В условиях Крайнего Севера повышение урожайности кормовых культур и овощей, охрана и рациональное использование земельных ресурсов являются одними из актуальных проблем обеспечения населения сельcкохозяйственными продуктами. В районах распространения многолетнемерзлых пород повышение урожайности обеспечивается за счет улучшения водного и теплового режимов почвогрунтов.
В условиях засушливого климата Якутии одним из основных мелиоративных направлений в увеличении производства сочных кормов для животноводства - ведущей отрасли сельского хозяйства республики, является орошение дождеванием. Однако водные мелиорации производятся часто без учета геокриологических, почвенных, погодных условий и водопотребления растений, вследствие чего применяемые оросительные нормы в один сезон могут колебаться от 300 до 1200 м3/га, даже в пределах одного и того же хозяйства.
С середины 80-х годов при участии авторов началось планомерное изучение этой проблемы на примере сеяных лугов и кормовых культур. Если в 80-х годах были разработаны предварительные рекомендации по режимам орошения кормовых культур для районов Центральной Якутии на полях без подземных залежеобразующих льдов, то в 90-х годах появилась необходимость изучения влияния орошения на водно-тепловой режим почвы при неглубоком залегании от поверхности повторно-жильных льдов (ПЖЛ). В большей части осваиваемых угодий долины р. Амги и таежных земель на высоких террасах рек Лены, Амги, Суолы и др. широко распространены ПЖЛ. В результате разрушения поверхности из-за интенсивного развития криогенных процессов вследствие раскорчевки леса и последующего нерационального орошения многие пашни выходят из оборота землепользования.
В монографии обобщены результаты многолетних экспериментальных исследований радиационного и теплового балансов, гидротермического режима мерзлотных лугово-черноземных почв при орошении дождеванием кормовых культур весеннего и летнего посевов. Наблюдения проводились в вегетационные периоды с различными погодными условиями. Обеспеченность температуры воздуха колебалась от 12 до 80 %, а обеспеченность осадков - от 8 до 85 %.
При экспериментальных исследованиях водно-физических свойств почв (гранулометрический состав, химический состав водной вытяжки, объемная и удельная масса, порозность, почвенно-гидрологические константы и водопроницаемость) установлено, что различное содержание органического материала в почве, псевдоморфозы, гумусовые подтеки способствуют большим разбросам значений водно-физических свойств, которые следует учитывать при проведении гидромелиорации. Выявлено, что мерзлотные лугово-черноземные почвы Амгинского полигона, обладая хорошей водопроницаемостью, водоудерживающей способностью, повышенным диапазоном активной влаги, оптимальной плотностью и слабой засоленностью, позволяют получать высокие урожаи без рассоления и регулирования рН, благоприятны для возделывания кормовых культур при применении минеральных удобрений и орошения. Лугово-черноземные почвы долины р. Лены обладают более слабой водоудерживающей способностью, повышенной уплотненностью, более низким диапазоном активной влаги, чем их амгинский аналог. Однако на незасоленных разновидностях можно получить хороший урожай при орошении.
Впервые выполнены определения коэффициента теплопроводности мерзлотных черноземно-луговых, лугово-черноземных, дерново-луговых и таежно-палевых почв. Установлено, что наибольший коэффициент встречается у мерзлотных дерново-луговых, а наименьший - у черноземно-луговых почв, что объясняется более высокой гумусированностью последних.
Лабораторные определения коэффициента теплопроводности мерзлотной черноземно-луговой почвы послужили основой построения номограмм его зависимости от объемной массы и влажности почвы в талом и мерзлом состояниях. Эксперименты позволили выявить влияние различных норм орошения на динамику коэффициента теплопроводности почв, увеличение которого при орошении является основным фактором повышения температуры талого слоя.
Получены новые данные и уточнены особенности перераспределения составляющих радиационно-теплового баланса, как при весеннем, так и летнем посевах кормовых культур. Выявлено неодинаковое распределение (соотношение) основных составляющих радиационного баланса и теплового потока в грунт. При летнем посеве в период вегетации кормовых культур на долю радиационного баланса приходится около 50 % от общего притока суммарной радиации, тогда как при весеннем посеве он составляет около 75 %, а тепловой поток в почву - в среднем 6 % от радиационного баланса, что в 1,8-2,0 раза меньше по сравнению с весенним посевом. Полученные данные могут быть использованы при различных расчетных и прогнозных разработках.
Исследования микроклимата приземного слоя воздуха кормовых культур при дождевальном орошении позволяют сделать следующие выводы:
- температура воздуха в среднем пентадном выражении на лугу и на неорошаемых участках повышается сверху вниз, а на орошаемом участке, наоборот, понижается по мере приближения к поверхности почвы;
- абсолютная и относительная влажность на высоте 0,5 м на неорошаемом овсе несколько ниже, чем на орошаемом;
- выявлены особенности распределения температуры воздуха внутри травостоя, максимум или минимум которой отмечается на определенной высоте в зависимости от времени суток и высоты травостоя;
- микроклиматические элементы на высоте 2 м на всех площадках не имеют большой разницы под воздействием адвективных процессов.
Многолетними исследованиями выявлены закономерности формирования гидротермического режима почв при дождевальном орошении. В условиях долины р. Лены под воздействием поливов на участках с весенними посевами повышение средневегетационной температуры почвы отмечается ниже корнеобитаемого слоя. При летнем посеве в условиях долины р. Амги оптимальные нормы полива незначительно сокращают слой сезонного протаивания и исключают вытаивание близкозалегающих повторно-жильных льдов, но не ухудшают температурного режима почвы. В целом почвенные тепловые ресурсы вполне достаточны для весеннего и летнего посевов кормовых культур.
Разработанный оптимальный режим орошения дождеванием при весеннем и летнем посевах позволит получить более высокие урожаи. При таком режиме орошения исключается вытаивание ПЖЛ, развитие просадок, криогенных нарушений поверхности, рационально используются земельные ресурсы. Результаты производственной проверки рекомендуемых режимов орошения показали их пригодность и удовлетворительную точность для производственных целей. Для практического использования рекомендованы уточненные сроки и нормы поливов в зависимости от фазы развития культур, метеорологических условий, типа почв их механического состава и водно-физических свойств. Применение рекомендуемых режимов орошения, кроме экономических выгод, служит не менее важной задаче - сохранению высокопродуктивных долголетних орошаемых пашен под кормовыми культурами.
Монография представляет интерес не только в прикладном, но и научном аспекте, что необходимо для проектирования, строительства и эксплуатации оросительных систем, охраны и рационального использования земельных ресурсов и как учебное пособие для высших учебных заведений сельскохозяйственного направления.