Почвосберегающие технологии: как сохранить и приумножить плодородие на орошении

Индустриализация аграрного сектора с упором на интенсификацию сельскохозяйственного производства оставляет ощутимый экологический след и зачастую негативно сказывается на состоянии почвы и показателях почвенного плодородия. Сокращение биоразнообразия, деградация почв, эрозийные процессы, возрастание выбросов парниковых газов являются следствием активной сельскохозяйственной деятельности. Именно поэтому многие развитие страны стараются сегодня делать упор на почвосберегающие технологии, способствующие экологизации растениеводства.

Профессор Сергей Семененко, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник, исполняющий обязанности заведующего отделом оросительных мелиораций Всероссийского научно-исследовательского института орошаемого земледелия (ФГБНУ ВНИИОЗ) в рамках своего доклада на тему «Почвосберегающие технологии при орошении сельскохозяйственных культур» подробно рассказал о том, как правильно определить размер поливной нормы с учётом почвенных и топографических условий орошаемого поля, описал приёмы сохранения почвенного плодородия орошаемых земель, определил рекомендуемые технологии внесения жидких и сыпучих мелиорантов.

Плодородие орошаемых земель находится под суммарным воздействием природных и антропогенных условий, что негативно сказывается на всех типах почв. Это является актуальным, поскольку интенсификационные процессы в сельскохозяйственном производстве оказывают значительное негативное влияние на плодородие земель, особенно это ощутимо при орошении сельхозкультур, а особенно пропашных культур на склоновых землях. Это связано с тем, что при орошении склоновых участков потери поливной воды могут составлять до 60% от оросительной нормы, что влечет за собой смыв гумусированного горизонта, восстановление которого затруднено высокой стоимостью и длительностью процесса.

Данная особенность стала заметна именно сейчас. Почему? За последние тридцать лет прослеживается интенсивная эксплуатация орошаемых земель технически слабовооруженными и малообученными землепользователей, которые не имели представления, как правильно необходимо вести сельское хозяйство.

Для них самым важным было немедленное получение экономической выгоды, не учитывая никаких экологических последствий для своей земли, не учитывая то, что значительное преобладание экономических целей над экономическими результатами приведут к таким диструктивным процессам на орошаемых землях.

Типы техногенного агроэкологического воздействия на почву

• техническое, основанное на воздействии сельскохозяйственной техники при основной и специальных приемах обработки почвы;
• химическое, основанное на негативном воздействии применяемых минеральных и органических удобрений, средств защиты растений, стимуляторов роста и т.д.;
• гидромелиоративное, основанное на воздействии специфики способа полива, техники полива и ее энергетических характеристик, водной нагрузки на орошаемые земли, экологически допустимым жидким и твердым стоком, качество оросительной воды, особенно при орошении сточными водами.

Основным способом орошения в стране является дождевание. К примеру, в той же Волгоградской области методом дождевания орошается порядка 60 тыс. га земли. Однако энергетические характеристики «дождя» в этих машинах и условия их применения не обеспечивают экологического равновесия и сохранения плодородия почв, что проявляется в образовании поверхностного стока не впитавшейся воды (жидкий сток) и почвенных частиц (твердый сток), переформировании микрорельефа, потере плодородия, неравномерном поливе сельскохозяйственных культур.

Создание дождевальной техники с заданными параметрами дождя и переоснащение ею сельхозпроизводителей в принципе возможно, поскольку существуют определенные научные и практические разработки, однако это крайне дорогостоящий путь, считает специалист. На один куб создания мелкодисперсной влаги необходимо затратить по энергетическим затратам 1 куб дизельного топлива. По понятным причинам большинство сельхозпроизводителей на такие меры не пойдут. Единственные, кто согласен применять данную технологию, это компании, выращивающие дорогостоящие культуры в закрытом грунте.

Поэтому наиболее целесообразна на сегодняшний день разработка технологических и агромелиоративных мероприятий с целью создания экологически адаптированных режимов и технологий орошения с применением высокопроизводительной дождевальной техники с высокой интенсивностью дождя, совместное применение которых обеспечивает получение заданных урожаев в экологически устойчивом мелиоративном агроландшафте, в том числе при орошении животноводческими сточными водами.

Однако следует понимать, что приступая к разработке мероприятий по предупреждению и предотвращению эрозии, возникающей при конкретных способах и технике полива для конкретных почвенно-климатических и агрохимических условий, необходимо выявить причины, факторы, механизмы влияния и их взаимодействие во времени и пространстве.

Многие факторы, инициирующие потерю плодородия при искусственном орошении, созданы человеком, а потому могут им же и регулироваться, отмечает эксперт.

Основные факторы:

• размер поливной нормы;
• интенсивность дождя;
• длительность полива;
• энергетические характеристики дождя;
• уклон поверхности поля и его шероховатость;
• водно-физические и агрохимические свойства почвы;
• возделываемая культура и т.д.

Размер поливной нормы рассчитывается из условия доведения влажности почвы до наименьшей влагоемкости активного слоя почвы, где расположено 90% корневой массы растений.

Размер поливной нормы рассчитывается по методике академика А.Н. Костякова:

m = 100Нα (β_HB – β_ПП),

где:

m – поливная норма, м³/га;

Н – глубина расчетного слоя почвы, м;

α – плотность почвы в слое Н, т/м³;

β_HB – наименьшая влагоемкость, % от массы сухой почвы;

β_ПП – влажность почвы перед поливом, % НВ.

Наименьшая влагоемкость – количество влаги, которое почва может удерживать без стекания в нижележащие горизонты.

Каждая культура по-своему реагирует на влажность почвы и на предел ее иссушения. В частности, водоемкие культуры (овощные) требуют частого полива, поэтому необходимо поддерживать их поливной порог на уровне не ниже 80% наименьшей влагоемкости. Зерновые могут позволит себе «опускать» предполивной порог влажности до 65-75%.

Применение дождевальных машин с высокой интенсивностью дождя, значительные уклоны орошаемых полей приводят к тому, что зачастую поверхностный сток начинается при выдаче поливной нормы 100…250 м³/га. Общая величина стока достигает 10…60% и более от поливной нормы.

При существенном нарушении баланса между объемом и интенсивностью подаваемой и впитывающей воды лужицы не впитавшейся влаги по мере переполнения микропонижений перетекают в другие лужи, что способствует образованию поверхностного стока по общему уклону местности, который впоследствии приводит к плоскостной, струйчатой, овражной эрозии.

Первым экологическим ограничением величины поливной нормы является выполнение полива только до начала возникновения поверхностного стока, включая стадию безнапорного впитывания и фазу аккумуляции дождевой воды в микропонижениях при напорном впитывании. Такая поливная норма носит название «достоковая» поливная норма, которая для легко суглинистых почв составляет 610-900 м³/га, для средних суглинков – 310-600 м³/га, для глинистых – 210-300 м³/га. Эти цифры являются ориентировочными размерами достоковых поливных норм. И они применимы для безуклонных полей.

При спокойных, не эрозионно-опасных топографических условиях, размеры адекватны, отмечает эксперт. В условиях повышенных уклонов орошаемых полей, данные размеры не приемлемы.

В этом случае необходимо применять уменьшающие коэффициенты, учитывающие уклон поля, состояние агрофона, выращиваемую культуру, структурность почвы. При равенстве топографических, агрохимических и водно-физических свойств почвы, основным фактором, влияющим на объем стока, является поливная норма, при уменьшении которой с 800 м³/га до 200 м³/га поверхностный сток уменьшается с 129,9 м³/га до 9,5 м³/га. При сравнительно равных условиях выявлено, что при увеличении крутизны склона втрое, смыв почвы увеличивается от 2 до 13,7 раза.

Сток поливной воды, влекущий за собой смыв почвы с орошаемых земель, влияющий не только на уменьшение почвенного плодородия, но и на заиление и загрязнение водоемов, загрязнение продуктами смыва сопрягающих территорий и динамику грунтовых вод, поддается контролю и управлению. Для этого необходимо определить объем допустимого твердого стока, который в балансе процессов почвообразования и смыва почвы позволит добиться превалирующего положения почвовосстановительного процесса. Такой полив будет являться безопасным, отметил эксперт.

Любой растительный покров защищает почвы от эрозионного воздействия и ее степень зависит от культуры и фазы развития. Основные культуры классифицируются на следующие группы:

• не способствующие развитию эрозии и имеющие защитный характер (многолетние травы);
• умеренно и слабо способствующие развитию эрозии (озимые зерновые, зернобобовые, силосные);
• культуры, сильно способствующие развитию эрозии (пропашные).

Различные типы почв обладают различной скоростью почвообразования. Каштановые почвы имеют скорость почвообразования 0,36 мм/год.

При объемной массе почвы 1,3 г/см³ скорость почвообразования составляет для каштановых почв 4,68 т/га в год, поэтому допустимый предел смыва почвы не более 2…2,5 т/га в год. Принимая во внимание необходимость соблюдения условий повышения плодородия почвы, допустимый предел эрозии должен быть меньше скорости почвообразования в 1,5 раза.

Допустимые пределы смыва почв и потерь поливной воды для светло-каштановых почв приняты соответственно 1,19 т/га и 10-11% за сезон.

Проведенные учеными ВНИИОЗ исследования в подзоне светло-каштановых почв Октябрьского района Волгоградской области по изучению возможности управления поверхностным стоком посредством изменения техногенного воздействия гидромелиоративной направленности и агротехнических противоэрозионных приемов позволили получить количественные его значения и определить эффективность взаимодействия факторов.

Что дает органика?

Внесение органических удобрений уменьшает объемную плотность почвы, стимулирует развитие корневой системы, что в свою очередь увеличивает устойчивость почв к размыву.

Планировка территории: зачем она нужна?

На орошаемых землях в обязательном порядке необходимо проводить планировку. Сельхозпроизводители слабо технически оснащены и практически планировочные работы не проводят, а это способствует формированию луж, проседанию почвы, продукция вымокает, идет подтягивание солей из нижних горизонтов, засоление почвы и как результат вывод территории из эксплуатации.

Кротование почвы: зачем его проводить?

Кротование почвы позволяет увеличить водовместимую способность почвы.

На сегодняшний день упор, по мнению эксперта, следует делать на техногенной оптимизации, сущность которой заключается в подборе и адаптации технических средств орошения и их характеристик, в том числе энергетических, с целью минимизации их негативного воздействия на водно-физические и агрохимические свойства почвы, ухудшение показателей которых приводит к потере почвенного плодородия вследствие изменения (ухудшения) условий почвообразования (смыв растительного слоя) и переформирования агроирригационного рельефа (плоскостная, струйчатая, овражная и береговая эрозия).

Технические:

• уменьшение интенсивности дождя;
• уменьшение высоты падения капель дождя;
• уменьшение диаметра капель дождя;
• доведение угла падения капель дождя до 90^о;
• уменьшение размеров колеи многоопорных дождевальных машин;
• уменьшение стока воды по колее;
• переход на низконапорные оросительные системы;
• использование новых конструкций дождевальных агрегатов.

Технологические:

• изменение интенсивности дождевания;
• использование прерывистого полива;
• уменьшение поливных норм с увеличением числа поливов;
• производство первых поливов достоковой поливной нормой;
• изменение интенсивности использования орошаемых земель в соответствии с уровнем почвенного плодородия;
• использование дифференцированного по фазам развития растений режима орошения;
• использование дифференцированного слоя увлажнения по глубине развития корневой системы;
• чередование поливов с разной поливной нормой для дифференцированного увлажнения верхних и нижних слоев почвы;
• уменьшение расчетной поливной нормы на 5-10% (эрозионно-допустимая норма);
• применение адаптированной к корневым условиям поля схемы работы дождевальной техники.

Агромелиоративные:

• повышение впитывающей способности почвы (глубокая вспашка, предпосевная обработка, внесение разрыхлителей, сидератов и т.д.);
• проведение эксплуатационной планировки;
• внесение органо-минеральных удобрений;
• щелевание и кротование почв;
• увеличение проективного покрытия листовой поверхностью растений орошаемого поля (увеличение нормы высева, увеличение высоты скашивания многолетних трав);
• проведение пунктирного щелевания пропашных культур при нарезке прерывистых борозд.

Организационные:

• увеличение доли содержания в севообороте многолетних трав;
• проектирование направления движения дождевальной техники с учетом топографических условий орошаемого поля (необходимо стараться, чтобы дождевальная техника шла вдоль укола поля).