Мелиоративное состояние земель на рисовых системах и мероприятия по их улучшению

Опыт эксплуатации существующих рисовых систем показывает, что орошение в условиях недостаточной дренированности рисовых полей приводит к подъему грунтовых вод, что способствует вторичному засолению и заболачиванию почв.

Основным источником питания грунтовых вод является фильтрация из каналов и рисовых полей. На рисовых системах каналы, как правило, строят в земляном русле и не имеют противофильтрационной защиты.

Фильтрация воды из каналов, наличие мелкой разреженной дренажной сети и невыполнение некоторых эксплуатационных мероприятий на Пролетарской рисовой системе привели к тому, что за 8 лет уровень минерализованных грунтовых вод .повысился с 5 - 6 до 1 - 2 метров и менее.

Аналогичная закономерность наблюдается и в других зонах рисосеяния.

Кроме фильтрационных потерь воды из каналов, наблюдается боковой отток грунтовых вод по периферии рисового поля, который также отрицательно влияет на мелиоративное состояние прилегающих неорошаемых земель. Не случайно на границах рисовых массивов, где нет надлежащего дренажа, формируются полосы солончаков, постепенно мигрирующие в глубь прилегающей территории. Такие же полосы образуются вдоль транзитных каналов старшего порядка при прохождении их по неорошаемой территории.

Процесс подъема грунтовых вод не является стационарным, и через определенное время (5 - 10 лет) в зависимости от гидрогеологической обстановки происходит стабилизация положения.

Если минерализованные грунтовые воды стабилизируются выше критического уровня, на прилегающей территории неизбежно развиваются процессы вторичного засоления, а также накапливаются соли в верхних горизонтах почвы под сопутствующими рису культурами.

Под рисовым полем формируются ирригационно-грунтовые воды, очень тесно связанные с оросительными.

На Пролетарской рисовой системе, Ростовской области, на 1-м севооборотном участке Цимлянского рисосовхоза, на 2-м севообороте рисосовхоза имени Ленинского комсомола, 6-м рисовом севообороте Буденновского совхоза и на 5-м севообороте Суховского рисосовхоза в результате возделывания риса уровень минерализованных (20 - 60 г/л) грунтовых вод в первые годы возделывания риса поднялся до 0,8 - 1,5 метра.

Под влиянием постоянного переувлажнения почвы за счет капиллярного подъема, фильтрации воды из оросительных каналов при орошении риса началось развитие болотных процессов и вторичное засоление, особенно на полосах вдоль оросительных каналов, а также на низких чеках.

Накопление солей на полях рисовых севооборотов, занятых сопутствующими культурами, временное явление, так как при последующем возделывании риса они опять промываются в нижележащие горизонты.

На засоленных участках наблюдаются изреженные всходы, а иногда и годное выпадение посевов риса. Причина этого - токсичность солей, недостаток легкоусвояемых форм питательных веществ и легкодоступных форм кислорода, который так необходим прорастающим семенам и всходам риса.

В заболоченных почвах развиваются анаэробные микроорганизмы, которые в результате жизнедеятельности способны отнимать кислород у окисных соединений, восстанавливая их (И. С. Жовтоног, 1971 г.). В результате восстановительных процессов под затопленным рисовым полем в почве накапливается аммиак, сероводород, метан и другие продукты анаэробного обмена микроорганизмов, которые токсичны для риса.

При возделывании риса значительно изменяются водно-физические и химические свойства почвы. Длительное пребывание риса на одном и том же поле вызывает сильное уплотнение верхних горизонтов почвы, в результате резко изменяется их водопроницаемость. Особенно заметное изменение водно-физических свойств почвы наблюдается в террасовых черноземах в слое 0 - 80 сантиметров, намного слабее они отмечаются: в солонце, по-видимому в силу своей природной уплотненности. Объемный вес, скважность и аэрация на солонцовых почвах изменяются в основном в верхнем 10-сантиметровом слое (табл. 22).

Таблица 22. Изменение водно-физических свойств почв под культурой риса на Пролетарском массиве, Ростовской области (по данным Н. Дмитрюковой, 1970 г.)

Значительное увеличение плотности почвы отрицательно влияет на промывку ее от легкорастворимых солей и на урожай сельскохозяйственных культур. Для большинства культур оптимальная плотность суглинистых и глинистых почв находится в пределах 1 - 1,25 г/см³.

Аналогичные результаты получаются при освоении кубанских плавней с торфяно-глеевыми почвами тяжелого механического состава. При близком залегании уровня грунтовых вод (с поверхности до 2 - 3 м) возделывание риса способствует еще большим процессам оглеения и засоления почв в глеевом горизонте. Как показали исследования А. Степового, в верхнем слое почвы под рисом уменьшается общая порозность, увеличивается объемный (вес с 0,57 до 0,88 г/см³ в горизонте А и с 0,92 до 1,21 в горизонте Б. Пахотный горизонт имеет только 10 процентов пор, занятых воздухом, а в нижних горизонтах они отсутствуют полностью. В течение 2 лет промывки через рис рассолился только верхний слой почвы (на 30 - 40 см).

Интенсивность снижения грунтовых вод в первую очередь, зависит ют водопроницаемости почвы, общей гидрогеологической обстановки, параметров дренажно-сбросной сети и ее работы.

Как уже отмечалось выше, водопроницаемость почвы изменяется в зависимости от продолжительности пребывания риса, то есть нахождения ее под слоем воды. Причем происходит это в больших пределах, уменьшаясь примерно в 90 - 100 раз в течение одного сезона (табл. 23).

Таблица 23. Изменение водопроницаемости почвы в зависимости от влажности ее, м/сут. (Пролетарский рисовый массив)

Неодинакова водопроницаемость почвы и в промежутке между дренами. Большой водопроницаемостью обладает придренная полоса шириной от 20 до 80 метров, в зависимости от глубины дренажно-сбросного канала.

Водопроницаемость изменяется значительно и в зависимости от почвенной разности (табл. 24).

Таблица 24. Изменение почв под рисовым полем

Из таблицы видно, что водопроницаемость солонца до затопления чеков в 5,5 раза меньше, чем солонцеватых террасовых черноземов. В период полного затопления чеков и в последующем эта разница несколько сглаживается.

Наблюдения, проведенные нами за водопроницаемостью почвогрунта по разным предшественникам риса (люцерна 1-го и 2-го года, горох и целина), доказали, что наибольшей водопроницаемостью до затопления чеков обладают земли, вышедшие из-под гороха и люцерны 1-го года посева. В период затопления чеков водопроницаемость по предшественникам выравнивается, за исключением посевов люцерны 1-го года, где она несколько выше.

Динамика уровня грунтовых вод находится в тесной зависимости от водного режима и действия дренажно-коллекторной сети.

Степень минерализации верхнего слоя грунтовых вод в результате возделывания риса из года в год уменьшается. Однако снижение ее происходит неравномерно по всему массиву, что обусловлено различной степенью засоления почво-грунтов, а также чередованием затопляемых (рис) и незатопляемых культур.

В условиях хорошей работы дренажно-сбросной сети (без подпора) минерализация грунтовых вод вблизи дрен всегда меньше, чем посредине междренья.

На солончаках тяжелого механического состава при слабоотточных грунтовых водах после первого года возделывания риса происходит некоторое увеличение количества солей за счет выноса их из почвенного профиля. На инженерных рисовых участках в условиях солончаков более легкого механического состава выращивание риса в течение 2 - 3 лет позволяет снизить минерализацию грунтовых вод в активной зоне действия дренажа в 2 - 3 раза.

На рисовом участке Дагестанской опытно-мелиоративной станции ЮжНИИГиМа за 3 года возделывания риса и двух лет сопутствующих ему культур (люцерна) степень минерализации грунтовых вод возле дрен понизилась с 23 г/л до 2,6 г. Средняя минерализация верхнего слоя грунтовых вод по всему рисовому участку за 5 лет сократилась с 19 до 6 г/л.

На тяжелых солонцовых почвах снижения минерализации грунтовых вод в течение одного или двух лет явно недостаточно, так как три возделываний (после риса сопутствующих культур происходит повышение ее, а иногда (по отдельным скважинам) и полное восстановление.

Степень минерализации грунтовых вод на значительной территории рисовых севооборотов Пролетарского массива за 8 - 10 лет эксплуатации в среднем снизилась на 5 - 10 г/л (рис. 12). В то же время на отдельных участках посередине междурядий она практически не изменилась.

Рис. 12. Динамика и минерализация грунтовых вод на II рисовом севообороте Цимлянского рисосовхоза

На прилегающей к рисовому массиву территории при отсутствии отсечных дрен степень минерализации грунтовых вод нарастает, что, естественно, влечет за собой и накопление солей в верхнем слое почвы. Так, в Цимлянском рисосовхозе минерализация грунтовых вод на прилегающей к 1-му рисовому севообороту территории на начало освоения (1959 г.) была 12 г/л, после 10 лет эксплуатации стала 22 г/л.

Эффективность промывок засоленных почв при возделывании риса, а также устойчивость расселяющего эффекта в большой степени зависят от дренированности территории, глубины залегания и минерализации грунтовых вод, их отточности, типа и физико-химических свойств почв.

Скорость промывки солончаковых и солонцовых почв зависит от их механического состава. Почвы легкого механического состава промываются значительно интенсивнее, чем тяжелого. При освоении солончаков тяжелого механического состава с близким залеганием высокоминерализованных грунтовых вод промывка через рис в течение одного сезона не всегда обеспечивает оптимальный солевой режим почв корнеобитаемого слоя (табл. 25).

Таблица 25. Динамика содержания солей под рисом, % (по данным Дагестанской ОМС, 1970 г.)

Наибольший вынос солей наблюдается в оптимальных условиях работы дренажно-сбросных каналов. Так, в результате 5-летнего освоения солончаков в рисовом севообороте (3 года рис, 2 года сопутствующие культуры) на рисовом участке Дагестанской опытно-мелиоративной станции, при 160-метровом междренье и глубине дренажно-сбросных каналов 1,5 - 2 метра средний вынос токсичных солей в слое 0 - 40 сантиметров составил 82 процента, в 2-метровом слое - 67 процентов, или на гектар 280 тонн. В то же время при междренном расстоянии 320 метров из толщи 0 - 40 сантиметров содержание токсичных солей уменьшилось с 1,17 до 0,5 процента, а из двухметровой - 50 процентов от исходного, или на гектар 217 тонн. В средней части междренья (на протяжении около 100 м) рассоление наблюдалось только в пахотном слое.

Возделывание риса на слабодренированных, тяжелых по механическому составу солонцовых лэчзах с близким уровнем высокоминерализованных (15 - 50 г/л), слабоотточных грунтовых вод требует особого подхода к приемам освоения.

Проведенные исследования (1959 - 1970 гг.) на Пролетарском рисовом массиве показали, что под культурой риса рассоление солонцов происходит медленно и неравномерно. Процесс рассолонцевания идет не всегда и только в том случае, когда солонцы содержат достаточное количество извести и гипса, три условии хорошей дренированности, то есть если они расположены в зоне активного действия дренажа.

Построенный дренаж, особенно на первой очереди Пролетарского массива, не регулирует уровень грунтовых вод при существующих параметрах (Н_др = 1,5 - 2,0 м и L = 300 - 400 м).

Аналогичные результаты получены Грозненской опытно-мелиоративной станцией на Гудермесском рисовом массиве при промывке через рис тяжелых по механическому составу луговых остепневающихся солончаковых почв в условиях дрен глубиной 2 - 2,5 метра при междренном расстоянии 300 - 400 метров.

В целом на рисовых массивах Северного Кавказа, в условиях инженерных рисовых систем, намечается рассоление почв и грунтовых вод, за исключением приканальных зон, низких чеков и прилегающей территории в отсутствии хорошего дренажа.

Коренное улучшение солонцов, тяжелых солонцовых и солончаковых почв, расположенных в сложных гидрогеологических условиях, представляет собой длительный процесс и, наряду с возделыванием риса, требует применения инженерно-мелиоративных мероприятий, а также комплекса агробиологической и химической мелиорации.

С точки зрения инженерных мероприятий необходимо прежде всего улучшить работу (Существующей дренажно-сбросной и коллекторной сети. Для этого следует провести работы по очистке сети от зарастания и ила, а также углубление ее. В некоторых случаях (в местах скопления токсичных солей более 2 - 3%) для понижения и стабилизации уровня минерализованных грунтовых вод может потребоваться сгущение дренажно-сбросной сети или дополнительное сооружение рассолительного дренажа.

Как показали наши исследования (1970 - 1972 гг.), в рисосовхозе имени 50-летия СССР функции рассол ительного дренажа полностью выполняются при глубине дрен 3 метра и междренном расстоянии 100 метров.

Однако, учитывая при этом значительное снижение коэффициента земельного использования и сокращение производительности механизированных работ внутри чеков, имеющих одну из сторон длиною 90 метров, с учетом выполнения необходимого агрокомплекса, междренное расстояние может быть увеличено до 150, а в условиях промытого или незасоленного верхнего слоя почвогрунта (40 - 60 ем) - до 200 метров.

Для борьбы с вторичным засолением в приканальных зонах необходимо устройство отсечного дренажа с обеспеченным оттоком грунтовых и фильтрационных вод из каналов в дренажно-коллекторную сеть. Отсечный дренаж должен обязательно сооружаться по границам рисовых полей и в местах резкого перелома рельефа.

При наличии на карте террасности чеков с большим перепадом отметок (≥40 см) по границам низких чеков необходимо устройство отсечных дрен глубиною 0,8 метра.

При проектировании и строительстве новых рисовых систем следует предусматривать там, где это возможно и целесообразно, закрытый дренаж и противофильтрационные мероприятия на оросительной сети старшего порядка (хозяйственные, межхозяйственные и магистральные каналы).

Для успешного освоения под рис сильно засоленных почвогрунтов применяются предварительные промывки. В зависимости от степени и характера засоления их проводят в летние и осенне-зимние периоды. Иногда бывает достаточно сделать ранневесеннюю предпосевную промывку с последующим посевом риса при затоплении. Почвы, содержащие соду ели сульфат натрия, рекомендуется промывать в теплый (летний) период.

Промывки без риса проводят тактами, то есть в два-три или четыре приема, с разрывом между подачей воды в 5 - 10 суток. Величина промывной нормы подсчитывается в каждом конкретном случае либо принимается на основании имеющихся опытных данных.

Иногда рисовое поле выводится на все лето под водяной пар и зарыбляется. Наряду с промывным эффектом получается определенный доход от выращенной рыбы.

Для проведения промывок необходимо, чтобы поверхность чеков была хорошо спланирована. Во всех случаях после летней промывки требуются мелкая перепашка, выравнивание поверхности чека, а затем посев на сидеральное удобрение или пожнивных культур.

При освоении сильно засоленных солончаковых почв и солончаков тяжелого механического состава промывку рекомендуется проводить на фоне глубокой обработки, щелевания или кротования в сочетании с временным дренажем.

Известно, что в период возделывания риса значительно изменяются водно-физические и химические свойства почвы. Поэтому агротехнические мероприятия должны быть направлены на оструктуривание почв рисовых полей и улучшение их водно-физических свойств, уничтожение слитности и глыбистости, на изолирование верхних горизонтов от капиллярного увлажнения солеными грунтовыми водами, на усиление аэрации и окислительных процессов в почве. Для этого необходимо проводить глубокую безотвальную вспашку, вносить органические и минеральные удобрения, осваивать рисовые севообороты с люцерной при орошении.

Средством регулирования водно-солевого и воздушного режима тяжелых, сильно засоленных почвогрунтов является кротование (табл. 26).

Таблица 26. Влияние подпочвенного кротования на вынос токсичных солей и урожай риса (по данным И. К. Штапкиной, А. Ф. Кадыкова, З. Ф. Туляковой)

^*(Накопление солей.)

Наиболее эффективный прием, организующий внутрипочвенный сток, - глубокая обработка на фоне кротования или щелевания (рис. 13).

Рис. 13. Поперечный разрез кротодрены и щелевой дрены

Подпочвенный дренаж устраивается на глубине 0,6 метра. Диаметр кротодрены 8 сантиметров, расстояние между кротовинами может быть различным - от 1 до 5 - 10 метров.

На участке кротования средний урожай риса за три года составил 25 центнеров с гектара, а на контроле - 6,4 центнера.

При кротовании тяжелых почв под рис скорость продвижения промывной воды увеличивается в 5 - 7 раз. Причем в первый же год происходит определенный вынос солей в средней части междренья на глубину 0,8 метра, чего не наблюдается при обычной обработке (рис. 14).

Рис. 14. Фронт продвижения промывных вод под рисовой картой: а - по обычной пахоте; б - на фоне кротования; 1 - фронт продвижения промывных вод; 2 - ороситель; 3 - сброс; 4 - кротодрены

В условиях рисового севооборота большое значение имеют тщательная обработка почвы я соблюдение оптимального водного режима под сопутствующими культурами.

С целью улучшения аэрации и активизации всех микробиологических процессов щелевание или кротование солонцовых почв рекомендуется проводить под люцерной в рисовом севообороте. Опыты А. В. Перцева (1970 - 1971 гг.) показали, что в результате щелевания рыхлится плужная подошва и обеспечивается более активное ветвление корневой системы и кущение люцерны.

Одна из главных причин частичной гибели всходов риса - это некачественная планировка поверхности чеков.

В результате больших срезок, которые допускаются три строительстве и неудовлетворительной выровненности поверхности чека, вследствие чего невозможно создать равномерный слой затопления, погибает от 10 до 40 процентов всходов риса. При больших срезках всходы риса угнетаются и частично пропадают от недостатка питательных веществ, повышенной щелочности обнаженного солонцового горизонта или от избыточного содержания солей в солончаковых почвах. Поэтому тщательная планировка рисового поля - а где необходима кулисная планировка - первоочередный агромелиоративный стрием. Наряду с агротехническими приемами мелиорации засоленных почв, необходимо проводить биологические и химические. К биологическим методам в первую очередь следует отнести посев люцерны и донника. Благодаря большой надземной массе этих растений уменьшается испарение с поверхности почвы, а за счет глубокой корневой системы снижается уровень минерализованных грунтовых вод.

Биологическим методом мелиорации является также внесение большого количества созревшего навоза, который улучшает проницаемость поверхностных горизонтов почвы, а также способствует выщелачиванию солей в результате повышенной растворимости их в присутствии углекислого газа, выделяемого при разложении навоза вследствие действия органических кислот.

Химическая мелиорация солонцовых почв заключается в нейтрализации свободной соды и замене поглощенного натрия ионами кальция.

Для мелиорации солонцовых почв применяется гипс, под влиянием которого улучшаются химические и водно-физические свойства почвы.

Чтобы ускорить рассоление сульфатно-натриевых солончаков тяжелого механического состава, Азербайджанским НИИГиМом предложено проводить промывки через рис с предварительным внесением на гектар 2 тонн азотнокислого или хлористого кальция и других кальциевых солей, а также 5 тонн навоза. Такая химизация значительно улучшает водно-физические свойства почвы и предупреждает опасность проявления солонцеватости при промывке.

Для улучшения солонцов и солонцовых почв ЮжНИИГиМом предложен следующий примерный плав проведения агромелиоративных мероприятий.

На солончаковых солонцах с залеганием солевого горизонта с поверхности или около 10 сантиметров от поверхности.

Пахота с почвоуглубителем на глубину 35 - 40 сантиметров или обычная пахота с последующим кротованием или щелеваяшем (на 50 см).

Гипсование из расчета 8 - 12 тонн гипса на гектар (75% под пахоту и 25% с поверхности).

Внесение навоза - 30 - 40 тонн на гектар.

Промывка почвы (норма приблизительно 15 тыс. м³/га);

Внесение удобрений - суперфосфата 5 - 6 центнеров на гектар, сульфата аммония 2 - 3 центнера.

Мелкая перепашка без оборота пласта или культивация с боронованием.

Планировка участка.

Посев сидератов на зеленое удобрение.

Посев риса (на следующий год).

На солонцах с залеганием солевого горизонта с глубины 30 - 40 сантиметров и ниже.

Обычная пахота с почвоуглубителями и последующим кротованием.

Перед пахотой: гипсование (8 - 12 т/га), внесение навоза (30 - 40 т/га), суперфосфата (5 - 6 ц/га).

Перед весенней обработкой: внесение азотных удобрений (3 - 4 ц/га).

Дискование и боронование.

Предпосевное выравнивание поверхности чека.

Посев риса.