Использование земель в сельскохозяйственных целях не утрачивает актуальности даже в век высоких технологий. Однако эффективное применение почвы для выращивания культурных растений возможно только при условии, что она соответствует необходимым агротехническим характеристикам. Практически не встречаются земли, которые изначально готовы обеспечить высокий урожай после посева без соответствующей подготовки. Достичь оптимального результата в процессе эксплуатации почвы позволяет мелиорация сельскохозяйственных земель, в ходе которой улучшаются качества обрабатываемого участка. Речь идет не только о непосредственном повышении продуктивности слоя почвы, но и о рационализации земель с точки зрения дальнейшего использования для сельскохозяйственных нужд.
Что такое мелиорация?
Под мелиорацией понимается целый комплекс мер, направленных на повышение производительности земли с точки зрения роста урожайности. Достигается это за счет применения организационных, технических и хозяйственных мероприятий, в результате которых происходит улучшение свойств почвы. При этом существуют разные виды мелиорации, которые повышают конкретные характеристики. Это может быть, к примеру, комплекс мер по оздоровлению почвенного слоя, который подвергся чрезмерному окислению.
Распространены мелиоративные операции не только в профессиональной сельскохозяйственной сфере, но и в области частного садоводства. Например, это может быть регулярная культивация дачного участка или огорода. Но в данном случае важно интенсивное и длительное воздействие на землю, так как мелиорация – это система агротехнических приемов, выполнение которых коренным образом и в лучшую сторону меняет состояние почвы.
Гидромелиорация земель
Это один из самых распространенных видов мелиорационных работ, который используется и в специализированных хозяйствах, и рядовыми дачниками. Гидромелиорация предусматривает улучшение состояния почв посредством водного или воздушного воздействия. Данные мероприятия используют в обработке чрезмерно увлажненных, заболоченных, эродированных, засушливых и смытых земель. В таких случаях обычно применяют основные виды мелиорации, которые нормализуют водный, тепловой и питательный режимы почвы. К наиболее популярным разновидностям гидромелиорации относят осушительные, оросительные, противоэрозионные, противопаводковые и противоселевые мероприятия. Распространенность данного направления сельскохозяйственной профилактики обусловлена используемыми ресурсами. В частности, вода и тепло с воздухом – это первостепенные компоненты, от которых зависит продуктивность почвы.
Агролесомелиорация земель
Мероприятия этого типа предусматривают использование почвозащитных и водорегулирующих свойств лесного массива. Иными словами, агролесомелиорация ставит целью именно обеспечение защитных барьеров, формирование которых также происходит разными путями. Например, противоэрозионная мелиорация – это агротехнические мероприятия, направленные на защиту почвы от эрозии с помощью лесных насаждений. В этом случае производится посадка деревьев на территориях балок, оврагов, берегов рек и т. д. Еще одно направление агролесомелиорации – это полезащитные мероприятия. В данном случае предполагается обеспечение защиты от неблагоприятных факторов разного происхождения. Например, от явлений антропогенного, природного и техногенного характера. Достигается защита земель также посредством лесных насаждений, которые формируются по границам сельскохозяйственных участков.
Химическая мелиорация земель
С помощью химических внесений улучшается минеральный состав почвенного слоя. Но проводить такие мероприятия следует только в случае с малопригодными или изначально непригодными землями. В процессе химической мелиорации из почвы удаляются вредные для растительности элементы, а также производится обогащение земли полезными компонентами. Используются разные виды мелиорации этого типа, среди которых известкование, кислование и гипсование. Первый вариант применяется с целью обогащения нечерноземных земель известковыми удобрениями. Гипсовые добавки используют в солонцах для сокращения щелочности в составе почвы. Подкисление земель практикуется реже, но в случае выращивания чая этот способ мелиорации наиболее эффективен.
Тепловая мелиорация почв
Данную технику мелиорации можно отнести к сезонным методам, так как используют ее преимущественно в зимнее время. Главной задачей подобных мероприятий является обеспечение оптимального теплового режима для почвы. Проводятся работы перед заморозками с целью повышения температуры глубинных и поверхностных слоев, чтобы корни растений получили защиту от холода, проходящего через почву. Достигается это разными способами, среди которых внесение минерального грунта. Классическая тепловая мелиорация – это мульчирование, которое выполняется посредством раскладки компоста на земле. Это простейший способ утепления, для которого могут использоваться различные материалы. Даже в небольшом хозяйстве можно найти сырье для мульчирования – в частности, используются опилки, стружка, листья, помет, а также другие отходы.
Культуртехническая мелиорация
Такой вид обработки можно назвать поверхностным, так как он не предполагает вторжение в структуру почвы и в ее химический состав. Как правило, культуртехнические мероприятия на земле сводятся к избавлению площади от инородных предметов – это могут быть сорняки, камни, пни и другие объекты, которые становятся помехой для прямого использования земли. Очистка может выполняться как вручную, так и с помощью специальной техники. Например, культуртехническая мелиорация земель может предусматривать рыхление культиваторами и пескование. Подобные работы позволяют защитить почву от зарастания бурьяном и повысить ее стойкость перед вредителями.
Лесомелиорация
Уже отмечались мероприятия, которые в качестве инструмента защиты почв используют лесные насаждения. Но данная мера может применяться в качестве самостоятельного приема мелиорации. Дело в том, что искусственные и естественные лесополосы способны эффективно регулировать стоки вод. По этой причине земли в лесных массивах практически не подвергаются процессам эрозии. Данная характеристика особенно ценится в больших сельскохозяйственных предприятиях и хозяйствах, где необходим водорегулирующий компонент. Можно сказать, лесная мелиорация – это вспомогательный фактор, который позволяет на постоянной основе формировать благоприятные гидротехнические условия для почвы.
Какие факторы влияют на выбор мелиорации?
Существует множество аспектов, на основе которых определяется применение того или иного способа мелиорации. В первую очередь это изначальное состояние почвы. Те же операции окисления или известкования проводятся лишь в случаях, когда земля требует дополнительного питания или восстановления на фоне нарушения химического баланса. Иными словами, в зависимости от текущего положения специалисты определяют, какие виды мелиорации уместно использовать в данном случае. Не менее важны и внешние факторы – то же наличие лесополосы и климатические условия могут добавить или скорректировать выбор агротехнических мероприятий. Не обходится анализ потребностей в улучшении эксплуатационных свойств почвы и без учета особенностей будущего использования земель. Для каждой культуры важны свои показатели состава почвы.
Заключение
Мелиорационные работы нельзя назвать чем-то новым для сельского хозяйства. Возможно, это один из старейших видов деятельности человека, который обрабатывал землю и уже в древности понимал значение плодородной почвы. Другое дело, что современная мелиорация почв предусматривает использование технически продвинутых инструментов и специальной техники. С помощью производительных агрегатов работники сельскохозяйственной отрасли выполняют орошение, культивацию, химическую обработку, удобрение и другие мероприятия. В то же время остается место и для народных средств мелиорации, среди которых мульчирование, рыхление, расчистка и всевозможные способы защиты земельного покрова от нежелательных внешних воздействий.
Внешним признаком земель, для нормального использования которых необходимы осушительные мелиорации, является избыточная увлажненность корнеобитаемого слоя. Главнейшие виды избыточного увлажнения земель: минеральные постоянно или временно избыточно увлажненные земли, заболоченные земли и болота.
Избыточно увлажненные минеральные земли — это территории, на которых широко развит дерново-подзолистый процесс почвообразования и которые подвержены периодическому переувлажнению (весной, осенью и летом в период затяжных дождей), в результате чего задерживаются сроки проведения полевых работ, наблюдаются изреженность всходов и вымочки посевов, что в общей сложности приводит к снижению или полной гибели урожая. Осушение таких земель целесообразно проводить периодически, в зависимости от вида выращиваемых культур, при этом необходимо осуществлять контроль влагосодержания в почве.
Заболоченными называются земли, избыточное увлажнение которых привело к развитию на них влаголюбивой растительности и началу процесса торфообразования (слой торфа с поверхности менее 30 см).Целесообразность их осушения устанавливают в зависимости от почвообразующих факторов и характера сельскохозяйственного использования. Наибольшие площади заболоченных земель находятсяв северных районах, где количество осадков обычно преобладает над испарением.
Болото — это обособленный участок поверхности земли с постоянным избыточным увлажнением, с типичной гидрофильной растительностью, на которой накапливается органическое вещество, т.е. идет процесс торфообразования. Болота в зависимости от их расположения в рельефе и вида слагающего торфа делят на низинные (евтрофные), переходные (мезотрофные) и верховые (олиготрофные). Для земледелия наиболее ценны низинные болота, сложенные осоковыми, ольховыми и другими видами травянистых и древесных торфов, высокозольных и хорошо разложившихся.
Низинные болота (рис. 3.2.1) образуются обычно на пониженных элементах рельефа, в прибрежной полосе озер и в поймах рек и имеют вогнутую поверхность. Процесс зарастания водоемов начинается с отложения на его дне аморфного торфа и ила, называемого сапропелем. На этом слое, начиная от берегов, развивается и отмирает характерная растительность, зеленый (гипновый) мох, заполняя постепенно водоем. Кроме поверхностных вод, болото питается еще и грунтовыми водами, богатыми минеральными частицами грунта. Поэтому зольность (содержание минеральных частиц в процентах к сухому весу) низинного болота значительна и достигает 10-20%. Мощность торфа в низинных болотах колеблется в широких пределах 7-10 м.
В отличие от низинного, верховые болота (рис. 3.2.1) представляют собой выпуклую поверхность с бедной растительностью и белым мхом (сфагнум). Формируются верховые болота на повышенных участках — водораздельных плато, сложенных тяжелыми грунтами, в котловинах и западинах береговых террас в условиях увлажнения атмосферными осадками.
На эти болота не поступают питательные вещества с грунтовыми и поверхностными водами. Верховые болота являются самостоятельными образованиями или представляют заключительную стадию развития низинных болот по мере нарастания торфяной толщи и потери связи с грунтовыми водами. Торф верховых болот характеризуется низкой степенью зольности (2-5%), слабой степенью разложения, кислой реакцией, большой влагоемкостью. После осушения торф верховых болот используется на топливо или для подстилки в животноводческих помещениях, а после обогащения органическими веществами — для удобрений полей.
Переходные болота характеризуются свойствами, промежуточными между верховыми и низинными болотами. Здесь можно встретить зеленый и белый мох, багульник, клюкву, морошку. Зольность торфа в переходных болотах составляет 5-10%. После осушения, при сельскохозяйственном использовании земли этих болот, требуют внесения удобрений и извести.
Рис.3.2.1. Типы болот: 1-верховое болото; 2 — переходное болото; 3 -низинное болото;
4 – сапропель
3.2.2. Требования сельскохозяйственного производства к водно-воздушному режиму почвы. Норма осушения сельскохозяйственных земель. Способы осушения
Для роста и развития сельскохозяйственных культур необходимы свет, тепло, воздух, вода и питательные элементы, причем ни один из этих факторов не может быть заменен другим. Свет и тепло являются космическими факторами, и человек не может управлять ими; остальными же факторами он может управлять, для чего необходимо знать условия, предъявляемые растением к внешней среде (продолжительность затопления, потребность в воде, воздухе и элементах пищи).
Затопление осушаемых земель весенним половодьем не допускается при использовании их под озимые культуры. Продолжительность затопления многолетних трав не должна превышать 20-25 суток. Чем меньше слой затопления и выше температура воды, тем короче допустимый срок затопления.
Затопление поверхности осушенных земель летними паводками в течение вегетационного периода без снижения урожайности сельскохозяйственных культур возможно не более чем на 0,5 суток для зерновых культур, 0,8 суток — для овощей, силосных культур, корнеплодов и 1-1,5 суток для многолетних трав на почвах тяжелого механического состава. Продолжительность отвода излишней воды из пахотного горизонта глубиной до 30 см в вегетационный период: для зерновых культур 1-2 суток, овощных 1-1,5 суток, трав 2-3 суток, из подпахотного слоя (30-50 см) независимо от культуры — за последующие 2- 3 суток, а из горизонта 50-80 см- еще за 4-5 суток. Чтобы обеспечить аэрацию, необходимую для дыхания корней и разложения органического вещества, в почве должен происходить постоянный газообмен, при котором весь объем воздуха в активном ее слое могбыобновляться в течение непродолжительного срока — 8 суток. Объем же воздуха, содержащийся в этом слое, должен составлять: для трав -не меньше 15-20% от скважности почвы или полной влагоемкости, для зерновых культур — не меньше 20-30 и для корнеплодов — не меньше 35- 40%. Следовательно, наибольшая влажность почвы в активном слое для трав должна быть около 80-85% от полной влагоемкости, для зерновых культур 70-80 и для корнеплодов 60- 65%. Влажность почвы зависит от уровня грунтовых вод, осадков, испарения, свойств почвы и агротехники.
Наиболее характерным показателем, от которого зависит влажность торфяной почвы, является уровень грунтовых вод. По определению А. Н. Костякова, уровень грунтовых вод, обеспечивающий наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы для той или иной культуры в течение вегетационного периода, называется нормой осушения .
Норма осушения сельскохозяйственных земель зависит от вида культур, водно-физических свойств почво-грунтов, периода года и погодных условий. Для растений, менее требовательных к условиям аэрации, имеющих неглубокую корневую систему и большое водопотребление она меньше; меньше она и для почв, обладающих небольшой высотой капиллярного поднятия, а также для более сухих и теплых лет.
Таблица 3.2.1
Величины норм осушения в см
Норма осушения для сельскохозяйственных культур зависит от типа культур, характера почв и достигает максимума в вегетационный период. В посевной период ее величину уменьшают на 20÷30%.
Способы осушения
Способы осушения — это технические и агротехнические приемы и средства, при помощи которых осуществляется тот или иной метод осушения. Способы осушения в зависимости от типа водного питания, почвенных, геологических условий и хозяйственного использования осушаемых земель рекомендуются следующие:
1. Осушение одиночными каналами и систематической открытой сетью на водопроницаемых минеральных почвах (пески, супеси, легкие суглинки).
2. Осушение открытыми каналами и закрытым горизонтальным дренажем в сочетании с агромелиоративными мероприятиями на слабоводопроницаемых минеральных почвах (тяжелые суглинки, глины).
3. Торфяники маломощные, подстилаемые слабопроницаемыми грунтами, осушаются под пашню и пастбища закрытым дренажем. Торфяники мощные (более 1,5÷2 м) предварительно осушаются открытыми каналами и кротовым дренажем, а затем после осадки торфа на них закладывается закрытый дренаж.
4. Торфяники безнапорного грунтового питания, подстилаемые водопроницаемыми грунтами (k> 5 м/сут), при использовании под пашню и пастбища осушаются открытыми каналами в сочетании с разреженным закрытым дренажем.
5. На объектах намывного водного питания (аллювиального и делювиального типов) применяется регулирование реки и устройство нагорно-ловчих и головных каналов. При нагонных водах применяется польдерный способ осушения.
6. Для борьбы с подтоплением при инфильтрационном питании применяют береговой, кольцевой и головной дренажи.
7. При грунтово-напорном водном питании применим вертикальный дренаж при соответствующих гидрогеологических условиях.
Климатические зоны. Рассмотрим основные климатические зоны, передвигаясь с севера на юг европейской части России, и распределение по ним основных характеристик климата (ФАР, сумму температур воздуха и сумму осадков за вегетационный период, суммарное испарение с сельскохозяйственных полей, рис.1.2).
Влажная мерзлотная зона (тундра и тайга). В этой зоне в минимуме находится температура. Невысокое испарение, даже и при небольшом количестве осадков, обусловливает избыток воды в почве и ее заболачивание. Заболачиванию и неудовлетворительному тепловому режиму способствует наличие вечной мерзлоты. Благоприятным обстоятельством для ряда растений является значительная продолжительность дня летом. Многие культурные растения относятся к группе растений длинного дня, т.е. они требуют продолжительного освещения.
Рис. 1.2. Климатические зоны, их потребность в мелиорациях
Мелиорации в этой зоне направлены на улучшение теплового режима и аэрации почв. Водные мелиорации по сравнению с тепловыми имеют второстепенное значение. Улучшение водного режима здесь будет достигнуто в результате тепловых мелиораций.
В зоне избыточного увлажнения (лесная зона) требуется удалить избыток влаги интенсификацией испарения и стока. Повышение испарения может быть достигнуто увеличением площади под растениями, имеющими высокую испаряющую способность. Осушение избыточно увлажненных территорий производится проведением инженерных мероприятий (осушение и пр.). Неумеренная рубка, лесные пожары сдвигают границу тундры на юг за счет лесной зоны. Необходимо облесение этих участков. Повышение транспирации в таежной зоне благоприятно сказывается на влагообороте соседних, менее обеспеченных влагой зон. Осушенные болота и заболоченные почвы требуют ряда специфических приемов возделывания сельскохозяйственных растений, которые объединяются под термином «культуры болот» и являются характерными для рассматриваемой зоны.
Переменно влажная зона (лесостепная) отличается неустойчивым увлажнением и в известной мере является промежуточной между зонами избыточно влажной и полусухой, поэтому и мелиоративные мероприятия, необходимые в переменно влажной зоне, отличаются некоторой пестротой. Наряду с мероприятиями по удалению избытка влаги (осушением) здесь могут иметь место и оросительные мероприятия, особенно для наиболее ценных технических культур.
Полусухая зона (степная). Основным мероприятием в этой зоне является борьба с недостатком влаги. Мероприятия по сбережению атмосферных осадков во многих случаях уже оказываются недостаточными, приходится прибегать к орошению. Лесоразведение целесообразно в форме полезащитного, полосного, лесоразведение массивами — в отдельных случаях при облесении водоразделов. Большое значение, особенно в южной части зоны, имеет мелиорация засоленных почв (солонцов и в несколько меньшей степени солончаков). Существенное значение имеют меры борьбы с эрозией и дефляцией.
Сухая зона (пустынная). В этой зоне еще больше, чем в предыдущей, возрастает роль орошения.
На рис. видна граница, разделяющая зону, где осадки преобладают над испарением, и зону, где испарение преобладает над осадками. Эти две зоны имеют названия:
· гумидная зона (избыточно влажная), где основное назначение мелиорации – удаление избыточных почвенно-грунтовых вод путем осушения с помощью осушительных и осушительно-увлажнительных систем;
· аридная зона , где растения страдают от недостатка влаги в почве. Здесь применяют орошение с помощью оросительных систем. В пустынных, полупустынных и степных районах, где развито животноводство, проводят обводнение пастбищ.
Оценка потребности в мелиорации. Потребность в различных видах мелиорации в любой климатической зоне может быть определена через различные оценочные климатические показатели (табл. 1.2).
Таблица 1.2 — Показатели увлажнения территории
где ∑P — сумма осадков за год, мм;
∑P в — сумма осадков за период вегетации, мм;
∑t — сумма температур за период вегетации,°С;
∑d — сумма дефицитов влажности воздуха за год;
R — радиационный баланс за год;
L — скрытая теплота испарения;
m — коэффициент стока;
E — водопотребление сельскохозяйственных культур, мм.
Исследования кафедры мелиорации ВГАУ (А.Ю. Черемисинов, 1986) позволили дать оценку территории Центрального Черноземья по условиям влагообеспеченности и потребности в гидромелиорациях (табл. 1.3).
Таблица 1.3 — Потребность в гидромелиорациях в ЦЧР
Из таблицы видно, что потребность в гидромелиорациях для областей крайне неравномерна.
Общие закономерности размещения мелиораций. Размещение мелиораций обусловлено как природными, так и социально-экономическими условиями, уровнем развития производительных сил общества. Почвенные и климатические условия определяют потребность в тех или иных мелиорациях. Гидрологические, гидрогеологические и геоморфологические условия определяют возможность проведения мелиораций на той или иной территории. Сложность и очередность их осуществления. От природных условий и биологических особенностей сельскохозяйственных культур зависят конкретные способы и приемы мелиораций. Зональные природные факторы (климат, почва) определяют зональный характер размещения мелиораций. Азональные природные факторы (рельеф, тектоника, литология и др.), а также степень континентальное™ климата обуславливают провинциальные особенности природных факторов мелиорации. Социально-экономические условия влияют как на развитие, так и на размещение мелиораций и их эффективность. К числу экономических факторов, влияющих на размещение мелиоративных мероприятий относятся:
- 1) общие народнохозяйственные (численность населения и трудовые ресурсы, уровень развития и размещения населенных пунктов, уровень технического прогресса, состояние и развитие транспорта и транспортных сетей, специализация и концентрация производства, уровень интенсивности использования земельных ресурсов);
- 2) специальные сельскохозяйственные (положение по отношению к населенным пунктам, водохозяйственным и энергетическим системам, предприятиям, перерабатывающим сельскохозяйственную продукцию, агропромышленным предприятиям, материальные ресурсы);
- 3) запросы экономики (расширение производства сельскохозяйственной продукции, снижение себестоимости продукции, более быстрая окупаемость затрат на мелиорацию земель).
Влияние выше названных факторов определило следующие закономерности размещения мелиораций в России:
- 1. Осушительные мелиорации распространены в северной части умеренного пояса, в районах избыточного увлажнения ландшафта.
- 2. Оросительные мелиорации расположены в основном в степях, пустынях и полупустынях.
- 3. Противоэрозионные мелиорации проводятся в лесостепных и степных ландшафтах.
- 4. Противодефляционные мероприятия практикуются в пустынях и полупустынях.
- 5. Химические мелиорации получили развитие в разных районах страны: гипсование — в районах засоления почв, известкование — на кислых почвах, солеобогатительные мелиорации — повсеместно где снижается плодородие почв.
- 6. Агролесомелиорации более распространены в и лесостепных степных ландшафтах, гидролесомелиорации — в районах избыточного увлажнения — в Полесье, в Западной Сибири.
- 7. Микроклиматические мелиорации применяются в пригородных хозяйствах. Например, выращивание овощей в закрытом грунте. Тепловые мелиорации практикуют в районах распространения многолетней мерзлоты.
- 8. Снежные мелиорации проводятся в засушливых степных и лесостепных ландшафтах в целях накопления дополнительной влаги весной и утепления зимующих сельскохозяйственных культур.
- 9. На мелиорированных землях осуществляется специализация и концентрация сельскохозяйственного производства. Например, производство овощей в пригородных хозяйствах, производство кормовых культур на осушенных землях в Нечерноземье.