ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ АГРОМЕЛИОРАТИВНОГО ПРИЕМА НА РАЗВИТИЯ ПОЧВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРИРОДНЫХ ЛАНДШАФТАХ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН

Теймуров С.А.,¹ Казбеков А.Б.,²  Кабардиев Ш.С.³

¹ ORCID:0000-0002-0336-7380, Кандидат сельскохозяйственных наук, ² Кандидат сельскохозяйственных наук, ³ Старший научный сотрудник, ФГБНУ Дагестанский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени Ф.Г.Кисриева, г. Махачкала

ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ АГРОМЕЛИОРАТИВНОГО ПРИЕМА НА РАЗВИТИЯ ПОЧВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРИРОДНЫХ ЛАНДШАФТАХ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН

Аннотация

В статье исследовано влияния накопления твердого стока паводковыми водами на некоторые изменения свойства почвы (агрофизические, водно-физические и агрохимические). Оно является эффективным агромелиоративным приемом в природных ландшафтах Дагестана, обеспечивающим повышение плодородия слаборазвитых сильнокаменистых почв речных долин. При освоении речных долин Приморской низменности путем создания кольматационного слоя на поверхности каменистых почв широко могут быть использованы многолетние травы, а из однолетних культур – кукуруза.

Ключевые слова: твердый сток, свойства почвы, эрозия паводковых вод, плодородие почв, урожайность.

Teimurov S.A.,¹ Kazbekov A.B.,² Kabardiyev Sh.S.³

¹ ORCID: 0000-0002-0336-7380, PhD in Agriculture, ² PhD in Agriculture, ³ Senior researcher, FSBSI Kisriev Dagestan Scientific research Institute of agriculture, Makhachkala 

STUDIES OF INFLUENCE OF  SOIL-CONSERVATION RECEPTION ON THE DEVELOPMENT OF SOIL PROCESSES IN THE NATURAL LANDSCAPES OF THE REPUBLIC OF DAGESTAN

Abstract

The article studies the influence of accumulation of sediment run-off and flood waters on some changes in soil properties (agro-physical, water-physical and agrochemical), which is the effective soil-conservation technique in natural landscapes of Dagestan, supporting the improvement of the underdeveloped selenocyanate fertility of soils of river valleys. During the development of river valleys coastal lowlands by creating colmatation layer on the surface of stony soils can be widely used perennial grasses and annual crops – corn.

Keywords:  solid flow, soil properties, erosion flood, soil fertility, yield.

Введение. Долины и дельты рек – это особые типы ландшафтов земли, по своим природным свойствам резко отличающиеся от окружающих их ландшафтов водораздельных пространств. Главными причинами, придающими им самобытность, являются периодическое затопление паводковыми водами и отложение на их поверхности илистых фракций. Периодическое поступление наносов обогащенных гумусом и элементами минерального питания, приводит к формированию в долинах и поймах рек плодородных почв, а периодические разливы рек и близкий уровень залегания грунтовых вод создает водообеспеченность этих ландшафтов. Обилие влаги является причиной формирования характерного «дельтового ландшафта» с буйной и разнообразной растительностью [16].

Боковая и струйчатая эрозия паводковых вод физически уничтожили плодородные почвы речных долин. По данным В.А.Ковды, Л.А.Корвацкого [9] каждый смытый сантиметр гумусового горизонта равносильно потере потенциальной продуктивности почв 1 ц/га зерна, а потеря 1 т гумуса влечет за собой снижение урожаев примерно на 20 кг/га. Как отмечает Judson S [17], эрозионный снос почв в моря и океаны за последний 50 лет вырос в 10 раз. В 20-х годах твердый речной сток составил 3·10⁹ т/га, в 70-х он достиг 24·10⁹ т/га, и возможно, в будущем достигнет 58·10⁹ т/га.

Республика Дагестан характеризуется острым малоземельем: на душу населения в этом регионе приходится всего 0,14 га пахотной земли. Освоение более 15 тыс. га слаборазвитых бросовых земель речных долин внесет существенное изменение в структуру земельных площадей.

В районах с засушливым климатом, где отсутствуют регулярные источники воды орошения, сказывается нехватка трудовых ресурсов, наиболее эффективным агромелиоративным приемом, обеспечивающим повышение плодородия слаборазвитых сильнокаменистых почв речных долин, является осаждение илистых фракций паводковых вод. На целесообразность использования последних в целях повышения плодородия почв указывают в своих работах В.А.Ковда [7], ,В.А.Ковда, Г.В.Захарина, О.А.Шемякина [8], В.А.Молодцев [10], Д.А. Орлов [11], А.Н.Розанов [12,13] и другие.

Цель исследований. Определить влияние затопление твердого стока мутных паводковых вод р. Гюльгеричай на агрофизические, водно-физические и агрохимические свойства почв, урожайность посев многолетних трав и кукурузы в Приморской низменности.

Методы и результаты исследований. С целью изучения влияния затопления твердым стоком на свойства слаборазвитых сильнокаменистых почв нами в 2013 году были заложены почвенные разрезы на искусственных чеках отстойниках, выполняющие роль наносозадерживающих сооружений.

Агрофизические свойства почвы определяли общепринятыми методами [5], химические показатели и физико-химические свойства – согласно руководствам [2,3], водопроницаемость почв – прибором ПВН по Н.Е.Нестерову, полученные результаты обрабатывались статистически [6] с помощью программы Microsoft Excel.

Одним из характерных свойств этих почв является сильная каменистость и малая мощность (2-5 см) пахотного слоя, под которой залегают каменистые отложения (до 10-20 м). По механическому составу эти почвы представлены легкосуглинистыми и супесчаными разностями с содержанием физической глины от 12 до 26,2%. По морфологическому строению аллювиально-луговые слаборазвитые сильнокаменистые почвы (разрез №1, заложенный на территории совхоза «Правда» в 100 м от русла реки Гюльгеричай восточнее с. Ярукулар):

Разрез №2 (заложенный на лугу долины р. Гюльгеричай на первой террасе у села Ярукулар):

Разрез №3 (заложенный у совхоза «Фрунзенский» Магарамкентского района в 155 км от с. Советское на 2-й речной террасе).

Морфологические свойства почв. Воздействие твердого стока на морфологические свойства проявляются в повышенной влажности профиля, увеличения прочности структуры гумусово-аккумулятивных горизонтов, увеличение содержание частиц физической глины в верхнем слое почвы. В течение 3-х лет при расходе воды 360 тыс. м³/га паводковых вод на 1 га можно накопить 4320 тонн твердых фракций наносов, что можно приравнять мощности пахотного слоя толщиной 43 см. По данным И.М. Сайпуллаева, Э.М. Эльдарова [14] модуль эрозии или количество наносов, смываемых с 1 км² поверхности речных бассейнов в год, в большинстве случаев превышает 1000 т, а в бассейнах некоторых рек (Усухчай) республики даже 2305 т, достигая 3975 т в реке Ахтычай. Высокий поверхностный смыв обусловлен наличием в литологическом составе пород, слагающих бассейны, легкоразмываемых глинистых сланцев, глин и мергелей, скудностью растительного покрова и резкой континентальностью климата.

Как показали наши исследования, проведенные по сезонам года, в паводковых водах содержится заметное количество взвешенных наносов. Результаты по твердому стоку р. Гюльгеричай у села Ярукулар свидетельствует, что максимальная мутность в половодье наблюдается в весенний период, достигшая 15-20 г/л, с постепенным снижением по летним и осенним паводкам, соответственно до 10-14 и 5-8 г/л. В межень мутность воды по периодам года не превышает 2,5 г/л.

Таким образом, достаточная гумусированность, значительное содержание подвижных форм азота, фосфора, калия, насыщенность поглощающего комплекса кальцием, отсутствие вредных легкорастворимых солей в почвенном профиле обуславливают высокое природное плодородие аллювиально-луговых и лугово-лесных почв. Эти особенности, а также сравнительно спокойный характер рельефа, глубокое залегание грунтовых вод, хорошие условия оттока фильтрационных вод делают рассматриваемые почвы благоприятным объектом в целях орошения и интенсивного сельскохозяйственного освоения.

Агрофизические и водно-физические свойства почв. Под влиянием твердого стока в верхнем слое почвы происходит некоторое увеличение содержания частиц физической глины, снижение степени каменистости и стабилизация ее водопроницаемости, процесс выноса и накопления органических и минеральных веществ, дифференциацию вновь созданного почвенного профиля. Почвы легкого механического состава при этом переходят в градацию тяжелосуглинистых. После трехлетнего осаждения твердого стока паводковых вод на поверхности слаборазвитых почв выявились общие закономерности в изменении гранулометрического состава данных почв (табл.1).

Таблица 1 - Механический состав почвы опытного участка после осаждения наносов в слое 0-25 см слое

Прежде всего, наиболее существенная трансформация гранулометрического состава произошла в верхних горизонтах почвы. Так, содержание мелкой пыли в гумусовых горизонтах окультуриваемых вариантах снизилось в 3,0-3,5 раза по сравнению с контролем. Увеличилось количество физической глины, что обусловлено увеличением доли фракций ила по сравнению с контролем. Подобные тенденции в изменении гранулометрического состава в более длительно орошаемых почвах с подачей большого объема воды отмечены А.Г.Бондаревым [4], Н.Е.Абашиевой и др. [1]. Изменение гранулометрического состава слаборазвитых почв после трех лет осаждения твердого стока привело к достоверному увеличению в ней содержания физической глины.

Полученные данные показывают, что при осаждении твердого стока луговые слаборазвитые почвы от легкосуглинистого механического состава с содержанием физической глины 23,1% в конце третьего года перешли в градацию тяжелосуглинистой с содержанием ее от 49,8 до 57,1%.

Такое перераспределение физической глины по профилю пахотного слоя обусловлена осаждением твердого стока мутных вод весеннего, летнего и осеннего периодов, а также дисперсией глинистого материала в почве в связи с повышением содержания поглощенного кальция и магния.

Под влиянием твердого стока в верхнем слое почвы происходит  некоторое увеличение содержания частиц физической глины, снижение степени каменистости и стабилизация ее водопроницаемости. В составе взвешенных наносов в весеннем паводке преобладают фракции менее 0,01 мм и достигает 67,7%. К лету и осени их количество снижается соответственно до 19,8 и 26,8%.

При осаждении твердого стока вод происходит оптимизация водно-физических свойств пахотного слоя:

снижение объемной массы с 1,40 г/см³ до 1,15-1,30 г/см³,

водопроницаемости – с 4,74 до 1,39-1,64 мм/мин,

увеличение ППВ – с 13,5 до 21,3-23,6%,

 ДАВ – с 10,0 до 16,1% от массы сухой почвы (табл.2).

Таблица 2 - Влияние наносов на водно-физические свойства малопродуктивных сильнокаменистых почв (0-25 см)

Примечание: МГВ – максимальная гигроскопическая влага, ВУЗ – влажность устойчивого завядания, ДАВ – диапазон активной влаги, ППВ – предельно-полевая влагоемкость.

Результаты наших исследований показывают, что во всех окультуренных вариантах за первый час наблюдений по шкале Н.А.Качинского водопроницаемость почвы высокая – 2.15…2,40 мм, за исключением последнего варианта с осаждением 4320 м³/га ила и равна 1,59 мм/мин (рис.1). Впитывающая способность за первый час наблюдений на контроле 4-5раз выше, чем на вариантах с осаждением илистых фракций. Водопроницаемость постепенно падает за второй и последующий час: на контроле с 6,26 до 4,74 мм/мин, на вариантах с осаждением илистой фракции – с 1,48 до 1,64 мм/мин.

Рис.1. Влияние осаждения твердого стока паводковых вод на водопроницаемость почв мм/мин (Н=5, t=10^о)

Высокая водопроницаемость за весь период наблюдений обусловлена повышенной активной пористостью и каменистостью подстилающих пород. Постепенное снижение водопроницаемости к шестому часу (1,39-1,64 мм/мин) связано с закупоркой пор по всему профилю изученных вариантов илистыми частицами в процессе кольматажа. Таким образом, окультуривание каменистых почв твердым стоком паводковых вод стабилизирует их водопроницаемость и положительно сказывается на их водном режиме.

Агрохимические свойства почв, урожайность. Воды реки Гюльгеричай относится к гидрокарбонатно-кальцевой и вполне пригодны для орошения сельскохозяйственных культур. Химический состав ее представлен главным образом ионами: НСО₃^̄, SO₄^̄, Ca⁺, Mg⁺, Na+К⁺ и относятся категориям «хорошим», где сухой остаток не превышает 0,226%.

Характерной особенностью твердого стока паводковых вод является низкое содержание в них подвижного фосфора, обменного калия и гидролизуемого азота (табл.3), которое составляет соответственно 1,90, 1,5 и 2,60 мг на 100 г почвы. За поливной сезон на каждый гектар орошаемого поля с речными наносами поступает в среднем 4,5 кг гидролизуемого азота, подвижного фосфора – 10,7 кг, обменного калия – 60 кг и гумуса – 125 кг.

Таблица 3 - Химический состав твердого стока паводковых вод р. Гюльгеричая (2013-2015 гг.)

Приемы по окультуриванию почв твердым стоком паводковых вод за 3 года привело и к изменению содержания органических и питательных веществ (табл. 4). Такие изменения связаны с поступлением и осаждением наилка. Большое содержание гумуса и фосфора с доступной влагой повлияло и на урожайность посев многолетних трав и кукурузы. Твердый сток речных вод благоприятно влияет на химический состав и водно-физические свойства почв.

Таблица 4 - Влияние массы твердого стока речных паводковых вод на физико-химические свойства слаборазвитых почв (в слое 0-30 см)

 

Выводы. Я.Т. Сундуков [15], Н.Е.Абашиева и др. [1] отмечают, что при применении орошения мутными водами наблюдается незначительный эффект удобрения почв. Однако потребность сельскохозяйственных культур в элементах питания не может быть полностью удовлетворена за счет содержащихся в них элементах. Хотя в связи с несбалансированностью по отдельным элементам питания и неодинаковой их доступностью для растений. При этом наблюдается также вымывания части питательных веществ.

В наших исследованиях наблюдается низкая обеспеченность всеми элементами питания растений по всем вариантам, однако на вариантах с кольматационным слоем почвы имеют тенденции к улучшению по сравнению с контролем.

Таким образом, в сравнительно короткий промежуток времени (3 года) при систематическом осаждении наносов на поверхности сильнокаменистых почв при одновременном возделыванием сельскохозяйственных культур, удалось увеличить содержание гумуса по сравнению с контролем в 3…4 раза, гидролизуемого азота – в 14…15, фосфора – в 2, обменного калия – 1,5 раза и достигает соответственно до 2,68, 2,38, 23,4 мг/100 г почвы, сумма поглощенных оснований в почве с 7,08 увеличивается до 10,26…15,81 мг.экв/100 г почвы, тем самым повысить потенциальное и эффективное плодородие этих почв.

Литература

1. Абашиева Н.Е. и др. Свойства и плодородие орошаемых аллювиальных луговых почв в зависимости от качества поливных вод // Почвоведение, - 2001. - №3. – С.348-357.
2. Агрохимические методы исследования почв. – М.: Наука, 1976. – 656 с.
3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М.: Изд-во МГУ, 1975. – 630 с.
4. Бондарев А.Г. Изменение физических свойств и водного режима почв при орошении // Проблемы почвоведения, М.: Наука, 1982. –С.25-28 .
5. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. – М., 1986.- 416 с.
6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта – М.: Колос, 1979. – 416 с.
7. Ковда В.А.. Повышение плодородия и мелиорация почв в орошаемых районах // Почвоведение, №7, 1954.- 110с
8. Ковда В.А., Захарина Г.В., Шемякина О.А. Значение ирригационных наносов р.Амударьи в плодородии орошаемых почв // Почвоведение, №4, 1959. - 132 с.
9. Ковда В.А., Корвацкий Л.А. Эрозия почв и борьба с нею в предгорьях Дагестана // Сб. «Сельское хозяйство Дагестана», АН СССР, 1946. – С.160-169.
10. Молодцев В.А. Характеристика ирригационных наносов Самаркандского оазиса // Почвоведение, №2, 1958.- 115 с.
11. Орлов Д.А. Изменение почвообразовательных процессов пустынь Средней Азии, под влиянием орошения // Сб. хозяйственное освоение пустынь Средней Азии и Казахстана. Ташкент,1934.- 255 с.
12. Розанов А.Н. О некоторых особенностях культурно-ирригационных наносов // Почвоведение, №12, 1948. - 56 с.
13. Розанов А.Н. Значение ирригационных наносов для генезиса, плодородия и мелиорация орошаемых почв // Почвоведение, №2, 1959. - 69 с.
14. Сайпуллаева И.М., Эльдарова Э.М. Водные ресурсы Дагестана, Махачкала, 1996. - 26 с.
15. Сундуков Я.Т. Влияние орошения на химические свойства обыкновенных черноземов в Зауралья при орошении // Почвоведение, №8, 1998. – С.942-947.
16. Эстуарно-дельтовые системы России и Китая: гидролого-морфологические процессы, геоморфология и прогноз развития // под ред. В.Н.Коротаева (и др.). – М.: ГЕОС, 2007. – 445 с.
17. Judson S. Erosion of the land. – In: Focus in environmental geology, №4 etc. 1973. - 189 р.

References

1. Abashieva N.E. i dr. Svojstva i plodorodie oroshaemyh alljuvial'nyh lugovyh pochv v zavisimosti ot kachestva polivnyh vod // Pochvovedenie, - 2001. - №3. – S.348-357.
2. Agrohimicheskie metody issledovanija pochv. – M.: Nauka, 1976. – 656 s.
3. Arinushkina E.V. Rukovodstvo po himicheskomu analizu pochv. – M.: Izd-vo MGU, 1975. – 630 s.
4. Bondarev A.G. Izmenenie fizicheskih svojstv i vodnogo rezhima pochv pri oroshenii // Problemy pochvovedenija, M.: Nauka, 1982. –S.25-28 .
5. Vadjunina A.F., Korchagina Z.A. Metody issledovanija fizicheskih svojstv pochv. – M., 1986.- 416 s.
6. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta – M.: Kolos, 1979. – 416 s.
7. Kovda V.A.. Povyshenie plodorodija i melioracija pochv v oroshaemyh rajonah // Pochvovedenie, №7, 1954.- 110s
8. Kovda V.A., Zaharina G.V., Shemjakina O.A. Znachenie irrigacionnyh nanosov r.Amudar'i v plodorodii oroshaemyh pochv // Pochvovedenie, №4, 1959. - 132 s.
9. Kovda V.A., Korvackij L.A. Jerozija pochv i bor'ba s neju v predgor'jah Dagestana // Sb. «Sel'skoe hozjajstvo Dagestana», AN SSSR, 1946. – S.160-169.
10. Molodcev V.A. Harakteristika irrigacionnyh nanosov Samarkandskogo oazisa // Pochvovedenie, №2, 1958.- 115 s.
11. Orlov D.A. Izmenenie pochvoobrazovatel'nyh processov pustyn' Srednej Azii, pod vlijaniem oroshenija // Sb. hozjajstvennoe osvoenie pustyn' Srednej Azii i Kazahstana. Tashkent,1934.- 255 s.
12. Rozanov A.N. O nekotoryh osobennostjah kul'turno-irrigacionnyh nanosov // Pochvovedenie, №12, 1948. - 56 s.
13. Rozanov A.N. Znachenie irrigacionnyh nanosov dlja genezisa, plodorodija i melioracija oroshaemyh pochv // Pochvovedenie, №2, 1959. - 69 s.
14. Sajpullaeva I.M., Jel'darova Je.M. Vodnye resursy Dagestana, Mahachkala, 1996. - 26 s.
15. Sundukov Ja.T. Vlijanie oroshenija na himicheskie svojstva obyknovennyh chernozemov v Zaural'ja pri oroshenii // Pochvovedenie, №8, 1998. – S.942-947.
16. Jestuarno-del'tovye sistemy Rossii i Kitaja: gidrologo-morfologicheskie processy, geomorfologija i prognoz razvitija // pod red. V.N.Korotaeva (i dr.). – M.: GEOS, 2007. – 445 s.
17. Judson S. Erosion of the land. – In: Focus in environmental geology, №4 etc. 1973. - 189 р.