Способ мелиорации орошаемых черноземов

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к орошаемому земледелию, и направлено на сохранение и восстановление природного плодородия черноземов при длительном орошении. Способ мелиорации черноземов включает циклическое чередование орошаемого и богарного земледелия с использованием систем севооборотов для влаголюбивых и засухоустойчивых культур. При выявлении деградации черноземов от 10 до 20% от всей площади орошаемых земель в системе восьмипольного севооборота на два-три года выводят влаголюбивые орошаемые сельскохозяйственные культуры. Этим снижают уровень грунтовых вод и вторичное засоление черноземов. При выявлении деградации свыше 20 до 35% от общей площади черноземов в систему восьмипольного севооборота вводят солеустойчивые культуры для расселения пахотного горизонта. В этом случае при уборке последних вместе с вегетативной массой удаляются сульфаты солей. При выявлении деградации черноземов на площади свыше 35 до 50% от общей площади орошаемых земель вводят засухоустойчивые культуры и переводят их в режим богарного земледелия. Способ мелиорации черноземов обеспечит снижение последствий регулярного многолетнего орошения почвы и за счет чередования циклов: орошение - состояние естественного покоя, сохранит естественное плодородие почв агроландшафтов и обеспечит повышение урожайности сельскохозяйственных культур. 1 табл.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к орошаемому земледелию, и направлено на сохранение и восстановление природного плодородия черноземов при длительном орошении.

Известна технология гидроциклически-богарных комплексных мелиораций [1], включающая передвижное циклическое орошение сельскохозяйственных культур. Культуры, дающие достаточно высокие урожаи при естественном увлажнении, предполагается выращивать без поливов, размещая их вслед за орошаемыми.

Данная технология направлена на повышение плодородия почв, но сложна в применении вследствие обработки большого количества исходных данных силами специализированных научных организаций и не обосновывает оптимальную продолжительность циклов орошения и богарного использования участков.

Наиболее близким [2] решением является способ мелиорации черноземов, включающий циклическое чередование орошаемого и богарного земледелия, в котором с целью повышения эффективности технологии при использовании системы севооборота для влаголюбивых и засухоустойчивых культур, каждое поле севооборота, занимаемое под влаголюбивую культуру, орошают в течение 20-50% продолжительности ротации принятого севооборота, причем ежегодно проводят корректировку поливного режима с учетом особенностей текущего гидрологического состояния и метеорологического прогноза предстоящего года.

К недостаткам описанного способа мелиорации черноземов применительно к решаемой проблеме - сохранение плодородия черноземов при длительной мелиорации (орошением дождеванием возделываемых сельскохозяйственных культур) - относятся повышение уровня грунтовых вод, вторичное засоление корнеобитаемого горизонта, снижение почвенного плодородия, развитие патогенных микроорганизмов, нарушение солевого режима, обеднение минерального питания.

Задача данного изобретения заключается в восстановлении плодородия черноземных почв при длительном периоде орошения.

Технический результат - повышение урожайности сельскохозяйственных культур в восьмипольном севообороте путем чередования влаголюбивых, засухоустойчивых и солеустойчивых сельскохозяйственных культур.

Исследования по определению показателей состояния почв проводились в эколого-аналитической лаборатории ФГНУ «РосНИИПМ», соответствующей требованиям системы аккредитации аналитических лабораторий и требованиям ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025, зарегистрированной в государственном реестре (сертификат №РОСС RU. 0001.512.581 от 19.01.2001). Лабораторные анализы почвы (протоколы КХА №30-1 - 30-6).

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе мелиорации черноземов, включающем циклическое чередование орошаемого и богарного земледелия с использованием систем севооборотов для влаголюбивых и засухоустойчивых культур, отличающемся тем, что на деградированных орошаемых участках, составляющих от 10 до 20% от всей площади орошаемых черноземов в системе восьмипольного севооборота, на 2-3 года выводятся влаголюбивые орошаемые сельскохозяйственные культуры, на деградированных орошаемых участках, составляющих свыше 20 до 35% от всей площади орошаемых черноземов в системе восьмипольного севооборота, вводятся солеустойчивые культуры, способствующие полному рассолению пахотного слоя, на деградированных орошаемых участках, составляющих свыше 35 до 50% от всей площади орошаемых черноземов, вводятся засухоустойчивые культуры.

Показатели, оценивающие состояние почв при использовании циклического способа орошения сельскохозяйственных культур для черноземов высокой надпойменной террасы (I) и низкой надпойменной террасы (II), приведены в таблице 1.

Таблица 1
Показатели состояния почв при использовании способа циклического орошения сельскохозяйственных культур
Показатели	Уровни состояния почв
высокий	низкий	средний
Черноземы I надпойменной террасы
Агрофизические:
содержание агрегатов при мокром рассеве, %:
10-0,25 мм	65-70	55-64	40-54
объемная масса, г/см3	1,0-1,1	1,11-1,20	1,21-1,30
пористость, %	55-65	54-50	49-45
водопроницаемость, мм/мин	1,2-1,0	0,9-0,5	0,4-0,2
наименьшая полевая
влагоемкость, % сухой массы почвы	>55	40-55	30-40
Физико-химические:
токсичная щелочность (HCO3 и Na+Mg), мг-экв/100 г почвы	<0,7	0,7-0,9	0,1-1,5
содержание токсичных солей без участия соды, %	<0,1	0,10-0,35	0,36-0,50
Са в ППК*, %	>80	80-75	74-70
*ППК - почвенно-поглощающий комплекс

Продолжение табл.1
Показатели	Уровни состояния почв
высокий	низкий	средний
содержание поглощенных Na+K, % от суммы катионов	<1,0	1,0-2,0	2,0-3,0
Гидрохимические:
Уровень грунтовых вод при минерализации:
3-5 г/дм3 (не щелочная вода)	>3,5	3,5-3,0	3,0-2,5
>5 г/дм3 (не щелочная вода)	>4,0	4,0-3,5	3,5-3,0
3-5 г/дм3 (щелочная вода)	>4,5	4,5-4,0	4,0-3,5
>5 г/дм3 (щелочная вода)	>5,0	5,0-4,5	4,5-3,5
Биохимические:
общее содержание гумуса в минеральном профиле почвы, %	>5	5-4	4-3
плодородие почв, % от потенциального	>90	90-60	60-30
нитрификационная способность, мг/кг почвы	>30	30-15	14-10

Продолжение табл.1
Показатели	Уровни состояния почв
высокий	низкий	средний
Эрозионная опасность:
мощность гумусового горизонта в районах эрозии, м	>0,40	0,40-0,25	0,25-0,10
мощность гумусового горизонта в районах дефляции, м	>0,40	0,40-0,20	0,20-0,05
площадь средне и сильно эродированных почв, % от общей площади	10	10-20	20-60
превышение суммарных потерь почвы при эрозии над допустимыми нормами, т/га	<1,0	1,0-3,0	3,0-6,0
Загрязнение почв тяжелыми металлами по суммарному показателю (вредное воз-действие группы металлов), мг/кг почвы	<16	16,1-32,0	32,1-64,0
Урожайность сельскохозяйственных культур, % от средней	проектная	снижение урожая на 10-15%	снижение урожая на 15-25%
Черноземы II надпойменной террасы
Агрофизические:
содержание агрегатов при мокром рассеве, %:
10-0,25 мм	60-70	50-59	45-49
объемная масса, г/см3	1,15-1,20	1,21-1,25	1,26-1,35
пористость, %	50-60	49-45	44-39

Продолжение табл.1
Показатели	Уровни состояния почв
высокий	низкий	средний
водопроницаемость, мм/мин	>1,0	0,9-0,7	0,7-0,4
наименьшая полевая влагоемкость, % сухой массы почвы	>50	35-50	20-25
Физико-химические:
токсичная щелочность (НСО3 и Na+Mg), мг-экв/100 г почвы	<0,7	0,7-1,0	1,0-1,8
содержание токсичных солей без участия соды, %	<0,1	0,10-0,40	0,41-0,55
Са в ППК, %	>85	85-80	80-75
содержание поглощенных Na+K, % от суммы катионов (слой 0-0,30 м)	<1,0	1,0-1,5	1,5-2,0
Гидрохимические:
Уровень грунтовых вод при минерализации: 3-5 г/дм3 (не щелочная вода)	>3,5	3,5-3,0	3,0-2,5
>5 г/дм3 (не щелочная вода)	>4,0	4,0-3,5	3,5-3,0
3-5 г/дм3 (щелочная вода)	>4,5	4,5-4,0	4,0-3,5
>5 г/дм3 (щелочная вода)	>5,0	5,0-4,5	4,5-3,5

Окончание табл.1
Показатели	Уровни состояния почв
высокий	низкий	средний
Биохимические:
общее содержание гумуса, в минеральном профиле почвы, %	>6	6-5	5-4
плодородие почв, % от потенциального	>90	90-50	50-30
нитрификационная способность, мг/кг почвы	>30	30-20	20-15
Эрозионная опасность:
мощность гумусового горизонта в районах эрозии, м	>0,50	0,50-0,30	0,30-0,20
мощность гумусового горизонта в районах дефляции, м	>0,40	0,40-0,30	0,30-0,10
площадь средне- и сильно эродированных почв, % от общей	10	10-20	20-50
превышение суммарных потерь почвы при эрозии над допустимыми нормами, т/га	<1,0	1,0-4,0	4,0-6,0
Загрязнение почв тяжелыми металлами по суммарному показателю (вредное воздействие группы металлов)	<16	16,1-32,0	32,1-64,0
Урожайность сельскохозяйственных культур	проектная	снижение урожая на 10-15%	снижение урожая на 15-20%

Рассмотрим характерные случаи мелиорации орошаемых черноземов: при деградации черноземов от 10 до 20% (высокий уровень состояния почв); при деградации черноземов свыше 20 до 35% (средний уровень); при деградации черноземов на площади свыше 35 до 50% (низкий уровень).

Вариант 1. Представлен способ мелиорации орошаемых черноземов путем сочетания циклов - чередования орошаемого и богарного земледелия с использованием систем севооборотов для влаголюбивых и засухоустойчивых сельскохозяйственных культур при выявлении деградационных процессов черноземов на площади от 10 до 20% на орошаемом массиве.

Система восьмипольного севооборота включает возделывание следующих влаголюбивых культур: томаты; огурцы; картофель; бахчевые, многолетние травы.

Для снижения уровня грунтовых вод и вторичного засоления из описанного севооборота выводят влаголюбивые орошаемые сельскохозяйственные культуры (томаты, огурцы). Последние заменяют на озимую пшеницу + пожнивно злакобобово-рапсовые смеси; кукурузу на зерно; люцерну 1 года жизни. Пример такого севооборота может быть следующим: 1 - пар чистый; 2 - озимая пшеница; 3 - кукуруза на зерно; 4 - многолетние травы; 5 - ячмень; 6 - многолетние травы; 7 - просо; 8 - кукуруза на силос.

Вариант 2. Мелиорация орошаемых черноземов при выявлении деградационных процессов свыше 20 до 35% площади орошаемого массива в системе восьмипольного севооборота путем введения солеустойчивых культур для расселения пахотного горизонта.

Богарная агрокультура за рассматриваемый период в условиях снижения сезонного соленакопления и увеличения глубины залегания уровня грунтовых вод позволяет частично улучшить почвенно-мелиоративное состояние орошаемых земель. Сельскохозяйственные культуры с глубиной корневой системы 1,5 м и более (озимая пшеница; ячмень яровой, горох, подсолнечник, люцерна на корм и семена, сорго-суданковый гибрид и т.д.) способствуют биологическому дренажу и обеспечивают на черноземах вторично-лугово-степной тип почвообразования с глубиной залегания УГВ более 2,5 м, исключающий вторичное засоление и переувлажнение почв.

На полях таких участков следует располагать 8-польный травянопропашной севооборот: 1-4 - многолетние травы; 5 - озимая рожь (тритикале) + поукосно кукурузно-сорго-сое-подсолнечниковая смесь на силос; 6 - кукуруза на зерно; 7 - кормовые корнеплоды; 8 - ячмень или просо на зерно с подсевом многолетних трав. В хозяйствах специализирующихся на производстве животноводческой продукции севооборот может быть насыщен зернофуражными культурами: 1 - пар чистый; 2 - озимая пшеница; 3 - сахарная свекла; 4 - ячмень; 5 - зернобобовые; 6 - горох; 7 - озимая пшеница; 8 - подсолнечник.

Устойчивость и повышение плодородия черноземов при деградационных процессах свыше 20 до 35% площади орошаемого массива, возможны при введении многолетних трав или выводного поля многолетних трав: 1 - пар занятой (эспарцетовый), 2 - озимая пшеница, 3 - просо, 4 - пар 0,5 + горох 0,5, 5 - кукуруза на силос, 6 - ячмень + многолетние травы, 7 - многолетние травы, 8 - многолетние травы (выводное поле); или 1 - пар чистый, 2 - озимая пшеница, 3 - ячмень + многолетние травы, 4 - многолетние травы, 5 - многолетние травы, 6 - озимая пшеница (рожь), 7 - горох, 8 - многолетние травы (выводное поле). При таком способе мелиорации орошаемых черноземов севообороты должны быть развернуты во времени, а в пространстве могут не полностью: ежегодно размещается часть севооборота - половина, четверть или одно поле.

Вариант 3. Мелиорация орошаемых черноземов при проявлении деградационных процессов на площади свыше 35 до 50% занятой системой севооборота при возделывании сельскохозяйственных культур путем замены ряда влаголюбивых растений засухоустойчивыми растениями, такими как: кукуруза, пырей сизый «Ростовский 31» волоснец сибирский «Гуран», кострец безостый «СибНИИСхоз 189», пырей безкорневищный, пырей удлиненный, люцерна желтая, лядвинец рогатый, регнерия североказахстанская, пырей промежуточный, люцерна тяньшанская, люцерна «Омская 8893», клевер розовый, овсяница луговая, полевица белая, лисохвост вздутый, люцерна «Флора», бескильница Гаккеля, райгарс, рапс; могар, фацелия, суданская трава, просо, пшеница «Саратовская 29», пшеница «Геркум 114».

Наиболее благоприятные севообороты на таких площадях следующие:

а) 1 - люцерна, 2 - люцерна, 3 - люцерна на один укос и поукосно кукуруза на зеленый корм, 4 - озимая рожь на зеленый корм, 5 - соя, 6 - кукуруза на зерно, 7 - ячмень с подсевом люцерны, 8 - многолетние травы (выводное поле). Структура севооборота: 57,2% кормовых культур (люцерна - 42,9%); 28,6% зерновых культур (кукуруза на зерно - 14,3%, ячмень - 14,3%, соя - 14,2%); остальные - 28,6%.

б) 1 - люцерна, 2 - люцерна, 3 - люцерна на один укос + поукосно многокомпонентная смесь на зеленый корм или кукуруза на силос, 4 - злакобобовая смесь с подсевом суданской травы на зеленый корм с использованием отавы второго укоса на сидерат, 5 - рапсо-ячменная смесь на зеленый корм + многокомпонентная смесь на зеленый корм, 6 - горохо-подсолнечниковая смесь на зеленый корм, 7 - озимая пшеница, 8 - многолетние травы (выводное поле). Структура севооборота: 71,4% кормовых культур (42,9% люцерна); 28,6% зерновых культур.

Представленные варианты способа мелиорации орошаемых черноземов позволяют восстановить естественные условия протекания почвообразовательных процессов, за счет биологического дренажа, выноса культурами солей из почвы, пополнения органического вещества значительным количеством пожнивных остатков, что подтверждает возможность мелиорации черноземов путем циклического чередования орошаемого и богарного земледелия с введением в систему севооборотов соле- и засухоустойчивых растений.

Описанный способ мелиораций черноземов позволяет повысить урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур при орошении, в течение десятилетий обеспечивая сохранность гумуса в пахотном горизонте и восстановление плодородия почвы в корнеобитаемом слое.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР №1217309, А01G 25/00, БИ №10, 1986 г.

2. Авторское свидетельство СССР №1743481, А01G 25/00, БИ №24 от 30.06.1992 г.

Способ мелиорации орошаемых черноземов, включающий циклическое чередование орошаемого и богарного земледелия с использованием систем севооборотов для влаголюбивых и засухоустойчивых сельскохозяйственных культур, отличающийся тем, что на деградированных орошаемых участках, составляющих от 10 до 20% от всей площади орошаемых черноземов в системе восьмипольного севооборота на 2-3 года выводятся влаголюбивые орошаемые сельскохозяйственные культуры, на деградированных орошаемых участках, составляющих свыше 20 до 35% от всей площади орошаемых черноземов в системе восьмипольного севооборота, вводятся солеустойчивые культуры, способствующие полному рассолению пахотного слоя, на деградированных орошаемых участках, составляющих свыше 35 до 50% от всей площади орошаемых черноземов, вводятся засухоустойчивые культуры.