Статья: Разработка мероприятий охраны пойменных земель от подтопления и переувлажнения

Разработка мероприятий охраны пойменных земель от подтопления и переувлажнения

Актуальность исследований

Земельные ресурсы, их плодородие являются основной составляющей развития человечества [1]. Плодородие земель определяет агроресурсный потенциал (АРП), который во многом зависит от мелиоративных режимов территорий [2]. Исследования мелиоративных режимов (МР), к которым относятся водно-воздушный режим, водно-солевой почв, позволяют контролировать мелиоративное состояние агроландшафтов.

Изменение МР под действием уровня грунтовых вод (УГВ) приводит к нестабильности возделывания сельскохозяйственных культур и потери урожая. Особенно эти процессы выражены на пойменных, плодородных землях [3], которые занимают 71% пахотных земель на территории РФ [4]. Колебание УГВ на данных территориях зависит от уровенного режима водных объектов, к которым примыкают эти земли, что влечет за собой их периодическое подтопление и переувлажнение.

Но с другой стороны положение УГВ может служить инструментом поддержания необходимой (оптимальной) влажности в засушливые вегетационные периоды для возделываемых культур на данной территории. Длительное переувлажнение от высокого положения УГВ в почве ведет к угнетению культур, выводу агроландшафтов из сельскохозяйственного оборота. Моментом переувлажнения можно считать подъем УГВ 1,0 м и выше.

При дальнейшем подъеме УГВ наступает процесс подтопления земель. При минерализованных грунтовых водах подъем уровня к поверхности почвы приводит к вторичному засолению земель, что крайне опасно для растений [5]. Описанные процессы в лучшем случае переувлажняют земли, а в худшем - формируют на данных территориях лугово-болотные или болотные почвы, а это процесс деградации агроландшафтов. Ухудшается экологическая обстановка по причине заболачивания плодородных земель и засорением полей болотными растениями - клубнекамышом, рогозом и др., которые являются антиподами для культурных растений. В балочных понижениях с водой развиваются личинки опасных насекомых, таких как малярийный комар.

Складывающиеся ситуации на данных территориях обостряют социально-экономическую обстановку. Деградация земель ведет к падению плодородия почвы. Не регулярный посев культур на полях из-за позднего схода весеннего паводка приводит к нарушению севооборота, урожай не покрывает издержки производства растениеводства.

Методика исследований

Исследуемая территория ООО «Союз-Агро» расположена в пойме р. Кубань возле с. Киевка Гулькевичского района Краснодарского края. На территории расположено мелиорируемое поле № 40 площадью 102 га (координаты 45°14'2.57"N 41° 1'16.06"E, рисунок 1).

Рисунок 1 - Поле № 40 ООО «Союз-Агро»

Территория подвергается периодическому затоплению речной воды во время прохождения паводков. Необходима защита территории от подтопления и переувлажнения. Балки прорезают участки полей, где произрастает болотная растительность: кустарники, тростник и камыш. Вода скапливается в балочных понижениях, вызывая дальнейшее переувлажнение почвы и подъем УГВ. Поле в 2003 г. было выведено из севооборота по причине деградации почвенного покрова и пахотного профиля почвы из-за заболачивания. На территории кроме кустарников и болотной растительности, имеется мелколесье с толщиной стволов 3-5 см. Со стороны реки на поле выросли деревья. Морфологическое обследование территории показало, что охрану от подтопления и переувлажнения, сохранение плодородия земель в условиях подтопляемой поймы р. Кубань возможно выполнить комплексными мероприятиями:

- устройство оградительной дамбы, которая будет сохранять земли от затопления со стороны реки во время половодий 3-5 % обеспеченности;

- устройство открытого дренажа вдоль дамбы со стороны поля для перехвата фильтрационных вод;

- удаление болотной растительности с полей;

- строительство закрытого дренажа по балочной системе, которая сформировалась от хозяйственной деятельности (антропогенный фактор), где фильтрующим элементом будут служить остатки древесной растительности полей;

- планировка полей в сторону открытого дренажа для отвода поверхностного стока.

Основным методом исследования являются топографические и геологические изыскания. Топографические изыскания выполняются по данным маршрутного обследования территории с выделением характерных мест рельефа, определяются уклоны поверхности поля, размеры балок: протяженность, ширина и глубина. Изыскания необходимы для определения объемов работ по строительству дамбы и дренажной системы, и объемам планировочных работ. Масштаб съемки принят 1 : 1000. Для детализации параметров рельефа применяется топосъемка 1 : 500. Для наблюдения за УГВ были пробурены скважины диаметром 50 мм и глубиной 3 м, которые располагались в створах, которые располагаются от автомобильной дороги к защитной дамбе. В результате геологических изысканий определена несущая способность грунтов в основании под защитной дамбой вдоль реки. Скважины под дамбой были пробурены в намеченных створах на глубину 12 м.

В результате морфологической, топографической оценки установлено местоположение защитной дамбы на поле, которая предотвращает затопление поля от паводков. Получена трассировка главного дренажного канала для организованного отвода фильтрационных вод с поля.

Исследованиями установлено, что оптимальной формой главного дренажного канала является трапецеидальная форма. Установлены параметры коллектора, которые представлены на рисунке 1.

Определено место регулирующего сооружения на главном дренажном канале, а также расположения наблюдательных скважин для мониторинга за депрессионной кривой до и после комплексных мероприятий.

Регулирующее сооружение запроектировано и построено в конце дренажного канала на берегу р. Кубань, оно обеспечивает сброс избыточной воды во время затопления полей поверхностным стоком свыше лежащих территорий, а вовремя засухи задерживает грунтовую воду в дренаже (рисунок 2).

Выполненные мероприятия по отводу избыточных вод с территории подтопления показали эффективность работы дренажной балочной системы. На рисунках 3 и 4 представлена сравнительная оценка комплексных мероприятий агроландшафта при выращивании сои на мелиоративном поле.

Рисунках 3 и 4 представлен один и тот же участок до отвода и после удаления избыточных вод мелиоративного поля с помощью закрытого дренажа, построенного по балочной системе, где в качестве дренирующего материала использовали кустарниковую растительность поля. Конструкция системы отвода воды с поля представляет периодический закрытый дренаж. В качестве главных дрен использовался естественный пониженный рельеф поля (балочная система, рисунок 1). В качестве периодического дренажа служили естественные понижения, которые соединяли с главной дреной. Периодический дренаж устраивался закрытого типа.

Для оценки мероприятий были выполнены исследования, направленные по влиянию работы дренажной системы на агроресурсный потенциал мелиоративного поля, где выращивалась соя. С помощью сои выполнялось тестирование дренажной системы, устроенной из остатков древесной растительности.

На поле выращивалась соя сорт - «Селекта 302». Срок сева 02.05-03.05.2017 г. Норма высева - 600 тыс./га. Глубина сева 4-5 см. Сеялка «Amazon» ДМС 9000. Способ сева: обычный рядовой с междурядьем - 18,75 см. Предпосевное удобрение: сульфат аммония - 100 кг/га. Основное удобрение под пахоту - диаммофоска 100 кг/га (10:26:26). Почвенный гербицид - гонор 3,0 л/га. По вегетации: смесь бентус - 3,0 л/га + хармонее - 0,008 кг/га + тренд - 900,2 л/га. Гербицид по злаковым сорнякам: лемур - 1,5 л/га.

Опыты проводились сразу после сева сои в период с 20.06.2017 г. по 12.07.2017 г., когда на данной территории отмечается наибольшее выпадение осадков. Исследования выполнялись в 5-ти кратной повторности. На поле были выбраны 3 точки, которые располагаются перпендикулярно главной дрене в верх от р. Кубань: 1-я в 20 м от главной дрены, 2-я в 200 м от 1 точки и 3-я в 200 м от 2 точки. Глубина шурфов принималась - 1 м от поверхности. Исследовалась влажность и рН почвы по горизонтам через расстояния 0,2 м, где проводился отбор почвенных образцов.

Почвы имеют тяжело глинистый механический состав, местами наблюдается слитность их строения. Это говорит о постоянном подтоплении поля со стороны р. Кубань. При подтоплении земель почвы достаточно быстро набухают, это приводит к закрытию пор, снижается проницаемость, что приводит к сбору воды над поверхностью почвы. При высыхании земли на ее поверхности образуется корка (рисунок 3).

Результаты и обсуждение.

Установлено влияние мероприятий на рост и развитие растений сои. На рисунках 5 и 6 дана общая картина мелиоративного состояния поля под посевами сои.

После комплекса мероприятий - удаление кустарников, глубокой вспашки, устройства периодического дренажа из остатков древесной растительности мелиоративное состояние поля значительно улучшилось. На участке возле главного коллектора почва наиболее угнетена после процессов подтопления и переувлажнения, всходы растений сои изреженные из-за слитности почвы, низкого содержания гумуса и макроэлементов (рисунок 5). К середине поля мелиоративное состояние почвы (МСП) значительно лучше (рисунок 6), растения развиваются равномерно и имеют практически одинаковые морфометрические показатели (форма и площадь листовой поверхности, диаметр стебля и др.). В таблице 1 приводятся результаты обследования растений сои на опытных участках поля.

Таблица 1 - Результаты влияние комплекса мероприятий на биометрические параметры растений сои (2017 г.)

Комплекс мероприятий оказывает существенное влияние на рост и развитие растений сои. Практически при равной густоте и количестве листьев растений (одинаковой норме высева) биометрические параметры значительно отличаются у растений возле главного коллектора и у растений, находящихся на расстоянии 200 м и 400 м, соответственно. Высота стеблей сои колеблется от 28,8 см до 40,2 см, где влияние переувлажнения, практически, не наблюдается. Из представленных данных видно, что переувлажнение негативно влияет на развитие растений: высоту, размеры корней, площадь ассимиляции листьев, а это в конечном итоге приведет к потере урожайности и качеству бобов сои.

Следовательно, комплекс мероприятий оказывает положительное влияние на МСП деградированных земель от переувлажнения.

Биометрические исследования подтверждаются опытами по влиянию периодического дренажа на влажность почвы и рН. В таблице 2 приводятся результаты изменения влажности по глубине профиля почвы в зависимости от расстояния от главного коллектора.

Таблица 2 - Изменения влажности почвы по профилю шурфа

Результаты опытов показывают, что влажность почвы 20.06 в пробах 1 шурфа ниже, чем в 2-х других шурфах, это объясняется расположением главного коллектора у шурфа 1. По мере повышения температур воздуха влажность почвы выравнивается, что отражается на графике (рисунок 7).

Рисунок 7 - Изменение влажности почвы по глубине отбора проб в шурфах

Результаты опытов показывают резкий рост влажности с глубины почвы 5-10 см. С ростом глубины отбора проб влажность практически не меняется и в среднем соответствует параметру 90 %. Это говорит о том, что почвы до 20.07 являются переувлажненными. Почвы отвечают рН в диапазоне 5,5-6,4 и отгостятся к слабокислотным.

Выводы

1. Защиту сельскохозяйственных земель от подтопления рекой в районе поймы р. Кубань следует проводить с помощью гидротехнических мелиораций: устройством оградительных дамб обвалования и открытым дренажом, где следует учитывать паводки 3-5 % обеспеченностью.