19.ЭВОЛЮЦИЯ МЕЛИОРИРОВАННЫХ ГИДРОМОРФНЫХ почв И АДЕКВАТНОСТЬ СПОСОБОВ МЕЛИОРАЦИИ ИХ ГЕНЕЗИСУ И СВОЙСТВАМ

^)сновной объект мелиорации гумидных ландшафтов — минеральные за­болоченные почвы. Дренаж (открытый и особенно закрытый) усиливает дей­ствие зональных факторов почвообразования. Если такие почвы эксплуати­руются на фоне низкой культуры земледелия, то в их профиле складывается отрицательный баланс кальция, магния, алюминия, железа и марганца.

Постоянно или длительно обводненные в естественных условиях мине­ральные почвы (дерново-подзолистые глеевые, торфянисто-глеевые идр.) после осушения оказываются в условиях застойно-промывного режима с ко­роткими фазами глубокого анаэробиоза. Как следует из основной концеп­ции глееобразования, они вызывают интенсификацию элювиальных явле­ний и могут обусловить формирование мощных осветленных выщелоченных горизонтов. Это вторичное (антропогенное) оподзоливание — прямое след­ствие трансформации водного режима в результате дренажа. Оно особенно опасно для почв, приуроченных к кислым породам.

По-видимому, Л.П. Розов (1930, 1937) впервые обратил внимание на эти вторичные явления, обусловленные действием закрытого керамического дре­нажа. По наблюдениям автора, из тяжелых почв на кислых породах происхо­дил значительный вынос щелочно-земельных металлов. Наличие тонкой взве­си в стоке и потеря ила из горизонтов почв, примыкающих к дренажным линиям, свидетельствовали об интенсификации лессиважа после осушения. Эти сведения были подтверждены многими исследователями.

Общий вынос металлов и соединений из осушаемых почв существенно возрастает при применении агромелиоративных мероприятий, направлен­ных на ускорение поверхностного и особенно внутрипочвенного стока, в результате кротования и глубокого мелиоративного рыхления. Глубокое рых­ление резко не меняет концентрацию элементов в дренажном стоке или повышает содержание наиболее активных мигрантов — хлора, сульфатов, щелочно-земельных металлов.

Рис. 19.1. Изменение концентрации иона кальция в водах дренаж­ного стока после глубокого мелиоративного рыхления на фоне раз­ной интенсивности дренирования Междренные расстояния а, б, в — соответственно 10, 20 и 40 м; 1 — конт­роль; 2 — активное рыхление; 3 — пассивное рыхление; / — первый год последействия; II— третий год последействия

ванных нерыхленых и рыхленых почв на легких бескарбонатных глинах в Вологодской области в 1982-1984 гг. Следует отметить и то, что абсолютные значения выноса щелочно-земельных металлов находятся в тесной зависимо­сти от минералогического состава почвообразующих пород и почв. Так, в дре­нажном стоке из дерново-глеевых почв на карбонатном глинистом элюво- делювии пермских отложений (табл. 19.2) вынос кальция оказался в 1,5-2,0 раза выше, чем из почв на кислых лессовидных породах [Зайдельман, 1986].

На фоне эффективного земледелия, высоких урожаев и сбалансирован­ного внесения извести и удобрений глубокое рыхление заболоченных дре­нированных почв на лессовидных, моренных, пермских и других отложениях создает благоприятные условия для работы мелиоративной системы, повыше­ния плодородия почв, оптимизации агропромышленного производства.

Таким образом, следует признать, что осушительные гидротехнические мероприятия не меняют исходно низкий уровень плодородия болотно-под­золистых почв. Они создают лишь условия для ведения сельскохозяйствен­ного производства. Продуктивность таких почв определяется главным обра­зом культурой агропроизводства. Высокий уровень эффективного плодородия почв на кислых или выщелоченных породах может быть создан только в ре­зультате известкования осушенных почв, систематического внесения органи­ческих и минеральных удобрений.

Влияние глубокого рыхления на вынос кальция, калия и магния дренажными водами из оглеенных тяжелых дерново-подзолистых почв на лессовидных легких глинах. Почвенно-гидрологический стационар «Сахарово-Лихтошь».

Вологодская обл.

Таблица 19.2

Вынос элементов и ионов с дренажными водами из почв разной степени заболоченности при разных уровнях вероятности (р = 20/50%) за год, кг/га.

система земледелия, направленная на сохранение и повышение почвенного плодородия.

Однако осушение может не только вызывать усиление зонального поч­вообразования на осушенных минеральных почвах (рис. 19.2), но и приво­дить в действие другие, не свойственные природным условиям зоны новые почвообразовательные процессы. На обширных пространствах Нечернозе­мья получил широкое распространение процесс болотообразования. Он со­провождается накоплением торфа, темпы роста которого в средней и южной тайге ЕТС колеблются от 1 до 2 мм/год.

При осушении болотных массивов после осадки начинается процесс биохимического разложения органической массы. В зависимости от харак­тера сельскохозяйственного использования на фоне черной культуры темпы такой сработки оказываются выше, чем темпы нарастания (0,5—2,3 см/год), на порядок и более. Они могут быть усилены интенсификацией дренажа (особенно при глубоком осушении), использованием торфяных почв в про­пашном земледелии, пожарами и ветровой эрозией. В результате происходят быстрая сработка торфа и выход на дневную поверхность пород, образую­щих минеральное дно болот.

В северной тайге европейской территории, на юге таежной зоны Восточ­ной и Западной Сибири осушение торфяных немерзлотных или кратковре­менно-мерзлотных почв (мерзлота в профиле до первой декады июня) в ре­зультате уменьшения теплоемкости торфяной толщи и повышения температуропроводности переводит их в длительно-сезонно-мерзлотные, а в некоторых случаях — в постоянно-мерзлотные почвы. Низкие температуры

Рис. 19.2. Схема* эволюции заболоченных почв под влиянием осушения. Условные обозначения см. на рис. 19.3

[1] При рассмотрении схем вторичной эволюции минеральных и торфяных почв приведена информация о возможном изменении их свойств под действием мелиора­тивных и агромелиоративных факторов, но не отражено влияние агрономического воздействия, которое, очевидно, может тормозить или приостановить деградационные явления (например, торможение оподзоливания при осушении дерново-слабоподзоли- стых глеевых почв в результате их интенсивного известкования и окультуривания).

мерзлотного горизонта в этом случае тормозят сработку торфа. Биохимиче­ское разложение весьма ослаблено в условиях холодного гумидного климата. Поверхностные горизонты профиля органогенных почв этих территорий обычно обеспечены влагой для создания урожая различных культур, в том числе трав. Однако в резко-континентальном климате (например, в лесостепи и на юге лесной зоны Восточной Сибири, в северной тайге в долине р. Колымы и др.) в поверхностных горизонтах профиля таких почв запас влаги в вегетационный период оказывается весьма незначительным и получение урожая трав возмож­но только на фоне орошения. В этом случае полив дождеванием в летний пери­од, так же как и в южной тайге, может вызвать усиление биохимического разло­жения органического вещества и интенсификацию сработки торфа.

При небольшой мощности таких органогенных почв системы комбини­рованного регулирования водного режима с применением дождевания могут в конечном итоге ухудшить состояние мелиорированных почв. Это опреде­ляет необходимость специального изучения вопросов эволюции органоген­ных почв высоких широт и континентальных районов азиатской части стра­ны. Изложенное позволяет предложить следующую общую схему эволюции торфяных почв в Нечерноземной зоне СССР (рис. 19.3).

Рассмотренные представления об эволюции заболоченных и болотных почв актуальны не только при определении основных направлений мелио­рации и сельскохозяйственного использования почв. Они важны и при оп­ределении перспектив реконструкции ландшафта. В этой связи следует об­ратить особое внимание на начатые в странах Западной Европы работы по вторичному восстановлению болотных ландшафтов после длительного сель­скохозяйственного и индустриального использования, завершившегося пол­ной сработкой торфа [Eggelsmann, 1987; Kuntze, 1987].

В результате подтопления происходит постепенная репродукция расте­ний-торфообразователей на ранее выработанной территории болотного масси­ва и вторичное образование торфяных почв (Akkermann, 1982). Несомненно, процесс реконструкции такого болотного ландшафта весьма продолжите­лен, что, однако, не исключает возможности использования подобных мас­сивов в качестве гнездовий перелетных птиц, охотничьих угодий, зон разме­щения некоторых лекарственных растений, промышленных ягодников.

На укрупненных осушенных массивах усиливается дефляция. Это явле­ние наблюдается не только на торфяных [Ярошевич, 1985], но и на мине­ральных почвах (Белоруссия, Латвия, Центральное Нечерноземье). Таким образом, непременное условие эффективного сельскохозяйственного про­изводства — введение почвозащитных севооборотов, выполнение агротех­нических и мелиоративных противодефляционных мероприятий.

На мелиорированных торфяных почвах Европейского континента об­щая тенденция эволюции заключается в трансформации почв, оказавшихся в новых гидротермических условиях, в зональные почвы равнинных про­странств (дерново-подзолистые легкие оглеенные почвы). Сохранить их пло­дородие и свойства можно только путем торможения или преодоления этой нежелательной тенденции. Решение такой задачи в условиях южнотаежной подзоны европейской территории представляется достаточно сложным ме­роприятием. Ряд ученых [Richardson, Smith, 1977] утверждают, что разложе­ние будет продолжаться до тех пор, пока в верхних горизонтах содержание углерода не достигнет 3%. Г. Рогуска (1973) полагает, что большинство

1. Южная тайга

2. Европейский Север, Сибирь, северная тайга

и зона широколиственных лесов ЕТС

Рис. 19.3. Схема эволюции торфяных почв под влиянием осушения Условные обозначения: 1 — торф; 2 — песок, супесь, структурный аллювий; 3 — глина, сугли­нок; 4 — мерзлота; 5, 6, 7 — соответственно карбонатные, железистые и солевые аккумуля­ции; 8 — горизонты торфа после мелиоративной вспашки; 9 — кротовины или дрены; 10, 11,

12, 13 — соответственно перегнойный, пахотный, подзолистый и ортзандовый горизонты

малозольных торфяников исчезнет полностью. Только сильнозаиленным ор­ганогенным почвам не угрожает полное исчезновение.

По наблюдениям А.Г. Медведева, С.М. Зайко и других (1983), после са­мотечного осушения в долине р. Припять скорость разложения торфяных почв на песках, темпы обработки и изменение структуры почвенного покро­ва приобретают весьма опасный характер (рис. 19.4).

Рис. 19.4. Изменение структуры почвенного покрова участка болотного массива Припятского полесья под влиянием самотечного осушения по данным почвенного картирования в 1964, 1974 и 1979гг. [Зайко идр., 1990]. Полесский опытно-мелиоративный стационар: а) исходное состояние; б) через 15 лет; а) прогноз через 25 лет; г) то же при пониженном балансе органического вещества; д) через 35 лет при нормальном УГВ. Почвы: 1 — дерновые выщелоченные песчаные; 2 — дерново-глееватые пес­чаные; 3 — дерново-перегнойно-глееватые песчаные; 4 — торфянисто-глееватые; 5 — торфяно-глеевые; 6 — торфяные маломощные; 7 — торфяные среднемощные

Эта неблагоприятная в экологическом и сельскохозяйственном отноше­ниях тенденция может быть резко заторможена при условии использования торфяных почв в качестве зеленых угодий на фоне регулируемого шлюзова­ния, внесения органических удобрений и других мероприятий, обеспечива­ющих положительный баланс углерода.

Следует подчеркнуть ряд обстоятельств, которые необходимо учитывать при освоении и сельскохозяйственном использовании торфяных немерзлот­ных почв. Во-первых, темпы минерализации органического вещества тесно связаны с ботаническим составом торфообразователей. Исследования Н.Н. Бамбалова (1984) показали, что при всех диапазонах влажности ско­рость минерализации осокового и гипнового торфов в 1,5-3,0 раза выше, чем древесного или тростникового (рис. 19.5). Во-вторых, органическое ве­щество старопахотных почв минерализуется медленнее. В-третьих, при оп­тимальном использовании торфяных почв для возделывания трав уровни грунтовых вод должны находиться близко к дневной поверхности. По дан­ным К. Шварца, Д. Рота и других (1980), в Германии наиболее высокие уро­жаи трав были получены при залегании грунтовых вод на глубине 40 см при внесении до 400 кг/га азотных удобрений.

Рис. 19.5. Минерализация органического веще­ства почв с различным ботаническим составом торфа [Бамбалов, 1984]

Почвы: 1 — объекта «Березовик» на гипновом торфе (Я = 10-15%, 12 лет в культуре); 2 — Полесского опыт­но-мелиоративного стационара на осоковом торфе (Я =25-30%, 18 лет в культуре); 3 — объекта «Выго- ношанское» на ольховом торфе (Я = 45%, 44 года в культуре); 4 — Полесской опытно-мелиоративной стан­ции на тростниковом торфе (Я = 45%, 5 лет в культу­ре); 5 — Минской опытной болотной станции на трост­никовом торфе (Я =65%, 66 лет в культуре); Я — степень разложения торфа

В полесских ландшафтах Русской равнины, как правило, после быстрой сработки торфа в условиях самотечного осушения на дневную поверхность выходят оглеенные пески или подстилающие торф известковые породы — луговая известь, луговой мергель, туф. Формируются так называемые глеезе- мы. На жестких грунтовых водах при малой мощности торфа в южной и особенно в юго-западной части европейской территории Нечерноземья после осушения могут возникнуть легкие дерново-карбонатные почвы с невысо­ким уровнем плодородия, обогащенные луговой известью или мергелем.

В южной тайге, в зоне широколиственных лесов и лесостепи, при забо­лачивании почв жесткими или ожелезненными водами после осушения воз­можно окарбоначивание органогенных почв или ожелезнение их профиля. Эти явления оказывают неблагоприятное влияние на плодородие почв, по­скольку приводят к снижению их активной пористости, ретроградации фос­фатов и могут вызвать ухудшение свойств почв в результате их сработки. В более высоких широтах, на севере южнотаежной подзоны, в подзонах средней и северной тайги в процессе эксплуатации торфяных почв низинных болот происходят активный вынос щелочно-земельных металлов и их подкисление. Изменения pH в этом случае могут оказаться весьма значительными (около 0,5 pH за одну ротацию севооборота).

Иначе формируется профиль почвы после сработки слоя торфа при под­стилании суглинистыми и глинистыми породами. В поверхностных слоях подстилающих пород образуется перегнойный аккумулятивный горизонт. На таких вторичных почвах возможны устойчивая культура земледелия и разме­щение широкого набора районированных культур. В гумидной зоне разви­тие сельскохозяйственного производства тесно связано с интенсивной ме­лиорацией почв как с одним из важнейших элементов земледелия. Здесь существуют определенные преимущества для выполнения мелиоративных работ, поскольку нет вторичного засоления почв, глубоких засух, слабо вы­ражена эрозия, отсутствует проблема утилизации минерализованного дре­нажного стока и солей и др.

С помощью мелиорации в сельское и лесное хозяйства вовлекаются но­вые земельные массивы, ликвидируется мелкоконтурность полей, создаются условия для устранения на существующих пашнях вымочек, для эффектив­ного использования территории, улучшения общей экологической обстановки. Вся сумма рассмотренных данных свидетельствует о том, что в гумидной зоне, как и в других природных зонах Земли, при разработке проектов мелиорации особое значение имеет выбор таких способов оптимизации, которые адекват­ны (т.е. соответствуют) генезису, свойствам и режиму почв. Если это условие окажется невыполненным, то в таком случае, как правило, будут возникать опасные экологические ситуации, связанные с деградацией почв и ландшаф­тов, неоправданными инвестициями, негативными изменениями условий су­ществования человека. Некоторые примеры этого приведены в табл. 19.3.

Очевидно, состояние сельскохозяйственного производства определяет эффективность мелиоративных систем, тогда как совершенная инженерная мелиоративная система может оказаться нерентабельной при низком уровне агрономического производства.

Из осушенных почв выносятся щелочно-земельные металлы, увеличи­вается подвижность алюминия, снижаются значения pH. Деградации почв может быть противопоставлена только постоянно действующая интенсив­ная система известкования и удобрения. Если в процессе эксплуатации она не реализуется, то в этом случае строительство осушительных систем на кис­лых болотно-подзолистых почвах, как правило, малоэффективно или неце­лесообразно.

Вместе с тем на фоне интенсивной системы сельскохозяйственного ос­воения почв, высокой культуры земледелия эти почвы могут обеспечить ста­бильное получение высоких урожаев районированных культур.

Таким образом, следует подчеркнуть, что мелиорация улучшает режим и свойства почв (главным образом их водный режим). Но при этом уровень эффективного плодородия мелиорированных почв зависит в первую очередь от состояния сельскохозяйственного производства. Поэтому мелиорация почв недопустима на фоне низкой культуры земледелия.

В гумидных ландшафтах в целом и особенно на мелиорированных по­чвах огромное значение имеет система севооборотов, соответствующая осо­бенностям почвенного покрова. На мелиорированных почвах в настоящее

Таблица 19.3

Опасные эколого-мелиоративные ситуации в условиях Нечерноземной зоны РФ и способы их устранения

время обычно не соблюдают намеченные мелиоративным проектом севоо­бороты, нередки случаи монокультуры. Это вызывает быструю сработку тор­фяных почв, их переуплотнение, заболевания растений, пожары, деграда­цию почв, снижение или полную потерю плодородия, их исчезновение.

Следует иметь в виду, что монокультура пропашных, особенно на фоне нерегулируемого режима грунтовых вод, способствует не только быстрой сра­ботке органогенных почв, но и понижению гипсометрических уровней по­верхности всей осушаемой территории. В результате уменьшается глубина залегания дрен, территория подвергается вторичному заболачиванию. Для того чтобы сохранить условия благоприятного водного режима почв, необ­ходимо реконструировать систему и углубить дренаж. Это приводит, в свою очередь, к новой вспышке биохимического разложения торфа, и весь цикл повторяется до тех пор, пока на дневную поверхность не выйдет подстилаю­щая торф минеральная порода. В таких условиях торфяные почвы исчезают полностью. Этот процесс нередко усиливается дождеванием на фоне само­течного осушения. Монокультура пропашных особенно опасна в полесских ландшафтах, так как здесь после сработки торфа происходит выход на днев­ную поверхность бесплодного оглеенного песка или подстилающих торф карбонатных пород (луговой извести, мергеля, туфа). Создать условия для эффективного земледелия на таких породах достаточно сложно, нередко не­возможно. В настоящее время важно проверить и пересмотреть характер ис­пользования осушаемых почв, привести в соответствие с естественными и вторичными условиями систему ведения хозяйства.

Накопленный опыт показывает, что в южной тайге и в ареале широко­лиственных лесов, т.е. в основных сельскохозяйственных районах, следует предусматривать использование маломощных (до 1 м) и среднемощных (1- 2 м) торфяных почв только в качестве высокопроизводительных сенокосных угодий, а более мощные торфяные почвы — в системе травопольных севоо­боротов с высокой насыщенностью травами (50—60%).

Целесообразная система травопольных севооборотов необходима не толь­ко на осушенных торфяных, но и на минеральных почвах. Она обязательна в поймах на структурных дерновых зернистых почвах, где в результате моно­культуры пропашных на фоне интенсивного дождевания и дренажа в насто­ящее время резко ухудшились их агрегатное состояние, водопроницаемость, пористость и плотность. В равной мере травопольные севообороты необхо­димы на бесструктурных осушенных болотно-подзолистых почвах внепой­менных пространств. Сельскохозяйственная техника на мелиорированных массивах сегодня отличается резким несоответствием свойствам почвенного покрова. В гумидных ландшафтах на осушенных массивах применяют тяже­лую колесную технику и транспортные средства с повышенным удельным давлением на почву. Исследования последних лет показали, что даже на незаболоченных дерново-подзолистых почвах из-за уплотнения в результате применения такой техники происходит ежегодное снижение урожайности в среднем на 20% и более. Эффект уплотнения распространяется на глубину до 60—80 см. При этом резко ухудшаются все важнейшие физические свой­ства почв.

Эти неблагоприятные явления в еще большей мере проявляются при работе тяжелых колесных машин на влажных весной и осенью осушенных заболоченных почвах. Под их влиянием резко снижается водопроницаемость поверхностных горизонтов, увеличивается поверхностный сток, в западинах аккумулируется значительно больше влаги, дренажные системы функцио­нируют в нерасчетных условиях. Для работы тяжелых колесных машин ока­зывается необходимым строительство дренажных систем особо интенсивно­го осушения, способных обеспечивать быстрый сброс гравитационной влаги. Однако даже такие системы не обеспечивают необходимую проходимость техники, так как при влажности, соответствующей предельной полевой вла­гоемкости, т.е. в условиях, когда дренаж еще не сбрасывает ни одной капли гравитационной влаги, тяжелая колесная техника уже полностью или час­тично утрачивает способность к перемещению по полю.

Мелиорация в гумидных ландшафтах реализуется в сложных и весьма разнообразных климатических условиях. Она меняет режим и свойства почв, приуроченных к разнообразным материнским породам, а сами почвы фор­мируются под действием разнообразных гидрологических факторов забола­чивания. В этих условиях мелиоративные мероприятия могут быть достаточ­но эффективными только в том случае, если они целесообразно вписаны в природные условия региона.

Мелиорация принципиально меняет водный режим почв, их свойства как среды обитания растений. Поэтому без учета естественного и вторично­го режимов почв, их эволюции и особенностей как среды обитания агроце­нозов нельзя объективно оценить необходимость мелиорации и ее эколого­экономическую эффективность.