Биомелиоративное действие и режим орошения многолетних трав при близком залегании грунтовых вод в Заволжье

Размещено на http://www.allbest.ru/

БИОМЕЛИОРАТИВНОЕ ДЕЙСТВИЕ И РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ ПРИ БЛИЗКОМ ЗАЛЕГАНИИ ГРУНТОВЫХ ВОД В ЗАВОЛЖЬЕ

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Попеко Владимир Михайлович

Саратов 2011

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

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный мелиоратор РФ Туктаров Бари Искяндярович

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

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Чамышев Алексей Васильевич

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

Защита состоится 23 июня 2011 года в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная площадь, 1.

Автореферат разослан 23 мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Афонин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Интенсивное развитие мелиорации в Саратовской области в 70-90-х гг. привело к ряду негативных проблем. На значительной части орошаемых земель произошло вторичное засоление и заболачивание почв, подъем уровня грунтовых вод и подтопление населенных пунктов. Наряду с этим снизились запасы гумуса и плодородие почв.

Эффективным направлением мелиорации почв и восстановления их плодородия является применение биологического метода, предусматривающего фитомелиорацию, которая наряду с другими приемами способствует повышению агропроизводительной способности орошаемых почв. Поддержание на должном уровне и улучшение условий природной среды на орошаемых землях возможно также благодаря широкому применению экологически обоснованных режимов орошения сельскохозяйственных культур.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - улучшение мелиоративного состояния и повышение плодородия староорошаемых темно-каштановых почв в условиях близкого залегания грунтовых вод путем подбора высокопродуктивного состава многолетних трав в севооборотах и разработки ресурсосберегающего режима орошения их в сухостепной зоне Саратовского Заволжья. орошение плодородие почва мелиоративный

Программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

1. Подобрать высокопродуктивный состав многолетних трав, определить их урожайность и качество продукции.

2. Определить биомелиоративное действие многолетних трав на староорошаемые темно-каштановые почвы в условиях близкого залегания грунтовых вод.

3. Разработать экологически безопасный режим орошения многолетних трав в орошаемых севооборотах в условиях неблагополучного мелиоративного состояния староорошаемых земель.

4. Показать особенности роста и развития многолетних трав в условиях различного уровня залегания грунтовых вод и режимов орошения.

5. Изучить влияние бобовых и бобово-злаковых многолетних трав на сработку уровня близлежащих грунтовых вод и рассоление почв, улучшение плодородия и мелиоративного состояния староорошаемых темно-каштановых почв.

6. Дать агроэнергетическую и экономическую оценку возделывания бобовых и бобово-злаковых многолетних трав в условиях близкого залегания грунтовых вод и использования ресурсосберегающего режима орошения.

Научная новизна. На староорошаемых землях сухостепной зоны Заволжья в условиях различного уровня залегания грунтовых вод проведен подбор видового состава многолетних трав, возделываемых в севооборотах в качестве фитомелиорантов почв, определено их биомелиоративное действие при использовании экологически обоснованного ресурсосберегающего режима орошения, что обеспечивает снижение уровня грунтовых вод и рассоление почв, получение высоких урожаев зеленой массы, экономию и рациональное использование оросительной воды, повышение содержания гумуса, улучшение плодородия и мелиоративного состояния почв. Дана экономическая, экологическая и агроэнергетическая оценка режимов орошения и биомелиоративного действия многолетних трав различного видового состава на староорошаемые земли.

Практическая значимость работы. Предложен производству комплекс мер по подбору высокопродуктивного состава многолетних трав при возделывании в севообороте и применению ресурсосберегающего режима орошения в условиях близкого залегания грунтовых вод, что позволяет снизить уровень грунтовых вод и затраты оросительной воды на единицу продукции, восстановить плодородие и улучшить мелиоративное состояние орошаемых почв.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка и внедрение результатов исследований были проведены в 2007-2010 гг. на территории Энгельсской оросительной системы ФГУ «Саратовмелиоводхоз» на площади 144 га.

Апробация работы. Основные результаты исследований и положения диссертационной работы были обсуждены на заседании ученого совета ФГНУ «ВолжНИИГиМ», на международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (г. Саратов, 2007, 2008 и 2009 гг.).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликованы 7 научных работ, в том числе 2 в журналах, рецензируемых ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 165 страницах, включая 49 таблиц, состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству, заключения, списка литературы из 197 наименований, в том числе 6 иностранных авторов, и 12 приложений.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

- эффективность возделывания различного видового состава многолетних трав на староорошаемых темно-каштановых почвах с близким уровнем залегания грунтовых вод, обеспечивающего получение стабильно высоких урожаев и улучшение качества зеленой массы, снижение уровня грунтовых вод и рациональное использование оросительной воды, повышение плодородия и улучшение мелиоративного состояния почв;

- использование ресурсосберегающего режима орошения многолетних трав в условиях различного залегания грунтовых вод, способствующего сокращению затрат оросительной воды при выращивании орошаемых культур в севооборотах;

- изменение водно-, агрофизических и агрохимических свойств староорошаемых темно-каштановых почв при возделывании бобовых и бобово-злаковых многолетних трав в составе севооборота в условиях близкого залегания грунтовых вод при использовании ресурсосберегающего режима орошения;

- агроэнергетическая и экономическая эффективность возделывания многолетних трав различного видового состава и применения ресурсосберегающего режима орошения на орошаемых землях с близким залеганием грунтовых вод.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, схема и методика полевого опыта. Научно-исследовательская работа была проведена в 2003-2006 гг. на землях Энгельсской оросительной системы, расположенной в сухостепной зоне Заволжья.

Климат засушливый, резко континентальный, среднегодовое количество осадков - 350 мм, сумма активных температур воздуха (выше 10 єС) - 2900 єС, продолжительность безморозного периода - 150 дней. По гидротермическим условиям годы проведения опытов были среднезасушливыми.

Преобладающий тип - террасовые темно-каштановые маломощные тяжело-суглинистые почвы. Опытный участок расположен на поле, орошаемом в течение 40-45 лет, с залеганием грунтовых вод от 1,4 до 6,0 м и минерализацией 3,1-3,8 г/л. Содержание гумуса (по Тюрину) в пахотном слое (0-0,3 м) составило 2,7 %, нитрификационная способность почв - 18-20 мг, содержание подвижного фосфора - 31 мг и обменного калия - 310-345 мг на 1 кг почвы. Плотность верхнего 0-0,3-метрового слоя почвы - 1,27 т/м³, метрового слоя - 1,36 т/м³, наименьшая влагоемкость (НВ) - соответственно 27,3 и 24,2 % от массы сухой почвы.

Трехфакторный полевой опыт по установлению оптимального комплекса агробиологических и агромелиоративных приемов рационального использования и улучшения мелиоративного состояния староорошаемых земель в условиях близкого залегания грунтовых вод закладывался по методике Б.А. Доспехова (1985) и ВНИИОЗ (1983) в 4-кратной повторности методом расщепленных делянок (табл. 1). Площадь делянок фактора А - 1,08 га (120Ч90 м), фактора В - 0,27 га (90Ч30 м) и фактора С - 0,09 га (30Ч30 м). Основные и сопутствующие наблюдения были проведены в соответствии с общепринятыми методами и гостами: нитрификационная способность - по методу Кравкова (ГОСТ 26107-84), содержание гумуса - по методу Тюрина, подвижного фосфора - по методу Мачигина (ГОСТ 26205-84), плотность почвы - по методу Качинского, структура почвы - по методу Саввинова, наименьшая влагоемкость - по методу заливаемых площадок, влажность почвы - по термостатно-весовому методу Роде (ГОСТ 28268-89), контроль уровня грунтовых вод - по методу Харченко, масса корневой системы - по методу Станкова, фенологические и биометрические исследования - по методике ВНИИК им. В.Р. Вильямса.

Таблица 1

Схема трехфакторного полевого опыта

Урожай учитывали методом сплошной уборки на каждой повторности варианта. Агроэнергетическую и экономическую оценку возделывания разных видов многолетних трав и различных режимов орошения осуществляли в соответствии с методиками ВНИИК им. В.Р. Вильямса (1995) и РАСХН (1995). Экспериментальные данные обрабатывали статистическими методами дисперсионного и регрессионного анализа по Доспехову (1985).

Использовалась рекомендуемая зональная система орошаемого земледелия. Поливы осуществляли дождевальной машиной ДДА-100МА.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Режим влажности почвы. Подъем уровня грунтовых вод в результате длительного проведения интенсивных режимов орошения сельскохозяйственных культур привел к значительному изменению водообеспеченности растений, поступлению капиллярно-подпертой влаги в зону их аэрации и повышению влажности почвы.

Соблюдение принятого ранее интенсивного режима орошения с предполивной влажностью почвы 80 % НВ на посевах многолетних трав с глубиной залегания грунтовых вод более 5 м вызывало необходимость проведения 9 поливов эрозионно безопасной нормой 400 м³/га с оросительной нормой 3600 м³/га. Однако такой режим орошения вызывал перенасыщение почвы влагой и ежегодный подъем уровня грунтовых вод (табл. 2). При критическом УГВ (2,5-3,0 м) в связи с использованием многолетними травами грунтовых вод в объеме 259 м³/га количество необходимых поливов снизилось до 8, а оросительная норма - на 400 м³/га. В условиях близкого УГВ (1,5-2,0 м) использование грунтовых вод многолетними травами увеличилось до 704 м³/га, а оросительная норма сократилась до 2800 м³/га.

При поддержании умеренного ресурсосберегающего режима орошения с предполивной влажностью почвы 70 % НВ по сравнению с интенсивным режимом оросительная норма при критическом и близком уровне грунтовых вод снижалась на 800 м³/га, или на 22-28 %, а объем использования растениями грунтовых вод повышался до 644 и 983 м³/га. При жестком режиме орошения с предполивной влажностью почвы 60 % НВ увеличилось использование грунтовых вод на участках с критическим УГВ до 707 м³/га и при близком УГВ - до 1165 м³/га.

Таблица 2

Водопотребление люцерно-кострецовой травосмеси в зависимости от УГВ и режимов орошения, среднее за 2004-2006 гг.

Водопотребление многолетних трав. Рациональное применение оросительной воды является основой ресурсосберегающей технологии возделывания многолетних трав. При глубоком залегании УГВ проведение интенсивного режима орошения повышало долю оросительной воды в суммарном водопотреблении до 70 %, остальная часть приходилась на осадки и почвенную влагу. Применение умеренного и жесткого режимов орошения приводило к снижению доли оросительной воды соответственно до 60 и 51 %.

В условиях повышения УГВ до критической величины 2,5-3,0 м доля оросительной воды при интенсивном режиме орошения снижалась до 60 %, а грунтовых вод - до 4,8 %. Доля оросительной воды при умеренном режиме орошения уменьшалась до 59 %, жестком - до 35 %. В то же время доля грунтовых вод увеличивалась соответственно до 12,9 и 15,5 %. Близкое расположение УГВ (1,5-2,0 м) при рассматриваемых режимах орошения способствовало более интенсивному использованию грунтовых вод и повышению их доли от 12,8 до 24,7 %. Доля оросительной воды в суммарном водопотреблении снижалась от 51 до 25 % (табл. 3).

Таблица 3

Водопотребление многолетних трав при различном уровне залегания грунтовых вод в условиях умеренного режима орошения, среднее за 2004-2006 гг.

Коэффициент водопотребления изменялся в зависимости от уровня залегания грунтовых вод, режима орошения и видового состава многолетних трав. На посевах бобово-злаковых трав с УГВ 2,5-3,0 м и более 5,0 м наименьшим коэффициент водопотребления был при ресурсосберегающем режиме орошения - до 96-99 м³/т. На орошаемых землях с критическим (2,5-3,0 м) и близким (1,5-2,0 м) УГВ применение жесткого режима орошения снижало расход оросительной воды на 1 т урожая соответственно до 36 и 32 м³.

Более эффективное использование воды наблюдалось на посевах люцерно-кострецовой травосмеси. Залужение староорошаемых земель чистыми посевами люцерны и козлятника повысило коэффициент водопотребления трав соответственно на 23,3 и 14,4 %.

Плодородие почвы. Возделывание однолетних культур на староорошаемых землях приводило к ежегодному отрицательному балансу гумуса до -0,4 и -0,5 т/га (табл. 4). Выращивание многолетних трав в течение четырех лет в связи с накоплением пожнивно-корневых остатков способствовало формированию положительного баланса гумуса до 8-10 т/га и повышению его содержания в почве с 2,7 до 2,90-2,92 %.

Таблица 4

Изменение мелиоративного состояния орошаемых земель при возделывании многолетних трав в зависимости от УГВ за 2003-2006 гг.

При глубоком УГВ (более 5 м) многолетние травы хорошо произрастают и в зависимости от видового состава накапливают 7,3 и 9,9 т гумуса на 1 га. Наилучшее развитие корневой системы трав в связи с подпиткой капиллярной влаги происходит при критическом УГВ (2,5-3,0 м), где выход гумуса из пожнивно-корневых остатков за 4 года достиг 8,4 и 10,6 т/га.

В условиях близкого УГВ (1,5-2,0 м), где капиллярная влага грунтовых вод располагалась на уровне 1-1,2 м, корневая система многолетних трав, в особенности люцерны и козлятника, имеющих стержнекорневую и корнеотпрысковую корневые системы, со второго года жизни трав вымокла и погибла, что снизило накопление гумуса в почве до 4,9 и 7,9 т/га. Наибольшее накопление гумуса в почве до 10,6 т/га было отмечено на посевах люцерно-кострецовой травосмеси с УГВ 2,5-3,0 м, что на 5,6 % больше, чем на посевах козлятника, и на 25,6 %, чем на чистых посевах люцерны.

Староорошаемые темно-каштановые почвы обладают средней нитрификационной способностью на уровне 19-20 мг/кг. Четырехлетнее выращивание многолетних трав способствовало ее повышению до 30-32 мг на 1 кг почвы, что повлияло на уровень обеспеченности растений азотом и почти не оказало действия на изменение подвижного фосфора в почве. При близком УГВ доступность азота для растений была на 5-7 % ниже, чем на участках с критическим и глубоким уровнем залегания грунтовых вод. На посевах бобово-злаковых трав в отличие от одновидовых посевов люцерны и козлятника нитрификационная способность была меньше на 1-3 мг, а количество подвижного фосфора больше на 1,5-3,0 мг на 1 кг почвы.

Мелиоративное состояние староорошаемых земель. Возделывание однолетних культур на орошаемых участках с глубиной залегания грунтовых вод 5-5,5 м приводило к ежегодному их подъему на 26 см. Эти почвы не засолены и содержат в метровом слое не более 0,08 % водорастворимых солей. При критическом УГВ (2,5-3,0 м) ежегодный подъем их уменьшался до 8 см вследствие сработки купола грунтовых вод и потребления капиллярно-подпертой влаги однолетними культурами.

При возделывании однолетних культур в условиях близкого УГВ (1,5-2,0 м) произошла стабилизация уровня грунтовых вод в связи с растеканием образовавшегося купола при орошении. Подъем минерализованных грунтовых вод в зону аэрации растений способствовал накоплению солей в почве с 0,08 до 0,23 % от массы сухой почвы и по содержанию Nа⁺ в ППК до уровня слабой степени осолонцеватости.

Возделывание многолетних трав на участках с глубоким УГВ слабо влияло на изменение мелиоративного состояния орошаемых земель. С повышением уровня грунтовых вод биомелиоративное значение многолетних трав значительно возрастало. В условиях критического УГВ (2,5-3,0 м) в связи с ростом и развитием корней трав в глубокие слои и потреблением ими грунтовой влаги в виде биологического дренажа ежегодная сработка уровня грунтовых вод составляла 0,40-0,47 м, а содержание водорастворимых солей в почве снижалось с 0,11 до 0,08 %. При близком УГВ (1,5-2,0) действие многолетних трав как биологического дренажа усиливается. Ежегодно уровень грунтовых вод снижался до 0,63-0,69 м, а содержание солей в метровом слое почвы за 4 года выращивания трав уменьшилось с 0,23 до 0,18-0,19 % от массы сухой почвы, то есть происходил переход почв из слабой степени засоления в незасоленные несолонцеватые. При этом из испытуемых многолетних трав наилучшим биомелиоративным действием на почвы в условиях близкого УГВ обладает люцерно-кострецовая травосмесь.

Структурное состояние почв. Длительное орошение темно-каштановых почв и возделывание на них однолетних культур привело к значительному снижению органического вещества и распаду структуры почвы. При глубоком УГВ (5-5,5 м) содержание агрономически ценных агрегатов (10-0,25 мм) не превышало 20,3 %, а повышение его до критического уровня 2,5-3,0 м и затем до близкого 1,5-2,0 м привело к снижению этого показателя соответственно до 17,1 и 10,1 %. Содержание фракции физической глины (< 0,01 мм) как показателя ухудшения агрофизических свойств почвы увеличилось с 51,6 до 52,3 и 58,9 %, коэффициент структурности почвы снизился с 0,25 до 0,11 (табл. 5).

Таблица 5

Изменение структурного состояния пахотного слоя (0-0,3 м) почвы при возделывании многолетних трав с умеренным увлажнением посевов на участках с различным УГВ за 2003-2006 гг.

Возделывание многолетних трав как важнейшего фактора оструктуривания почвы в течение 4 лет способствовало увеличению содержания в почве ценных агрегатов размером 10-0,25 мм в условиях глубокого УГВ (5-5,5 м) с 20,3 до 42,8-52,0 %, критического УГВ (2,5-3,0 м) - с 17,1 до 42,5-52,6 % и близкого УГВ (1,5-2,0 м) - с 10,1 до 32,2-39,0 %. В результате фракция < 0,01 мм в составе почвенных агрегатов уменьшилась на 13-14 %, улучшились агрофизические свойства пахотного слоя почвы. Коэффициент структурности почв с близким УГВ (1,5-2,0 м) повысился с 0,11 до 0,62, критическим (2,5-3,0 м) - с 0,21 до 1,11.

Наилучшее оструктуривающее действие на почвы оказала люцерно-кострецовая травосмесь, которая благодаря сочетанию стержнекорневой и корневищной систем способствовала увеличению в почве агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм) по сравнению с одновидовым составом бобовых трав люцерны на 21-23 %, козлятником - на 14-16 %.

Структурное состояние почв ухудшалось при использовании интенсивного режима орошения (табл. 6).

Водосберегающий режим орошения многолетних трав по сравнению с интенсивным снизил распад структурных агрегатов на 8-12 % (>0,25 мм) и повысил коэффициент структурности орошаемых почв.

Таблица 6

Изменение структурного состояния пахотного слоя (0-0,3 м) почвы при возделывании люцерно-кострецовой травосмеси в зависимости от режимов орошения и УГВ за 2003-2006 гг.

Формирование агрофитоценоза многолетних трав различного видового состава. Состав посевов многолетних трав на орошаемых землях претерпевает значительные изменения в связи с комплексом факторов: видом и биологическими особенностями трав, длительностью их использования, близостью грунтовых вод, степенью засоленности почвогрунтов и применением различных режимов орошения (табл. 7).

Таблица 7

Формирование травостоя многолетних трав различного видового состава в зависимости от длительности использования и уровня УГВ на орошаемых землях при умеренном режиме орошения

В условиях глубокого (5-5,5 м) и критического УГВ (2,5-3,0 м) люцерна синегибридная в первый год пользования развивала высокую плотность стеблей, достигающую 464 шт./м². На второй год она сохранила плотность стеблей травостоя на уровне 404 и 407 шт. на 1 м² при высоте 87 и 94 см. На третий год способность вегетативного возобновления люцерны резко снизилась до плотности стеблей 264 и 267 шт./м², или на 22 и 34 %. Уменьшилась и высота травостоя до 56 и 62 см.

При посеве люцерно-кострецовой травосмеси проявляется лучшая адаптация бобово-злаковых трав к экологическим условиям орошаемых земель. В первый год пользования в агрофитоценозе орошаемого поля преобладала люцерна, ее содержание в травостое по числу стеблей достигло 58 %.

Кострец безостый в первый год имел небольшую энергию побегообразования. Количество его стеблей не превышало 283 шт./м², или 48 % в травостое. На второй и третий годы плотность стеблей костреца увеличилась соответственно до 445 и 619 шт./м², или до 57 и 85 %, в составе травостоя при высоте стеблей 102 и 107 см. Вытеснение люцерны из травостоя наиболее отчетливо проявилось на третий год - плотность ее стеблей в травостое снизилась до 115 шт./м², или до 15 %.

Козлятник восточный имеет корнеотпрысковую систему и развивает плотность стеблестоя из года в год. Наибольшее количество стеблей 495 и 544 шт./м² было отмечено на третий год пользования при высоте 118 и 122 см.

В условиях близкого УГВ (1,5-2,0 м) и недостатка воздуха для развития корней люцерна начинает сильно изреживаться на второй год пользования, что резко снижает продуктивность орошаемого поля. К третьему году плотность стеблей не превышала 203 шт./м², или 48 % от исходной величины в первом году. В бобово-злаковом травостое число стеблей люцерны вследствие вытеснения ее из агрофитоценоза поля кострецом и вымокания корней к третьему году уменьшилось до 65 шт./м² и доля их в травостое - до 11 %. Кострец безостый как многолетний корневищный злак лучше адаптируется и развивает высокую плотность травостоя в условиях повышенной влажности почвы при близком УГВ (1,5-2,0 м). Козлятник восточный в этих условиях снижает интенсивность стеблеобразования.

Продуктивность многолетних трав в различных экологических условиях. Урожайность многолетних трав определяется условиями выращивания и адаптивностью создаваемого агрофитоценоза к орошаемому полю (табл. 8).

На участках с глубоким (5-5,5 м) и критическим (2,5-3,0 м) УГВ и незасоленными почвогрунтами формируются высокие урожаи всех видов выращиваемых кормовых культур. Однако они различаются по годам пользования многолетних трав. Люцерна в чистом посеве в первые два года пользования обеспечивает урожайность зеленой массы 43 и 48 т/га, а затем изреживается и снижает продуктивность до 25 и 27 т/га при средней урожайности за три года 37,5 и 40,9 т/га. Люцерно-кострецовая травосмесь наращивает продуктивность ко второму и третьему годам пользования. За три года урожайность составила 48,2 и 51,3 т/га, что на 25-28 % больше, чем люцерны в чистых посевах. Урожайность зеленой массы козлятника достигает максимума только к третьему году пользования при средней урожайности 45,7 и 48,9 т/га, что на 2,5 т/га, или 5 %, ниже, чем бобово-злаковых трав.

Таблица 8

Урожайность зеленой массы многолетних трав различного видового состава при умеренном увлажнении посевов в зависимости от УГВ

При близком УГВ (1,5-2,0 м), в связи с неблагоприятными условиями увлажнения и аэрации корней трав, продуктивность люцерны на вторые и третьи годы пользования резко снижалась до 17-25 т/га. В этих условиях люцерно-кострецовая травосмесь сохраняла стабильную продуктивность в связи с мощным развитием корневищ костреца безостого в верхнем метровом слое почвы. Средняя урожайность за три года составила 40,5 т/га, что на 44 % выше, чем чистых посевов люцерны. Козлятник также снижал урожайность зеленой массы до уровня 35,5 т/га.

Сравнительный анализ показал, что при ухудшении состояния орошаемых земель урожайность зеленой массы многолетних трав снижается на 11-12 т/га, или на 24-31 %.

Применение интенсивного режима орошения на посевах люцерно-кострецовой травосмеси обеспечивало наибольшую прибавку урожая до 6 т зеленой массы с 1 га, или на 12 %, по сравнению с умеренным режимом орошения только в условиях глубокого УГВ (5-5,5 м). С поднятием УГВ до критического (2,5-3,0 м), а затем до близкого (1,5-2,0 м) эффективность интенсивного режима орошения в повышении урожаев трав снижается. Поэтому при критическом УГВ возрастает целесообразность применения ресурсосберегающего умеренного режима орошения, а при близком УГВ - жесткого.

Выход и качество кормов. Наибольший выход кормовых единиц обеспечивался при выращивании люцерно-кострецовой травосмеси и козлятника восточного в условиях глубокого (5-5,5 м) - 8,2 т/га и критического (2,5-3,0 м) УГВ - 8,7 и 8,4 т/га. Поднятие уровня грунтовых вод до 1,5-2,0 м снижало продуктивность этих трав до 6,9 и 6,4 т к. ед. с 1 га. Содержание переваримого протеина в 1 к. ед. на посевах бобовых трав люцерны и козлятника составило 212 и 230 г. При возделывании высокоурожайных бобово-злаковых трав этот показатель уменьшился до 166 г/к. ед. Ухудшение экологических условий возделывания многолетних трав снизило содержание протеина в кормовой единице на 5-12 г.

Агроэнергетическая и экономическая оценка выращивания многолетних трав. Экономическая оценка выращивания многолетних трав показала, что на староорошаемых землях наиболее эффективно выращивание люцерно-кострецовой травосмеси и козлятника восточного, которые при глубоком (5-5,5 м) и критическом (2,5-3,0 м) УГВ обеспечивают условный чистый доход 9,6 и 8,8 тыс. руб. с 1 га при уровне рентабельности 99 и 91 % и высоком коэффициенте энергетической эффективности - 3,9 и 3,5. В условиях близкого УГВ (1,5-2,0 м) уровень рентабельности посевов люцерно-кострецовой травосмеси составил 72 %, коэффициент энергетической эффективности 3,4. Эффективность выращивания козлятника восточного и люцерны в неблагоприятных мелиоративных условиях была значительно ниже.

Применение интенсивного режима орошения на посевах бобово-злаковых трав было высокорентабельным (76 %) и энергетически эффективным (3,3) только в условиях с глубоким УГВ (5,0-5,5 м). При критическом УГВ наиболее эффективным было использование водосберегающего умеренного режима орошения, в условиях близкого УГВ - жесткого режима орошения. Уровень рентабельности выращивания трав повышался соответственно экологическим условиям до 100-102 и 83 % с энергетической эффективностью 3,9-4,0 и 3,7.

ВЫВОДЫ

1. Подъем уровня грунтовых вод, дегумификация почв и снижение их плодородия в результате интенсивного использования орошаемых земель Саратовской области в течение 30-40 лет вызвали необходимость восстановления уровня плодородия деградированных орошаемых почв такими малозатратными и экологически обоснованными приемами, как возделывание в течение трех-четырех лет в составе севооборота многолетних трав, адаптивных к экологическим условиям орошаемых почв.

2. Интенсивный режим орошения многолетних трав обеспечивал в условиях глубокого уровня залегания грунтовых вод (5-5,5 м) получение высоких урожаев зеленой массы - 54 т/га, но приводил к большим до 3600 м³/га затратам оросительной воды, фильтрационным потерям и ежегодному поднятию УГВ.

3. Применение на посевах люцерно-кострецовой траво-смеси водосберегающего умеренного режима орошения с эрозионно безопасной поливной нормой 400 м³/га снизило оросительную норму на 800 м³/га, или на 22 %, предотвратило фильтрацию воды и подъем грунтовых вод, уменьшило долю оросительной воды в суммарном водопотреблении.

4. В условиях критического уровня залегания грунтовых вод (2,5-3,0 м) происходит использование до 537-664 м³ грунтовых вод на 1 га многолетними травами, снижение оросительной нормы на 400 м³/га и ежегодная сработка уровня грунтовых вод около 0,40-0,45 м. С поднятием грунтовых вод до близкого уровня (1,5-2,0 м) оросительная норма уменьшилась на 800 м³/га, а ее доля в суммарном водопотреблении - до 25 %, использование грунтовых вод повысилось до 983-1051 м³/га и сработка УГВ - до 0,68-0,69 м.

5. Длительное интенсивное орошение и возделывание однолетних сельскохозяйственных культур ухудшило эколого-мелиоративную обстановку. На участках с критическим УГВ (2,5-3,0 м) увеличилось накопление водорастворимых солей в метровом слое почвы с 0,08 до 0,11 %, а с близким УГВ (1,5-2,0 м) содержание солей достигло 0,23 % и по содержанию Nа⁺ в ППК - 6,9 %.

6. Четырехлетнее возделывание многолетних трав в составе севооборотов улучшило состояние орошаемых земель. Биомелиоративное действие их на орошаемые почвы возросло с повышением уровня грунтовых вод. В условиях критического УГВ (2,5-3,0 м) ежегодная сработка уровня грунтовых вод составила 0,40-0,47 м, снизилось содержание водорастворимых солей в метровом слое почвы с 0,11 до 0,08 %. При близком УГВ (1,5-2,0 м) снижение его достигло 0,63-0,69 м, рассоление почв уменьшилось с 0,23 до 0,18-0,19 % от массы сухой почвы, то есть отмечено восстановление мелиоративного состояния почв с переходом из слабой степени засоления в незасоленные.

7. Применение интенсивного режима орошения на посевах бобово-злаковых трав привело к инфильтрационным потерям оросительной воды. Умеренный и жесткий водосберегающие режимы орошения исключают инфильтрацию влаги, усиливают процесс использования грунтовых вод растениями и увеличивают ежегодную сработку УГВ.

8. Возделывание однолетних культур на староорошаемых землях приводило к дегумификации почв и ежегодному отрицательному балансу гумуса до 0,4-0,5 т/га. Многолетние травы в течение четырех лет способствовали накоплению гумуса в почве до 8-10 т/га и повышению его содержания с 2,7 до 2,90-2,92 % и нитрификационной способности с 19-20 до 31-34 мг на 1 кг почвы, то есть переходу на уровень повышенной обеспеченности растений азотом.

9. Длительное орошение однолетних культур привело к деструктуриванию почв: содержание агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм) снизилось до 20,3 %, а при поднятии УГВ - до 10-17 % с низким коэффициентом структурности почв (0,11-0,21). Четырехлетнее возделывание бобово-злаковых многолетних трав способствовало восстановлению ценных агрегатов в условиях глубокого УГВ с 20,3 до 52,0 %, критического с 17,1 до 52,6 %, близкого с 10,1 до 39,0 % и повышению коэффициента структурности орошаемых почв до 1,1 ед. Водосберегающий режим орошения снизил распад структурных агрегатов (>0,25 мм) на 8-12 % и повысил коэффициент структурности орошаемых почв.

10. Люцерна синегибридная как биомелиорант в орошаемых севооборотах развивала высокую плотность стеблей около 450-500 шт./м² только в первые два года пользования. На третий год снижались способность вегетативного возобновления на 45-47 % и высота травостоя. При посеве люцерно-кострецовой травосмеси проявилась лучшая адаптация бобово-злаковых трав к экологическим условиям орошаемых земель.

11. В условиях близкого УГВ (1,5-2,0) люцерна сильно изреживалась со второго года пользования. Кострец безостый как многолетний корневищный злак лучше адаптируется к условиям повышенной влажности почвы. В связи с этим бобово-злаковые травы обеспечивали в течение трех лет высокую плотность травостоя - на уровне 600 шт./м². Козлятник восточный с корнеотпрысковой системой снижал интенсивность стеблеобразования на тяжелых почвах в связи с близостью залегания минерализованных грунтовых вод.

12. При выращивании многолетних трав на орошаемых землях с критическим УГВ (2,5-3,0 м) стабильно высокую урожайность в течение трех лет обеспечивала люцерно-кострецовая травосмесь - 51 т зеленой массы, или 8,7 т к. ед. с 1 га. Содержание переваримого протеина в 1 к. ед. достигло 166 г. В условиях близкого УГВ (1,5-2,0 м) в связи с вымоканием и гибелью люцерны урожайность зеленой массы бобово-злаковых трав снизилась до 40,5 т/га с выходом 6,9 т к. ед. при наименьших - 46-49 м³ затратах оросительной воды на единицу урожая.

13. Использование на староорошаемых землях с критическим и близким уровнем минерализованных грунтовых вод люцерно-кострецовой травосмеси в качестве биомелиоранта почв обеспечивало в течение трех-четырех лет восстановление плодородия деградированных почв, создание 6,9-8,7 т к. ед. с 1 га, наибольшую экономическую (уровень рентабельности 72-99 %) и агроэнергетическую (3,4-3,9) эффективность.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В целях восстановления плодородия и улучшения мелиоративного состояния староорошаемых деградированных темно-каштановых почв в условиях поднятия грунтовых вод до критического (2,5-3,0 м) и близкого (1,5-2,0 м) уровня необходимо выращивание в течение трех-четырех лет в составе орошаемого севооборота люцерно-кострецовой травосмеси, что обеспечивает ежегодное снижение грунтовых вод на 0,45-0,69 м, повышение содержания гумуса на 8-10 т/га и нитрификационной способности почв на 41-45 %, оструктуривание и рассоление слабозасоленных почв, получение высокой продуктивности (51,3 и 40,5 т/га) и увеличение уровня рентабельности (99 и 72 %) производства кормов. Козлятник восточный целесообразно выращивать в качестве биомелиоранта почв на незасоленных орошаемых землях с глубоким залеганием грунтовых вод.

2. Для снижения процессов деградации почвы, увеличения сработки уровня близлежащих грунтовых вод и экономии расхода оросительной воды на формирование урожая следует применять при критическом УГВ (2,5-3,0 м) ресурсосберегающий умеренный режим орошения и при близком УГВ (1,5-2,0 м) жесткий режим орошения многолетних трав.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Туктаров, Б. И. Биологическая мелиорация деградированных орошаемых земель / Б. И. Туктаров, В. М. Попеко, Д. В. Чадин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2009. № 6. С. 39-42.

2. Фитомелиорация для улучшения эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель Заволжья / В. А. Нагорный, Б. И. Туктаров, Д. Ш. Рамазанов, В. М. Попеко, Д. В. Чадин // Мелиорация и водное хозяйство. 2010. № 3. С. 31-33.

В прочих научных изданиях

3. Биомелиоративное действие многолетних трав на орошаемых землях Саратовского Заволжья / Б. И. Туктаров, В. А. Нагорный, Д. Ш. Рамазанов, В. М. Попеко, Д. В. Чадин // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Вавиловские чтения - 2007». Саратов, 2007. С. 184-185.

4. Трансформация плодородия орошаемых почв при биомелиоративном действии многолетних трав / Б. И. Туктаров, В. А. Нагорный, Д. Ш. Рамазанов, В. М. Попеко, Д. В. Чадин // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Вавиловские чтения - 2007». Саратов, 2007. С. 190-191.

5. Особенности восстановления эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель с близким залеганием грунтовых вод при выращивании многолетних трав / Б. И. Туктаров, В. А. Нагорный, Д. Ш. Рамазанов, В. М. Попеко, Д. В. Чадин // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Вавиловские чтения - 2008». Саратов, 2008. С. 224-225.

6. Особенности водосберегающего режима орошения на темно-каштановых террасовых почвах Саратовского Заволжья / В. А. Нагорный, Д. Ш. Рамазанов, В. М. Попеко, Д. В. Чадин // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Вавиловские чтения - 2009». Саратов, 2009. С. 198-199.

7. Туктаров Б. И. Биомелиоративное действие многолетних трав на орошаемых землях / Б. И. Туктаров, В. М. Попеко, Д. В. Чадин; ФГНУ «Волжский НИИГиМ» // Проблемы повышения эффективности использования водных и земельных ресурсов Поволжья: сб. науч. тр. Саратов, 2011, С. 203-208.

Размещено на Allbest.ru