Влияние капельного орошения донской водой на физико-химические свойства черноземов обыкновенных

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(02), 2011 г. УДК 631.674.6:631.67.03:631.41

Л. А. Воеводина

ВЛИЯНИЕ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ ДОНСКОЙ ВОДОЙ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ ОБЫКНОВЕННЫХ

В статье приводятся результаты исследований влияния капельного орошения на физико-химические свойства почв. Проведена оценка поливной воды с точки зрения ее влияния на возможные негативные почвенные процессы, эксплуатационные качества систем капельного орошения, урожайность культуры и почвенную водопроницаемость. Установлено, что при капельном поливе водой из реки Дон существенного влияния на засоление и солонцеватость почв не оказывалось. По окончании поливного сезона отмечалось уменьшение содержания общего количества водорастворимых солей и обменных катионов, за исключением водорастворимых гидрокарбонатов и обменного кальция в верхнем слое 0-20 см.

Ключевые слова: качество воды, поливная вода, капельное орошение, свойства почвы, чернозем, водорастворимые соли, обменные катионы.

L. A. Voevodina

EFFECT OF DRIP IRRIGATION ON PHYSICAL AND CHEMICAL SOIL PROPERTIES OF CHERNOZYOM USING THE WATER FROM RIVER DON

The paper presents the results of researching into the effect of drip irrigation on physical and chemical soil properties. The irrigation water was estimated from the viewpoint of its influence on possible negative soil processes, performance of drip irrigation systems, culture yield and water permeability. It was established that drip irrigation using water from river Don didn’t affect significantly on soil salinity and alkalinity. At the end of irrigation season the decreasing of total content of water-soluble salts and exchangeable cations with the exception of water-soluble hydro carbonates and exchangeable calcium in topsoil 0-20 cm was observed.

Keywords: water quality, irrigation water, drip irrigation, soil properties, chernozyom, water-soluble salts, exchangeable cations.

Капельное орошение в последние годы стало широко внедряться в сельскохозяйственную практику как больших, так и малых хозяйств [1-3]. Однако влияние данного способа орошения на почвенные процессы черноземных почв изучено недостаточно. Ранее нами было рассмотрено применение минерализованной воды сульфатно-натриевого состава с содержанием солей до 3,5 г/л при капельном поливе [4, 5]. В данной статье рассмотрено влияние капельного орошения на различные показатели почвы

при использовании донской поливной воды, которая считается благоприятной для полива большинства сельскохозяйственных культур.

Опыты по установлению влияния капельного орошения на черноземные почвы проводились в ЗАО «Нива» Весёловского района Ростовской области при выращивании лука репчатого. Почвы опытного участка принадлежат к черноземам обыкновенным. Гранулометрический состав -тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в верхнем слое 0-40 см составляло около 4 %. Обеспеченность почв фосфором и калием была повышенной и высокой.

Отбор проб почвы проводился по методике РосНИИПМ в трех точках относительно расположения капельной линии: непосредственно под капельницей (зона О); в зоне максимального накопления солей (примерно 20 см от капельной линии) (зона М) и в середине междурядья или дорожки, в точке наиболее удаленной от капельной линии (зона Д). Отбор проб почвы для анализов был произведен в начале (07.06.2010 г.) и конце (24.08.2010 г.) лета. Глубина взятия проб до 1,0 м. Слои: 0-20 см; 20-40 см; 40-60 см; 60-80 см; 80-100 см.

Полив осуществлялся водой из р. Дон. Для полива использовались капельные линии со встроенными капельницами с номинальным расходом 0,65 л/час при давлении 0,65 атмосфер. Оросительная норма лука составила 4800 м /га. Количество осадков за вегетационный период 210 мм.

Поливная вода в 2010 году имела в начале лета сульфатно-гидрокарбонатно-магниево-натриевый состав, в конце лета - сульфатнонатриевый (таблица 1). Вода по минерализации представляет собой воду второго класса для почв тяжелого гранулометрического (механического) состава. Оценка качества воды по степени опасности развития неблагоприятных почвенных процессов, рекомендованная С. Я. Бездниной [6], показала, что наибольшую опасность представляют процессы развития натриевого осолонцевания (III класс воды).

Таблица 1 - Химический состав поливной воды на опытном участке в ЗАО «Нива» в 2010 году

Срок отбора пробы Единицы измерения С1 - so2- НСОз Са2+ Mg2+ N+ и К+ Сумма ионов

07.06.2010 г. мг-экв./дм3 1,73 3,54 4,76 2,60 3,20 3,59 19,42

г/дм3 0,061 0,17 0,29 0,052 0,038 0,083 0,694

24.08.2010 г. мг-экв./дм3 0,25 5,04 2,00 2,10 1,90 3,29 14,58

г/дм3 0,009 0,242 0,122 0,042 0,023 0,078 0,516

В конце поливного сезона произошло снижение содержания гидрокарбонатных ионов с 4,76 мг-экв./л до 2,00 мг-экв./л, ионов магния -с 3,20 мг-экв./л до 1,90 мг-экв./л, хлорид-ионов - до 0,25 мг-экв./л и общей минерализации поливной воды - до 516 мг/л против 694 мг/л отмеченных в начале лета. Содержание суммы ионов калия и натрия снизилось примерно на 8 %, но среди катионов именно натрий и калий стали преобладать. К концу лета наиболее значительно увеличилось содержание сульфат-ионов на 42 %. Таким образом, к концу поливного сезона вода имела сульфатно-натриевый состав.

В результате оценки воды по содержанию меди, цинка, свинца, нитратов превышения ПДК не отмечалось [7].

Оценка пригодности воды для капельного орошения с помощью таблицы 2 показала, что сложных проблем при использовании данной поливной воды по влиянию на засорение капельниц, урожайность лука и токсичности отдельных ионов не ожидается. Проблемы средней сложности могут возникнуть по физическому засорению, т.к. речная вода содержит повышенное количество взвешенных веществ, химическому засорению, обусловленному повышенным значением рН и электропроводности, которая в начале лета превышала 0,75 дСм/м.

Влияние данной воды на урожайность лука репчатого характеризуется средней степенью сложности проблем, обусловленных повышенным значением электропроводности и повышенным содержанием нитратов

в весенних пробах воды. Снижение урожайности лука при поливах данной водой не ожидается, т.к. значение электропроводности воды (ЕС*,) ниже порогового значения 1,2 дСм/м.

Таблица 2 - Показатели для оценки пригодности воды для систем

капельного орошения

Компонент, содержащийся в воде Степень сложности проблемы

незначительная средняя высокая

Влияние на засорение капельниц

Физическое засорение

Взвешенные вещества, мг/дм3 < 50 50-100 > 100

Химическое засорение

рН < 7 7-8 > 8

Железо ^е), мг/дм3 < 0,1 0,1-1,5 > 1,5

Марганец (Мп), мг/дм3 < 0,1 0,1-1,5 > 1,5

Сероводород (Н^), мг/дм3 < 0,2 0,2-2,0 > 2,0

Минерализация, мг/дм3 < 500 500-2000 > 2000

Биологическое засорение

Количество бактерий, шт./дм3 < 10000 10000- 50000 > 50000

Влияние на урожайность культуры

Электропроводность (ЕС), мСм/см < 0,75 0,75-3,0 > 3,0

Нитраты, мг/дм3 < 5 5-30 > 30

Токсичность отдельных ионов

Бор, мг/дм3 < 0,7 0,7-3,0 > 3,0

Хлорид, мг/дм3 < 142 142-355 > 355

Хлорид, мг-экв./дм3 < 4 4-10 > 10,0

Натрий ( SAR ) < 3,0 3-9 > 9

Поливная вода может повлиять на стабильность структурного состояния почвы и при нарушениях в структуре почвы могут возникнуть сложности с просачиванием воды вглубь почвы. Для оценки поливной воды с точки зрения стабильности структурного состояния почвы может быть применена таблица 3, где по показателям натриево-адсорбционного отношения (SAR) и электропроводности оросительной воды (ЕС,) делается вывод о степени сложности проблемы. Оценка по показателям SAR и электропроводности воды в период проведения исследований показала, что при SAR 2,21 и электропроводности поливной воды (ECw) 1,084 дСм/м, проблем не ожидается. В конце лета при SAR 2,24 и электропроводности поливной воды (ECw), составившей 0,535 дСм/м,

возможны проблемы средней степени сложности из-за понижения электропроводности воды.

Таблица 3 - Оценка стабильности структурного состояния почвы, обусловленная качеством воды [8]

SAR ECw, дСм/м

Степень сложности проблемы

незначительная средняя высокая

0-3 > 0,7 0,7-0,2 < 0,2

3-6 > 1,2 1,2-0,3 < 0,3

6-12 > 1,9 1,9-0,5 < 0,5

12-20 > 2,9 2,9-1,3 < 1,3

20-40 > 5,0 5,0-2,9 < 2,9

Таким образом, при использовании данной поливной воды могут возникнуть проблемы с физическим и химическим засорением капельниц, натриевым осолонцеванием почвы, а также проблемы стабильности

структурного состояния почвы.

Так как наибольшую настороженность при использовании капельного орошения вызывают проблемы, связанные с образованием на поверхности почвы зон с повышенным содержанием солей, нами было проанализировано возможное засоление по результатам анализов водных вытяжек из почвы (таблица 4).

Таблица 4 - Содержание основных ионов в водной вытяжке из почвы на опытных участках в ЗАО «Нива»

Слой почвы, см Начало лета

Изменения по отношению к результатам начала лета

О М Д О М Д

мг-экв./100 г почвы

1 2 3 4 5 6 7

Хлориды

0-20 0,19 0,22 0,21 0,01 0,02 -0,06

20-40 0,22 0,28 0,21 -0,02 0 0,04

40-60 0,32 0,2 0,24 -0,11 0,02 -0,03

60-80 0,35 0,21 0,3 -0,07 -0,03 -0,12

80-100 0,26 0,38 0,36 -0,02 -0,28 -0,16

Сульфаты

0-20 0,55 1,67 0,85 -0,07 -1,34 -0,33

20-40 0,99 1,3 0,57 -0,53 -1,00 -0,24

Продолжение таблицы 4

1 2 3 4 5 6 7

40-60 1,12 0,72 0,62 -0,82 -0,14 -0,20

60-80 1,08 0,98 1,51 -0,72 -0,65 -1,22

80-100 0,38 1,32 2,32 0,02 -0,76 -1,43

Г идрокарбонаты

0-20 1,08 0,78 0,66 -0,2 0,02 0,02

20-40 0,94 0,68 0,64 -0,16 0,08 0,28

40-60 0,66 0,76 0,72 0,22 0,26 0,16

60-80 0,7 0,72 0,74 0,28 0,26 0,14

80-100 0,76 0,66 0,58 0,18 0,4 0,38

Кальций

0-20 0,6 1,2 0,9 0,1 -0,3 -0,1

20-40 0,6 1,0 0,9 0,0 -0,1 0,1

40-60 0,8 1,0 0,9 0,1 -0,1 -0,2

60-80 0,9 1,0 1,2 -0,3 -0,2 -0,5

80-100 0,9 1,3 1,6 0,1 -0,4 -0,5

Магний

0-20 0,4 0,9 0,5 -0,2 -0,7 -0,2

20-40 0,9 0,8 0,4 -0,4 -0,5 -0,2

40-60 1,0 0,2 0,5 -0,7 0,6 -0,1

60-80 1,0 0,4 1,1 -0,4 0,1 -0,8

80-100 0,3 0,5 1,2 -0,1 -0,3 -0,7

Натрий

0-20 0,55 0,55 0,27 0,03 -0,34 -0,06

20-40 0,48 0,41 0,11 -0,17 -0,29 0,17

40-60 0,28 0,41 0,16 -0,11 -0,3 0,23

60-80 0,2 0,48 0,24 0,2 -0,31 0,07

80-100 0,19 0,54 0,45 0,18 0,01 -0,02

Было установлено, что при поливах лука репчатого в ЗАО «Нива» Веселовского района с помощью систем капельного орошения водой из р. Дон накопление солей на поверхности почвы (слои 0-5 см и 0-20 см) не происходит.

В течение поливного сезона было отмечено общее снижение содержания солей в водной вытяжке, которое в среднем составило 0,032 г/100 г почвы. Почвы, как в начале, так и в конце поливного сезона характеризовались как незасоленные. Тип засоления в основном был нейтральным, за исключением верхнего слоя 0-20 см в начале лета в зоне О, где имел место щелочной тип засоления при сульфатно-содовом химизме. Химизм засоления при нейтральном типе засоления был хлоридно-сульфатный и

лишь в слоях 0-20 см в зоне М и 60-100 см в зоне Д - сульфатный.

Содержание хлоридных и сульфатных анионов в водной вытяжке из почвы чернозема обыкновенного, поливаемого низкоминерализованной донской водой с преобладанием в начале поливного периода гидрокарбонатных, а в конце - сульфатных ионов, в течение поливного сезона уменьшается, а содержание гидрокарбонатных ионов повышается. Преобладание магния в поливной воде в начале лета повлияло на солевой состав водной вытяжки в зоне О, т.к. в этой зоне влияние поливной воды наиболее сильное, то и в водной вытяжке из почвы отмечалось преобладание магния в слое 20-80 см. В основном же среди катионов в водной вытяжке преобладал кальций, среднее его содержание составило 52 % от суммы катионов.

Ввиду того, что поливная вода относится к третьему классу по степени опасности натриевого осолонцевания, нами было проанализировано ее влияние на содержание обменных катионов в ППК (таблица 5).

Таблица 5 - Содержание обменных катионов в ППК в ЗАО «Нива»

Слой почвы, см Начало лета

Изменения по отношению к результатам начала лета

О М Д О М Д

1 2 3 4 5 6 7

Кальций

0-20 23,56 24,48 24,22 0,86 0,90 0,46

20-40 24,76 24,88 24,74 -0,08 0,46 -0,38

40-60 24,02 24,58 23,02 -0,20 -0,44 -1,20

60-80 23,84 18,12 21,96 -1,40 3,12 -1,30

80-100 20,62 19,86 18,74 -3,02 -1,52 -1,12

Кальций

0-20 77 80 79 6 4 4

20-40 81 82 79 2 3 7

40-60 81 81 76 3 2 5

60-80 83 62 77 -1 15 1

80-100 71 70 71 -4 1 -3

Магний

0-20 4,44 3,02 3,78 -0,96 -0,30 -0,36

20-40 3,94 3,12 4,16 -1,32 -0,46 -1,32

40-60 3,78 4,02 4,78 -0,80 -0,66 -0,50

60-80 2,86 9,48 4,54 0,70 -4,82 0,60

80-100 6,38 6,74 5,66 0,82 0,22 1,72

Продолжение таблицы 5

1 2 3 4 5 6 7

Магний

0-20 14 10 12 -3 -1 -1

20-40 13 10 13 -4 -1 -3

40-60 13 13 16 -2 -2 0

60-80 10 32 16 3 -15 3

80-100 22 24 22 6 3 7

Калий

0-20 1,43 1,72 1,54 -0,36 -0,68 -0,25

20-40 1,10 1,24 1,02 0,00 -0,26 -0,26

40-60 0,84 0,82 0,67 -0,18 -0,27 -0,13

60-80 0,76 0,71 0,65 -0,27 -0,17 -0,12

80-100 0,68 0,65 0,57 -0,19 -0,18 -0,06

Калий

0-20 5 6 5 -1 -2 -1

20-40 4 4 3 0 -1 -1

40-60 3 3 2 0 -1 0

60-80 3 2 2 -1 0 0

80-100 2 2 2 0 0 0

Натрий

0-20 1,36 1,33 1,14 -0,72 -0,19 -0,88

20-40 0,86 1,06 1,43 0,52 -0,10 -0,88

40-60 1,05 1,09 1,63 -0,28 -0,02 -1,44

60-80 1,31 0,93 1,46 -0,22 0,13 -1,10

80-100 1,39 1,24 1,28 -0,56 -1,09 -0,86

Натрий

0-20 4 4 4 -2 -1 -3

20-40 3 3 5 2 0 -3

40-60 4 4 5 -1 0 -5

60-80 5 3 5 -1 1 -4

80-100 5 4 5 -2 -4 -3

В течение поливного сезона было отмечено некоторое обеднение почвы обменными катионами. Небольшое повышение содержания обменных форм кальция отмечено в верхнем слое 0-20 см во всех зонах, а в нижнем слое 80-100 см отмечено повышение содержания подвижного магния. Содержание калия имело тенденцию к уменьшению, но оно не превышало 2 абсолютных процентов. В течение поливного сезона 2010 года отмечено некоторое снижение содержания натрия, которое было наибольшим в зоне Д. В целом, капельное орошение не оказало значимого влияния на содержание обменных катионов, почвы, как в начале, так и в конце лета характеризовались как несолонцеватые.

Таким образом, использование капельного орошения на черноземных почвах при поливах донской водой в течение одного поливного сезона не оказало значимого влияния на солевой режим почв. Почвы, как в начале, так и в конце поливного сезона характеризовались как незасоленные и несолонцеватые.

Список использованных источников

1 Докучаев, В. В. Опыт капельного орошения огурца в Ростовской области / В. В. Докучаев, Г. Г. Шилер, В. В. Макаров // Овощеводство и тепличное хозяйство. - 2007. - № 10.

2 Овчинников, А. С. Зона увлажнения почвы как фактор управления ростом корневой системы томатов при капельном орошении / А. С. Овчинников, И. И. Азарьева // Известия Нижневолжского агроуни-верситетского комплекса. - 2009. - № 4(16). - С. 43-47.

3 Мартынова, А. А. Капельное орошение моркови / А. А. Мартынова // Вопросы мелиорации. - 2009. - № 3-4. - С. 59-63.

4 Воеводина, Л. А. Влияние капельного орошения на засоление почв [Электронный ресурс] / Л. А. Воеводина, Ю. Ф. Снипич, А. Н. Чеку-нов // Научный журнал КубГАУ: политематический сетевой электрон. журн. / Кубанский гос. аграрн. ун-т. - Электрон. журн. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - № 64(10). - 20 с. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2010/ 10^1У20^£

5 Воеводина, Л. А. Влияние капельного орошения минерализованными водами на свойства черноземных почв [Электронный ресурс] / Л. А. Воеводина // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. период. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2011. - № 1(01). -11 с. - Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=1&id=10.

6 Безднина, С. Я. Экологические основы водопользования / С. Я. Безднина. - М.: ВНИИА, 2005. - 224 с.

7 Капельное орошение: пособие к СНиП 2.06.03-85 «Мелиоративные системы и сооружения». - М., 1986. - 150 с.

8 Australian and New Zealand Guidelines for Fresh and Marine Water Quality (2000). - Volume 3. - Chapter 9. - Primary Industries. - 9.2 Water quality for irrigation and general use [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.gfmwq-guidelines-vol3-9-2.pdf.