CC BY
23УДК 631.674.6:631.412:631.43
Л. А. Воеводина (ФГБНУ «РосНИИПМ»)
ИЗМЕНЕНИЕ АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ВОДОЙ
Влияние капельного орошения на агрофизические свойства черноземных почв во многом обусловлено характером распространения влаги в профиле почвы. В верхнем слое почвы 0-20 см на расстоянии 20 см от капельной линии в конце поливного сезона формируется область повышенного содержания солей, таких как водорастворимые соли, нитраты, карбонаты. Среди водорастворимых солей преобладают соли кальция. ППК существенно насыщается натрием до 14 % от суммы обменных катионов. Физические свойства почв ухудшаются в основном за счет преобладания глыбистой фракции при «сухом» просеивании; водоустойчивость - избыточно высокая. В верхнем слое почвы 0-20 см на расстоянии 20 см от капельной линии отмечено ухудшение микроструктуры по степени агрегированности по Бэйверу. Весной в верхнем слое почвы происходило значительное снижение содержания водорастворимых солей, нитратов и поглощенного натрия в составе ППК.
Ключевые слова: капельное орошение, оросительная вода, свойства почвы, чернозем, гранулометрический состав, микроструктура почвы, макроструктура почвы, водорастворимые соли, обменные катионы, карбонат кальция, нитраты.
L. A. Voevodina (FSBSE «RSRILIP»)
CHANGE OF AGROPHYSICS PROPERTIES OF CHERNOZEM SOILS UNDER THE INFLUENCE OF DRIP IRRIGATION WITH BRACKISH WATER
The influence of drip irrigation on chernozem soil agrophysics to a large extent depended on the soil moisture pattern. At the end of irrigation season an area formed in the upper layer (0-20 cm) at a distance of 20 cm from drip line contained high amounts of salts such as water-soluble salts, nitrates, carbonates. Calcium salts prevail among water-soluble salts. Soil exchange complex saturated with absorbed sodium up to 14 %. Physical soil properties deteriorate generally because of predominance of blocky fractions under «dry» sieving; water-resistance - extra high. It was noted the deterioration of microstructure at a distance of 20 cm from drip line according to Bayver extent of aggregation. In spring content of water-soluble salts, nitrates and absorbed sodium substantially decreased.
Keywords: drip irrigation, irrigation water, soil properties, chernozem, soil texture, soil macrostructure, soil microstructure, water-soluble salts, exchangeable cations, carbonate calcium, nitrates.
Применение капельного орошения во многих странах мира доказало его преимущества, среди которых: снижение трудовых, энергетических и ресурсных затрат, возможность использования на землях, непригодных для орошения другими способами, например на землях с высоким залеганием
грунтовых вод, на крутых склонах, на почвах легкого механического состава. Использование капельного орошения позволяет снизить оросительные нормы более чем на 50 % по сравнению с традиционными способами, вносить удобрения для получения максимальных урожаев запланированного качества. Его возможно применять при повышенной минерализации воды, на полях неправильной формы, при наличии малодебитных источников водоснабжения и использовании местного стока, резервы которого на юге России составляют до 7,0 кубокилометров в год, что может обеспечить полив на площади около 2 млн га [1]. Преимущества, которыми обладают системы капельного орошения, делают возможным их использование практически на любых неудобных землях, на которых строительство крупных оросительных систем нецелесообразно.
В то же время, водные источники на территории юга России зачастую характеризуются повышенной минерализацией воды. Использование такой воды в системах капельного орошения может определенным образом повлиять на продуктивность растений и вызвать существенные изменения качества почв. Неудачи при использовании систем капельного орошения во многом обусловлены недостаточным учетом влияния применяемых технологий на почвенные показатели.
Опыты по установлению влияния капельного орошения на агрофизические свойства черноземных почв проводились в ст. Красюковская Ростовской области в пленочных теплицах на солнечном обогреве при выращивании томатов. В ходе исследований нами анализировались такие почвенные показатели как гранулометрический, микроагрегатный (по Качин-скому), агрегатный (по Саввинову) составы почвы, содержание СаСО3 по Г олубеву, водорастворимых ионов (по результатам анализа водных вытяжек, ГОСТ 26423-85 - 26428-85), обменных катионов (ГОСТ 26487-85, 26950-86), нитратов (ГОСТ 26951-86). Были рассчитаны коэффициент дисперсности по Качинскому, степень агрегированности по Бэйверу, водоус-
тойчивость [2]. Данные по содержанию солей в водной вытяжке и нитратов весной (усредненные значения за 2010-2011 годы) и осенью (усредненные значения за 2009-2010 годы) представлены в виде графиков, полученных с помощью метода взвешенных наименьших квадратов с использованием программы STATISTICA 6.0.
Почвы опытного участка согласно классификации 1977 года [3] принадлежат к черноземам обыкновенным карбонатным среднемощным мало-гумусным иловато-крупно-пылеватым тяжелым суглинкам.
Отбор проб почвы проводился по методике РосНИИПМ в трех точках относительно расположения капельной линии: непосредственно под капельницей (зона О); в зоне максимального накопления солей (примерно 20 см от капельной линии) (зона М) и в середине междурядья или дорожки, в точке наиболее удаленной от капельной линии (зона Д). Отбор проб почвы для анализов был произведен осенью по окончанию поливного сезона и весной перед посадкой рассады на постоянное место. Глубина взятия проб до 1,0 м. Слои: 0-20 см; 20-40 см; 40-60 см; 60-80 см; 80-100 см.
Поливы проводились водой хлоридно-сульфатно-натриевого состава с минерализацией 3,3 г/л, ЕСМ, 3,55 дСм/м. Пробы воды отбирались весной, летом и осенью. В таблице 1 показаны усредненные значения за 20092010 гг.
Таблица 1 - Химический состав поливной воды на опытном участке в ст. Красюковская
Единицы измерения С1 SO 42 - нсо 3- Са2+ М^+ т+ + к
мг-экв./л 20,73 23,23 6,73 13,50 8,40 28,80
г/л 0,736 1,115 0,410 0,270 0,102 0,662
% от суммы ионов 20,5 22,9 6,6 13,3 8,3 28,4
Основное отличие капельного орошения состоит в том, что вода по полю распределяется очагами или полосами, что при использовании минерализованной оросительной воды способствует формированию зон с повышенным содержанием солей.
Изучение влияния на физические свойства почвы позволило установить, что существенных изменений гранулометрического состава под действием капельного орошения минерализованной водой не отмечено. По результатам микроагрегатного анализа коэффициент дисперсности по Качин-скому не превышает 15 %, что характеризует почвы как имеющие высокую микрооструктуренность, в то же время в верхнем слое 0-20 см в зонах О и М степень агрегированности по Бэйверу слабая, в слое 20-40 см - удовлетворительная, а ниже 40 см хорошая и высокая. Худшие показатели были получены для слоя максимального накопления солей 0-20 см в зоне М, что может указывать на негативное влияние повышенного содержания солей на микроструктуру почв. В зоне О, где происходит наиболее интенсивное взаимодействие поливной воды хлоридно-сульфатно-натриевого состава с почвой отмечено ухудшение структурного состояния из-за преобладания глыбистой фракции при «сухом просеивании» (таблица 2).
Таблица 2 - Агрегатное состояние при «сухом» просеивании
по окончании поливного сезона, ст. Красюковская
Место отбора Процентное содержание фракций при «сухом» просеивании, мм Агрономически ценных агрегатов, % Коэф- фициент струк- турности
> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1- 0,25 0,5- 0,25 < 0,25
Зона О, 0-20 см 58,4 9,3 7,2 9,8 5,7 4,8 2,7 1,4 0,7 41,0 0,69
Зона О, 20-40 см 62,1 9,3 6,9 7,7 5,0 3,7 2,0 1,3 2,0 35,9 0,56
Зона М, 0-20 см 22,9 9,3 9,7 14,7 12,2 12,2 6,8 6,7 5,5 71,6 2,52
Зона М, 20-40 см 40,4 15,6 9,1 10 7,3 7,3 5,3 3,2 1,8 57,7 1,37
Накопление солей на поверхности почвы в зоне М не повлияло отрицательным образом на макроструктуру черноземов. Структурное состояние по количеству водопрочных агрономически ценных агрегатов характеризовалось как отличное, водоустойчивость - избыточно высокая, а критерий водопрочности указывал на хорошее структурное состояние (таблица 3).
Таблица 3 - Агрегатное состояние при «мокром» просеивании по окончании поливного сезона, ст. Красюковская
Место отбора Процентное содержание фракций при «мокром» просеивании, мм Агрономически ценных агрегатов,%
10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,25 0,5-0,25 < 0,25
Зона О, 0-20 см 2,24 1,9 5,48 10,92 22,48 24,06 14,48 18,4 81,6
Зона О, 20-40 см - - 2,38 4,9 16,24 24,78 15,62 36,1 63,9
Зона М, 0-20 см 0,46 0,52 1,2 2,48 12,18 22,12 37,46 23,6 76,4
Зона М, 20-40 см - 0,36 0,4 0,88 3,58 12,22 55,46 27,1 72,9
Распределение карбонатов по почвенному профилю представлено на рисунке 1. Более высокие значения содержания карбонатов отмечены в верхнем слое почвы, что объясняется общим накоплением солей, происходящим в течение поливного сезона. Являясь более стабильной солью, не подвергающейся выщелачиванию в течение зимнего периода в такой степени, как водорастворимые соли, карбонаты остаются в верхнем слое почвы и в весенний период. Закономерность распределения карбонатов при капельном орошении кардинально отличается от распределения карбонатов без применения орошения в естественных условиях (рисунок 1). В естественных условиях содержание карбонатов является наименьшим в верхних слоях почвы (0,24 % в слое 0-20 см) и увеличивается вниз по профилю (1,73 % в слое 60-80 см).
Кроме СаСО3 в верхних слоях почвы особенно в зоне М (слой 0-20 см) к концу поливного сезона происходит накопление водорастворимых солей. Так на рисунке 2 слева видно, что здесь содержание водорастворимых солей значительно отличается от остальных слоев (рисунок 2). В весенний период отмечается обратная картина. Верхний слой 0-20 см промывается осадками зимнего периода и содержит наименьшее количество водорастворимых солей до 0,084 г/100 г почвы (данные, полученные весной 2010 года), причем содержание солей по зонам выравнивается. Как можно видеть на рисунке 2 в верхнем слое 0-20 см в среднем за два года содержа-
лось солей 0,104-0,105 г/100 г почвы. С глубиной содержание водорастворимых ионов повышается, что указывает на их миграцию из верхних слоев почвы в нижние. Особенности условий выращивания, заключавшиеся в том, что в зоне Д располагалась дорожка, характеризующаяся некоторым уплотнением верхнего слоя почвы, повлияли на распределение солей весной. Ввиду затрудненного проникновения осадков зимнего периода на глубине 50 см отмечено повышение содержания солей.
Содержание карбонатов, %
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
£
и
!Х
О
и
■ Целина ■ зона О о зонд М
Рисунок 1 - Распределение карбонатов по профилю почвы в весенний период, ст. Красюковская
Капельное орошение водой повышенной минерализации приводит к формированию на поверхности почвы зон с повышенным содержанием солей, среди которых преобладают соли кальция. Почвенный поглощающий комплекс насыщается натрием, который составляет в зоне максимального накопления солей до 14 % от суммы обменных катионов в верхнем слое почвы 0-20 см. К весне в верхних слоях почвы происходит освобождение ППК от поглощенного натрия, однако в почвенном растворе начинают преобладать катионы натрия, что обуславливает щелочной тип засоления [4].
7
-10 0 10 20 30 40 50 60
Расстояние от капельницы, см
■ 0,22 ■ 0,20
І I 0,18 □ 0,16
0 10 20 30 40 50 60 70
Расстояние от капельницы, см
■ 0,14
■ 0,12
Рисунок 2 - Распределение солей в метровом слое почвы опытного участка в ст. Красюковская
(слева - данные, полученные осенью; справа - весной)
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4(04), 2011 г.
Распределение нитратов в почвенном профиле в среднем за два года наблюдений показано на рисунке 3. В конце поливного сезона наблюдалось значительное содержание нитратов в верхнем слое почвы 0-20 см, которое в зонах М и Д доходило до 31,30 мг/кг почвы. В слоях, расположенных ниже, содержание нитратов было в несколько раз меньше от 2,34 до 10,25 мг/кг почвы. Такое распределение указывает на то, что в верхнем слое 0-20 см, где ограничено распространение корневой системы и формируются восходящие потоки испаряющегося почвенного раствора с растворенными в нем солями, в том числе и азотными удобрениями, складывались условия для накопления нитратов. В нижних слоях активное потребление растениями нитратов в течение поливного сезона и повышенные поливные нормы, применявшиеся из-за плохого качества воды, способствовали более низкому содержанию нитратов.
Весной в верхнем слое 0-20 см под действием осадков зимнего периода отмечалось снижение содержания нитратов, особенно значительное в зоне М, с 25,70 мг/кг почвы до 4,55 мг/кг почвы. Наиболее сильное снижение содержания нитратов, наблюдалось весной 2010 года, когда осадков в течение зимнего периода выпало на 50 % больше, по сравнению с зимним периодом 2010-2011 года. В слоях, расположенных ниже, наблюдалось повышение содержания нитратов до глубины 50-60 см. Вероятно, распространение осадков зимнего периода ограничивалось этой глубиной.
Таким образом, в ходе исследований было установлено, что влияние капельного орошения на агрофизические свойства черноземных почв во многом обусловлено характером распространения влаги в профиле почвы. В верхнем слое почвы 0-20 см на расстоянии примерно равном половине радиуса увлажнения (зона М) в конце поливного сезона формируется область повышенного содержания солей, таких как водорастворимые соли, нитраты, карбонаты. Среди водорастворимых солей преобладают соли кальция. ППК существенно насыщается натрием до 14 % от суммы обменных катионов.
6
Рисунок 3 - Распределение нитратов в метровом слое почвы опытного участка в ст. Красюковская
(слева - данные, полученные осенью; справа - весной)
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4(04), 2011 г.
Физические свойства почв ухудшаются в основном за счет преобладания глыбистой фракции при «сухом» просеивании; водоустойчивость -избыточно высокая. В зоне М отмечено ухудшение микроструктуры по степени агрегированности по Бэйверу. Весной в верхнем слое почвы происходило значительное снижение содержания водорастворимых солей, нитратов и поглощенного натрия в составе ППК.
Список использованных источников
1 Проблемы и перспективы использования водных ресурсов в агропромышленном комплексе России / В. Н. Щедрин [и др.]. - М.: ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2009. - 342 с.
2 Теории и методы физики почв: коллективная монография [Электронный ресурс] / под ред. Е. В. Шеина и Л. О. Карпачевского. -М.: Гриф и К, 2007. - Режим доступа: http://www.pochva.com/studentu/stu-dy/books/index.php?query=%D8%E5%E8%ED&by=all&format_search=d&n=1.
3 Классификация и диагностика почв СССР. - М.: Колос, 1977. -
224 с.
4 Воеводина, Л. А. Влияние капельного орошения минерализованными водами на свойства черноземных почв [Электронный ресурс] / Л. А. Воеводина // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. период. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2011. - № 1(01). -11 с. - Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=1&id=10.
Воеводина Лидия Анатольевна - кандидат сельскохозяйственных наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научноисследовательский институт проблем мелиорации», старший научный сотрудник. Контактный телефон: 8 928 988 05 77, E-mail: [email protected]
Voevodina Lydia Anatolyevna - Candidate of Agricultural Sciences, Federal state budget scientific establishment «The Russian scientific research institute of land improvement problems», Senior Research Fellow.
Contact telephone number: 8 928 988 05 77, E-mail: [email protected]
