Способ восстановления лесорастительных свойств засоленных почвогрунтов
Изобретение относится к агрохимической мелиорации засоленных орошаемых земель, имеющих по этой причине неудовлетворительные лесорастительные свойства, а именно к способам предпосадочной подготовки почвогрунтов для последующего высаживания на них орошаемых полезащитных лесных полос (ПЛП). Способ включает химическую коренную мелиорацию намеченных линейных площадей к предпосадочной подготовке земель будущих орошаемых ПЛП, являющихся составной частью орошаемого биодренажного лесоаграрного автономного комплекса. Изобретение позволяет на восстановленных лесорастительных свойствах почвогрунтов и орошении в засушливой зоне засоленных земель получать хорошую приживаемость и развитие лесных культур ПЛП. В процессе роста они быстрее достигают проектных таксационных показателей для биологической утилизации фильтрационных потерь поливной воды и комплексной защиты посевов лесоаграрного комплекса от негативного воздействия почвенно-климатических условий засушливых зон.
Изобретение относится к агрохимической мелиорации засоленных орошаемых земель, имеющих по этой причине неудовлетворительные лесорастительные свойства, а именно к способам предпосадочной подготовки почвогрунтов, для последующего высаживания на них орошаемых полезащитных лесных полос (ПЛП). Способ устраняет токсическое влияние растворенных грунтовых солей зоны аэрации на рост и развитие лесных культур путем создания направленного течения химических реакций замещения вредных солей в почвогрунтах на засоленных землях.
В острозасушливых зонах страны в целях повышения продуктивной отдачи сельскохозяйственных земель богарного и орошаемого земледелия высаживают неорошаемые ПЛП, выполняющие комплекс лесомелиоративных мероприятий по снижению негативного влияния природно-климатических факторов в защищенном пространстве поля на выращиваемые с/х культуры и плодородие почв.
В целях повышения приживаемости лесопосадок ПЛП и улучшения их дальнейшего роста и развития насаждений проводят предпосадочную подготовку почвы.
Известны способы предпосадочной подготовки почвы неорошаемых ПЛП на поливных землях с крупночековым орошением [1] и при орошении сточными водами [2].
1. Степанов А.М. Предложения по размещению и выращиванию лесных насаждений на поливных землях с крупночековым орошением (на примере Средне-Ахтубинской оросительной системы). - А.М.Степанов, Е.М.Смертин. - Волгоград, ВНИАЛМИ, 1968, - 30 с.
2. Новиков В.М., Вакулин А.А., Степанов А.М. Рекомендации по технологии создания древесных насаждений при орошении сточными водами в Нижнем Поволжье. В.М.Новиков, А.А.Вакулин, А.М.Степанов, Н.А.Ковалева, Б.С.Семенов, С.Н.Перепелкин и др. - М.: - 1983, - 11 с.
Указанные способы обеспечивают плужную подготовку почвы по системе одного-двухлетнего парования. В качестве основной вспашки применяют плантаж на глубину 50-60 см. Осенью следующего года почву перепахивают без оборота пласта (глубокое рыхление) на глубину 27-30 см.
При сильном иссушении почвы и невозможности проведения плантажной обработки первоначальную (основную) вспашку проводят на 27-30 см, а плантажную переносят на следующую осень. Весной для закрытия влаги почву боронуют в 2 следа. Летом в зависимости от зарастания почвы сорняками проводят 4-5 культиваций.
На южных черноземах, в зоне каштановых почв и на бурых пустынных почвах в целях снижения солонцеватости почв плантажную вспашку при благоприятных условиях заменяют на ярусную вспашку [1].
Этот же способ предпосадочной подготовки почвы приводит П.А.Фадеев в Новосибирской области [3].
3. Фадеев П.А. Опыт выращивания лесных полос // Земледелие, 1986 №12, - с.32-33.
Известен способ предпосадочной подготовки почвы под ПЛП с нешироким межполосным пространством полей полупустынных солончаковатых солонцов, светло-каштановых, лугово-каштановых и темноцветных почв западин Джаныбекского стационара также по системе двухлетнего парования и плантажа. В качестве улучшения агрофизического состояния которых использовался термический пар и создание по нему кулис из высокостебельных сельскохозяйственных культур, задерживающих в зимний период твердые осадки метелистых ветров.
Известны - технология создания куртинных и кулисных лесонасаждений на неполивных (богарных) землях и технология выращивания защитных лесных насаждений на подверженных засолению орошаемых землях и расчет биодренажных систем [4].
4. Рекомендации по технологии создания защитных лесонасаждений на богарных и орошаемых землях и повышения их мелиоративных функций в сухостепной зоне РФ. А.М.Степанов, В.В.Кравцов, Л.И.Абакумова, А.В.Комаров и др. - М.: Россельхозакадемия, ГУ ВНИАЛМИ - 2000, 11 с.
Первые создаются на солонцеватых каштановых и светло-каштановых почвах в сухой степи и полупустыне. Почва для создания крутинных насаждений готовится по тому же принципу, что и для обычных рядовых линейных насаждений - по одно-двухлетнему пару, и плантажной вспашкой [4, §1.4, с.5].
Технология выращивания кулисных насаждений из кустарников достаточно близка к технологии создания насаждений из древесных пород. Но здесь имеются свои требования, связанные с подготовкой почвы, подверженной ветровой эрозии, и уходы за ней. Наилучшим является черный пар с глубоким осенним рыхлением. Это обеспечивает хорошее сбережение влаги в почве и лучший рост кустарников [4, §1.11, с.5].
Подготовка почв для выращивания защитных лесонасаждений на подверженных засолению орошаемых землях такая же.
Оптимальным способом подготовки почвы для создания защитных лесных насаждений (ЗЛН) является обычная весенняя вспашка, однолетний пар и глубокая осенняя перепашка плантажем с последующем дискованием [4, §2.2, с.6].
Известен предел допустимой засоленности почв, при котором не рекомендуется размещать лесные полосы [5].
На с.8 §2.3 находим: «На сильно засоленных почвах деревья имеют низкую сохранность (32-42%) и слабый рост, а к 10 годам выпадают. На участках с наличием плотного остатка более 1% создавать лесные полосы не рекомендуется».
5. Рекомендации по адаптивному природопользованию в богарных и орошаемых агроландшафтах. А.М.Степанов, Л.И.Абакумова, О.В.Рулева, В.В.Кравцов и др. - М.: Россельхозакадемия, ГУ ВНИАЛМИ-2002, 14 с.
Существующие способы предпосадочной подготовки почв под ПЛП обеспечивают более качественную разделку пахотного слоя степных почв, уничтожение сорной растительности, накопление осадков осенне-зимнего периода, разрыхление плотных подпахотных грунтов, увеличивают их влагоустойчивость и воздухопроницаемость. Однако хронический дефицит влаги теплого периода в почвогрунтах ПЛП и связанное с ним повышение токсичности почвенных растворов, следующее за этим отсутствие доступной для растений влаги негативно отражается на снижении дальнейшего роста и развития древесных растений неорошаемых ПЛП.
Внешне это выражается в резком снижении годовых приростов, низкой средней высоты и облиственности древостоя. При достижении корнями сильнозасоленных горизонтов грунтов угнетение ростовых процессов усиливается. Часто после острозасушливых лет деревья ПЛП начинают преждевременно стареть. Суховершинность отмечается уже после 6-8 лет жизни. Ослабленные деревья поражаются насекомыми и болезнями. В последующие годы ПЛП на светло-каштановых почвах начинают распадаться. Причина этого явления - неудовлетворительные лесорастительные условия по влажности и химическому составу почвогрунтов.
В экстремальных лесорастительных условиях полупустынной зоны Юго-Востока отмечается плохой рост и даже гибель защитных лесных полос [6].
6. Маттис Г.Я. Повышение устойчивости защитных лесных насаждений в экстремальных условиях произрастания. Г.Я.Маттис // Доклады РАСХН. - 1994. - №4. - с.24-26.
Существующие полезащитные лесонасаждения в основном имеют небольшую высоту (4-6 м), загущены, то есть не отвечают основным агромелиоративным требованиям [7].
7. Дебелый А.С. О некоторых проблемах полезащитного лесоразведения. - А.С.Дебелый // Земледелие, - 1987, №7 с.31-33.
Технологические процессы выращивания защитных лесных насаждений (ЗЛН) на [орошаемых] почвах, подверженных засолению, и на незасоленных почвогрунтах аналогичны и соответствуют технологиям на неполивных землях. Однако уже на почвах со средней тяжестью засоления рекомендуется проводить промывные поливы [8].
8. Степанов А.М. Современное состояние полезащитного лесоразведения. В сб. Защитное лесоразведение: история, достижения, перспективы. А.М.Степанов. Волгоград, ВНИАЛМИ. Вып.1 (108), - 1998. - с.116-126.
Наиболее тяжелым является первый мелиоративный период, когда почвы еще сохраняют отрицательные свойства. Поэтому всю систему подготовки почвы необходимо направлять на создание мощного пахотного слоя, что позволяет улучшить ее водно-физические свойства. На фоне глубокой вспашки (плантаж) хорошие результаты дает снегозадержание и двухлетнее парование, особенно на почвах солонцового комплекса. Это позволяет накопить значительное количество воды, обеспечить хорошую промывку почвогрунта и приживаемость растений отмечает А.М.Степанов [8, 1998].
В засушливой степи на обыкновенных черноземах предпочтение нужно отдавать полезащитным лесонасаждениям, создаваемых на неполивных землях, на южных черноземах и темно-каштановых почвах - на неполивных и орошаемых, на каштановых, светло-каштановых и бурых почвах - на орошаемых землях [8].
Из приведенных примеров (1-5, 8) видна схожесть (однотипность) процессов предпосадочной подготовки почв в степной, сухостепной и полупустынной зонах. Это позволяет их отнести к одному типу предпосадочной подготовки почв. Применение плантажа, последующее снегозадержание и двухлетнее парование позволяют накопить значительное количество воды (или на орошаемых почвах полив), обеспечивать хорошую промывку почвогрунтов солонцового комплекса от солей и получить хорошую приживаемость растений. Это напоминает способ самомелиорации солонцов.
Предпосадочная подготовка почвы - необходимый элемент технологии выращивания лесных культур полезащитных лесополос на незасоленных или слабозасоленных почвах. Нужна она и на засоленных почвах как способ качественной фитосанитарной и общей обработки поверхностных горизонтов почв. Однако указанный [8] способ предпосадочной подготовки почвы под ПЛП в условиях повышенного засоления и высокой щелочности корнеобитаемых и более глубоких горизонтов почвогрунта, преобладающих в данной почвенно-климатической зоне, не применяется и, следовательно, не обеспечивает их коренную мелиорацию, не устраняет токсическое влияние растворенных солей на приживаемость, рост и развитие последующих периодов жизни лесных культур.
Известен прием улучшения физико-химических свойств светло-каштановых почв, именуемый способом самомелиорации солонцов, применяемый в случаях, когда почвенно-поглощающий комплекс (ППК) насыщен катионами натрия, а водно-растворимые соли вымыты в нижележащие горизонты. При размещении за гумусовым горизонтом близко к поверхности гипсового и карбонатного горизонтов применяют плантажную вспашку на 55-60 см для перемешивания их с солонцом. То есть осуществляют гипсование солонца за счет природных карбонатов. Затем глыбистую почву измельчают дисковыми боронами, проводят посев кулис из высокостебельных культур для снегозадержания и последующего увлажнения почвогрунтов талой водой, создания условий для течения реакции замещения в ППК катиона Na+ на Ca++ и удаления получившегося сернокислого натрия периодической промывкой в течение 4-5 лет [9].
9. Антипов-Каратаев И.Н. О теории и практике мелиорации солонцов в условиях орошения. И.Н.Антипов-Каратаев В сб. Мелиорация солонцов в условиях орошения. Под. ред. И.Н.Антипова-Каратаева и Н.И.Савинова. М. - Л.: Изд. - 1940, с 7-68. Известны и другие авторы.
Способ самомелиорации солонцов использовался мною в начальный период закладки длительных опытов по изучению возможности выращивания ассортимента лесных культур (1972) для утилизации биодренированием поливных сточных вод на светло-каштановых почвах, подстилаемых с глубины 80 см шоколадными глинами морского генезиса с плантажем на 55-60 см и последующим промывным режимом почвогрунтов [10].
10. Коробов В.И. Рост древесных пород и особенности лесорастительных условий светло-каштановых почв при орошении сточными водами в Правобережье Волгоградского Поволжья, В.И.Коробов - Дисс. на соискан. уч. степ. к. с-х.н, - Волгоград, 1982. - 210 с.
В геоморфологическом отношении район исследований в Сарпинской низменности находится в пределах Хвалынской аккумуляционной равнины, сложенной мощной толщей осадков (до 50 м) древне-четвертичного возраста. Литологический разрез почвогрунтов представлен суглинками с прослойками шоколадных глин от 2,5 до 7 м. Глины имеют сильное засоление (1,2-2,6%). Почвенно-растительный слой составляет всего лишь 20 см. Ниже шоколадных глин залегают желто-бурые суглинки хазарских отложений с невыдержанными прослоями песка от 0,7 до 40 м [10, с.8].
В лесорастительном отношении участок исследований в исходном состоянии по группировке почв, которую предложили Зонн С.В. и Мина В.Н. [11] относится к 4 группе, лесонепригодным почвам, требующим предварительной коренной лесомелиорации [10, с.11].
11. Зонн С.В. Лесорастительные свойства почв и взаимодействие лесных насаждений с почвами при степном лесоразведении. С.В.Зонн, В.Н.Мина - В кн. Научные вопросы полезащитного лесоразведения. - М.: АНСССР, Вып.1, 1951, - с.38-82.
По нашим данным в начальный период роста все испытываемые лесные культуры нормально прижились и давали хорошие годовые приросты в высоту до тех пор, пока их корневые системы не достигли горизонтов высокого засоления, еще не промытых к тому времени от солей. В последующие 2 года роста, промывки и нейтрализации солей почти все сорта, клоны и гибриды евро-американских тополей, а также ясень зеленый и акация белая испытывали сильное токсическое воздействие высоких концентраций почвенных солей особенно в предполивные периоды. Они снизили свои годовые приросты до 28-40 см. После промывки почвогрунтов до приемлемых величин (40-50% солей от исходного состояния и смены типа засоления на сульфатный) молодые деревья быстро пошли в рост, имея годовые приросты 200-306 см.
Значительно меньшее влияние на ростовые процессы было у вяза приземистого, тополей Болле и Парковый и ив Белокорая и Козья. Совсем не отразилось токсическое действие солей на тамариксе [10, С 148-158].
Анализ влияния физико-химического состояния почвогрунтов на условия роста и биологических показателей метаболизма испытываемых лесных культур показал, что угнетения ростовых функций древесных организмов могло и не быть или их последствия были бы менее заметны, если бы в почвогрунтах было достаточно природного гипса или проведено внесение мелиорантов, вызывающих замещение токсичных солей натрия в ППК корнеобитаемого слоя и вынос их с промывными водами в хазарские отложения.
Задача исследований - получение удовлетворительных лесорастительных свойств почвогрунтов в засушливых зонах засоленных почв еще на стадии предпосадочной подготовки почв для выращивания орошаемых полезащитных лесных полос как компонентов лесоаграрного биодренажного комплекса.
Опыт показывает, что для размещения ПЛП на светло-каштановых и бурых комплексных почвах, подстилаемых засоленными грунтами морского генезиса, кроме плужной обработки, глубокого рыхления (плантажа) нужна коренная мелиорация почвогрунтов, исключающая токсическое влияние солей химическими способами их улучшения в сочетании с промывным режимом орошения для удаления хлористых и сернокислых солей Na. Принцип мелиорации солонцов заключается в изменении их неблагоприятных физико-химических свойств (высокая уплотненность и иссушенность засоленных грунтов зоны аэрации, сложенных на 60-80% иловатыми фракциями, и высокая засоленность хлоридно-сульфатного типа) путем замены в почвенном поглощающем комплексе (ППК) поглощенного Na+ на Ca++. Это достигается внесением или почвенными запасами природного гипса, или кальцийсодержащими веществами в сочетании с соответствующей системой агротехнических мероприятий.
Теоретические основы коренного улучшения засоленных почв, генезис солонцов и физико-химические основы химической мелиорации вскрыты и обоснованы К.К.Гедройцем еще в начале 20 века методом замещения солей Na+ солями Ca++ при внесении кальцийсодержащих или кальцийобразующих веществ - гипса, серной кислоты или элемента серы [11, 12, 13].
11. Гедройц К.К. Химический анализ почвы. К.К.Гедройц. Изд. 4-е стереотипное. И. - Л.: Сельхозгиз, - 1935, - 533 с.
12. Гедройц К.К. Подвижность почвенных соединений и влияние на них кальция. Киев. 1926 г.
13. Гедройц К.К. Солонцы, их происхождение и мелиорация. Изд. Новосибирской опытной станции 1928 г.
В настоящее время коренная химическая мелиорация засоленных почвогрунтов проводится современными, более дешевыми материалами, чем чистый сернокислый кальций (гипс). Для того применяют вещества, содержащие в себе гипс, серную кислоту или серу, поскольку при внесении в почву H2SO4, вступая в химические реакции с карбонатами, производят гипс. Сера, как химический элемент при окислении серобактериями и взаимодействии с почвенной влагой, превращается в серную кислоту. Поэтому веществами - мелиорантами чаще всего являются отходы промышленного производства. Из многочисленного количества литературных источников наиболее полно приведен перечень современных мелиорантов в работе [14].
14. Орлов, Д.С., Лучанская, И.А., Лозановская, И.Н. Химическая мелиорация садово-засоленных почв поймы Нижнего Дона некоторыми промышленными отходами. Почвоведение, 1988, - №12. С. 10-19.
Таким образом, основные площади агросферы рассматриваемой зоны расположены на засоленных почвогрунтах Прикаспийской низменности и в лесорастительном отношении относятся в своем большинстве к лесонепригодным почвам и при орошении опасны засолением и заболачиванием. Наиболее реальный и экологически приемлемый способ их последующей эксплуатации - переход на орошаемые биодренажные лесоаграрные комплексы, в которых орошаемые ПЛП должны иметь хорошие таксационные показатели для комплексной защиты выращиваемых сельскохозяйственных культур. Поэтому кроме существующих способов предпосадочной подготовки почвы лесопасадок ПЛП и проведения поливов необходима еще и химическая подготовка засоленных грунтов зоны аэрации.
Принятая нами за прототип коренная химическая мелиорация засоленных почвогрунтов способами реакций химического замещения в почвенных растворах поглощенного натрия на кальций веществами, содержащими в себе гипс, серную кислоту или серу [14], восстанавливает лесорастительные свойства почвогрунтов.
Указанный технический результат нейтрализации щелочности почвенного раствора в профиле подготовленных предпосадочной обработкой под полезащитные лесополосы почв достигается проведением химической мелиорации, в которой идет реакция замещения поглощенного натрия катионами кальция и другими двух-трехвалентными катионами способствующих коагуляции почвенных частиц (коллоидов). Последующее удаление из мелиорируемого профиля нежелательного продукта химической реакции - сернокислого натрия промывными поливами делает процесс коагуляции практически необратимым.
Для создания условий в период промывного режима линейных площадей почвогрунтов будущих полезащитных ЛП необходимо их поливы проводить по чековому типу (с огораживанием промываемой площади валиками), где могли бы фильтроваться за пределы толщи глин в двух-четырехслойные системы сложения древнечетвертичных отложений продукты замещения химических реакций в ППК - сернокислые и хлористые соли натрия. В особо сложных случаях, когда толща глины имеет низкие коэффициенты фильтрации (Кф), то при экономически выгодных расчетах работ возможно бурение редких скважин по промываемой площади для отведения относительно небольших по объему растворов агрессивных солей вглубь за толщу глин с последующей консервацией скважин в процессе поливов орошаемых ПЛП одновременно с поливами сельскохозяйственных культур.
Способ восстановления лесорастительных свойств засоленных почвогрунтов, включающий одновременное перенесение в натуру компонентов проекта биодренажного орошаемого лесоаграрного комплекса - посадку полезащитных лесных полос и строительство межполосного орошаемого поля, отличающийся тем, что до приемов пахотной предпосадочной подготовки почвогрунтов под полезащитные лесополосы проводят на них коренную химическую мелиорацию почвогрунтов, удлиняют период их биодренажного и общего лесомелиоративного влияния на защищаемое поле от негативных почвенно-климатических условий засушливых зон.
