Мелиорация (от лат. melio – улучшать) – это система мероприятий по улучшению свойств и режима почв в благоприятных производственном (сельскохозяйственном, лесохозяйственном и др.) и экологическом направлениях. Согласно статье 2 Федерального закона «О мелиорации земель» мелиорация земель - коренное улучшение земель путем проведения гидротехнических, культуртехнических, химических, противоэрозионных, агролесомелиоративных, агротехнических и других мелиоративных мероприятий. Мелиоративные мероприятия - проектирование, строительство, эксплуатация и реконструкция мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений, обводнение пастбищ, создание систем защитных лесных насаждений, проведение культуртехнических работ, работ по улучшению химических и физических свойств почв, научное и производственно-техническое обеспечение указанных работ. Мелиорация земель осуществляется в целях повышения продуктивности и устойчивости земледелия, обеспечения гарантированного производства сельскохозяйственной продукции на основе сохранения и повышения плодородия земель, а также создания необходимых условий для вовлечения в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых и малопродуктивных земель и формирования рациональной структуры земельных угодий. История человечества показывает, что в условиях гумидного и аридного климата мелиорация почв всегда оказывалась необходимой не только для развития и стабилизации сельского хозяйства, но и для самого существования человека. Об этом свидетельствуют древние оросительные системы в долинах Нила, Тигра и Евфрата, Амударьи и Сырдарьи, на огромной территории ЮгоВосточной Азии, в Мексике, на территории Древнего Урарту, в Южной Америке и т.д. Орошение определяло стабильность многих ц лизаций, а разрушение ирригационных систем - их гибель. Мелиорация в руках заинтересованных и грамотных землепользователей всегда оказывалась мощным экономическим фактором развития страны. В бассейнах рек Теджен и Мургаб за 10 000 лет до н.э. существовало орошение. Исторические документы свидетельствуют о том, что искусственное орошение в широких масштабах применялось более 4000 лет назад в Египте, Месопотамии, Китае, Урарту, Индии. По свидетельству древнегреческого историка Страбона, в I в. н.э. в Закавказье в Ширванской степи орошалось земли больше, чем в Египте и Вавилоне. Греческий историк Геродот более 2000 лет назад описал одну из первых дренажных систем в долине Нила. Дренаж как мелиоративное мероприятие получил широкое распространение в античный период в Греции. Позднее Катон (I в. до н.э.) в трактате «О земледелии» описал открытые дренажные системы, применявшиеся в Древнем Риме для осушения почв на виноградниках и оливковых плантациях. Многие из этих систем действуют до настоящего времени. В X в. в Европе начались работы по устройству осушительных систем в бассейне Северного моря. Особенно интенсивными они были в XII - XIV вв. Осушались крупные болота, приморские низменности, дельты рек, приозерные понижения. В Англии в 1252 г. при короле Генрихе III был принят первый закон об осушении сельскохозяйственных земель, который стал основой для развития мелиорации в последующие столетия. В XVI - XVII вв. в Голландии началось строительство польдерных осушительных систем с перекачкой дренажных вод из каналов в море с помощью ветряных мельниц. Появление гончарного дренажа относится примерно к 1810 г. К. Маркс рассматривал изобретение гончарного трубчатого дренажа в Англии и его внедрение в сельскохозяйственное производство в середине XIX в. как аграрную революцию в этой стране.
Интенсивное развитие работ по осушению в России первоначально было связано с деятельностью Петра I. Он предпринял осушение болот в связи с освоением побережья Финского залива, строительством Петербурга и других городов, крепостей, заводов. Действие открытых осушительных систем было описано М.В. Ломоносовым в работе «Лифляндская экономика» (1738). В конце XVIII в. А.Т. Болотов разработал вопросы осушения северных районов России. Однако в послепетровский период до второй половины XIX в. работы в области осушения почв в России велись в весьма ограниченных масштабах. Отмена крепостного права и бурное развитие капитализма явились движущим фактором мелиорации почв. В 1873 г. Министерство государственных имуществ в целях использования обширных болот северо-западных губерний под сенокосы и пастбища, улучшения государственных лесов и оздоровления местности организовало две экспедиции по осушению болот под руководствам И.И. Жилинского. К этому времени относится и строительство двух первых закрытых осушительных систем гончарного дренажа в России. Они сыграли в дальнейшем важную роль в развитии этого прогрессивного способа осушения в нашей стране. Первая такая система закрытого дренажа была построена в 1853 г. на территории современной Белорусской сельскохозяйственной академии А.Н. Козловским через 10 лет после того, как в Англии в 1843 г. Д. Рид впервые изобрел гончарную дренажную трубу. Вторая система закрытого гончарного дренажа была создана в Смоленской губернии в имении А.Н. Энгельгардта, близкого друга и соратника В.В. Докучаева, одного из основателей опытного дела в России. В начале XX в. в России создается система мелиоративных опытных станций и опытных полей по культуре болот (Архангельская, Яхромская, Сарненская и др.). Однако мелиорация почв России в дореволюционный период не получила значительного развития, несмотря на настоятельную необходимость широкого внедрения осушения, орошения, культуртехнических мероприятий, агро- и фитомелиорации в сельское и лесное хозяйства. В целом в стране с разнообразными природными условиями к 1917 г. площадь орошения составляла 4080 тыс., а осушения -1200 тыс. га.
Под агрономическими мелиорациями (агромелиорациями) следует понимать комплекс мероприятий, направленных на изменение (улучшение) рельефа и физических свойств почв. Это может быть решено путем планировки поверхности, профилирования, грядования, гребневания и другими методами. Агромелиоративные мероприятия обеспечивают оптимизацию и ускорение поверхностного стока, улучшают распределение влаги на поверхности орошаемого поля. К агромелиоративным мероприятиям следует отнести и приемы изменения физических свойств подпахотных горизонтов с помощью глубокого рыхления. При фитомелиорациях используют возможность улучшения свойств почв и их режимов путем применения адаптированной к конкретным условиям травянистой и древесной растительности. К фитомелиорациям относят залесение песков, создание лесных полос, использование транспирирующей способности деревьев для понижения уровня грунтовых вод, закрепление склонов, откосов, посевами многолетних трав Биологические особенности ряда растений могут быть использованы для рассоления поверхностных слоев профиля. Некоторые растения улучшают структуру почвы, способствуют борьбе с их солонцеватостью. Химические мелиорации направлены на изменение неблагоприятных химических и физических свойств почв и оросительных вод. Химические мелиорации включают внесение крупных доз извести при глубоком мелиоративном рыхлении на всю глубину обработки, а также гипса при борьбе с солонцеватостью или при профилактике этого явления в процессе промывок засоленных почв от избытка водорастворимых солей. Химические мелиорации могут быть связаны с необходимостью изменения свойств оросительных вод, например, внесение кальция (обычно - гипса) в поливные воды, обогащенные бикарбонатом натрия, или разбавленной серной кислоты. К химическим мелиорациям следует отнести мероприятия по кислованию почв содового засоления, усилению окислительной способности оросительных вод путем их предварительного насыщения кислородом и др. Культуртехнические мелиорации состоят в проведении комплекса мелиоративных мероприятий по коренному улучшению земель, который заключается в расчистке мелиорируемых земель от древесной и травянистой растительности, кочек, пней и мха, расчистке мелиорируемых земель от камней и иных предметов, мелиоративной обработке солонцов, рыхлении, песковании, глиновании, землевании, плантаже и первичной обработке почвы, проведении иных культуртехнических работ. Гидротехнические мелиорации состоят в проведении комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих коренное улучшение заболоченных, излишне увлажненных, засушливых, эродированных, смытых и других земель, состояние которых зависит от воздействия воды. Гидромелиорация земель направлена на регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорируемых землях посредством осуществления мер по подъему, подаче, распределению и отводу вод с помощью мелиоративных систем, а также отдельно расположенных гидротехнических сооружений. К этому типу мелиорации земель относятся оросительная, осушительная, противопаводковая, противоселевая, противоэрозионная, противооползневая и другие виды гидромелиорации земель. Тепловые мелиорации направлены на изменение теплового режима почв с помощью мероприятий по трансформации гранулометрического состава поверхностных горизонтов (например, внесение мелких камней в пахотные слои северных почв с целью уменьшения их теплоемкости и повышения температуры, систематического снегозадержания, мульчирования поверхности и др.). Различия между отдельными видами мелиорации носят несколько условный характер, однако принятое деление позволяет более четко ориентироваться в сложной системе современных мероприятий, направленных на улучшение свойств и режима почв. Согласно статье 5 Федерального закона «О мелиорации земель» в зависимости от характера мелиоративных мероприятий различают следующие типы мелиорации земель: гидромелиорация, агролесомелиорация, культуртехническая мелиорация и химическая мелиорация.
Лекция № 12
Виды мелиорации почв.
Под агрономическими мелиорациями (агромелиорациями) следует понимать комплекс мероприятий, направленных на изменение (улучшение) рельефа и физических свойств почв. Это может быть решено путем планировки поверхности, профилирования, грядования, гребневания и другими методами. Агромелиоративные мероприятия обеспечивают оптимизацию и ускорение поверхностного стока, улучшают распределение влаги на поверхности орошаемого поля. К агромелиоративным мероприятиям следует отнести и приемы изменения физических свойств подпахотных горизонтов с помощью глубокого рыхления. При фитомелиорациях используют возможность улучшения свойств почв и их режимов путем применения адаптированной к конкретным условиям травянистой и древесной растительности. К фитомелиорациям относят залесение песков, создание лесных полос, использование транспирирующей способности деревьев для понижения уровня грунтовых вод, закрепление склонов, откосов, посевами многолетних трав Биологические особенности ряда растений могут быть использованы для рассоления поверхностных слоев профиля. Некоторые растения улучшают структуру почвы, способствуют борьбе с их солонцеватостью. Химические мелиорации направлены на изменение неблагоприятных химических и физических свойств почв и оросительных вод. Химические мелиорации включают внесение крупных доз извести при глубоком мелиоративном рыхлении на всю глубину обработки, а также гипса при борьбе с солонцеватостью или при профилактике этого явления в процессе промывок засоленных почв от избытка водорастворимых солей. Химические мелиорации могут быть связаны с необходимостью изменения свойств оросительных вод, например, внесение кальция (обычно - гипса) в поливные воды, обогащенные бикарбонатом натрия, или разбавленной серной кислоты. К химическим мелиорациям следует отнести мероприятия по кислованию почв содового засоления, усилению окислительной способности оросительных вод путем их предварительного насыщения кислородом и др. Культуртехнические мелиорации состоят в проведении комплекса мелиоративных мероприятий по коренному улучшению земель, который заключается в расчистке мелиорируемых земель от древесной и травянистой растительности, кочек, пней и мха, расчистке мелиорируемых земель от камней и иных предметов, мелиоративной обработке солонцов, рыхлении, песковании, глиновании, землевании, плантаже и первичной обработке почвы, проведении иных культуртехнических работ. Гидротехнические мелиорации состоят в проведении комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих коренное улучшение заболоченных, излишне увлажненных, засушливых, эродированных, смытых и других земель, состояние которых зависит от воздействия воды. Гидромелиорация земель направлена на регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорируемых землях посредством осуществления мер по подъему, подаче, распределению и отводу вод с помощью мелиоративных систем, а также отдельно расположенных гидротехнических сооружений. К этому типу мелиорации земель относятся оросительная, осушительная, противопаводковая, противоселевая, противоэрозионная, противооползневая и другие виды гидромелиорации земель. Тепловые мелиорации направлены на изменение теплового режима почв с помощью мероприятий по трансформации гранулометрического состава поверхностных горизонтов (например, внесение мелких камней в пахотные слои северных почв с целью уменьшения их теплоемкости и повышения температуры, систематического снегозадержания, мульчирования поверхности и др.). Различия между отдельными видами мелиорации носят несколько условный характер, однако принятое деление позволяет более четко ориентироваться в сложной системе современных мероприятий, направленных на улучшение свойств и режима почв. Согласно статье 5 Федерального закона «О мелиорации земель» в зависимости от характера мелиоративных мероприятий различают следующие типы мелиорации земель: гидромелиорация, агролесомелиорация, культуртехническая мелиорация и химическая мелиорация. Орошение или ирригация (от англ. irrigation - орошение) - система мероприятий по искусственному увлажнению почвы с целью создания благоприятных условий для роста и развития растений. Орошение, увлажняя почву, оказывает на нее многофакторное действие. При правильной организации орошения улучшаются воздушный и тепловой режимы почвы, экологические условия местообитания травянистой и древесной растительности. Орошение используют для выращивания и повышения урожая трав, зерновых и овощных культур, хлопчатника, риса, чая, садов и виноградников. Его практически повсеместно применяют в сухостепной, полупустынной и пустынной зонах европейской части страны. В гумидной зоне его используют для создания высокопродуктивных зеленых угодий - сенокосов и пастбищ (долговременных культурных пастбищ), а также для возделывания овощных культур, преимущественно в районах крупных населенных и индустриальных центров. Независимо от территориального расположения в оросительных системах расход воды на полив должен быть экономичным и соответствовать потребностям растений с целью создания планируемого урожая. При оценке потребности растений в воде принято учитывать два важных показателя - коэффициент транспирации и коэффициент водопотребления. Коэффициентом транспирации называется масса воды, транспирированная растением за время его вегетации, пошедшая на образование единицы массы сухого вещества (сухой массы всего урожая). Коэффициент транспирации - динамичная величина. Его значения меняются в зависимости от почвенных, погодных и климатических условий. Для одних и тех же культур коэффициент транспирации возрастает с севера на юг и с запада на восток с увеличением засушливости и континентальности климата. Транспирационный коэффициент возрастает с увеличением влажности почвы. Поэтому при поливе возможно увеличение непродуктивного использования влаги. Улучшение агротехники и системы удобрений повышает урожай, способствует более экономичному использованию влаги, уменьшает коэффициент транспирации. Расход влаги на орошаемом поле осуществляется не только за счет транспирации. Весьма существенной расходной статьей водного баланса является физическое испарение с поверхности почвы. Оно составляет около 25 – 50 % расхода на транспирацию в вегетационный период, а в течение года эти составные расходные статьи водного баланса (транспирация и физическое испарение) приблизительно равны. В практических целях при водобалансовых мелиоративных расчетах используют значения не транспирации (она отражает лишь физиологическую составляющую потерь воды на орошаемом поле), а суммарное водопотребление. Водопотреблением называется расход воды на транспирацию и испарение с 1 га возделываемой культуры (м3/га). Коэффициентом водопотребления называется объем воды в кубических метрах, израсходованный за вегетационный период на тонну (или центнер) продукции при естественной ее влажности. Коэффициент водопотребления изменяется так же, как и коэффициент транспирации. Во влажные годы на неорошаемом участке коэффициент водопотребления увеличивается, в сухие - уменьшается. Повышение урожайности обусловливает более экономичное расходование воды, снижение коэффициента водопотребления.
Лекция № 13
Орошение и осушение
Лиманным орошением называют периодическое орошение почв способом затопления водами поверхностного стока (главным образом водами весеннего стока). С помощью лиманного орошения, как правило, почвы можно полить один раз в год. Собственно лиманом называется орошаемый участок, огражденный в нижней части дамбой (валом), которая задерживает воды весеннего поверхностного стока. После увлажнения почвы лимана и осаждения частиц твердого стока на ее поверхности излишняя вода сбрасывается через устроенные в дамбе водовыпуски. Лиманное орошение имеет очевидное преимущество по сравнению с другими способами поверхностного орошения. Лиманы аккумулируют воды поверхностного стока в мощной толще рыхлых отложений, ограничивая или полностью снимая угрозу линейной и площадной эрозии почв водами весеннего паводка. Они позволяют получить за счет орошения дополнительный объем сельскохозяйственной продукции на территориях, не обеспеченных стабильными водоисточниками, часто в условиях сложного рельефа. Лиманное орошение может способствовать рассолению и рассолонцеванию почв. Оно дешево, не требует сложных инженерных решений и конструкций. Лиманное орошение является важным и пока неполно использованным фактором повышения плодородия почв степной и сухостепной зон. Особенно широкое распространение лиманное орошение получило в Поволжье, Западной и Восточной Сибири, Казахстане, на Северном Кавказе. Луговые угодья (мочаги, утужные земли) издавна использовались населением Хакасии, Бурятии и других районов для получения стабильных и высоких урожаев ценных кормовых трав с помощью лиманного орошения. К недостаткам лиманного орошения следует отнести одноразовую возможность увлажнения почв; неоднородность увлажнения, особенно на глубоководных лиманах; изменчивость площади орошения по годам в зависимости от их обеспеченности осадками, поверхностным стоком, паводками; орошение территории только с небольшими уклонами (до 0,005).
Дождевание. При этом способе орошения вода, используемая для полива, разбрызгивается над орошаемым полем с помощью специальных дождевальных машин и установок. Орошение дождеванием имеет ряд преимуществ перед поверхностным орошением. При дождевании полностью механизируется полив, значительно повышается производительность машин по уходу за сельскохозяйственными культурами из-за отсутствия на орошаемых участках густой поливной сети. Наряду с почвой увлажняется и приземный слой воздуха, снижается температура и смывается пыль с поверхности листа, что значительно активизирует процесс фотосинтеза. Наиболее широко дождевание применяется на малоуклонных и практически безуклонных массивах, а также на полях со слишком большими уклонами и на почвах со значительной фильтрацией. Конструкция поливной техники, используемой при поливах дождеванием, отличается большим разнообразием. Однако основными рабочими органами всех дождевальных машин и установок, распыляющими водяную струю на капли, являются разбрызгивающие насадки и дождевальные аппараты. По дальности полета капель воды рабочие органы дождевальных машинных установок делятся на дальнеструйные (от 40 до 100 м), среднеструйные (от 15 до 35 м) и короткоструйные (от 5 до 8 м). Дождевание - наиболее совершенный и перспективный способ полива. Оно имеет следующие преимущества по сравнению с поверхностным орошением: полная механизация работ; поливная норма регулируется более точно и в широких пределах (от 30 - 50 до 300 - 800 м3/га и более), что позволяет создавать водно-воздушный режим почвы, близкий к оптимальному, и регулировать глубину промачивания почвы; можно поливать участки с большими уклонами и со сложным микрорельефом. Забор воды возможен из каналов, идущих в выемке, а также из закрытой сети; исключаются работы по поделке поливных борозд, валиков, выводных борозд, улучшаются условия механизации посева, посадки, обработки и уборки сельскохозяйственных культур; улучшаются микроклимат и развитие корневой системы, активизируются процессы ассимиляции, повышаются плодородие почвы и урожай сельскохозяйственных культур. Запланированный урожай можно получить при меньших (на 15 - 30 %) затратах воды, чем при поверхностном орошении; можно одновременно с орошением вносить в почву удобрения. В предгорных районах для дождевания возможно использование естественного напора.
Лекция № 14