Агроэкологический мониторинг и приемы восстановления продуктивности земель лиманного орошения в полупустынной зоне Саратовского Заволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель, 03.00.16 - экология

Агроэкологический мониторинг и приемы восстановления продуктивности земель лиманного орошения в полупустынной зоне Саратовского Заволжья

Туктаров Ренат Бариевич

Саратов 2009



Работа выполнена в Федеральном государственном научном учреждении «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации»

Научный руководитель: заслуженный работник сельского хозяйства РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Нагорный Владимир Афанасьевич

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Денисов Евгений Петрович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Титов Валерий Николаевич

Ведущая организация: ФГНУ «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока»

Ученый секретарь диссертационного совета Пронько Н.А.



1. Общая характеристика работы

лиман земельный урожайность сенокос

Актуальность темы. Широко развернутая программа мелиорации земель в засушливом Поволжье, строительство крупных оросительных систем и оросительно-обводнительных каналов открыли большие перспективы развития лиманного орошения и обусловили получение стабильно высоких урожаев кормовых культур, сеяных и естественных луговых трав, гарантированное производство кормов для животноводства и улучшение социально-экономических условий жизни населения.

В настоящее время важной проблемой является восстановление плодородия почв и кормовой продуктивности земель лиманного орошения на основе проведения инвентаризации и мониторинга состояния земель ярусов лиманов с последующим переустройством их в расчете на использование ресурсосберегающих режимов затопления, а также разработку и внедрение технологий поверхностного и коренного улучшения травостоя, обеспечивающих экологическую устойчивость мелиоративных агроландшафтов и высокую урожайность сенокосов с малыми затратами энергетических ресурсов.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось проведение агроэкологического и аэрокосмического мониторинга эколого-мелиоративного состояния земель лиманного орошения и разработка комплекса приемов восстановления продуктивности деградированных ярусов лиманов, обеспечивающих повышение урожайности сенокосов, экологическую стабильность, рациональное использование водных и земельных ресурсов и высокую экономическую эффективность.

Программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

Провести агроэкологический и аэрокосмический мониторинг территории системы лиманного орошения, предусматривающий установление ее эколого-мелиоративного состояния для последующей реконструкции ярусов лиманов, восстановления плодородия почв и продуктивности орошаемых земель.

Разработать технологию комплексной мелиорации деградированного травостоя лиманов на основе поверхностного и коренного улучшения для получения планируемых урожаев с хорошим качеством сена и с малыми энергетическими затратами.

Выявить рациональную норму весеннего затопления применительно к основным видам многолетних трав при поверхностном и коренном улучшении травостоя для ресурсосбережения, получения экономически обоснованных урожаев сена и улучшения эколого-мелиоративного состояния лиманных земель.

Определить продуктивность лиманов при их комплексной мелиорации на основе коренного улучшения, подсева адаптивных многолетних трав и затопления ресурсосберегающими нормами.

Дать агроэнергетическую и экономическую оценку мелиорации и приемов восстановления плодородия почв и кормовой продуктивности деградированных земель лиманного орошения.

Научная новизна определяется следующим:

впервые на крупных системах лиманного орошения Саратовского Заволжья проведен агроэкологический и аэрокосмический мониторинг, определено эколого-мелиоративное состояние ярусов лиманов;

разработана технология комплексной мелиорации деградированных в течение длительного 50-летнего орошения ярусов лиманов на основе ресурсо-, водосбережения, улучшения мелиоративного состояния и повышения продуктивности лиманов с малыми энергетическими затратами;

разработаны приемы поверхностного и коренного улучшения травостоя и восстановления продуктивности лиманов в зависимости от эколого-мелиоративного состояния ярусов и степени деградированности травостоя;

предложены ресурсосберегающие режимы затопления, исходя из видового состава многолетних трав и приемов поверхностного и коренного улучшения лиманов.

Практическая значимость работы определяется результатами агроэкологического мониторинга эколого-мелиоративного состояния ярусов для последующей реконструкции и переустройства системы лиманного орошения. Предложена технология восстановления кормовой продуктивности деградированных естественных лиманов приемами поверхностного и коренного улучшения травостоя и проведением ресурсосберегающих режимов затопления, обеспечивающая повышение урожайности сенокосов с 1,3-1,5 до 3,5-5,0 т/га при снижении затрат водных и энергетических ресурсов.

Основные положения, выносимые на защиту:

агроэкологический и аэрокосмический мониторинг эколого-мелиоративного состояния земель лиманного орошения для последующей реконструкции и снижения площади ярусов и норм затопления лиманов, рационального использования оросительной воды, предупреждения деградации и восстановления плодородия почв и повышения продуктивности орошаемых земель;

технология комплексной мелиорации деградированных ярусов лиманов на основе поверхностного и коренного улучшения, рациональных норм затопления для восстановления экологической устойчивости и кормовой продуктивности земель лиманного орошения;

экономическая и агроэнергетическая эффективность поверхностного и коренного улучшения, ресурсо-, водосберегающих норм затопления для восстановления продуктивности системы лиманов в полупустынной зоне Саратовского Заволжья.

Реализация результатов исследований. Полученные результаты научных исследований по восстановлению кормовой продуктивности земель лиманного орошения прошли производственную проверку и внедрены в СХПК «Варфоломеевский» Александрово-Гайского района Саратовской области на площади 510 га. Экономический эффект по акту внедрения составил 1,07 млн. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Международных научно-практических конференциях: «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2005), «Землеустроительные, кадастровые и геодезические работы для обеспечения стабильности и эффективности развития экономики России» (Омск, 2005), «Вавиловские чтения» (Саратов, 2004; 2008; 2009).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шестнадцати научных работах, в том числе в пяти научных работах в рецензируемых журналах «Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова» (2006, 2009), «Мелиорация и водное хозяйство» (2009) и «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель» (2009).

Личный вклад автора в решение проблемы. Постановка проблемы и задач исследований, теоретический анализ, сбор, систематизация и обработка картографического материала, экспериментальные исследования осуществлены автором с вкладом личной доли 80 %.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы, включающего 152 наименования, в том числе 12 работ зарубежных авторов. Работа изложена на 173 страницах компьютерного текста, включает 34 таблицы, 13 рисунков и 12 приложений.

2. Содержание работы

Условия, схема и методика исследований

Научно-исследовательская работа выполнена в 2004-2008 гг. на Малоузенской системе лиманного орошения, расположенной в полупустынной юго-восточной микрозоне Саратовской Заволжья.

Климат засушливый, резко континентальный, среднегодовое количество осадков - 255 мм, сумма активных температур воздуха - 3000-3200 °С (ГТК = 0,4), продолжительность безморозного периода - 150 дней. По гидротермическим условиям годы исследований были: 2004, 2005, 2006 и 2008 среднезасушливые и 2007 - средневлажный.

Преобладающий тип почв естественных лиманов - лугово-лиманные тяжелосуглинистые. Лугово-лиманные осолоделые почвы расположены на низинах лиманов с избыточным увлажнением. Светло-каштановые почвы различной степени солонцеватости и засоленности занимают периферийную часть ярусов лиманов.

Мощность гумусового горизонта лугово-лиманных почв, в зависимости от ярусов лиманов, колеблется от 35 до 72 см, а содержание гумуса (по Тюрину и Кононовой) в горизонте А (слой 0-20 см) - 3,3 % и в горизонте АВ - 1,8 %. Емкость поглощенных оснований находится в пределах 27-28 мг-экв./ 100 г почвы, где доминируют кальций и магний, что обусловливает щелочную реакцию почвенного раствора (pH 7,2-8,2). Степень засоления почв варьирует от слабой до высокой в зависимости от места расположения ярусов лиманов и их гидрогеологического состояния, а тип засоления - хлоридный или хлоридно-сульфатный. Промывной режим лиманов обусловливает низкую обеспеченность доступными формами азота и фосфора в почве с нитрификационной способностью 25-30 мг/кг, содержание N-NO₃ - 4-11 мг/кг и фосфора 9-15 мг/кг, а содержание обменного калия высокое - 600-630 мг/кг почвы.

Лугово-лиманные почвы имеют плотное строение метрового слоя - 1,46 т/м³ с постепенным возрастанием плотности к нижним горизонтам в связи с вымыванием илистых частиц. Наименьшая влагоемкость в полуметровом слое почвы - 28,1 % и к слою 0,5-1 м снижается до 21,8 % от массы сухой почвы.

Полевой опыт по разработке комплекса агротехнических и мелиоративных приемов восстановления плодородия деградированных почв и продуктивности лиманов и рационального использования земельных и водных ресурсов закладывался на 6 ярусе по двухфакторной схеме методом расщепленных делянок по методике Б.А. Доспехова (1985), ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса (1995) в четырехкратной повторности с площадью делянок первого порядка (норма затопления) 3500 м² (70Ч50 м) и второго порядка (приемы улучшения) 500 м² (50Ч10 м) (табл. 1).

Таблица 1. Схема полевого опыта по определению эффективных приемов восстановления продуктивности лиманов

Фактор А	Фактор Б
Режим затопления	Приемы поверхностного и коренного улучшения
норма, м3/га	длительность, суток	глубина увлажнения, м
2500	9-11	1,5	Контроль (без улучшения). Поверхностное улучшение N60 (фон). Дискование почвы ЛДГ-10 в 2 следа на глубину 5-7 см. Дискование почвы БДМ-4 на глубину 8-10 см. Коренное улучшение Дискование почвы БДМ-4 на глубину 8-10 см и осенний подсев костреца безостого. Дискование почвы БДМ-4 на глубину 8-10 см и осенний подсев костреца безостого в смеси с люцерной желтогибридной.
3000	12-15	1,8
3500	15-18	2,1
4000	18-22	2,4

В период проведения исследований осуществляли наблюдения и учет: фенологии развития многолетних трав, влажности почвы (Роде А.А., 1969), суммарного водопотребления (методом водного баланса по Костякову А.И., 1960), расхода грунтовых вод (Харченко С.И., 1975), солевого режима почвы по генетическим горизонтам (в почвенной лаборатории ФГНУ «ВолжНИИГиМ»), плотности травостоя (ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса, 1995), урожайности трав и качества сена (по зоотехническому анализу).

Эколого-экономическая и агроэнергетическая оценка проведения комплекса приемов мелиорации осуществлялась в соответствии с методикой РАСХН (1995).

Дистанционный мониторинг земель ярусов системы лиманного орошения проводился с использованием сканерных снимков с космических аппаратов серий Landsat и последующей обработкой в программном комплексе «ENVI». Экспериментальные данные обрабатывались методами регрессионного и дисперсионного анализов на основе использования программных пакетов «Microstat» и «MS Exel».

Агротехника выращивания многолетних трав соответствовала технологии, применяемой в условиях лиманного орошения (1997).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Эколого-мелиоративная оценка территории

Малоузенской системы лиманного орошения

Агроэкологический мониторинг земель Малоузенской системы лиманного орошения показал, что лиманы на значительной части площади подвержены процессам засоления и заболачивания, около 25 % земель всей системы превратились в солончаки и болота и выведены из сельскохозяйственного использования (рис. 1).

Условные обозначения:

- контуры сплошного сильного засоления;

- контуры заболачивания;

- лиманы в удовлетворительном состоянии.

Рис. 1. Картосхема проявления процессов деградации почв на Малоузенской системе лиманного орошения



Произошли подъем уровня грунтовых вод и определенная его стабилизация на заболоченных участках на глубине 1,5-1,7 м и на относительно повышенных элементах рельефа - 2,5-2,7 м, а на большей части территории - 2,0-2,3 м с минерализацией 4-14 г/л (табл. 2).

Изменение водного режима почвогрунтов вследствие поднятия уровня грунтовых вод и увеличения степени их минерализации определенно оказало отрицательное влияние на солевой состав почв.

Периодические обследования почв естественного лимана Урусов (ярус 1), как одного из репрезентативных лиманов Малоузенской системы, свидетельствуют о динамическом ухудшении гидромелиоративной обстановки и засолении почв в результате длительного антропогенного воздействия большой водной нагрузки на состояние почв (табл. 3).

Таблица 2. Динамика уровня залегания грунтовых вод и их минерализация в осенний период на естественных лиманах Малоузенской системы лиманного орошения

Лиман	№ яруса	1938 г. (Н.И. Усов, 1940)	1966 г. (Н.С. Кистанов, 1970)	1997 г. (Б.И. Туктаров, 1998)	2005
		УГВ, м	минерализация, г/л	УГВ, м	минерализация, г/л	УГВ, м	минерализация, г/л	УГВ, м	минерализация, г/л
Неорошаемая степь		6-8	10-50	5-6	31-43	4-5	31-43	4-5	31-43
Урусов	1	4,0	0,83	2,4	1,4	2,2	5,8	2,1	6,0
Заря	9	4,0	0,83	2,5	4,2	2,4	11,3	2,2	13,6
Хреновой	10	4,0	0,83	2,8	1,0	2,2	11,8	2,0	14,0
Султанбек	12	4,0	0,88	3,0	1,6	1,8	9,5	1,9	16,5



Таблица 3. Динамика солевого режима почвогрунтов с 1938 по 2005 г. на лимане Урусов

Слой почвы, м	Плотный остаток солей, %
	1938 г. (Н.И. Усов, 1940)	1966 г. (Н.С. Кистанов, 1970)	1983 г. (Б.И. Туктаров, 1998)	1997 г. (Б.И. Туктаров и др., 2002)	2005 г.
0-1	0,110	0,207	0,224	0,202	0,215
1-2	0,130	0,418	0,414	0,940	0,968
0-2	0,120	0,312	0,319	0,571	0,592
2-2,5	0,170	0,266	0,348	0,719	0,834

В настоящее время (2005 г.) уровень грунтовых вод почти стабилизировался и находится на отметке 2,1 м при содержании солей 6,0 г/л. Однако и такое состояние грунтовых вод, наряду с ежегодным приносом водорастворимых солей с оросительной водой, способствует постепенному накоплению солевого горизонта во втором метре с образованием глубокозасоленных со слабой степенью засоления почв на основной площади естественного лимана Урусов.

Результаты проведенного агроэкологического мониторинга земель Малоузенской системы лиманного орошения позволили выделить 3 экологические зоны по уровню залегания грунтовых вод, состоянию травостоя и степени заболоченности с целью разработки и применения различных агротехнических и агромелиоративных приемов для повышения эффективности использования оросительной воды на создание урожая и восстановление плодородия и продуктивности орошаемых земель.

Первая зона включает 1 и 2 ярусы с площадью орошения 1828 га в самом начале системы лиманов, на которых наблюдается хорошая эколого-мелиоративная обстановка: слабая степень засоления и заболоченности почв и благоприятные условия для произрастания злаковых трав.

Ко второй зоне относятся 3, 4, 5 и 6 ярусы общей площадью орошения 2618 га и с большими размерами затопления (от 550 до 800 га), на которых длительное орошение вызвало засоление, заболачивание почв и деградацию травостоя.

Третья зона по эколого-мелиоративной обстановке является самой неблагополучной. К этой зоне относятся 8 ярусов (с 7 по 14) с общей площадью затопления 6613 га, которые отличаются большими размерами и застоем воды в понижениях в течение всего вегетационного периода. 35-90 % площади ярусов находятся в стадии заболачивания, а в ботаническом составе травостоя преобладает малоценная по кормовым качествам растительность.

Обработка космических снимков, выполненных в период 1986-2000 гг. позволила выявить колебания в динамике развития процессов заболачивания на исследуемом объекте: от 1940 до 3376 га, или 17,5-30,5 % от площади ярусов системы и прилегающей к ним территории. По результатам цифровой обработки снимков получены сведения об ареалах устойчивой деградации почв на каждом ярусе Малоузенской системы лиманного орошения (табл. 4, рис. 2).

Таблица 4. Ведомость результатов дешифрирования ареалов постоянного заболачивания ярусов Малоузенской системы лиманного орошения

№ п/п	Номер и название яруса	Площадь затопления, га	Дешифрируемая площадь заболоченных участков
			в границах яруса, га	прилегающей территории, га
1	I. Урусов	1390	99	63
2	II. Урусов	438	0	21
3	III. Чуриков	625	17	2
4	IV.	550	0	0
5	V. Крутой	800	0	0
6	VI. Крутенький	643	34	9
7	VII. Крутенький	913	83	27
8	VIII. Заря	483	42	0
9	IX. Заря	925	739	34
10	X. Хреновой	259	99	0
11	XI.	328	62	0
12	XII. Султанбек	1025	56	14
13	XIII. Султанбек	1755	180	14
14	XIV. Султанбек	915	0	8
	ИТОГО:	11049	1374	167

Условные обозначения:

- контуры учетной площади затопления;

- контуры участков заболачивания по результатам дешифрирования космоснимков;

- контуры участков заболачивания по результатам рекогносцировочного обследования.

Рис. 2. Картосхема ареалов постоянного заболачивания ярусов Малоузенской системы лиманного орошения по результатам проведения дистанционного мониторинга

Восстановление лугового фитоценоза при поверхностном улучшении лиманов

В связи с аридизацией климата в начале XXI века и сокращением осенне-зимних осадков происходит уменьшение промерзания сухой почвы лиманов и увеличение водопроницаемости при весеннем затоплении, что сокращает длительность самого затопления.

При затоплении ресурсосберегающими нормами 2500 и 3000 м³/га период впитывания оросительной воды составляет 10-13 суток с набором суммы среднесуточных температур воздуха 75-105 °С. В этих условиях, критическая температура воздуха, превышающая 8 °С и отрицательно влияющая на бобовые травы, наблюдается только в последние 3 и 6 суток. Повышение нормы затопления до 3500 и 4000 м³/га удлиняет продолжительность впитывания воды соответственно до 16 и 19 суток и ведет к увеличению числа дней с критической для злаковых трав температурой воздуха свыше 10 °С до 4 и 7 суток (табл. 5).

Рациональная норма затопления 2500 м³/га, принятая для многоярусных систем лиманного орошения с мелким слоем затопления на небольших (50-100 га) по размеру ярусах, впитывается в период отрастания трав, а влажность всего полуметрового слоя почвы находится на уровне НВ. В таких условиях оптимальное водоснабжение трав происходит в период кущения и трубкования с влажностью верхнего полуметрового слоя почвы на уровне 96 и 81 % НВ, а в период колошения влажность почвы снижается до 60 % НВ и до уровня ВУЗ.

Таблица 5. Режим весеннего затопления и влажности почвы при выращивании многолетних трав в условиях лиманного орошения, 2004-2007 гг.

Режим затопления	Режим влажности слоя почвы 0-0,5 м, % НВ
Норма, м3/га	Длительность, суток	Сумма температур воздуха, °С	Число дней с критической температурой воздуха	Фазы развития трав
				отрастание	кущение	трубкование	выметывание-колошение	начало цветения
			> 8 °С	> 10 °С
2500	10	75	3	-	106	96	81	60	49
3000	13	105	6	1	110	101	89	64	55
3500	16	138	9	4	115	108	94	69	60
4000	19	176	12	7	126	117	101	81	63



Снабжение растений влагой улучшается при затоплении нормой 3000 м³/га. Трубкование и колошение трав проходят в условиях достаточной обеспеченности влагой (89 и 64 % НВ). В то же время влажность нижнего (0,5-1 м) слоя почвы находится на уровне 97 и 88 % НВ вследствие поднятия уровня грунтовых вод с 3 до 2 м и использования травами до 202 м³/га грунтовой воды.

При повышении нормы затопления до 3500 и 4000 м³/га впитывание оросительной воды происходит только ко времени завершения кущения злаковых трав в условиях недостаточного доступа воздуха к корням трав и отрицательного воздействия критических температур воздуха на луговые растения. Влажность полуметрового слоя почвы в период трубкования трав находится на уровне НВ, а нижележащих слоев почвы - выше НВ, за счет поднятия УГВ после затопления до 1,4 и 1,0 м и использования грунтовых вод травами до 506 и 836 м³/га.

Оросительная вода не вся эффективно используется на создание урожая при затоплении лиманов различными нормами, особенно много не использованной на урожай воды остается во втором метре почвы (табл. 6).

Таблица 6. Водопотребление многолетних трав при различных нормах весеннего затопления лиманов, 2004-2007 гг.

Норма затопления, м3/га	Используемое из почвы количество влаги, м3/га	Приход влаги, м3/га	Остаточное количество доступной воды, м3/га	Суммарное водопотребление, м3/га	Коэффициент водопотребления, м3/т
		осадки	грунтовые воды
2500	2159	262	-	341	2420	913
3000	2143	262	202	654	2607	804
3500	2293	262	506	873	3061	869
4000	2442	262	836	1193	3540	991



В период уборки трав в условиях затопления нормой 2500 м³/га, остается всего 341 м³/га, или 13,6 % от оросительной нормы. При повышении нормы до 3000 м³/га эти показатели увеличиваются до 654 м³/га и 21,8 %, 4000 м³/га - соответственно 1193 м³/га и 29,8 %. При этом наименьший коэффициент водопотребления пырейно-бекманиевого травостоя (804 м³ на 1 т сена) создается при ресурсосберегающей норме затопления 3000 м³/га.

Проведение приемов поверхностного улучшения как способа восстановления злакового травостоя путем разрыхления плотной дернины, улучшения питательного режима и уничтожения малоценного разнотравья усиливает вегетативное размножение пырейно-бекманиевого сообщества луговых трав, у которых основная масса корневища располагается в верхнем слое 0-5 см и повышает кормовую продуктивность лиманов (табл. 7).

Таблица 7. Луговой фитоценоз при поверхностном улучшении и рациональной норме затопления лиманов 3000 м³/га

Приемы улучшения	Год действия (2004-2006 гг.)	Последействие (2005-2007 гг.)
	плотность побегов злаков, шт./м2	ботанический состав травостоя, % от сухой массы	плотность побегов злаков, шт./м2	ботанический состав травостоя, % от сухой массы
		злаки	осоки, разнотравье		злаки	осоки, разнотравье
Контроль (без улучшения)	219	28,4	71,6	239	29,1	70,9
N60 (фон)	352	46,4	53,6	328	42,8	57,2
N60 + дискование на 5-7 см	554	74,1	25,9	516	71,1	28,9
N60 + дискование на 8-10 см	507	86,8	13,2	585	89,2	10,8



Ярусы системы лиманов имеют угнетенный разнотравный злаковый травостой, где плотность побегов злаков не превышает 220-240 шт./м², а их сухая масса в травостое 28,4-29,1 %. Проведение азотной подкормки в период осеннего кущения злаковых трав в дозе N₆₀ в расчете на урожайность сена 3 т/га мало способствует вегетативному размножению луговых злаков, т. е. до 352 шт./м² и 46,4 % от массы. При этом минеральная подкормка азотом имеет остаточный эффект на следующий год в последействии.

При дисковании дернины в 2 следа на глубину 5-7 см разрастается преимущественно пырейная растительность с плотностью побегов злаков 554 шт./м² и увеличивается доля злаков в травостое до 74,1%.

Проведение дискования дисковой бороной БДМ-4 на глубину 8-10 см также способствует мощному разрастанию побегов злаковых трав до 507 шт./м². При этом в год обработки изменяется соотношение между видами злаковых трав, в большей степени увеличивается количество стеблей бекмании. После этой обработки почти полностью уничтожается малоценная растительность, а содержание злаковых трав в травостое повышается до 86,8 %. В последействии на следующий год дискование дернины на 8-10 см дает лучший результат.

Формирование агрофитоценоза при коренном улучшении лиманов

На сильно деградированных ярусах лиманов коренное улучшение, в отличие от поверхностного, способно восстановить в первые два года высокопродуктивный травостой с плотностью стеблей 800-1000 шт./м², что может обеспечить формирование урожайности сена на уровне 5 т/га.

Агрофитоценоз лиманов претерпевает значительные изменения в связи с видом и биологическими особенностями подсеянных трав, их адаптивностью и продуктивностью при применении ресурсосберегающих норм затопления (табл. 8).

При использовании для подсева костреца безостого при рациональной норме затопления 3000 м³/га в первый же год пользования создается высокая плотность побегов злаковых растений до 793 шт./м², где побеги костреца составляют 43 %, а трав природного экотипа - пырея и бекмании - 57 %. Во второй и третий годы происходит увеличение плотности стеблей злаковых трав до 1149 шт./м², а содержание их сухой массы в травостое возрастает до 88-95 %.

Ресурсосберегающий режим затопления нормой 2500 м³/га на чистых злаковых травостоях не способствует полной реализации биологических возможностей и максимальному разрастанию корневищного злака костреца безостого, приспособленного к более влажным экологическим условиям лиманного орошения.

Таблица 8. Агрофитоценоз при коренном улучшении лиманов в зависимости от вида сеяного травостоя и норм затопления, 2004-2007 гг.

Норма затопления, м3/га	Вид сеяных трав	Год пользования	Плотность травостоя, шт./м2	Сухая масса, г/м2	Состав травостоя, % сухой массы
			люцерна	кострец	другие злаки		бобовые	злаки	разнотравье и осоки
3000	До улучшения		-	37	182	172	-	28,4	71,6
2500	Кострец	Первый	-	249	324	359	-	90,5	9,5
		Второй	-	364	401	493	-	94,2	5,8
		Третий	-	582	432	612	-	94,8	5,2
	Люцерна +кострец	Первый	397	221	281	647	61,8	34,4	3,8
		Второй	354	355	317	684	45,5	51,0	3,5
		Третий	219	419	345	625	24,1	72,8	3,1
3000	Кострец безостый	Первый	-	341	452	484	-	88,2	10,8
		Второй	-	483	505	601	-	94,1	5,9
		Третий	-	612	537	680	-	95,7	4,3
	Люцерна +кострец	Первый	202	317	294	518	29,2	64,4	6,4
		Второй	115	454	411	544	13,7	81,2	5,1
		Третий	74	513	472	616	8,4	87,7	3,9

Наиболее эффективно для коренного улучшения деградированных лиманов использование люцерно-кострецовой травосмеси и затопление экологически обоснованной нормой 2500 м³/га, которая является оптимальной для люцерны желтогибридной. В первый год пользования в агрофитоценозе трав по массе преобладает бобовый компонент - 61,8 %. На второй и третий годы люцерна вытесняется из травостоя до 45,5 и 24,1 % кострецом безостым и естественными луговыми злаками.

Весеннее затопление нормой 3000 м³/га при подсеве люцерно-кострецовой травосмеси малоэффективно из-за вымокания и потери экологической устойчивости бобового компонента. Количество стеблей люцерны в первый же год не превышает 200-202 шт./м², а на третий год уменьшается до 74 шт./м², ее сухая масса в травостое снижается до 22,2 и затем до 8,4 %.

Кормовая продуктивность лиманов при их поверхностном и коренном улучшении

Весеннее затопление пырейно-злаковой растительности нормой 2500 м³/га способствует формированию урожайности сена всего на уровне 2,65 т/га. Увеличение нормы затопления до 3000 м³/га улучшает условия водного режима трав-мезофитов и ведет к повышению урожайности сена до 3,24 т/га, то есть на 0,59 т/га, или на 22 %. При дальнейшем увеличении нормы затопления до 3500 м³/га формируется максимальная урожайность сена 3,52 т/га, но при таком режиме орошения выход продукции с 1 га повышается всего на 0,28 т, или на 8,6 %. В то же время более эффективное использование воды урожаем происходит при затоплении пырейно-злаковых лиманов нормой 3000 м³/га. В условиях затопления лиманов повышенной нормой 4000 м³/га прибавка урожая сена по сравнению с нормой 3500 м³/га несущественна.

Проведение приемов поверхностного улучшения дает значительный эффект как в повышении урожая сена, так и в эффективном использовании воды (табл. 9). Ежегодная азотная минеральная подкормка в дозе N₆₀, не обеспечивает планируемой урожайности сена 3 т/га. На удобренных участках урожай сена достигает лишь 1,9-2 т/га, прибавка составляет 0,64 т/га, или 47 %.

Комплекс приемов поверхностного улучшения: минеральная подкормка трав и дискование дернины на глубину 5-7 см - на фоне затопления лиманов рациональной нормой 3000 м³/га способствует омоложению и увеличению травостоя, повышая урожайность сена до 3,24 т/га, или в 2,4 раза. При такой технологии улучшения лиманов оросительная вода эффективно используется для формирования урожая, а ее затраты на 1 т сена снижаются до 926 м³. Более глубокое механическое рыхление дернины до 8-10 см в год обработки производит меньший эффект и обеспечивает урожайность сена в год действия обработки на уровне 2,9-3,0 т/га.

Таблица 9. Действие и последействие приемов поверхностного улучшения на продуктивность лиманов, 2004-2007 гг.

Приемы улучшения	Норма затопления, м3/га	Действие	Последействие	Суммарная прибавка урожая, т/га	Затраты оросительной воды на 1 т сена, м3
		урожай сена, т/га	прибавка урожая, т/га	урожай сена, т/га	прибавка урожая, т/га
Контроль (без улучшения)	3000	1,35	-	1,39	-	-	2222
N60	3000	1,99	0,64	1,92	0,53	1,17	1508
N60 + дискование на 5-7 см	2500	2,65	1,30				943
	3000	3,24	1,89	2,98	1,59	3,48	926
	3500	3,52	2,17				994
	4000	3,57	2,22				1120
N60 + дискование на 8-10 см	3000	2,95	1,60	3,14	1,75	3,35	1017

Поверхностное улучшение лиманов имеет и последействие, способствуя омоложению злакового травостоя и повышению урожайности сена на второй год. Применение азотной подкормки способствует получению прибавки урожая сена за годы действия и последействия до 1,17 т/га.

Проведение поверхностного улучшения лиманов на основе минеральной подкормки трав и дискования дернины на глубину 5-7 см способствует увеличению плотности злакового травостоя и повышению урожайности сена до уровня 3 т/га и на следующий год, в последействии. Суммарная прибавка урожая сена за два года - действия и последействия - составляет 3,48 т/га с малым расходом оросительной воды 926 м³ на создание 1 т сена.

Коренное улучшение деградированного травостоя с заменой его на новый, сеяный значительно повышает продуктивность лиманов.

Средняя урожайность сена костреца безостого за три года пользования при затоплении нормой 2500 м³/га составила 4,15 т/га, а при норме 3000 м³/га повысилась до 5,0 т/га. Прибавка урожая сена по сравнению с деградированным травостоем лимана за три года составила соответственно 8,31 и 10,86 т/га (табл. 10).

Использование для коренного улучшения лиманов люцерно-кострецовой смеси дает лучший результат, и особенно эта эффективность проявляется при малых нормах затопления (2500 м³/га), когда отсутствует угнетение и вымокание бобового компонента. Средняя урожайность бобово-злакового сена за три года пользования достигла 5,54 т/га, а прибавка урожая сена по сравнению с неулучшенным лиманным участком составила 12,48 т/га.

Таблица 10. Эффективность приемов коренного улучшения лиманов, 2004-2007 гг.

Вид сеяных трав	Норма затопления, м3/га	Средняя урожайность сена за 3 года пользования, т/га	Прибавка урожая сена за 3 года, т/га	Затраты оросительной воды на 1 т сена, м3
Контроль (до улучшения)	3000	1,38	-	2174
Кострец безостый	2500	4,15	8,31	602
	3000	5,00	10,86	600
Люцерна желтогибридная + кострец безостый	2500	5,54	12,48	451
	3000	4,75	10,11	632

Увеличение нормы затопления до 3000 м³/га на бобово-злаковых травостоях ведет уже к угнетению люцерны, снижению урожайности сена и неэффективному использованию оросительной воды на формирование урожая сена.

Получение лугового сена хорошего качества возможно при проведении поверхностного улучшения лиманов. Минеральная азотная подкормка в дозе N₆₀ и дискование дернины способствуют повышению качества сена от внеклассного до 2 класса: содержание кормового белка в 1 кормовой единице общего состава травостоя злаков увеличивается с 71 до 95-98 г, каротина в сене - 17-17 мг/кг сена, выход кормовых единиц - с 0,44 до 0,46 в 1 кг сена.

Создание на лиманах люцерно-кострецового травостоя в наибольшей степени способствует повышению качества сена. Содержание переваримого протеина в 1 кормовой единице увеличивается до 127-275 г, каротина - до 20-23 мг и кормовых единиц - до 0,48 на 1 кг сена, что обеспечивает соответствие качества сена 2 классу.

Эколого-экономическая эффективность технологий восстановления продуктивности лиманов

Агроэкологическая оценка применения комплекса приемов мелиорации для восстановления продуктивности деградированных земель лиманного орошения подтвердила высокую энергетическую эффективность ресурсосберегающих режимов затопления и проведения в соответствии с эколого-мелиоративным состоянием поверхностного и коренного улучшения травостоя лиманов.

Эффективная технология поверхностного улучшения лиманов обеспечивает накопление обменной энергии 28,5 ГДж/га при энергозатратах 20,0 ГДж/га и энергетической эффективности 1,5 единицы. При коренном улучшении деградированных ярусов лиманов создается новый, высокопродуктивный травостой с накоплением обменной энергии до 48,7 ГДж/га и энергетической эффективностью 2,1 единицы.

Расчеты экономической эффективности подтвердили нецелесообразность использования деградированных заболоченных лиманов при уровне рентабельности производства кормов 8,5 %. Поверхностное улучшение травостоя способствует увеличению условного чистого дохода с 1 га до 1,42 тыс. руб. и установлению уровня рентабельности кормопроизводства 46,5 %. При коренном улучшении с подсевом люцерно-кострецовой травосмеси величина чистого дохода достигает 3,33 тыс. руб./га, а рентабельность производства кормов при лиманном орошении возрастает до 71,6 %.



Выводы

Интенсивная эксплуатация в течение 30-50-летнего периода земель лиманного орошения и ежегодное неравномерное затопление крупных по площади (более 300-500 га) ярусов лиманов большими оросительными нормами 3500 м³/га привели к ухудшению эколого-мелиоративного состояния, деградации естественных сенокосов и снижению кормовой продуктивности земель лиманного орошения.

Восстановление продуктивности систем лиманного орошения и эффективное их использование предусматривает, с одной стороны, проведение гидромелиоративных работ с целью уменьшения площади ярусов до оптимальных размеров и предупреждения дальнейшей деградации орошаемых почв, а также применения ресурсосберегающих норм затопления, а с другой стороны - проведение мониторинга за состоянием ярусов лиманов и на этой основе комплексной мелиорации, включающей приемы поверхностного или коренного улучшения сенокосов и рациональных режимов затопления.

Проведение агроэкологического, а затем аэрокосмического мониторинга территории крупнейшей Малоузенской системы лиманного орошения на площади 11059 га с использованием многоспектральных снимков со спутников Landsat определило заболоченность каждого яруса лиманов, находящихся в стадии интенсивной деградации с колебанием по годам на площади от 1940 до 3376 га, или 17,5-30,5 % всей территории, что указывает на необходимость уменьшения размера ярусов и снижения водной нагрузки на орошаемые поля.

Инвентаризация ярусов системы лиманного орошения свидетельствует о сильной деградации почв и травостоя, снижении урожайности сенокосов до 1,3-1,5 т/га и качества сена. Создавшиеся условия вызывают необходимость проведения коренного улучшения травостоя на площади 6613 га, или 59,8 % всей территории, и поверхностного улучшения соответственно на 4446 га и 40,2 % площади с удовлетворительным состоянием травостоя, что обеспечит восстановление продуктивности системы лиманов.

На деградированных лиманах, содержащих в составе травостоя 28-30 % злаковых трав, проведение только подкормки азотными удобрениями в дозе N₆₀ в расчете на формирование урожайности сена 3 т/га малоэффективно из-за сильной угнетенности злаковых трав и слабой аэрации верхних слоев почвы. Этот прием в действии и на следующий год в последействии обеспечивает повышение урожайности сена с 1,3 до 1,9-2,0 т/га.

Поверхностное улучшение деградированного травостоя двуследным дискованием на глубину 5-7 см и азотной подкормкой трав в системе комплексной мелиорации естественных лиманов повышает их продуктивность в год обработки до 3,24 т/га сена, или в 2,4 раза, а на второй год при последействии - 2,98 т/га с суммарной прибавкой урожая сена 3,48 т/га. Затраты оросительной воды на 1 т сена снижаются до 926-1006 м³, или в 2,2-2,4 раза.

На деградированных лиманах проведение только поверхностного улучшения неспособно восстановить в первые два года высокопродуктивный травостой с плотностью стеблей на уровне 800-1000 шт./м² и урожайностью сена 4,5-5 т/га. Коренное улучшение комплексом приемов мелиорации: азотной подкормкой, рыхлением дернины на глубину 8-10 см, подсевом многолетних трав, нормированным затоплением в соответствии с биологией трав - дает лучший результат.

Проведение коренного улучшения лиманов с использованием для подсева костреца безостого обеспечивает создание чистого злакового травостоя с плотностью побегов 800 шт./м² и урожайностью сена 4,1 т/га в первый год пользования и 1000-1050 шт./м² во второй и третий годы, а средняя урожайность сена за три года пользования возрастает с 1,3-1,5 до 5,0 т/га.

Коренное улучшение лиманов с подсевом люцерно-кострецовой травосмеси создает в первый же год плотность стеблей на уровне 900 шт./м² и повышает урожайность бобово-злакового сена до 5,5 т/га при снижении затрат оросительной воды на 1 т сена до 451 м³, или в 4,8 раза. В массе сена доля бобово-злаковых трав увеличивается с 28 до 96-97 %, а бобового компонента в первый год пользования до 61,8 % с постепенным его вытеснением из травостоя злаковыми травами и снижением его содержания к третьему году до 24,1 %.

Рациональной оросительной нормой при поверхностном улучшении пырейно-бекманиевого травостоя является 3000 м³/га; при коренном улучшении и подсеве люцерно-кострецовой травосмеси во избежание вымокания бобового компонента норма затопления не должна превышать 2500 м³/га и при подсеве только костреца безостого - 3000 м³/га. Для восстановления плодородия почв и кормовой продуктивности деградированных лиманов и проведения их затопления экологически обоснованной нормой 2500-3000 м³/га необходимо уменьшение площади ярусов с 300-500 до 50-100 га.

Проведение комплексной мелиорации низкопродуктивных лиманов путем поверхностного и коренного улучшения естественных сенокосов способствует улучшению питательной ценности и качества сена от внеклассного до 2 класса.

Восстановление продуктивности лиманов на основе поверхностного улучшения и ресурсосберегающего режима затопления способствует улучшению урожайности сена на уровне 3-3,2 т/га при расходе оросительной воды на 1 т сена 926 м³, энергетической эффективности производства кормов 1,5 единицы и уровне рентабельности 46 %, а проведение коренного улучшения и подсева люцерно-кострецовой травосмеси - соответственно 5-5,5 т/га сена, при расходе 450-550 м³ воды на 1 т сена, энергетической эффективности 2,1 единицы и уровне рентабельности 71 %, что обеспечит экологическую устойчивость и высокую продуктивность земель лиманного орошения.

Предложения производству

Для восстановления плодородия почв и кормовой продуктивности земель лиманного орошения в полупустынной зоне Саратовского Заволжья, улучшения их эколого-мелиоративного состояния, рационального использования водных и земельных ресурсов необходимо проведение агроэкологического и аэрокосмического мониторинга территории и разработки технологии комплексной мелиорации в соответствие с эколого-мелиоративным состоянием почв и травостоя ярусов лиманов.

На слабодеградированных ярусах лиманов следует проводить поверхностное улучшение травостоя, состоящее из осенней азотной подкормки трав в дозе N₆₀, двуследного дискования дернины на 5-7 см и весеннего затопления ресурсосберегающей нормой 3000 м³/га, что обеспечивает в течение 2-4 лет омоложение и создание пырейно-бекманиевого травостоя с урожайностью сена 3,0-3,2 т/га, повышение эффективности использования оросительной воды в 2,4 раза и уровня рентабельности производства кормов с 8,5 до 46,5 %.

На сильнодеградированных и заболоченных ярусах лиманов необходимо применять коренное улучшение травостоя, состоящее из осенней азотной подкормки, рыхления дернины на 8-10 см, подсева многолетней травосмеси из люцерны желтогибридной и костреца безостого и затопления экологически обоснованной нормой 2500 м³/га, что обеспечивает урожайность сена в течение трех лет пользования на уровне 5-5,5 т/га, эффективное использование оросительной воды на урожай и высокую, на уровне 70-75 % рентабельность производства сена. При подсеве только злаковых трав следует увеличить норму весеннего затопления до 3000 м³/га, при которой формируется урожайность злакового сена 4-4,5 т/га с уровнем рентабельности 55 %.



Основные работы

1. Глебов, И.П. Эффективные формы использования орошаемых земель Саратовской области / И.П. Глебов, Б.И. Туктаров, Р.Б. Туктаров, В.В. Гордиенко // Вестник Саратовского госагроуниверситета имени Н.И. Вавилова. - 2006. - № 1. - С. 27-29.

2. Нагорный, В.А. Проблема переустройства и восстановления продуктивности инженерных лиманов Саратовской области / В.А. Нагорный, Р.Б. Туктаров // Вестник Саратовского госагроуниверситета имени Н.И. Вавилова. - 2009. - № 1. - С. 38-40.

3. Туктаров, Б.И. Землеустройство систем лиманного орошения в Саратовской области / Б.И. Туктаров, В.А. Нагорный, Р.Б. Туктаров // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2009. - № 2. - С. 19-22.

4. Туктаров, Б.И. Землеустройство на орошаемых землях сельхозпредприятий Саратовской области / Б.И. Туктаров, В.А. Чистопольский, Р.Б. Туктаров // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2009. - № 3. - С. 48-49.

5. Нагорный, В.А. Пути восстановления продуктивности земель лиманного орошения в Заволжье / В.А. Нагорный, Б.И. Туктаров, Р.Б. Туктаров // Мелиорация и водное хозяйство. - 2009. - № 4. - С. 15-17.

6. Горячев, В.Д. Вопросы экологии и орошаемого земледелия / В.Д. Горячев, С.А. Слободсков, Р.Б. Туктаров // Вавиловские чтения - 2004: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2004. - С. 30-32.

7. Горячев, В.Д. Оптимизация орошения в условиях рынка / В.Д. Горячев, В.А. Тарбаев, Р.Б. Туктаров // Сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства». - Пенза: РИО ПСХА, 2005. - С. 59-61.

8. Горячев, В.Д. Социально-экономическая оценка мелиоративных мероприятий в рыночных условиях / В.Д. Горячев, В.А. Тарбаев, Р.Б. Туктаров // Сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства». - Пенза: РИО ПСХА, 2005. - С. 61-63.

9. Горячев, В.Д. Методы оценки гидротехнических мероприятий / В.Д. Горячев, Р.Б. Туктаров, Т.Н. Ковалева // Сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. «Землеустроительные, кадастровые и геодезические работы для обеспечения стабильности и эффективности развития экономики России». - Омск: Изд-во ОмГАУ, 2005. - С. 350-354.

10. Туктаров, Р.Б. Экономическая и агроэнергетическая оценка ресурсосберегающих технологий при орошении земель / Р.Б. Туктаров // Ресурсо-, водосбережение на орошаемых землях Саратовской области / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2005. - С. 294-308.

11. Горячев, В.Д. Формирование стратегии развития производства на орошаемых землях при внутрихозяйственном землеустройстве / В.Д. Горячев, Л.М. Хончева, Р.Б. Туктаров //: сб. науч. работ «Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области» / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. - С. 164-188.

12. Горячев, В.Д. Обоснование и оценка уровня развития орошения в площади сельскохозяйственных угодий при внутрихозяйственном землеустройстве / В.Д. Горячев, Л.М. Хончева, Р.Б. Туктаров //: сб. науч. работ «Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области» / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. - С. 188-200.

13. Горячев, В.Д. Совершенствование методов оценки мелиоративных мероприятий на примере Саратовской области / В.Д. Горячев, Ю.М. Серов, Л.М. Хончева, Р.Б. Туктаров //: сб. науч. работ «Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области» / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. - С. 277-288.

14. Туктаров, И.Ш. Подходы к экологическому контролю почв на основе дистанционного зондирования земли / И.Ш. Туктаров, Р.Б. Туктаров // Вавиловские чтения - 2008: материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Саратов: ИЦ «Наука», 2008. - С. 229-230.

15. Корчагина, О.А. Методы исследования при мониторинге земель на основе дистанционного зондирования / О.А. Корчагина, И.Ш. Туктаров, Р.Б. Туктаров // Вавиловские чтения - 2009: материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Саратов: ИЦ «Наука», 2009. - С. 209-211.

16. Туктаров, Б.И. Космический мониторинг состояния орошаемых земель Саратовской области / Б.И. Туктаров, Р.Р. Гафуров, Р.Б. Туктаров // Сб. материалов VI Междунар. науч.-практ. конф. «Управление земельно-имущественными отношениями». - Пенза: ПГУАиС, 2009. - С. 95-97.

Размещено на Allbest.ru