МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006
 

УДК 631.6

ТРАНСФОРМАЦИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ МЕЩЕРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ В

 ПРОЦЕССЕ ИХ ДЛИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

 

Ю.А. Томин – к. с.-х.н.,  доцент; Е.Г. Коршунова

«Мещерский филиал ГМУ ВНИИТИМ Россельхозакадемии», г. Рязань, Россия

 

Торфяные почвы широко используются в сельскохозяйственном производстве для выращивания кормовых, зерновых и других культур. Вследствие содержания большого количества органического вещества (85-90 %) и способности удерживать воду, торфяные почвы являются потенциально высокоплодородными.

Однако их эффективное плодородие возможно только после проведения осушительной мелиорации, что приводит к изменению процесса почвообразования. При этом, природный болотный тип почвообразования переходит в антропогенный, сопровождающийся коренными изменениями физико-химических и биологических свойств торфа. В процессе осушения возрастает аэрация торфяной залежи, которая вместе с окультуриванием приводит к усилению процесса минерализации органического вещества торфа, в конечном итоге, к его трансформации в другие почвенные разновидности.

В этой связи, как было отмечено И.П. Айдаровым и др. /1990/, необходима разработка агромелиоративных мероприятий по оптимизации мелиоративных режимов, сдерживающих развитие окислительных процессов. Обследование мелиоративных объектов с осушенными торфяниками Мещерской низменности показало, что торфяная почва здесь сильно трансформировалась и из торфяной среднемощной и маломощной преобразовалась, в зависимости от интенсивности осушения и использования, в торфяно-глеевую, торфянисто-глееватую и даже в органоминеральную. Такое же положение наблюдается и в Белорусском Полесье /А.И. Барсуков, 1996/.

Цель нашей работы – проведение исследований процесса трансформации торфяных почв при длительном их использовании, в зависимости от интенсивности осушения и сельскохозяйственного использования. Задачей исследований является разработка оптимальной модели их рационально-экологического использования, которая позволила бы получать проектные урожаи при минимальной минерализации органического вещества торфа.

Экспериментальные исследования проводились в течение 1964-2005 гг. на ряде объектов мелиорации Мещерской низменности: «Кальское», «Никитское» и на стационаре «Тинки-II» (Рязанская область). Краткая характеристика мелиоративных торфяных объектов после осушения в первые годы их окультуривания приводится ниже.

Объект «Кальское» расположен на землях совхоза «Заборьевский» Рязанского района, площадь его составляет 309 га. Водное питание объекта – грунтовое. Почва торфяная, низинная, средняя глубина торфа – 2 м, с колебаниями  0,1-3,0 м. коэффициент фильтрации – 1,54-1,86 м/сут. Степень разложения – 25,0-28,0 %, зольность – 14-16 %. Осушается объект глубокими редкими каналами, врезанными дном в песок. Используется объект «Кальское» в овощекормовом севообороте.

Объект «Никитское» расположен на землях совхоза «Бусаевский» Клепиковского района. Опытное поле объекта представляет собой выровненный участок площадью 60 га. Осушается объект закрытым гончарным дренажем с закладкой дрен на различную глубину, обеспечивающую различную норму осушения. В результате чего были проведены исследования на трех участках с глубиной залегания уровня грунтовых вод в среднем за вегетацию: первый – 120-140; второй – 80-100 и третий – 60-80 см от поверхности.

Почва торфяная среднемощная низинная со степенью разложения 25-30 % и зольностью 14,5-18,5 % на момент введения объекта в эксплуатацию. Опытный участок использовался 8-польном полевом севообороте.

Объект «Тинки-II» расположен на землях ОПХ «Полково» Рязанского района, площадь его составляет 225 га. Водное питание объекта – атмосферно-грунтовое. Осуществляется объект гончарным и пластмассовым дренажом в сочетании с открытой сетью каналов с 1962 года. Уровень грунтовых вод в среднем за вегетацию в многолетнем плане составляет от 140 до 90 см от поверхности.

Почва опытного поля (система К-II-IM) представлена торфяной, среднемощной низинной со степенью разложения на момент введения объекта в эксплуатацию 20 %, зольностью – 14,5 % и объемной массой – 0,13 г/см3. в целом, мелиоративный объект использовался в полевом севообороте.

Исследования, проведенные на мелиоративном объекте «Кальское» при глубоком осушении и интенсивном использовании, показали, что в первый год после осушения болота содержание нитратного азота в торфяной почве практически отсутствует. Их образование увеличивается по мере окультуривания. Так, через 5 лет использования в слое 0-50 см нитратов содержалось 52,2, а через 12 лет – уже 91,0 мг на 100 г почвы. В пахотном слое 0-30 см наблюдается избыточное количество их образования до 112 мг на 100 г почвы и более, что указывает на нерациональный процесс минерализации органического вещества торфа.

Минерализация органического вещества в значительной степени зависит от нормы (интенсивности) осушения /Белковский и др., 2002/. Это подтверждают и наши исследования, проведенные на объекте «Никитское». Установлено, что наибольшее количество нитратного азота наблюдается на участке осушения с уровнем грунтовых вод в среднем за вегетацию 130 см, их наименьшее содержание отмечается на участке с нормой осушения 70 см за вегетацию. Так, в слое 0-20 см в среднем за вегетацию их количество составило, соответственно 36,8 и 19,7 на 100 г почвы.

Длительные стационарные исследования изменения основных свойств торфяных почв, определяющих их морфологические свойства, были проведены на объекте мелиорации «Тинки-II» ОПХ «Полково».

Изменение химико-физических свойств торфяных почв за 40 лет показано в табл. 1.

Таблица 1

Изменение свойств торфяных почв при их окультуривании (пахотный слой),

объект «Тинки-II»

Показатели

Низинный торфяник

После осушения

Использование в культуре

5 лет

10 лет

40 лет

Степень разложения, %

20

35

40

50

Зольность, %

10,5

14,8

24,8

28,5

Объемная масса, г/см3

0,11

0,13

0,15

0,25

По данным табл. 1 видно, что через 40 лет использования торфяных почв его основные показатели значительно изменились. Так, степень разложения подошла к своей критической черте, практически торф превратился в бесструктурную массу, с трудно различными растительными остатками торфообразователей. Также значительно возросла зольность (28,5 %) и объемная масса с 0,11 до 0,25 г/см3.

Таким образом, под влиянием осушения, окультуривания и длительного использования торфяные почвы подвергаются значительному физическому, химическому и биологическому изменению. Торф уплотняется, гумифицируется и минерализуется. При этом более интенсивное осушение, использование и продолжительность срока эксплуатации ускоряет процесс минерализации органического вещества, что приводит к систематическому уменьшению мощности торфяной залежи и полной сработке торфа. Заметно наблюдается значительное уменьшение торфяного слоя на осушенных болотах Мещерского полесья /Макеевский Мыс, Вожжа, Порцевка, Никитское, Тинки-II и др./. Дальнейшее использование осушенных торфяников в сельскохозяйственном производстве без экологической защиты может привести к исчезновению торфяных агроценозов и болот в целом, как равновесных биоценозов Мещерской низменности.

В связи с этим, нами дана оценка изменения торфяных почв в процессе эксплуатации и разработаны критерии допустимых изменений, при которых органическое вещество имеет свою структуру, характерную для торфяных почв (табл. 2).

Таблица 2

Оценка изменения основных показателей торфяных почв при их

сельскохозяйственном использовании

 

Показатели

Низинная торфяная почва

Оценка показателей

слабо разложившаяся

средне разложившаяся

хорошо разложившаяся

гумифицированная масса

Степень разложения, %

менее 20

20-35

35-50

более 50

Зольность, %

менее 8,5

8,5-14,8

24,5-28,5

более 28,5

Объемная масса, г/см3

менее 0,11

0,11-0,15

0,15-0,25

более 0,25

 

По данным табл. 2 видно, что оптимальными показателями для торфяной почвы являются следующие: степень разложения – от 20 до 50 %, зольность – от 14,8 до 28,5 % и объемная масса – от 0,15 до 0,25 г/см3. Соответственно, значения этих показателей более 50 %, 28,5 и 0,25 г/см3 являются критическими. Торфяная почва при этом превращается в гумифицированную массу, трансформируется в торфянисто-перегнойную.

В связи с этим, нами разработаны технологии агромелиоративных мероприятий щадящего режима использования торфяных почв в сельскохозяйственном производстве, в зависимости от мощности торфяного слоя. Щадящий режим использования торфяных почв в сельскохозяйственном производстве заключается в уменьшении процесса минерализации органического вещества торфа, в продлении срока их эксплуатации. Это достигается проведением ряда агромелиоративных мероприятий, основными из которых являются: оптимальная структура посевных площадей; севообороты; обработка почвы; оптимальный водный режим (норма осушения) и пескование.

Структура посевных площадей на торфяных почвах должна учитывать:

- задачи по производству продукции растениеводства (зерна, картофеля, овощей, корма и т.д.);

- отношение сельскохозяйственных культур к водно-воздушному, пищевому и тепловому режимам почвы;

- наличие производственных ресурсов, уровень фонда и трудообеспеченности хозяйства.

Учитывая общую специализацию хозяйств Нечерноземной зоны РФ в молочно-мясное животноводство в структуре посевных площадей, следует предусмотреть размещение кормовых культур для создания кормовой базы. Главная роль в этом отводится зерновым, как источнику концентрированных кормов и многолетним травам – источнику травяных кормов (сена, сенажа и силоса). Кроме того, при разработке структуры посевных площадей следует учитывать и влияние сельскохозяйственных культур на скорость процесса разложения торфа. С этой точки зрения, культуры можно подразделять на: сильно способствующие разложению торфа, слабо разлагающие торф и задерживающие разложение торфа. К первой группе относятся пропашные культуры, ко второй – культуры сплошного сева (зерновые, однолетние травы) и третьей – многолетние травы. Такое деление культур имеет большое значение при проектировании севооборотов на торфяных почвах.

При разработке структуры посевных площадей важно соблюдать в севооборотной площади оптимальный удельный вес той или иной сельскохозяйственной культуры, который должен определяться типом торфяной почвы, ее мощностью и производственно-экономическими возможностями хозяйства. При этом наибольший процент должны занимать многолетние травы. Многолетние травы эффективно используют влагу и минеральные формы азота, которые находятся в торфе в избытке и, тем самым, обеспечивают высокую продуктивность.

В центральном районе Нечерноземной зоны к числу перспективных и наиболее устойчивых культур для выращивания на торфяных почвах следует отнести:

- многолетние травы в основном злаковые верховые – тимофеевка, кострец безостый, овсяница луговая, лисохвост, ежа сборная и др. Из бобовых – клевер розовый и красный для двухлетнего пользования, желательно в чистом виде, а также более долговечный клевер – белый, в пастбищных травосмесях;

- однолетние травы – вика и горох с овсом, овес и рожь на сено, райграс однолетний;

- зерновые – озимая рожь, в лучших условиях пшеница; яровые – овес, ячмень неполегающих сортов;

- картофель ранних и среднеспелых сортов в основном на семена и корм скоту;

- кормовые корнеплоды – свекла кормовая, турнепс, морковь кормовая;

- силосные – подсолнечник, кормовая капуста, топинамбур.

Севооборот – научно обследованное чередование сельскохозяйственных культур во времени, является важнейшим звеном системы земледелия на мелиорируемых землях. Севообороты на торфяных почвах должны предусматривать, с одной стороны, получение максимального количества продукции, а с другой – создание условий, способствующих сохранению органического вещества торфа /Головка, 1975/.

В соответствии с принятой классификацией на торфяных почвах могут осваиваться следующие типы и виды севооборотов: 1) по виду производимой продукции – полевые, кормовые, специальные; 2) по составу  культур – травопольные, травопольно-пропашные, зернопропашные, травяно-пропашные и т.д. Тип и вид севооборота определяется с учетом хозяйственной необходимости, окультуренности почв, специализации хозяйства.

С целью предупреждения разрушения органического вещества торфа и сокращения потерь питательных веществ их почвы, необходимо строить севообороты так, чтобы торфяная почва как можно дольше была занята растительным травяным покровом. Способность трав препятствовать распылению торфа, сдерживать процессы его минерализации,  снижать развитие сорняков, делает их обязательным и незаменимым звеном севооборота различных типов. Площади с мелкой залежью торфа должны использоваться только под многолетние травы с периодическим обновлением травостоя по мере его ухудшения.

При размещении культур в севообороте следует учитывать влияния предшествующих культур на почву и урожай и т.д. Чередование культур необходимо устанавливать в такой последовательности, чтобы каждый из них соответствовал лучший предшественник. Следует заметить, что повторное выращивание культур в одном поле допустимо через следующие промежутки времени (в годах): пшеница, ячмень – 3-4, вика – 4, клевер – 3-6.

Лучшими предшественниками для основных сельскохозяйственных  культур является:

- яровые зерновые – картофель, корнеплоды, зернобобовые;

- картофель – озимые, зернобобовые, пропашные;

- кормовые корнеплоды – картофель, зернобобовые;

- многолетние травы – однолетние травы, яровые зерновые.

При введении той или иной культуры в севообороте следует исходить из типа торфяной почвы и ее мощность.  Так, анализ проектов и практического использования торфяных почв в хозяйствах, расположенных на  землях Мещерской низменности показал, что при введении севооборота здесь следует исходить из следующих принципов. 

Маломощные торфяные почвы целесообразно использовать под монокультуру многолетних злаковых трав со сроками использования в течение  8-10 лет без перезалужения.

Среднемощные торфяные почвы можно использовать в лугово-кормовых: 1-7 поля – многолетние злаковые травы; 8-е – рожь озима; 9-е – яровые зерновые; 10-е – вико-горохоовсянная смесь. Всего в севообороте: трав – 80 %, зерновых – 20 %. Процент трав может быть увеличен еще на 10% за счет сокращения поля яровых зерновых.

Что касается торфяных почв с мощностью торфа более 2 м, то их целесообразнее всего использовать в травопропашных, зернопропашных и кормовых полевых севооборотах.

Таблица 3

Оптимизированная схема использования торфяных почв в севообороте

 

Тип

торфяной почвы

Мощно-сть торфяного слоя, см

Характер

использования

Тип севооборота

Наличие культур, %

Возмож-ная сработка торфа, см

Торфяная маломощная

50-100

Монокультура мн. трав (сенокосы, пастбища)

Специальный (мн.тра-вы со сроком использования  8-10 лет)

Многолетние травы – 100

 

1,0-1,3

Торфяная среднемощная

100-200

В лугово-кормо-вых севооборотах

Овоще-кормовой (4 поля мн. травы; 1 поле одн. травы; 2 поля пропашные и 1 поле зерновые культуры)

Травы –90; зерновые – 10

 

 

1,3-1,5

Торфяная мощная

>200

В полевом севообороте

 

Травопропашные – 25; зерновые – 12,5

 

 

1,8-2,2

 

Использование торфяной почвы в оптимизированных севооборотах, применяемых для торфяников различной мощности дает возможность при получении проектных урожаев снизить минерализацию органического вещества торфа по сравнению с интенсивным использованием на 0,2-0,4 см и более в год.

Из вышеизложенного следует, что под влиянием осушения  и сельскохозяйственного использования торфяная почва неизбежно трансформируется в другие разновидности, процесс трансформации связан с сработкой торфяной залежи, вследствие минерализации органического вещества.

Скорость минерализации органического вещества торфа возможно и необходимо регулировать оптимизацией мелиоративных режимов их использования. Как показали исследования, использование только оптимизированных севооборотов дает возможность снизить сработку торфа на 0,2-0,4 см в год при  получении проектных урожаев сельскохозяйственных культур.

 

Библиографический список

 

1.      Айдаров И. П., Голованов А.И. , Никольский Ю.М. Оптимизация мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых сельскохозяйственных земель (рекомендации). – М.: ВО «Агропромиздат», 1990. С. 14-15.

2.      Барсуков А. Л. Эволюция маломощных торфяных почв под влиянием мелиорации. /Сб. научных работ БелНИИМИЛ. – Минск, 1996. С. 240-248.

3.      Белковский В.И., Лихацевич А.П. и д.р. Использование и охрана торфяных комплексов в Беларуси и Польше. – Минск: Изд-во Хата, 2002. С. 232-240.

4.      Головко Д.Г. Земледелие на торфяных почвах и осушаемых пойменных землях. – М.: Колос, 1975. С. 218-228.

5.      Томин Ю.А., Лисютин В.А., Евсенкин К.Н., Изменение агрономических свойств торфяных почв под влиянием комплексных мелиораций. //Экологические аспекты мелиорации земель юга Нечерноземья. – М.: Изд-во МГУ, 2003. С. 232-235.