автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Методы инженерной биомелиорации сложных в освоении почв

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ИЗЫСКАНИЯМ, ИССЛЕДОВАНИЯМ.ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ И МЕЛИОРАТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ В СССР И ЗА РУБЕЖОМ "СОВИНТЕРВОД"

ЦАРАПИНА. ИРИНА ЛЬВОВНА

На правах рукописи

631.67:631.61

МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРНОЙ-БИОМЕЛТОРАЦИИ СЛОЖНЫХ В ОСВОЕНИИ ПОЧВ

Специальность 05.23.07. - Гидротзхничавкпз и мзлиоратизноз

строительство 06.01.02 - Мелиорация и прояазноз ззмлздзлиз

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соисканиз учзной стзпзни кандидата тзхничзских наук

МОСКВА - 1992

Работа выполнена во ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А. Н.Костя кова.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,профессор

на заседании Специализированного совс__. ,. ____.

водственном объединении по изысканиям,исследованиям,проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом "Совинтервод" по адресу: 129344,Москва,ул.Енисейская, д.2.

С диссертацией можно "знакомиться в библиотеке ПО "Совинтервод".

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просьба направлять в адрес Специализированного совета.

Рекс Л.М.

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Болдырев Н.К.

Ведущая организация - Ленгипроводхоз Защита диссертации состоится

Ученый секретарь Специализированного совета Д 099.08.01, к.т.н.

Н.Г.Зубкова

I. Общая характеристика работы

В настоящее время истощение почв,недостаток водных ресурсов, высокая стоимость минеральных удобрений, повышение содзр- ' жания нитратов в сельскохозяйственной продукции,опасность загрязнения грунтовых вод вызывают необходимость поиска новых путей в мелиоративном строительств« и земледелии.К решению этих задач нужен комплексный,экологически ориентированный подход.

В связи с отсутствием научно-обоснованной ресурсосберегающей технологии орошаэиого земледелия,использующей биологические методы,необходимы дополнительные комплексные исследования,направленные на разработку оптимальных для различных природно-климатических условий технологий,включая вопросы внесения минеральных азотных удобрений,микроудобрений и их количества,подбор наиболее эффективных штаммов азотфиксирующих микроорганизмов,регулирование водного режима.Особую актуальность представляют исследования,относящиеся к вопросам мелиорации сложных в освоении почв,в большей степени,чем другие,нуждающиеся в комплексном подходе,использующем новейшие метода и способы.

Целью работы является разработка технологии комплексной мелиорации сложных в освоении почв с использованием биологической мелиорации.

Исследование носит междисциплинарный характер,его методологической базой являются достижения и метода ряда научных направлений,изучающих различные аспекты данной проблгмы-почвоведзния,

агрохимии,мелиорации ороаазмого земледелия,биологии,микробиологии и др.

В работе решались следующие задачи:

- анализ существующих технологий и методов мелиорации;

- разработка методики комплексной инженерной биомелиорации" сложных в освоении почз;

- экспериментальная проверка в полевых условиях технологии инженерной биомелиорации на примерз песчаных пустынных,сзроземно-луговых и дерново-подзолистых почв;

- разработка рекомендаций по использованию технологии инженерной биомелиорации в сельскохозяйственном производстве.

Научная новизна работы заключается в том,что в ней впервые вопросы использования биологических методов в сельскохозяйственном производстве рассмотрены комплексно,в сочетании с другими

- г -

видами мелиорации. Обоснована, экспериментально проверена и внедрена в практику технология инкенерной биомелиорации сложных в освоении почв, обеспечивавшая экологически ориентированную концепцию мелиорации в сельском хозяйстве. Предложена система показателей для оченки эффективности технологий инженерной биомелиорации, включая водно-физические, агрохимические, микробиологические, экологические. Проведена серия полевых исследований по выявлению эффективности предлагаемой технологии в различных почвенно-климагических зонах страны. Разработаны рекомендации по использованию технологии инкенерной биомелиорации слоеных в освоении почв при гидромелиоративном строительстве и возделывании различных сельскохозяйственных культур.

Предложенная технология ведения орошаемого земледелия позволяет повысить на 15...20$ продуктивность биоценозов, обеспечить охрану окружающей среды, создать устойчивое воспроизводство плодородия почв и мокет быть применена в различных природно-климатических и хозяйственных условиях, в том числе на слоеных в освоении почвах с дефицитом водных ресурсов.

Исследование выполнялось в рамках тематики института по поисковой теме 7.121 "Разработать метода биомелиорадии песчаных пустынных и тякелых почв при орошении культур-освоителей", ПТИ1 "Плодородие" тема А.4.1.2. "Разработать модели формирования бобовых кормовых культур", а также в рамках выполнения Советской национальной программы по Проекту й 4 ЮНЕСКО "Человек и биосфера".

Результаты исследований .долокены на Всесоюзной научно-практической конференции "Экологическое совершенствование мелиоративных систем" в 1989 г. в г.Москве, на симпозиуме при проведении Международной специализированной выставки "Мелиорация-89" в 1989 г. в г.Москве, на Всесоюзном рабочем совещании "Енгербио-азот" в 1991 г. в г.Ленинграде, представлены на ВДНХ в 1991 г. в павильоне "Мелиорация и водное хозяйство", где отмечены серебряной медалью.

Результаты полевых опытов прошли производственную проверку и внедрены в совхозе "Рассвет" Красногвардейского района Крымской области на площади 104 га, в колхозе "Победа" Сакского района Крымской области на площади 40 га, в совхозе "Повадинский" Домодедовского района Московской области на площади 8 га, использованы институтом "Ленгипроводхоз" при составлении проекта

реконструкции оросительной сети в совхозе "Рассвет" на площади 800 га.

Но теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе получено положительное решение на предполагаемое изобретение.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, изложенных на страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 25 рисунков и приложений. Список использованной литература включает ioo наименований, в том числе /¿Г зарубекных авторов.

В первой главе выполнен аналитический обзор методов и технологий мелиораций, базирующийся на анализе отечественной и зарубежной материалов более чем 80 литературных источников, включая работы Воробьева С.А., Доросинского Л.М., Казакова B.C., Мишустина E.H., Муромцева Г.С., Судницына H.H., Умарова М.М., Штепа Б.Г. и др.

Показано, что, если на плодородных почвах благоприятные условия для формирования урокая могут быть обеспечены при использовании всего двух-грех агротехнических или мелиоративных приемов, то дая низкоплодородных, сложных в освоении, требуется создание комплексных технологий, сисгемно воздействующих на формирование урокая.

Рассмотрены факторы формирования урожая, выявлены приоритетные направления и параметры, обеспечивающие повышение плодородия почвы и качества растениеводческой продукции. Предложена морфологическая схема факторов формирования урокая и его качества, которая обосновывает комплексный подход к мелиорации и может рассматриваться как соответствующей основы информационно-управляющей системы.

В главе особое внимание уделяется перспективным, однако не получившим пока широкого использования в мелиоративной практике, биологическим методам, разработанным в трудах Е.Н.Мишус-гина (1987 г.), Д.Г.Звягинцева (1986 г.), Л.М.Доросинского {1986 г.). Отмечаются, как наиболее ценные, следующие их свойства: биологическая эффективность, стимулирующая рост урокая и его качество, экологичность, достаточная простота применения и нешсокая стоимость. Показано, что использование биологических методов весьма эффективно при создании технологий комплексной мелиорации сельскохозяйственных земель, выполняющих при этом

ведущую системоформирущую функцию, что позволяет в дальнейшем называть подобную комплексную технологию с использованием биологических методов как "инженерную биомелиорацию".

Во второй главе разработана технология инженерной биомелиорации для освоения слокннх почв. Технология предполагает совместное применение традиционных методов земельной, водной, химической мелиорадий в различных их сочетаниях (по 2-3 одновременно) с обязательным использованием биологической мелиорации.

¿Одно научное обоснование использования различных сочетаний методов и приемов соответственно различным природно-климатическим и почвенным условиям в зависимости от типа фитоценоза.

Объектом исследования выбраны три природно-климатические зоны страны: пустыня (урочище Кульбукан), полупустыня (Голодная степь).и гумидная зона (Московская область). Рассматривались отдельные типы почв, характерные дая указанных зон, в том числе, песчано-пустынная, сероземно-луговая и дерново-подзолистая почвы с одинаковым типом фитоценоза. При выборе объектов исследования исходили из того, что, несмотря на существенные различия, общим дая всех перечисленных объектов является низкое плодородие и сложность мелиоративного освоения, что предполагает необходимость применения комплексных технологий, сочетающих различные метода мелиорации. Показано, что в зависимости от местных условий , конкретные, требования к комплексной мелиорации могут существенно варьироваться, и следовательно, могут существенно разниться технологии.

В качестве примера в работе проанализированы основные особенности песчаных пустынных почв. Показано, что негативными их свойствами являются: низкое содержание питательных веществ, высокая водопроницаемость, подверженность дефляции и водной эрозии.

Предлагаемая технология инженерной биомелиорации,представленная в виде блок-схемы на рисЛ, в этом случае должна вклотать использование следующих приемов и методов: земельная мелиорация с устройством экранов (Цунинский- Ю.С., Максименко Б.П. и др. 1987), полив дождеванием (Пунинский Ю.С., М.,1986), инокуляция посевного материала биопрепаратами (методика ВНЖСХЫ, 1987 г.).

Показано, что дая изучения эффективности инженерной биомелиорации целесообразно проведение микроделяночных опытов с созданием на разных глубинах почвы прослоек переменной водозадер-

кивающей способности на основе глины. Разработана схема этих опытов и их оборудования.

Дальнейшие лабораторные исследования позволили доработать предложения по технологии инженерной биомелиорации этого типа почв посредством специального технологического процесса по устройству в почве биологически активного водорегулирующего слоя, т.н. ЕАВС (положительное решение на выдачу а.с. от 27.06.91 по заявке В 4897 875/15 от 29.12.90).

Предложена и апробирована конструкция ЕАВС со следующими компонентами; минеральные глинистые грунты с монгмориллонитовой добавкой; органические - торф с добавкой пожнивных остатков; бтадогические-биояреяарага, созданные на основе штаммов клубеньковых и ассоциативных азогфиксирукхцих микроорганизмов.

Установлено, что ЕАВС позволяет обеспечить комфортные условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов за счет оптимального сочетания твердой, жидкой и газообразной фаз почвы t при близких к рекомендованным в литературе для песчаных почв их соотношениях 0,5:0,25:0,25.

Лабораторные испытания оптимального состава смеси ЕАВС подтвердили предполокение о достаточной надежности работы предложенной конструкции в качестве водорегулирующей прослойки. Получено, что ЕАВС при первоначальном замачивании удерживает до 85% поданной влаги, а в дальнейшем позволяет поддерживать в корне-обитаемом слое почвы оптимальную влажность (на уровне 0,7*0,8 НВ). Установлено, что ЕАВС аккумулирует поливную норму в размере 50*55 мл, обладает скоростью впитывания 1,1-1,2 мм/мин, имеет объемную массу 0,6-0,65 г/см3, наименьшую влагоемкоегь 68,5% и допускает, при необходимости, промывной реким корнеобитаемо-го слоя почвы.

Далее в главе рассмотрен пример сероземнолуговых загипсованных почв Голодной степи, отличающихся низким плодородием со слабой обеспеченностью азотом и переуплотненыостью. Показано, что это предъявляет специфические требования к их мелиорации, отличные от лредвдущего примера. Для рассматриваемого типа почв прежде всего необходимо их разуплотнение, в связи с этим инженерная биомеляорацая должна включать, как важнейший прием, глубокое рыхление, выполненное по современным методикам (B.C. Казаков и др.1987). Предлагаемая технология инженерной биоме-

лиорации слоеных почв Голодной степи представлена в виде скок-схемы на рис.2.

Следующим объектом анализа являлись дерново-подзолистые почвы Подмосковья, характеризующиеся значительным переуплотнением и повышенной кислотностью. Показано, что для указанных почв при их инженерной биомелиорации необходимо обеспечить, как важнейшие мероприятия, их разуплотнение с помощью глубокого рыхления (например, по методикам ВНИИГиМ, 1987) и раскисление посредством известкования.

Технология инженерной биомелиорации дерново-подзолистых почв Подмосковья представлена в виде блок-схемы на рис.3.

В главе предложена система показателей для оценки эффективности инженерной биомелкорации почв, включающая показатели оценка урожайности, экологической эффективности, качества сельскохозяйственной продукции. Разработана система индикаторах показателей, рекомендованных для оценки (контроля) состояния почв при реализации технологии (таблица I).

В третьей главе изложены результаты экспериментальной проверки технологии инженерной биомелиорации в полевых условиях на опытном участке в урочище Кульбукан на южной окраине пустыни Ка-ракум, в совхозе Л 4 им.Узакова в Голодной степи, в совхозе "По-вадинский" Домодедовского района Московской области в 1988-1991гг.

В условиях песчаной пустыни Каракумы выполнен микроделяноч-ный опыт инженерной биомелиорации с созданием на разных глубинах

в почве водоудеркиваэдих прослоек на основе глины. При этом,

р

опытные делянка, площадью 16 м , экранировались на глубине 40, 60,80,100 см, для сравнения - без экрана. Каждая площадка разбивалась на 6 участков - по количеству вариантов обработки посевного материала биопрепаратами. Рассмотрены варианты опыта со следующей комбинацией биопрепаратов:

1 вариант - без биопрепаратов, молибдена на фоне ^зо^юО^О кг/га д.в. с орошением,

2 вариант - обработка семян штаммом ЛТХ, молибден 0,5 кг/га на фоне зо^хоо^о с °РС®ением,

3 вариант - обработка семян штаммом 412 б, молибден на фоне ^зо^юО^бО с °Рошением»

4 вариант - обработка семян штаммом ЛТХ и штаммом 4126,

молибден на фоне -^зоРхоо^О 0 °ВошеНЕе:л>

5 вариант - обработка семян штаммом СХМ1-105, молибден на фоне ^зо^юО^БО с орошением,

6 вариант - обработка семян штаммом ЛТХ и штаммом СХМ1-105, молибден 0,5 кг/га на фоне ^30^100%0 кг/га д,в" с орошением.

Для оценки эффективности технологии инкенерной биомелиорации использовались следующие стандартные методики и их модификации. Основные водно-физические свойства определяли по общепринятым методикам (Роде, 1969; Вадюнина, Корчагина, 1986). Влак-ность почвы устанавливали термостагно-весовым методом и с помощью нейтронного влагомера ВШ-1 (Емельянов В.А., Бескин Л.Н. и др., 1985). Фенологические наблюдения, динамику роста, структурный состав урожая проводили по методике ВНИИ кормов им.В.Р.Ви-льямса (1971,1983). Содержание в почве//Ь3,//н4,Р205, 1^0 определяли общепринятыми методами (Аринушшна, 1970). Оценку потенциальной биологической активности почвы (продуцирование С02) проводили методом газовой хроматографии с помощью хроматографа "Хром-4" (ЧССР). Белок в растительных образцах определяли на авгоанализаторе "Кельтек" фирмы "ЖБ - гекатор" (Швеция). Величину нигрогеназной активности корней устанавливали с помощью ацетиленового метода в модификации ВШИСХМБ с последующим анализом образцов на газовом хроматографе "Хром-4" (ЧССР). ^Математическую обработку основных результатов проводили по методике, разработанной ВНИИСХмикробиологии.

Полевые эксперименты показали, что наиболее благоприятные условия, с точки зрения регулирования водного режима, создаются при заложении экрана на глубине.40...60 см от поверхности почвы и во всех случаях в прилегающих к экранам слоях почвы наблюдается увлажненность, превышающая подэкранную. Тенденция к сохранению повышенной влажности наблюдается и в межполивной период, однако уже при расположении экрана на глубине 1,0 м его влияние на распределение влажности по профилю ослабевает, и, практически, не влияет на приповерхностные горизонты, аккумулирующие влагу после поливов. Установлено, что технология биомелиорации позволяет сократить количество оросительной воды. Так, на формирование урокая люцерны за три укоса израсходовано 7,1 тыс.м3/га воды, что значительно ниже ранее рекомендованных дая этого региона оросительных норм порядка 10,0...12,0 гыс.м3/га при обычном дождевании. Из пяти апробированных вариантов комбинаций

биопрепаратов максимальный урожай зеленой массы (70,0 т/га) получен в четвергом варианте при внесении в почву молибдена с инокуляцией семян штаммом ризоторфина 4126 и стимулятором роста "ленгехнин" (при контрольных значениях 22,0 т/га). Достаточно эффективным оказалось так же применение штамма СХМ1-105 (вариант 5), и его совместного использования с "лентехнином" (вариант 6). Установлено, что при использовании предложенной технологии даже при сокращении до 70...80$ годовой нормы внесения минеральных азотных удобрений можно получить уровень урожайности не ниже, чем при полной дозе азота. Эксперименты показали, что при использовании предложенной технологии увеличивается содержание белна в растениях.

В целом получено, что применение технологии инженерной биомелиорации на песчаных почвах аридной зоны позволяет обеспечить урожайность фитоценоза до 60,0...70,0 т/га зеленой массы (при возделывании лгацерны), сократить в два-три раза дозу внесения минеральных азотных удобрений и на 25...30$ снизить удельный расход оросительной вода на единицу продукции (табл.2).

В условиях загипсованных сероземно-луговых почв Голодной степи выполнен был полевой производственный опыт инженерной биомелиорации с проведением глубокого рыхления. Площадь участка составила 2500 м2, в ходе экспериментальной проверки технологии рассмотрено восемь вариантов опыта:

1 вариант - районированная технология выращивания люцерны на фоне

2 вариант - районированная технология, молибден МОд ^ кг/га на фонес орошением

3 вариант - районированная технология, обработка семян штаммом 425А на фоне ^00^120^50 с °РошеН[18ы

4 вариант - районированная технология, молибден ЫОд обработка семян штаммом 425А на фоне 50^20^50 ^ орошением

5 вариант - глубокое рыхление, обработка семян штаммом 425А на фоне ^юо^КО^бО с орошением

6 вариант - глубокое рыхление, молибден МОд 5, обработка семян штаммом 425А. на фоне ^50^120^50 с °Р°Ш0нием

7 вариант - глубокое рыхление на фоне Л^оЛго^О с °Р0П1е~

нием

ПОКАЗАТЕЛИ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГ®! (на примере дерново-подзолистых почв)

Таблица I

Название показателя

г

|

/

Благоприятные значения

без учета! с учетом метода _ | ме10Да_ _

! Относительно благопри-! ятные 'значения 4

Неблагоприятные значения

( оез учета ! с учетом ! оез учета !с учетом ; метода ■ I метода | метода {метода

1.Плотность почвы,г/см3

2.Соотношение твердой,жидкой, газообразной фаз почвы, % от объема

3.Реакция почвенного раствора.Рн

а.для клубеньковых бактерий

б. дая прикорневых бактерий

4. Питательный режим почвы

а, содержание Р205мг/100г

б. содержание х^О.мг/ЮОг

5. Влажность почвы, % НВ

6. Нитрогеназная активность корней клевера, нМ С^/час I раст.

7. Биологическая активность почвы, мг/С02/100 г

1,5 1,3...1,4

60:25:15 50:25:25

6,5 6,2

6,0 5,6

8,0 10,0

10,0 12,0

95...75 75...65

2500 18,0

4500 50,0

1,5...1,6

65:20:15

6,0 5,6

8,0...6,0 10,0...8,0 95...70

2500 14...18

1,4...1,5

60:20:20

5,6 5,5

8,0...10,0 12,0...10,О 85...60

4500 50...20

1,7

65:25:10

5,5 5,5

6,0 8,0

100...55

2500 14

1,5

65:25:10

5,0 5,0

8,0 10,0 90...55

4500 20

I

СП

- 10 -

8 вариант - глубокое рыхление, молибден МОд ^ кг/га на фоне "^5(^120^50 Ю?/Лга д,в* 0 орошением. '

Для оценки эффективности технологии инженерной мелиорации использовались перечисленные выше стандартные методики и их модификации для связных почв.

Опыты позволили установить, что в результате инженерной биомелиррацш) водно-физические свойства почвы улучшились (на 7% сникен показатель объемной массы почвы , на 5...10% увеличилась порозность, на "£А% возросла водопроницаемое!^, при этом созданы благоприятные условия для протекания микробиологических процессов. Химический анализ почв показал, что при инженерной биомелиорации наблюдается тенденция к увеличению содержания' азота в почве 0,06 до 0,08...0Д(3», углерода от 0,9.,.1,0 до 1,10...Г,45$. Анализ вариантов опыта позволил установить, что при орошении нормой 3500 м3/га технология инкенерной биомелиорации позволяет увеличить урожайность на -137,7/5, что составляет 64,9 т/га зеленой массы.

Из восьми апробированных вариантов технологии инженерной бишелиорадм сероземно-луговых почв оптимальным оказался вариант 5. Он позволяет получить урожайность фитоценоза до 60,0... 65,0 т/га зеленой массы (при возделывании люцерны) и в два раза сократить дозу минеральных азотных удобрений (табл.З).

Опыты применения инженерной биомелиорации на тяжелых дерново-подзолистых почвах Подмосковья осуществлялись с проведением глубокого рыхления и известкования почвы на площади 8,0 га. При этом, рассмотрено десять вариантов опыта с различными комбинациями биопрепаратов:

1 вариант (контроль) - без глубокого рыхления, биопрепаратов,

орошения, молибдзда на фоне /^50^90^120

и Л/50Р90К120 д'в-

2 вариант - глубокое рыхление, молибден Юр ^ кг/га (без ороше-

ния, с орошением на Ф°нел/150РздК120 и ^оРдо^О^

3 вариант - глубокое рыхление, обработка семян штаммом 30 (без

орошения, с орошением на Фоне^5оР90К-£2о и дГ50Р90К120)

4 вариант - глубокое рыхление, обработка семян штаммом 10 ,(без

орошения, с орошением на доне и

/*Г50Р90К120^

- II -

5 вариант - глубокое рыхление, обработка семян штаммом 7

(без орошения, с орошением на фоне ^150^90^120

и ^Лго*

6 вариант - глубокое рыхление, МО о 5, обработка семян штам-

мом 30 и штаммом 340А (без орошения, с орошением на фоне /V 150Р90К120 и ^оРдо^го)

7 вариант - глубокое рыхление, МОд 5, обработка семян штам-

мом 10 и штаммом 34СЙ. (без орошения, с орошением на фоне Л^доРдоК^о и /^эо^о)

8 вариант - глубокое рыхление, МОд 5, обработка семян штам-

мом 7 и штаммом 340А (без орошения, орошением на фоне Л'150Р90К120 и ^50Р90К120)

9 9 вариант -глубокое рыхление, МОф 5, обработка семян штаммом 340А (без орошения, с орошением на фоне

Д/150Р90К120 и Л 5Ср90К120)

10 вариант - глубокое рыхление (без орошения, с орошением

на фонвл'150РЭ0К120 « >У50Р90К120)-

Во всех перечисленных вариантах опыта проведено известкование почвы (общий фон) и применен для покровной культуры штамм 250А(общий ,фон).

Для оценки эффективности предложенной технологии использовались приведенные выше стандартные методики.

Опыты позволили установить, что в результате примененной технологии инженерной биомелиорации водно-физические свойства почвы улучшились(на 20...30$ снижен показатель объемной массы, порозносяь увеличилась в пахотном горизонте от 34...38$ до 55... 57$, в подпахотном от 31...34$ до 55%) и созданы благоприятные условия для развития почвенной биоты. Химический анализ почвы показал, что под влиянием агробиомелиоративных мероприятий емкость поглощения почвы увеличилась на 44$ ( в контроле на 15$), содержание в пахотном слое азота возросло с 0,2 до 0,4...О,5 мг/100 . г почвы.

Анализ вариантов опыта позволил установить наилучшее сочетание урожаеобразующих факторов, соответствующее восьмому варианту опыта. В этом случае урожайность в первый год составила 51,3 т/га зеленой массы (при контрольных значениях 9,2 т/га). Продуктивность фитоценоза во второй год составила 53,1 т/га при контрольных значениях 23,6 т/га. В варианте с предложенной тех-

нологией инженерной биомелиорации растения содеркали нитратов меньше (398 ыт/кг), чем в контроле (468 мг/кг).

Нитрогеназняя активность растений, которая в контрольном варианте составила 2688 нЖз^/час на одно растение, возросла при биомелиорации до 4953, что свидетельствует об увеличении способности растений фиксировать азот атмосферы.

В ходе апробации предложенной технологии зафиксировано благоприятное воздействие комплексной мелиорации на развитие корневой системы растений. Так, если определявшаяся в первый год общая корневая масса в контроле, по районированной технологии, составила 3,2 т/га, то при использовании разработанной технологии она составила 4,3 т/га, а во второй год возросла до 22,1 т/га без применения орошения, а с орошением до 39,2 г/га (контроль - 21,3 т/га). Если на участках с инженерной биомелиорацией основная масса корней была сосредоточена в пахотном слое 0... 30 см, то в контроле концентрировалась в слое 0...20 см.

В целом, для дерноволодзолисгых почв Подмосковья установлено, чтофошение, проводимое небольшими нормами, с поддержанием влажности почвы на уровне 65-75$ НВ, является важнейшим фактором, определяющим активность симбиотической и ассоциативной азотйиксации, урожайность и белковую продуктивность фитоценозов. Экспериментально установлено, что применение микробиологических препаратов, в сочетании с глубоким рыхлением, известкованием, внесением молибдена и орошением, даже при снижении нормы минерального азота до 50 кг/га д.в., является эффективным средством, позволяющим получить урожаи высокобелковой экологически чистой по азоту продукции до 50 т/га зеленой массы (табл.4).

На основании анализа и обобщения результатов, полученных цри апробации предложенной технологии в полевых и лабораторных условиях, разработана система нормированных показателей рекомендуемых для оценки эффективности биомелиорации дерново-подзолистых, сероземно-луговых и песчаных пустынных почв и определяемых в сравнении со значениями урокайности по контрольным участкам и по районным нормам (табл.5).

В четвертой главе даны практические рекомендации по применению технологии инженерной биомелиорации для различных природно-климатических и хозяйственных условий при выращивании конкретных сельскохозяйственных яульгур. Показана возможность применения методики не только на полях ¡фупных сельскохозяйствен-

ных предприятий, но и для фермерских хозяйств, а также в парниках и теплицах.

В условиях песчаных пустынных почв аридной зоны в целях повышения продуктивности фитоценоза и экономии оросительной воды целесообразно применение комплексной технологии биомелиорации почвы, включающей устройство внугрипочвенного биологического активного водорегулирующего слоя (ЕАВС).

ЕАВС следует устраивать на глубине 0,4...О,6 м; при этом, для люцерны, например, аэогные удобрения вносить дозой 30... 50 кг/га д.в.; микроудобрения (молибден) вносить дозой 0,5 кг/га; инокуляцию семян проводить ризоторфином (штамм 412Б) и стимулятором роста "лентехнин"; поливы проводить дождеванием малыми нормами с оросительной норлой 7,0...7,5 тыс.м3/га.

В условиях Голодной степи на загипсованных сероземно-лу-говых почвах для повышения продуктивности фитоценоза и экономии минеральных азотных удобрений целесообразно проведение комплексной технологии мелиорации почв, включающей биологическую мелиорацию с использованием азотфиксирующих микроорганизмов на фоне глубокого рыхления по толщине загипсованного слоя.

Минеральные азотные удобрения, например, для люцерны, следует вносить дозой 50 кг/га д.в.; микроудобрения (молибден)-дозой 0,5 кг/га; в качестве биопрепарата рекомендуется соле-устойчивый штамм ризоторфина 425А.

На тяжелых дерново-подзолистых почвах Подмосковья, в частности, при перезалужении многолетнего пастбища, целесообразно проведение комплексной технологии биомелиорации почвы, включающей глубокое рыхление, известкование, инокуляцию бобо-во-злаковой травосмеси биопрепаратами на фоне орошения.

Известкование почвы следует проводить при снижении реакции почвенной среды в пахотном слое до 5,4...5,6; минеральные азотные удобрения, например, под злаково-бобовую гравоснесь, вносить дозой 50 кг/га д.в.; микроудобрения (молибден) дозой 0,5 кг/га; клевер инокулировать кислотоустойчивым штатом ризоторфина 340А, злаки - мизорином (штамм 7). Поливы следует проводить дождеванием малыми норма!,1И с поддержанием влажности почвы на уровне 65...75$ ЕВ. Создание БАВС может быть рекомендовано не только в условиях песчаных пустынь, но и.на засоленных и малоплодородных землях, а такке в парниках и теплицах} для экономии оросительной вода и минеральных азотных удобрений,

сокращения числа поливов и повышзния плодородия почвы рекомендуется устройство биологичзски активного водорегулирующего слоя ( БАВС ) на база органических,минеральных и биологических компонентов.

Выводы и гсновныз результаты работы

- Доказано, что раздзльноз применение отдельных видов мелиорации (земельных,водных,химических,биологических и др.; мзнзе эффективно для повышения плодородия почвы.производительности сельскохозяйственных угодий и качества продукции,чзм комплексное с использованием биологических методов ( инокуляция посевного материала азотфиксирующими микроорганизмами.) ,тн. "инженерная биомелиорация .

- Предложена,экспериментально проварена в ползвых и лабораторных условиях,внедрена в практику сельскохозяйственного производства технология инженерной биомелиорации сложных в освоении почв.

- Разработаны технологические процзссы инженерной биомелиорации для различных природно-климатических и почвенных условий на примере песчаных пустынных, се розе мно-лу г озах и дерново-подзолистых почв соотвзтствзнко их особзнностям;дана оценка эффективности предлагаемой технологии с использованием азотфиксирующих микроорганизмов.

- Использование предложенной технологии обеспечило высокий уровень урожаиносги (свыше 50,От/га зеленой массы,) и качества раст-ниавг.дческой продукции (увеличений содержания сырого бзлка до 200 %) во всех рассмотренных случаях ее применения.

- Применение предложенной технологии инженерной биомелиорации во всех рассмотренных случаях зз использования позволило значительно снизить дозу энзсения миигральных азотных удобрзний (до 50...75 %) и сократить количество нитратов в сельскохозяйственной продукции ( до 15 % ).

- Использование разработанной технологии обеспечило снижение удельных затрат оросительной вода на единицу сельскохозяйственной продукции ( до 50 %).

- Применение в гидромелиоративном строительстве предложенной технологии устройства внутрипочвенногп биологически активного водорегулирующего слоя (БАБС; позволило удерживать в нем до

85 % влаги и поддерживать в корне обитаемом слое почвы оптимальную влажность ( на уровне 0,7 г 0,8 ИЗ ).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1.Пунинский Ю.С.,Алпатова А.Н..Царапкина И.Л.Метода инзкэнеиной биомелиорации сложных почи// 8одосберегающие технологии оро-пе-ния.-М. :ВНШГиМ,1989. С.119.

2.Пекинский Ю.С..Царалкина И.Л.Повышение плодородия ороааемых почв методами инженерной биомелиорации// Тезисы докладов Всесоюзной научно-птзактической конференции мп.цпдых ученых.М. ,1989, № 1.С.П7.

3.ГТунинский Ю.С..Царапкина И Л.Биомзлиорация песчаных пустынных почв с устройством водорегулируюцих экранов // ЦБНТИ Госконцерн Зодстрой.Вып.8"Мелиорация и водное хозяйство.Эксплуатация мелиоративных и водохозяйственных сооружений."М.,1991.-10-19 с.

^.Царапкина И.Л.Модель формирования технологического процесса комплексной мелиорации почв на примере перезалужения многолетнего орошаемого пастбища // ЦБНТИ Госконцерн Водстрой.Зып.8. "Мелиорация и водное хозяйство.Эксплуатация мелиоративных и водохозяйственных соорукений".М.,1991. - 5-10 с.

5.Пунинский Ю.С.»Царапкина И.1.Комплексное воздействие мелиоративных приемов на продуктивность орошаемых пастбия // Создание мелиоративных систем нового типа.-М:ВШИГиМ, 1991 ,-200-210с.

6.'Цумаков Б.Б. ,Пунинский Ю.С. .Царапкина И. Л.Технология мелиорации и окультуривания песчаных пустынных почв с помощью устройства биологически активного водорегулирующего слоя из искусственной почвы // Создание мелиоративных систем нового типа.

-М:ЗНШГиМ, 1991.-195-200 с.

7.Беляев Ю.В..Беляева Е.Л.,Царапкина И.Л.Что показала экспертиза в парке им. А.М.Горького //Жмливдое и коммунальное хозяйство. Зып. б. М :Стройиздат, 1991 ,С.«

Влияние агробиомелиоративных мероприятии на продуктивноегь фитоценоза, Кульбукан, 1988 г.

Таблица 2

ПОКАЗАТЕЛИ

—I-

! Сбор сырого белка при | первом укосе

Вариант опыта

Урожайность при первом укосе (зеленая масса)

т/га "б7о"

% прибавки к контролю __

!кг/га 8857б~

Урожайность за

т/га ~22,0

. % прибавки I к контеолю_

Без эвдана. Контроль, <*ез инокуляции

14,76

штамм ЛТХ 4Д -31,6 15,50 640,0 22,3 +1,4

штамм 4126 5,5 -8,3 14,48 801,0 33,0 +50,0

ЛТХ + 4126 4,0 -33,3 14,36 574,0 21,8 -0,9

Экран 40 см

Контроль, без инокуляции 16,6 +176,7 14,30 2374,0 51,5 +134,0

штамм ЛТХ 18,5 +208,3 14,80 2742,0 58,8 +167,3

штамм 4126 19,0 +216,7 14,40 2736,0 63,8 +190,0

ЛТХ + 4126 19,9 +231,7 15,77 3133,0 70,0 +218,2

Экран 60 см

Контроль, без инокуляции 16,6 +176,7 14,50 2407,0 65,6 +198,2.

штамм ЛТХ 13,5 +125,0 13,70 1849,0 64,4 +192,7

штамм 4126 18,5 +208,3 14,88 2753,0 62,1 +182,3

ЛТХ + 4126 7,4 +23,3 14,82 1097,0 48,2 +119,1

¿л I

Экран 80 СА Контроль,без инокуляции

штамм ЛТХ

штамм 4126

ЛТК + 4Ш

Экран 100 см Контроль,бзз инокуляции

штамм ЛТХ

штамм 4126

ЛТХ + 4126

НСР0,95

10,0 ч66.7

13,7 +128,3

12,5 108,3

19,0 +216,7

4,5 - 25,0

6.0 О

4,8 - 20,0

6,4 + 6,7

2,8 т/га

17,56 1756,0 47,0 +113,6

15,70 2151,0 52,6 +139,1

13,57 1696,0 47,1 +114,1

14,17 2692,0 57,4 +160,9

14,10 634,0 32,9 +49,5

14,60 876,0 34,0 +54,5

15,05 722,0 54,1 +145,9

15,10 966 ,0 45,9 +108,6

4,6 т/га

Влияние агробиомелиорагивных мероприятий на продуктивность, Голодная степь, 1988 г.

Таблица 3

Вариант Опыта I укос Урояайность (зеленая масса) Сбор сырого белка ~ ч тепг " !вс0го ба ° . ¡вегетацию Урожайность ; Сбор сырого белка¡Урокайность (зеленая масса] (зеленая масса)

т/га ]% прибавки к контролю \ % кг/га !\% прибав-'¡ки к контролю ! \ т/га \% при-* % ¡кг/га| %при-| т/га;$ при-¡бавки | 1 ; бавки'| ¡бавки |к кон-; } \ к конт ¡к 1 ¡тролю | | ; тролю; ;кон? I ! ! 1 ! ШГ

I 5,9 - 13,44 996,0 - 6,3 - 12,22 770,0 - 27,3 -

г 8,9 50,8 12,64 1401,0 40,7 7,5 19,0 13,57 1018,0 32,2 38,7 41,7

3 12,6 113,5 12,45 1962,0 97,0 9,8 55,5 13,94 1366,0 77,4 50,8 86,1

4 12,9 118,6 13,13 2000,0 100,8 11,7 85,7 15,39 1808,0 134,8 51,5 83,6

5 15,2 157,6 13,17 2551,0 156,1 11,5 82,5 14,74 1695,0 120,1 58,0 122,4

6 .18,3 210,2 . 13,50 3086,0 209,8 12,5 98,4 16,63 2087,0 171,0 64,9 137,7

V 18,3 210,2 13,44 3072,0 208,4 11,3 79,4 17,17 1949,0 153,1 58,0х 1X2,4

8х 20,1 240,7 13,42 3988,0 300,4 11,2 98,4 15,63 1758,0 128,3 69,7х 155,3

НСР 0,05 1,4 т/га 0,7 т/га 0,78 т/га

Примечание: на вариантах 7х, 8х проведен дополнитаьный подсев люцерны

Таблща 4

Влияние агробиомелиоративных мероприятий на продуктивность фитоценоза, 1990 г. Повадино

Вариант ¡Подва-¡вариант ¡опыта \ \ \ \ } Показатели

Урожайность (зеленая масса) Сбор сырого белка Содержание нитратов

т/га ]% при-1бавки ¡к конт ¡ролю % кг/га мг/кг

I стравливание

I а 4,3 8,09 352,0 не одред.

8 б 12,2 183,7 19,52 2390,0

НСР0,05 0,46

2 стравливание

I а 9,5 6,73 639,0 468,0

8 б 23,3 145,3 20,0Г 4668,0 398,0

НСР0,05 1,3

3 стравливание

I а 3,8 неопред. не опред.

8 а 4,7 25,7

8 б 8,9 134,2

НСР0,05 0,43

.I укос

I а 6,0 7,69 459,0 356,0

8 а 7,9 31,7 неопред. не опред.

8 б 8,7 45,0 9,97 870,0 306,0

НСР0,05 0,47 т/га

Показатели оценки эффективности технологии инженерной биомелиорации почв

Таблица 5

Т г

Показатели

Тип почвы

¡дерново-;подзолистая

сероземно-дуго^ая

песчаная

%

___I_______1 _2_

I. Урожайность (Ц/га) нормированная;

1.1. По значении конт- 530 рольной урожайности 92

1.2. По значению рай' онной урожайности

2. Экологическая эффективность

2.1.Расход азотных удобрений,нормированный по районным значениям, кг/га д.в.

2.2.уд. затраты ВОда на единицу продукции,нор- 7,6 мированный по контрольным значениям, м3/ч

2.3.Количество нитратов в цродукции (мг/кг)нормированное:

2.3.1.по контрольным значениям

530 Ш5

476 32

58 83

649 ~Ж

649 Ш

352

ттаг-

м

15

65

2.3.2.по районным значениям

3. Повышение качества продукции,нормированное по контрольным показателям (содержание белка, ц/га)

4. Количество биологиче-. ского азота,нормиро- ! ванное по контрольным— значениям, ц/га

5. Рациональный комплекс мелиораций 3+Х+Б+В

127 116

50 56

428

24

не опр.

-М

З+Б+В

650 ЭТО

10.8 5Г~5

218

49

195 117

75 66

не опр.

189

не опр.

3+Б+В

Примечание: в числителе - разработанная технология, в знаменателе - контроль

Шв И 41

мз

то [*•

из мз

т.7 т.п. (»

тн К

» *

Мь М7

те

к ♦

Л/г

м

-н /гцв

, Ми

) пня /тсГ}-».

рио.1 Блочная модель инженерной биомелиорации песчаных пустынных почэ М^-блок создания БАВС.И^ -оценка необходимости устройства БАВС, гТС.г-приготовление компонентов БАВС,ГЯ3-контроль за качеством приготовления компонентов емесиут7., -смешивание компонентов смеси; (^-блок проведения гидромелиорации участка,^75-оценка необходимости гидромелиорации,П\ь-полив участка;М^-блок планировки поверхности, гП^ -оценка необходимости планировки поверхности,-выравнивание участка;М^-блок разработки корыта;М^-блок отсыпки смеси;М^-блок разравнивания смеси;М^-блок минеральных удобрений,-оценка потребности в минеральных удобрениях,/П(0-внесение минеральных удобрений. Мд-бл«к микроудобрений,т^-пщика потребности в микроэлементах, /Л^-обработка смеси микроэлементами;Мд-блок биологической мелиорации Шу-оцеика пвтрабности в биомелиорации,^ -обработка смеси биопрепаратами ;М|д-бляк засыпки корыта;М^-блок проведения гидромелиорации;

М^-посевной блек,Л1;5-подбор возделываемых культур./л^ -посевМц-оценочный блок,-контроль влажности БАВС,т^ -контроль питательного режима//!^-коктрлль биологичезкой активности БАВС,/7£.0-контроль кис-лвгаости БАВС,-цоитроль за состоянием растений

рис.2 Блочная недель инженерией бивмглилрдции , еераземыв-луговых почв

М^-вспашка;М2~б*ронпваниг ;М^-блвк минеральных удобрений,-«ценка потребности в минеральных удобрениях.Ш^-вие сгниг минеральных удпб-рений;М^-бл«к земельной мелиорации,-оценка необходимости земельной мелиорации,Щ-глубоко; оыхление^^-нарезка борозд под поливы,' М^-блок биологической мелиорации,/Я^-оценка потребности в биомелиорации, /7Т6 -подбор посевного матепиала,г71^-подбор биопрепаратов,01% -инокуляция посевногп материала^-блок микрпудобрений.Я^-оценка потребности в микроэлементах,Я7)0-внесение микроудобрений;Мц-блок по-сева'Я7(/-пос2в,/77(2-прикатываниэ почвы^-блок гидромелиорации,/^ -оценка необходимости гидромелиорации,я^-полив послепосевной и вегетационные ;М10-блок уборки урожая,гп0—определение сроков уборки урп-жая,/71^-уборка урпжая;Ил-оценочный блок./Л,,.-контроль влажности почвы»^ -контроль питательного режима почвы,/77,^-контроль солевого режима почвы,/77^-контроль нитрпгэназной активности корней растений, {77^-контроль за состоянием р'астений.

>45 J3

э

ц

ч

u> Э

Я ?!

Э ]

я ж

э в н

я та >rj

I э э

|S ¡4 и

с» (Г О*

в 'S

X

X s

4 •а

а) О Т

о а ч ж

9 р» 3) U

5 3

я

z±. -г

Э s

о Ы

(• э

a те. э

о Î*

с» a

а) э

ж -а

э (а

» С

s

s s

сх S 3 s

■a я •a О Э 3 a Sa

M CD Cl № S

H в dt X

о и

с» s

а э

ж -а

3 №

4 6 э

'S

Ol ta

Ж 3 S Я Л

* г

я э л

ы

рэ Е

К •

а> 0-Ж w|

Л Я

О э ж

к в

я э а ж

ТЗ Í» о

-Î И

ж

(I

в

Ё

s

3 ж ж

ж ж

(• л

- • э

м; ск

ь-1 X

U1 э

I Ь

-s S

о. s

> э

'О о

Я

ta s

'С п

•ö s

0 Ы Щ

е i

*. (»

s: ы

и s

ст. о

1 тз ■Э PD

С с »

л э ж -а ►а э а»

•о ж ж •.

(В -

(» а

0 ж

s с»

^ s

si».' Ж

r>j s

1 '»

я

3 sc

0 s

Я

ce -a

- • Э

2 •<;

m и

Ч*> Э

1 Оч

Я

•a о

s ж

я s

. Р s»

4

С jr

cd i-i

(о ГО

Ж I

я о.

<» я з

а я э

л я

a a

в: о

M

с» s

•П I S 3

S 5

1» Ж •. я

s ta

я

си. э Ь

э s л а

i—I р> •е -

Э I Я 3 з >1 I

сх Н

ь тз

3 I»

Pi СХ

ж

ж о

s о

я ^

■a s э

<< m U

3 СХ

04 s: t> э (• Z

ж с»

ж Ь|

ж> s

¿i

i i

э s

Ж (¿I

я

í» I ж

я ж

э з

-3 я -а

it ¡я сх ж

ж с

3 ж о »

4

■S я

S

тз I i»

al Ы Ж В-(> Ж

О С « «

X

ж -< а X 3

К О.

Ж -а

ж <»

<» ж -а ж

S

te 'л

а * "9

р» о Ш

Ж Ь X

Я Ж и

С» Э I»

•а ж я ce s оса л я « •

ass

s 3 -j

i

M X (t о с» sc

X

al ж -а №

CD

ж ж

td

S

о <•

о

t»

с

Ь <»

э ж

Ol я

•а I» f»

Ж 3

ж э

» ч

•¿•а

й ^

о Ж

I о

сх о ь.

Э Ж

я

ш

сх

ж z

э ж

и ж

э «

i -о

5 S

» tr

g g

0 X S3

ж )=«

t» э

1 сх I

с» о ж

тЗ ТЗ Э

X (В ТЗ

Ж ж ¡1) э -а

о Ä

•. s

s а; -

- • ui ^

■а э=

£4 i § я

^ 3 i S

J= я

(t (•

X

я ^

Э "О

ж S

о а

3 ж

04 о X п

э э

§ =

z э

а я

о тз

в 3

ж со Í»

U - •

о з: г ru i

CD

Я О Э

-а я J=

ж э с»

я а> ж

9» » я

U Ï Я С ж

ta с» з

ёэ

a >-з

Ж D XI

(» X (•

а сх

Я Œ Ж

э - • э

X. ja о

ш ел ^

te i s - • о.

э ta vD -а

I Э X

Г? I

п и

z . I

э I

X я з sa

s; в

Ь< VwO

Ж I

Ol

¡a •3 Я

ы <»

Z

DI

Л X

и а: э

•а >

ж «

s ь

а er з

I ж

я ж

g s

(J X э

Ы 43

ж -ж О 3 SI

¡c

X Ol

ж

я э

3 S

á 2 ж а

•а

Ê

ж ж

JL ± ^ |

э N 3 1. 2 N J Л.

± Jl

5

14 ч «

4г V

-L Jl

S

Т V

1

jjL JL

îl

* й

T