CC BY
17
ландшафтного земледелия: Учебное пособие / Ю.Н. Зубарев, С.Л. Елисеев, А.А. Васильев, В.Д. Галкин, А.В. Чесноков, С.О. Калинин. Пермь: ПГСХА, 2001. 113 с.
7. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные полевые работы в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1990. 272 с.
The effectiveness of application of sewage sludge on sod-podzolic soil of PredUrals
Vasbieva M., Zinoviev D.
The results of complex research on application of sewage sludge on sod-podzolic soil in crop rotation as alternative for organic fertilizer at Perm region are presented in the article. The positive effect of sewage sludge on parameters of soil fertility and crop productivity is revealed.
Key words: sewage sludge, sod-podzolic soil, parameters of fertility, crop rotation productivity
УДК 631.615
Приёмы управления почвенным плодородием выработанных торфяников и продуктивностью кормовых культур
Анатолий Николаевич Уланов, доктор с.-х. наук, директор,
Николай Анатольевич Уланов,* аспирант
ФГУП Кировская ЛОС Россельхозакадемии, г. Киров, Россия
*ВГБОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Киров, Россия
E-mail: [email protected] Дана сравнительная оценка эффективности кормовых экосистем на выработанных торфяниках при различной степени управления их плодородием.
Ключевые слова: плодородие почв, почвенные режимы, кормовые культуры
Выработанные фрезерным способом торфяники, как интразональные природно-антропогенные образования, достаточно легко можно использовать в различных сферах народного хозяйства. Одно из наиболее эффективных направлений их применения -выращивание кормовых культур [1]. При кажущейся простоте их освоения под кормовые угодья приходится сталкиваться со многими обстоятельствами, обусловленными особенностями генезиса этих объектов. В 70-90-х годах прошлого столетия в условиях повышенного внимания к ним партийного и советского руководства, существования специальных целевых государственных программ освоения выработок в торфодобывающих регионах, достаточного обеспечения минеральными удобрениями хозяйств, осваивающих выработки, значение этих нарушенных земель в лесном и сельском хозяйстве было очень велико.
В настоящее время, когда по разным причинам заброшена значительная часть пашни в Нечерноземной лесной зоне, внимание к выработкам значительно ослабло. Тем не менее, в условиях гумидной зоны,
когда повсеместно наблюдается острый дефицит азота и углерода, значение торфяных почв, вообще, и выработанных земель, в частности, по-прежнему не утрачено.
Цель исследований - на основании многолетних данных Кировской лугоболот-ной опытной станции и производственного опыта установить преимущество и недостатки сработанных торфяных месторождений как среды обитания при возделывании на них кормовых культур.
Материал и методы. Исследования проводили на нескольких торфомассивах центральной части Кировской области, в разные годы вышедших из-под промышленной добычи торфа и осваиваемых под сельскохозяйственные и лесные культуры различными организациями (торфомассивы «Зенгинское», «Бахтинское», «Пищальское», «Гороховское», «Чистое», «Гадовское» и др.). Первые опыты по залужению «бросовых» карьерных земель проводились в 1963-1965 гг. Ю.В. Зверко-вым. Далее А.Н. Улановым, Е.В. Стародумо-вой, Е.Л. Журавлёвой, А.Т. Шуткиным, Х.Х. Шельменкиной, В.Н. Ковшовой за поч-
ти 40-летний период была проведена целая серия многолетних лабораторно-полевых опытов по первичному окультуриванию, системе обработки почвы и удобрения, структурно-тепловой мелиорации, подбору однолетних и многолетних кормовых культур и травосмесей, режиму их использования. Начиная с 2013 г., аспирантом Н.А. Улановым на нескольких наиболее оборудованных выработанных участках торфомассива «Гадовское» проводятся наблюдения за эффективностью системы двухстороннего регулирования водного режима этих объектов в границах отдельно взятого кормового севооборота.
В статье на основе анализа и обобщения экспериментальных данных за 19802013 гг. выявлены основные факторы, лимитирующие плодородие выработанных торфяников, определены наиболее эффективные приемы управления их плодородием и продуктивностью. Особенность исследовательского процесса и анализа данных заключалась в сопоставлении результатов полевых стационарных опытов, где кормовая постболотная экосистема регулируется практически полностью, с эффективностью приёмов, внедряемых в условиях производства, где по хозяйственно-финансовым, организационным, погодным и прочим причинам отдельные требования технологии не соблюдаются.
Результаты и их обсуждение. Любая почвенная разновидность имеет, как правило, свои эксплуатационные особенности. Явное преимущество торфяных и выработанных почв перед зональными почвами заключается в технической возможности оперативного управления их водным режимом. Относительная близость к корнеобитаемой зоне профиля почвенно-грунтовых вод, весьма благоприятного для кормовых культур гидрокарбонатно-кальциевого химического состава, позволяет это сделать. Ещё одно привлекательное свойство этих почв -большие запасы азота, углерода, гумуса и других веществ органического происхождения. Правда, в случае с выработанными торфяниками, когда большая часть торфяной залежи отчуждена в результате торфодобычи, запасы этих элементов значительно уменьшились.
Проблемными свойствами, существенно усложняющими освоение и использование выработанных торфяников, являются неотрегулированный питательный и крайне жёсткий температурный режимы. При большом количестве, а иногда и явном избытке азотсодержащих соединений практически отсутствуют фосфор, калий, медь, цинк, бор, молибден, кобальт, натрий и другие важные для развития кормовых культур макро- и микроэлементы. В процессе сработки торфа и без того низкие гипсометрические отметки выработок опускаются ещё на 1,5-2 м. В результате ещё больше усиливается заморозкоопасность. К радиационным заморозкам здесь добавляются адвективные. За исключением июля, в среднем за сезон на поверхности почвы и приземном слое воздуха насчитывается 25-30 дней с отрицательными температурами (до - 9... 11°С) [2].
Помимо низкого актуального плодородия, главной отличительной особенностью выработанных фрезерным способом торфяников является огромная почвенная пестрота, обусловленная невыровненностью рельефа болотного дна. В результате при кажущейся ровной поверхности остаточный слой торфа может варьировать от 0 до 1,5 м на сравнительно небольшой территории.
Ниже приводим результаты почвенных наблюдений за 1980-2013 гг., связанных с неравномерным распределением остаточного слоя торфа в пространстве.
1. Торфянисто-глеевые участки характеризуются аммиачным типом азотного минерального питания; элемент первой необходимости - фосфор, затем идут азот и калий. Торфяные участки отличаются аммиач-но-нитратным типом азотного питания; элементы первой необходимости распределяются здесь иначе: фосфор, калий, азот.
2. Существенно отличаются торф и подстилающая порода по составу фосфатов и формам аккумуляции калия. Так, более 40% активных соединений фосфора в торфе приходится на фосфаты железа, 20-24% составляют фосфаты кальция. В подстилающей породе доля фосфатов кальция приближается к 80-90%. Более чем на 70% от валового в торфе и на 95-97% в подстилающей породе почвенный калий представлен необ-
менными гидролизуемыми и труднорастворимыми соединениями.
3. Водно-балансовые наблюдения показывают, что с увеличением слоя торфа, а также в зависимости от метеоусловий и глубины залегания грунтовых вод практически одновременно могут складываться различные типы водного режима: от периодически промывного до периодически десуктивно-выпотного торфяного; по той же причине величина влагозапасов в корнеобитаемом слое варьирует на сравнительно небольшой территории от избыточной до весьма труднодоступной.
4. Разница в сумме активных температур (>100) в пахотном горизонте в зависимости от слоя торфа достигает 300-600°. Глубина проникновения активных температур на торфяной почве - до 80 см, торфяно-глеевой - до 130 см, торфянисто-глеевой -до 160 см, на полностью сработанной и дерново-подзолистой - на 250 см; в зимний период наблюдается обратная зависимость: чем меньше слой торфа, тем интенсивнее идёт выхолаживание [2].
Нетрудно представить, насколько сложно выбрать оптимальный режим использования этих объектов, имея такую пестроту почвенного плодородия.
Исследованиями, проведёнными нами в самом начале освоения целинных выработок, была установлена совершенно отчётливая и постоянно наблюдаемая зависимость: по мере увеличения мощности остаточного торфа от 0 до 30-50 см продуктивность кормовых культур увеличивается в 2-3 раза (табл.).
Таблица
Влияние мощности остаточного торфа на урожайность силосных культур (зелёной массы), ц/га
Слой торфа, Ат, см Овёс С^60Р60К120) Горохо-овсяно-подсолнечниковая смесь (ЫзРдоКш)
Без торфа 71,0 160,2
Ат, 0-12 165,6 220,0
Ат, 12-30 220,8 240,2
Ат, 30-50 265,2 320,0
Ат, 50-100 272,0 360,7
НСР05 17,5 23,7
Исходя из изложенного становится очевидным, что управление плодородием выработок в соответствии с полным соблюдением требований кормовых культур чрезвычайно сложная задача. В полевых многолетних стационарных опытах к этому уровню управления кормовыми экосистемами удаётся приблизиться.
По расчётам С.Г. Скоропанова [3], доля минеральных удобрений в повышении продуктивности мелиорируемых земель самая весомая - 60%. На осушение и регулирование водного режима приходится всего лишь 15%. Доля остальных факторов (организация земледелия, естественное плодородие) - 25%. Безусловно, осушение позволяет задействовать все эти факторы.
Наши исследования также показывают, что основой урожая на выработках является сбалансированный питательный режим, правда, при условии отрегулированного режима влажности профиля [2]. Перечислим основные элементы управления продуктивностью кормовых культур.
Водный режим. Полевыми и модельными, водно-балансовыми и лизиметрическими опытами было установлено, что вла-гообеспеченность почвы в значительной степени зависит от гранулометрического состава подстилающей торфяную залежь породы, высоты капиллярного поднятия влаги различных слоёв профиля, слоя остаточного торфа, его ботанического состава и других не менее значимых параметров. В этой связи уровень грунтовых вод (УГВ) на полностью сработанной залежи не должен опускаться ниже 50-70 см. На оторфо-ванных участках (Ат >50-70 см) УГВ может опускаться до 90-120 см без особого ущерба для растений. В обоих случаях формируется близкий к оптимальному (55-65% от объёма) режим влажности корнеобитаемого слоя. Однако при такой огромной разнице в степени сработки торфяной залежи обеспечить необходимые влагозапасы для всей производственной территории не представляется возможным.
В производственных условиях регулирование водного режима осуществляется путём обустройства шлюзов. Режим их работы следующий. Весной, в целях ускорения
сброса паводково-талых вод и предотвращения размыва запирающих плотин, шлюзы полностью открыты. По достижению физиологической спелости почвы, после посева однолетних культур и весеннего внесения удобрений на многолетних травах шлюзы закрываются. Идёт формирование биомассы. В конце сезона (август) непосредственно перед уборкой силосных и зерновых шлюзы открываются. Это делается для повышения несущей способности почвы. Далее, после проведения осенней обработки почвы (сентябрь) шлюзы вновь закрываются. С весны следующего года вся схема повторяется.
При обработке почвы и регулировании водного режима очень много проблем создают так называемые глеевые прослойки в профиле подстилающей породы выработанных торфяников. Этих горизонтов бывает несколько. Их мощность достигает более 50 см, и находятся они на разных глубинах, начиная от нижней границы торфяной залежи. Как показывает практика, при проектировании и реконструкции мелиоративных систем их наличие, к сожалению, никак не учитывается. В результате при достаточной густоте осушительных каналов на производственных землях остаётся большое количество (до 5-10%) переувлажненных вымочек (блюдцев).
Удобрения. Из-за почвенной пестроты норму внесения минеральных удобрений определяют исходя из запасов остаточного торфа. По принципу «точечного» земледелия на предельно и полностью сработанных участках приоритет отдаётся азотному (120-180 кг/га д.в.) и фосфорному (90-120 кг/га д.в.) удобрениям. На участках с достаточным слоем торфа (>50-100 см), прежде всего, вносят калий (120-160 кг/га д.в.) и фосфор (80-120 кг/га д.в.).
Как показывают наши исследования, наибольшим экономическим эффектом отличались органические (навоз 20-100 т/га) и сидеральные (рапс, сурепица, редька, горчица и др.) удобрения, в особенности на вновь осваиваемых и полностью сработанных торфяниках. Продолжительность их последействия до 2-3 лет [4]. О несомненной пользе и ведущей роли удобрений можно судить по одному из опытных участков, где, на наш взгляд, питательный режим кон-
тролируется почти полностью. На средне-выработанной торфяно-глеевой почве, в условиях сравнительно невысокого питания (К120Р60К120 кг/га д.в.), при двуукосном использовании более 40 лет функционирует злаковый травостой с преобладанием костреца безостого. Без явных признаков вырождения урожайность травостоя в течение всего этого времени была на уровне 70-80 ц/га сухого вещества [5].
В производственных условиях при ежегодном дефиците азотно-фосфорного питания продуктивность вновь созданных многолетних укосных травостоев снижается уже на 2-3-й год. Через 5-7 лет сеяные травы вырождаются практически полностью. Основу этих травостоев составляет к этому времени низкопродуктивное (10-20 ц/га сухого вещества) разнотравье.
Температурный режим. В отличие от водного и питательного режимов оказать какое-либо существенное влияние на тепловые свойства выработанных торфяников чрезвычайно сложно. Теплофизические характеристики торфа отличаются большой инертностью и устойчивостью. Однако внести некоторые коррективы в физические свойства верхнего слоя остатков торфяной залежи и микроклимат приземного слоя воздуха всё-таки удаётся.
Так, обустройство полезащитных лесных полос по границам полей способствует не только снижению ветровой эрозии, равномерному распределению снежного покрова, но и значительному уменьшению частоты и силы адвективных заморозков. Наблюдения показали, что наиболее жёстким температурным режимом характеризуются хорошо оторфованные, т.е. слабосработанные участки, где не происходит припахива-ние подстилающей породы. В этой связи длительное время нами изучался приём «землевания» аналогичных участков. Наибольший тепловой эффект был достигнут при внесении песка в дозах 600-800 м3/га. В результате увеличения теплопроводности с 40-90 10-5 до 100-170 10-5 кал/см. сек.град на 15-20 дней ускоряется прогревание пахотного слоя до + 100С. На 15-20 см увеличивается глубина промерзания почвы, однако на 7-30 дней раньше наступает полное оттаивание. На 2-30С снижается суточная
амплитуда колебаний температуры поверхности почвы. Влияние пескования на температуру воздуха не распространяется выше 50 см, в почве же оно прослеживается до 160 см.
По совокупности положительного влияния на все, без исключения, почвенные режимы, качество и величину урожая это один из самых результативных агромелиоративных приёмов. При раскладе затрат на 15 -20 лет все они окупаются в течение полугода.
Перечисленные агромелиоративные приёмы направлены, прежде всего, на устранение почвенной пестроты и выравнивание плодородия отдельных участков. Это, в конечном итоге, повышает стабильность кормовых экосистем во времени, уменьшает их зависимость от погодных условий, многократно увеличивает общую продуктивность выработок.
Режим использования. Установлено, что основу системы кормопроизводства на этих объектах составляют многолетние злаковые травы (кострец безостый, овсяница луговая и тимофеевка луговая), из бобовых наилучшие результаты получены в посевах лядвенца рогатого. Лишь в этом случае удаётся сохранить на некоторое время оставшуюся часть торфяного слоя. По производственной необходимости в структуру севооборотов допускается введение однолетних культур сплошного сева, но не более 20-30%. Пропашные исключаются полностью.
К сожалению, в производственных условиях многие рекомендации, технологические требования, принципы и подходы, разработанные в результате многолетних исследований, не выполняются по разным причинам. Это - слабо отлаженная работа системы двойного регулирования водного режима, элементарная ветхость шлюзов-регуляторов, недостаточно просчитанные проекты технической и биологической
рекультивации, отсутствие глубинных подпочвенных рыхлителей, отсутствие необходимого количества минеральных удобрений, недооценка экологического значения многолетних трав, органических и сидеральных удобрений, грубейшее нарушение при планировании структуры севооборотов и многое другое.
Выводы. Огромный биоклиматический потенциал выработанных торфяников позволяет формировать на них высокопродуктивные постболотные лесолугокормовые экосистемы. При максимально возможном соблюдении всех технологических принципов они могут функционировать бесконечно долго, особенно под луговой монокультурой. Между тем, отчётливо виден весьма существенный разрыв между результатами научных исследований и практикой использования выработок, что в значительной степени дискредитирует эти техногенные образования и подвергает сомнению необходимость введения их в сельскохозяйственные угодья организаций.
Список литературы
1. Зверков Ю.В. Вторая жизнь торфяников. Киров, 1982. 80 с.
2. Уланов А.Н. Торфяные и выработанные почвы южной тайги Евро-Северо-Востока России. Киров, 2005. 320 с.
3. Скоропанов С.Г. Мелиорация Полесья: вчера, сегодня, завтра. Минск, 2000. С.125-130.
4. Уланов А.Н., Журавлёва Е.Л., Шель-менкина Х.Х. Многолетние бобовые травы на выработанных торфяниках Евро-Северо-Востока РФ // Сб. трудов Кировской ЛОС. Киров, 2013. С. 57-73.
5. Ковшова В.Н. Удобрения сеяных сенокосов на выработанных торфяниках Евро-Северо-Востока //Сб. трудов Кировской ЛОС. Киров, 2013. С. 132-140.
Ways of management of peatlands' soil fertility and productivity of forage crops Ulanov A., Ulanov N.
A comparative estimation of effectiveness of fodder ecosystems on peatland at different degrees of control of their fertility is given in the article.
Key words: soil fertility, soil regimes, forage crops
