CC BY
64СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ AGRICULTURAL SCIENCES
Мелиоративная эффективность фосфогипса на орошаемых землях бассейна
рек аса-талас
Ль 4 московский
■р ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
УДК 631.821
Рахым Бекбаев, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом, ТОО «Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства», г. Тараз, Казахстан
Rakhym Bekbayev, Doctor of Technical Sciences, Proffessor, Head of Department, LPP "Kazakh Scientific Research Institute of Water Economy" Taraz, Kazakhstan
RECLAMATION EFFICIENCY PHOSPHOGYPSUM ON IRRIGATED LANDS
RIVER BASINS ASA - TALAS
Аннотация
Целью работы является установление влияния фосфогипса на процессы рассолонцевания и расщелачивания щелочных почв магниевого осолонцевания бассейна рек Аса-Талас и совершенствование технологии внесения фосфогипса на деградированные почвы. В условиях Южного Казахстана, где в корнеобитаемом слое интенсивно протекают процессы магниевого осолонцевания и ощелачивания почв, наиболее дешевым и доступным мелиорантом является фосфогипс. Внесение в почву фосфогипса нормой 5-7 т/га, обеспечивает не только снижение содержания магния в почвенно-поглощающем комплексе (ППК), но и повышение запасов подвижных форм фосфора в корнеобитаемом слое.
Ключевые слова: орошение, почва, фосфогипс, щелочность, магний, фосфор
Annotation
The aim is to establish the influence of phosphogypsum on processes solonetsization, alkalinity and alkaline soil Magnesium solonetsization basin Asa, Talas and perfection of technology of phosphogypsum application on degraded soils. In the condition of South Kazakhstan, where the root zone processes magnesium and alkalinity of soil alkalization proceed rapidly, the cheapest and most affordable ameliorants is phosphogypsum. Adding to the soil phosphogypsum with rate
of 5-7 t/ha, provides not only a decrease in magnesium content in the soil-absorbing complex (SAC), but also increase reserves of mobile forms of phosphorus in the root zone layer.
Keywords: irrigation, soil, phosphogypsum, alkalinity, magnesium, phosphorus.
ВВЕДЕНИЕ
Опыт современного орошения показывает, что применяемые технологии поверхностного полива зачастую приводят к снижению органических веществ (гумуса), устойчивости агрономической структуры, слитизации (ощелачивания, осолонцевания) почв [1, 2]. Для борьбы с данным явлением используют химмелиоранты (гипс, фосфогипс), хлористый кальций, дефекат (отходы сахарной промышленности), серную кислоту и другие кальций-содержащие материалы [1, 2, 3, 4]. Эффективность их применения зависит от качества почв, оросительных вод, скорости обменных реакций. Это подтверждено опытом древнего и современного орошения, когда снижение емкости поглощенных оснований (особенно за счет вымыва кальция) ускоряло темпы разрушения и вымыва органических веществ (гумуса), ослабляло устойчивость макро- и микроструктуры [3, 5].
Снижение емкости поглощенных оснований (особенно за счет потерь кальция) сопровождалось ускорением темпов разрушения и вымыва органических веществ, вследствие ослабления устойчивости макро- и микроструктуры. На таких почвах, после выпадения атмосферных осадков или проведения вегетационных поливов, формируется корка, поэтому возникают осложнения по получению дружных всходов и высоких урожаев возделываемых культур. Установлено, что эффективность орошаемого земледелия зависит не только от технического состояния ирригационных систем, технологии орошения, но и плодородия почв. Существующая система орошения приводит к слитизации почв (осолонцеванию, ощелачиванию) особенно в местах, где исходные запасы кальция в почвах были невелики. В настоящее время около 30 % орошаемых земель Южного Казахстана нуждается в пополнении кальцием. Эти земли характеризуются отрицательными физико-химическими свойствами, которые приводят к снижению их продуктивности, увеличению расхода воды на получение единицы продукции [5]. В таких случаях мы имеем дело не с классическим осолонцеванием, а относительным повышением в составе поглощенных оснований иона магния. При значительных запасах (выше 25-30 %), магний повышает дисперсность органической и минеральной частей почв, а также pH почвенной среды.
В морфологическом отношении такие почвы не имеют ярко выраженной столбчатой структуры, которая характерна для солонцеватых горизонтов, поэтому некоторые исследователи называют их не солонцеватыми, а магнезиальными [6, 7, 8]. Вместе с тем повышение магния по отношению к кальцию приводит к набуханию и пептизации коллоидов, снижению устойчивости агрономической структуры и фильтрационных свойств почв, усилению механизмов разрушения и выноса гумуса, ухудшению условий для развития аэробных процессов, угнетению роста растений, уменьшению выхода продукции с единицы площади [1, 2].
Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур на солонцеватых и щелочных почвах необходимо увеличивать в них запасы кальция, путем внесения химических мелиорантов. В условиях Южного Казахстана, наиболее эффективным химическим мелиорантом является фосфогипс, вырабатываемый как промышленный отход фосфорного производства. На химических заводах города Тараза скопилось огромное количество (более 8 млн. тонн) фосфогипса, который состоит преимущественно из сернокислого кальция (около 80%). В состав фосфогипса также входят фосфаты (1,3-2,9%).
По мелиоративному эффекту фосфогипс относится к кислым мелиорантам, поэтому в щелочной среде он лучше растворяется и обеспечивает коренное улучшение физико-химических свойств солонцеватых и щелочных почв [9, 10]. Фосфогипс на 30-35% повышает скорость впитывания воды и улучшает водоснабжение растении.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Исследования по установлению мелиоративной эффективности фосфогипса на щелочных почвах магниевого осолонцевания проводились на орошаемых землях бассейна рек Аса-Талас. В бассейне рек Аса-Талас находятся 105,6 тыс. га орошаемых земель Жамбылской области Казахстана. По данным Южно-Казахстанской гидрогеолого-мелиоративной экспедиции орошаемые земли бассейна рек Аса-Талас характеризуются низкой урожайностью сельскохозяйственных культур, их значения приводятся в таблице 1.
Таблица 1 - Урожайность сельскохозяйственных культур на орошаемых землях
бассейна рек Аса и Талас, ц/га
Год Сельскохозяйственная культура
Зерновые Кукуруза на зерно Сахарная свекла Подсолнечник Овощн
2014 г 15,2 51,4 137,5 16,4 233.1
2015 г 21,4 56.6 122:7 12,0 265,4
Главными факторами низкой урожайности сельскохозяйственных культур на орошаемых землях бассейна рек Аса-Талас являются усиление процессов магниевого осолонцевания и щелочность почв. Темпы протекания процессов осолонцевания и ощелачивания почв в корнеобитаемом слое почв предопределяется качеством оросительных, грунтовых и коллекторно-дренажных вод. Оценка качества грунтовых и коллекторно-дренажных вод необходима также для использования ее на субирригацию и орошение сельскохозяйственных культур.
При химическом анализе воды (оросительной, грунтовой, коллекторно-дренажной) определены: общее содержание солей, анионы и катионы, рН. Оценка качественного состава оросительных, коллекторно-дренажных и сбросных вод осуществлялась по нескольким показателям: 1) по ионному составу воды; 2) по «остаточному карбонату натрия» (ОКН); 3) по содержанию катионов магния (М§); 4) по ирригационному
коэффициенту (И.Н. Антипова-Каратаева и Г.М. Кадера); 5) по натриево-адсорбционному отношению (SAR и SAR США) [11].
Оценка качества водных ресурсов бассейна рек Аса-Талас показала, что поверхностные водные ресурсы по общей минерализации (С) относятся к пресным, хорошего качества (таблица 2).
Таблица 2 - Оценка качества водных ресурсов в бассейне рек Аса-Талас
Место отбора Время отбора Показатели
С= г/л К SAR SÄET окн Mg, % P ь [
р. Аса (с. Анша онби) весна 0,385 10,23 0,25 0,50 -2,00 36,0 7,00
лето 0=3S4 5,18 0,53 1,11 -0,80 47,S 7,40
осень 0,506 5,37 0,58 1=31 -1,80 46,7 7,20
р.Талас (Гидроузел) весна 0,420 4,38 0,64 1,39 -0,90 45,S 8,00
лето 0,444 5,99 0,49 1,04 -1,80 51,9 7,90
осень 0,456 20,34 о,п 0,23 -2,20 54,S 7,80
Номера скважин Грунтовая вода
7 0,533 7,15 0,44 1=05 -1,60 54,5 7,80
15 0,444 2,31 1,21 2,71 0,00 86,4 8,00
31 0,789 3,49 1,13 2,94 -3,40 60,0 8,50
62 2,071 1,19 4,77 13,46 -12,00 67,4 8,- 1
72 4,518 1,65 5,39 16,31 -36,80 64,7 8,55
Название коллектора Коллекторно-дренажная вода
Шайкорык 0= 730 3,82 1=8 -2=6 81.8 8,50
Тастобе 0,648 2,45 2,8 -1,2 88,2 8,55
Рахат 0,844 0,83 п=о -1=3 91,9 8,45
Костобе 1,178 1,97 2,7 -5,2 66,8 8,70
Допустимые пределы до 3 >1 <10 <6 <1,25 <50 <8 0
Сравнительный анализ результатов оценки качества водных ресурсов показывает, что основным ограничивающим фактором использования грунтовых вод на субирригацию, коллекторно-дренажных вод на орошение является высокое содержание катиона магния и показателя рН. Это говорит о том то, что при их использовании на орошаемых землях есть опасность протекания процессов магниевого осолонцевания и ощелачивания почв, которые и подтвердила сложившаяся эколого-мелиоративная ситуация на орошаемых землях бассейна рек Аса-Талас.
Одним из путей повышения водообеспеченности орошаемых земель является использование грунтовых вод на субирригацию и орошение сельскохозяйственных культур, промывку засоленных почв. Однако грунтовые и коллекторно-дренажные воды по сравнению с поверхностными водами имеют высокую минерализацию, поэтому при использовании возвратных вод на орошаемых землях необходимо оценить их качество и установить пределы их использования на субирригацию и орошение.
Для совершенствования и внедрения технологии ускоренного повышения плодородия почв, выбраны орошаемые земли крестьянского хозяйства Ш.Д. Даутова. Данный массив орошения расположен вдоль трассы Тараз-Аса, на территории Жамбылского района Жамбылской области.
При выборе орошаемых земель, где внедрены усовершенствованные технологии химической мелиорации солонцеватых почв, с внесением фосфогипса участвовали сотрудники ТОО «КазФосфат», ТОО «КазНИИВХ» и глава крестьянского хозяйства Т.Ш. Даутов. Основными критериями выбора опытно-производственного участка явилось: солонцеватость и щелочность почвы; близость к источнику фосфогипса; обеспеченность оросительной водой.
Визуальный осмотр почвенного покрова опытного участка показал, что структура почв верхних горизонтов имеет трудоноподдающиеся разрушению комков при вспашке (рисунок 1). Силами КазФосфата для внесения на опытно-производственный участок завезено около 1000 тонн фосфогипса.
Низкое плодородие, солонцеватость и щелочность орошаемых земель объекта исследований подтверждены показателями водно-физических и химических свойств почв. Уплотненность почв мелиорируемой толщи подтверждена результатами таблицы 3, где при плотности выше 1,3-1,4 г/см3, она является сильно уплотненной [12].
Рисунок 1 - Почвы опытного участка и завезенный на поле фосфогипс Таблица 3 - Водно-физические свойства почв опытного участка
Горизонт, см Плотность. г/см3 Плотность твердой фазы, г/см3 Пористость, Наименьшая в л аго емкость, %
0-60 1,47 2,71 45,5 21,32
0-100 1,49 2,70 44,6 21,44
Наибольшие показатели пористости находятся в верхних горизонтах корнеобитаемой толщи, которые в 0-60 см слое меняются от 44,3 до 47,2%. С увеличением глубины мелиорируемой толщи происходит снижение пористости почв и их наименьшие значения получены для 80-100 см горизонтов. Почвогрунты пахотного слоя имеют неудовлетворительную пористость [12].
Для установления степени засоления почв опытно-производственного участка, осуществлен отбор проб почв на химанализ. В лаборатории КазНИИВХ, определены ионный состав почв (таблица 4). Результаты показывают, что среди анионов доминируют ионы НСОз- , его запасы в 0-100 см слое изменяются от 0,039 % от веса сухой почвы.
Таблица 4 - Изменение запасов солей в корнеобитаемой толще почв, %/мг-экв
Горизонт, см Анионы Катионы Сумма солен рН
НСОг С1" Са:+ Ха+
0-100 0.039 0,64 0.013 0,36 0.024 0,49 0.011 0,56 0.004 0,30 0.014 0,63 0,105 &,20
Среди катионов почвенно-поглощающего комплекса доминирует катионы кальция (таблица 5), запасы которого составляет от 61,6 до 66,0% от суммы почвенно-поглощающего комплекса.
Таблица 5 - Катионный состав почвенно-поглощающего комплекса (ППК)
Горизонт, см мг-экв/100 г почвы % от суммы ППК
Са:+ сумма Са^
0-60 7,3 4,1 0,168 11,56& 63,1 35,4 1=5
0-100 7,2 3,9 0,145 11,245 64,0 34,7 1=3
Из приведенных данных видно, что катионы магния в ППК превышают допустимые пределы, т.е. выше 25% от суммы ППК. Поэтому почвогрунты опытно-производственного участка соответствуют магниевому осолонцеванию.
Норма внесения фосфогипса на опытно-производственном участке установлена по формуле, которая при мелиорации щелочных почв, с повышенным содержанием магния, учитывает расходы химмелиорантов на нейтрализацию щелочности [2]:
N = К х [(М - 0,3Е) + (Б-Ь)]х И х ё : с
где: N - норма внесения, т/га; К - коэффициент перевода содержания гипса в химмелиоранте, соответствующего 1 мг-экв (для фосфогипса химзавода г. Тараз равен 0,08); Mg - обменный магний в мг-экв на 100 г почвы; Е - емкость обмена в мг-экв на 100 г почвы; h - мощность мелиорируемого слоя, см; d - объемная масса почвы, г/см3; с -содержание гипса (CaSO4x2H2O) в фосфогипсе зависит от запасов воды; 0,25-0,3 -количество магния, не являющееся вредным для растений, в мг-экв на 100г почвы (для глинистых и суглинистых почв); S - содержание COз + HCOз в водной вытяжке в мг-экв на 100 г почвы; L - количество COз + HCOз не являющимся вредным для растений, мг-экв на 100 г почвы.
Расчет нормы внесения фосфогипса осуществлялся с учетом степени увлажнения фосфогипса (таблица 6). В воздушно сухом фосфогипсе запасы гигроскопической влаги изменяются от 6 до 9% и в среднем составляют около 8%. При высокой влажности, когда сохраняется сыпучесть фосфогипса, содержание воды возрастает до 25%. В зависимости от степени увлажненности фосфогипса нормы его внесения определяют по процентному содержанию гипса. Например, при влажности 8% (гигроскопическая влага) применяется коэффициент 0,92, при влажности 25% - 0,75, т.е. запасы гипса представляются в долях от единицы.
Таблица 6 - Норма внесения фосфогипса при изменении степени их увлажнения
Горизонт, см Норма гипса, т/га Норма фосфогипса, т/га
Влажность 8% Влажность 20 % Влажность 25%
0-60 5,3 5,8 6=6 7=1
0-100 8,5 9,2 10,6 11,4
Опыт мелиорации солонцеватых почв показывает, что в настоящее время при расчете норм внесения химических мелиорантов принимают глубину 0-60 см слоя. Увеличение глубины рассолонцевания почв приводит к увеличению нормы внесения фосфогипса и соответственно затраты на проведение мелиоративных работ. Поэтому в исследованиях в качестве основного варианта принят вариант с нормой внесения фосфогипса 7 т/га.
Экспериментальные работ по внедрению технологии внесения фосфогипса проводились по следующим вариантам:
1. Без внесения фосфогипса (контрольный вариант);
2. Норма внесения фосфогипса 3,5 т/га;
3. 3. Норма внесения фосфогипса 7 т/га;
4. 4. Норма внесения фосфогипса 12-14 т/га.
Для равномерного внесения фосфогипса использован разбрасыватель РУМ-5.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Установление эффективности фосфогипса на солонцеватых и щелочных почвах проводилось путем возделывания на опытно- производственном участке кукурузы на зерно, которая относится к семейству злаковых и является высокоурожайной культурой. В
отличие от других злаковых она имеет сильно развитую сложную корневую систему, крупные стебли и листья. Поэтому эта культура очень требовательна к условиям внешней среды. Высокие урожаи кукурузы обычно получают на плодородных почвах, при строгом соблюдении режима и технологии полива, своевременного проведения агротехнических операций.
Посев кукурузы на опытно-производственный участок осуществляли с 25-28 мая, нормой 22 кг/га. Поздние сроки посева кукурузы обусловлены тем, что семена кукурузы быстро прорастают в хорошо прогретой почве, поэтому сроки сева устанавливали исходя из конкретных природно-климатических условий.
Следует отметить, что аномально сухая весна и отсутствие поливной воды для проведения влагозарядки предопределило различную всхожесть кукурузы. На контрольном варианте количество всходов кукурузы составило 25-32%. В вариантах с внесением фосфогипса всходы кукурузы возросли до 55-70% по отношению к контрольному варианту. Различия всхожести семян кукурузы по вариантам опыта подтверждаются данными влажности почв корнеобитаемого слоя (таблица 7).
Таблица 7 - Влажность почв перед посевом кукурузы по вариантам исследований
Горизонт, см Норма внесения фосфогипса
Без внесения 3,5 т/га 7,0 т/га 12-14,0 т/га
% ы-.-та % м-,та % м-,та % М" /га
0-20 7,9 201 12,1 307 14,7 373 14,8 376
20-40 9,9 289 12,5 365 13,3 388 14,3 417
40-60 16,5 465 17,9 505 18=3 516 1&,5 5 22
60-80 17,8 502 18,8 530 19,9 561 19,7 580
80-100 19,2 565 19,4 570 19,4 570 19,7 579
0-60 11,4 955 14,2 1177 15,4 1277 15,9 1315
0-100 14,3 2022 16,1 2277 17,1 2408 17,4 2474
Из приведенных данных следует, что влажность почв в 0-20 см слое изменялась от 7,9% до 14,8%. При этом высокая влажность верхних горизонтов почв отмечается в вариантах с внесением фосфогипса нормой 7,0 и 14 т/га, а минимальная - без внесения фосфогипса. Увеличение влажности почв в вариантах, где внесен фосфогипс, обусловлено тем, что он удерживают влагу и затрудняет испарение с почвенной поверхности. В результате данного процесса возросла всхожесть кукурузы (рисунок 2).
Рисунок 2 - Всхожесть кукурузы без внесения и с внесением фосфогипса В дальнейшем для повышения всходов кукурузы нарезаны борозды и проведен вызывной полив нормой 900-1000 м3/га. В результате проведения вызывного полива запасы влаги в корнеобитаемом слое увеличились. При этом максимальное накопление влаги произошло в верхнем 0-60 см слое. В нижних горизонтах корнеобитаемой толщи почв влажность почв увеличилась незначительно. Это связаны с близким залеганием грунтовых вод и соответственно высокой влажностью почв нижних горизонтов мелиорируемой толщи. В результате проведения вызывных поливов, увлажнение верхних слоев почв позволило получение дополнительных всходов кукурузы.
Фенологические наблюдения по влияния фосфогипса на рост и развитие кукурузы показывают, что наибольшие темпы развитие кукурузы имели место в вариантах, где внесли фосфогипс. Исследованиями установлено, что максимальная высота кукурузы была получена в вариантах, где норма внесения фосфогипса составляла 6-7 т/га. В варианте, где норма внесения фосфогипса составляла 3-3,5 т/га, высоты кукурузы на 20-25 см была ниже, а в контрольном варианте - на 30-50 см (рисунок 3).
Рисунок 3 - Рост и развитие кукурузы без внесения и с внесением фосфогипса
Интенсивность развития кукурузы в вариантах с внесением фосфогипса обусловлена мощностью развития корневой системы, которая в условиях близкого залегания пресных грунтовых вод обеспечивала оптимальное снабжение растений влагой.
После внесения химических мелиорантов, в период освоения мелиорированных земель, в корнеобитаемом слое слое почв протекают сложные процессы: ионообменные реакции между почвенным раствором и почвенно-поглощающим комплексом, рассолонцевание и расщелачивание почв. Исследованиями многих ученных установлено, что скорость ионообменной сорбции между почвенным раствором и почвенно-поглощающим комплексом протекает по следующей схеме:
(Почва) М§2+ + СаSO4 « (Почва)Са2+ + М§Б04
Из приведенной схемы видно, что катион кальция поглощается, а катион магния вытесняется в раствор в эквивалентном количестве. При этом, по существу, безразлично, будет ли почва засолена натриевыми или магниевыми солями или же она длительно будет испытывать на себе воздействие хотя бы очень слабых, но постоянно сменяющихся растворов солей.
Анализ экспериментальных данных показывает, что использование фосфогипса для мелиорации низкопродуктивных почв обеспечивает вытеснение катионов магния и натрия из почвенно-поглощающего комплекса. Это подтверждается катионным составом почвенно-поглощающего комплекса (таблица 8).
Таблица 8 - Влияние фосфогипса на катионный состав почвенно-поглощающего
комплекса
Вариант и норма фосфогипса. т/га Горизонт, см мг-экв на 100 почвы Б % от суммы 1111±С
Са:" сумма
Контроль 0-60 7,5 4,2 0,18
3,5 0-60 8,3 4,3 0,35 12,95 64,1 33,2 1 :=7
7,0 0-60 9,2 4,3 0,27 13,77 66,8 31,2 : !,0
12-14 0-60 10,0 3,7 0,16 13,86 72,1 26,7 ,2
Таким образом, применение в качестве химического мелиоранта фосфогипса, обеспечивается улучшение водно-физических и химических свойств почв. Поэтому при разработке элементов техники и технологии полива при химической мелиорации солонцеватых почв, необходимо учитывать изменчивость скорости впитывания воды при внесении химических мелиорантов.
Внесение фосфогипса улучшило физико-химические свойства солонцеватых почв опытно-производственного участка «Бесагаш» за счет увеличения кальция в составе поглощенных оснований и подтвердила эффективность химической мелиорации, улучшились водно-физические и химические свойства солонцеватых почв. Эффективность фосфогипса оценивалась не только улучшением состава поглощенных оснований, но и
повышением впитывающей способности почв, увеличением объемов накопления влаги в почвах за определенный промежуток времени.
Результаты исследований показывают, что на вариантах 1 и 2, где не вносили фосфогипс, ионный состав солей не отличается от их исходного содержания. При этом в конце вегетации доминирующими ионами, как и до вегетации являлись: анионы НСО3- (таблица 9), а среди катионов - №+.
Таблица 9 - Изменение ионного состава солей в корнеобитаемом слое почв при
внесении различных норм фосфогипса, %/мг-экв
Вари- Горизонт, Анионы Катионы Сумма солен
ант см НСОз" СГ Са:_ Мг2 Ха+
1 0-60 0.038 44,7 0.008 10,4 0.019 18,8 0.007 8,8 0.005 6,3 0.010 11,0 0.087 100
2 0-60 0.036 42,5 0.008 10,5 0.019 20,3 0.007 8,0 0.005 6,0 0.011 12,7 0.086 100
0-60 0.018 9.6 0.009 4.7 0.123 59.9 0.032 15.9 0.016 7.8 0.004 2.1 0.202 100
4 0-60 0.018 9,5 0.010 5=3 0.127 59,2 0.034 1б=1 0.017 7=8 0.004 2,1 0.210 100
Примечание: в числителе % от веса абсолютно сухой почвы; в знаменателе -
от суммы солей
Внесение фосфогипса привело к снижению запасов НСОз- и №+ в мелиорируемой толще почв. Например, в 3 варианте, в конце вегетации запасы этих ионов в 0-60см слое соответственно составили 0,018% и 0,004%. Сравнительный анализ показывает, что в результате внесение фосфогипса, запасы рассматриваемых ионов по сравнению с 1 вариантом снизились более чем в 2 раза.
Таким образом, результаты исследований показывают, что фосфогипс усиливает темпы роста и развития кукурузы. На варианте без внесения фосфогипса количество зерен в початке изменялось от 364 до 682 штук, а вес 1000 зерен - от 240 до 357 г. При внесении 3,5 т/га фосфогипса количество зерен в початке повысилось до 356-745 г, а вес 1000 зерен до 245-386 г. При норме внесения фосфогипса 7 т/га в початке содержалось 584-820 зерен, а вес 1000 зерен колебался от 332 до 407 г (рисунок 4).
Рисунок 4 - Определение биологической урожайности и уборка кукурузы Разница в количестве и весе зерен в початке кукурузы предопределила различную биологическую урожайность кукурузы на зерно. При этом минимальная урожайность получена в варианте без внесения фосфогипса (таблица 10). Внесение фосфогипса повысило урожайность кукурузы, их максимальные значения получены при норме внесения фосфогипса 6-7 т/га.
Таблица 10 - Биологическая урожайность кукурузы, т/га
Показатели Норма внесения фосфогипса
Без внесения фосфогипса 3,5 т/га 7 т/га 14 т/га
Средняя урожайность с 1 га 7,72 9,69 13,34 13,90
Коэффициент вариации, % 29,5 24,2 16,7 17,2
Таким образом, основная задача химической мелиорации засоленных солонцеватых почв и солонцов заключается в том, что путем внесения химических мелиорантов происходит улучшение водно-физических свойств почв и с помощью промывки из мелиорируемой толщи удаляются продукты обменных реакций, а также избыток токсичных солей. Обобщение имеющихся материалов показывает, что в настоящее время существуют различные технологические схемы химической мелиорации солонцеватых почв и солонцов, т.е. химическая мелиорация без проведения промывки и с проведением промывки.
Разработка технологии химической мелиорации солонцеватых почв и солонцов основана на физико-химической сущности кинетики солеотдачи и ионообменной сорбции в мелиорируемой толще при внесении химических мелиорантов и их промывке. При этом, основным критерием оценки для разрабатываемой технологии является повышение скорости протекания ионообменных реакций между ППК и почвенным раствором и интенсивности вытеснения катионов натрия и магния из ППК катионами кальция, а также увеличение темпов вымыва продуктов обменных реакций и солей из мелиорируемой толщи почв.
Результаты по изучению процессов рассолонцевания почв показали, что разнообразие почвенно-климатических условий орошаемых земель Казахстана требуют различных подходов к ним. Например, для карбонатных почв целесообразными являются технологии, способствующие повышению растворимости СаСО3 и полному использованию растворенных катионов кальция. Это достигается за счет внесения серной кислоты. Использование кислоты в качестве химических мелиорантов приводит к резкому снижению рН среды и как следствие, повышению растворимости СаСО3.
На малокарбонатных и глубокогипсовых почвах наиболее эффективным методом является совместное внесение кислоты и гипса (фосфогипса). Эта технологическая схема обеспечивает повышение скорости протекания обменных реакций между ППК и почвенным раствором по сравнению с раздельными внесениями этих химических мелиорантов.
Гипс и фосфогипс, по сравнению с другими химическими мелиорантами обладают слабой растворимостью, действуют длительное время. Следовательно, для полного растворения расчетной нормы этих мелиорантов потребуются большие промывные нормы. Поэтому эффективность гипса возрастает на солончаковатых солонцах, для рассоления которого потребуются большие объемы промывных вод.
Применение хлористого кальция, за счет его легкой растворимости приводит к резкому увеличению концентрации кальция в почвенном растворе, что препятствует пептизации почвенных агрегатов и ухудшению водно-физических свойств почв. Поэтому применение хлористого кальция наиболее эффективно на содово-солонцовых почвах. При этом в отличие от гипса, с увеличением концентрации хлористого кальция в почвенном растворе снижаются объемы промывных вод и продолжительность рассолонцевания.
На засоленных солонцеватых почвах и солонцах в начальной стадии промывки, можно использовать высокоминерализованные дренажные воды. При этом должно соблюдаться условие Сп.р.>Сп.в,т.е. концентрация почвенного раствора должна быть больше, чем минерализация промывной воды. Использование на промывку минерализованных вод эффективно в тех случаях, когда в качестве химмелиорантов используется фосфогипс. Так как высокая концентрация хлоридов, по сравнению с пресной водой приводит к повышению их растворимости.
При подготовке солонцеватых почв и солонцов к промывке перед вспашкой вносят химические мелиоранты. Вспашку проводят на глубину 22-25 см. На тяжелых почвах, когда коэффициент фильтрации в зоне аэрации не превышает 0,1 м/сут, проводят глубокое рыхление (0,8-1,0 м) или вспашку плантажным плугом на глубину 0,4-0,5 м. После вспашки, если нет необходимости в эксплуатационной планировке, проводят малование, нарезают борозды и проводят увлажнительный полив. Через 1-2 недели, при созревании почвы закрывают влагу, которая повышает скорость протекания обменных реакций, а затем нарезают чеки и приступают к промывкам.
Известно, что вода является хорошим растворителем и переносчиком ионов (солей) в системе почва - грунтовые воды. Данные свойства следует использовать для совершенствования технологии внесения химмелиорантов, которая обеспечивает их растворение и перемещение в виде растворов. При этом показатели скорости потока насыщенных растворов (химическими веществами) и обменных реакций должны максимально сближаться. Подобные условия лучшим образом создаются в периоды выпадения осадков при поверхностном внесении химмелиорантов, когда скорость растворов снижается до минимальных пределов, обеспечивая вытеснение и удаление поглощенного магния на слитизированных почвах.
Однако климатические условия, хозяйственная деятельность, экономическая состоятельность (наличие финансовых ресурсов) и техническая оснащенность (наличие технических средств) фермерских хозяйств и агрообъединений также предопределяют сроки и способы внесения химмелиорантов. С учетом складывающейся обстановки целесообразно использовать следующие схемы мелиоративных работ [13]:
• После уборки сельхозкультур проводят осеннюю вспашку. Степень слитизации почв предопределяет глубину вспашки. На слабослитных почвах она составляет 25-30 см, среднеслитных 30-35 см, сильнослитных 35-40 см (Рисунок 5).
• До наступления периода массового выпадения осадков химмелиоранты вносят по вспашке. Для равномерности их внесения следует использовать разбрасыватели РУМ - 5 или 1 - РМГ - 4.
• После интенсивных осадков, когда поверхностные горизонты переувлажнены химмелиоранты вносят по замерзшей почве или по снегу. Данный прием защитит поверхностные горизонты от уплотнения и улучшит их водно-физические свойства.
• При финансовых затруднениях или нехватки техники (из-за повышенного спроса) для проведения осенней вспашки, химмелиоранты вносят на поверхность земли и заделывают в почву дискованием.
• Все работы по внесению химмелиорантов желательно заканчивать до наступления периода массового выпадения осадков или отрицательных среднесуточных температур воздуха. Зимние оттепели и весенние дожди ускорят обменные реакции, а влагозарядковые поливы обеспечивают вымыв продуктов обмена.
Использование других схем применения химмелиорантов приводит к снижению их эффективности. Например, передвижение технических средств (трактора, разбрасыватели) для внесения химмелиорантов по осенней вспашке ранней весной, когда поверхностные горизонты переувлажнены зимними осадками, неизбежно приводят к уплотнению пахотных горизонтов, замедлению обменных реакций в поглощающем комплексе, снижению темпов вымыва продуктов обмена из мелиорируемой толщи. Аналогичные явления формируются при внесении химмелиорантов по весенней вспашке. В обоих случаях зимние осадки исключаются из процесса растворения химмелиоранта и
медленного перемещения его растворов в мелиорируемых горизонтах, когда скорость потока растворов химмелиоранта приближается к скорости обменных реакций и обеспечивает создание устойчивых органо-минеральных агрегатов, за счет замещения магния и натрия кальцием, который улучшает физико-химические свойства почв.
ВЫВОДЫ
Предложенные технологические схемы внесения химмелиорантов, с учетом изменения климатических условий, финансовых и технических ресурсов сельхозпроизводителя, обеспечат максимально возможное улучшение физико-химических свойств почв и получение прибавки урожая, стоимость которой обеспечит окупаемость затрат на проведение химической мелиорации в течение 2 лет. Последний показатель может сократиться до 1 года в случае использования фосфогипса на слитных почвах (щелочных, солонцеватых), где в последние 15 лет практически не применялись фосфорные удобрения. Данный химмелиорант не только улучшит физико-химические свойства почв, но и повысит урожайность сельскохозяйственных культур за счет обогащения почвы фосфором.
ЛИТЕРАТУРА
1. Айдаров И.П. Регулирование вводно-солевого и питательного режимов орошаемых земель. М.: Агропромиздат, 1985. 304 с
2. Вышпольский Ф.Ф., Мухамеджанов Х.В. Технологии водосбережения и управления почвенно-мелиоративными процессами при орошении. Тараз: Аква, 2005. 160 с.
3. Кирюшин В.И. Солонцы и их мелиорация. Алма-Ата: Кайнар, 1976. 176 с.
4. Пак К.П. Солонцы СССР и пути повышения их плодородия. М.: Колос, 1975. 384 с.
5. Вышпольский Ф.Ф., Мухамеджанов Х.В., Бекбаев У.К. Рекомендации по технологии орошения, водосбережения и повышения плодородия почв в зоне Арысь-Туркестанского канала. Тараз, 2004. 17 с.
6. Можейко А.М. О генезисе магниевых солонцов и проекте их окультуривания. Сб. Мелиорация солонцов. М., 1967. С 14-25.
7. Vishpolski F., Qadir M., Karimov A., Mukhamedjanov H., Bekbaev U., Paroda R., Aw-Hassan A., Rarajeh F. Enhancing the productivity of high-maganesium soil and water resources in central asia through the application of phosphogypsum.-Land Degradation Development, 19.4556 (2008) Dol: 10.1002/fdr.814.
8. Karimov A., Qadir M., Noble A., Vyshpolsky and Anzelm K.. Development of MagnesiumDominant Soils Under Irrigated Adriculture in Southern Kazakhstan. Pedosphere, Volume 19, June 2009, Pages 331-343.
9. Ghafoor A, Shahid MI, Saghir M, Murtaza G. 1992. Use of high-Mg brackish water on phosphogypsum and FYM treated saline-sodic soil. I. Soil improvement. Pakistan Journal of Agricultural Science 29: 180-184.
10. Vyshpolsky F., Mukhamedjanov K., Bekbayev U., Ibatullin S., Yuldashev T., Noble A.D., Mirzabaev A., Aw-Hassan A., Qadir M.. Optimizing the rate and timing of phosphogypsum
application to magnesium-affected soils for crop yield and water productivity enhancement. Agricultural Water Management 97 (2010) 1277-1286.
11. Якубов Х.И., Усманов А.У., Броницкий Н.И. Руководство по использованию дренажных вод на орошение сельскохозяйственных культур и промывки засоленных земель. Ташкент: САНИИРИ, 1982. 77 с.
12. Ганжара Н.Ф., Гречин И.П., Кауричев И.С., Панов Н.П., Савич В.И., Стратонович M.B. Практикум по почвоведению. M.: Агропромиздат, 1985. 336 с.
13. Ибатуллин С., Вышпольский Ф., Бекбаев Р., Бекбаев У., Сулейменов M., Кадыр M., Каримов А., Юлдашев Т. Рекомендации по совершенствованию технологии повышения продуктивности солонцеватых и щелочных почв. Тараз: ИЦ «Аква», 2008. 23 с.
