Удк 631. 45 Карнаухов В. Н., к т. н

Вид материала

Подобный материал:

УДК 631.45

Карнаухов В.Н., к.т.н. (РУП «Институт мелиорации», г. Минск, Республика Беларусь)

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ ПОЛЕСЬЯ

Приведен анализ современных проблем использования осушенных земель Белорусского Полесья и предложены пути повышения уровня эксплуатации и агротехники на торфяных почвах, обеспечивающие максимальное использование природного азота этих почв и экономию энергоресурсов.

The Presented analysis of the modern problems of the use the dranned lands of the Poles`e development of Belarus and is offered way of increasing level exploitation and agrotehnika on peat ground, providing maximum use the natural nitrogen of these ground and spare power resource.

«Государственная программа возрождения и развития села на 2005-2010 г.» для Республики Беларусь является логическим продолжением незавершенной в 70-80-х годах прошлого столетия программ развития села, осуществляемых при проведении мелиорации земель. Примерно половина выделяемых на мелиорацию средств в тот период шла на строительство объектов производственной и социально-бытовой инфраструктуры. Некоторое отставание в развитии базы стройиндустрии, создаваемой параллельно с проведением работ по мелиорации, в обеспечении специализированной техникой создавало проблему освоения объемов капитальных вложений, выделяемых республике из союзного бюджета. Естественно, что в такой ситуации вопрос поиска резервов и мобилизации собственных средств для капитального строительства не возникал.

В настоящее время ситуация коренным образом изменилась. Рассчитывать на неограниченные объемы инвестиций из государственного бюджета не приходится, поэтому успех реформы во многом зависит от мобилизации всех ресурсов на повышение эффективности производства и использования, образовавшихся в результате внутренних резервов.

Безусловно, важнейшим фактором, определяющим потенциал и устойчивость сельскохозяйственного производства к экстремальным погодным условиям, является состояние почвенного покрова. Применительно к региону Белорусского Полесья его состав и структура характеризуются преобладанием песчаных и рыхло-супесчаных почв, сочетающихся чаще всего с торфяными. Главная особенность последних, применительно к динамике водно-физических и агрохимических свойств, состоит в относительно быстрой их трансформации в направлении от торфяных к зональным песчаным почвам.

В многочисленных публикациях приводятся различные, иногда противоречивые, данные об интенсивности «сработки» торфяных почв, на основании которых строятся и противоречивые управленческие решения по характеру их использования.

После осушения в процессе сельскохозяйственного использования торф постоянно уплотняется, происходит разложение органического вещества и изменение его физических и агрофизических свойств под воздействием природно-климатических и антропогенных факторов. Почвообразовательные процессы, обуславливающие изменение свойств торфяных почв, зависят от комплекса факторов, при этом воздействие каждого из факторов не однозначно и изменяется во времени. То есть влияние каждого из факторов на формирование торфяной почвы различно на каждом этапе ее трансформации.

Суммарное воздействие комплекса факторов на процесс трансформации осушенных торфяников проявляется не одинаково и по глубине. Максимальная интенсивность наблюдается в верхнем слое. С увеличением глубины интенсивность снижается и на глубине более 2 м для глубоко-залежных торфяников практически затухает.

Основными составляющими этого процесса в регионе Полесья являются уплотнение торфяной залежи, нитрификация органического вещества и эрозионные процессы, что приводит к усилению выраженности рельефа и неоднородности почвенного покрова, снижению водоудерживающей способности почв, повышению контрастности их водного режима, а также к снижению органической составляющей почвы.

Динамика этих процессов при интенсивном сельскохозяйственном использовании осушенных торфяников оказалась значимей, чем прогнозировалось, по причине широко распространенной практики возделывания на них пропашных культур даже там, где проектом осушения было предусмотрено только луговое использование мелиорированных земель. К настоящему времени по статистическим данным площади трансформированных торфяных почв в органоминеральные на территории республики занимают около 190 тыс. га.

Следует отметить, что сразу после осушения в основном происходит интенсивное уплотнение торфа, что является положительным свойством, и снижение его мощности под действием капиллярного давления, возросшей нагрузки от массы верхних слоев в результате его обезвоживания и движителей техники. В дальнейшем величина нагрузки от указанных факторов стабилизируется, а деформации уплотнения нарастают с уменьшающейся интенсивностью по аналогии с процессом эквивалентным физическому процессу ползучести. Для ориентировочных расчетов в зоне Полесья величину снижения толщины каждого отдельного слоя торфа S_i можно рассчитать из следующей степенной зависимости [1]

ΔS_i=S_iot^β, (1)

где S_io - деформация уплотнения рассматриваемого слоя через один год после осушения, м; t – количество лет с момента осушения, год; β – опытный коэффициент, зависящий от структуры сельскохозяйственного использования земель (изменяется в пределах от 0,42 для трав до 0,47 для пропашных культур).

В процессе сельскохозяйственного использования осушенных торфяников в результате создания благоприятного водно-воздушного режима для развития аэробных микроорганизмов происходит также и неизбежный процесс минерализации органического вещества. Этот процесс протекает с относительно постоянной во времени интенсивностью в пределах от 2,5 до 5,5 т/га в год и зависит от складывающегося в различные периоды года водно-воздушного режима. Нитрификация органического вещества на первой стадии освоения осушенной торфяной почвы не оказывает значимого влияния на процесс понижения ее поверхности, который в основном определяется уплотнением под действием возникшей в результате осушения нагрузки и формой минерального дна (мощности торфяной залежи).

Например, по данным исследований на опытном участке, используемом под многолетние травы, поверхность торфяной залежи глубиной 1,2 м до осушения и зольностью 8,6% через 45 лет, в результате уплотнения и потери органического вещества в среднем опустилась на 0,64 м. Потеря органического вещества (под травами в основном за счет минерализации) составила около 125 т/га или в среднем 2,8 т/га в год. Средневзвешенная плотность скелета залежи в результате уплотнения увеличилась более чем в два раза с 0,105 т/м³ до 0,215 т/м³, а зольность - до 11,1%. При этом доли опускания поверхности от уплотнения и потери органического вещества залежи соответственно составили 89% и 11%.

В процессе неравномерной осадки поверхности почвы с различной мощностью торфа до осушения, образуется выраженный рельеф с перепадом отметок до 0,8 м (рис. 1).

Содержание органического вещества в торфяной залежи M_i на любой момент времени можно вычислить по следующей простой формуле

M_i=M₀-kt, (2)

где M₀ - содержание органического вещества до осушения, т/га; k - параметр, характеризующий интенсивность уменьшения органического вещества, т/га в год; t - время от момента осушения, лет.

Значения параметра k в зависимости от характера сельскохозяйственного использования торфяной почвы изменяется по данным различных авторов в больших пределах от 3 до 15 т/га и увеличивается с уменьшением процента многолетних трав в севообороте (рис. 2).

Рис.1. Совмещенные поперечные профили поверхности и минерального дна на опытном участке, используемом в севообороте с пропашными культурами

Рис.2. Интенсивность снижения органического вещества в зависимости от

содержания многолетних трав в севообороте на опытном стационаре

При остаточной толщине слоя торфяной почвы менее 35-40 см (критической) начинает формироваться новый тип – органоминеральная почва. Пределы интенсивности убыли органического вещества k на первой стадии ее формирования увеличиваются до 5,5…14,5 т/га в зависимости от содержания многолетних трав в севообороте.

На основании многочисленных экспериментальных данных многие исследователи отмечают, что увеличение интенсивности потерь органического вещества после начала стадии припашки минерального подстилающего горизонта в первую очередь свидетельствует об усилении эрозионных процессов и в особенности дефляции. Таким образом, одним из основных факторов, определяющих увеличение потерь органического вещества на стадии формирования органоминеральных почв, является дефляция, а при образовании выраженного рельефа в результате неравномерной осадки поверхности и водная эрозия.

По исследованиям РУП «Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси» [2] ветровая эрозия определяется характером использования и противоэрозионными мероприятиями. Степень эрозионной опасности возрастает по мере трансформации торфяных почв и образования новых типов органоминеральных почв. Поэтому на дефлированных и дефляционноопасных почвах Белорусского Полесья, где остаточная толщина торфа достигла критического значения, рекомендуется исключать возделывание пропашных культур, а в севообороте предусматривать увеличение площади посевов многолетних трав длительного пользования. Возделывание зерновых, преимущественно озимых, проводить только в период перезалужения. На таких полях, должны применяться системы земледелия, исключающие отвальную обработку почвы, а также другие противоэрозионные мероприятия.

Процессы эрозии на осушенных торфяных почвах наносят серьезный урон в Республике Беларусь, как по недобору урожая, так и в результате заиления открытой мелиоративной сети и особенно рек-водоприемников. Кроме того, интенсивное развитие эрозионных процессов (торфяные бури) значительно ухудшает среду обитания человека, обостряя и без того серьезные экологические проблемы. Понятно, что в каждом регионе эрозия почв проявляется своеобразно и требует специальных исследований эффективности борьбы с ней. Вместе с тем, без таких работ невозможно решить сложный комплекс задач, связанных с повышением продуктивности сельского хозяйства и улучшения экологической обстановки в регионе.

Например, по данным исследований в водосборе р. Морочь в Солигорском районе Минской области на среднем и нижнем участках, где осушено 28,1 тыс. га или около 83% от осушенных площадей всего водосбора (33,9 тыс. га), установлено, что за 30 лет после строительства вследствие трансформации торфяной залежи поверхность прилегающего к водоприемнику пойменного массива понизилась на величину до одного м. Произошла трансформация русла реки-водоприемника Морочь в сторону заиления дна в среднем на 0,7 м. Ресурс водоприемника за истекший срок выработан и русло не может обеспечивать пропуск расчетных расходов в бровках. Анализ гидравлического режима и расчеты, показывают, что только паводком весеннего половодья 10% обеспеченности затапливаются и подтапливаются мелиорированные земли на площади около 14 тыс. га или около 50% от осушенной площади при продолжительности затопления в пределах 25 суток. При сложившемся гидрологическом режиме возможно использование таких земель только под кормовые угодья (многолетние травы) и рискованно их использование под посевы озимых зерновых культур и пропашные. Поэтому затапливаемые и подтапливаемые земли в хозяйствах используются в основном под луга и пастбища, в то время как на остальные земли увеличивается нагрузка за счет зерновых и пропашных, для выполнения доведенных государственных заказов. Так при средней структуре использования осушенных земель состоящей из пашни – 33%, пастбищ и сенокосов – 77%, находящейся в пределах оптимальной, на отдельных площадях в структуре севооборотов пашня часто превышает 70%.

В засушливые периоды наблюдается дефицит влаги, обусловленный отсутствием нормальной системы подачи воды для увлажнения, что значительно снижает урожайность с/х культур на повышенных участках (доля снижения урожайности только от недостатка влаги оценивается в 30%).

Сложившиеся современные возможности управления водным режимом и структура использования земель на повышенных участка с преобладанием пашни приводят к интенсификации ветровой эрозии.

Вместе с тем в программы инвестиций по отдельным районам часто включаются лишь мероприятия по реконструкции отдельных участков мелиоративных систем, площадями от 100 до 350 га. Реконструкция небольших проблемных участков без реконструкции рек-водоприемников или модернизации отдельных систем не улучшает ситуацию в целом. Учитывая, что планируемая цифра инвестиций соизмерима с объемами требуемых затрат на мероприятия по подчистке водоприемника или на модернизацию самотечных систем, это позволяет при сохранении крупных хозяйств или их укрупнении эффективнее использовать средства, выделяемые на реконструкцию в пределах хозяйств.

В тоже время отсутствие прямых инвестиций на проведение противоэрозионных мероприятий по водосбору в целом, в связи с ограниченными возможностями государства, не позволяет комплексно решать возникшие проблемы. Организация и осуществление противоэрозионных мероприятий имеет недостатки связанные, прежде всего с экономическим состоянием производства. В ряде хозяйств и районов мероприятия составлены формально, без учета фактического состояния эрозионно-опасных земель и не включаются в годовые производственно-финансовые планы хозяйств. Не налажена охрана полезащитных лесонасаждений и уход за ними, в результате чего часто часть созданных лесополос со временем повреждается при полевых работах, а также при обработке посевов гербицидами.

Известно, что в течение года гектар лесных насаждений отфильтровывает 35—70 т пыли. Эффективно сорбируются поверхностью растений многие химические загрязнители атмосферы, а также аккумулируются тяжелые металлы, другие примеси. Этому способствуют особенности микроклимата в лесу. Температура воздуха внутри зеленых насаждений в жаркую погоду на 4—8° ниже, чем на открытом месте, одновременно увеличивается относительная влажность воздуха на 15—30%. Увлажненная поверхность растений и пониженная температура приземного воздуха в десятки раз увеличивают скорость осаждения и поглощения газовых и других примесей лесными экосистемами. Высокая пористость гумусового горизонта лесных почв (50—75%) способствует максимальному поглощению воды и ее очистке от химических, органических и бактериологических примесей. Число бактерий в воде, протекающей через лес, снижается в десятки раз по сравнению с водой, поступающей в него, в результате сильно загрязненные поверхностные воды становятся питьевыми.

Поскольку помимо своей прямой защитной функции лесополосы способны в течение своей жизни накапливать определенное количество биомассы, которую, если умело взяться за лесоразведение, можно использовать в деревообрабатывающей промышленности, сельском хозяйстве и даже энергетике. Учитывая, что работы по уходу за лесом и реконструкция лесополос могут высвобождать определенное количество древесины ежегодно, этим необходимо по-хозяйски распорядиться, выводя агролесомелиорацию в регионе на самоокупаемость. Внедрение новых технологий по производству топливных брикетов и пилетов позволяет перевести многие мелкие производства на экологически чистое и дешевое топливо, получаемое из неликвидной древесины.

Одновременно применение противоэрозионных мероприятий в процессе управления почвообразовательными процессами позволяет снизить потребность культур, возделываемых на трансформированных торфяных почвах, в дефицитных органических удобрениях и благодаря этому уменьшить энергоемкость восполнения содержания гумуса в почве.

По данным ВНИИ кормов Российской Федерации [3] для получения 1 т гумуса расходуется 7…11 ГДж. За счет дерновообразовательного процесса при возделывании лугов накопление гумуса на гектар составляет 0,3…0,5 т в год, что благодаря биологическому процессу заменяет расходование в среднем 4 ГДж антропогенной энергии.

Приведем несколько экономических примеров:

- сокращение на 20% непроизводительных потерь органического вещества за счет применения противоэрозионных мероприятий только на трансформированных органо-минеральных почвах на площади 190 тыс. га позволяет уменьшить убыль гумуса на величину до 250 тыс. т ежегодно или сэкономить затраты антропогенной энергии на его восполнение в размере не менее 2,25 млн. ГДж в год. При стоимости природного газа 110$ за 1000 м куб. стоимость его энергии составляет около 3,2 $/ГДж. Тогда стоимость сэкономленной антропогенной энергии на восполнение убыли гумуса по эквиваленту газа составит около 7,2$ млн. в год;

- при использовании противоэрозионных лесозащитных полос из быстрорастущих древесных пород вдоль каналов одновременно и для получения технологической щепы, количество энергии, которое можно получить с энергетической плантации при урожайности 13 т воздушно-сухой биомассы (влажностью 10%) за один год эксплуатации и теплотворной способности 9 МДж/кг, составляет 117 ГДж/га (4 т у.т./га год). При средней плотности лесозащитных полос на мелиоративных системах около 2,5%, с них кроме сельскохозяйственной продукции можно получать одновременно биологического топлива в среднем 2,9 ГДж/га (0,01 т у.т./га) на сумму около 1$/га. Только с площади мелиорированных земель Полесья 1,6 млн. га дополнительно можно получать биологического топлива на сумму 1,6$ млн./год;

- на основании балансовых расчетов, проведенных для опытного участка, сделан укрупненный прогноз, что только в открытой проводящей и регулирующей сети ежегодно откладывается до 6 т/га наносов, поступающих с мелиоративных систем. В свою очередь снижение объемов ремонтных работ на подчистку открытой проводящей сети на 10%, только за счет уменьшения поступления наносов в нее и увеличения межремонтных сроков, позволит уменьшить ежегодную выемку грунта при подчистке каналов на величину 0,6 т/га в год, что с площади мелиоративных систем Полесья составит – 0,96 млн. т/год (1 млн. м³/год). При удельных капитальных затратах на подчистку наносов около 1$ на м³ экономия затрат составит 1$ млн. в год. При этом экономия затрат только на горюче смазочные материалы составит около 0,035$ млн. в год при удельном расходе топлива 0,05 кг/м³и стоимости топлива 0,7$/кг.

Торфяные и органо-минеральные мелиорированные почвы являются наиболее плодородными в республике, а их высокая влагоемкость и достаточное содержание органического вещества позволяют получать высокие урожаи всех сельскохозяйственных культур, в значительно меньшей степени зависящие от природно-климатических факторов, чем для других типов почв. Приведенные выше простые примеры показывают, что применение соответствующего уровня эксплуатации и агротехники на торфяных почвах может обеспечивать максимальное использование природного азота этих почв, что позволит не только получать высокие урожаи, но и экономить материальные и энергетические ресурсы.

1. Черник П.К., Азява Г.В., Авраменко Н.М. и др. Прогноз осадки и сработки торфа // Мелиорация сельскохозяйственных земель в XXI веке: Проблемы и перспективы / Доклады межд. науч.-практ. конф. – Мн., 2007. С 333-336. 2. Черныш А.Ф., Лапа В.В., Касьянчик С.А. и др. Проектирование противоэрозионных комплексов и использование эрозионноопасных земель в разных ландшафтных зонах Беларуси.- Мн., 2005.- 52 с. 3. Кутузова А.А., Зотов А.А, Францева А.А. и др. Фитомелиорация природных кормовых угодий // Кормопроизводство. – 1995. №3.

Blog

Удк 631. 45 Карнаухов В. Н., к т. н