научное обоснование мелиорации земель дальнего востока

ДК 626.8+631.6
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕЛИОРАЦИИ ЗЕМЕЛЬ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
И.С. Алексейко, А.А. Яременко
ФГОУ ВПО ДГАУ, г. Благовещенск, Россия
Дальний Восток представлен различными природно-географическими зонами от
арктических пустынь до лесостепи, от влажного океанического побережья до
континентальных пространств Восточной Сибири и на 75% выражен горным рельефом.
По площади (без республики Саха-Якутия) данная территория (более 3 млн. км2)
занимает 18,2% территории России. Северная его часть находится в зоне многолетней
мерзлоты, над которой имеется деятельный слой с сезонным протаиванием почвы для
сельскохозяйственного производства. В южной части промерзание только сезонное, но на
значительную глубину из-за малого снежного покрова. Регион характеризуется
значительной контрастностью и неоднородностью природных условий в отдельных
частях. Так, если на Чукотском полуострове за теплый период года выпадает менее 150
мм осадков, то в южной части Приморья и отрогах Буреинского хребта – нередко более
800 мм. В южных районах на летний период приходится до 85…90% от годовой суммы
осадков. Общим для мелиоративных зон этой части региона является муссонный характер
выпадения атмосферных осадков, которому присущи значительные по абсолютной
величине и интенсивности дожди (120…180 мм за 5…6 суток), в несколько раз
превышающие аналогичные величины в Нечерноземной зоне Европейской части России.
Приуроченность дождей к периоду вегетации растений обусловливает повышенные,
жесткие требования к срокам отвода избыточной гравитационной воды из пахотного слоя
практически в течение 1, максимум 3 суток в зависимости от возделываемых
сельскохозяйственных культур. Муссонные дожди носят ливневой характер
продолжительностью несколько дней, что вызывает катастрофическое переувлажнение
почв тяжелого механического состава с малой водопроницаемостью. Сумма температур
вегетационного периода изменяется от 1500ºС в северных районах до 3000ºС в южных.
Безморозный период колеблется от 70-100 до 150 дней, а в отдельных районах региона
заморозки возможны в любое время вегетационного периода.
Мелиоративный фонд Дальнего Востока составляет около 14 млн. га, в том числе
почти 80% его сосредоточено в южной зоне. Освоенность мелиоративного фонда
составляет чуть более 5%, осушено 9% нуждающихся в осушении земель, орошение
проведено на площади не более 1,7% (Приморье – 9,4%, Амурская область - основной
сельскохозяйственный район региона – всего 0,3%). По видам мелиорации осушение
открытой сетью каналов на 1 января 2005 г. составило 535 тыс. га – 72%, с устройством
дренажа - 91 тыс. га, орошение – 69 тыс. га и рисовая ирригация – 49 тыс. га. Наибольшая
площадь мелиорированных земель сосредоточена в Приморском крае - 34,4%, Амурской
области – 33% и Хабаровском крае около 21%. Доля северной зоны составляет менее
12%. Из числящихся орошаемых земель 94 тыс. га или 80% находится в Приморском
крае. Следует отметить, что вводимые в эксплуатацию в 1980-е годы оросительные
системы были наиболее капиталоемкими и в настоящее время повсеместно требуют
реконструкции.
Задачи мелиорации земель в южной сельскохозяйственной зоне Дальнего Востока –
Приамурье заключаются в ликвидации избыточного увлажнения почв во второй половине
лета и осенью и в восполнении дефицита влаги в почве весной и в первой половине лета.
Большинство почв отличается маломощным гумусовым горизонтом, тяжелым
механическим составом и отрицательными с позиции мелиорации водно-физическими
свойствами. Пахотный слой подстилается плотными слабопроницаемыми глинами. В
период муссонных дождей в пахотном слое надолго задерживается верховодка. Корневая
система растений почти не проникает в подпахотные слои. Маломощный активный слой
почвы быстро пересыхает при засухе и переувлажняется при дождях. Ранние культуры в
этих условиях чаще всего угнетаются засухой и дают низкие урожаи. Поздние культуры
испытывают вредное воздействие сначала засухи, а в период формирования урожая –
избыток влаги в почве. В целом для Приамурья нужна мелиорация земель с
двусторонним регулированием водного режима почв.
В северных районах потребуется вовлечение в сельскохозяйственный оборот
целинных земель, освоение которых возможно только после проведения мелиоративных
работ. Основную часть мелиоративного фонда земель северных районов занимают
торфяные мерзлотные, торфяные длительно сезонно-мерзлотные и легкие по
гранулометрическому составу пойменные почвы. Вовлечение в сельскохозяйственное
производство пойменных земель связано со строительством дорогостоящих дамб
обвалования. Целесообразно осваивать в основном торфяные почвы, особенности свойств
и режимов которых делают малоэффективными применение традиционных приемов
мелиорации земель.
Данные стационарных наблюдений в Комсомольской Хабаровского края и ЗеяТындинской Амурской области мелиоративных зонах свидетельствуют о
недостаточности в условиях муссонного климата ускорения стока по поверхности почвы,
то есть сброса только тех избыточных вод, которые не впитались в почву. Необходимо
обеспечить интенсивное ускорение внутреннего стока – удаление избыточной
гравитационной воды, профильтровавшейся в почву. По данным наблюдений на опытнопроизводственном стационаре «Эльбанский», во влажные годы продолжительность
стояния гравитационной воды в пахотном слое длительно сезонномерзлых торфяных
почв на участке закрытого дренажа с расстоянием между дренами 10 и 15 м при
расположении дрен ниже глубины промерзания почв колебалась от 1 до 3 суток, тогда
как на участке с открытой сетью каналов через 100 м, отводящей в лучшем случае только
сток по поверхности почвы, переувлажнение почвы отмечалось в течение 48 суток. На
дренированных участках в эти годы собирали по 17…19 ц/га овса, на участке с открытой
сетью каналов он полностью вымок. Аналогичные данные по эффективности открытой
сети каналов и закрытого дренажа получены нами при осушении торфяных мерзлотных
почв на Тындинском стационаре.
Установлено, что в условиях атмосферного питания с интенсивностью 20…27
мм/сутки закрытый дренаж глубиной 1,0 м с расстоянием между дренами 10 м в годы
различной увлажненности обеспечивал устойчивое понижение уровня грунтовых
надмерзлотных вод до нормы осушения из условия проходимости сельскохозяйственной
техники за 3…4 суток. Дренаж с расстоянием между дренами 23 м, а также глубокий
дренаж (1,3 м) во влажный год не обеспечивал рекомендуемые для овощей и пропашных
культур нормы и режим осушения. Открытую сеть осушительных каналов необходимо
выполнять для предварительного осушения торфяных мерзлотных почв и подготовки земель к строительству закрытого дренажа.
Для раннего включения закрытого дренажа в работу, когда дрены находятся в
мерзлом грунте, предложена конструкция обратной засыпки из слаборазложившегося
торфа и полосы минерального грунта шириной 3…4 м, добавляемого в пахотный слой
торфяных мерзлотных почв дозой около 800 м3/га. При такой конструкции дренажа
обеспечивается накопление влаги в призме оттаивания над дреной, ее фильтрация через
мерзлую слаборазложившуюся прослойку и отвод излишней влаги дренажем в первой
половине лета. В этот период дренаж работает по типу закрытого собирателя и
сбрасывает гравитационную влагу только из протаявшего поверхностного слоя.
При осушении торфяных почв Дальнего Востока в результате образования на
поверхности пересохшего слоя торфа, выполняющего роль теплоизолятора для глубоких
слоев, наблюдается уменьшение глубины сезонного оттаивания (протаивания для
мерзлотных почв). Кроме того, торфяной слой обладает рядом отрицательных свойств,
препятствующих осушению, то есть необходимы мероприятия по регулированию
теплового режима осушаемых торфяных мерзлотных почв. Основным приемом коренного улучшения этих почв является обогащение пахотного слоя минеральными
компонентами. Рекомендуется в овощном севообороте вносить 400…600 м3/га
минерального грунта. На мелкозалежных торфяниках с учетом водно-физических свойств
подстилающего минерального грунта можно проводить трансформацию путем глубокой
вспашки. Этот прием положительно влияет на свойства, режимы и продуктивность
торфяных почв Дальнего Востока следующим образом:
повышает плотность пахотного слоя, что улучшает условия проведения
сельскохозяйственных работ, повышает несущую способность торфяников, снижает
пожароопасность;
увеличивает теплопроводность и температуропроводность, снижает теплоемкость
пахотного слоя, что способствует усилению оттаивания торфяных почв. Весенние
полевые работы можно начинать на 11…20 дней раньше, чем на обычных осушенных
торфяниках;
улучшает тепловой режим пахотного слоя, прежде всего, в первой половине лета,
когда в почвенном профиле сохраняется мерзлота. Температура пахотного слоя на
участках с минеральными добавками весной и в первой половине лета устойчиво на
1,5…2ºС выше, чем на неминерализованных торфяниках. В связи со снижением
амплитуды суточных колебаний температуры заметно уменьшается опасность
повреждения и гибели сельскохозяйственных культур от радиационных заморозков.
В совокупности, как об этом однозначно свидетельствуют данные в общей
сложности более 20 лет исследований, все перечисленное выше обеспечивает повышение
продуктивности мелиорируемых торфяников и увеличение урожайности всех
возделываемых сельскохозяйственных культур от 30 до 70%.
Затраты на доставку и внесение минерального грунта в овощном севообороте
окупаются за 1…3,5 года и, таким образом, ускоряют окупаемость вложений в
строительство мелиоративных систем. Следует подчеркнуть природоохранное значение
добавок минерального грунта в пахотный слой торфяных почв. Пожароопасность в этом
случае снижается. Внесение минеральных добавок целесообразно дополнять устройством
вертикальных противопожарных экранов из минерального грунта, совмещая их с
траншеями закрытых коллекторов и отдельных дрен.
Для южной зоны Дальнего Востока – Приамурья при производстве
сельскохозяйственной продукции определяющими являются осушительные мелиорации,
основой надежного устойчивого действия которых служит закрытый дренаж. Особо
следует подчеркнуть, что надежное осушение закрытым дренажом не только исключает
избыточное увлажнение почв в дождливые годы, но и, обеспечивая возможность
своевременного проведения полевых работ, прежде всего, зяблевой вспашки,
подготавливает условия для высокопроизводительного использования земель в
следующем году.
На подавляющих площадях Приамурья открытая осушительная сеть, построенная,
как правило, 20…30 лет назад, во многом себя исчерпала. Поэтому первоочередная
задача заключается в проведении реконструкции на новом техническом уровне.
Выполнение
ее
может
быть
осуществлено
лишь
с
использованием
высокопроизводительных бестраншейных дреноукладчиков типа МД-4 и МД-5 и
применением пластмассовых гофрированных дренажных трубок, позволяющих в
несколько раз повысить производительность труда при устройстве дренажа. Выявлено,
что осушающее действие такого дренажа в тяжелых оструктуренных и торфяных почвах
не ниже, а даже выше, чем обычного траншейного дренажа, устраиваемого экскаватором
ЭТЦ-202А. Это связано с наличием в профиле тяжелых оструктуренных почв Приамурья
на глубине 50-100 см иллювиального горизонта повышенной водопроницаемости,
отсутствием в них эффекта «зализывания» стенок щели под воздействием пассивного
рабочего органа бестраншейного дреноукладчика во всем диапазоне естественной
влажности почв; обсыпкой
пластмассовой трубы, располагаемой в кротовине,
выполненной более широким рабочим органом бестраншейного дреноукладчика, слоем
растительного грунта толщиной до 3 см при строительстве закрытого дренажа на пашне
или разрушенным грунтом оструктуренного иллювиального горизонта в остальных
случаях; исключением дополнительного сопротивления проникновению воды в дрены,
появляющегося при строительстве обычного закрытого дренажа за счет засыпки траншей
дрен перемятым, как правило, переувлажненным, слоем почвы с потерянной природной
оструктуренностью и, соответственно, пониженной водопроводящей способностью.
Обоснована возможность устройства бестраншейных пластмассовых закрытых дрен
в тяжелых оструктуренных и торфяных почвах без защитно-фильтрующих материалов.
Минимальный слой наилка в пределах гофр в ежегодно вскрываемых в течение 3 лет
пластмассовых дренажных трубках без стеклохолста с диаметром водоприемных
отверстий 3,6 мм отмечался на стационарах «Зарево» и «Богучанский». Практически
полное отсутствие наилка отмечалось в трубках без стеклохолста с диаметром
водоприемных отверстий 1,6 мм, вскрытых после 10 лет устойчивой работы дрен на
ДалъОМСе Хабаровского края, а также в гончарных трубках без защитно-фильтрующих
материалов после 10 лет надежной работы дрен на опытно-производственной системе в
колхозе «Приамурье» Амурской области. В то же время наблюдалось заиление
аналогичных пластмассовых дрен, уложенных в супесчаных и легкосуглинистых слоях
тяжелых пойменных почв, на три четверти в течение 2-3 месяцев после строительства
дренажа.
Условием возможности укладки бестраншейных пластмассовых трубок с
диаметром водоприемных отверстий 3,6 мм в тяжелых оструктуренных почвах Дальнего
Востока без защитно-фильтрующего материала является превышение 60%-го диаметра
агрегатного состава иллювиального и переходного к почвообразующей породе горизонтов на глубине
100…130 см необходимого минимального диаметра
сводообразующих частиц (Д = 1,3…1,4 мм).
Вместе с тем, задачу осушения почв в наших условиях экономически
нецелесообразно и технически нереально решать только закрытым дренажем. Он должен
дополняться комплексом мер, направленных на ускорение стока по поверхности почвы и
увеличение водопроводящей и водоотдающей способности слабопроницаемых
подгумусовых горизонтов. Разработан дифференцированный комплекс дополнительных к
закрытому дренажу мер на основе их оценки как объектов осушения. В зависимости от
особенностей свойств и режимов почв дополнительные меры должны включать:
выравнивание осушаемых земель, состоящее из засыпки выраженных бессточных
понижений грунтом из отвалов каналов, оставшихся понижений и послестроительных
неровностей в пределах мощности гумусового слоя длиннобазовым планировщиком;
срезка 10-см подпахотного слоя на 8-метровой разворотной полосе ниже участка
поля для обеспечения оттока воды из борозд, гряд и гребней;
периодическое, 1 раз в 3 года, глубокое мелиоративное рыхление тяжелых почв,
строго дифференцированное в зависимости от агрофизических свойств подпахотных
горизонтов;
возделывание овощей, картофеля, корнеплодов на грядах или гребнях;
залужение откосов каналов по слою растительного грунта с устройством
водосборных воронок.
В условиях фактически ежегодного дефицита атмосферных осадков весной и в
первой половине лета получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных
культур практически невозможно без увлажнения осушаемых земель. Однако
продуктивность дорогостоящего гектара орошаемых земель Дальнего Востока осталась
недостаточной, и, в целом, не превышала продуктивности земель с осушительной сетью.
Основной причиной столь неудовлетворительного использования этих земель является
низкий технический уровень оросительных систем, отсутствие научно обоснованного
режима орошения.
Повышенная трудоемкость при эксплуатации систем с переносными напорными
трубопроводами, сложность использования широкозахватной техники в условиях
муссонного климата при возделывании овощных культур на грядах или гребнях,
ограниченная возможность применения ДДА-100МА - все это, в конечном итоге,
привело к тому, что систематически орошалась лишь незначительная часть земель с
осушительно-увлажнительной сетью.
Более того, даже в тех случаях, когда орошение сельскохозяйственных культур
было более менее систематическим, в отдельные годы оно не давало эффекта. Как было
выяснено, причиной этого является несоответствие принятого традиционного
прерывистого режима орошения особенностям выпадения атмосферных осадков в
условиях муссонного климата. Даже при небольших по величине дождях в последующие
после полива нормой 250…300 м3/га дни такой режим орошения не позволяет
своевременно проводить полевые работы по борьбе с сорняками и осуществлять
подкормку посевов минеральными удобрениями. При обильных дождях к упомянутому
добавляется усугубленное поливом переувлажнение почвы. В опытных условиях в 40%
случаев орошение сельскохоэяйственных культур не давало эффекта, хотя режим
орошения на опытных участках выдерживался достаточно строго. В итоге в отдельные
годы негативные последствия не компенсируются прибавкой урожая.
Таким образом, в условиях муссонного климата, при котором возможно выпадение
значительных по величине атмосферных осадков, способных переувлажнить почву после
практически любого засушливого периода, традиционный прерывистостый режим
орошения сельскохозяйственных культур «в запас», предполагающий понижение
влажности почвы к моменту следующего очередного полива до нижнего предела
оптимального увлажнения, непригоден. При таком климате влагозапасы в почве
целесообразно поддерживать на уровне или несколько выше нижнего предела
оптимального увлажнения с обеспечением максимально возможной аккумулирующей
емкости на случай непредсказуемого выпадения обильных муссонных дождей путем
частого орошения малыми поливными нормами. Проведенные на землях
Дальневосточной опытно-мелиоративной станции, в совхозе имени Ленина Хабаровского
района Хабаровского края, Корсаковском стационаре Приморского края и Волковском
модульном участке Амурской области исследования по увлажнению осушаемых земель
ежедневным и синхронно-импульсным дождеванием полностью подтвердили гипотезу о
необходимости перехода в условиях муссонного климата от традиционного прерывистого
режима орошения сельскохозяйственных культур (прежде всего овощей) к орошению
малыми поливными нормами. Эффект от орошения был устойчивым в течение всех лет
исследований. Абсолютные величины урожайности сельскохозяйственных культур при
орошении малыми поливными нормами составили: капусты - 500…800 ц/га, томатов 400…600 ц/га, огурцов - 180…400 ц/га, сои - 18…24 ц/га, моркови - 470 ц/га.
Орошение овощных культур малыми поливными нормами, с одной стороны,
предъявляет повышенные требования к конструкции увлажнительных систем в
отношении обеспечения мобильного практически ежедневного орошения нормой 30…60
м3/га, равной величине испарения за предыдущие сутки с учетом выпавших осадков на
всей орошаемой площади, с другой стороны, позволяет рационализировать конструкцию
увлажнительных систем, упростить автоматизацию процесса орошения, решать задачу не
только пополнения влагозапасов в почве, но и в определенной степени регулировать
температуру и относительную влажность приземного слоя воздуха.