Обустройство территорий по улучшению почвенного плодородия малопродуктивных земель

Глобальные проблемы современности теснейшим образом связаны с состоянием почвенного покрова планеты, его динамикой, функциональной деятельностью и биопродуктивностью. Однако инженерная деятельность человечества с каждым годом оказывает все большее от рицательное влияние на природную среду, в том числе и плодородие почв.

Интенсивные технологии, применяемые не только в промышленности, но и сельском хозяйстве, сильно изменяют качественно и количественно почвенные процессы. При радикальных антропогенных изменениях почвы могут отличаться от природных аналогов не только по отдельным свойствам и режимам, но и по совокупности системных характеристик как объектов природопользования и управления потребительскими свойствами и компонентами природной среды. При нару шении целостности падает компенсационная и самовосстановительная способность почв по отношению к отклонениям внешних факторов и, соответственно, возрастает вероятность проявления негативных послед ствий.

В условиях существенных и достаточно быстрых изменений свойств почв, при широких масштабах техногенного воздействия на них, необ ходимо учитывать эти изменения и стремиться создавать оптимальные условия для их восстановления.

Модель почвы с оптимальными параметрами служит своеобразным эталоном, обеспечивающим их потребительскую способность и продуктивность, для достижения которых должны быть направлены компенсационные инженерныемероприятия. Под оптимальными параметрами, в данном случае, предполагается понимать такие сочетания качественных и количественных показателей свойств почв, при котором могут быть максимально использованы все жизненно важные для биоты факторы и наиболее полно реализованы потенциальные возможности ее потребительских свойств.

При определении оптимальной системы управления плодородием почв прежде всего следует учитывать требования объективных законов непрерывного и возрастающего их плодородия, а также законов возврата питательных веществ (элементов) в почву, вынесенных при формировании биоценозов и их уровня.

В числе качественных показателей плодородия почв выступают критерии, определяющие оптимальное ее состояние, удовлетворительно или неудовлетворительно характеризующие ее функционирование. Наиболее важными из этих групп критериев являются водно-физические, физико-химические и агрохимические свойства.

Для оценки водно-физических свойств следует учитывать следующие показатели: структурное состояние почвы — содержание механически прочных и водопрочных агрегатов и их распределение по профилю; микро и макроструктурный состав с показателями дисперсности и структурности; плотность скелета и порозность почвы, плотность твердой фазы почвы (удельная масса); естественная влажность почвы и продуктивная влага — разность между естественной и влажностью завяза- ния; водопроницаемость в Iй час впитывания, предельная (наименьшая) полевая влагоемкость.

Среди показателей физико-химических свойств почвы необходимо учитывать степень засоления и глубину залегания солевого горизонта, содержание и состав всех растворимых солей, их щелочность и содоус - тойчивость, содержание гипса и карбонатов; солонцеватость, присутствие тяжелых металлов.

Агрохимические свойства почв определяются наличием и количественным содержанием гумуса в минеральном слое почв и по горизонтам, типом гумуса, его обогощенностью азотом, присутствием легко гидролизуемого азота, нитрифицирующей способностью почв, содержанием подвижного фосфора, калия и других показателей.

Учитывая многообразие показателей, определяющих прямо или косвенно плодородие почв, выделяются и количественно закрепляются (табл.

Таблица 5.5

Приближенная оценка плодородия почв

няя в лучшую сторону их состоящие, продуктивность и возможность использования этих почв в сельскохозяйственном производстве.

Последовательность работ по сохранению и воспроизводству плодородия почв, вовлечению их в с-х производство зависит от характера их деградации, количественных отклонений показателей плодородия от оптимальных или удовлетворительных, а также имеющихся тенденций к ухудшению. В этом случае применяется комплекс мероприятий, обеспечивающих стабилизацию и восстановление этих показателей. Среди основных из них являются: выравнивание и планировка территорий, внесение кальциево-содержащих или гипсосодержащих мелиорантов, проведение глубокого рыхления или глубоких обработок, внесение органических удобрений, или органо-минеральных компостов и

Характеристики веществ для повышения плодородия

солонцов и засоленных почв

Таблица 5.6

Окончание табл. 5.6

ежегодное внесение оптимальных доз минеральных удобрений, а также обязательное проведение вспашки почв под зиму и строгое соблюдение агротехнических приемов ее обработки и ухода в течение вегетационного периода.

В соответствии с приведенной классификацией различных веществ, используемых для воспроизводства почвенного плодородия (табл. 5.6), для каждого из них складываются свои условия и границы применяемости, а также технологии их внесения.

Одним из эффективных приемов, обеспечивающем воспроизводство плодородия кислых солонцевато-слитых почв, является известкование.

Известь — длительно действующее вещество. При внесении в почву даже в половинной дозе (3—4 т/га) она оказывает положительное влияние на плодородие в течение 5—6 лет и больше. Ежегодно в пределах бывшего Союза известковали 5 млн га малопродуктивных земель. Известкование почвы нейтрализует вредную для биоты избыточную почвенную кислотность, улучшает структуру почвы, способствует созданию благоприятных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, использованию растениями питательных веществ почвы, усвоению органических и минеральных удобрений. После внесения извести почва становится более рыхлой, дольше сохраняет влагу, обрабатывать ее значительно легче. К основным видам известковых удобрений относятся известковая и доломитовая мука, которые готовят на специализированных предприятиях, озерная известь, известковый туф и мергель, получаемые при разработке мягких рыхлых залежей. Сланцевая пылевидная зола является -- продуктом сжигания горючих сланцев в топках электростанций, ТЭЦ, ГРЭС и промышленных предприятий. Дефекат представляет собой различные шлаки и другие отходы производства.

По физическим свойствам известковые вещества делятся на две группы: пылевидные и непылевидные. Пылевидные имеют размер частиц до 0,25 мм, влажность не более 2 %. У непылевидной извести размер частиц и влажность значительно выше. Эффективность известкования зависит от степени кислотности и механического состава почв, а также состава возделываемых сельскохозяйственных культур. Учитывая, что известковые вещества содержат различные примеси и влагу, их дозы следует вносить с поправками. Известкование производят полными или половинными дозами в сочетании с органическими и минеральными удобрениями, а также микроэлементами. Лучшие сроки известкования — с мая по ноябрь. На участках, где нет опасности смыва, известковые вещества можно вносить и зимой по неглубокому снегу.

Рис. 5.5. Схема расположения куч извести и движения разбрасывателя при длине гона, меньшей пути разбрасывания:

1 разбрасыватель; 2 — погрузчик.

Рис. 5.6. Схема расположения куч извести и движения разбрасывателей при длине гона, равной пути разбрасывания:

I — разбрасыватель; 2 - погрузчик.

Рис. 5.7. Схема расположения куч извести и движения разбрасывателей на больших полях в ветреную погоду:

1 — схема движения разбрасывателя; 2 — направление движения погрузчика.

Существуют три способа известкования почв: прямоточный способ; способ с перегрузкой; перевалочный способ.

Прямоточный способ применяется при перевозке извести до мест внесения на расстояния 1 —2 км. Он включает погрузку известковых веществ с мест куч извести, расположенных вдоль большей стороны поля экскаваторами на базе тракторов «Беларусь» типа Э-153 или тракторными погрузчиками ЛЭ-0,85 (грейферный или ковшовый) ПБ-35 или ПГ-0,5Д в тракторные прицепы-- разбрасыватели РУМ-3,0; 1 ПТУ-3,5 с кольцевым метателем, РКМ-500 или РМГ-4.

Далее тракторные прицепы-разбрасыватели движутся вдоль гона по спиральной схеме, поперек поля, разбрасывая известь полосами с перекрытием полос на 0,5 м (рис. 5.5; 5.6; 5.7).

Способ известкования с перегрузкой включает погрузку известковой массы с мест ее хранения в автосамосвалы типа ГАЗ-САЗ-53Б; САЗ-3502 или ЗИЛ-ММЗ-554М4 ЗИЛ-555 идр. погрузчиками ПЭ-0,85; ЗСА-40; Э-153А; ПБ-35; ПГ-0,5Д идр. Далее производится транс пор- тировка автотранспортом извести до мест внесения на расстояния до 10 км и перегрузка на поле в прицепы-разбрасыватели. Последующая схема работы разбрасывателей такая же, что и в первом случае. При расстояниях перевозки извести около 10 км используют загрузчики ЗСА-40, при меньших — автосамосвалы.

В производственной практике наиболее распространен перевалочный способ, предусматривающий на перевозке извести тракторных прицепов 2-ПТС-4, тракторных поездов из 2х самосвальных прицепов ПТС-4 и2-ПТС-6 или 1-ПТС-9 и З-ПТС-12 и автосамосвалов ЗИЛ-585 и ЗИЛ-555. Вблизи мест работы делается разгрузка извести во временные кучи, из которых производится снова погрузка в прицепы- разбрасыватели. Разбрасыватели движутся челночньш способом с под ветренной стороны, повороты в конце гона делают' против ветра. При групповой работе (рис. 5.10) каждому агрегату выделяют отдельный загон и внутри каждого загона разбрасыватели движутся челночным способом. В том случае, когда длина гона меньше поперечных размеров поля, применяется односторонняя поперечная схема движения агрегатов-разбрасывателей за пределами поля (рис. 5.5) и расположением куч извести с одной стороны поля.

Если длина гона равна ширине поля или кратна его половине, используется двухсторонняя спиральная схема движения разбрасывателей (рис 5.6) с перекрытием не только полос движения по гону, но и в конце самих гонов. В этом случае временные кучи извести располагаются с обеих длинных сторон поля. В том случае, когда площади полей большие и составляют до 60—80 га (размеры поля примерно 2 км х 0,4 км; км х 0,54 км и т. д.) применяется многоступенчатая, двухсторонняя спиральная или челночная схемы движения агрегатов-разбрасывателей с расположением временных куч извести не только по границам, но и внутри самого поля (рис. 5.7).

Производительность агрегатов, применяемых при внесении извести, зависит от правильного выбора способа работы разбрасывателей и размещения временных куч извести у границ поля.

Воспроизводство почвенного плодородия солонцовых и солонцеватых комплексов осуществляется, как правило, внесением калийно-со- держаших мелиорантов типа гипса, фосфогипса, глиногипса, а также продуктов отработки промышленности. Для уплотненных солонцов, кроме внесения калийно-содержащих веществ, производится глубокое рыхление и обработка почв.

Расчет доз мелиорантов производится с учетом свойств солонцов и мелиорирующей основы мелиоранта. Для малонатриевых солонцов она рассчитывается с учетом полного вытекания натрия из почвенного поглощающего комплекса, для средне и многонатриевых солонцов — на вытеснение 97 %, а для садовых солонцов делается поправка на щелочность. Нормы для всех мелиорантов определяют по дозе гипса, умножая ее на коэффициент пересчета каждого мелиоранта в чистый гипс. В количественном выражении дозы калийносодержащих мелиорантов устанавливают по формулам:

Дг = 0,086-A- d-Na,              (5.6)

Дгл.фГ= 0,086 -h-d.Na.K%              (5.7)

где Дг — доза гипса;

Д1лф — доза глиногипса, фосфогипса в расчете на полное вытеснение обменного натрия и замены его на кальций, т/га; d — объемная масса почвы, т/м3;

Na — содержание обменного натрия в мг-экв/100 т почвы;

К — коэффициент пересчета мелиоранта на чистый гипс (табл. 5.7); h — мощность мелиорируемого слоя, см.

Таблица 5. 7

Переводные коэффициенты (К) для пересчета глиногипса (фосфогипса) в гипс

Дозы мелиорирующих средств, полученных при использовании отходов промышленности, в том числе при смешивании терриконовой породы с серной кислотой или электролита травления стали с опилками, определяются по формулам:

При смешивании терриконовой породы с серной кислотой

= Д • 2,2.              (5.8)

Полученная смесь содержит: CaS04 • 2Н20 — 2,0 %;

FeS04 *7Н20-8,8% ; A12C(S04)3 18Н20-38,2% .

При смешивании электролита травления стали с опилками, доза мелиоранта определяется зависимостью:

Дэ+„п = Д-и              (5.9)

Смесь содержит мелиорируещего вещества в количестве:

где ДэЧоп — доза мелиоранта, получаемого смешиванием электролета травления стали с опилками, т/га;

Дп+н^ — Доза мелиоранта, получаемого смешиванием терриконовой породы и серной кислоты, т/га;

Д — доза гипса, рассчитанная на полное вытеснение обменного натрия, т/га; — коэффициент пересчета, с учетом содержания мелиорирующих веществ в получаемом средстве, на чистый гипс при 30 % влажности (табл. 5.8); — коэффициент пересчета, с учетом содержания мелиорирующих веществ в получаемом средстве, на чистый гипс при 30 % влажности.

Смесь терриконовой породы (продукты отходов угледобывающей промышленности) с серной кислотой или электролитом травления стали получают непосредственно в поле. Для этого кислая выветривающаяся порода перевозится с отвала (террикона) на специально под-

Таблица 5.8

Количество различных мелиорирующих чистых веществ в тоннах, эквивалентных 1 т чистого гипса

готовленную площадку вблизи поля. Погрузка породы осуществляется экскаваторами с оборудованием «прямая лопата» на обычные ав тосамосвалы грузоподъемностью 3—5 т и более типа ГАЗ-53Б; ЗИЛ ММЗ-565; ГАЗ-93Б и др.

Для транспортирования отработанной серной кислоты или электролита травления стали используется машина для перевозки жидких удобрений, ядохимикатов и других веществ типа РЖТ-4; РЖТ-3.

Порода и кислота смешиваются в пропорции 4:1. Она обливается из шланга цистерны 5 % серной кислотой или электролитом травления стали с одновременным перемешиванием ее ковшом экскаватора типа ЭО-262-ТА. При высушивании на воздухе, смесь несколько раз перемешивается, а затем пропускается через измельчитель-смеситель минеральных удобрений ИСУ-4 с последующей погрузкой ее погрузчиком ПЭ-0,8Б в разбрасыватели типа ТУП-ЗА; ТУП-3,5А; ПРТ-10; ПРТ-16, которые агрегатируются с тракторами класса 30—50 кН. В результате проведенных операций получается продукт, который легко разминается, а также не гигроскопичен. В полученном сырье увеличивается содержание гипса от 20—30 % в породе, до 40—50 % в мелиоранте. Полученное вещество относится к сыпучим, слабопылящим мелиорантам. Использование в качестве мелиоранта для повышения или восстановления плодородия малопригодных земель, смеси электролита травления стали с опилками технологически сочетается непосредственно с условиями травления металлов. На последней стадии, когда отработанный электролит травления стали должен нейтрализоваться щелочью, вместо нее добавляются опилки в соотношении к кислоте 5:1 и полученную смесь перемешивают и высушивают.

В полевых условиях мелиорант готовится по следующей схеме. На заводе электролит травления стали забирается из ванны травления с помощью насоса, подается в автоцистерны или металлические бочки емкостью до 200 л и перевозится в поле к площадкам, где сосредоточены и размещены опилки в определенном расчетном количестве. С помощью резинового шланга опилки поливают электролитом и перемешивают ковшом экскаватора типа ЭО-262-1А и др. Полученный после перемешивания и высушивания мелиорант грязно-белого или зеленоватого цвета, рыхлый по структуре, имеющий Н суспензии 1,7—2,9. Мелиорирующая основа в пересчете на чистый гипс составляет 55—60 %. Транспортироваться мелиорант может в обычных самосвалах и бортовых машинах, тракторных тележках, насыпом, без специальной их подготовки, а также в полиэтиленовых мешках. В поле расбрасывается как органическое удобрение специальными расбрасывателями до 6 т/га — КСАЗ, более 6 т/га РУМ-8; 1 РМГ-4; РУМ-18; ПРТ-16 и др.

Сыпучие мелиоранты типа гипса, фосфогипса, глиногипса и др. можно вносить при дозе до 60 т/га расбрасывателями минеральных удобрений РУМ-5; 1 РМГ-4; РУМ-8; РУМ-16, с тракторахми класса 30 кН; (табл. 5.8), а также автомобильными расбрасывателями — КСА-3; КСА-5 и др. При больших дозах внесения мелиорантов их лучше вносить рас - брасывателяхми органических удобрений ТУП-ЗА; ТУП-3,5А; ПР1-10; ПРТ-16; РПН-4 и др. на базе тракторов класса 30—50 кН. Конструкция расбрасывателя РПН-4 с опускающейся вместе с кузовом рамой позволяет загружать его непосредственно в поле из автомобилей-самосвалов типа ГАЗ-53Б; ЗИЛ-ММЗ-585; ЗИЛ-ММЗ 565; ГАЗ-93Б и другими с опрокидывающимся назад кузовом. Агрегатируется этот расбрасыва- тель с тракторами класса 14—30 кН. В технологической схеме внесения сыпучих мелиорантов лучше предусматривать расбрасыватели, которые за один проход вносят расчетную дозу. Для обслуживания таких агрегатов применяют стандартные погрузчики и погрузочные средства: ПЗА-1,0; ПЭ-0,8Б; ПФ-1,2 и др.

Дозы расбрасывания сыпучих мелиорантов регулируются дозаторами, установленными на этих агрегатах. Если машина используется на внесение дозы мелиоранта, на которую не рассчитан дозатор, ее задвижка открывается полностью. В этом случае делается перерасчет на внесение дозы за один проход и определяется количество проходов на расчетную дозу. Сыпучие мелиоранты типа гипса, глиногипса и фос- фогипса вносятся равномерно по всему фронту работ и сразу заделываются дисками в почву, чтобы не было его сдувания и перемещения по уклону.

При восстановлении плодородия солонцеватых уплотненных почв схема и порядок работ аналогичны предшествующей технологии с той лишь разницей, что процесс их глубокого рыхления осуществляется на глубину 0,4—0,5 м, реже 0,5—0,8 м рыхлителями типа РГ- 0,5; РГ-0,8 или КПГ-250 агрегатируемых с тракторами класса 100— 150 кН в период после внесения навоза. Рыхление может осуществляться сплошным и полосовым методом перпендикулярно основной обработке почвы.

Рис. 5.8. Схемы движения рыхлителей:

а — челночная; б — загонная с постепенным сближением проходов; в - загонная с параллельным смещением проходов; 1, 2, 3-8 — рабочие проходы рыхлителей; L длина рабочего гона; I — полосы для выглубления зубьев рыхлителя

и разворотов.

Схемы движения агрегатов могут быть: челночная — при наличии широкой поворотной полосы и загонная — при наличии ограничений в поворотной полосе (рис. 5.8). Оптимальная длина гонов принимается 1500—2000 м. На переувлажненных и тяжелых почвах участков с уклонами не более 0,02, а также на равнинных участках при коэффициенте фильтрации менее 0,1 м/сут и плотности верхнего слоя почв более т/м3 применяют сплошное рыхление. На уплотненных почвах с коэффициентом фильтрации более 0,1 м/сут — полосовое. При полосовом рыхлении расстояние между полосами для глинистых почв составляет 1,0—1,5 м; для тяжелосуглинистых — 1,5—2,0 м и среднесуглинистых 2—3 м. При больших уклонах местности (0,03) расстояния между полосами увеличиваются и составляет: для глинистых грунтов 1,2—2,5 м; тяжелосуглинистых — 3—4 м и легкосуглинистых — 4—5 м. Объемные рыхлители РГ 0,5; РГ-0,8 предназначены для использования разными модификациями, от 3 и 2 до одностоечных, с шириной захвата до 3 м и расстояниями между зубьями рыхлителей от 0,6—0,8 м до 1,0—1,2 м. Для отдельных зон страны разработаны и с успехом используются конструкции рыхлителей типа: для Сибири с уклоном рельефа более 0,1 — ЩА-2-140; для юга России - КЩ-2Б; КБЩ-3 и КБЩ-ЗУ.

Кротователь-щелерез КЩ-2Б (конструкции ЮжНИИГиМ) имеет

ширину захвата 1,5 м, глубину рыхления — 55—65 см, рабочую скорость до 8 км/час и производительность за 1 час чистой работы — 1,2—2,0 га. Тип конструкции навесной, массой 350 кг, агрегатируется с тракторами Т-130 Гили К-701.

Глубокое рыхление следует проводить только в периоды с оптимальной влажностью почвогрунтов равной 0,6—0,8 наименьшей влагоехмко- сти (НВ). При других показателях влажности качество рыхления резко ухудшается. Пересушенный грунт при рыхлении образует крупные комья, в переувлажненных, наоборот, образуются выдавленные прорези без рыхления грунта. Все это ухудшает последующую обработку почвы, снижает производительность машин и увеличивает расход энергоресурсов.