Мелиорация земель является важной составляющей природообустройства. Человек занимается мелиорацией постоянно, как только перешел к оседлому образу жизни. Мелиорация – это коренное изменение компонентов природы для повышения потребительской стоимости (полезности) земель . В отличие от временных мероприятий по улучшению земель (расчистка поверхности, вспашка, удобрения и т. п.) мелиорация приводит к фундаментальному длительному изменению природных условий, сохраняющемуся десятки и сотни лет.
Так как мелиорация - это потребительская деятельность, то человек мелиорирует определенные территории, т.е. земли. Земля – это территория с угодьями (пригодная для использования), находящаяся в чьем-то пользовании, владении или собственности . Вместе с тем земля – это общенациональное достояние, богатство народов, на ней проживающих. Поэтому забота о земле, ее улучшение являются не только делом отдельных пользователей или владельцев, но и общегосударственным делом, что нашло свое отражение в Зако-
не РФ «О мелиорации земель». Государство берет на себя обязательство координировать и контролировать работы по мелиорации, осуществляемые как за счет владельцев, так и за счет местных и федерального бюджетов.
Земли по своему назначению подразделяются на:
земли сельскохозяйственного назначения или сельскохозяйственные земли;
земли лесного фонда;
земли водного фонда;
земли населенных пунктов;
земли промышленности, транспорта, связи;
земли оздоровительного, рекреационного, историко-культурного, научного назначения;
земли обороны;
земли государственного резерва.
Исходя из этого, мелиорация земель подразделяется в зависимости от назначения земель: мелиорация сельскохозяйственных земель («сельскохозяйственная мелиорация» – выражение неудачное), мелиорация земель лесного, водного фондов, населенных пунктов и т.д.
Выше уже было сказано о том, что граница между природообустройством и природопользованием нечеткая. Поэтому с известной мерой условности можно считать, что мелиорация - это такие устройства, сооружения, работы, которые не входят в обычную технологию природопользования, применяемую в данной природной зоне . Например, борьба с ветровой или водной эрозией должна быть непременной составляющей технологии сельскохозяйственного производства в эрозионно-опасных зонах; то же можно сказать о снегозадержании на полях, глубоком рыхлении почвы, узкозагонной вспашке, и т.п. Эти мероприятия играют роль мелиорирующих, они называются агромелиоративными и довольно эффективны в сочетании с "чисто" мелиоративными, но по ряду причин, в том числе и организационных, их не надо относить к мелиорации.
Мелиорация существенно изменяет многие природные процессы, например мелиорация сельскохозяйственных земель сильно изменяет процесс почвообразования, в результате ее применения исчезают одни элементы почвообразования и появляются другие: оглеение, засоление, торфообразование. Мелиорация способна превратить азональные почвы (пойменные, болотные, засоленные) в зональные, а также существенно модифицировать зональное почвообразование. Аналогично такую же границу можно найти между мелиорацией и культурным использованием земель лесного и водного фонда, земель населенных пунктов, промышленности, рекреационного и другого назначения.
Мелиорация отличается от землепользования глубиной преобразования компонентов геосистем, в результате мелиорации земля приобретает
новое качество, т.е. новую ценностную характеристику функционального единства существенных ее свойств, новую внутреннюю и внешнюю определенность, относительную устойчивость, отличие ее от одних участков земли и сходство с другими.
Мелиорация создает условия для более эффективного (продуктивного) использования земель без изменения их назначения, позволяет изменить их использование, улучшает социально-экономические условия жизни людей, окультуривает и оздоровляет большие территории, например, орошение степных районов Крыма изменило облик этого края, осушение Белорусского Полесья также преобразило эти бедные заболоченные земли.
Мелиорация имеет вполне конкретного заказчика, перед ней ставится вполне определенная цель, это очень дорогое мероприятие, сильно воздействующее на природу. Она призвана повысить, причем существенно, полезность некоторой территории. Поэтому в практическом плане надо говорить о мелиорации конкретных земель, а не о мелиорации ландшафта, геосистемы. Вместе с тем, мелиорируемые земли располагаются на геосистемах различного ранга и при осуществлении мелиорации надо следовать принципу целостности.
Второй уровень в классификации мелиораций определяется тем, какой из природных процессов или какую составляющую функционирования геосистемы нужно модифицировать, исходя из использования земель. Например, химические мелиорации сельскохозяйственных земель или водные мелиорации земель лесного фонда. Водные, химические, физические, тепловые мелиорации можно осуществить разными способами, обычно они дополняются культуртехническими, агролесомелиоративными мероприятиями. Современные мелиорации являются комплексными, т.е. зачастую необходимо проводить одновременно водные, химические, тепловые и другие мелиорации, которые в сумме дают больший эффект, чем раздельное их применение.
Эффективность мелиораций существенно зависит от интенсивности последующего природопользования, которое имеет определенную специфику на мелиорированных землях, так на сельскохозяйственных землях применяют особую систему земледелия: особые сорта, системы обработки и удобрения. Осушенные лесные угодья требуют особых приемов лесоводства.
При мелиорации земель надо, прежде всего, определиться с требованиями землепользователя к свойствам компонентов геосистемы: какими должны быть свойства почв при выращивании определенных растений, или грунтов - как оснований для сооружений, дорог, или свойства вод для водоснабжения или рыборазведения и т.д. При этом становится понятным главный объект мелиорации или предмет труда мелиоратора. При улучшении сельскохозяйственных земель - это почва, которая для земледельца выступает уже как средство производства, причем важнейшее. Отметим, что почва в отличие от других средств производства (машин, удобрений, средств борьбы с болезнями и вредителями, семян) обладает уникальным свойством - неизнашиваемостью.
При соответствующем количестве и качестве вложенного в почву живого и овеществленного труда она способна сохранять и даже наращивать свою потребительскую стоимость, т.е. плодородие. Это обстоятельство формирует главную цель мелиорации сельскохозяйственных земель - расширенное воспроизводство плодородия почвы . Достижение этой цели, а не получение максимального урожая любой ценой, в том числе и ценой истощения почвы, обеспечивает долговременные интересы землепользователя. Такая формулировка цели обеспечивает и устойчивость агрогеосистемы, так как плодородные почвы более устойчивы, следовательно, делает мелиорацию природосберегающей.
Очевидно, что человек не повышает плодородие почвы ради самого плодородия. Повышая его, человек заботится и о получении высокого урожая
определенных культур, это также должно включаться в цель мелиорации. При этом надо иметь в виду, что требования растений и требования почвы не всегда совпадают, они могут вступать в противоречие. Например, растения всегда требуют довольно высокую влажность почвы, но для самой почвы повышенная влажность противопоказана, так как при этом повышается ее промываемость, ухудшается накопление гумуса и т.д. Возникает непростая проблема разрешения этого противоречия. Опыт оптимизации или согласования требований растений и почвы в смысле сохранения и повышения ее плодородия показывает, что надо ориентироваться на некоторое недополучение урожая по сравнению с наивысшим. Это не только повышает устойчивость агрогеосистемы, но и уменьшает потребность в ресурсах, в орошаемом земледелии - прежде всего уменьшение оросительных норм, следовательно, уменьшение нагрузки как на мелиорируемую геосистему, так и на прилегающие территории.
Технически мелиорация земель должна осуществляться при экономном расходовании всех ресурсов: материальных, в том числе и водных, энергетических, трудовых. Это не только выгодно экономически, но и важно для сохранения природы.
Наконец, мелиорация земель, как сильный природопреобразующий фактор, может приводить к негативным экологическим последствиям. Поэтому непременной составляющей работ по мелиорации земель является недопущение ущерба природным системам и другим землепользователям или компенсация этого ущерба, что требует дополнительных мероприятий, дополнительных затрат.
Заметим, что высказанные здесь соображения о цели мелиорации земель и об ограничениях при ее осуществлении вытекают из ранее высказанных принципов природообустройства.
Применительно к сельскохозяйственным землям можно сказать, что цель их мелиорации заключается в расширенном воспроизводстве плодородия почвы, получении оптимального урожая определенных сельскохозяйственных культур при экономном расходовании всех ресурсов, недопущении или компен-
сации ущерба природным системам и другим землепользователям.
При мелиорации земель другого назначения главная цель может меняться, но ограничения при ее выполнении все равно остаются.
В учебном пособии рассмотрены основные виды мелиорации почв, строение осушительной и оросительной системы, типы и химизм засоления почв и способы их мелиорации, вопросы агролесомелиорации.
1 Общие сведения о мелиорации почв
1.1 Понятие мелиорации почв. История возникновения и развития мелиорации
Мелиорация (от лат. melio – улучшать) – это система мероприятий по улучшению свойств и режима почв в благоприятных производственном (сельскохозяйственном, лесохозяйственном и др.) и экологическом направлениях. Согласно статье 2 Федерального закона «О мелиорации земель» мелиорация земель – коренное улучшение земель путем проведения гидротехнических, культуртехнических, химических, противоэрозионных, агролесомелиоративных, агротехнических и других мелиоративных мероприятий. Мелиоративные мероприятия – проектирование, строительство, эксплуатация и реконструкция мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений, обводнение пастбищ, создание систем защитных лесных насаждений, проведение культуртехнических работ, работ по улучшению химических и физических свойств почв, научное и производственно-техническое обеспечение указанных работ.
Мелиорация земель осуществляется в целях повышения продуктивности и устойчивости земледелия, обеспечения гарантированного производства сельскохозяйственной продукции на основе сохранения и повышения плодородия земель, а также создания необходимых условий для вовлечения в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых и малопродуктивных земель и формирования рациональной структуры земельных угодий.
История человечества показывает, что в условиях гумидного и аридного климата мелиорация почв всегда оказывалась необходимой не только для развития и стабилизации сельского хозяйства, но и для самого существования человека. Об этом свидетельствуют древние оросительные системы в долинах Нила, Тигра и Евфрата, Амударьи и Сырдарьи, на огромной территории Юго-Восточной Азии, в Мексике, на территории Древнего Урарту, в Южной Америке и т.д. Орошение определяло стабильность многих цивилизаций, а разрушение ирригационных систем – их гибель. Мелиорация в руках заинтересованных и грамотных землепользователей всегда оказывалась мощным экономическим фактором развития страны.
Восточной Азии, в Мексике, на территории Древнего Урарту, в Южной Америке и т.д. Орошение определяло стабильность многих цивилизаций, а разрушение ирригационных систем – их гибель. Мелиорация в руках заинтересованных и грамотных землепользователей всегда оказывалась мощным экономическим фактором развития страны.
В бассейнах рек Теджен и Мургаб за 10 000 лет до н.э. существовало орошение. Исторические документы свидетельствуют о том, что искусственное орошение в широких масштабах применялось более 4000 лет назад в Египте, Месопотамии, Китае, Урарту, Индии. По свидетельству древнегреческого историка Страбона, в I в. н.э. в Закавказье в Ширванской степи орошалось земли больше, чем в Египте и Вавилоне.
Греческий историк Геродот более 2000 лет назад описал одну из первых дренажных систем в долине Нила. Дренаж как мелиоративное мероприятие получил широкое распространение в античный период в Греции. Позднее Катон (I в. до н.э.) в трактате «О земледелии» описал открытые дренажные системы, применявшиеся в Древнем Риме для осушения почв на виноградниках и оливковых плантациях. Многие из этих систем действуют до настоящего времени. В X в. в Европе начались работы по устройству осушительных систем в бассейне Северного моря.
Особенно интенсивными они были в XII – XIV вв. Осушались крупные болота, приморские низменности, дельты рек, приозерные понижения. В Англии в 1252 г. при короле Генрихе III был принят первый закон об осушении сельскохозяйственных земель, который стал основой для развития мелиорации в последующие столетия.
В XVI – XVII вв. в Голландии началось строительство польдерных осушительных систем с перекачкой дренажных вод из каналов в море с помощью ветряных мельниц. Появление гончарного дренажа относится примерно к 1810 г. К. Маркс рассматривал изобретение гончарного трубчатого дренажа в Англии и его внедрение в сельскохозяйственное производство в середине XIX в. как аграрную революцию в этой стране.
Интенсивное развитие работ по осушению в России первоначально было связано с деятельностью Петра I. Он предпринял осушение болот в связи с освоением побережья Финского залива, строительством Петербурга и других городов, крепостей, заводов. Действие открытых осушительных систем было описано М.В. Ломоносовым в работе «Лифляндская экономика» (1738). В конце XVIII в. А.Т. Болотов разработал вопросы осушения северных районов России. Однако в послепетровский период до второй половины XIX в. работы в области осушения почв в России велись в весьма ограниченных масштабах. Отмена крепостного права и бурное развитие капитализма явились движущим фактором мелиорации почв. В 1873 г. Министерство государственных имуществ в целях использования обширных болот северо-западных губерний под сенокосы и пастбища, улучшения государственных лесов и оздоровления местности организовало две экспедиции по осушению болот под руководствам И.И. Жилинского. К этому времени относится и строительство двух первых закрытых осушительных систем гончарного дренажа в России. Они сыграли в дальнейшем важную роль в развитии этого прогрессивного способа осушения в нашей стране. Первая такая система закрытого дренажа была построена в 1853 г. на территории современной Белорусской сельскохозяйственной академии А.Н. Козловским через 10 лет после того, как в Англии в 1843 г. Д. Рид впервые изобрел гончарную дренажную трубу. Вторая система закрытого гончарного дренажа была создана в Смоленской губернии в имении А.Н. Энгельгардта, близкого друга и соратника В.В. Докучаева, одного из основателей опытного дела в России. В начале XX в. в России создается система мелиоративных опытных станций и опытных полей по культуре болот (Архангельская, Яхромская, Сарненская и др.). Однако мелиорация почв России в дореволюционный период не получила значительного развития, несмотря на настоятельную необходимость широкого внедрения осушения, орошения, культуртехнических мероприятий, агро- и фитомелиорации в сельское и лесное хозяйства. В целом в стране с разнообразными природными условиями к 1917 г. площадь орошения составляла 4080 тыс., а осушения -1200 тыс. га.
В.В. Докучаевым (рисунок 1.1) в 1875 г. издает статью о проблемах мелиорации почв полесий. Она называлась «К вопросу об осушении болот вообще и, в частности, об осушении полесья». Это была первая публикация, в которой сделана попытка прогноза и экологической оценки последствий мелиорации почв. Существенно и то, что В.В. Докучаев (1899), а затем Н.М. Сибирцев (1900) не только подчеркивали необходимость осушения переувлажненных почв лесной зоны России, но и обращали внимание на важность дифференцированного подхода к мелиорации почв более южных регионов.
Рисунок 1.1 – Профессор ДОКУЧАЕВ Василий Васильевич (1846 – 1903)
В.В. Докучаев основоположник научного генетического почвоведения. Разработал зональную систему мелиорации почв Российского государства. В фундаментальной монографии «Наши степи прежде и теперь» рассмотрел актуальные проблемы мелиорации почв страны. Показал на практике эффективность систем агролесо- и гидромелиорации почв степной зоны. Впервые обратил внимание на необходимость внедрения закрытого дренажа в земледелие лесной зоны, особенности орошения черноземов, защиты осушаемых торфяных почв от деградации.
В 1892 г. В.В. Докучаев при поддержке Лесного департамента организовал особую экспедицию по испытанию и учету различных способов и приемов лесного и водного хозяйства в степях России. На примере Каменной степи им была разработана система агро-, фито- и гидромелиорации, представляющая и сегодня работающую модель агрохозяйственного степного ландшафта с рациональной системой лесных полос.
В 1912 г. Б.Б. Полыновым в гидромодульной лаборатории А.Н. Костякова (рисунок 1.2) на территории бывшего Бугырского хутора в Москве были начаты экспериментальные работы по изучению закономерностей движения водорастворимых солей. Им впервые была показана различная миграционная активность хлоридов, сульфатов и карбонатов. Б.Б. Полыновым (рисунок 1.3) была раскрыта роль различных почвообразующих пород в формировании солевых аккумуляций.
После Октябрьской революции развитие мелиорации было связано с решением комплекса проблем, центральное место среди которых занимала борьба за хлопковую независимость. В развитии мелиорации почв видели надежный рычаг подъема сельского хозяйства в разоренной империалистической и гражданской войнами стране.
Рисунок 1.2 – Профессор КОСТЯКОВ Алексей Николаевич (1887 – 1957)
Костяков А.Н. инженер-гидротехник, академик ВАСХНИЛ и членкорреспондент АН СССР. Разработал теорию расчетов мелиоративных систем, режимов орошения и техники полива сельскохозяйственных культур, приемы борьбы с потерями воды. Автор фундаментального учебника «Основы мелиорации», способов проектирования и строительства мелиоративных систем различного назначения. Лауреат Государственной премии за работы в области мелиорации почв.
В марте 1918 г. особая комиссия с правами Совнаркома обсуждала вопрос о развитии хлопководства в Туркестане. 9 апреля 1918 г. был подписан декрет СНК РСФСР «Об отпуске оборотных средств Комитету хлопкоснабжения для обеспечения текстильной промышленности хлопком». В апреле 1918 г. Особая комиссия обсуждает проект декрета об отпуске средств на оросительные работы в Туркестане. План ирригационных работ, разработанный Г.К. Ризенкампфом, В.И. Лодыгиным и другими, был положен в основу декрета СНК РСФСР «Об ассигновании 50 млн. рублей на оросительные работы в Туркестане и об организации этих работ», подписанного 17 мая 1918 г. Этот декрет явился, по существу, реальной схемой развития мелиорации почв Центральноазиатского региона на многие десятилетия вперед.
Рисунок 1.3 – Профессор ПОЛЫНОВ Борис Борисович (1877 – 1952)
Полынов Б.Б. почвовед-генетик, мелиоратор и геохимик, академик АН СССР. Раскрыл закономерности миграции элементов в почвах и корах выветривания. Разработал методы прогноза эволюции почв в условиях орошения. Ввел в мелиоративную практику понятие о «критической глубине залегания засоляющей почву грунтовой воды». Автор фундаментальных монографий «Кора выветривания» и «Учение о ландшафтах».
В начале 20-х годов публикуются исследования Д.Г. Виленского, посвященные моделированию процесса осолонцевания почв и мелиорации солонцов. В эти же годы К.К. Гедройц разрабатывает общую теорию поглотительной способности почв и практику мелиорации солонцов. Несколько позднее (в 1936 г.) был издан первый учебник по курсу «Мелиоративное почвоведение» Л.П. Розова – выдающегося отечественного почвоведамелиоратора (рисунок 1.4).
В 1937 г. выходит в свет монография В.А. Ковды «Солонцы и солончаки», посвященная проблемам их генезиса и мелиорации. Именно в этот период Л.И. Прасоловым при участии И.П. Герасимова и Е.Н. Ивановой были начаты работы по составлению генеральной почвенной карты СССР масштаба 1:1 000 000. Возникла возможность прямого анализа почвенных ресурсов и планирования их перспективного использования.
В 1946 – 1947 гг. вышла в свет двухтомная монография В.А. Ковды (рисунок 1.5) «Происхождение и режим засоленных почв», в 1953 г. – монография И.Н. Антипова-Каратаева «Солонцы СССР и их мелиорация».
Розов Л.П. – почвовед-мелиоратор. Предложил классификацию солей по токсичности, формулу для расчета промывных норм. Исследовал эволюцию минеральных почв после осушения, процессы рассоления орошаемых почв. Автор первого учебника «Мелиоративное почвоведение». Читал лекции по этому курсу и заведовал кафедрой мелиоративного почвоведения в Московском гидромелиоративном институте.
Рисунок 1.4 – Профессор РОЗОВ Лев Пармёнович (1886 – 1942)
К этому периоду появляются крупные работы по проблемам мелиорации различных типов почв, приуроченных преимущественно к полупустынной и аридной зонам. К ним относятся такие важные труды, посвященные генезису почв и практике их мелиорации, как «Сероземы Средней Азии» А.Н. Розанова (1951); «Почвы пустынной зоны СССР» Е.В. Лобовой (1960); «Почвообразование и условия проведения оросительных мелиорации в дельте Арало-Каспийской низменности» В.В. Егорова (1959); «Почвы южной части Сибири (от Урала до Байкала)» К.П. Горшенина (1955); «Пойменные почвы, их мелиорация и сельскохозяйственное использование» В.И. Шрага (1969) и ряд других. Как бы ни были совершенны исследования в области мелиорации почв, их результаты могли быть использованы в практике только после необходимой систематизации, осмысления и внедрения в процесс строительных изысканий. Эта работа в послевоенный период была выполнена выдающимися почвоведамимелиораторами В.И. Шрагом (рисунок 1.6) и Б.А. Калачевым.
В.И. Шраг разработал первое «Руководство по производству почвенномелиоративных и культуртехнических изысканий для составления проектных заданий осушения и сельскохозяйственного освоения болотных и заболоченных почв» (1959).
В 1937 г. В.А. Ковдой и А.Ф. Болынаковым был предложен способ самомелиорации солонцов. Система гидротехнических и химических мероприятий по мелиорации почв содового засоления путем их промывки слабым раствором серной кислоты была разработана Г.П. Петросяном и другими сотрудниками Армянского института почвоведения, агрохимии и мелиорации почв в 1969 г.
Рисунок 1.5 – Профессор КОВДА Виктор Абрамович (1904 – 1992)
Ковда В.А. – почвовед-генетик, мелиоратор, биогеохимик. Членкорреспондент АН СССР. Установил общие закономерности формирования засоленных почв в основных природных зонах страны и мира. Раскрыл значение содового засоления. Внедрил дренаж на орошаемых массивах страны, подверженных вторичному засолению. Автор «Международного руководства по изучению почв в связи с их мелиорацией» и фундаментальных монографий «Происхождение и режим засоленных почв», «Мелиорация солонцов» и ряда других. Первый лауреат Государственной премии за работы в области почвоведения.
Система агрономических, агро- и фитомелиоративных мероприятий по мелиорации почв солонцового комплекса, обеспечивающая возможность устойчивого земледелия в условиях полупустынной зоны, предложенная А.А. Роде (рисунок 1.7) и В.Н. Сукачевым. Комбинированный способ осушения тяжелых заболоченных почв субтропической зоны, основанный на сочетании закрытого дренажа и квали, предложенный Р.И. Паписовым в 1973 г.
Рисунок 1.6 – ШРАГ Владимир Ильич (1890 – 1964)
Шраг В.И. – почвовед-мелиоратор. Обосновал необходимость, разработал методологию и внедрил в практику почвенно-мелиоративные изыскания для обоснования проектов осушения заболоченных и болотных почв. Автор первого «Руководства по производству почвенно-мелиоративных и культуртехнических изысканий для составления проектных заданий на осушение». Создал зональную классификацию пойменных почв, автор актуальной монографии «Пойменные почвы, их мелиорация и сельскохозяйственное использование».
Рисунок 1.7 – Профессор РОДЕ Алексей Андреевич (1896 – 1978)
Роде А.А. – почвовед-генетик, химик и гидролог. Автор монографий о процессе подзолообразования и эволюции почв, учебника «Почвоведение» для лесохозяйственных вузов. Его перу принадлежит фундаментальная работа «Почвенная влага», удостоенная Государственной премии. Теоретически обосновал возможность и реализовал агрофитомелиорацию почв солонцового комплекса в полупустынной зоне на территории Джаныбекского стационара.
Следует, однако, подчеркнуть, что, несмотря на длительную историю развития, мелиорация почв в России все еще находится на начальном этапе становления. Так, по данным МКИД (Международного комитета по ирригации и дренажу), в США, Германии, Голландии – странах, успешно решивших свои продовольственные проблемы, – в настоящее время мелиорировано соответственно 60 %, 50 % и 85 % сельскохозяйственных земель. В Российской Федерации на 2003 г., по данным Министерства сельского хозяйства, из общей площади сельскохозяйственных угодий мелиорировано 11,1 млн. га (орошение – 6,1, осушение – 5 млн. га), или 5,3 % общего массива сельскохозяйственных угодий. На нем производится, однако, 15 % всей продукции растениеводства, в том числе весь рис, 75 % овощей, четверть грубых кормов и др.
1.2 Виды мелиорации почв
Рисунок 1.8 – Основные виды мелиорации почв, их задачи и состав (Ф.Р. Зайдельман, 2003)
Под агрономическими мелиорациями (агромелиорациями) следует понимать комплекс мероприятий, направленных на изменение (улучшение) рельефа и физических свойств почв. Это может быть решено путем планировки поверхности, профилирования, грядования, гребневания и другими методами. Агромелиоративные мероприятия обеспечивают оптимизацию и ускорение поверхностного стока, улучшают распределение влаги на поверхности орошаемого поля. К агромелиоративным мероприятиям следует отнести и приемы изменения физических свойств подпахотных горизонтов с помощью глубокого рыхления.
При фитомелиорациях используют возможность улучшения свойств почв и их режимов путем применения адаптированной к конкретным условиям травянистой и древесной растительности. К фитомелиорациям относят залесение песков, создание лесных полос, использование транспирирующей способности деревьев для понижения уровня грунтовых вод, закрепление склонов, откосов, посевами многолетних трав Биологические особенности ряда растений могут быть использованы для рассоления поверхностных слоев профиля. Некоторые растения улучшают структуру почвы, способствуют борьбе с их солонцеватостью.
Химические мелиорации направлены на изменение неблагоприятных химических и физических свойств почв и оросительных вод. Химические мелиорации включают внесение крупных доз извести при глубоком мелиоративном рыхлении на всю глубину обработки, а также гипса при борьбе с солонцеватостью или при профилактике этого явления в процессе промывок засоленных почв от избытка водорастворимых солей. Химические мелиорации могут быть связаны с необходимостью изменения свойств оросительных вод, например, внесение кальция (обычно – гипса) в поливные воды, обогащенные бикарбонатом натрия, или разбавленной серной кислоты. К химическим мелиорациям следует отнести мероприятия по кислованию почв содового засоления, усилению окислительной способности оросительных вод путем их предварительного насыщения кислородом и др.
Культуртехнические мелиорации состоят в проведении комплекса мелиоративных мероприятий по коренному улучшению земель, который заключается в расчистке мелиорируемых земель от древесной и травянистой растительности, кочек, пней и мха, расчистке мелиорируемых земель от камней и иных предметов, мелиоративной обработке солонцов, рыхлении, песковании, глиновании, землевании, плантаже и первичной обработке почвы, проведении иных культуртехнических работ.
Гидротехнические мелиорации состоят в проведении комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих коренное улучшение заболоченных, излишне увлажненных, засушливых, эродированных, смытых и других земель, состояние которых зависит от воздействия воды. Гидромелиорация земель направлена на регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорируемых землях посредством осуществления мер по подъему, подаче, распределению и отводу вод с помощью мелиоративных систем, а также отдельно расположенных гидротехнических сооружений. К этому типу мелиорации земель относятся оросительная, осушительная, противопаводковая, противоселевая, противоэрозионная, противооползневая и другие виды гидромелиорации земель.
Тепловые мелиорации направлены на изменение теплового режима почв с помощью мероприятий по трансформации гранулометрического состава поверхностных горизонтов (например, внесение мелких камней в пахотные слои северных почв с целью уменьшения их теплоемкости и повышения температуры, систематического снегозадержания, мульчирования поверхности и др.).
Различия между отдельными видами мелиорации носят несколько условный характер, однако принятое деление позволяет более четко ориентироваться в сложной системе современных мероприятий, направленных на улучшение свойств и режима почв.
Согласно статье 5 Федерального закона «О мелиорации земель» в зависимости от характера мелиоративных мероприятий различают следующие типы мелиорации земель: гидромелиорация, агролесомелиорация, культуртехническая мелиорация и химическая мелиорация.
Контрольные вопросы
1 Понятие мелиорации почв.
2 История возникновения и развития мелиорации до X века.
3 История возникновения и развития мелиорации в XII- XVII вв.
4 История возникновения и развития мелиорации в России: работы В.В. Докучаева.
5 История возникновения и развития мелиорации в России: работы Б.Б. Полыновым и А.Н. Костякова.
6 История возникновения и развития мелиорации в России: работы Л.П. Розова.
7 История возникновения и развития мелиорации в России: работы В.А. Ковды.
8 История возникновения и развития мелиорации в России: работы В.И. Шрага.
9 История возникновения и развития мелиорации в России: работы А.А. Роде.
10 История возникновения и развития мелиорации в России: работы Ф.Р. Зайдельмана.
11 Виды мелиорации почв.
Главной задачей мелиоративных мероприятий является максимально быстро улучшить почву для посева сельскохозяйственных культур и получения высококачественных урожаев.
На данной территории несколько проблем:
- 1. Проблемма высокой эродированности
- 2. Проблемма засоленности почв.
- 3. Высокое иссушение почв.
С высокой эродированностью будем бороться с помощью агролесомелиорации. (Насаждение полезащитных лесополос, для прекращения роста оврагов). Так же
План работ по агролесомелиорации:
Необходимо выделить эрозионные зоны; приводораздельную, присетевую и гидрографическую.
Вычислить площади эрозионных зон в гектарах, определить их процентное соотношение.
Провести распределение общей площади хозяйства по видам угодий с учетом противоэрозионной организации территории. Выделить поля основного севооборота, противоэрозионного севооборота, пастбища, луга, лесной фонд и другие земельные угодья.
На плане землепользования, согласно эрозионным зонам нанести схемы лесополос.
Таблица 4. Породы деревьев и кустарников
После выбора пород деревьев и кустарников необходимо выбрать конструкции лесополос.
Таблица 5. Конструкции лесополос
|
Виды № схемы защитно-лесных насаждений |
Конструкция, тип смешения. |
Ширина полог, М число рядов. |
Расстояние М (междурядий, густота) шт. на га. |
Схемы смешения |
|
1 группа лесные полезащитные насаждения |
||||
|
Полезащитные насаждения |
Ажурная древесно-кустар. растительность |
|
Я-Ам-Ак-Ам-Т |
|
|
2 группа противоэрозионные лесные насаждения |
||||
|
Приовражные насаждения |
Ажурная кустарниково-древесная раст. |
|
В-См-Гр-См-Ак Т-Ак-Ам-Ак-Я |
Мелиоративные мероприятия по устранению засоления в почве
Для устранения засоленности почвы необходимо провести комплексные исследования по определению состава солей, находящихся в почвенном профиле.
План работ:
По данным водной вытяжки определить тип засоления.
Определение промывной нормы по сумме токсичных солей.
Химический состав водной вытяжки чернозема-солонцевато-солончакового представлен в таблице 6.
Таблица 6. Химический состав водной вытяжки
|
Глубина, см |
Сухой остаток, % |
Анионы, ммоль/100 г |
Катионы, ммоль/100 г |
|||||
Исходя из таблицы 6. Можно определить тип засоления.
Для определения типа засоления необходимо получить сумму анионов и катионов. По сумме вычислить процентное отношение анионов и катионов.
Расчеты типа засоления
Для слоя 0-30см
Необходимо перевести ммоль в граммы
HCO3- = 0,66*0,061 = 0,04026г
Cl = 0,035*0,16 = 0,0056 г
SO42- = 0,048*0,05 = 0,0024 г
У = 0,04026+0,0056+0,0024=0,04826г
HCO3 = 0,04026*100/0,04826 = 83,4%
Cl = 0,0,0056*100/0,04826 = 11,6%
SO42- = 0,0024*100/0,04826 4,9%
Cl/ SO42- = 11,6/4,9 = 2,36 (Преимущественно хлоридно-содовый тип засоления)
Для слоя 30-70 см
HCO3- = 0,16*0,061 = 0,00976 г
Cl = 0,035*0,36 = 0,0126 г
SO42- = 0,048*0,26 = 0,0125 г
У = 0,00976+0,0126+0,124=0,03486 г
Определяем процентное содержание анионов в слое
HCO3 = 0,00976*100/0,03486 28,7%
Cl = 0,0126*100/0,03486 = 36,1%
SO42- = 0,0125*100/0,03486 = 35,8%
Cl/ HCO3 = 36,1/35,8 = 1,008 (Сульфатно-Хлоридный тип засоления)
Для слоя 70-120 см
HCO3- = 0,73*0,061 = 0,0445 г
Cl = 0,035*3,21 = 0,112 г
SO42- = 0,048*2,47 = 0,118 г
У = 0,0445+0,112+0,118 = 0,2745 г
Определяем процентное содержание анионов в слое
HCO3 = 0,0445*100/0,2745 = 16,21%
Cl = 0,112*100,2745 = 40,8%
SO42- = 0,118*100/0,2745 = 43,02%
Cl/ SO42- = 40,8/43,02 = 0,9 (Хлоридно-сульфатный тип засоления)
Для слоя 120-140 см
HCO3- = 0,30*0,061 = 0,0183 г
Cl = 0,035*8,74 = 0,3059 г
SO42- = 0,048*17,07 = 0,8196 г
У = 0,0183+0,3059+0,8196=1,1438 г
HCO3- = 0,0183*100/1,1438 = 1,5%
Cl = 0,3059*100/1,1438 = 26,74%
SO42- = 0,8196*100/1,1438 = 71,6%
Cl/ SO42- = 26,74/71,6 = 0,37 (Хлоридно-сульфатный тип засоления)
Как видно из расчетов, в профиле светло-каштановой слабосолонцеватой почвы преобладает хлоридный и сульфатно-хлоридный тип засоления, особенно преобладают анионы хлора в нижних горизонтах ВС и С (70-140 см)
Для того чтобы избавиться от солей в почвенном профиле необходимо его полное промачивание до грунтовых вод, поэтому необходимо рассчитать поливную норму.
Для слоя 0-30 см
Са2+(остаточный) = 0,66 - 0,42 = 0,24 ммоль/100 г
SO42-(токсичный) = 0,05-0,24 = -0,19(нет)
%==[ 0,29*0,023+0,16*0,012+0,035*0,16-0,048*0,19] = 0,00507% (очень слабая)
Для слоя 30-70 см
Са2+(остаточный) = 0,30-0,16=0,14 ммоль/100 г
SO42-(токсичный) = 0,26 - 0,14 = 0,12
%== = 0,051% (очень слабая)
Для слоя 70-120 см
Са2+(остаточный) = 1,2-0,73=0,47 ммоль/100 г
SO42-(токсичный) = 2,47-0,47=2,0 ммоль/100 г
%== = 0,32% (слабая)
Для слоя 120-140 см
Са2+(остаточный) = 12,38-0,30=12,08 ммоль/100 г
SO42-(токсичный) = 17,07-12,08=4,99 ммоль/100 г
%== = 0,80% (средняя)
Как показывают расчеты, степень засоления почвенного профиля слабая. Обычное снегозадержание могло исправить бы данную проблему, но все мероприятия по сохранению влаги необходимо проводить в комплексе, т.е необходимы также агротехнические мероприятия такие как:
Безотвальная вспашка
Глубокое боронование
Мульчирование поверхности растительными остатками, преимущественно зерновыми.
Внесение органических удобрений (небольшие дозы, 20-40 т/га), т.к увеличится ёмкость поглощения, при этом постепенно увеличиться запас влаги в пахотном слое.
Различные виды поливов будут оказывать непосредственное влияние на почвенный профиль. Необходимо использовать воду для полива только с наименьшей степенью минерализации, т.к почва может подвергнуться вторичному засолению, что гораздо хуже нежели нынешняя форма.
В нашей стране почвы с повышенной кислотностью (рН ниже 5,5) занимают большие площади - более 60 млн. га, в том числе около 50 млн.- га приходится на пашню. Большая часть кислых почв находится в зоне дерново-подзолистых почв. Кроме того, кислой реакцией характеризуются красноземы, серые лесные, многие торфяно-болотные почвы и частично выщелоченные черноземы. Известкование - важнейшее условие интенсификации сельскохозяйственного производства на кислых почвах, повышения их плодородия и эффективности минеральных удобрений.
Отношение различных растений к реакции почвы и известкованию Для каждого вида растений существует определенная наиболее благоприятная для его роста и развития величина реакции среды. Большинство сельскохозяйственных культур и полезных почвенных микроорганизмов лучше развивается при реакции, близкой к нейтральной (рН 6-7).
По отношению к реакции среды и отзывчивости на известкование сельскохозяйственные культуры можно подразделить на следующие группы.
1. Не переносят кислой реакции люцерна, эспарцет, сахарная, столовая и кормовая свекла, конопля, капуста - для них оптимум рН лежит в узком интервале от 7 до 7,5. Они сильно отзываются на внесение извести даже па слабо кислых почвах.
2. Чувствительны к повышенной кислотности пшеница, ячмень, кукуруза, подсолнечник, все бобовые культуры, за исключением люпинов и сераделлы, огурцы, лук, салат. Они лучше растут при слабокислой или нейтральной реакции (рН 6-7) и хорошо отзываются на известкование не только сильно- но и среднекислых почв.
3. Менее чувствительны к повышенной кислотности рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, редис, морковь, томаты. Они могут удовлетворительно расти в широком интервале рН при кислой и слабощелочной реакции (от рН 4,5 до 7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5-6). Эти культуры положительно реагируют на известкование сильно- и среднекислых почв полными дозами, что объясняется не только снижением кислотности, но и усилением мобилизации питательных веществ и улучшением питания растений азотом и зольными элементами.
4. Нуждаются в известковании только на средне- и сильнокислых почвах лен и картофель. Картофель мало чувствителен к кислотности, а для льна лучше слабокислая реакция (рН 5,5-6,5). Высокие нормы СаСО 3 , особенно при ограниченных нормах удобрений, оказывают отрицательное действие на качество урожая этих культур, картофель сильно поражается паршой, снижается содержание крахмала в клубнях, а лен заболевает бактериозом, ухудшается качество волокна. Отрицательное влияние известкования объясняется не столько нейтрализацией кислотности, сколько уменьшением усвояемых соединений бора в почве и избыточной концентрацией ионов кальция в растворе, из-за чего затрудняется поступление в растение других катионов, в частности магния и калия.
В севооборотах с большим удельным весом картофеля и льна при использовании высоких норм удобрений, особенно калийных, известкование можно проводить полными нормами, при этом лучше вносить известковые удобрения, содержащие магний, сланцевую золу или металлургические шлаки, а при использовании СаСО 3 вносить одновременно борные удобрения. В этом случае не наблюдается отрицательного действия" известкования на лен и картофель, и в то же время повышается урожай клевера, озимой пшеницы и других культур, чувствительных к кислотности.
5. Хорошо переносят кислую реакцию и чувствительны к избытку водорастворимого кальция в почве люпин, сераделла и чайный куст, поэтому при известковании повышенными дозами они снижают урожай. При возделывании люпина и сераделлы на зеленое удобрение рекомендуется вносить известь не перед посевом, а при запашке этих культур в почву.
Таким образом, на большинство сельскохозяйственных культур повышенная кислотность почвы оказывает отрицательное действие и они положительно отзываются на известкование. Неблагоприятное влияние кислой реакции на растения весьма многосторонне, прямое вредное действие повышенной концентрации ионов водорода сочетается с косвенным влиянием ряда сопутствующих кислой реакции факторов. При повышенной кислотности почвенного раствора ухудшаются рост и ветвление корней, проницаемость клеток корня, поэтому ухудшается использование растениями воды и питательных веществ почвы и внесенных удобрений. При кислой реакции нарушается обмен веществ в растениях, ослабляется синтез белков, подавляются процессы превращения простых углеводов (моносахаров) в другие более сложные органические соединения. Особенно чувствительны растения к повышенной кислотности почвы в первый период роста, сразу после прорастания.
Помимо непосредственного отрицательного действия, повышенная кислотность почвы оказывает на растение многостороннее косвенное действие.
Кислые почвы имеют неблагоприятные биологические, физические и химические свойства. Коллоидная часть кислых почв бедна кальцием и другими основаниями. Вследствие вытеснения кальция ионами водорода из почвенного перегноя повышаются его дисперсность и подвижность, а насыщение водородом минеральных коллоидных частиц приводит к постепенному их разрушению. Этим объясняется малое содержание в кислых почвах коллоидной фракции, они имеют поэтому неблагоприятные физические и физико-химические свойства, плохую структуру, низкую емкость поглощения и слабую буферность.
Отрицательное действие повышенной кислотности в значительной степени связано с увеличением подвижности алюминия и марганца в почве. При кислой реакции растворимость соединений алюминия и марганца увеличивается, а повышенное содержание их в растворе оказывает вредное действие на растения.
Особенно чувствительны к повышенному содержанию подвижного алюминия клевер, люцерна, озимая пшеница и рожь (при перезимовке), свекла, лен, горох, гречиха, ячмень. Эти культуры страдают при содержании его в почве свыше 2-3 мг на 100 г. При высоком содержании в кислых почвах подвижного алюминия и железа происходит связывание ими усвояемых форм фосфора с образованием нерастворимых и малодоступных растениям фосфатов полуторных окислов, в результате чего ухудшается питание растений фосфором.
В кислых почвах уменьшается подвижность молибдена, он переходит в труднорастворимые формы, и его может не хватать для нормального роста растений, особенно бобовых. В кислых, особенно песчаных и супесчаных почвах, мало усвояемых соединений кальция и магния; кроме того, при кислой реакции затрудняется их поступление в растение, поэтому ухудшается питание и этими важными элементами.
Влияние извести на свойства и питательный режим почвы
При внесении извести нейтрализуются свободные органические и минеральные кислоты в почвенном растворе, а также ионы водорода в почвенном поглощающем комплексе, т. е. устраняется актуальная и обменная -кислотность, значительно снижается гидролитическая кислотность, повышается насыщенность почвы основаниями. Устраняя кислотность, известкование оказывает многостороннее положительное действие на свойства почвы, ее плодородие.
Замена поглощенного водорода кальцием сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов, в результате чего уменьшаются их разрушение и вымывание, улучшаются физические свойства почвы - структурность, водопроницаемость, аэрация.
При внесении извести снижается содержание в почве подвижных соединений алюминия -и марганца, они переходят в неактивное состояние, поэтому устраняется вредное действие их на растения.
В результате снижения кислотности и улучшения физических свойств почвы под влиянием известкования усиливается жизнедеятельность микроорганизмов и мобилизация ими азота, фосфора и других питательных веществ из почвенного органического вещества. В известкованных почвах интенсивнее протекают процессы аммонификации и нитрификации, лучше развиваются азотфиксирующие бактерии (клубеньковые и свободноживущие), обогащающие почву азотом за счет азота воздуха, в результате чего улучшается азотное питание растений.
Известкование способствует переводу труднодоступных растениям фосфатов алюминия и железа в более доступные фосфаты кальция и магния. При известковании калий труднорастворимых минералов интенсивнее переходит в более подвижные соединения, а поглощенный почвой калий вытесняется в раствор, но усвоение его растениями вследствие антагонизма между катионами К + и Са 2+ не увеличивается. Известкование влияет на подвижность в почве и доступность для растений микроэлементов. Соединения молибдена после внесения извести переходят в более усвояемые формы, улучшается питание растений этим элементом. Подвижность соединений бора и марганца при известковании, наоборот, уменьшается, и растения могут испытывать недостаток в них. Поэтому на известкованных почвах эффективно внесение борных удобрений, особенно под культуры, требовательные к бору,- сахарную и кормовую свеклу, клевер, люцерну, гречиху, лук и др. При внесении извести почва обогащается кальцием, а при использовании доломитовой муки - и магнием; потребность растений в этих элементах обеспечивается полностью. Улучшение питания растений азотом и зольными элементами связано также с тем, что на известкованных почвах растения развивают более мощную корневую систему, способную больше усваивать питательных веществ из почвы.
Определение нуждаемости почв в известковании и нормы извести
Эффективность известкования зависит от кислотности почв: чем выше кислотность, тем острее потребность в известковании и больше прибавки урожая. Поэтому прежде чем вносить известь на то или иное поле, необходимо определить степень кислотности почвы и нуждаемость ее в известковании, установить норму извести в соответствии с особенностями почвы и возделываемых растений.
Необходимость известкования почвы ориентировочно можно определить по некоторым внешним признакам. Кислые сильноподзолистые почвы обычно имеют белесый оттенок, ярко выраженный подзолистый горизонт, достигающий 10 см и более. На повышенную кислотность почвы и нуждаемость ее в известковании указывают также плохой рост и сильное выпадение клевера, люцерны, озимой пшеницы при перезимовке, обильное развитие устойчивых к кислотности сорняков: щавелька, пикульника, торицы полевой, лютика ползучего, белоуса, щучки.
Потребность почвы в известковании с достаточной для практических целей точностью может быть определена по обменной кислотности (рН солевой вытяжки). При значении рН солевой вытяжки 4,5 и ниже потребность в известковании сильная, 4,6-5 - средняя, 5,1-5,5 - слабая и при рН больше 5,5 - отсутствует. Величина кислотности почвы - важный, но не единственный показатель, характеризующий потребность почв в известковании. Важно учитывать также степень насыщенности почвы основаниями (У) и ее механический состав. С учетом этих трех показателей степень нуждаемости почв в известковании может быть установлена значительно точнее (табл. 1).
|
1. Оценка степени нуждаемости в известковании в зависимости от свойств почвы (по М. Ф. Корнилову) Нуждаемость почв в известковании |
||||||||
|
Механический состав почв |
Нуждаемость почв в известковании |
|||||||
|
отсутствует |
||||||||
|
V % |
V % |
V % более |
||||||
|
Тяжело- и средне суглинистые | ||||||||
|
Легкосуглинистые | ||||||||
|
Супесчаные и песчаные | ||||||||
|
Заболоченные торфянистые и тор | ||||||||
При проведении известкования, кроме свойств почвы, необходимо учитывать также особенности возделываемых культур в севообороте.
Для полевых севооборотов с небольшим удельным весом льна и картофеля, а также культур, чувствительных к кислотности (овощных, кормовых и др.), очередность известкования совпадает с группировкой почв по степени нуждаемости в нем, указанной в таблице 21. Сильнонуждающиеся почвы известкуют в первую очередь, средненуждающиеся - во вторую и слабонуждающиеся - в третью очередь. В севооборотах с большим удельным весом льна и картофеля слабонуждающиеся почвы не известкуют, а в севооборотах с чувствительными к кислотности культурами в первую очередь необходимо известковать не только почвы сильно -, но и средненуждающиеся.
Нормы извести зависят от степени кислотности почв, их механического состава и особенностей возделываемых культур.
Количество извести, необходимое для уменьшения повышенной кислотности пахотного слоя почвы до слабокислой реакции (до значения рН солевой вытяжки 5,6-5,8), благоприятной для большинства культур и полезных микроорганизмов, называется полной нормой.
Ориентировочные нормы извести можно определить по величине рН солевой вытяжки. В зависимости от этих показателей ВИУА рекомендует вносить в дерново-подзолистые почвы, содержащие не более 3% органического вещества, следующие нормы извести (табл. 2).
Более точно установить полную норму извести можно по величине гидролитической кислотности. При расчете нормы извести (в т Са СО 3 на 1 га) величину гидролитической кислотности в мэкв на 100 г почвы (Нг) умножают на коэффициент 1,5. Например, гидролитическая кислотность почвы равна 4 мэкв на 100 г почвы. Норма Са СО 3 будет 4-1,5,6 т на 1 га. Норма конкретных известковых удобрений (Н) вычисляется с учетом содержания в них суммы нейтрализующих кислотность веществ (в расчете на чистый Са СО 3) и количества крупных частиц (более 1 мм) по следующей формуле: Н=(Норма (Са СО 3 , (т на 1 га) по кислотности почвы*100*100) / % Са СО 3 , в удобрений"(100-% частиц более 1 VM)
Устанавливая норму извести для конкретных условий, необходимо учитывать механический состав почвы и особенности культур севооборота. На тяжелых почвах и под культуры, очень чувствительные к повышенной кислотности (свекла, кукуруза, клевер, люцерна, капуста и др.), лучше вносить полную норму извести, рассчитанную по гидролитической кислотности. На более легких малобуферных почвах и для культур, не чувствительных к кислотности (картофеля, люпина и др.), норму извести необходимо уменьшить на 1/3 – 1/2.
Для лучшей организации известкования зональные агрохимические лаборатории на основе агрохимического обследования почв составляют и передают хозяйствам картограммы кислотности почвы, на которых выделяются участки с разной степенью кислотности и нуждаемости в известковании (см. рис. 4). Периодически (через 5 лет) агрохимические анализы повторяют для уточнения ранее составленных картограмм. В настоящее время ЦИНАО разработан программный комплекс «Искра» по составлению с помощью ЭВМ проектно-сметной документации на известкование, в которой определяются площади почв, подлежащие известкованию по годам, необходимые нормы извести и общая потребность в известковых удобрениях, транспортных средствах и машинах для их внесения, затраты на известкование и их окупаемость в хозяйстве.
Работы по химической мелиорации почв в колхозах и совхозах осуществляются за счет бюджетных государственных средств либо подразделениями Сельхозхимии, либо силами самих хозяйств.
Разработка проектно-сметной документации по известкованию кислых почв проводится проектно-изыскатель-скими станциями химизации.
Известковые удобрения
Известковые удобрения получают размолом или обжигом твердых известковых пород (известняка, доломита, мела) или используют для известкования мягкие известковые породы и различные отходы промышленности, богатые известью.
Известняковая мука - основное промышленное известковое удобрение; получается при размоле или дроблении известняков. Они состоят в основном из карбоната кальция - Са СО 3 , но чаще всего доломитизированы, т. е. содержат также Mg СО 3 , (до 10-15% в расчете на MgO). Чем выше содержание в породе Mg СО 3 , тем она тверже и прочнее. При большом содержании Mg СО 3 , (18-20% в расчете на MgO) порода называется доломитом, при ее размоле получается доломитовая мука. Известковые материалы, содержащие магний, для многих сельскохозяйственных культур (свекла, картофель, лен, клевер, люцерна, гречиха, морковь, лук и др.) более эффективны, чем известковые удобрения, не содержащие магния, особенно на бедных магнием песчаных и супесчаных почвах. При внесении их в почву устраняется или уменьшается отрицательное действие известкования полными нормами на картофель и лен.
Качество известковых удобрений оценивается по количеству соединений, нейтрализующих кислотность почвы, и по тонине помола. Промышленные известковые удобрения должны содержать не менее 85% Са СО 3 , и MgСО 3 . Чем тоньше помол известняковой и доломитовой муки, тем скорее и полнее она растворяется, быстрее нейтрализует кислотность почвы и тем выше ее эффективность. Наиболее эффективна известняковая мука с тониной размола менее 0,25 мм. При высоком содержании грубых частиц (крупнее 1-3 мм) эффективность ее резко снижается. Согласно государственному стандарту, известняковая мука I класса должна содержать не более 5% частиц крупнее 1 мм и 70% -диаметром менее 0,25 мм, влажность ее не должна превышать 1,5%, а количество примесей не более 15%.
Жженая и гашеная известь.
При обжиге известняков СаСО 3 превращается в СаО (Са СО 3 =СаО+ СО 2 ,), получается жженая (комовая) известь. При взаимодействии ее с водой образуется гидроокись кальция [СаО +Н 2 О=Са(ОН) 2 2 равна 1,35 т Са СО 3 . Пушонка - быстродействующее известковое удобрение. Эффективность ее в первый год после внесения может быть выше, чем Са СО 3 , но с годами их действие выравнивается.
Большое значение для известкования кислых почв имеют рыхлые известковые породы, не требующие размола: известковые туфы, или ключевая известь, гажа, или озерная известь, мергель, торфотуфы, природная доломитовая мука.
В качестве известковых удобрений могут использоваться также различные отходы промышленности: сланцевая зола, доменные и мартеновские шлаки, дефекат (дефекационная грязь) и др.
Сроки и способы внесения извести
Известь обладает длительным действием. Установлено, что полная норма извести может оказывать положительное влияние на урожай сельскохозяйственных культур в течение двух ротаций 7-8-польного севооборота, половинная норма - не более одной ротации (6-7 лет). С течением времени после внесения извести вновь происходит постепенное увеличение кислотности почвы (особенно быстро на малобуферных почвах и при систематическом применении физиологически кислых удобрений в высоких дозах) и возникает потребность в повторном известковании. Периодичность и эффективность повторного внесения извести зависят от ее нормы при первичном известковании и обеспеченности хозяйства минеральными удобрениями. При известковании половинными нормами и интенсивном применении минеральных удобрений периодичность известкования учащается, а эффективность повторного внесения извести достаточно высокая. Необходимость повторного известкования устанавливают на основе данных агрохимического анализа почвы (определения степени ее кислотности) и расчета баланса кальция по результатам лизиметрических опытов.
Эффективность известкования в большой степени зависит от равномерного внесения извести в почву и тщательного перемешивания ее с почвой. Известь должна быть хорошо измельчена и перед заделкой равномерно рассеяна по поверхности почвы, что лучше всего достигается с помощью известковых сеялок и разбрасывателей. Пылевидные известковые удобрения - известняковая мука, сланцевая зола, цементная пыль и пылевидные отходы металлургической промышленности вносятся цементовозами или другими машинами этого типа. Необходимо применять такой способ заделки извести, при котором обеспечивается хорошее перемешивание ее со всем пахотным слоем почвы,- под плуг с осени под зяблевую вспашку или весной под перепашку зяби, лучше всего вместе с органическими удобрениями - навозом, торфом, компостами. При использовании фосфоритной муки ее лучше вносить под вспашку зяби, а известь - под перепашку или культивацию. С организационно-хозяйственной точки зрения наиболее удобно проведение известкования в парующих полях. В севооборотах с клевером объектом первоочередного известкования является покровная культура. В пропашных севооборотах известь в первую очередь необходимо вносить под кукурузу и корнеплоды, а в овощных - под капусту и свеклу или под их предшественники.
На естественных сенокосах и пастбищах известь вносят поверхностно. Известкование кислых почв резко повышает продуктивность кормовых угодий, при этом не только возрастает урожай, но и улучшаются состав травостоя, кормовые достоинства сена и пастбищного корма. Известкование является одним из основных мероприятий при залужении и создании культурных пастбищ на кислых почвах. Известь вносят под вспашку при проведении культуртехнических работ, можно вносить ее под культивацию.
Эффективность известкования
Под влиянием известкования возрастает использование растениями питательных веществ почвы и удобрений и значительно повышается урожайность сельскохозяйственных культур. На основании многочисленных опытов установлено, что этот прием на средне- и сильнокислых дерновоподзолистых почвах увеличивает урожайность озимой пшеницы на 3-7 ц, ржи, яровой пшеницы, ячменя на 2-5, клеверного сена на 8-15 и больше, сахарной, кормовой свеклы и капусты на 40-100, кукурузы (зеленая масса) на 30-70, картофеля на 10-20 ц на 1 га. При известковании сильнокислых почв урожайность повышается в большей степени, чем средне- и слабокислых, и прибавки урожая возрастают с повышением нормы извести.
Известь медленно растворяется и взаимодействует с почвой, действие ее проявляется постепенно, поэтому эффект от известкования достигает максимума на второй-третий год.
При внесении полной дозы положительное действие извести на урожай проявляется в течение 8-10 лет. За это время каждая тонна извести дает общую прибавку урожайности всех выращиваемых культур, равную в пересчете на зерно 12-15 ц на 1 га.
Известкование является основным условием эффективного применения удобрений на кислых почвах. Эффективность минеральных и органических удобрений на известкованных почвах значительно возрастает. Положительное действие наблюдается от совместного внесения извести и навоза. Опыты показывают, что на кислых подзолистых почвах сочетание известкования с внесением умеренных норм навоза в большинстве случаев дает такую же или более высокую прибавку урожайности сельскохозяйственных культур, как и двойная норма навоза нанеизвесткованной почве.
Эффективность минеральных удобрений на сильно - и среднекислых почвах при их известковании повышается на 35-50%, а слабокислых - на 15-20%. Прибавки урожая от совместного применения извести и минеральных удобрений обычно выше, чем сумма прибавок от раздельного их внесения.
Известкование кислых почв не только повышает урожай и эффективность удобрений, но и обеспечивает получение значительного экономического эффекта.
Экономическая эффективность известкования определяется величиной затрат на его проведение и стоимостью дополнительной продукции, получаемой от извести за все время ее действия.
Затраты на применение известковых удобрений зависят от используемых материалов, нормы извести, вида и дальности перевозок, технологии хранения и внесения. Расходы па применение 1 т Са СО 3 при перевозке до 500 км по железной дороге и до 25 км автотранспортом в среднем составляют от 8,5 руб. для стандартной известняковой муки до 10-36 руб. для нестандартных удобрений. В структуре издержек на известкование наибольшая доля затрат приходится на транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы и внесение удобрений. Прибавки урожайности от известкования и экономическая эффективность этого приема могут широко колебаться в зависимости от степени кислотности почв, норм извести и состава культур севооборота. Наибольшие чистый доход от известкования кислых почв и окупаемость затрат обеспечиваются в севооборотах с наличием культур, сильно отзывающихся на известкование. Результаты многих полевых опытов показывают, что на сильно- и средне-кислых почвах затраты на известкование окупаются стоимостью дополнительного урожая зерновых за 1-2 года, кормовых культур - менее чем за год, а картофеля и овощей - в трех-пятикратном размере в течение года. На слабокислых почвах время окупаемости затрат возрастает в 1,5 раза.
"Мелиорация, рекультивация и охрана земель" - область науки и техники, занимающаяся целенаправленным улучшением (мелиорацией), восстановлением (рекультивацией), охраной земель различного назначения, борьбой с загрязнением, с природными стихиями - наводнениями, подтоплением земель, их размывом, эрозией, оползнями, селями, суховеями - для повышения потребительской стоимости (полезности) земель. Цели исследований - совершенствование методов, способов и технологии, повышение качества и надежности проектирования, строительства и эксплуатации инженерно-мелиоративных и инженерно-экологических систем, обоснование новых приемов мелиорации, рекультивации и охраны земель. Объектами исследований являются: 1) земли сельскохозяйственные, лесного и водного фондов, населенных пунктов, промышленности, транспорта, связи; рекреационного, оздоровительного, историко-культурного, научного, оборонного назначения, находящиеся в различных формах пользования, владения или собственности и рассматриваемые как геосистемы различного ранга фс взаимообусловленным набором всех компонентов природы: почвы, включая антропогенные культуроземы и урбаноземы, грунты, поверхностные и подземные воды, воздушные массы тропосферы и животный мир; 2) природно-техногенные системы, включающие инженерно-мелиоративные, инженерно-экологические системы и мероприятия, повышающие полезность компонентов природы. Данная специальность является составной частью природообустройства - деятельности человека по повышению полезности природы и ее охраны в процессе природопользования. Значение научных и технических проблем данной специальности заключается в повышении уровня жизни и здоровья населения, в обеспечении устойчивого развития страны, в повышении эффективности различных видов природопользования: сельского, лесного, водного хозяйства, промышленности, в сохранении и повышении плодородия почв, охране и воспроизводстве водных ресурсов, растительного и животного мира.
Мелиорация земель -- коренное улучшение земель в результате осуществления комплекса мер. Среди различных видов мелиорации наиболее масштабными являются орошение и осушение.
Большую роль играют культуртехнические работы (борьба с кустарниками, кочками и др.), химические мелиорации (известкование и гипсование почв), агролесомелиорации, укрепление сыпучих песков, борьба с водной и ветровой эрозией и др.
Мелиорация земель способствует сохранению и повышению плодородия почвы, росту урожайности, устойчивости земледелия, смягчению воздействия колебаний иогодно-климатических условий на результаты производства. В 1966--1985 гг. площади орошаемых и осушенных земель в стране расширились примерно вдвое. Масштабы мелиорации возрастают, но главное внимание на нынешнем этапе уделяется повышению ее эффективности.
В последние годы в сфере мелиорации преобладало орошение и осушение. Другим видам мелиорации уделялось недостаточно внимания. Между тем в отличие от орошения и осушения другие, неводные виды мелиорации менее ресурсоемки и часто предпочтительнее в экологическом отношении; в предстоящие годы им будет уделено особое внимание. Большое значение придается также повышению экономической и экологической эффективности водной мелиорации: упор делается не на ввод новых орошаемых и осушенных земель, но прежде всего на реконструкцию введенных ранее систем, на повышение культуры земледелия на мелиорированных землях.
Важнейшую роль в повышении эффективности мелиорации земель играет рациональное использование воды.
Под мелиорацией понимается система технических мероприятий, направленных на коренное улучшение неблагоприятных природных условий используемых земель.
Различают три основные задачи мелиорации:
· улучшение земель, находящихся в неблагоприятных условиях водного режима, выражающихся либо в избытке влаги, либо в ее недостатке по сравнению с тем количеством, которое считается необходимым для эффективного хозяйственного использования территории;
· улучшение земель, обладающих неблагоприятными физическими и химическими свойствами почв (тяжелых глинистых и иловатых почв, засоленных, с повышенной кислотностью и пр.);
· улучшение земель, подверженных вредному механическому воздействию, т. е. водной и ветровой эрозии, выражающейся в образовании оврагов, оползней, развеивании почвы и пр.
В зависимости от конкретной задачи применяются и различные виды мелиорации.
Мелиорация, направленная на удаление с территории избыточной влаги, носит название осушительной. Она находит применение, кроме сельского хозяйства, в коммунальном, промышленном и дорожном строительстве, торфодобыче, при проведении оздоровительных мероприятий на заболоченных территориях и других видах освоения земель. Мелиорация, направленная на ликвидацию недостатка вод в почвогрунтах сельскохозяйственных полей, носит название орошения.
Мелиорация земель с неблагоприятными физическими свойствами почв направлена на усиление аэрации, увеличение скважности и водопроницаемости почв. Для этого вводятся правильные севообороты, применяется пескование иловатых почв и кpoтовый дренаж, способствующий увеличению воздухо- и водопроницаемости глубоких слоев почв. Мелиорация земель с неблагоприятными химическими свойствами почв заключается в удалении вредных солей путем промывки, уменьшения кислотности почв внесением извести, повышении питательных свойств почв удобрениями и введении правильных севооборотов с повышенным удель-ным весом трав,
Мелиорация земель, подверженных водной и ветровой эрозии, обычно включает мероприятия, направленные на уменьшение количества и скорости стекающих поверхностных вод, увеличение сопротивляемости почв размыву и развеиванию. Эти мероприятия базируются на применении широкого комплекса лесокультурных, агротехнических и гидротехнических средств.
В современных условиях на большинстве территорий, подверженных мелиоративным работам, как правило осуществляется не один из рассмотренных выше видов мелиорации, а несколько, в зависимости от сочетания природных и хозяйственных условий.
Так одновременно с орошением территории на ней создаются лесные полосы, на орошаемых полях вводятся севообороты, применяются удобрения, осуществляются промывки засоленных участков и пр. Все это, особенно при огромных масштабах мелиоративного строительства в нашей стране, делает мелиорацию одним из ведущих антропогенных факторов преобразования природы в целом и гидрологического режима в частности.
Из отмеченных выше различных видов мелиоративных работ очевидно, что многие из них вовсе не относятся к компетенции гидротехники. Среди них, например, лесомелиорации, агромелиорации и др. Поэтому в дальнейшем будут рассмотрены только те мелиоративные работы, которые принято объединять в группу так называемых водных мелиорации, это: орошение, осушение и борьба с водной эрозией
Водные мелиорации издревле волновали души людей. Оросительные каналы строили ещё древние египтяне, догадавшись таким способом повысить плодородие почв. Водные мелиорации (орошение и осушение) - один из основных путей повышения урожайности сельскохозяйственных угодий, занимающих на планете 10% площади суши. Шестая часть этих земель мелиорирована, и с них получают от 40 до 50% всех производимых сельскохозяйственных продуктов. Мелиорация земель является объективной необходимостью в деле преобразования природных комплексов, превращения болот и заболоченных земель в высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья, социального и экономического преобразования страны. Как важнейшее звено интенсификации сельскохозяйственного производства мелиорация призвана внести ощутимый вклад в решение Продовольственной программы.
Экологические аспекты неразрывно связаны с хозяйственной стороной проблемы и требуют всестороннего внимания и глубокого осмысления. В России и странах ближнего зарубежья площади, охваченные водными мелиорациями, постоянно увеличиваются. Это ведёт к значительному увеличению потребления водных ресурсов. При проведении водных мелиораций ежегодно расходуется до 200 км2 воды в зависимости от степени увлажнения. Кроме того, в рассматриваемых странах практически нет земель, которые бы не нуждались в тех или иных видах мелиорации для коренного улучшения их плодородия. Освоение новых сельскохозяйственных угодий под орошение часто сдерживается дефицитом водных ресурсов, поскольку этот вид мелиораций характерен в первую очередь для южных районов страны.
Площади орошаемых и осушаемых земель в России и странах ближнего зарубежья. Развивая орошение, необходимо в его основу заложить водосберегающую технологию полива, способствующую резкому увеличению эффективности этого вида мелиорации. Но до сих пор коэффициент полезного действия оросительной сети остаётся невысоким. Так, в оросительных системах Северного Кавказа только в межхозяйственных каналах потери воды составляют 30% от общего объёма её забора. Значительны потери воды на фильтрацию в магистральных земляных каналах оросительных систем Поволжья. Существенным резервом нормированного использования влаги является правильный выбор и рациональное применение различных способов полива сельскохозяйственных угодий. За два последних десятилетия в хозяйствах России до 75% возросли площади полива методом дождевания, что привело к снижению оросительных норм на 25-30%. В последние годы появились более прогрессивные способы полива: капельное и аэрозольное, обеспечивающее до 50% экономии воды. Так, оросительная норма озимой пшеницы при сочетании полива дождеванием с мелкодисперсным увлажнением в среднем за три года была на 30% ниже, чем при использовании только дождевания.
С развитием орошаемых земель увеличивается объем коллекторно-дренажных вод. Они образуются в результате периодических поливов, когда отмечается избыточный сток вод, а также при рассолении почв промывкой. В этих случаях повышается минерализация речных вод и они становятся непригодными для орошения земель. Такие воды, например, в Средней Азии отводят в специальные водоёмы (Арнасайские озёра, Сарыкамышская впадина). В большом объёме дренажные воды сбрасываются в Амударью. За последние 15 лет минерализация воды в Амударье в связи с этим увеличилась в два раза. Так, только с территории Таджикистана в реку и её притоки ежегодно направляют 3 км2 коллекторно-дренажных и сбросных вод с минерализацией 1-4 г/л. в результате вода Амударьи в нижнем течении стала непригодной для питьевого водоснабжения без предварительной очистки, так как минерализация её достигла 2-3 г/л. Для решения этой проблемы необходимо составлять схемы комплексного использования коллекторно-дренажного стока для различных народнохозяйственных целей (обводнение пастбищ, выращивание солеустойчивых и очищающих воду растений, водоснабжение на основе опреснения и т.п.). следует также существенно уменьшить расход воды при промывке засолённых земель, снизить оросительные нормы, повысить эффективность гидромелиорированных систем, организовать деминерализацию коллекторно-дренажных вод с одновременной очисткой их от вредных примесей.
Осушительные мелиорации являются одним из основных направлений развития водного хозяйства страны. Ими обеспечиваются высокие урожаи сельскохозяйственной продукции на землях, до этого малопригодных для такого использования. Осушение широко распространено на территориях, где имеются заболоченные и переувлажнённые земли, что в первую очередь характерно для Нечернозёмной зоны России, стран Балтии и Беларуси. Осушение низинных, переходных и верховых болот осуществляется с помощью открытых каналов и закрытого дренажа разных типов. Влияние осушительной мелиорации на окружающую среду всегда волновало широкую общественность. Острая полемика началась ещё во второй половине прошлого века, когда в военных целях экспедицией генерала Жилинского было предпринято осушение Полесья. Возражения Министерства путей сообщения сводились к тому, что осушение болот приведёт к обмелению Днепра и Припяти. Помещики черноземных губерний опасались сокращения атмосферных осадков и учащения засух на юге России. Интересно, что доводы, выдвигавшиеся против мелиорации сто лет назад, практически в той же формулировке выдвигаются и сейчас, несмотря на то, что к настоящему времени накоплен значительный научный и практический опыт. Широкомасштабные мелиорации ставят много проблем, одной из которых является получение высоких урожаев в сочетании с эффективными и экономичными решениями по сохранению природной среды.
В Нечерноземной зоне России и стран ближнего зарубежья имеются около 40 млн. га сельскохозяйственных переувлажнённых минеральных почв и 86 млн. га торфяных. Эти земли предназначены для проведения осушительных мероприятий. При их осуществлении необходимо учитывать двойственный характер функционирования современных мелиоративных систем, рассчитанных не только на осушение, но и увлажнение. Уменьшение объёмов стока в результате возрастания водопотребления при интенсивном луговодческом использовании осушенных болот (на естественных болотах по сравнению с мелиорируемыми испаряется и используется меньше примерно на 1500 м3/га) компенсируется за счёт строительства водохранилищ и прудов. Такие системы должны обеспечивать своевременное удаление избыточных вод с заболоченных земель и в то же время могут быть водоприёмниками и накопителями вод для увлажнения почв в засушливые периоды года. В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства в настоящее время на первый план выдвигается вопрос защиты вод от загрязнения. Следует иметь в виду, что с дренажными водами, которые сбрасываются в мелиоративные системы, при водоотведении выносятся биогенные вещества, пестициды и другие химические соединения, оказывающие вредное воздействие на природные воды. Как показали гидрохимические исследования, конструкции мелиоративных систем оказывают существенное влияние на качество грунтовых вод, регулирующей, проводящей сети и водоприёмника. Главным вопросом, особенно при крупномасштабной мелиорации, является влияние осушительных мелиораций на водный режим регионов. После создания осушительной системы гидрологический режим существенно трансформируется. Наибольшие изменения отмечаются в речном стоке. В первые годы начальной эксплуатации осушительных систем в бассейне происходит некоторое увеличение годового стока за счёт интенсивного сброса избыточных вод. Впоследствии он может снизиться до своей первоначальной величины (до начала мелиоративных работ). Установлено, что после проведения осушения земель, особенно в первые годы, в речном стоке повышается доля подземного питания. Анализ послемелиоративных изменений стока в летне-осеннюю межень показал, что в этот период водность реки увеличивается. Сток весеннего половодья меняется мало, в основном в сторону его снижения, так как на мелиорируемых землях он формируется под влиянием двух основных факторов, действующих в противоположных направлениях: увеличение ёмкости зоны аэрации, что вызывает большие потери талых вод, и возрастание скорости стекания весенних вод вследствие развитой искусственной гидрографической сети.
В настоящее время высказывается много нареканий в адрес мелиораторов в связи с регулированием и спрямлением малых рек. Следует сказать, что так называемое решительное спрямление проводилось тогда, когда страна не обладала достаточными материальными, денежными и энергетическими ресурсами. Кроме того, необходимо было решать проблему обеспечения населения страны продовольствием. На этом этапе необходимо было путём применения простых, недорогих методов мелиорации быстро ввести в интенсивный сельскохозяйственный оборот осушенные земли. Часто в мелиоративных целях строятся многочисленные водохранилища, пруды. Примером тому может быть Полесская низменность, где в организации водного хозяйства использованы два подхода. Если в Белорусском Полесье для обеспечения развития сельского хозяйства создают в основном водохранилища, то в Украинском - пруды.
В результате крупномасштабной мелиорации, проведённой за последние два десятилетия, Белорусское Полесье превратилось в один из развитых индустриально-аграрных регионов республики. Без сомнения, мелиорация земель сыграла ведущую роль, без неё интенсификация сельского хозяйств в этом регионе была бы просто невозможна. И при этом не произошли те катастрофические последствия, которые пророчили, а именно: обмеление Днепра и Припяти, не изменился климат и не участились засухи. Например, объём стока Днепра у поста Лод-Каменка в 1980 г. был такой же, как и в 1824 г., несмотря на то, что в водосборе до этого поста осушено около 3 млн. га земли. Главным из нерешённых в настоящее время вопросов в науке является установление допустимого объёма мелиорации для каждого конкретного водооборота с учётом рационального использования всех природных ресурсов и интересов всех отраслей народного хозяйства. Но, учитывая стратегию правительства, всё это плавно отходит в раздел "ближайшего будущего".
