Свойства лугово-черноземных почв после ротации севооборотов с различной водной нагрузкой при циклическом орошении рисовых полей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свойства лугово-черноземных почв после ротации севооборотов с различной водной нагрузкой при циклическом орошении рисовых полей

Цель: изучить влияние севооборотов с различной водной нагрузкой при циклическом орошении на плодородие почв на рисовых оросительных системах. Материалы и методы. Объект исследований - лугово-черноземные почвы Багаевского района Ростовской области, осваиваемые в пяти севооборотах с различной насыщенностью рисом от 60 до 25 % и, следовательно, разной водной нагрузкой. В качестве контроля взята залежь, которая не осваивается более 10 лет. Анализ и оценка результатов исследования образцов почв и воды проведены по общепринятым методикам. Результаты и обсуждение. Изученные свойства лугово-черноземных почв после ротации рисовых севооборотов с различной водной нагрузкой указывают на усиление проявления негативных процессов в вариантах с насыщением рисом более 50 %. Так, в варианте с годовой оросительной нормой 14000 кубических метров на гектар, обусловленной 65-процентной насыщенностью рисом шестипольного севооборота, уровни грунтовых вод располагались на глубине 135 см, общее содержание солей в слое 0-40 см по сравнению с контролем (залежью) увеличилось на 63 %, а в метровом слое - на 91 %.

В почвенном поглощающем комплексе (ППК) этой почвы количество обменного натрия достигло 14 % при уменьшении содержания кальция до 55 % от суммы ППК. На контроле эти показатели соответственно составляли 4 и 71 % от суммы ППК. Почва сильно уплотнилась, утратила водопрочность и микрооструктуренность агрегатов. Снижение общего содержания гумуса по сравнению с контролем составило 43 %. Выводы. Для сохранения почвенного плодородия на рисовых оросительных системах следует внедрять севообороты с насыщенностью рисом менее 50 %, а периодичность поливов при циклическом орошении должна составлять два-три года.

Циклическое орошение - вид орошения земель, преду-сматривающий поочередное использование полей севооборота в орошаемом и неорошаемом режимах [1-3]. Ярким примером такого вида орошения являются рисовые севообороты, включающие чередование риса с другими сопутствующими культурами [4, 5]. На настоящий момент орошение таких культур в большей части не проводится, а возделываются они на запасах влаги, которые остаются после выращивания риса [6-9]. Именно при возделывании сопутствующих культур создаются условия для естественного почвообразования. Почва при соответствующих агромелиоративных мероприятиях в этот период обогащается кислородом, анаэробные процессы сменяются на аэробные, в результате которых усиливаются гу-мификация и нитрификация - основные факторы почвенного плодородия . При эксплуатации рисовых систем, несмотря на цикличность орошения, продуктивность почв теряется. Это подтверждено многими исследованиями и связано с большой водной нагрузкой на почвы при возделывании риса [10, 11]. Только правильно составленные севообороты могут снизить эту нагрузку, что будет содействовать восстановлению и сохранению плодородия почв рисовых полей.

Цель исследования - изучить влияние севооборотов с различной водной нагрузкой при циклическом орошении на плодородие почв на рисовых оросительных системах.

Материалы и методы. Объектом исследований являлись лугово-черноземные почвы на рисовых участках ООО «Маныч-Агро» Багаевского района Ростовской области. Изменения свойств почв рассматривались в севооборотах с различной водной нагрузкой (табли-ца 1).

Таблица 1. Чередование культур в рисовых севооборотах и оросительные нормы (ОН) риса

почва орошение поле

В первом (шестипольном) севообороте процент возделывания риса составлял 50, а общая водная нагрузка за шесть лет - 63000 м3/га. Во втором (шестипольном) севообороте эти величины соответственно равнялись 65 % и 84000 м3/га, в третьем (пятипольном) севообороте - 40 % и 42000 м3/га за пять лет, в четвертом (пятипольном) севообороте - 60 % и 63000 м3/га за пять лет, в пятом (четырехпольном) севообороте соответственно 25 % и 21000 м3/га за четыре года.

В качестве контроля нами взята залежь, которая не осваивается бо-лее 10 лет. После ротации севооборотов осенью отобраны образцы почв по слоям 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см и т. д. до грунтовых вод в пятикратной повторности для определения водно-физических, физико-химических свойств почв и содержания гумуса.

На участках с близким залеганием грунтовых вод и на насосной станции отбирались образцы воды на анализ солевого состава. В образцах почв определялись:

- состав водной вытяжки

- состав обменных оснований или почвенного поглощающего комплекса (ППК): Са и Mg , Na ;

- органическое вещество ;

- гранулометрический состав методом пипетки по Н. А. Качинскому, структурное состояние и водопрочность агрегатов методом Н. И. Саввинова ;

- щелочность, рассчитанная по Б. А. Зимовцу .

В полевых условиях по всем севооборотам и на залежи определялась в шурфах плотность сложения почвы методом режущего кольца по Качинскому10 в трехкратной повторности.

Оценка результатов анализа образцов почв и воды проведена по общепринятым методикам, изложенным в «Руководстве по контролю и регулированию почвенного плодородия орошаемых земель» [12].

Результаты и обсуждения. Одним из важнейших элементов воздействия на почвы является оросительная вода. Оценка ее качества представлена в таблице 2.

Несмотря на то, что за вегетационный период минерализация поливной воды составляет 0,81 г/дм3, а максимальная ее величина в июне равнялась 0,92 г/дм3, качество воды не вполне удовлетворительное. По минерализации она относится к II классу, по содержанию хлора (Cl) в среднем к II классу, а в июне - к IV классу, что указывает на опасность хлоридного засоления при непромывном режиме.

Кроме этого, расчет отношения количества кальция (Са2+) к количеству натрия (Na+) свидетельствует о возможности возникновения натриевой солонцеватости (III и IV классы). Особенно ухудшается качество оросительной воды по этому показателю в летний период, когда оно соответствует IV классу.

Вероятность появления магниевой солонцеватости низкая.

Таблица 2 . Оценка качества оросительной воды

Подщелачивание оросительной воды наблюдается в летний период, но в целом опасность содообразования при поливах такой водой отсутствует.

Изменение свойств почв во многом определяется также уровнем залегания грунтовых вод (УГВ), их минерализацией и составом, которые зависят от среднегодовой ОН, полученной делением общей водной нагрузки за ротацию севооборота на количество лет его освоения (таблица 3).

Таблица 3.Уровень грунтовых вод после ротации севооборотов с различной среднегодовой водной нагрузкой при циклическом орошении рисовых полей (осень 2018 г.) (n = 5)

На изучаемых участках после ротации севооборотов УГВ был различным и составлял 1,35 м в шестипольном севообороте с водной нагрузкой 84000 м3/га и 3,25 м на залежи (см. таблицы 1, 3). Его подъем определялся подаваемым объемом оросительной воды. На рисунке 1 видна четкая зависимость УГВ от среднегодовой ОН.

Минерализация грунтовых вод по севооборотам практически была одинаковой, и по химическому составу она однородна - сульфатно-натриевого состава (SO4-Na). При этом отмечалось, что чем ближе вода располагалась к поверхности, тем менее минерализованной она становилась.

С приближением минерализованных вод к поверхности увеличивалось содержание водорастворимых солей как в слое 0-40 см, так и в слое 40-100 см. Так, при самом близком залегании УГВ - 1,35 м, которое обеспечила средневзвешенная нагрузка 14000 м3/га, общее содержание солей по сравнению с залежью увеличилось на 63 %, а при самой маленькой водной нагрузке 5250 м3/га УГВ залегали на глубине 2,8 м и содержание солей возросло только на 16 %. Аналогичная закономерность прослеживается в слоях 40-100 см (таблица 4) и в целом в слое 0-100 см (рисунок 2).

Рисунок 1.Зависимость уровня грунтовых вод от среднегодовой оросительной нормы на рисовое поле

Рисунок 2 - Содержание солей в слое 0-100 см в зависимости от водных нагрузок и уровень грунтовых вод в различных севооборотах при циклическом орошении

Таблица 4. Физико-химические свойства почв после ротациирисовых севооборотов с различной водной нагрузкойпри циклическом орошении

Как видно из данных рисунка 2, самое большое накопление солей в метровом слое произошло во втором, шестипольном, севообороте со среднегодовой водной нагрузкой 14000 м3/га и УГВ 1,35 м. В почве при соблюдении этого севооборота содержится большее количество токсичных солей, а щелочность находится в пределах слабощелочной категории с рН 8,5 ед.

Севообороты с меньшими водными нагрузками (№ 3 и 5) не способствуют засолению и ощелачиванию верхнего слоя 0-40 см и в целом метрового слоя.

При интенсивном использовании земель под рис из ППК выщелачивается кальций (Са), в результате чего не только уменьшается сумма поглощенных оснований, но и происходит перестройка ППК в сторону накопления магния (Mg) и натрия (Na) (см. таблицу 4, рисунок 3).

Рисунок 3.Состав ППК в лугово-черноземных почвах после ротации рисовых севооборотов с различной ежегодной водной нагрузкой при циклическом орошении (слой 0-100 см)

На залежи (контроле) состав ППК слоя 0-40 см представлен 75 % Са, 23 % Mg и 2 % Na, т. е. эти данные практически соответствуют почвам зонального ряда этого региона, а именно черноземам южным.

В метровом слое почв на контроле содержание обменных оснований составило соответственно 71, 25 и 4 %. А в вариантах после ротации севооборотов состав ППК в метровом слое определялся объемом водной нагрузки при циклическом орошении на рисовых севооборотах.

Содержание обменного кальция в метровом слое при соблюдении севооборотов с ежегодными нагрузками от 10500 до 14000 м3/га (№ 1, 2, 4) не превышало 60 % от ? ППК, а количество обменного натрия составляло от 9 до 14 %. В связи с тем, что обменный Mg, количество которого превышает 25 % от ? ППК, так же как и натрий, отрицательно влияет на свойства почв и развитие сельскохозяйственных культур, следует особое внимание уделять распределению водных нагрузок при циклическом орошении на рисовых полях.

При этом не только ухудшаются физико-химические свойства почв, но и разрушается их структура, они уплотняются как за счет механического воздействия, так и (в основном) из-за химических процессов, провоцирующих диспергацию почвенной массы (таблица 5).

Таблица 5. Физические свойства почв после ротации рисовыхсевооборотов с различной водной нагрузкой при циклическом орошении

Почвы, на которых располагались изучаемые севообороты, по гранулометрическому составу относятся к тяжелым (Ст) и средним (Сср) суглинкам. Коэффициент дисперсности, рассчитанный по данным анализов гранулометрического и микроагрегатного составов, указывает на неудовлетворительную микрооструктуренность частиц почвы в севооборотах при повышенной водной нагрузке от 10500 до 14000 м3/га (№ 1, 2, 4), на удовлетворительную - с меньшей водной нагрузкой от 8400 до 5250 м3/га (№ 3, 5) и на хорошую - на залежи, где наблюдаются естественные процессы почвообразования.

Это подтверждают результаты определения структурного состояния почв при сухом просеивании и водопрочности агрегатов. Хорошее состояние по этим показателям прослеживается только на залежи (рисунок 4).

Рисунок 4. Структурное состояние и водопрочность агрегатов после ротации севооборотов с различной водной нагрузкой при циклическом орошении

почва орошение поле

В севооборотах с высокими водными нагрузками, несмотря на цикличность орошения почвы, особенно после риса, сильно уплотняются почвы. Плотность сложения почв в слое 0-40 см после ротации севооборотов составила 1,39 т/м3 при среднегодовой ОН 14000 м3/га, 1,38 т/м3 - при норме 12600 м3/га и 1,33 т/м3 - при норме 8400 м3/га. Все эти показатели по классификации Качинского характеризуют почву как сильно уплотненную.

В севообороте № 1, где среднегодовая ОН составила 10500 м3/га, но в последний год возделывались сидераты, плотность сложения снизилась до 1,29 т/м3 в слое 0-40 см и почва стала относиться к категории уплотненной. К этой же категории относятся почвы севооборота № 5, где ежегодная водная нагрузка составила всего 5250 м3/га и при этом в последний год ротации севооборота выращивались однолетние травы. В меньшей степени уплотнены почвы на залежи, где в течение 10 лет их в таком состоянии сорняки были вытеснены степной растительностью. На этом участке плотность сложения почв в слое 0-40 см составила 1,16 т/м3, что соответствовало слабой уплотненности.

Интегральным показателем влияния различных севооборотов на плодородие почв является общее содержание гумуса. Для развития процессов гумификации требуется в первую очередь наличие аэробных условий. Создание таких условий на рисовых системах возможно только при чередовании риса с богарными культурами, паром или мелиоративным полем. Результаты определения количества гумуса при соблюдении различных севооборотов показали, что, несмотря на цикличность орошения, накопление его не наблюдалось ни в одном из вариантов. Однако замечена закономерность, а именно: в тех севооборотах, где ухудшались физические и физико-химические свойства почв в связи с увеличением водной нагрузки, уменьшалось общее содержание гумуса. За ротацию севооборота по сравнению с контролем (залежью) оно снизилось на 43 % при соблюдении севооборота с самой высокой годовой водной нагрузкой 14000 м3/га, а при нагрузке 5250 м3/га - всего на 24 % (таблица 6). В то время как на залежи, где имеются все условия для протекания гумификации, его количество составило 3,86 %, что характерно для зональных почв этого региона.

Таблица 6. Общее содержание гумуса в слое 0-40 см

Выводы

1. Рисовые севообороты на настоящий момент являются примером циклического орошения, так как в них прослеживается два режима освоения земель - орошаемый режим, включающий возделывание риса со значительными оросительными нормами, и неорошаемый, когда выращиваются сопутствующие культуры на запасах влаги, остающихся после риса. Несмотря на цикличность орошения, продуктивность рисовых почв падает, что связано с несоблюдением севооборотов, способствующих сохранению почвенного плодородия. 2. Изученные нами свойства лугово-черноземных почв после ротации рисовых севооборотов с различной водной нагрузкой указывают на усиление проявления негативных процессов в вариантах с насыщением рисом более 50 %. Так, в варианте с годовой оросительной нормой 14000 м3/га, обусловленной 65-процентной насыщенностью рисом шестипольного севооборота, УГВ располагались на глубине 135 см, общее содержание солей в слое 0-40 см по сравнению с контролем (залежью) увеличилось на 63 %, а в метровом слое - на 91 %. В ППК этой почвы количество обменного натрия достигло 14 % при уменьшении содержания кальция до 55 % от ? ППК. На контроле эти показатели соответственно составляли 4 и 71 % от ? ППК. Почва сильно уплотнилась, она утратила водопрочность и микрооструктуренность агрегатов. Снижение общего содержания гумуса по сравнению с контролем составило 43 %. 3. В наименьшей степени подвержены негативным процессам почвы севооборотов, в которых насыщенность рисом находится на уровне 25-40 %, а периодичность поливов при циклическом орошении составляет три года, т. е. через три года на участок возвращается рис. Это, например, пятипольный севооборот со следующим чередованием культур: кукуруза на зерно, подсолнечник, однолетние травы, рис, рис, или четырехпольный - озимая тритикале, ячмень, рис, однолетние травы.

Литература

1. Щедрин, В. Н. Циклическое орошение - новое в стратегии оросительных мелиораций / В. Н. Щедрин // Вопросы мелиорации. - 2008. - № 3-4. - С. 7-20.

2. Щедрин, В. Н. Теория и практика альтернативных видов орошения черноземов юга Европейской территории России: монография / В. Н. Щедрин, С. М. Васильев. - Новочеркасск: Лик, 2011. - 435 с.

3. Васильев, С. М. Циклическое орошение и технические средства для его осуществления / С. М. Васильев, А. В. Акопян, Т. П. Андреева // Мелиорация и водное хозяйство. - 2011. - № 1. - С. 34-36.

Размещено на Allbest.ru