6.2.7.5. Мелиорация и освоение полугидроморфных почв

Методы осушительных мелиораций и способы осушения в зависимости от почвенных условий

Цель осушительной мелиорации – устранение избыточного увлажнения почв и поддержание оптимального водного режима агроценозов путем комплексного применения гидротехнических, культуртехнических, агротехнических, агрохимических и других меороприятий.

В зависимости от почвенно-мелиоративных и ландшафтно-экологических условий , а также от уровня интенсификации производства, экономических и хозяйственных факторов методы осушения реализуются теми или иными способами, что показано в таблице….

Таблица

Методы и способы осушения болотных почв по Б.С. Маслову

Тип водного	Метод осушения	Способ осушения
Атмосферный	Ускорение поверхностного стока. Повышение инфильтрующей и аккумулирующей способности почв	Открытые и закрытые собиратели, ложбины, профилирование, планировка, бороздование, грядование и гребневание поверхности, мелкозагонная вспашка. Кротование, щелевание, глубокое рыхление, глубокая вспашка, рыхление подпахотного горизонта, глубокое мульчирование.
Грунтовый	Понижение уровня грунтовых вод. Перехват и уменьшение потока грунтовых вод	Открытый и закрытый горизонтальный дренаж, кротовый и щелевой дренаж, вертикальный дренаж, углубление естественных дрен (реки, ручьи). Ловчие каналы, антифильтрационные завесы.
Грунтово-напорный	Понижение пьезометрических уровней на осушаемой и прилегающей территориях	Глубокий горизонтальный дренаж, вертикальный дренаж. Водозабор подземных и напорных грунтовых вод
Склоновый	Перехват делювиальных вод. Уменьшение делювиального стока	Нагорные каналы, перехватывающие дрены, защитные дамбы. Противоэрозионные мероприятия — вспашка поперек склона, лунковаиие, лесонасаждение, создание прудов, лиманов
Намывной-аллювиальный	Ускорение руслового стока и его разгрузка. Защита территории oт затопления	Расчистка, спрямление, углубление, расширение русла. Устройство водохранилищ, перехват воды каналом и сброс ее ниже осушаемой территории. Обвалование водоисточников

Гидротехнические мероприятия. При заболачивании почв грунтовыми водами метод осушения заключается в понижении уровня грунтовых вод, что достигается устройством различных видов дренажа (открытого и закрытого горизонтального, кротового и щелевого, вертикального)

Открытый дренаж применяют для понижения грунтовых вод при уклонах поверхности менее 0,001 при содержании в грунтовых водах закисного железа более 10-14 мг/л, на щебнистых почвогрунтах, а также для предварительного осушения болотных торфяных почв с последующим строительством закрытого дренажа. Частота и глубина каналов зависит от количества от количества воды, скорости ее движения по поверхности и внутри почвы, глубины грунтовых вод и нормы осушения. На лугах и пастбищах глубина осушительных каналов составляет около 0,8-1,0 м, на полевых угодьях 1,0 – 1,2, в садах - 1,2-1,4 м. Длина каналов 600-1200 м, уклон дна 0,0005-0,005.

При осушении земель под искусственные сенокосы и пастбища межканальные расстояния составляют: на среднесуглинистых 60-70 м, на легких суглинках – 70-80, на супесях 80-90, на низинных торфах – 70-100 м.

Глубина проводящих каналов определяется условиями сопряжения открытых осушителей и коллекторов в вертикальной плоскости. Открытый дренаж применяется там, где по тем или иным причинам невозможно устройство закрытого дренажа. Последний имеет значительные преимущества перед открытым дренажом, в частности: значительное повышение коэффициента использования земли, снижение затрат на эксплуатацию мелиоративных систем, более эффективное регулирование водного режима.

Для устройства закрытого дренажа используют дренажные трубы из различного материала и разных конструкций.

Расстояние между закрытыми осушителями по сравнению с открытыми сокращается в 2-3 раза. Для мелкого дренажа они колеблются от 10 до 50 м.

Широко распространен гончарный дренаж, который строят из керамических труб длинной 33 см, диаметром 5-10 см. Длинна дренажных линий обычно равна 150-200 м, уклон 0,002 – 0,004, но не более 0,01. Скорость движения воды 0,25 - 1 м/с. При более высокой скорости возможен размыв почвогрунта в стыках дрен, а при более низких – заиливание и заохривание.

Гончарный дренаж энергично вытесняется более прогрессивным - пластмассовым. При строительстве такого дренажа пластмассовая перфорированная непрерывная труба протаскивается в полость грунта, образуемую при движении дреноукладчика. Этот способ, помимо технических преимуществ, экологически наиболее целесообразен, поскольку при строительстве не нарушается строение почвы и не происходит выноса на поверхность почвообразующей породы.

Использование закрытого дренажа имеет определенные недостатки и ограничения. В процессе эксплуатации закрытых дренажных систем возникает опасность закупорки дренажных труб гидроокисью железа, что происходит в зонах выклинивания грунтовых вод с повышенным содержанием железа. Попадая в дренах в зону аэрации, железо окисляется и выпадает в осадок, вызывая их закупорку. Как правило, закупорка дрен происходит в сильноожелезненных почвах пойм, легких почвах притеррасных депрессий и склонов с ортзандовыми и рудяковыми горизонтами, т. е. там, где выклиниваются или подходят близко к поверхности грунтовые воды, обогащенные железом. В песчаных и супесчаных почвах, заболоченных слабоминерализованными грунтовыми водами (без ортзандовых и рудяковых горизонтов), а также в суглинистых и глинистых подзолистых почвах поверхностного заболачивания закупорки дрен не происходит. Следовательно, чем выше концентрация двухвалентного железа в почвенно-грунтовых водах, тем больше опасность закупорки дрен.

Ниже, в соответствии со сложившимися представлениями, приводятся количественные показатели оценки опасности закупорки дренажа по содержанию железа в грунтовых водах и профилактические мероприятия (табл. 10).

Первый порог содержания закисного железа в грунтовых водах, при котором возможна закупорка перфораций дренажных пластмассовых труб, составляет 3-6 мг/л. При содержании F²⁺ 6-12 мг/л возможно образование железистых пробок в дренажных непластмассовых трубах. Эффективным профилактическим мероприятием при этой концентрации железа является увеличение уклона дрен до 0,005 -0,007 и более с целью выноса из них свежеосажденной гидроокиси железа, что происходит при скорости потока более 0,35 м/с.

При концентрации F²⁺ в грунтовой воде 12-25 мг/л помимо увеличения уклона дрен целесообразна обкладка дрен известковыми засыпками, которые создают щелочной барьер для железа. При более высоких концентрациях железа данный прием следует применять с осторожностью во избежание образования железистой капсулы вокруг дрен и соответственно снижения приточности воды к ним.

При концентрации F²⁺ 25-50 мг/л целесообразно применение дрен более крупного диаметра.

При насыщенности грунтовых вод железом более 50 мг/л, когда происходит интенсивное охрообразование в дренажных трубах и интенсивное ожелезнение почвы, необходим перехват потока ожелезненных вод системой открытых ловчих каналов или переход к открытому дренажу.

Возможности использования гончарного и пластмассового дренажа ограничены в районах с длительно-сезонно-мерзлотными и постоянно мерзлотными почвами вследствие образования ледовых пробок, перекрывающих дрены.

Кроме рассмотренных существует еще целый ряд редко применяемых видов материального дренажа: деревянный, фашинный, каменный.

Для снижения уровня грунтовых и напорно-грунтовых вод применяют также вертикальный дренаж, для которого пригодны территории с мощными торфяниками и легкими минеральными почвами, подстилаемыми песчаными отложениями мощностью более 15 м. При этом водонасыщающий горизонт должен обладать достаточной водопроводимостью, а выше его или в его толще нет глинистых водоупорных прослоек.

Определенное распространение имеет кротовый дренаж, образуемый кротовыми (земляными) дренами с целью удаления избыточной гравитационной влаги за пределы осушаемой территории. Кротове дрены имеют диаметр 5-10 см в минеральных и 10-20 см в торфяных почвах. Для устройства такого дренажа используют крот-дренеры различных конструкций, способные формировать дрену на глубине 0,8-1,6 м.

Кротовый дренаж можно закладывать лишь в суглинистых и глинистых почвах при влажности, лежащей в интервале пластичности. При этом устойчивость кротовых дрен зависит от водопрочности почвенной структуры. В болотно-подзолистых почвах длительность действия кротового дренажа меньше года вследствие низкой их агрегатности и в результате быстрой размываемости и заиления дрен. Устройство кротового дренажа возможно лишь при таком уровне агрегатности почв, при котором срок службы дрен составляет 3-4 года и более. Прогноз устойчивости кротовых дрен дается на основе данных интенсивности размокаемости в воде почвенных агрегатов по методу Ф.Р. Зайделмана.

Устойчивость кротовых дрен в органогенных почвах зависит от степени разложения торфа. При разложении менее 30% они вполне устойчивы, более 50% - неустойчивы, при степени разложения 30-50% - малоустойчивы и устойчивы.

Мероприятия по ускорению поверхностного стока. Наряду с рассмотренными способами коренного регулирования водного режима гидроморфных почв существует еще целый ряд мероприятий, повышающих эффективность осушительных мелиораций. К таким относятся мероприятия по ускорению поверхностного стока: устройство ложбин, узкозагонная вспашка, бороздование, гребневание, грядование, планировка, профилирование, а также мероприятия по улучшению водно-физических свойств подпахотных горизонтов: глубокое рыхление, химическая мелиорация, кротование и другие. Все эти мероприятия применяются на плохо водопроницаемых глинистых и тяжелосуглинистых почвах.

Ложбины — неглубокие (от 10 см — в начале до 50 см — в конце), очень пологие каналы. Их применяют для стока поверхностных вод на почвах, используемых в основном под луга и пастбища. Ложбины устраивают грейдером и другими орудиями на расстоянии 50—1000 м с уклоном 0,001—0,0008. При очень пологих откосах они не мешают проходу сельскохозяйственных машин и орудий. Во избежание эрозии ложбины должны быть засеяны устойчивыми к переувлажнению травами.

Узкозагонная вспашка. При узкозагонной вспашке всвал образуются широкие гряды с разъемными бороздами, по которым поверхностные воды стекают за пределы осушаемого поля. При уклонах менее 0,005 ширина загонов. составляет 10—12 м, а при уклонах более 0,005—24 м. На полях с уклоном менее 0,01 узкозагонную вспашку выполняют в направлении уклона, более 0,01 — под углом к уклону.

Бороздование. Бороздование выполняют после вспашки или сева бороздоделателями или однокорпусными плугами на глубину 25—30 см с расстоянием 8—20 м.

Гребневание и грядование применяют при возделывании овощных и пропашных культур. Гребни нарезают вдоль уклона четырехкорпусным плугом со снятыми первым и третьим корпусами. Высота гребней 13—15 см. Гряды высотой 30—60 см нарезают грядоделателями. После нарезки гряд и гребней прокладывают временные поперечные водоотводящие борозды.

Планировка — выравнивание микрорельефа поверхности специальными планировщиками. При планировке необходимо сохранять гумусовый горизонт и вносить большие дозы органических удобрений (40—80 т/га). Это условие особенно важно на слабогумусированных с небольшим гуму­совым горизонтом дерново-подзолистых почвах.

Профилирование. Профилирование применяется на безуклонных территориях с целью придания им направленного уклона. Профилирование создается при планировках или многократных узкозагонных вспашках.

Глубокое рыхление (на глубину 0,6-0,9 м) применяют на заболоченных почвах, коэффициент фильтрации которых менее 0,1—0,3 м/сут на фоне дренажа. Рыхление заболоченных недренированных почв вызывает аккумуляцию гравитационной влаги в профиле почвы выше подошвы рыхления и как следствие еще более глубокое переувлажнение почв. При этом затягиваются сроки сельскохозяйственных работ, происходит вымокание растений после осадков, снижение или гибель урожая.

Эффективность рыхления зависит от генезиса и состава почвообразующих пород и оподзоленности. На почвах, сформированных на лессовидных отложениях мелиоративное рыхление оказывает длительное последействие (до 12-14 лет), если не используется тяжелая колесная техника. В то же время глубокое рыхление почв, развитых на кислых озеро-ледниковых ленточных глинах малоэффективно из-за быстрого заиливания и высокой набухаемости. Эффект последействия не превышал 1-3 лет.

При рыхлении почв с подзолистыми горизонтами обязательно применение больших доз извести и органических удобрений.

Чизелевание. Данный прием приобретает все более широкое примение для разрушения уплотненных подпахотных горизонтов на глубину до 40-45 см. Он осуществляется с помощью специальных чизельных плугов.

Окультуривание и использование осушаемых почв

Окультуривание осушаемых почв начинается с выбора рациональной системы обработки почвы. Для осушаемых почв с оглеенными подзолистыми и иллювиальными горизонтами создание достаточно мощного пахотного слоя имеет особое значение, поскольку определяет успех мелиорации в целом. Создать такой слой путем постепенного припахивания в короткий срок невозможно, особенно на почвах с невысоким естественным плодородием с мощностью гумусового горизонта менее 17 см. Припахивание оглееных и подзолистых горизонтов более 2-3 см приводит к резкому ухудшению пахотного слоя. В подобных условиях задача решается сочетанием отвальной вспашки с безотвальной обработкой, которая может выполняться различными рыхлителями на глубину до 30-35 см. При высокой уплотненности переходных горизонтов интенсификация мелиоративного процесса достигается сверхглубоким рыхлением до 0,6-0,9 м специальными мелиоративными рыхлителями.

Увеличение мощности пахотного слоя и разрыхление подпахотных горизонтов способствует более быстрому поглощению почвой воды, предотвращая ее застой, повышая эффективность дренажа. Уменьшение плотности и соответственно увеличение влагоемкости позволяет оптимизировать водный режим агроценозов в засушливый период за счет повышения запасов влаги.

Одновременно с улучшением водного режима почвы при глубоких обработках создаются более благоприятные условия воздушного режима, что весьма важно, учитывая что на мелиорируемых почвах даже при интенсивном осушении дренажопористость аэрации нередко снижается до 10-15%.

Эффективность обработки почвы в мелиоративный период зависит от того, насколько тесно она сопряжена с известкованием, внесением навоза и другими агротехническими мероприятиями, определяющими процесс окультуривания почвы. Чем менее благоприятны свойства почвенных горизонтов, вовлекаемых в пахотный слой, тем выше дозы извести и органических удобрений, приходящихся на каждый сантиметр припахиваемого слоя.

Механическая обработка почвы в мелиоративный период наряду с задачами создания культурного пахотного слоя должна способствовать отводу избыточной воды по поверхности почвы, пахотному и подпахотному слоям, что в той или иной мере достигается специальными приемами (профилированием, бороздованием, гребневанием и др.). При этом особую роль играет планировка поверхности. Ее применение необходимо при наличии микропонижений, которые вызывают застой поверхностных вод и резкое снижение урожайности. Даже сравнительно малотребовательные культуры при глубине микропонижений 10-15 см снижают урожайность на 15-30% по сравнению с ровной поверхностью. В более глубоких понижениях (25-30 см) растения нередко погибают.

При наличии замкнутых микропонижений целесообразно выборочное бороздование. Борозды глубиной 25-30 см прокладывают бороздоделами и выводят в каналы открытой осушительной сети. Бороздование проводят после вспашки (при подъеме зяби) или сразу же после посева озимых или яровых культур.

В условиях низкой теплообеспеченности при возделывании пропашных культур особое значение приобретает гребневая и грядовая обработка, особенно на тяжелых по гранулометрическому составу почвах. Ею достигается значительное улучшение водно-воздушного, теплового и питательного режимов. Преимущества грядования и гребневания резко проявляются в годы с избыточным количеством осадков. Высота гребней и гряд зависит от мощности пахотного слоя и применяемых орудий обработки и составляет от 15 до 25 см. Гряды и гребни нарезают весной при предпосевной обработке, но можно проводить грядовую и гребневую вспашку при осенней обработке почвы.

Большая часть мелиорируемых почв таежно-лесной зоны характеризуется повышенной кислотностью. Создание осушительного дренажа, увеличение внутрипочвенного стока способствует повышению выноса ионов кальция и магния. Подкислению почв способствует также применение физиологически кислых удобрений. Ежегодный вынос кальция с фильтрующимися водами составляет от 60 до 800 кг/га в зависимости от гранулометрического состава и степени окультуренности. Большой вынос оснований из мелиорируемых почв связан также с тем, что большинство их, будучи слабоокультуренными, имеют невысокую емкость поглощения. В соответствии с многочисленными опытными данными значительное и длительное действие известкования наблюдается лишь при высоких нормах извести. Наиболее целесообразно рассчитывать их, исходя из нейтрализации полной гидролитической кислотности.

Особая роль при освоении минеральных почв принадлежит органическим удобрениям, которые не только служат источником питательных веществ для растений, но и улучшают водный, воздушный и питательный режимы почвы и способствуют восстановлению плодородия, нарушенного при производстве мелиоративно-строительных и культуртехнических работ. Без них невозможно решать задачи по увеличению мощности пахотного слоя. Довольно многочисленные опытные данные по испытанию различных доз навоза (30,60,80,120 т/га) на дерново-подзолистых глееватых почвах свидетельствуют, что значительное их улучшение происходит при ежегодном внесении в мелиоративный период дозы 60 т/га и более. При этом отмечается существенное снижение плотности пахотного слоя, повышение пористости, влагоемкости, увеличение продолжительности периода с оптимальным увлажнением в годы с повышенным количеством осадков, снижается кислотность, возрастает содержание гумуса, в особенности доля гуминовых кислот. Последнее обстоятельство способствует уменьшению подвижности органноминеральных соединений и сокращению их потерь вследствие выщелачивания. При дозе органических удобрений 30 т/га эти изменения проявляются значительно слабее.

Высокая эффективность органических удобрений на мелиорируемых почвах доказывается высокой удельной окупаемостью их продукцией, которая мало снижается с увеличением доз от 30 до 100 т/га.

Большое значение при использовании осушаемых почв имеет возделывание сидеральных культур с последующей их запашкой в почву. В качестве пожнивных сидеральных культур, высеваемых после уборки озимой ржи, ячменя, весьма эффективны рапс, сурепка, масличная редька, белая горчица.

Применение органических удобрений на осушаемых почвах должно сочетаться с внесением минеральных удобрений в первые же годы, поскольку процесс мобилизации азота и фосфора из органических веществ идет медленно.

На мелиорируемых минеральных почвах могут вводится те же севообороты, что и на автоморфных почвах (полевые, кормовые, овощные, лугопастбищные). При этом важное значение имеет участие в севооборотах многолетних трав, доля которых увеличивается от Центрального к Северо-Западному и Северному районам. В частности, в Северном районе целесообразно вводить лугопастбищные, а также полевые севообороты с насыщением многолетних трав на 28-30% при интенсивном их возделывании.

Введению севооборотов часто предшествует использование вновь осваиваемых земель под предварительные культуры, обычно кормовые. При этом темпы окультуривания почв зависят от уровня интенсивности возделывания этих культур. При организации культурных пастбищ на осушаемых землях, выпас скота можно проводить при уровне грунтовых вод не выше 60-65 см от поверхности.