Теоретическое и экспериментальное обоснование комплексной мелиорации эродированных земель степной и сухостепной зон нижнего поволжья
На правах рукописи
МАШТАКОВ ДМИТРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МЕЛИОРАЦИИ ЭРОДИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ СТЕПНОЙ И СУХОСТЕПНОЙ ЗОН НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Специальности: 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация и охрана земель;
06.03.03 – Агролесомелиорация, защитное лесоразведение и озеленение населенных пунктов, лесные пожары и борьба с ними
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Волгоград -2010
Работа выполнена на кафедре «Лесомелиорация» ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
Проездов Петр Николаевич.
Официальные оппоненты: академик РАСХН,
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор, заслуженный деятель науки РФ
Кружилин Иван Пантелеевич;
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор, заслуженный деятель науки РФ
Денисов Евгений Петрович;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Манаенков Александр Сергеевич
Ведущая организация: ГНУ «Научно-
исследовательский институт
сельского хозяйства Юго-Востока»
Защита состоится 2011 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 220.08.01 при ФГОУ ВПО «Волгоградская ГСХА» по адресу: 400002, г. Волгоград, проспект Университетский, 26, ауд. 214.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Волгоградская ГСХА».
Автореферат разослан 2011 г и размещен на сайте ВАК РФ.
Ученый секретарь
диссертационного совета Иванцова Е.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Проблема рационального использования земель, подверженных деградации, является важнейшей в современном сельском хозяйстве. В настоящее время 65 % пашни, 28 % сенокосов и 50 % пастбищ России подвержены почворазрушающим воздействиям (ВНИАЛМИ, 2008). В результате водной эрозии 25 % пашни утратило от 10 до 30 % своего плодородия с ежегодной убылью гумуса 0,62 т/га, что в последние 100 лет снизило его содержание в почве на 30–40 % (НИИСХ ЮВ, 2002).
Регулярное орошение, которым в Саратовской и Волгоградской областях охвачено свыше 600 тыс. га, усиливает ирригационно-эрозионные процессы. Из-за ряда причин, в том числе эрозии, значительно усилилась дегумификация орошаемых почв (ВНИИОЗ, 1999; ВолжНИИГиМ, 2005; НИИСХ ЮВ, 2002).
Тенденция увеличения деградированных орошаемых земель обусловлена применением несовершенной дождевальной техники и грузных поливных норм, сбросом оросительных вод, несовершенством эксплуатации или отсутствием гидромелиоративных и лесных объектов и др.
В таких условиях необходим переход к адаптивно-ландшафтному земледелию во взаимосвязи с природным и микрозональным районированием, рельефом и ландшафтом местности. Рельеф служит основным интегральным показателем для выделения ландшафтных структур с регламентируемым уровнем антропогенной нагрузки: распаханности, мелиорированности, лесистости и др. В адаптивно-ландшафтном земледелии рационально используются не только пахотные земли, но и леса, луга, пастбища, защитные лесные насаждения, мелиоративно-хозяйственные сооружения и др.
Принципиально необходимый этап в изучении эрозионных процессов и приемов защиты почв от эрозии связан с внедрением методов исследований на ландшафтной основе, базисом которых является использование комплексного (системного) подхода, способствующего выработке эффективной тактики и стратегии. Таким системным подходом к защите почв от эрозии является разработка и внедрение противоэрозионного комплекса на ландшафтной основе, включающего в себя организацию земельной территории, агро-, фито-, лесо- и гидромелиоративные мероприятия.
Продолжение идей и разработок системного подхода в борьбе с засухой и деградацией земель В.В. Докучаева (1953), Г.Н. Высоцкого (1952), А.Н. Костякова (1960), И.А. Кузника (1962, 1979), А.С. Козменко (1963), Г.П. Сурмача (1976, 1992), М.Н. Багрова (1965), Е.С. Павловского (1985, 1994), В.М. Ивонина (1986, 2005), Е.А. Гаршинева (1995), И.Г. Зыкова (2006), М.С. Григорова (1983, 2005), И.П. Кружилина (1998, 2001), А.Т. Барабанова (1993, 2006), В.И. Петрова (2006), К.Н. Кулика (2000, 2006,2008), В.И. Ольгаренко (2001), А.М. Степанова (1987), Н.С. Ерхова (1981), А.И. Шабаева (2003), Б.И. Туктарова (2005), В.М. Кретинина (1990, 2005), А.С. Рулева (2006), А.С. Васильева (1997), А.С. Манаенкова (2006), Е.П. Денисова, Г.А. Медведева (2006), Н.А. Пронько (1999, 2009), П.Н. Проездова (1999, 2008, 2010), М. Кirkbi (1980), L. Маlоnе (1989), С.Уоung and C. Оsborn (1990), W. Wishmeier and D. Smith (1978), Р. Ргоеzdov (1999) и других ученых составляет основу настоящей работы, определяет ее теоретическую и практическую актуальность.
Цель работы – снижение и предотвращение эрозии, плодородия черноземных и каштановых почв на основе комплексной мелиорации земель, направленные на увеличение продуктивности сельскохозяйственных угодий и защитных лесных насаждений.
Задачи исследований:
- Сформулировать концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных и эрозионноопасных земель с восстановлением их плодородия.
2. Обосновать условия и установить закономерности формирования ирригационной эрозии почв.
3. Изучить влияние эрозии на морфогенетические, агрофизические, биохимические и агрогидрологические свойства почв.
4. Установить динамику потенциального и эффективного плодородия почв при эрозии и мелиорации земель.
5. Разработать приемы агротехнической, химической, полимерной, лесной и гидротехнической мелиорации по защите почв от эрозии.
6. Установить закономерности влияния комплекса лесных и оросительных мелиораций на морфологические, морфогенетические, агрофизические и биохимические свойства почв.
7. Изучить влияние агро-, хемо-, фитомелиоративных мероприятий в системе лесных полос на урожайность и водопотребление сельскохозяйственных культур.
8. Установить закономерности влияния конструкций лесных полос, удобрений и полимеров на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур севооборота с учетом многолетних исследований в условиях различных лет по увлажнению и снежности зим.
9. Выявить закономерности динамики лесоводственно-таксационных показателей древесных пород в лесных полосах в зависимости от лесорастительных условий, орошения, рельефа с определением показателей напряженности роста, конкурентных отношений, жизнеустойчивости и др.
10. Установить эколого-экономическую и энергетическую оценку комплексной мелиорации эродированных земель.
Научная новизна. Уточнены закономерности формирования капельной и ливневой поверхностной эрозии почв с учетом ударного воздействия дождевых капель, вызывающего взмучивание и аэрирование потоков воды и разрушающего почвенные внутри- и межагрегатные связи.
Сформулированы концептуальные основы адаптивно-ландшафтного обустройства эродированных земель с разработкой качественно-количественных нормализованных показателей реализации концепции системного подхода к защите почв от эрозии.
С целью оптимального функционирования агробиогеоценозов в системе противоэрозионных, оросительных и лесных мелиораций разработаны эколого-мелиоративные требования и ограничения на их применение: межполосные расстояния и конструкции лесных полос; нормализованные показатели распаханности, лесистости, мелиорированности; особенности агротехнологий; технология полива дождеванием (допустимая интенсивность дождя; достоковая поливная норма; дискретная подача воды).
В различные по увлажнению вегетационных периодов годы установлены закономерности формирования урожая сельскохозяйственных культур в системе лесных полос различной конструкции и продуктивность древесных пород в условиях орошения и естественного увлажнения.
Установлена эффективность влияния химического структурообразователя в комплексе с щелеванием, приемами горизонтального и вертикального мульчирования, химической мелиорации в системе защитных лесных насаждений разных конструкций на урожайность сельскохозяйственных культур, ирригационную эрозию, водно-физические, биохимические свойства почв в условиях орошения и естественного увлажнения.
Введена новая терминология – лесооросительные мелиорации – улучшение поливаемыми защитными лесными насаждениями орошаемых земель с использованием древесными породами фильтрационных, грунтовых, сбросных и иных вод. Это позволило обосновать на основе закономерностей хода роста древесных пород расстояния между поливаемыми лесными полосами с установлением конструкции и ассортимента древесно-кустарниковой растительности на орошаемых землях.
Научные положения, выносимые на защиту:
Аналитико- эмпирические:
1. Закономерности формирования эрозии почв с учетом ударного воздействия дождевых капель, применения систем удобрений и мелиоративных приемов.
2. Критерии реализации концепции системного подхода к защите почв от деградации и эрозии.
3. Закономерности влияния комплексной мелиорации на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление культур с учетом многолетних исследований в условиях различных по увлажнению лет и снежности зим.
Прикладные:
4. Нормативы снижения стока и эрозии почв противоэрозионными приемами.
5. Фито-, лесо- и биомелиоративные приемы сохранения и повышения плодородия почв.
6. Приемы агротехники, химической, полимерной, лесной и гидротехнической мелиорации по защите почв от эрозии.
7. Почво- и водосберегающие технологии возделывания, урожайность и водопотребление сельскохозяйственных культур под влиянием оросительных, химических и лесных мелиораций.
Практическая значимость работы. Теоретические разработки позволяют решать ряд научно-прикладных задач, связанных с повышением эффективности систем противоэрозионных, оросительных и лесных мелиораций.
Разработанные агро-, фито-, лесо- и гидромелиоративные приемы на ландшафтной основе используются в комплексных проектах противоэрозионных мероприятий, землеустройства и оросительно-обводнительных систем: в колхозе им. Ленина на 9 тыс. га, в т.ч. на 700 га орошаемых земель, СХА «Звезда» на 400 га Балашовского района; в АО «Березовское» на 350 га Энгельсского района Саратовской области. Акты экономической эффективности внедренных проектов приведены в приложении диссертационной работы.
Материалы диссертации представлены в монографии «Агролесомелиорация» (Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2008. – 676 с.) и учебном пособии «Противоэрозионная организация территории» (гриф УМО. Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007. – 420 с.).
Апробация работы. Основные теоретические положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова в 1995–2010 гг., на международных конференциях Саратовского ГАУ им. Н. И. Вавилова «Вавиловские чтения» в 2004–2010 гг. и на конференциях различных уровней в городах Саратов(1997, 1998, 2005, 2007), Волгоград (1998, 2004, 2008), Воронеж (2005), Барнаул (2005), София (Болгария) (2008), Прага (Чехия) (2008), Пшемысль (Польша) (2008), Йошкар-Ола (2009), Москва (2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 52 научные работы объемом 64,4 п.л. (15 п.л. лично автора), в том числе 11 научных работ объемом 3,3 п.л. (0,9 п.л. лично автора) в изданиях по списку ВАК и одна коллективная монография «Агролесомелиорация», Саратов, 2008, 50 п.л. (авторские – 8 п.л.).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 321 странице компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству, включает в себя 8 таблиц, 112 рисунков, список литературы из 324 наименований, в том числе 13 иностранных. Приложения представлены на 229 стр., с 96 рисунками и 161 таблицей.
Исследования в 1995–2009 гг. проведены самостоятельно и при научном консультировании теоретических основ работы профессором П.Н. Проездовым. В исследованиях участвовали В.Г. Попов, О.А. Аверьянов, А.В.Карпушкин, Л.В. Кузнецова, Е.В. Панюхина, В.А. Манжай. Значительную помощь в проведении исследований оказали сотрудники Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова доценты С.А.Сысоев и А.И. Разаренов.
Всем им автор выражает искреннюю благодарность.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, определены и сформулированы цель, задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту, указаны научная новизна, практическая значимость и достоверность полученных результатов и выводов.
- Объекты, условия, структура экспериментальной работы и методика исследований
Экспериментальные одно- и многофакторные опыты по исследованию влияния комплексной мелиорации (агро, хемо-, фито-, лесо- и гидромелиоративных приемов) на формирование эрозии, плодородие почв и урожайность проводились на следующих объектах:
Объект 1 (рис. 1, а). Восточная часть степной зоны Низкой Донской равнины, колхоз им. Ленина и СХА «Звезда» Балашовского района Саратовской области, 1995–2009 гг. Почва – чернозем обыкновенный, среднемощный, тяжелосуглинистый, слабосмытый, незасоленный, подстилаемый суглинками.
Опыт 1. Культура – люцерна. Техника полива – ДФ-120 «Днепр». Варианты: 1 – контроль; 2 – щелевание на 40 см; 3 – щелевание на 40 см с обработкой щелей химическим структурообразователем - полиакриламидом (ХСО) дозой 80 г на 1 м щели;4 – внесение в почву ХСО10 (10 кг д.в./га); 5 – внесение в почву ХСО40; 6 – внесение в почву ХСО60.
Опыт 2. Кукуруза на силос. Техника полива – ДФ-120 «Днепр». Варианты: 1 – контроль; 2 – щелевание на 40 см; 3 – щелевание на 40 см + обработка щелей полимером-полиакриламидом (ЩПМВ-80 – 80 г /пог. м); 4 – внесение в почву полимера (ХСО) в дозе 10 кг д.в./га (ПМГ10); 5 – ПМГ40; 6 – ПМГ60; 7 – горизонтальное мульчирование 1 т/га (МЧГ1); 8 – МЧГ2,5; 9 – МЧГ5; 10 – МЧГ 2,5 + + ПМГ20; 11 – Щ ПМВ-80 + МЧГ2,5.
Опыт 3. Культура – яровая пшеница. Техника полива – ДКШ-64 «Волжанка». Варианты: 1 – контроль; 2 – внесение в почву ХСО10; 3 – ХСО40; 4 – ХСО60.
Опыт 4. Культура – подсолнечник. Трехфакторный опыт. 1-й фактор – конструкция лесной полосы. Варианты: плотная, ажурная и продуваемая. 2-й фактор – расстояние от лесной полосы. Варианты: 1Н, 3Н, 5Н, 10Н, 20Н, 25Н, 30Н, 35Н (Н – высота лесной полосы – 15 м). 3-й фактор – дозы удобрений. Варианты: 1 – N60P30K30; 2 – N90P60K30; 3 – N120P90K60.
Опыт 5. Культура – озимая пшеница. Факторы и варианты опыта идентичны с опытом 4.
Опыт 6. Исследование лесных полос с целью установления лесоводственно-таксационных характеристик насаждений под влиянием орошения.
Объект 2. Сухостепная зона Саратовского Заволжья, АО «Новое» – бывший учхоз СГАУ им. Н.И Вавилова и АО «Октябрь» Энгельсского района Саратовской обл., 1987–1991 гг. и 1997–2005 гг. Почва – темно-каштановая тяжелосуглинистая и легкоглинистая, слабосмытая, слабозасоленная, подстилаемая шоколадными глинами.
Опыт 7. Культура – кукуруза на силос. Техника полива – ДДА-100МА. Варианты: 1. Поливная норма, m: m = 20 мм. 2. m = 40 мм. 3. m = 60 мм. 4. m = = 80 мм. 5. m = 80 мм (40 + 40 – дискретно).
Опыт 8. Культура – кукуруза на силос. Техника полива при норме m: m = 60 мм. Варианты: 1. ДДА-100МА. 2. ДМ-454-100 «Фрегат». 3. ЭДМФ «Кубань-М».
Опыт 9. Система удобрений при норме m: m= 60 мм. Варианты опыта: 1. Без удобрений (контроль). 2 – N90P60K30; 3 – N90P60K30 + навоз 40 т/га. 4 – N90P60K30 + сидераты 21 т/га. 5 – N180P120K60.
Опыт 10. Культуры севооборота при норме m: m= 60 мм. Варианты: 1. Люцерна 2-го года пользования (3-го года жизни). 2. Яровая пшеница. 3. Озимая пшеница. 4. Кукуруза на силос. 5. Кормовая свекла.
Рисунок 1- Схема опытов в колхозе им. Ленина Балашовского района (а) и ОПХ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района (б) Саратовской области
Опыт 11. Влияние уклона на формирование эрозии. Варианты: 1. Техника полива – ДДА-100МА. m = 60 мм. Уклоны: 0,005, 0,009 и 0,025. 2. Техника полива «Фрегат». m = 35 мм. Уклоны 0,01, 0,02 и 0,06.
Объект 3 (рис. 1, б). Сухостепная зона Саратовского Заволжья, ОПХ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района Саратовской обл., 2001–2009 гг. Почва – темно-каштановая, средне- и тяжелосуглинистая, подстилаемая суглинками и глинами.
Опыт 12. Варианты: 1. Щелевание + мульчирование щелей вертикально 5 т/га (Щ мчв-5) + N90P60K30 – контроль; 2. Контроль + N90P60K30; 3. Контроль + навоз 40 т/га; 4. Контроль + сидераты 21 т/га; 5. Контроль + горизонтальное мульчирование 5 т/га (МЧГ5). 6. Контроль + полимеры горизонтально 60 кг д.в./га (ПМГ60). 7. Контроль+ МЧГ2 + ПМГ20.
Опыт 13. Влияние лесных насаждений на почвы под лесными насаждениями и прилегающей территории на орошении и без орошения. Варианты: 1. Без лесных полос и орошения – контроль. 2. Лесные полосы без орошения. 3 Орошение без лесных полос. 4. Орошение и лесные полосы.
Опыт 14. Исследование лесных полос с целью установления лесоводственно-таксационных характеристик насаждений под влиянием орошения. Варианты: 1. Без лесных полос и орошения – контроль. 2. Лесные полосы без орошения. 3 Орошение без лесных полос. 4. Орошение и лесные полосы.
Объект 4 (рис. 2, а). Степная зона Приволжской возвышенности, ОПХ НИПТИ сорго и кукурузы Саратовского района, 1984–2009 гг. Создана система лесных полос в 1968–1972 гг., состоящая из 13 полезащитных лесных полос через 400 м с дубом, березой, вязом. Почвы – чернозем южный, среднесуглинистый, маломощный, слабосмытый, на средних суглинках.
Опыт 15. Культура – яровая пшеница зернопаропропашного севооборота в условиях естественного увлажнения. Многолетние исследования влияния лесных полос различных конструкций на экологические факторы среды (микроклимат, температуру и влажность воздуха и почвы, испарение, дефицит водного баланса и др.) и урожай яровой пшеницы.
Варианты двухфакторного опыта: 1-й фактор – конструкция: плотная, ажурная, продуваемая. 2-й фактор – удаление от лесных полос: 1Н, 3Н, 5Н, 10Н, 15Н, 20Н, 25Н, 30Н, 35Н, 40Н, 45Н.
Объект 5 (рис. 2, б). Степная зона Приволжской возвышенности, СПК «Вязовский» и «Лесной» Татищевского района Саратовской обл., 1964–2009 гг. Созданы системы противоэрозионных мероприятий на землях с крутизной более 4. Почва – чернозем обыкновенный, неполноразвитый на опоке.
Опыт 16. Влияние агро- и лесомелиоративных мероприятий на элементы водного баланса и эрозию почв. Варианты: 1. Контроль. 2. Щелевание + + вертикальное мульчирование щелей соломой,5 т/га (ЩМЧВ-5). 3. Лесные полосы плотной конструкции. 4. ЛП + ЩМЧВ-5.
Объект 6. ОПХ «Орошаемое» ВНИИОЗа Городищенского района Волгоградской области.
Опыт 17. Культура – яровая пшеница. Варианты: 1. 200Р100 + полимер 60 кг д.в./га (сухое внесение); 2. 200Р100 + полимер 60 кг д.в./га (внесение с водой); 3. Контроль (без удобрений).
Опыт 18. Культура – кукуруза на силос. Варианты: 1. 200Р100 + полимер 60 кг д.в./га (сухое внесение); 2. 200Р100 + полимер 60 кг д.в./га (внесение с водой); 3. Контроль (без удобрений).
Опыт 19. Культура – ячмень (Харьковский-67) Варианты: 1. Контроль (без удобрений); 2. То же + полимер-структурообразователь; 3. Азотные удобрения под зябь 70 сухим способом; 4. То же + полимер-структурообразователь; 5. Азотные удобрения в вегетацию с поливной водой (30 по всходам + 20); 6. То же + + полимер.
Опыт 20. Культура – соя (Терезинская-2): 1. Контроль (без удобрений); 2. То же + полимер; 3. Азотные удобрения под зябь 60Р60 сухим способом; 4. То же + + полимер; 5. Азотно-фосфорные удобрения 60Р60 в вегетацию с поливной водой по фазам; 6. То же + полимер.
Опыт 21. Культура – кукуруза на зерно (Краснодарская-440) Варианты: 1. Контроль (без удобрений); 2. То же + полимер; 3. Азотные удобрения под зябь 200 сухим способом; 4. То же + полимер; 5. Азотные удобрения в вегетацию с поливной водой; 6. То же + полимер.
Объект 7. Колхоз «Маяк» Дубовского района Волгоградской области.
Опыт 22. Трехфакторный. Культура – кукуруза и яровая пшеница. 1-й фактор – поливная норма. Варианты: 1 – 60 мм; 2 – 80 мм. 2-й фактор – интенсивность дождевания. Варианты: 1 – 0,26 мм/мин; 2 – 0,46 мм/мин. 3-й фактор – доза удобрений и химического структурообразователя (ХСО). Варианты: 1 – N200P100; 2 – ХСО20; 3 – ХСО40; 4 – ХСО60. На вариантах с внесением в почву ХСО полимер применялся в дозах 20, 40, 60 кг д.в./га.
Методической основой исследований послужила совокупность методов, применяемых в земледелии, сельскохозяйственной мелиорации, агролесомелиорации, почвоведении, гидрологии и др. Полевые опыты сопровождались многочисленными сопутствующими наблюдениями за свойствами почв и растений, балансовыми исследованиями, формированием урожая культур севооборотов, определением экономико-энергетической эффективности, выполненными по общепринятым методикам РАСХН (1980, 1983), ведущих НИИ и вузов России (ВНИАЛМИ, 1973, 1985, 1986, 1987; ГГИ, 1973, 1975, 1979, 1986, 1991; МГУ,1979, 1982; ВНИИГиМ, 1978, 1986; ВНИИОЗ, 1983; ВНИИЗиЗПЭ, 1978, 1985, 1991; НИИСХ Юго-Востока, 1973).
В исследованиях использовались статистические методы и элементы системного подхода.
Обследование и исследование лесных полос осуществлялось по методике ВНИИ агролесомелиорации (1973,1985), В.В. Огиевского и А.А. Хирова (1968). Водно-физические свойства почв определяли по общепринятым методикам А.Ф. Вадюниной, З.А. Корчагиной (1986), Н. А. Качинского (1965,1970), А.А. Роде (1965, 1969). Гумус почвы – по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26205-84, обменного натрия – по ГОСТ 26950-86., подвижных фосфора и калия (К2О) – по методу Чирикова, подвижного азота – по методу Корнфильда.
Учет урожая зеленой массы кукурузы проводили скашиванием с учетной делянки, площадью 50 м2 в пятикратной повторности с последующим взвешиванием на площадочных весах. Учет урожая подсолнечника проводили скашиванием с учетных делянок площадью 50 м2, озимой и яровой пшеницы «метровками» в 5-кратной повторности, структура урожайности определялась по общепринятым методикам (Б.А.Доспехов, 1979; ВНИИОЗ, 1983). Водопотребление культур севооборотов определялся по методике А.Н. Костякова (1960). Многолетний ряд наблюдений элементов водного баланса, водопотребления, микроклиматических показателей (температуры, влажности воздуха и почвы и др.), урожайности, обрабатывался по методике Государственного гидрологического института (Санкт-Петербург, 1979, 1984, 1986, 2001), ГНУ «Радуга» (1986). Данные наблюдения выстраивались в ранжированный ряд, определялась вероятность превышения (Р, %) соответствующих величин по формуле:
Р = 100 m/ (n +1), (1)
где m – порядковый номер в ранжированном ряду; n – количество членов ряда (лет наблюдений).
Данные водопотребления сельскохозяйственных культур взяты в ГНУ «Радуга» и ВолжНИИГиМ (В.А. Нагорный, Б.И. Туктаров, 2005), а в системе лесных полос исследовались автором и сотрудниками кафедры «Лесомелиорация» (П.Н.Проездов, А.И. Разаренов, Д.А. Маштаков, 1978, 1983,1996, 1999, 2004, 2006, 2008, 2009).
По степени увлажнения вегетационного периода годы проведения опытов, 1987–2009 гг., характеризовались следующим образом: острозасушливыми были 3 года (1998, 1999,2009), среднесухими – 12 лет (1987, 1988, 1989, 1991, 1992, 1995, 1996, 2000, 2001, 2002, 2005,2006), влажными – 7 лет (1990, 1993, 1994, 1997, 2003, 2004, 2008). Один влажный год приходился на 2–3 года с недостаточным увлажнением, что является типичным для климата степной и сухостепной зон Поволжья.
Поверхностный сток и эрозия почвы определялись методом стоковых площадок. В исследованиях применялись стоковые площадки площадью 1 м2. Учет поверхностного стока проводился с помощью водосливов с углом выреза 45о, а также объемным методом с полным сбором стока. Стоковые площадки устанавливались в 3-кратной повторности для каждого варианта опыта, которые размещались на выделенной среди орошаемого участка делянке, площадью 200 м2, включающей в себя все типичные условия участка (ВНИИОЗ, 1983; ГГИ, г. Санкт-Петербург, 1979). Стоковые площадки ограждались от внешнего участка быстросъемными деревянными бортиками, во избежание поломки их сельскохозяйственной техникой.
При исследовании капельной эрозии для определения объема разбрызгивания почвы использовались обеззоленные бумажные фильтры 15 15 см, предварительно взвешенные. Листы на 10 с вносились в зону дождя, высушивались вместе с попавшими на них частицами почвы и взвешивались снова (Г.И. Швебс, 1968). Исследования ирригационной эрозии проводились объемным способом. Сток фильтровался через обеззоленный фильтр, и в фильтре определялись гумус, азот, фосфор, калий.
Водопроницаемость почвы определялась методом рам. Наименьшая влагоемкость почвы определялась методом заливаемых площадок в 3-кратной повторности по общепринятым методам (А.А.Роде, 1965, 1969; ВНИИОЗ, 1983). Противоэрозионная стойкость почвы определялась по методу В.В. Гуссака (1945) в лабораторных условиях. Водопрочность почвенных агрегатов определялась в лабораторных условиях по методу П.И. Андрианова (1983) и П.В. Вершинина (1964).
Относительно стоящей на позиции дождевальной машины стоковые площадки размещаются на расстоянии 2 м по обе стороны от фермы трубопровода (ВНИИОЗ, 1983).
Содержание нитратов в продукции устанавливалось с помощью ионселективного электрода по методике ЦИНАО (Т.А. Вдовина, Н.А. Медведев, 1980). Содержание клейковины в зерне яровой пшеницы и величина индекса деформации клейковины определялись в лабораторных условиях по общепринятым методикам Н.С. Беркутовой (1991), и Г.П. Жемелы (1977).
Энергетическая оценка противоэрозионных мелиораций проведена по методикам РАСХН (1989, 2000), ВНИИЗ и ЗПЭ (1999, 2000); М.М. Севернева (1991), М. В. Володина (1999). Для математической обработки опытных данных применяли дисперсионный, регрессионный и корреляционный анализ с использованием методики Б.А. Доспехова (1985, 1987) и типовых компьютерных программ Statistica 7,0, Microsoft Excel, Origin 6,0.
2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭРОЗИИ ПОЧВ И ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ МЕЛИОРАЦИЙ
2.1. Закономерности формирования стока и эрозии почв
В качестве основного генетического вида водной эрозии принят такой процесс, который имеет единые гидролого-морфологические признаки, обусловленные закономерностями снеготаяния, падения капель дождя и движения микропотоков, состоящих из воды и несущих на себе влияние морфологических образований земной поверхности. На безуклонной поверхности происходит эрозия почвенной структуры: без влияния и с влиянием капель дождя.
Эрозия почвенной структуры – процесс обратимый. Поверхностно-склоновая эрозия может протекать под действием капель дождя при отсутствии потоков воды - капельная эрозия, или эрозия разбрызгивания (Г.И. Швебс,1974, 1989). Перемещение частиц почвы брызгами проявляется лишь при наличии наклона склона. Поверхностный сток в начале имеет вид микропотоков, глубина которых соизмерима с крупностью перемещаемых частиц и производящих смыв, а по мере роста концентрации потоков воды и наносов – размыв почв и грунтов.
Согласно исследованиям В.Б. Гуссака (1964), С.С. Соболева (1948, 1960), М.И. Львовича (1974), И.А. Кузника (1963), A.W. Zingg (1948) и др., при таянии под снегом на поверхности почвы формируются ламинарные, спокойные водные потоки, подчиняющиеся закону Дарси, с числом Рейнольдса менее 300 и числом Фруда менее 1:
= KI, (2)
где – скорость; K – коэффициент влагопроводности; I – уклон.
На освободившихся участках от снега и свободном движении потоков для уклонов более 0,1–0,15 (6-9) характерны турбулентные режимы движения со скоростью, подчиняющейся закону А. Шези:
, (3)
где с – коэффициент Шези, зависящий от шероховатости поверхности. Обычно с = = 10–60 м0,5/с ; hc – поверхностный сток (слой, глубина).
Задачей исследований является установление опытным путем значений основных параметров, необходимых для проектирования и создания водорегулирующих сооружений (лесных полос, ГТС и др.), в целях борьбы с водной эрозией почв на склонах. Возможны два пути решения: эмпирический, использующий в основном данные наблюдений, и аналитический, базирующийся на установлении теоретических и опытных зависимостей между величиной эрозии и факторами, ее обусловливающими. Однако и при аналитическом методе в математических выражениях неизбежны опытные эмпирические коэффициенты, характеризующие податливость к смыву и размыву различных почв, ее распаханности, задерненности и т.п.
Опираясь на аналитико-эмпирические методы исследований, И.А. Кузник (1963, 1970) обосновал зависимость эрозии почв от факторов, ее обусловливающих:
= С0 I Lhc, (4)
где – эрозия почвы, мк; С0 – эрозионный коэффициент, мк/ммм‰ ; I – уклон; L – длина, м.
Эрозионный коэффициент показывает величину смыва почвы в мк при стоке 1 мм, уклона 1 ‰ и длине склона 1 м. Нами установлены значения эрозионных коэффициентов различной вероятности превышения (1 %; 10 %; 50 %) на сельскохозяйственных и лесных угодьях, в среднем они составляют: зябь – 0,19; озимые – 0,05; пастбище – 0,01; многолетние травы – 0,008; лес – 0,0007.
Генетическая классификация водной эрозии почв дает некоторые предпосылки в установлении закономерностей эрозионных процессов, проявляющихся на эродированных богарных и орошаемых землях Поволжья.
Причиной дефицита надежных методов прогноза ирригационной эрозии в настоящее время является отсутствие теоретически и экспериментально обоснованной методики определения эрозионной опасности дождей и способов количественного их выражения.
Оценка энергии выпадающих дождей и массы стекающей воды по поверхности почвы в строгих рамках классической механики сама по себе выполнена, и в этом направлении трудностей принципиального характера практически нет (Ц.Е. Мирцхулава, 1979; Г.И. Швебс, 1968, 1974, 1981, 1989; В.Д.Иванов, 1985; В.В. Сластихин, 1964, В.Я. Григорьев, 1983 и др.).
Эрозионная опасность дождей определяется не только силой их воздействия, но и свойствами конкретной почвенной разности, ее состоянием и степенью увлажнения.
Анализ функционального взаимодействия интенсивности дождя во времени и водопроницаемости почвогрунта в одной системе координат позволили выявить следующие положения(рис. 3):
1. Неэрозионноопасными являются дожди любой продолжительности, интенсивность которых меньше установившейся скорости фильтрации почвогрунтов (на рис. 3 ниже линии ЕС). Дожди с интенсивностью, превышающей установившуюся скорость фильтрации почвогрунтов, являются эрозионноопасными (на рис. 3 выше линии ЕС): влажность почвогрунтов больше НВ. 2. Наложение кривых интенсивности дождя и водопроницаемости почвогрунта во времени в единой системе координат и масштабе позволяет с достаточной точностью определить эрозионный слой дождя как произведение его средней эрозионноопасной интенсивности на соответствующий отрезок времени и определить его эрозионноопасную массу на единице площади. 3. На основе определения массы эрозионноопасной части дождя и скорости падения капель, связанных с его интенсивностью и диаметром капель, может быть вычислена кинетическая энергия той части дождя применительно к конкретным почвогрунтам, которая совместно с энергией стекающей массы воды по склону и будет определять соответствующую величину смыва.
Кинетическая энергия дождя (Е, т/га), рассчитанная по формуле американских исследователей (А. Singh, 1976, W.H. Wishmeier, D.D. Smith, 1978) с использованием средневзвешенной эрозионноопасной его интенсивности (i, см/ч) Е = 210 + 89 lgi близка к эрозионноопасной невпитавшейся массе дождевой воды, определенной графоаналитическим методом (В.Д. Иванов, В.Г. Попов 1990; П.Н. Проездов, В.Г. Попов, Д.А. Маштаков, 2006).
Таким образом, в оценке кинетической энергии дождя лежит его эрозионная стокообразующая масса, выраженная определенной зависимостью через его средневзвешенную эрозионноопасную интенсивность.
Инфильтрационная способность почв зависит от степени ее уплотнения сельхозтехникой. Уплотненные участки, доля которых может составлять 10–70% площади поля, являются очагами формирования стока и эрозии.
Зависимость инфильтрационной способности темно-каштановой почвы на различных культурах описывается экспоненциальными уравнениями (см. рис. 4).
Коэффициенты детерминации R2 = 0,66–0,74 показывают, что на 66–74 % снижение инфильтрационной способности почв обусловлено продолжительностью впитывания и видом сельскохозяйственной культуры и позволяет использовать модели для установления зависимостей между данными признаками. Зависимость величины поверхностного стока от инфильтрационной способности темно-каштановой почвы описывается интегральным уравнением (см. рис. 4; заштрихованная часть рисунка – объем стока).
Рисунок 3 - Физическая сущность эрозионной опасности дождя
(темно-каштановые суглинистые почвы)
Рисунок 4 - Инфильтрационная способность темно-каштановой почвы
на различных культурах
Разрушение почвенной структуры при поливе дождеванием происходит одновременно на всей площади, охваченной дождевальной машиной. При этом большая или меньшая часть водопрочных агрегатов в слое почвы 0–5 см переходит во фракцию распыленных агрегатов, менее 0,25 мм (Ц.Е.Мирцхулава, 1970; Г.И Швебс, 1968; Д.И. Буров, 1949; Г.К. Горчичко,1979; В.Я. Григорьев., 1984; Н.С. Ерхов, 1977; Г. Конке, 1962; В.М. Московкин, 1979; Ю.П.Поляков, 1981; П.Н.Проездов, 1998, 2002).
Отрицательные последствия разбрызгивания различны и зависят от уклона, проективного покрытия почвы растительностью, продолжительности дождевания, скорости ветра (Ц.Е.Мирцхулава, 1970; Г.И. Швебс, 1974, П.Н. Проездов, 1998).
Более увлажненный слой почвы поглощает меньшее количество поливной воды до наступления «грязевого» состояния, тем самым сокращается время до образования первых разбрызгивающихся почвенных частиц. И наоборот, сильно иссушенный верхний слой почвы активно поглощает дождевые капли, которые при ударе о почву оставляют на ней лунку величиной, равной диаметру капли.
Ц.Е. Мирцхулава (1970) определяет зависимость эрозии разбрызгивания от интенсивности и продолжительности выпадения дождя, уклона увлажняемой площади, скорости падения и размера дождевых капель и других показателей. Причем рассматривает последние два показателя в контексте с допускаемыми величинами. Допускаемая скорость падения дождевых капель, по мнению Ц.Е. Мирцхулавы, зависит от силы сцепления грунта в состоянии полного водонасыщения и уменьшения такого сцепления за счет снижения сил трения.
Г.И. Швебс (1974, 1989) приводит эмпирическую зависимость расхода наносов, где показывает отдельными сомножителями значения капельной и ливневой поверхностной эрозии.
Исследования, проведенные на черноземах и каштановых почвах Нижнего Поволжья в полевых условиях и моделях (дождевальных установках), позволили установить эмпирическую зависимость капельной эрозии от факторов, ее определяющих (П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, 1999, 2008)
Rкэ=(1/K0,25– 1)ПГApAiAje 0,5i, (5)
где Rкэ – капельная эрозия, г/с·м, определяет расход разбрызгиваемых частиц почвы на 1 м ширины захвата дождевальной машины (ДМ); К0,25 – критерий водопрочности почвенных агрегатов; 0 < К0,25 < 1; ПГ – параметр, учитывающий тип почвы, ее гранулометрический состав, ПГ = 2,0–3,5; Ар – коэффициент, учитывающий предохраняющую роль растительности и противоэрозионных приемов; 0 < Ар < 1; Аi – коэффициент, учитывающий интенсивность дождя. Изменяется от 1,0 до 3,8. При i 0,2 мм/мин Аi = 1,0; при i = 0,3 мм/мин Аi = 1,5; Аj – коэффициент, учитывающий влияние уклона на капельную эрозию. При j < 0,01 Aj = 1,0; при j = = 0,05 Аj = 1,5; е – основание натурального логарифма, е0,5i – параметр, учитывающий ударное воздействие дождевых капель.
Критерий водопрочности определен нами по зависимости (П.Н.Проездов, Д.А.Маштаков, 1999):
К0,25 = ( >0,25МР) / (>0,25 СР), (6)
где числитель и знаменатель дроби соответственно сумма агрегатов размером 10–0,25 мм при мокром и сухом просеивании почвы, %.
Капельная эрозия изменяется в течение полива: сначала она возрастает до образования луж и микропотоков, а затем снижается и прекращается с появлением сплошного слоя воды. Зависимость капельной эрозии от продолжительности полива (дождя) описывается уравнением параболы.
Зависимость ливневой эрозии описывается нами уравнением (П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, 1999, 2008):
Rпэ = 20,0dn-1J 0,5hcApAie 0,5i, (7)
где Rпэ – ливневая поверхностная эрозия, г/см; определяет расход наносов на 1 м ширины захвата ДМ; d – средняя крупность наносов, мм. Определяется по Н.И. Саввинову по результатам мокрого просеивания почвы после воздействия дождя; n – коэффициент шероховатости подстилающей поверхности по Базену; n = = 1,25–12,0 (М.С.Кузнецов, 1996); J – уклон поверхности; hс – поверхностный сток, м.
Н.С. Ерхов (1982), В.Я. Григорьев и другие исследователи (1983) установили время до начала образования стока при выпадении ливней в обратной зависимости от интенсивности дождя. Причем, В.Я. Григорьев с соавторами приводят формулу с учетом допустимой интенсивности и силы удара капель дождя. Последняя является функцией скорости падения и диаметра капель.
Допустимая интенсивность дождя – значение, при котором практически не происходит разрушение каплями почвенных частиц, что возможно при 100 %-м проективном покрытии почвы многолетними травами, мульчей, соломой и т.д. (П.Н.Проездов, 1999; П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, 1999, 2008):
iД= 0,025 ApKпчKпп / (1/ K 0,25-1)e 0,5i, (8)
где iД – допустимая интенсивность дождя, мм/мин; Кпч – коэффициент, учитывающий тип почв. Каштановые – Кпч= 1,0; черноземы – Кпч= 0,8; Кпп – коэффициент, учитывающий подпочвы; суглинки, глины – Кпп = 1,0; супеси – 0,8; i – интенсивность дождя ДМ, мм/мин. ДДА-100МА – 0,25 при длине бьефа 300 м; ДМ «Волжанка» – 0,25; ДМ «Днепр» – 0,28; ДМ «Кубань-ЛК» – 0,67; ЭДМФ «Кубань- М» – 1,2; ДМ-454-100 «Фрегат» – 0,25–0,85 (с удалением от гидранта интенсивность дождя возрастает).
Допустимая (достоковая) поливная норма mД, мм, (слой воды, который распределяется в течение всего полива с заданной интенсивностью дождя без образования стока), определяется нами зависимостью:
mД = i t, (9)
где t – время до начала образования стока, мин.
Исследования показали, что для обыкновенных черноземов допустимая поливная норма составляет 19–34 мм, в зависимости от интенсивности дождевания, для каштановых почв – 30–49 мм. Растительный покров на поверхности почвы позволяет увеличить достоковую поливную норму на 7–17 мм. Наши исследования показали, что при интенсивности дождя 0,25–0,3 мм/мин время до начала образования стока составляет: на черноземах – 60–80 мин, на темно-каштановых почвах – 40–80 мин. Растительный покров увеличивает продолжительность полива на 20–40 мин.
Такая продолжительность полива не обеспечивает сельскохозяйственные культуры достаточным количеством воды, поэтому при поливе дождеванием необходимо применять комплекс противоэрозионных мелиораций.
2.2. Теоретическое обоснование противоэрозионных мелиораций земель
Эффективность системы противоэрозионных, оросительных и лесных мелиораций определяется оптимальным размещением ее элементов в агроландшафтах, надежностью гидрологического обоснования, доступностью выполнения соответствующих мелиоративных приемов.
Теория данного вопроса основана на энергии (работе) водного потока, формирующегося на склоне (от водораздела до вершин оврагов – пояс отсутствия линейной эрозии):
E0 =m002 / 2, (10)
где E0 – энергия водного потока в поясе отсутствия линейной эрозии; m0 – масса воды; 0 – скорость.
На нижерасположенном участке склона энергия потока воды: E1 = m112/2. Для того, чтобы не образовывались овраги на этом участке склона, должно быть выполнено условие: E0 = E1. или m0 02 = m1 12. Далее, m0 = d0l0L0h0 ; m1 = d1l1L1h1, где d0, d1 – плотность почвогрунта; l0, l1 – ширина склона; L0, L1 – длина склона; h0, h1 – слой поверхностного стока.
Исследованиями установлено (М.И. Львович, 1975; И.А. Кузник, 1963, 1970; П.Н. Проездов, 1983, 1999), что величина (слой стока до уклона 0,1 (6°) не зависит от длины и крутизны склона: объем стока возрастает прямо пропорционально длине склона, т.е. h0 h1, а для динамики линейной эрозии можно принять d0 d1.
Согласно формуле А. Шези 
и 
, где c0, c1 – коэффициенты А. Шези ; h0 = R0, h1 = R1, R0, R1 – гидравлический радиус, равный в данном случае слою поверхностного стока; I0, I1 – уклон участка; (I 0,1). Для линейной эрозии c0 c1. Подставив значения в формулу (10), получим: энергия водного потока на 1 м ширина склона или длины лесной полосы (вала-канавы) l0 = = l1 =1:
E0 = L0I0 и E1 = L1I1. Но E0 = E1, тогда L0I0 = L1 I1;
L1 = L0I0 / I1. (11)
Расстояния между лесными полосами, валами- канавами и другими противоэрозионными рубежами, составляющими экологический каркас водосбора, ландшафта, обратно пропорциональны уклонам межрубежных пространств.
Наблюдения и исследования за динамикой линейной эрозии показали, что промоины и овраги при крутизне до 1,5° (I = 0,025) не образуются при любой длине склона, что положено в основу назначения расстояний между противоэрозионными рубежами, приняв за длину пояса отсутствия линейной эрозии расстояние между полезащитными лесными полосами.
Межполосные расстояния рекомендуется нами определять по зависимости:
LСЛП = LПЗЛП (0,025/I)n, (12)
где LСЛП, LПЗЛП – расстояния соответственно между стокорегулирующими и полезащитными лесными полосами, м (табл. 1); n – коэффициент, учитывающий гранулометрический состав почв; n = 1,00 – глинистые и суглинистые почвы; n = = 1,25 – супесчаные почвы.
Таблица 1 – Расстояния между лесными полосами в условиях естественного увлажнения (числитель) и орошения с учетом полива лесных полос (знаменатель), м
| Тип и подтип почвы | ПЗЛП (продуваемые или ажурные), крутизна <2° | Стокорегулирующие лесные полосы | ||||
| продуваемые | ажурные | |||||
| 2° | 3° | 4° | 5° | 6° | ||
| Черноземы: обыкновенные | 500* 600 | 450 600 | 250 500 | 200 | 150 | 125 |
| южные | 400* 500 | 350 500 | 200 450 | 175 | 125 | 100 |
| Темно-каштановые и каштановые | 350* 450 | 300 450 | 175 400 | 150 | 100 | 90 |
| Светло-каштановые | 250* 400 | 250 400 | 125 300 | 100 | 80 | 60 |
Примечание. Для песчаных и супесчаных почв расстояния уменьшаются на 25%.
Расстояние между ПЗЛП принимается согласно инструкции (1979) от 250 м на светло-каштановых почвах до 500 м на обыкновенных черноземах.
Дополнительный приток воды за счет усиления лесных полос гидросооружениями (валами-канавами, водозадерживающими валами, водопоглощающими канавами и др.) и орошения увеличивает бонитет (высоту древесных пород) деревьев до одного класса и более. Это позволяет увеличить расстояние между лесными полосами по сравнению с условиями естественного увлажнения до 100–150 м и более (см. табл.1), расширить ассортимент древесно-кустарниковой растительности для насаждений, повысить долговечность.
Для уменьшения поверхностной эрозии до величины естественного почвообразовательного процесса в межполосных пространствах предусматриваются агромелиоративные противоэрозионные мероприятия: контурно-полосное земледелие, почвозащитная технология возделывания культур севооборотов, щелевание, сидерация, мульчирование и др.
Проблема капельно-дождевой эрозии при низком покрытии почвы растительностью решается путем горизонтального мульчирования, введения промежуточных культур и др.
Расстояние между щелями при щелевании озимых, трав, пропашных культур и др. определяется по зависимости:
Lщ = Kг А60p/ AI e 0,5i, (13)
где Lщ – расстояние между щелями, м; Kг – коэффициент, учитывающий гранулометрический состав почв; 2,5 Kг 3,5; Kг = 3,5 – среднесуглинистые; Kг = 3,0 – тяжелосуглинистые; Kг = 2,5 – глинистые; AI – коэффициент, учитывающий влияние уклона; 0 AI 1,5; при I = 0,01 AI = 1,0; при I = 0,05 AI = = 1,5; для естественных ливней при I = 0,1 AI = 2,0; при I = 0,15 AI = 2,5.
Доза вертикального мульчирования (сечка соломы):
Дмчв = 10000cdщhмчв/Lщ, (14)
где Дмчв – доза вертикального мульчирования, т/га; 10000 – переводной коэффициент на 1 га; c – плотность сложения соломы, т/м3; dщ – толщина щели, м; hмчв – глубина вертикального мульчирования, м.
Доза горизонтального мульчирования (сечка соломы):
Дмчг = 10000 chмчг (15)
где Дмчг – доза горизонтального мульчирования, т/га; hмчг – слой мульчи, м.
3. КОМПЛЕКСНАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ЭРОДИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ
В УСЛОВИЯХ ОРОШЕНИЯ И ЕСТЕСТВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ
Исследованиям формирования поверхностного стока и мер защиты от ирригационной эрозии в Поволжье посвящены работы А.Г. Бондарева (1982, 1985), М.С. Григорова и др. (1993), В.Я. Григорьева (1974, 1984), Е.П. Денисова (1998), И.П. Кружилина (1998), М.С. Кузнецова и Г.П. Глазунова (1996), Г.А. Ларионова (1993), А.В. Лысова и П.Н. Проездова (1991), П.Н. Проездова (1999, 2006), Н.А. Мосиенко и др. (1990), В.Г. Попова (1992, 2006), П.С. Трегубова и О.А. Аверьянова (1987), Ю.П. Полякова и Н.М. Шевцова (1977) и др. Но в литературе имеется небольшое количество работ (Ц.Е. Мирцхулава, 1970; Г.И. Швебс, 1968; П.С. Трегубов и О.А. Аверьянов, 1987; В.Я. Григорьев, 1984; П.Н. Проездов, 1998, 1999) посвященных теоретическим и практическим аспектам капельно-дождевой эрозии, что в определенной мере восполнено нашими исследованиями.
Зависимость капельной эрозии от мульчирования и различных доз ХСО на орошаемых черноземах описывается полиноминальным уравнением с коэффициентом детерминации R2 = 0,98:
Y = 72967,36 – 2851,34х + 41,768 х2 – 0,27х3 + 0,0007х4; (16)
где Y – капельная эрозия, т/га; х – агромелиоративные приемы.
Высокая эффективность защиты почв от капельной эрозии проявляется при совместном применении ХСО дозой 20 кг д.в./га и мульчирования 2 т/га: капельная эрозия сокращается за 1 полив в 35 раз по сравнению с контролем.
Скорость микропотоков воды, образующихся на поле при поливе дождеванием, составляла 0,13–0,41 м/с, тогда как донная размывающая скорость для черноземных почв тяжелосуглинистого состава в зависимости от агрофона 0,08–0,25 м/с. Мульчпокров (солома дозой 2,5 т/га) и химический структурообразователь (ХСО) увеличивают шероховатость поверхности в 1,3–1,5 раза, уменьшают скорость воды в 1,3–2 раза, переводят микропотоки воды в спокойное состояние.
Увеличение расхода микропотока в 2 раза увеличивает мутность стока в 2,8–3,0 раза, что ведет к резкому возрастанию величины ирригационной эрозии.
Наибольшие величины поверхностного стока и ирригационной эрозии наблюдались во время полива кукурузы и кормовой свеклы в ранние фазы развития. Здесь величина стока была 12,5 и 13 мм, а эрозия – 0,74 и 0,81 т/га соответственно. Увеличение вегетативной массы растений при последнем поливе привело к сокращению поверхностного стока в 2,2–2,5, а эрозии в 3,0–3,2 раза по сравнению с первым. Проведенный регрессионный анализ позволил установить закономерность изменения величины ирригационной эрозии под влиянием мелиоративных приемов и поверхностного стока, которая описывается полиноминальным уравнением с коэффициентом детерминации R2 = 0,92:
Y = 3,084 – 0,489 х – 0,773у + 0,024х2 + 0,061ху + 0,05у2; (17)
где Y – ирригационная эрозия, т/га; х – сток, мм; у – варианты опыта.
На черноземах максимальные величины стока и эрозии наблюдались на кукурузе – 6,8 мм и 0,8 т/га, а минимальные – на яровой пшенице – 2,5 мм и 0,17 т/га (рис. 5) при величине поливной нормы – 50 мм.
Рисунок 5 - Влияние агромелиоративных приемов на ирригационную эрозию чернозема обыкновенного за вегетационный период кукурузы и люцерны
На темно-каштановых почвах на контроле величина поверхностного стока составляла 11,9 мм, а эрозии – 0,74 т/га. Щелевание снижает величину поверхностного стока в 2,5 раза по сравнению с контролем, а смыв – в 1,3 раза по сравнению с контролем.
После 1-го полива отмечалось заплывание щелей почвой на их глубины, а после 2-го полива щели заплывали полностью и противоэрозионного эффекта не оказывали. Применение горизонтального и вертикального мульчирования, в том числе и полимерной мелиорации, обеспечивает работоспособность щелей в течение всего вегетационного периода и уменьшает эрозию почв до величины естественного почвообразовательного процесса, составляющую для темно-каштановых маломощных почв 0,4 т/га (М.Н. Заславский, 1983,1987; Г.П. Сурмач, 1976, 1992; Б.А. Зимовец и др., 1996).
Наиболее эффективными в плане снижения ирригационной эрозии были варианты с совместным действием: 1) щелевания, вертикального и горизонтального мульчирования; 2) щелевания, обработкой щелей полимером и внесением полимера в почву дозой 60 кг/га; 3) щелевания, вертикального, горизонтального мульчирования и внесением полимера дозой 20 кг/га. Величина поверхностного стока составила 2,6; 1,8 и 1,9 мм соответственно, что в 4,6; 6,6 и 6,3 раза меньше по сравнению с контролем. Ирригационная эрозия сократилась при применении данных вариантов в 4,6; 5,7 и 4,9 раза по сравнению с контролем.
Применение удобрений на темно-каштановых почвах в различных дозах уменьшает величину стока и эрозии почвы при каждом поливе (опыт 9).
Наиболее эффективное воздействие на величину стока и эрозии оказывает применение вариантов с внесением органических удобрений (навоз) и сидеральных удобрений (донник).
Величина стока здесь снизилась на 3,1 мм, ирригационная эрозия – на 0,06 и 0,21 т/га соответственно по сравнению с контролем, или в 1,3–1,4 раза. Органо-минеральная система удобрений имеет ярко выраженное преимущество перед минеральной системой (N180P120K60) в снижении величины ирригационной эрозии, поверхностного стока и, как следствие, экономии оросительной воды при орошении.
Применение агромелиоративных приемов снижает величину поверхностного стока и эрозии при орошении различных культур на черноземе обыкновенном (см. рис. 5). За вегетационный период щелевание на кукурузе снизило сток и эрозию почвы в 1,3–2 раза, на люцерне – в 2–3,3 раза (опыты 1–3).
Величина стока на контроле составляла на люцерне до 8,2 %, на кукурузе – до 14,2 % от поливной нормы. Мульчпокров различными дозами на кукурузе снизил сток в 1,4–1,7 раза, эрозию почвы в 2–4,6 раза. Совместное применение мульчирования, щелевания и внесения в почву химического структурообразователя сократило сток и эрозию почвы в 2,5–9 раз по сравнению с контролем (см. рис. 5).
Внесение ХСО в почву способствует увеличению противоэрозионной стойкости почвы за счет увеличения количества водопрочных агрегатов. Обработанная полимером почва имеет более высокую инфильтрационную способность, чем почва с контрольных участков, благодаря чему увеличивается норма полива до лужеобразования и формирования поверхностного стока.
На кукурузе при внесении ХСО в дозе 10 кг д.в./га (минимальная доза) достоковая норма полива увеличивается по сравнению с контролем на 32 м3/га, на люцерне – на 45 м3/га, на яровой пшенице – на 24 м3/га. Доза ХСО 60 кг д.в./га (максимальная доза), увеличивает достоковую норму полива на кукурузе – на 85 м3/га по сравнению с контролем, на люцерне – на 114, на яровой пшенице – на 93 м3/га. Величина поверхностного стока на всех культурах при дозе полимера 60 кг д.в./га сократилась в 4,3–5,6 раза.
Химический структурообразователь закрепляет питательные вещества и гумус в почве. Внесение ХСО сокращает вынос азота в зависимости от дозы внесения ХСО на участках без удобрений на 8–20% и в 1,8–4 раза – на участках с внесением удобрений. Вынос фосфора за одни полив в зависимости от дозы внесения ХСО на участках без удобрений сократился в 1,1–1,25 раз, и в 1,5–2,5 раза – на участках с внесением удобрений (опыты 17–21).
Вынос азота с твердым стоком на вариантах с удобрениями сократился в 2 раза, фосфора – в 1,8 раза, калия – в 1,3 раза.
Внесение ХСО в дозах 10 и 60 кг д.в./га сократило вынос азота в 2–4 раза на вариантах без удобрений и в 2,5–7,5 раза на вариантах с внесением удобрений.
Лесные полосы на оросительных системах (см. рис.1,б) позволяют выдерживать режим орошения сельскохозяйственных культур, особенно в части соблюдения сроков поливов. Снижая скорость ветра в межполосных пространствах на 30 % и более, лесные полосы позволяют проводить дождевание при ветровых нагрузках более 10–12 м/с, улучшая равномерность и качество полива, что положительно сказывается на урожайности и водопотреблении культур севооборота. Уменьшение фактической поливной нормы от заданной в открытом поле достигает в среднем 19 % (максимум до 33%), под защитой лесных полос – 6 %. Полученные экспериментальные данные по плотности сложения почвы указывают на уменьшение ее значений в системе лесооросительных мелиораций по сравнению с контролем на темно-каштановых почвах: на расстоянии 3Н и 1Н разница составила 5 и 4 % соответственно, а в лесной полосе плотность сложения стала ниже на 15 % и составила 1,11 против 1,28 г/см3. На расстоянии 1Н–20Н порозность составила 50–55 %, в самой лесной полосе 56 %. Мощность гумусового горизонта А на 10–15% выше в системе лесооросительных мелиораций (опыт 13) по сравнению с открытым полем. В лесной полосе мощность горизонта А увеличилась на 16 %, на расстоянии 1Н и 3Н увеличение составило 6 %, или 2 см.
Система лесных полос (опыт 16, см. рис. 2, б) в условиях естественного увлажнения в сочетании с щелеванием позитивно влияла на формирование элементов водного баланса и защиту чернозема обыкновенного от эрозии. В целях защиты щелей от заиления и льдистости применялось вертикальное мульчирование их сечкой соломы длиной 15–20 см на глубину 10–15 см при общей дозе до 5 т/га. Эффективность щелей была наиболее существенной в многоводные весны и влажные вегетационные периоды.
Щелевание чистых паров и пропашных культур уменьшает смыв почвы в 1,86 раза, многолетних трав – в 1,5, зяби отвальной – в 1,6, культур узкорядного сева – в 1,4 раза. Анализ смыва почв показал, что в кормовых севооборотах с долей участия многолетних злаково-бобовых смесей 100 % обеспечивается сохранность почв в системе лесных полос, усиленных валами-канавами, соответственно 0,11 и 0,16 т/га. Полевые севообороты в системе лесных полос на фоне применения щелевания с одновременным мульчированием щелей дозой 5 т/га обеспечивают допустимые потери почвы 0,2 т/га.
4. АГРО- И ЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫЕ ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
И ПРОДУКТИВНОСТЬ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД В ЛЕСНЫХ ПОЛОСАХ
Агромелиоративные и лесомелиоративные приемы уменьшают плотность сложения пахотного слоя, увеличивают пористость почв и продуктивные влагозапасы, улучшают микроклимат полей и повышают урожайность сельскохозяйственных культур (А.Г. Ларионов, 1985; П.Н.Проездов, 1999, 2002; Е.С. Павловский, 1991; В.М. Кретинин, 2001, 2004; В.М. Ивонин, 1986, 2005; А.Т.Барабанов, 1993,2005; И.Г.Зыков, 1982, 1998; Н.И.Сус, 1966 и др.).
Применяемые мелиоративные приемы на орошаемых черноземах обыкновенных и темно-каштановых почвах способствуют увеличению урожайности выращиваемых культур, что подтверждается результатами наших исследований – опыты 1–3, 7–10, 12, 17–22.
Внесение в почву химического структурообразователя (ХСО) улучшает водно-физические свойства почвы, увеличивает запасы воды в почве и является дополнительным источником азота в почве. Увеличение урожайности кукурузы при применении ХСО40 составило 9 %, ХСО60 – 14,5 % по сравнению с контролем. Наибольшие прибавки урожайности кукурузы получены на вариантах с одновременным щелеванием, мульчированием и обработкой щелей ХСО и применением ХСО60 – на 7,1 и 6,6 т/га соответственно, или на 15,5 и 14,5% по сравнению с контролем соответственно.
Мульчирование почвы соломой увеличило урожайность кукурузы на силос на 5–8 % в зависимости от дозы мульчи. На вариантах опыта с одновременным применением мульчирования и ХСО и щелевания с мульчированием урожайность увеличилась на 11 и 14 % соответственно.
Зависимость урожайности кукурузы на орошаемых черноземах от мелиоративных приемов описывается полиноминальным уравнением с коэффициентом детерминации R2 = 0,96:
Y= –1,14E6 + 43500,2x – 619,3x2 +3,92x3 – 0,0093x4; (18)
где Y – урожайность кукурузы, т/га; х – варианты опытов
Немаловажную роль в повышении урожайности выращиваемых культур играют правильно сформированные конструкции лесных полос в соответствии с климатической зоной (опыты 4, 5, 13, 15, 16).
Влияние лесных полос различных конструкций и химических мелиораций на урожайность сельскохозяйственных культур изучалось на территории колхоза им. Ленина и СХА «Звезда» Балашовского района на черноземе обыкновенном (опыты 4 и 5). Исследованиями выявлено существенное увеличение урожайности выращиваемых культур при внесении различных доз удобрений под защитой лесных полос всех конструкций, но наиболее существенные прибавки отмечались для ажурной и продуваемой конструкций.
Плотная, ажурная и продуваемая конструкции лесных полос различно воздействовали на формирование урожайности озимой пшеницы.
В зоне мелиоративного влияния плотной конструкции полосы (1Н–20Н) средняя прибавка урожайности составила 0,3–0,45 т/га, или 8–12 %. Эффективность лесополосы ажурной конструкции в таких же параметрах зоны влияния определилась получением прибавки урожайности пшеницы 0,5–0,65 т/га, или 13,5–18 %. Во всех вариантах опыта отмечено увеличение урожайности от применения удобрений N90P60K30 и N120P90K60. Внесение N90P60K30 в зоне 1Н–20Н плотной лесной полосы способствовало повышению урожайности на 0,55–0,65 т/га зерна, или 15–17,5 %. В зоне действия лесополосы ажурной конструкции прибавка урожайности составила 0,65–0,75 т/га, или 17,5–20 %, продуваемой конструкции 0,7–0,8 т/га, или 20–25 %. Значение НСР05 = 0,05 т/га по факторам различных доз удобрений показало их существенное влияние на урожайность озимой пшеницы.
Орошение лесных полос дождеванием, использование древесными породами поливных, фильтрационных, сбросных, грунтовых и иных вод приводит к повышению продуктивности древесно-кустарниковой растительности и увеличению высоты древесной растительности до 5–6 м и более, что в свою очередь позволяет повысить межполосные расстояния более чем на 100–150 м. Использование древесными породами антропогенно пополняемой влаги повышает приживаемость сеянцев до 100 %, увеличивает долговечность леса, особенно в засушливых условиях, расширяет ассортимент применяемой древесно-кустарниковой растительности (опыты 6, 14).
Таксационные показатели лесных насаждений, расположенных на различных расстояниях от магистрального оросительного канала, изучались в ОПХ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района Саратовской области (опыт 14; см. рис. 1, б). Пробные площади ПП1 и ПП4 заложены в лесополосах, расположенных параллельно каналу на расстоянии 50 и 1300 м от канала. Пробные площади ПП2 и ПП 3 заложены в лесополосе, перпендикулярной к каналу, на расстоянии 150 и 750 м.
Выявлена следующая закономерность: рост модельных деревьев на всех пробных площадях до 5 лет не отличался. В последующие годы отмечалось увеличение роста деревьев на ПП1 и ПП2 с сохранением этой тенденции до настоящего времени. Модельные деревья на ПП3 и ПП4 до 17 лет росли с одинаковой интенсивностью, а далее рост модельных деревьев на ПП 3 в высоту ускорился и до 45 лет был интенсивнее, чем на ПП4. Общие средние приросты деревьев в высоту достигли максимальных значений в 10 лет и составили 0,27–0,93 м в год с постепенным снижением прироста в последующие годы. Изменение средних диаметров модельных деревьев на пробных площадях за период 45 лет распределилось в следующей последовательности: на ПП1 он составил 35 см, что на 155 % выше по сравнению с ПП4, где диаметр 13,7 см. Модель дерева на ПП2 имела диаметр 21,8 см, что на 59 % больше по сравнению с ПП4. На ПП3 диаметр вяза был на 3,0 см, или на 22%, больше по сравнению с ПП4. Исследованиями установлена тесная корреляционная связь увеличения высоты насаждений по мере приближения к каналу, которая описывается логарифмическим уравнением с коэффициентом детерминации R2 = 0,71:
У = 35,283 – 8,1473lgx, (19)
где У – высота насаждений, м; х – удаление от канала, м.
О лучших условиях для произрастания главной породы, кроме вышеперечисленных показателей, свидетельствует показатель напряженности роста (ПНР), который увеличивается по мере удаления от канала с 0,21 на расстоянии 50 м до 0,64 на расстоянии 1300 м. Бонитет насаждений возрастает по мере приближения к каналу с III на ПП 4 до I на ПП 1.
Аналогичные исследования проводились и на орошаемом черноземе обыкновенном (опыт 6, см. рис. 1, а). С этой целью были заложены ПП5 – в лесополосе, поливаемой одновременно с орошением культурных растений (ДФ-120 «Днепр»), и ПП6 – без орошения. Запас насаждения был выше в условиях с дополнительным увлажнением. Общий запас насаждения в условиях естественного увлажнения на ПП6 был на 43% ниже, чем на ПП5 с дополнительным увлажнением. За время произрастания лесополосы сохранность насаждения на ПП5 снизилась на 59 %, на ПП6 – на 72 %, но на орошаемом участке она была в 1,5 раза выше, чем на участке без орошения (ПП5).
Сохранность, например, березы на ПП5 оказалась на 16 %, дуба на 54 % выше, чем на ПП6. Однако сохранность клена на ПП6 оказалась выше на 35 % по сравнению с ПП5. Вяза на ПП5 сохранилось 90 % и 56 % на ПП6.
5. МНОГОЛЕТНЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ МЕЛИОРАЦИЙ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ, ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ, УРОЖАЙНОСТЬ
И ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ КУЛЬТУР СЕВООБОРОТА
Полученные в исследованиях данные показывают на стабильное увеличение мощности гумусированного горизонта по мере приближения к лесным насаждениям. Отмечается также, что в зоне влияния лесооросительных мелиораций мощность гумусированного слоя на 10–15 % выше, чем на вариантах, находящихся без влияния лесных полос (опыт 13).
Под защитой лесных полос отмечается тенденция к наращиванию мощности почвенных горизонтов от центра поля к лесной полосе. В лесной полосе мощность горизонта А по сравнению с расстоянием 20Н увеличилась на 16 %, а по сравнению с 1Н и 3Н – увеличение составило соответственно 6 %, или 2 см.
Под влиянием лесных полос происходит изменение в накоплении органического вещества. В системе лесных и оросительных мелиораций происходит увеличение в содержании гумуса от центра поля к лесной полосе (рис. 6). В почве под лесной полосой содержание гумуса в горизонте А достигает 4,87 %, на контрольном варианте на расстоянии 20Н всего лишь 2,54 %, или на 92 % меньше.
На расстоянии 10Н содержание гумуса по сравнению с контролем (20Н) стало выше на 2,3 %, 1Н и 3Н соответственно на 37 и 7% выше. Та же закономерность характерна для горизонтов В. Запас гумуса, представленный в абсолютных показателях, дает более полную картину его динамики в межполосном пространстве, т.к. он связан как с биохимическими, так и агрофизическими свойствами почв.
На расстоянии 20Н (контроль) запасы гумуса составляют 306 т/га. В лесной полосе гумуса накопилось на 38 % больше по сравнению с контролем и составило 421 т/га. На расстоянии 1Н и 3Н от лесополосы запасы гумуса на 19 и 7 % выше по сравнению с контролем (20Н). В системе лесных полос без орошения так же происходит увеличение содержания гумуса от центра поля к лесной полосе.
В лесной полосе содержание гумуса на 25 % выше, чем на контроле (20Н), и составляет 299 т/га. На расстоянии 1Н, 3Н и 10Н запасы гумуса на 15, 12 и 4 % выше по сравнению с 20Н.
В условиях засушливого климата Поволжья решающее влияние на продуктивность полевых культур оказывает степень обеспеченности их влагой во все фазы развития.
Рисунок 6 - Динамика запасов гумуса в системе лесных и оросительных мелиораций (опыт 13)
Исследованием водного режима сельскохозяйственных культур с ЛП занимались многие естествоиспытатели (А. М. Алпатьев, 1969; А.М. Бялый, 1971; М.Н. Заславский, 1979; И.А. Кузник, 1979; В.Д. Панников, 1974, 1980; А.И. Шабаев, 1981; П.Н. Проездов, 1983, 1999; А.Т. Барабанов, 1993, 2005; В.М. Ивонин, 1986,2005; Е.С. Павловский, 1991 и др.). Микроклиматические показатели среди ЛП наиболее рельефно проявляются в засушливые годы по сравнению с влажными. Например, испарение в зоне действия ЛП (0–25Н) по сравнению с контролем уменьшается в острозасушливые годы на 1,3–1,9 мм, а в средние по увлажнению и во влажные годы – на 0,1–0,5 мм за сутки. Температура воздуха в системе лесных полос снижается в засушливые годы на 1,3–2,7 0С, во влажные увеличивается на 0,2 0С. Наилучший микроклимат на полях складывается на расстоянии 3–15Н от лесных полос, здесь же формируется наибольший урожай культур. Чем суше воздух и больше скорость ветра, тем сильнее сказывается влияние насаждений на влажность воздуха. В острозасушливые годы при суховеях разница во влажности открытого и облесенного поля возрастает в 1,3–1,7 раза: при 30% влажности воздуха в поле без лесных полос, с лесополосами 40 %; соответственно при 20 % – 34 %. Во влажные годы влияние лесных полос на температуру и влажность воздуха практически не проявляется. Влияние лесооросительных мелиораций на структуру суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур весьма велико. Это прослеживается и на черноземах обыкновенных, и на темно-каштановых почвах. С усилением сухости года в структуре эвапотранспирации растений уменьшаются доля осадков (с 49 до 12 %) и почвенной влаги (с 35 до 18 % ), а доля оросительной воды возрастает с 15 до 69 % (опыты объектов 1, 2, 3).
Прибавки урожайности кукурузы на силос увеличивались с усилением сухости года и составили от 0,4 до 3,8 т/га.
Коэффициент водопотребления и затраты оросительной воды на единицу урожая снижаются с улучшением влагообеспеченности года. В этих условиях лесные полосы уменьшают вышеуказанные величины на 0,4–10,8 м3/т. Экономия оросительной воды лесными полосами в разные по степени увлажненности годы различна и составляет: в острозасушливые годы 100–130 %, средние – 70–85 %, влажные – 10–20 % величины поливной нормы.
Исследования, проведенные в ОПХ НИИ и ПТИ сорго и кукурузы (опыт 15) показали, что создание благоприятного микроклимата в межполосном пространстве наряду с осадками, дефицитом водного баланса и накоплением влаги в почве играет значительную роль в формировании урожая яровой пшеницы. На основании многолетних исследований построены модели зависимости урожайности яровой пшеницы от влияния лесных полос и года увлажнения. Для продуваемой конструкции лесных полос зависимости описываются полиноминальными уравнениями с коэффициентами детерминации R2 = 0,88 – 0,92:
Y1 = - 0,0007x5 + 0,0143x4 - 0,1003x3 + 0,2085x2 + 0,1372x + 0,7033; (20)
Y2 = -0,0007x5 + 0,014x4 – 0,0975x3 + 0,2435x2 – 0,0118x + 1,4975; (21)
Y3 = - 0,0018x5 – 0,0496x4 + 0,5163x3 – 2,4964x2 + 5,5051x – 2,0592; (22)
где Y1 ;Y2 ;Y3 – урожайность яровой пшеницы в засушливые, средние по увлажнению и влажные годы, т/га; х – расстояние от лесной полосы.
В засушливые годы конструкция лесных полос играет значительную роль в формировании урожая яровой пшеницы, тогда как во влажные годы показатели микроклимата и прибавки урожайности под защитой лесных полос сглаживаются. Проведенный дисперсионный анализ с показателями НСР05 = 0,04–0,08 т/га показывает, что существенные прибавки урожайности яровой пшеницы в зависимости от конструкции лесных полос имеют место для всех лет по увлажнению. В острозасушливые годы существенные различия в прибавках урожайности культуры имеются независимо от конструкции, для остальных лет увлажнения – только по отношению к плотной.
Дефицит водного баланса увеличивается с усилением засушливости вегетационного периода выращивания пшеницы с разницей в сухие годы по сравнению с влажными до 780 мм. Лесные полосы этот параметр уменьшают в зависимости от конструкции до 690–708 мм, или на 9,2–11,5 % (рис. 7). Испаряемость за сутки достигала 5,3 мм (в дни с засухой – 7,1 мм), а среди лесных полос – 4,0 мм, закономерно уменьшаясь с увеличением увлажнения: для влажных до 2,4 мм. Дефицит водного баланса за вегетационный период (испаряемость минус осадки) среди лесных полос на посевах пшеницы в острозасушливые годы уменьшается на 55–100 мм, во влажные на 2–10 мм.
Формирование оптимальной конструкции лесных полос (ажурной или продуваемой) приводит к уменьшению непродуктивного испарения в острозасушливые годы на 25–45 мм, или на 2,9–5,3 %, а в средневлажные и влажные – на 7,0–11,5 %. Ажурная и продуваемая конструкции лесных полос обеспечивают прибавку урожайности яровой пшеницы по сравнению с плотной в засушливые годы на 6,7–18,3 %, во влажные – на 1,2–3,2 %, что вполне согласуется с формированием оптимального микроклимата в межполосном пространстве (см. рис. 7). Урожайность яровой пшеницы возрастает с увеличением выпадающих осадков в течение вегетации. Во влажные годы температура воздуха ниже на 4,0–9,6 0С, а влажность воздуха выше на 6,2–30,5 % по сравнению со средними и острозасушливыми годами, что затягивает развитие пшеницы и сказывается на формировании урожая.
Рисунок 7 - Воздействие конструкций лесных полос на дефицит водного баланса (А), урожайность (В) и прибавку урожайности яровой пшеницы (С)
в зависимости от увлажнения лет
Прибавки урожайности яровой пшеницы закономерно снижаются с увеличением увлажнения как в абсолютных значениях, так и в удельном весе независимо от конструкции лесных полос. Наибольшие прибавки урожая характерны для лесных полос ажурной и продуваемой конструкций: от 42,3 до 48,4 % в острозасушливые годы и от 1,7 до 2,9 % во влажные (см. рис. 7).
В засушливых условиях Нижнего Поволжья решающее влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур имеет степень обеспеченности их влагой во все фазы развития и в необходимом количестве. Многолетние исследования, проведенные на орошаемых темно-каштановых почвах ОПХ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района, показали, что применяемые мелиоративные приемы в комплексе с орошением в системе защитных лесных насаждений способны увеличить количество продуктивной влаги в почве и повысить урожайность сельскохозяйственных культур.
Орошение и лесные полосы при воздействии на сельскохозяйственные земли составляют комплекс лесооросительных мелиораций, характеризуемый как улучшение защитными лесными насаждениями орошаемых земель с использованием поливной, фильтрационной, сбросной и иной воды сельскохозяйственными и древесными культурами (опыты объекта 3).
В результате применения мелиоративных приемов в системе лесооросительных мелиораций значительно снизились водопотребление и затраты оросительной воды на 1 т урожая силосной массы кукурузы на черноземе обыкновенном и темно-каштановых почвах. Элементы суммарного водопотребления, складывающегося из почвенной влаги, осадков и оросительной воды, значительно изменяются под влиянием щелевания, мульчирования, агрохимической, полимерной и лесной мелиорации. На орошаемом черноземе обыкновенном на вариантах с применением горизонтального мульчирования (МЧГ) и полимеров (ХСО) суммарное водопотребление кукурузы снизилось на 26 %.
Доля участия оросительной воды уменьшилась с 54 до 47 %. Внесение в почву ХСО в дозах 60 кг д.в./га и 20 кг д.в./га совместно с МЧГ снизило затраты оросительной воды по сравнению с контролем на 42 %. Коэффициент водопотребления при применении полимеров снизился на 33 м3 на 1 т силосной массы кукурузы.
Регрессионный анализ позволил установить модель зависимости водопотребления кукурузы на силос от ресурсосберегающих агромелиоративных приемов с высоким коэффициентом детерминации.
Эта зависимость описывается уравнением регрессии с коэффициентом детерминации, равным 0,92:
К, м3/т = 805,6932 – 4,2903х – 23,713у + 0,0449х2 + 0,0592ху + 0,1914у2 (23)
На орошаемых темно-каштановых почвах сухостепного Заволжья изучение урожайности проводилось на кукурузе и соргосуданковом гибриде в системе лесных полос. Суммарное водопотребление кукурузы снизилось на 27,5 % при применении горизонтального мульчирования совместно с полимерами.
Доля участия оросительной воды в суммарном водопотреблении уменьшилось с 67 до 60 %. Применение полимера в дозе 60 кг д.в./га сократило затраты оросительной воды по сравнению с контролем на 40 %. Наименьшее значение коэффициента водопотребления было на варианте 7 (опыт 12, см. раздел 1) и составило 73 м3/т, что показывает наименьшее количество используемой растениями влаги на этом варианте. Урожайность кукурузы здесь наибольшая и составляет 53,2 т/га.
По мере приближения к лесной полосе значение осадков и орошения в суммарном водопотреблении растений снижается. Снижение участия осадков и орошения в зоне 1–20Н составило 3,5 % по сравнению с контролем, а участие используемой влаги из почвы увеличилось на 66,5 %.
Коэффициент водопотребления по мере удаления от лесной полосы увеличивается, а экономия оросительной воды соргосуданкового гибрида составляет 42 м3/га.
Минимальное значение коэффициента водопотребления было на расстоянии 10Н и составило на 7,9 % ниже, чем на контроле (25Н). На расстоянии 1Н, 3Н и 20Н по сравнению с контролем коэффициент снизился соответственно на 2,9, 7,5 и 2,5 %. Проведенный регрессионный анализ позволил установить зависимость коэффициента водопотребления кукурузы на силос от урожайности и агромелиоративных приемов с коэффициентом детерминации R2 = 0,86:
Z = 51,7548 – 26,3642х + 3,0449у – 0,2574х2 + 0,4132ху – 0,0401у (24)
где Z – коэффициент водопотребления, м3/т; у – расстояние от лесной полосы, Н; х – урожайность, т/га.
Многолетние исследования воздействия лесных полос и удобрений на экологические факторы среды, урожайность и водопотребление силосной массы кукурузы на орошаемых темно-каштановых почвах (объект 3) позволили провести регрессионный и корреляционный анализы с построением поверхности откликов и установлением уравнений. Наибольшая экономия оросительной воды лесными полосами связана: 1) с усилением засушливости вегетационного периода выращивания культур: в острозасушливые годы лесные полосы сберегают до 55 мм оросительной воды при орошении кукурузы на силос; 2) с уменьшением дозы удобрений: при снижении внесения туков в 3 раза в острозасушливые годы разница в экономии воды достигает 18 мм. Во влажные годы с увеличением дозы удобрений водосбережение лесными полосами сокращается и становится несущественным. В острозасушливые годы на фоне лесных полос при снижении дозы удобрений в 3 раза затраты оросительной воды на 1 т силоса кукурузы увеличиваются на 6,2 м3/т, или на 9,0 %, а при уменьшении внесения туков в 2 раза, соответственно, на 3,5 м3/т, или на 5,1 % (рис. 8). Исследовалась и анализировалась доля участия вида мелиораций как фактора опыта в формировании урожая кукурузы на силос: фактор А – химические мелиорации; фактор В – оросительные мелиорации; фактор С – лесные мелиорации.
Фактор А – до 55 %, фактор В – до 33 %, фактор С – до 18 % – в зависимости от увлажнения вегетационного периода выращивания кукурузы на силос.
С усилением засушливости роль фактора В возрастает более чем в 2–3 раза, фактора С – в 1,2–1,4 раза. Сочетание факторов: АВ – до 70 %; ВС – до 21 % ; АС – 17 %; АВС – до 73 %.
Рисунок 8 - Зависимость коэффициента водопотребления от урожайности силосной массы орошаемой кукурузы и удобрений с лесными полосами (а) и без лесных полос (б) на темно-каштановых почвах сухостепного Заволжья
Во влажные годы доля участия фактора В (орошение) снижается, а доля участия осадков и почвенной влаги увеличивается как элементов суммарного водопотребления. Суммарное водопотребление кукурузы на силос во влажные годы уменьшается на 30 % по сравнению с острозасушливыми за счет снижения физического испарения.
6. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПЛЕКСНОЙ МЕЛИОРАЦИИ ЗЕМЕЛЬ
Биоэнергетическая оценка эффективности технологии возделывания сельскохозяйственных культур позволяет определить окупаемость затрат энергией, накопленной во всем урожае или части его, а также выявить уровень энергоемкости полученной продукции. Отмечено, что энергетическая оценка оросительных, химических и лесных мелиораций не зависит от конъюнктуры рынка ( цен на ГСМ, удобрения, семена и т.д.) и наиболее объективно характеризует их применение при возделывании сельскохозяйственных культур. Уровень рентабельности от прибавок урожайности снижается с увеличением увлажнения года в 1,3 раза, а энергетическая эффективность в 1,5 раза.
Многие исследователи в целях повышения эффективности использования орошаемых земель осуществляли внедрение новых ресурсо- и водосберегающих технологий возделывания культур, техники полива, применение защитных лесонасаждений (М.Н. Багров, 1980; И.П. Кружилин, 2001; М.С. Григоров, 1983; Н.Н. Дубенок, 2001; И.А. Кузник, 1979; В.И. Ольгаренко, 2001; А.М. Степанов, 1987; Е.С. Павловский, 1985; А.Т. Барабанов, 1993; Е.А. Гаршинев, 1994; К.Н. Кулик, 2005; М.М. Севернев, 1991; М.Дж. Киркби, 1984; Pierre Crosson, 1984; P.J.A. Kinelli, 1981; L.A. Malone, 1989).
Экономико-энергетическая оценка лесооросительных мелиораций позволила установить, что наиболее рентабельны лесные полосы в засушливые годы, а энергетическая эффективность стабильно снижается с увеличением естественной увлажненности – с 2,28 до 1,49 (табл. 2). Важными показателями энергетической оценки являются накопление обменной энергии и энергетические затраты на прибавку урожая от оросительной воды. Накопление обменной энергии снижается с 50 МДж/ м3 на 1 м3 оросительной воды до 21 МДж/м3 с увеличением увлажненности года.
Комплексная энергетическая оценка эффективности применения мелиоративных приемов и систем удобрений в орошаемых севооборотах позволила определить степень положительного влияния применяемых мелиоративных приемов в повышении урожайности кукурузы, снижении себестоимости и энергозатрат при ее производстве.
Таблица 2 – Экономико-энергетическая оценка прибавок урожайности кукурузы на силос под влиянием лесных полос плотной конструкции для условий естественного увлажнения (числитель) и орошения (знаменатель) в разные годы
по увлажнению вегетационного периода (1984–2009 гг.)
| Годы по степени увлажненности | Прибавка урожайности, т/га | Затраты на прибавку урожая, тыс.руб./га | Условный чистый доход от прибавок, тыс.руб./га | Уровень рента бельности от прибавок,%. | Накопление обменной энергии от прибавок урожая, ГДж/га | Энергетичес-кие затраты на прибавку урожая, ГДж/га | Энергети- ческая эффектив-ность прибавок |
| Сухие и острозасуш- ливые, Р>85% | 3,2 10,8 7,0* | 1,01 3,37 2,19* | 0,91 3,11 2,01* | 90 92 91* | 51,2 172,8 (50) 112,0* | 22,4 88,6 (25) 55,5* | 2,28 1,95 2,12* |
| Среднесухие, Р=75% 65-85% | 5,2 9,6 7,4* | 1,68 3,11 2,40* | 1,44 2,65 2,04* | 86 85 86* | 83,2 153,6 (57) 118,4* | 38,0 82,1 (30) 60,0* | 2,18 1,87 2,02* |
| Средние, Р=50% 35-65% | 5,8 6,3 6,1* | 1,92 2,08 2,00* | 1,56 1,70 1,63* | 81 82 82* | 92,8 100,8(42) 96,8* | 44,2 55,7 (23) 50,0* | 2,10 1,81 1,96* |
| Средневлажные, Р=25% 15-35% | 8,2 4,6 6,4* | 2,73 1,57 2,15* | 2,19 1,19 1,69* | 80 76 78* | 131,2 73,6 (40) 102,4* | 66,6 43,0 (24) 54,8* | 1,98 1,71 1,84* |
| Влажные и очень влажные, Р<15% | 2,6 1,6 2,1* | 0,91 0,56 0,74* | 0,65 0,40 0,52* | 71 71 71* | 41,6 25,6 (32) 33,6* | 27,9 17,1 (21) 22,5* | 1,49 1,50 1,50* |
Примечания. 1. Р – вероятность превышения, %.
2. В скобках приведены соответствующие показатели в МДж на 1 м3 оросительной воды.
* В среднем для условий естественного увлажнения и ороше
ВЫВОДЫ
Аналитико-эмпирические
1. Основу концепции защиты земель от эрозии составляет комплексный подход, включающий в себя организационно-хозяйственные, агро-, хемо-, фито-, лесо-и гидромелиоративные мероприятия, позволяющий предупредить линейную эрозию и довести смыв до допустимой величины.2. Концептуальные основы экологически безопасного функционирования агробиогеоценозов в условиях применения комплексной мелиорации разработаны с учетом: 1) требуемых гидротермического и питательного режимов почв; 2) допустимых агрогидромелиоративных нагрузок на почвы; 3) допустимых изменений гидрологического режима поверхностных вод.
3. Критерии реализации концепции комплексного подхода к защите почв от эрозии и деградации: распаханность, лесистость, мелиорированность (ирригационность), агрофизические, физико-химические, биохимические, эрозионной опасности, гидрохимические, качество вод.
4. В основу классификации степных агроландшафтов положен рельеф с установлением семи типов: 1) слабопологий равнинный – плакор (крутизна склонов < 1); 2) пологий ложбинный (1–3 ); 3) покатый (3–5 ), 4) покато-крутой (5–8 ), 5) крутой (> 8 ) склоново-овражные; 6) балочный донно-овражный (> 3 ); 7) речной пойменно-водоохранный. Для первых трех типов агроландшафтов разработаны особенности противоэрозионных агротехнологий с нормализованными показателями распаханности, лесистости, мелиорированности.
5. Эрозия почв и естественный почвообразовательный процесс – два неразрывно связанных явления, характеризующие способность почвы сохранять свои основные функциональные параметры в результате природно-антропогенного воздействия, прежде всего, гумус и структуру, обеспечивающие ее качественное своеобразие и целостность.
6. Генезис, классификация и многолетние исследования эрозионных процессов позволили установить зависимости капельно-дождевой (Rкэ) и поверхностной (Rпэ) эрозии от факторов, их определяющих:
Rкэ=(1/K0,25–1)пгApAiAje0,5i и Rпэ=20,0dn-1J0,5hcApAie0,5i. Факторы: водопрочность K, гранулометрический состав Г, структура d и шероховатость n почв, интенсивность i и ударное воздействие капель дождя e0,5i, сток hc, уклон I, проективное покрытие p. Эмпирические данные отличаются от аналитических не более чем на 14 %.
7. Линейная эрозия предотвращается лесными полосами (ЛП), валами-канавами с межрубежным расстоянием LСЛП, определяемым по зависимости: LСЛП = LПЗЛП (0,025/I)n. Овраги до уклона I = 0,025 не образуются при любой длине склона, обозначенной поясом отсутствия линейной эрозии и принятой за расстояния между полезащитными ЛП: LПЗЛП = 250–600 м.
8. Поверхностная эрозия уменьшается до допустимой величины (для смытых и неполноразвитых почв – 0,3–0,5 т/га) в межрубежных пространствах агроприемом – щелевание с расстоянием между щелями Lщ = Kг А60p/ AI e 0,5i, и заделкой щелей сечкой соломы для защиты от заиления и льдистости дозой Дмчв = 10000cdщhмчв/Lщ.
9. Капельно-дождевая эрозия при проективном покрытии менее 60 % и дождевании высокостебельных культур ликвидируется горизонтальным мульчированием дозой Дмчг = 10000 c hмчг.
Прикладные
10. На черноземах и почвах каштанового ряда степного и сухостепного Поволжья при поливе дождеванием поверхностный сток составляет более 10–30 % от водоподачи. Достоковая поливная норма установлена в размере 30–80 % от требуемых по режиму орошения и определяется по формуле: mд = it. Допустимая интенсивность искусственного дождя описывается нами зависимостью: iД= 0,025ApKпчKпп/ (1/K 0,25-1)e 0,5i и составляет 0,06–0,22 мм/мин. Максимальная интенсивность дождей 10 %-й вероятности превышения больше интенсивности инфильтрации воды в почву в 1,3–4,5 раза, что определяет сток в зависимости от культур, поливной нормы, дождевальной техники 3,7–16,4 мм за один полив.
11. Противоэрозионная устойчивость почв к смыву и размыву падает от черноземных к каштановым почвам. Агрегаты черноземных почв размером более 2–3 мм подвергаются капельному разрушению в большей степени, чем те же агрегаты каштановых почв, что является показателем быстрой деградации орошаемых черноземов.
12. Величина смыва почвы на 10–20 % обусловлена интенсивностью дождя и на 80–90 % расходом потоков воды. При отсутствии стока эродируемость почв определяется капельной эрозией: 70–80 % разбрызгиваемой почвы перемещается вниз, 20–30 % – вверх по склону. Капельная эрозия составляет 8–25 % от ливневого поверхностного смыва и увеличивается до 48 % для высокостебельных культур.
13. Техника полива дождеванием по разрушающему воздействию на почву располагается по ранжиру следующим образом: ДДА-100МА, ДМ «Фрегат», ДФ-120 «Днепр», ДКШ-64 «Волжанка», ЭДМФ «Кубань-М».
Вынос гумуса с твердым стоком за один полив кукурузы ДДА-100МА нормой 60 мм достигал 82 кг/га, «Кубань-М» – 23 кг/га. Суммарные потери подвижных соединений макроэлементов составили: азота – 0,99 кг/га, фосфора – 0,26 кг/га, калия – 1,34 кг/га; микроэлементов: бора – 21,2 г/га, марганца – 271 г/га, цинка, меди, молибдена, кобальта – от 6 до 800 г/га. Содержание нитратов и микроэлементов в жидком стоке меньше предельно допустимых величин, за исключением марганца (в 4 раза) и цинка (в 2 раза).
14. Организация территории на ландшафтной контурно-мелиоративной основе предусматривает уточнение земельных категорий с учетом крутизны склонов и эродированности почв; выделение севооборотных массивов и выбор схем севооборотов; расположение полей, дорог и др.; размещение гидротехнических сооружений и защитных лесных насаждений с учетом полива древесных пород на орошаемых землях; применение планировки земель с сохранением плодородного слоя почвы; выбор приемов, технологий обработки почвы и выращивания сельскохозяйственных и лесных культур.
15. Наибольший почво- и водосберегающий эффект культур на кукурузе получается от совместного применения щелевания с заполнением щелей растительными остатками (до 5 т/га) для защиты их от заиления, горизонтального мульчирования соломой пропашных культур (до 5 т/га), систем удобрений (навоза, 40 т/га; сидератов – донника 21 т/га; N180P120K60) и полимеров (60 кг д.в./га). Сток поливной воды уменьшился до 93 %, эрозия почв – до 65 %, коэффициент водопотребления и затраты оросительной воды на единицу продукции снижаются на 33–41 % за счет увеличения урожайности, уменьшения непродуктивного испарения и числа поливов.
16. Благодаря повышению водопроницаемости и водопрочности почв органические удобрения (навоз, тригонелла, донник) уменьшают ирригационную эрозию. На вариантах с использованием донника поверхностный сток снизился на 24,1, а смыв на 28,1 %. Наименьшие величины стока и смыва отмечены на посевах люцерны, травосмесей и зерновых культур, наибольшие – при возделывании кукурузы и кормовой свеклы. Органоминеральные системы удобрений (навоз 40 т/га + N90P60K60 или сидераты 21 т/га + N90P60K60) при поливной норме 60 мм повышают урожайность зеленой массы кукурузы в 1,5–1,7 раза. Увеличение поливной нормы до 80 мм не приводит к росту урожайности в связи с ухудшением агрофизических и физико-химических свойств почв.
17. Кормовой севооборот с долей участия многолетних трав более 50 % и применением систем удобрений и агромелиоративных приемов снижает эрозию до допустимой, составляющей 0,3–0,5 т/га. В среднем сохраняется 103 кг/га гумуса с содержанием энергии 2,24 ГДж/га.
18. Системы лесных полос в условиях орошения позволяют: «смягчить» воздействие оросительно-обводнительной системы на почвенно-гидрогеологические процессы; проводить полив дождеванием при скорости ветра более 10–12 м/с со снижением этого ведущего метеорологического параметра до 60 %; снизить в жаркое время для поливов с 11 до 16 ч дня температуру воздуха на 0,5–1,1 °С с повышением его влажности на 4–10 %; улучшить микроклимат прилегающих полей на расстоянии до З0Н; увеличить мощность почвенных горизонтов на 3–15 % (0–10Н); повысить содержание физической глины и уменьшить илистую фракцию в горизонте А с приближением к полосе на 3–5 % (0–10Н) и перемещением ила в горизонт В; уменьшить плотность сложения и увеличить пористость почвы на 4–15 % (0–3Н); повысить содержание гумуса до 0,5 % на расстоянии 0–5Н; увеличить урожайность культур в острозасушливые и сухие годы до 15 %, в средние – до 10 %, влажные – до 7 %; снизить оросительную норму, коэффициент водопотребления и затраты воды на единицу продукции до 10 %.
19. Гидромелиоративные меры защиты почв от ирригационной эрозии сводятся к внедрению более совершенной дождевальной техники («Кубань-М»), применению умеренного режима орошения 60–70 % НВ и эрозионно-безопасных достоковых норм полива путем подачи воды дискретным способом в 2–3 приема.
20. Продуктивность древесных пород дуба черешчатого, березы повислой, вяза приземистого и ясеня зеленого увеличивается до одного класса бонитета и более с приближением к оросительному каналу и при орошении лесных полос, что увеличивает мелиоративное влияние лесонасаждений и позволяет расширить ассортимент древесно-кустарниковой растительности в сухостепной зоне. Корреляционная связь увеличения высот насаждения по мере приближения к каналу выражается логарифмическим уравнением: У = = 35,283 – 8,1473lgx.
21. Энергетическая эффективность наиболее полно характеризует системы мелиоративных приемов защиты почв от эрозии. Щелевание, горизонтальное и вертикальное мульчирование, органоминеральные удобрения, полимеры в кормовом севообороте с долей участия трав более 50 % повышают энергетическую эффективность до 30 % при максимальных ее значениях 2,41–2,75 от применения сидератов дозой 21 т/га и туков – N180P120K60. Под плотными лесными полосами и на расстоянии до 20Н в гумусе почв ежегодно аккумулируется 2,4–21,8 ГДж/га энергии в расчете на 1 % лесистости.
22. Система противоэрозионных мероприятий внедряется согласно проекту в колхозе им. Ленина Балашовского района на 9 тыс. га, в том числе 700 га орошаемых земель. Срок окупаемости инвестиций – 8 лет.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
- Применять на черноземах обыкновенном и южном, почвах каштанового ряда комплекс мелиоративных противоэрозионных мероприятий: организационно-хозяйственных, агро-, хемо-, фито-, лесо- и гидромелиоративных.
- Линейная эрозия в напряженных типах агроландшафтов (3–5) на вышеуказанных почвах предотвращается созданием стокорегулирующих лесных полос (СЛП) с межполосным расстоянием 100–500 м. Поверхностная эрозия в межполосных пространствах на уровне допустимой величины 0,3–0,5 т/га поддерживается щелеванием культур полевого или кормового севооборотов с межщелевым расстоянием 1,4 м и одновременным заполнением щелей растительными остатками на глубину 0,1–0,15 м дозой до 5 т/га в целях защиты их от заиления и льдистости.
- Применять на склоновых землях до 2 системы полезащитных лесных полос (ПЗЛП) с размещением поперек вредоносных суховейных ветров на вышеуказанных почвах и межполосным расстоянием с учетом полива насаждений 500–650 м. Рекомендуются зернотравяно-пропашные севообороты с распаханностью до 80 %, лесистостью – 2,5%, ирригационностью – до 10%.
- На склоновых землях 2–5 рекомендуются контурные СЛП с межполосным расстоянием 100–450 м, а с учетом полива насаждений на склонах 2–3 – 300–600 м. Предлагаются зернотравяно-пропашные севообороты с долей участия трав до 50 %, распаханностью до 70 %, полезащитной лесистостью 2,5 %, мелиорированностью – до 5 %.
- Применять конструкции ЛП: для полезащитных – продуваемую (на черноземах), ажурную (на каштановых почвах); для стокорегулирующих – продуваемую на склонах 2–3; ажурную на склонах 3–5.
- Принимать существенную зону мелиоративного влияния ЛП: на почвообразовательный процесс до 10Н; на экологические факторы среды и урожайность: для плотных ЛП – до 20Н, ажурных – до 35Н, продуваемых – 40Н.
- Применять в засушливых условиях на орошаемых землях полив ЛП нормами для культур севооборотов с целью расширения ассортимента, увеличения долговечности и защитной высоты насаждений, а следовательно, дальности влияния до 100–150 м и более по сравнению с богарой.
- Внедрять в ЛП в качестве главных ценных пород леса дуб, березу, лиственницу, а сопутствующих – клен остролистный, ясень зеленый, яблоню лесную.
- С целью поддержания потенциального плодородия почв рекомендовать систему органо-минеральных удобрений на фоне лесных полос и щелевания: навоз, 40 т/га + N90P60K30; сидераты, 21 т/га + N90P60K30.
- Для повышения противоэрозионной устойчивости почв рекомендуется полимерная мелиорация: полиакриламид и полиакрилнитрил в дозе 60 кг д.в./га. При щелевании посевов с обработкой щелей полимерами (80 г на 1 м щели) доза снижается до 20 кг д.в./га.
- Применять умеренный дифференцированный режим орошения 60–70 % НВ с дискретной подачей поливных норм более 60–80 мм в 2–3 приема.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
По теме диссертации опубликовано 52 работы, основные из которых представлены ниже.
Список опубликованных работ в центральной печати по рекомендации ВАК РФ:
- Проездов, П.Н. Критерии и оценочные показатели реализации концепции системного подхода к защите почв от деградации / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В. Г. Попов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2002. – № 2. – С. 73 – 76.
2. Проездов, П.Н. Экологически безопасное орошение дождеванием: теоретические закономерности и количественные оценки деградации / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В.Г. Попов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2002. – № 2. – С. 77–80.
3. Проездов, П.Н. Воздействие системы лесооросительных мелиораций на экологические факторы среды и водопотребление культур в степных агроландшафтах Поволжья / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В.Г. Попов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2005. – № 6. – С. 12–15.
4. Проездов, П.Н. Влияние агролесомелиоративных приемов на эрозию черноземов степи Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В.Г. Попов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2006. – № 1. – С. 42–45.
5. Проездов, П.Н. Водный баланс зоны аэрации и уровень грунтовых вод в степных мелиорированных ландшафтах Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В.Г. Попов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2006. – № 1. – С. 45–48.
6. Проездов, П.Н. Закономерности воздействия комплекса мелиоративных приемов на водопотребление сельскохозяйственных культур в Нижнем Поволжье / П.Н. Проездов, А.И. Шабаев, Д.А. Маштаков // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2008. – № 2. – С. 79–80.
7. Проездов, П.Н. Закономерности влияния лесных полос различной конструкции на формирование экологических факторов среды и урожайность яровой пшеницы в степи Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, Л.В. Кузнецова // Нива Поволжья. – 2009. – № 4. – С. 92–95.
8. Маштаков Д.А. Экономико-энергетическая оценка возделывания кукурузы под влиянием оросительных, лесных и химических мелиораций в сухостепном Заволжье / Д.А. Маштаков, П.Н. Проездов, // Экономика сельского хозяйства России. – 2010. – № 9 -10 – С. 63-69.
9. Проездов, П.Н. Закономерности водопотребления кукурузы в зависимости от увлажнения лет под влиянием мелиораций в сухостепном Заволжье / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, А.В. Карпушкин // Агро XXI. – 2010. – № 7-9 – С. 31-34
10. Проездов, П.Н. Формирование урожайности озимой пшеницы под воздействием лесных полос и удобрений в степных агроландшафтах Поволжья / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2010. – № 9. С. 9 – 10.
11. Проездов, П.Н. Закономерности продуктивности и роста защитных лесных насаждений на черноземных почвах Саратовского Правобережья / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, А.И. Разаренов // Нива Поволжья. – 2010. – № 4. – С. 81–85.
Монографии и учебные пособия
11. Проездов, П.Н. Противоэрозионная организация территории : учеб. пособие. Гриф УМО/ П.Н. Проездов, Б.И. Туктаров, Д. А. Маштаков, В.Г. Попов; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 420 с.
12. Проездов, П.Н. Агролесомелиорация / П. Н. Проездов, Д. А. Маштаков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2008. – 676 с.
Статьи, опубликованные в сборниках научных конференций, журналах. Рекомендации
13. Проездов, П.Н. Элементы водного баланса и эрозия почв в гидрографической сети Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Лесное хозяйство Поволжья: сб. науч. трудов. – Саратов, 1995. – С. 143 – 145.
14. Маштаков, Д.А. Ирригационная эрозия на обыкновенных черноземах Донской равнины / Д.А. Маштаков // Молодые ученые Саратова – агропромышленному комплексу Поволжья. – Саратов, 1997. – С. 170-174.
15. Проездов, П.Н. Допустимые элементы технологии полива дождеванием на черноземах и каштановых почвах Нижнего Поволжья / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, О.А. Аверьянов // Тезисы Российской науч. конф., посвященной 100-летию И.А. Кузника. – Саратов, 1998. – С. 147-148.
16 Проездов, П.Н. О соотношении капельной и ливневой поверхностной эрозии при применении противоэрозионных приемов / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков// Тезисы Российской науч. конф., посвященной 100-летию И.А. Кузника. – Саратов, 1998. – С. 149-151.
17. Проездов, П.Н. Химизм взаимодействия полимеров с почвой / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, Н.Н. Иванова // Тезисы Российской науч. конф., посвященной 100-летию И.А. Кузника. – Саратов, 1998. – С. 151-153.
18. Проездов, П.Н. Влияние химических структурообразователей на деятельность почвенных микроорганизмов и качество зерна / П. Н. Проездов, Д.А. Маштаков, Л.И. Крупина // Тезисы Российской науч. конф., посвященной 100-летию И.А. Кузника. – Саратов, 1998. – С. 155-156.
19. Проездов, П.Н. Защита черноземных и каштановых почв Нижнего Поволжья от капельной эрозии при поливе дождеванием / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Развитие адаптивных почвозащитных систем земледелия в Поволжье : тезисы науч.-практ конф., посвящ. 90-летию акад. А.И. Бараева. – Саратов, 1998. – С. 103-105.
20. Маштаков, Д.А. Динамика таксационных показателей защитных лесонасаждений при различном удалении от магистрального канала Энгельсской оросительной системы / Д.А. Маштаков, А.В. Карпушкин // Оптимизация агроландшафтов, проблемы и перспективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения : материалы науч.-практич. конф. аспирантов и молодых ученых. – Волгоград, 2004. – С. 40–43.
21. Проездов, П.Н. Ресурсо- и энергосберегающие технологии возделывания кукурузы в условиях экологически безопасного орошения в степных агроландшафтах / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В.Г. Попов // Современные оросительные мелиорации – состояние и перспективы : материалы Международ. науч.-практич. конф., посвящ. 40-летию эколого-мелиоративного факультета Волгоградской Государственной с.-х. академии. – Волгоград, 2004. – С. 238–243.
22. Маштаков, Д.А. Влияние лесных культур сосны обыкновенной на структуру урожайности подсолнечника в степи Низкой Донской равнины / Д.А. Маштаков, А.В. Карпушкин// Вавиловские чтения–2004 : материалы Всерос. науч.-практич. конф. посвящ. 117-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова ; СГАУ им. Н.И. Вавилова. – Саратов, 2004. – С. 30–31.
23. Маштаков, Д.А. Взаимовлияние лесных полос и орошения в условиях темно-каштановых почв Заволжья и обыкновенных черноземов Низкой Донской равнины / Д.А. Маштаков, С.И. Сысоев, А.И. Карпушкин // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель : материалы Всерос. науч.-практич. конф. – Воронеж, 2005. – С. 30–34.
24. Проездов, П.Н. Преобразование элементов водного баланса и эрозии почв в степных мелиорированных ландшафтах Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель : материалы Всерос. науч.-практич. конф. – Воронеж, 2005. – С. 62–68.
25. Проездов, П.Н. Влияние севооборотов и агролесомелиоративных приемов на элементы водного баланса в степи Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Теория и практика агролесомелиорации : материалы Международ. науч.-практич. конф., посвящ. 125-летию Н.И. Суса. – Волгоград: ВНИАЛМИ, 2005. – С. 64–68.
26. Проездов, П.Н. Мелиоративные и агрохимические приемы экологически безопасного орошения дождеванием в степных ландшафтах Поволжья / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В.Г. Попов // Теория и практика агролесомелиорации : материалы Международ. науч.-практич. конф., посвящ. 125-летию Н.И. Суса. – Волгоград: ВНИАЛМИ, 2005. – С. 257 – 264.
27. Проездов, П.Н. Ресурсо и энергосберегающая оценка применения систем удобрений и мелиоративных приемов на посевах орошаемой кукурузы в степи Поволжья / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, В.Г. Попов // Вузовская наука – сельскому хозяйству: материалы Международ. науч.-практ. конф. – Барнаул, 2005. – Кн. 1. – С. 110–112.
28. Маштаков, Д. А. Биоэнергетическая основа изменения урожайности подсолнечника под влиянием лесных культур / Д.А. Маштаков, А.В. Карпушкин // Системные исследования природно-техногенных комплексов Нижнего Поволжья : сб. науч. работ. – Вып. 1. – Саратов, 2005. –С. 59–61.
29. Проездов, П.Н. Закономерности формирования урожая яровой пшеницы в системе лесных полос различной конструкции на черноземах степи Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, А.И. Разаренов, Л. В. Колесникова // Вавиловские чтения–2007: материалы Международ. конф., посвящ. 120 летию Н.И. Вавилова; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – С. 252–256.
30. Проездов, П.Н. Теория интенсивности снеготаяния, дождей и инфильтрации воды в почву / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, А.В. Карпушкин, Л. В. Кузнецова // Вавиловские чтения–2007: материалы Международ. конф., посвящ. 120 летию Н.И. Вавилова; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – С. 260–262.
31. Проездов, П.Н. Критерии и нормализованные оценочные параметры реализации концепции адаптивно-ландшафтного обустройства земель с экологическим каркасом лесов и вод / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Вавиловские чтения–2007: материалы Международ. конф., посвящ. 120 летию Н.И. Вавилова; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – С. 257–260.
32. Маштаков, Д.А. Влияние конструкций лесных полос и доз удобрений на урожайность подсолнечника на черноземе обыкновенном Низкой Донской равнины / Д.А. Маштаков // Материалы науч.-практич. конф. профессорско- препод. состава и аспирантов по итогам науч.-исслед. и учебно-методич. работы за 2007 г.; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» – Саратов, 2008. – С. 42–46.
33. Проездов, П.Н. Полимерная и оросительная мелиорация – сток, эрозия, плодородие / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Динамика исследований –2008 : материалы IV Международ. науч.-практич. конф. 16–31 июля 2008 г. – Болгария: София, 2008. – Т. 23. Экология. – С. 94–98.
34. Проездов, П.Н. Водный баланс и уровень грунтовых вод степных мелиорированных ландшафтов Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Новости научной мысли-2008: материалы IV Международ. науч.-практ конф. 27 окт – 5 ноября 2008 г. – Чехия: Прага, 2008. – Т. 10. Экология. – С. 41–45.
35. Проездов, П.Н. Адаптивно-ландшафтное обустройство земель Поволжья с экологическим каркасом лесов и вод / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Перспективные разработки науки и техники–2008 : материалы IV Международ. науч.-практ. конф. 7–15 ноября 2008 г. – Польша: Пшемысль, 2008. – Т. 10. Экология. – С. 51–56.
36. Проездов, П.Н. Динамика водного баланса и уровня грунтовых вод в степных ландшафтах Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Вавиловские чтения–2008 : материалы Международ. науч.-практ. конф., посвящ. 95-летию Саратовского госуниверситета. – Саратов: Наука, 2008. – С. 249–252.
37.Проездов, П.Н. Рекомендации по принципам размещения и формированию конструкций агролесомелиоративных насаждений / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков и др. СГАУ им. Н.И. Вавилова.–Саратов, 2008.–56 с.
38. Проездов, П.Н. Закономерности формирования прибавок урожайности яровой пшеницы под воздействием конструкций лесных полос на черноземе южном в степи Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков, Л.В. Кузнецова // Международное сотрудничество в лесном секторе: баланс образования, науки и производства: материалы Международ. конф. – Йошкар-Ола, 2009. – С. 156–163.
39. Проездов, П.Н. Закономерности формирования агротехнических и лесных мелиораций в севооборотах на эрозию черноземных почв в степи Приволжской возвышенности / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Международное сотрудничество в лесном секторе: баланс образования, науки и производства: материалы Международ. конф. – Йошкар-Ола, 2009. – С. 170–175.
40. Проездов, П. Н. Влияние мелиоративных приемов на инфильтрацию чернозема обыкновенного Низкой Донской равнины в условиях орошения / П.Н. Проездов, Д.А. Маштаков // Основы рационального природопользования : материалы II Международ. науч.-практич. конф. – Саратов, 2009. – С. 204–206.
41. Маштаков, Д.А. Интенсивность ирригационной эрозии под воздействием мелиоративных приемов в агроландшафтах Нижнего Поволжья / Д.А. Маштаков // Вавиловские чтения–2009: материалы Международ. науч.-практич. конф. 25–26 ноября 2009 г. – Саратов, 2009. – Ч. 1. – С. 239–242.
42. Маштаков, Д.А. Урожайность культур севооборота под воздействием лесных и химических мелиораций в агроландшафтах Низкой Донской равнины / Д.А. Маштаков // Приднепровский научный вестник. – 2009. – № 11. –С. 29–34.
43. Mashtakov, D.A. Raindrop erosion on the irrigable black soil of the Povolzhye steppe agro-landscapes / D.A. Mashtakov // Nauka i studia. – 2009. – № 9. – S. 51–56.
