1,0.1,5 м) их уровня, влажность почвогрунта повышалась, что приводило к увеличению расхода влаги. Максимальное подпитывание грунтовыми водами наблюдалось в период
образования генеративных органов растений пырея солончакового в период прохождения фазы «выход в трубку - колошение» - в зависимости от срока посева эта величина достигала значений 298.390 (644.683 и 484.746) м3/га в 1-й (2-й и 3-й) годы соответственно, что в среднем составляет 14.22 % от суммарного водопотребления.
В результате анализа уже имеющегося научного опыта [2,3,4]было предположено, что улучшение водного режима пырея солончакового активизирует питательный режим растений и стимулирует использование удобрений и природных запасов питательных веществ почвы, при этом расход влаги растениями на образование единицы урожая уменьшится вследствие снижения потерь на транспирацию. Опытные данные доказали, что наши предположения были небезосновательны.
Так, на травостое осеннего срока посева эта величина уменьшалась на 3,3.5,8 м3/га для получения 1-го укоса, на 10,2.16,4 м3/га - для 2-го укоса и на 12,4.19,4 м3/га - для получения третьего укоса по сравнению с контрольным вариантом - без удобрений. На травостое весеннего срока посева прослеживалась та же тенденция. Улучшение минерального питания растений дало возможность сократить их водопотребление на 6,9.11,3 м3/га при получении первого укоса и на 11,2.17,8 м3/га - второго укоса. Эффективность использования влаги определяли по её расходу на образование единицы урожая надземной массы культуры (по удельному водопотреблению, м3 воды / т сена), образование которого зависело как от нерегулируемых метеофакторов, так и от регулируемых агромелиоративных факторов - фона минерального питания и сроков посева пырея солончакового. Посев в весенние сроки способствовал увеличению среднесуточному расходу влаги. Так, в первый год жизни в течение вегетации расходовалось на 2,3.5,0 м3/га воды в сутки больше, чем на травостое осеннего срока посева; во второй год жизни эта разница составила 1,8.2,3 м3/га. Улучшение фона минерального питания внесением минеральных удобрений позволило сократить удельное водопотребление. На посевах первого года жизни на вариантах с азотно-фосфорным питанием растения потребляли влагу более эффективно, чем на контроле (без удобрений) на 535.1058 м3/га или на 24.41,6 %; на посевах второго года жизни - на 239.414 м3/га или на 24.42 %; посевах третьего года жизни - 223.355 или на 25,7.42 %. Во второй и третий годы возделывания травостой без регулирования питательного режима потреблял до 11,2.23,5 и 5,4.29,0 м3/га соответственно, а на фоне минерального питания - 5,8.17,9 и 3,1.21,7 м3/га. Такая разница в водопотреблении говорит о том, что азотнофосфорные подкормки позволяют более экономно использовать влагу посевами пырея солончакового.
В результате регрессионного анализа установлено, что при улучшении минерального питания, снижении степени засоленности метрового слоя почвы с 1,4 до 0,6 % и посеве культуры в осенний срок удельное водопотребление культуры уменьшается (табл. 1).
Таблица 1 - Корреляционная зависимость урожайности от минерального питания и степени засоления почвы
Параметры Уравнение регрессии Коэффициенткорреляции (Г)
Минеральное питание, кг д.в./га У = 1165,3 -8,15х 0,61
Степень засоления почвы, % У = 3234,4 +5377,7х 0,59
По мере развития и укрепления корневой системы солеустойчивость пырея солончакового повышается и при содержании воднорастворимых солей 0,492.0,917 % на второй-третий годы жизни культура может формировать 3.4 укоса общей урожайностью 3,7.8,7 т/га сена при условии достаточной влагообеспеченности. Наши исследования позволили выявить зависимость качества надземной массы пырея солончакового от степени засоления почвы. При уменьшении содержания солей в почве с 1,4 до 0,6 % содержание протеина увеличивалось от 8,38 до 10,16 % (а.с.в.), уменьшалось содержание клетчатки с 35,79 до 39,08 и жира с 2,68 до 1,54 %. Эти данные свидетельствуют о процессе огрубления корма при повышении содержания солей в почве.
Экспериментальные данные, полученные на опытном участке, показали, что отрицательное влияние солей сказывается на продуктивности пырея солончакового в течение всей вегетации, но особенно в начальный период развития растений. Так, в первый год жизни на сильно засоленных участках (1,2.. .1,4 %) урожайность сена пырея была на 84 % меньше, чем на контроле, во второй и третий годы жизни - на 61.62 %. Уменьшение разницы между продуктивностью культуры на контрольном варианте и вариантах с сильно засоленной почвой говорит об увеличении степени устойчивости фитомелиоранта к солям в почвенном растворе уже на второй год жизни (табл. 2).
Таблица 2 - Продуктивность пырея солончакового в зависимости _________________от засоления почвы, т/га сена________________
Вариант опыта Степень засоления почвы (слой 0-1,0 м) в конце вегетации, % Укосы Всего за вегетац ию
I II III IV
третий год жизни
I - (0,6.. .0,8 %) контроль 0,4-0,6 2,10 2,46 2,11 1,99 8,66
%) О4 ,0 ,8 (0, - НЧ нч 0,6-0,8 1,98 2,13 1,68 1,41 7,20
%) о4 ,2 о, - нч нч нч 0,8-1,0 1,47 1,72 1,50 1,16 5,85
IV - (1,2.. .1,4 %) 0,8-1,0 1,08 1,22 0,98 - 3,28
НСР05 0,19
Агромелиоративная роль пырея солончакового. Мощность развития и глубина проникновения корневой системы пырея солончакового 0,08.0,86 м (в зависимости от года жизни и варианта опыта) обуславливает образование и развитие густой сети узких пор и канальцев не только при жизни, но некоторое время и после отмирания корней. Следовательно, под пыреем солончаковым происходит естественный, непрерывный процесс биологического дренирования бурой полупустынной почвы. Многолетнее воздействие такого естественного дренажа пырейного агрофитоценоза приводит к тому, что почва приобретает способность восстанавливать структуру почвенного слоя. Так, за годы исследований на опытном участке плотность сложения почвы уменьшилась в слое 0-0,4 м на 3 %, а в метровом - на 2 %. Установлено, что возделывание пырея солончакового оказывает положительное влияние на общую пористость и пористость аэрации бурой полупустынной почвы, приближая их значения к оптимальным. Так, за годы фитомелиоративного воздействия пырея солончакового на почву опытного участка общая пористость и пористость аэрации увеличивались
по сравнению с исходным состоянием соответственно на 3 % и 5.8 % (табл. 3; рис. 2, 3).
Выяснено, что повышение плодородия засоленных бурых полупустынных почв зависит от темпов накопления органического вещества (корней и пожнивных остатков) и перегноя под пырейным агрофитоценозом. Чем выше корненасыщенность почвы, тем интенсивнее в почве идут биологические процессы. Обогащение почвы органическим веществом происходит также за счёт поукосных остатков.
Таблица 3 - Агрофизический эффект фитомелиорации земель при помощиадаптации пырейного агрофитоценозав приканальной территории в районе
действия ЧООС
Тип почв Уровень плодородия Плотность, т/м3 в слое 0-0,4 м Пористость, % в слое 0-0,4 м
Естественный природный фон на территории Калмыкии благоприятный < 1,30 > 50,0
предельный 1,50 45,0
Бурые полупустынные вторично засоленные (ГУП племзавод «Первомайский») до фитомелиорации 1,39 46,7
после фитомелиорации 1,36 48,1
По данным исследований общее количество растительных остатков пырея солончакового варьировало (в зависимости от вариантов опыта) с 0,38 до 0,55 т/га. Масса корневых остатков уже на второй год жизни достигала 3,27 т/га сухого вещества. В последующий год жизни масса корней увеличивалась на 0,71 т/га и достигла к третьему году жизни пырея солончакового 3,98 т/га, при этом происходило перераспределение корневой массы по горизонтам почвы.
1,8
1,78
1,76
1,74
1,72
1,7
1,68
1,66
1,64
1,62
1,6
1,58
1,56
1,54
1,52
1,5
1,48
1,46
1,44
1,42
1,4
1,38
1,36
1,34
1,32
1,3
/
2,8
2,78
2,76
2,74
2,72
2,7
2,68
2,66
2,64
2,62
2,6
2,58
2,56
2,54
2,52
2,5
\
49,5
2001 2002 2003 2004
• — коэффициент структурности — плотность сложения т/га
— «•- — общая пористость, %
48,5
47,5
46,5
Рисунок 2 - Динамика агрофизических параметров почвы в слое 0-0,4 м под посевами пырея солончакового за период проведения мелиоративных мероприятий
В то же время одним из важных моментов фитомелиоративного влияния посевов пырея солончакового являлся и тот факт, что количество легкорастворимых солей за вегетационный период 1-го года жизни снизилось на 0,08%, во 2-й год - на 0,04%, а в 3-й - на 0,06 %. В то время как в естественных условиях при близком залегании грунтовых вод содержание солей ежегодно увеличивается на 0,07%.
1,79
1.77
1.75
1.73
1.71
1,69
1,67
1,65
1,63
1.61
1,59
1.57
1.55
1.53
1.51
1.49
1,47
1,45
1.43
1.41
1.39
1.37
1.35
1.33
1,31
1,29
1.27
1.25
- коэффициент структурности
• плотность сложения т/га _______________т ,
-------пористость аэрации, %
-♦— общая пористость, %
Рисунок 3 - Динамика агрофизических параметров почвы в слое 0-1,0 м под посевами пырея солончакового за период проведения мелиоративных мероприятий
Под влиянием механизмов фитомелиоративного воздействия густо развитой корневой системы и плотного травостоя агрофитоценоза пырея солончакового в условиях орошения за годы исследований прослеживался позитивный процесс снижения содержания в метровом слое почвы наиболее опасных ионов хлора - на 41,5 %, натрия - на 50,2 %; общего количества солей по вариантам: I - с 0,762 % до
0,511 %; II - с 0,910 % до 0,564 %; III - 1,075 % до 0,840 %; IV - с 1,389 % до 0,817 %; токсичных солей по вариантам: I - с 0,554 % до 0,483 %; II - с 0,737 % до 0,519 %; III - 0,802 % до 0,696 %; IV - с 1,072 % до 0,646 %. Однако, в первый год орошения этот эффект не проявляется, так как пырей солончаковый формирует невысокую продуктивность при 2.3 укосах 0,27.2,15 т/га сена. Во второй год жизни рассоляющий эффект возрастает, образуется 2,5.6,6 т/га надземной массы, с которой выносится с 1 га до 30 кг/га натрия, 64 кг/га сульфатов и 60 кг/га хлора.
В комплексе мероприятий по предотвращению опасности засоления почв при орошении пырея солончакового большое воздействие принадлежит мелиорирующему эффекту растений 2-3-го годов жизни. Мощная корневая система оказывает дренирующие и аэрирующие влияние, сдерживает восходящий ток почвенного раствора, снижая тем самым возможность вторичного засоления пахотного горизонта. Под посевами культуры-фитомелиоранта в почве в зависимости от уровня минерального питания аккумулируется с поукосными и корневыми остатками 2,8.5,1 т/га органического вещества, что в пересчете на питательные элементы составляет - азота 35.87 кг, Р2О5 - 8.15 кг, К2О - 26.45 кг.
Таким образом, действие фитомелиоративных механизмов пырея солончакового заключается: в повышении энергопотенциала почвы путём
накопления органического вещества, в понижении температуры почвы и уменьшения физического испарения с поверхности почвы благодаря её затенению сплошным покровом травостоя (его высота достигает в фазе колошение - цветение 1,0-1,8 м); в увеличении биологического дренирования почвы за счёт густой сети узких пор глубокопроникающей корневой системы; в уменьшении плотности сложения с 1,39 до1,36 г/м3. Для коренного улучшения мелиоративного состояния земель и почвенного плодородия соли необходимо удалять из почвы, а не перемещать их в пределах биологического круговорота. Таким образом, создавая пырейные агрофитоценозы на территориях с нарушенным гидрологическим и солевым режимами, на действующих и строящихся водохозяйственных системах с деградированными почвами можно предотвратить или в значительной степени снизить негативные последствия от соле-пылеватых бурь, солевой корки, заболачивания, повышения минерализации грунтовых вод и почв.
Библиографический список
1. Дедова, Э.Б.Восстановление земель вторичного засоления с использованием фитомелиоранотов [Текст]/Э.Б.Дедова, М.А.Сазанов, М.П. Чапланова // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. - Москва-Новосибирск, 2004. - С. 488.
2. 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.
3. Дедова, Э.Б. Формирование пырейно-солодковых агроценозов на деградированных землях Калмыкии [Текст]/Э.Б. Дедова, С.Н. Нохашкиева // Плодородие. - 2011. - № 4. - С. 5456.
4. Максименко, В.П. Мелиорация засоленных земель с использованием пырея удлиненного сорта «Солончаковый» и многофункционального удобрения-мелиоранта [Текст]/В.П. Максименко, Э.Б.Дедова, М.П.Чапланова // Мелиорация: этапы и перспективы развития: материалы Международной научно-производственной конференции. - М., 2006. - С. 79-85.
5. Чапланова, М.П. Роль пырея солончакового в формировании плодородия засоленной бурой полупустынной почвы [Текст] /М.П.Чапланова // Наукоёмкие технологии в мелиорации (Костяковские чтения): материалы Межд. конф. - М.: Изд.
ВНИИА, 2005. - С.343-347.
E-mail: kf [email protected]
