1. Происхождение болот, заболоченных и избыточноувлажненных почв

Болотом называется территория, находящаяся постоянно или периодически в состоянии избыточного увлажнения, покрытая специфической влаголюбивой растительностью, на которой происходит накопление торфа.

Характерным для болот является преобладание анаэробных процессов, значительное ослабление минерализации растительных остатков. Элементы пищи находятся в болотах в недоступной для растений форме, в составе органических соединений торфа. Это, однако, не исключает наличия в болотах значительных запасов питательных веществ в связанной форме, составляющих их потенциальное плодородие. Задачей мелиорации болот является превращение этих связанных запасов пищи в доступные для растений вещества, превращение потенциального плодородия болот в эффективное.

Наряду с болотами различают заболоченные территории, в которых процессы заболачивания выражены менее резко, чем на болотах. Формальным признаком, на основании которого обычно различают болота и заболоченные территории, является накопление торфа. Если слой торфа имеет мощность больше 30 см в неосушенном состоянии и больше 20 см после осушения, то территория может быть отнесена к болотам. При меньшей мощности торфяного слоя она относится к категории заболоченных земель. При окончательном отнесении массива к той или другой категории следует учитывать и другие признаки – характер и развитие растительности, длительность и размеры увлажнения, степень выраженности анаэробных процессов и т. д.

Основная часть болот и заболоченных территорий распространена в избыточно влажной, таежной зоне. Большое количество их находится в северо-западной части РФ (в пределах Ленинградской, Архангельской, Мурманской областей). Болота имеются также и в южных зонах, в дельтах и поймах нижнего течения рек.

1.1. Заболачивание суши

Поверхностное заболачивание атмосферными водами происходит главным образом на выровненных территориях, сложенных тяжелыми породами. Оно начинается в различного рода понижениях водоразделов, где накапливаются атмосферные осадки, характеризующиеся незначительным содержанием растворенных элементов питания. На начальной стадии поверхностного заболачивания формируются перегнойно-подзолистые поверхностноглееватые почвы, для которых характерно повышенное содержание органического вещества в верхнем горизонте (до 15–20 %) и наличие признаков оглеения в горизонтах А₁, А₂ и А₂В. В дальнейшем гумусовый горизонт постепенно оторфовывается, а затем образуется и самостоятельный торфяной горизонт на поверхности почвы, в результате чего формируются торфянистоили торфяно-подзолистоглеевые почвы, которые при последующем нарастании торфяного слоя превращаются в болотную верховую торфяную почву.

Заболачивание пресными (мягкими) грунтовыми водами развивается на бескарбонатных, преимущественно легких породах, подстилаемых водоупорными тяжелыми моренными, покровными или озерными отложениями. При этих условиях просачивание атмосферных осадков приводит к высокому стоянию почвенно-грунтовых вод, вызывающих избыточное увлажнение почвенного профиля. Заболачивание начинается с развития оглеения в нижних горизонтах (В₂, ВС, С) и формирования торфянистой подстилки, а затем и торфянистого горизонта.

Устойчивое развитие грунтового заболачивания пресными водами приводит к образованию болотно-подзолистой, а затем торфяно-глеевой и торфяной почвы верхового болота. Растительность таких участков представлена угнетенными сосной, березой, полукустарниками (багульник, голубика, клюква); в напочвенном покрове преобладают сфагновые мхи.

Заболачивание жесткими грунтовыми водами. Жесткие грунтовые воды содержат повышенное количество различных минеральных соединений, и прежде всего двууглекислого кальция Са(НСО₃)₂. В этих условиях создается более благоприятный питательный режим для растений, чем при увлажнении атмосферными осадками. На таких участках хорошо развивается разнообразная влаголюбивая травянистая растительность, а из древесных и кустарниковых пород – черная ольха, ива, береза, смородина и др. Постоянное присутствие бикарбоната кальция создает близкую к нейтральной или слабощелочную реакцию, при которой процессы гумификации идут активнее, а образующиеся гумусовые вещества нейтрализуются и закрепляются ионом кальция.

В этих условиях формируются дерново-глеевые почвы. Устойчивое и длительное переувлажнение жесткими грунтовыми водами приводит к образованию на поверхности почв торфяного горизонта, и постепенно дерново-глеевая почва превращается в болотную торфяную низинную почву.

Болотные почвы могут изменяться во времени, переходя из одной стадии в другую, что наблюдается при изменении условий водного питания и, как следствие, смене растений-торфообразователей. Такую эволюцию болотных почв можно наблюдать в природе, когда почвы низинных болот переходят в почвы переходных, а затем и верховых болот.

1.2. Заторфовывание водоемов

Образование торфяных болотных почв возможно при заторфовывании водоемов (озер, заводей рек, стариц и т. п.). При отмирании планктона (водоросли, моллюски и др.) его масса смешивается на дне с минеральным илом, образуя сапропель (гниющий ил), который постепенно переходит в более твердую органо-минеральную массу – сапропелит. По мере заполнения водоема сапропелем на нем, начиная от берегов, поселяются земноводные растения – камыш, тростник и др. При их отмирании растительные остатки постепенно заполняют мелководье. Кроме того, в образовании торфяной массы участвуют и плавающие растения – трифоль, сабельник, телорез и др. Эти растения могут образовывать довольно мощный плотный ковер-сплавину, состоящую из отмерших и живых растений. Отрываясь, нижние части сплавины опускаются на дно. Так постепенно происходит заторфовывание водоема сверху и снизу. На вышедшей на поверхность торфяной толще поселяется различная болотная растительность и в дальнейшем могут последовательно развиваться стадии почв низинного, переходного и верхового болота. При заторфовывании водоемов мощность торфяников достигает 15 м и более.

1.3. Классификация болотных почв

Болотные почвы таежнолесной зоны представлены главным образом низинными и верховыми болотными почвами, имеющими мощный торфяной горизонт.

В более южных зонах эти почвы представлены в основном болотными пойменными почвами степей, буроземно-лесными болотными почвами, болотными почвами сероземной зоны и болотными почвами субтропических областей.

Болотные почвы южных зон образуются в понижениях рельефа, чаще в поймах рек, с поверхностным и грунтовым увлажнением под болотной растительностью, преимущественно под тростниковыми, осоковыми, тростниково-рогозовыми и другими ассоциациями.

Болотные почвы разных зон наряду с общими свойствами и признаками несут и следы зонального характера. Например, болотные почвы сероземной зоны отличаются малой мощностью торфяного горизонта и значительной засоленностью. Болотные почвы буроземнолесных областей, наоборот, имеют более мощные торфяные горизонты и, как правило, значительно заилены.

Некоторые типы болотных почв южных зон несут на себе зональные признаки карбонатности, солонцеватоеги, осолодения, засоленности и т. д. Безусловно, они значительно различаются между собой и по генезису и по плодородию, что во многом определяет применение мелиоративных и агротехнических мероприятий по их освоению и использованию.

Все болотные почвы таежно-лесной зоны в зависимости от происхождения, условий залегания и характера растительности делят на два типа: болотные верховые почвы и болотные низинные почвы.

Болотные верховые почвы распространены преимущественно в северной и средней тайге таежно-лесной зоны европейской части РФ, а также на севере Западной Сибири, на Камчатке и Сахалине. Образуются они больше всего на водоразделах в условиях увлажнения пресными застойными водами. Растительный покров их представлен главным образом сфагновым мхом, а также полукустарниками (морошка, багульник, кассандра, голубика и др.) и древесными породами (ель, сосна, береза), обычно сильно угнетенными.

По степени развития процесса почвообразования различают 2 подтипа болотных верховых почв – болотные торфяно-глеевые и болотные верховые торфяные.

Болотные торфяно-глеевые почвы (мощность торфяных горизонтов меньше 50 см) формируются в более пониженных частях водоразделов или по окраинам верховых болот, на боровых песчаных террасах и зандровых равнинах. В профиле почв различают сфагновый очес, торфяной горизонт, глеевый горизонт.

Болотные верховые торфяные почвы (мощность торфяных горизонтов больше 50 см) занимают центральные части верховых торфяных болот на водораздельных равнинах и песчаных террасах таежнолесной зоны под специфической олиготрофной растительностью.

Профиль этих почв слабо дифференцирован на горизонты и в отличие от торфяно-глеевых почв представлен органогенными горизонтами, подстилаемыми торфоорганогенной породой.

Болотные низинные торфяные почвы формируются в глубоких депрессиях рельефа на водоразделах, на древнепойменных террасах и в понижениях речных долин. Образование этих почв происходит под автотрофной и мезотрофной растительностью (осоки, тростники, гипновые мхи, ольха, ива и др.) в условиях избыточного увлажнения жесткими грунтовыми водами.

По степени развития процесса почвообразования различают четыре подтипа болотных низинных почв: низинные обедненные торфяно-глеевые; низинные обедненные торфяные; низинные (типичные) торфяно-глеевые; низинные (типичные) торфяные.

Первые два подтипа формируются под действием слабоминерализованных грунтовых вод, остальные – под воздействием жестких грунтовых вод. Первые два подтипа почв распространены преимущественно в северной и средней тайге, а последние – в южной тайге и лесостепи.

Торфяные горизонты болотных низинных почв резко отличаются по свойствам и плодородию от торфяных горизонтов верховых почв.

2. Почвенно-мелиоративные исследования объектов осушения

2.1. Характер увлажнения нота и тины водного питание

Осушительные мелиорации проводятся преимущественно в таежной зоне на дерново-подзолистых, подзолистых, торфяно-подзолисто-болотных и болотных почвах Рельеф здесь выровненный, климат влажный, почвы избыточно увлажненные, обладают рядом неблагоприятных физикохимических свойств, поэтому их рациональное использование основано на регулировании водного режима.

В лесостепной зоне объектами осушения являются различного рода блюдцеобразные понижения на водораздельном плато, почвы речных долин, особенно притеррасная часть поймы.

В общем комплексе исследований осушаемого массива значительное внимание должно быть уделено изучению поступления воды на массив, а также пути и характера стока воды за пределы массива, т.е. характера увлажнения и типа водного режима.

В зависимости от характера увлажнения почвы (по А.П. Петрову) подразделяются на следующие группы:

1. Периодически недостаточного увлажнения, которые формируются в условиях резко выраженного поверхностного стока и хорошего дренажа. Признаки оглеения отсутствуют во всех горизонтах почвенного профиля и в материнской породе. Уровень грунтовых вод больше 4–6 м;
2. Нормального увлажнения. Почвы развиваются на территории с обеспеченным поверхностным и внутрипочвенным стоком. Признаки оглеения отсутствуют во всех горизонтах почвенного профиля и в материнской породе. Грунтовые воды ниже 2 м;
3. Кратковременного избыточного увлажнения. Характерны для территорий с ослабленным поверхностным стоком и слабовыраженным дренажем. При переувлажнении поверхностными водами наблюдается оглеение верхних горизонтов почв в виде сизоватоголубоватых пятен и просветов. При переувлажнении грунтовыми водами при их уровне 1–1,5 м оглеены материнская порода (сплошное оглеение) и нижние горизонты в виде пятен и просветов. При смешанном переувлажнении процессы оглеения затрагивают весь профиль почвы, но в виде пятен и просветов в связи, е кратковременным характером их переувлажнения, обусловливающих развитее на глинных заболоченных глееватых почв;
4. Длительно избыточного увлажнения. Почвенный покров с резко ослабленным поверхностным стоком и плохим дренажем. При переувлажнении поверхностными водами наблюдается сплошное оглеение верхних горизонтов, оглеение книзу уменьшается и нередко полностью отсутствует в материнской породе. При длительном переувлажнении грунтовыми водами на уровне 1–0,5 м сплошь оглеенными оказываются все горизонты и порода. Сплошное оглеение профиля наблюдается при смешанном длительно избыточном увлажнении. Такой характер увлажнения приводит к формированию сильно заболоченных глеевых почв;
5. Постоянного избыточного увлажнения. Эту группу составляют почвы болотного типа почвообразования, которые формируются на недренировашгых бессточных понижениях с залеганием грунтовых вод менее 0,5 м. Почвы имеют ярко выраженный торфяной горизонт мощностью больше 30 см и сплошное оглеение минеральной части профиля.

Наряду с характером увлажнения почв серьезное внимание уделяют установлению типа водного питания. Для этого необходимо, наряду с изучением характера процессов оглеения и стадий развития болота, тщательно изучить гидрологические условия.

Различают следующие основные типы водного питания:

• а) атмосферными водами (осадки),
• б) водами поверхностного стока (делювиальными),
• в) почвенно-грунтовыми (верховодка),
• г) грунтовыми водами,
• д) грунтово-напорными водами,
• е) паводковыми (намывной тип водного питания),
• ж) смешанный тип водного питания (сочетания).

2.2. Почвенно-мелиоративное изучение территории

Выбор системы гидротехнических, агромелиоративных и агротехнических мероприятий регулирования водного режима исходит из анализа условий формирования этих почв и их свойств, что и обеспечивается почвенно-мелиоративными исследованиями. Комплекс почвенномелиоративных и культуртехнических исследований позволяет установить причины и степень заболоченности почв, их физикохимические свойства, хозяйственную ценность существующей растительности и материалов для обоснования строительства осушительных сооружений. Обычные почвенные съемки дополняются закладкой буровых зондировочных скважин, определением уровней верховодки и грунтовых вод, детальным исследованием водно-физических свойств почв.

На минеральных почвах, требующих осушения, в целях более полной характеристики гранулометрического состава почв, их оглеенности, агрегированности, мощности горизонтов и других признаков, учитываемых при расчетах междренного расстояния по специальным номограммам, кроме выработок, предусмотренных съемкой, для обоснования технического и технорабочего проекта с помощью зондировочных буров закладывают серию скважин. Их глубина 1,8–2,0 м, частота закладки определяется из расчета одна скважина на 1–3 га в зависимости от сложности литологического состава почвогрунтов в зоне действия дрен. Зондировочные работы выполняют на участках со сложным неоднородным гранулометрическим составом почвогрунтов и их литологией.

На объектах осушения, сложенных мощными литологически однородными отложениями, зондирование не проводят.

На болотных массивах, кроме выработок, предусмотренных масштабом съемки, при изысканиях зондируют торфяные залежи по поперечнику, через каждые 100–400 м с учетом сложности объекта и частотой зондируемых точек через 100 м. В процессе зондирования фиксируют и другие особенности: пни, сапропель, рудяковые, угольные, водные прослойки и т.д. В 55 случаях из 100 точек ведут подробное и послойное описание ботанического состава, степени разложения и свойств торфа.

При полевом описании профиля минеральных избыточно увлажненных почв необходимо тщательно изучить признаки оглеения (в тяжелых почвах зеленоватая окраска, в легких – голубоватосероватая), а также дать подробную характеристику новообразованиям (железа и железо-марганцевых конкреций, примазок), тесно связанным со степенью избыточного увлажнения. Особенность почвенно-мелиоративных исследований в осушительных целях как раз и состоит в плательном изучении литологических и гидрологических условий.

Если причиной заболачивания почвенного объекта являются поверхностные воды, литологическую характеристику объекта ограничивают данными, полученными почвоведами при почвенномелиоративной съемке и зондировании. Самостоятельные инженерно-геологические изыскания в этом случае не проводятся.

На участках с грунтовым или смешанным заболачиванием наряду с почвенно-мелиоративными и зондировочными работами предусматривается выполнение инженерно-геологических изысканий на всей площади объекта при обязательной их увязке с почвенномелиоративными работами.

По ходу полевых исследований с избыточно увлажненных торфянистых почв отбирают образцы для лабораторных анализов с сохранением их естественной влажности. Образцы верхних горизонтов торфяных почв до глубины 0,7 м отбирают послойно, через каждые 10–15 см, ниже через большие интервалы с учетом строения профиля почв, на минеральных почвах – по генетическим горизонтам и литологическим слоям.

Помимо общепринятых для автоморфных почв анализов дополнительно определяют: ботанический состав и степень разложения торфа, зольность, химический состав золы, микроэлементы (бор, медь, ринк), подвижные формы железа и марганца.

Изучение водного режима и водно-физических свойств выполняют по ходу полевых и лабораторных исследований почвенных проб и монолитов.

Полевые опыты и лабораторные работы включают:

1. Изучение промерзания и спаивания почвогрунтов, так как глубина промерзания почв определяет глубину промерзания дрен и возможную их деформацию.
2. Изучение режима почвенно-грунтовых вод, определяющего очередность выбора участков для осушения. Изучение ведется путем наблюдений за колебаниями уровня воды в специально оборудованных шурфах или скважинах на разных, но характеру увлажнения и типу водного питания почв.
3. Определение динамики естественной влажности почвогрунтов и плотности, необходимой в расчетах запасов воды, общей пористости и порочности аэрации.
4. Определение ППВ (предельной полевой влагоемкости, HВ – наименьшей влагоемкости по А.А. Роде) и водоотдачи необходимо для уяснения проектного (после осушения) режима влажности почв. Обычно проектная глубина уровня грунтовой воды лежит в пределах 80–120 см. ППВ и водоотдачу определяют в этих же условиях. ППВ дает характеристику запаса воды по горизонтам почвы, остающуюся после осушения, при учете порозности характеризуется аэрация почв. По разности между исходным запасом воды в переувлажненной почве и запасом при ППВ вычисляют количество избыточной влаги, подлежащей удалению при осушении.
5. Фильтрационные свойства почв – основные расчетные элементы при проектировании дренажных систем. Они определяют скорость движения воды к дренам, а, следовательно, и оптимальные расстояния между ними. Для суждения о водопроницаемости минеральных почв и грунтов используют данные о гранулометрическом составе, сложении и плотности, оглеенности. Лучше, однако, характеризовать фильтрацию почв прямым определением на монолитах или в поле методом восстановления уровня воды в скважине после ее откачки.
6. Определение высоты капиллярного поднятия имеет важное значение при снижении уровня грунтовых вод, так как при этом одновременно снижается капиллярная кайма. Если она будет за пределами корнеобитаемого слоя, то почва будет пересушенной, а растения будут страдать от недостатка влаги. Чтобы избежать этого, на осушаемых землях создается двойное регулирование водного режима системой шлюзов, создающих подпор грунтовых вод в периоды дефицита и большого расхода воды на испарение. Высота капиллярного поднятия воды в почвогрунтах производится послойным определением влажности от уровня грунтовой воды до поверхности почвы.
7. Просадочные явления в минеральных грунтах характерны для лессовидных пород, при этом грунты с невысокой естественной влажностью больше склонны к просадкам, чем грунты с более высоким естественным увлажнением Склонны к просадкам и грунты с порозностью выше 45–50 %. Большая усадка торфяных почв при подстилании их валунной мореной и незначительная их переосушка сводит на нет осушительные мелиоративные мероприятия и даже выводит эти почвы из использования. В этих случаях торф быстро минерализуется, превращается в пыль, подвергаясь дефляции; ухудшаются водно-воздушные и водно-физические свойства почв.

Изучение усадки (осадки) торфяных почв чаще производится в полевых условиях обособлением монолитов торфа и отводом из них воды, замерами первоначальной высоты монолита и последующих изменений.

В лабораторных условиях по основным разрезам определяют:

• гранулометрический и микроагрегатный состав по всем генетическим горизонтам почв. Показателями устойчивости кротодрен служит соотношение фракций пыли (0,05–0,005 мм), определенных при гранулометрическом и микроагрегатном анализах (Р). При Р < 0,3 грунт устойчивый; 0,3–0,7 – грунт малоустойчивый; > 0,7 – неустойчивый;
• все формы кислотности (обменная, гидролитическая, актуальная), что дает основу для расчета доз извести и гипса при известковании и гипсовании;
• для характеристики агрономических свойств почв определяют общий азот, фосфор и калий, гумус, сумму обменных оснований по Каппену, подвижный алюминий по Соколову. Устанавливают ботанический состав, степень разложения и зольность торфа. Степень разложения торфа также является характеристикой устойчивости кротодрен: < 30 % – кротодрены вполне устойчивы; 30–50 % – устойчивы и малоустойчивы; > 50 % – неустойчивы;
• заболоченные и переувлажненные почвы характеризуются недостатком микроэлементов, поэтому в них определяют марганец, бор, медь, цинк и другие микроэлементы;
• для химического анализа верховодки и грунтовых вод образцы берут из основных разрезов или скважин не менее 0,5 л и определяют плотный остаток, щелочность, кальций, магний, железо, углерод, окисляемость.

2.3. Составление и использование почвенно-мелиоративной карты

Составление и использование почвенно-мелиоративной карты базируется на материалах изысканий, отражающих основные особенности почвенного покрова, геоморфологические и гидрогеологические условия, мелиоративную группировку почв по степени нуждаемости их в осушении:

• почвы, не нуждающиеся в осушении. К этой категории относятся все почвы атмосферного увлажнения с обеспеченным стоком и почвы недостаточного увлажнения;
• почвы, нуждающиеся в регулировании водно-воздушного режима на основе улучшения поверхностного и внутрипочвенного стока. К этой группе относятся почвы разного типа почвообразования, испытывающие кратковременное переувлажнение. Регулирование водного режима таких почв осуществляют простыми гидротехническими мероприятиями (нагорные каналы, редкая водоотводящая сеть) с применением агромелиоративных мероприятий (создание мощного структурного пахотного слоя, рыхление подпахотного горизонта, вспашка вдоль склона, кротование);
• почвы, остро нуждающиеся в улучшении водно-воздушного режима путем ускорения поверхностного стока и понижения уровня грунтовых вод.

По типу водного питания и по потребностям в мероприятиях почвы делятся на подгруппы:

• почвы длительного избыточного увлажнения поверхностными и почвенно-грунтовыми водами требуют интенсивного регулирования поверхностного стока, применения простейших гидромелиоративных мероприятий – нагорные каналы, выборочный дренаж. Они отличаются более густой водоотводящей сетью;
• почвы длительного избыточного увлажнения грунтовыми водами требуют регулирования поверхностного стока, применения дренажа, комплекса простейших гидромелиоративных и агромелиоративных приемов;
• почвы, нуждающиеся в систематическом дренаже и регулировании водного режима. К ним относятся все неосушенные почвы болотного типа почвообразования и почвы постоянно избыточного увлажнения;
• почвы, нуждающиеся в ограждении от паводкового затопления. Здесь выделяют две подгруппы: почвы, нуждающиеся в ограждении от паводкового затопления и не требующие последующего осушения, и почвы с последующим осушением.

Ниже приведен оптимальный уровень грунтовых вод, отождествляемый с нормами осушения (таблица 1).

Таблица 1 – Оптимальный уровень грунтовых вод для сельскохозяйственных культур в см от поверхности почвы

Культура	Предпосевной период	Первый месяц вегетации	Последний период вегетации
Яровые зерновые	45–50	70–80	70–90
Озимые зерновые	70–80	70–80	70–90
Конопля	50–60	70–85	85–105
Картофель, сах. и кормовая свекла	70–80	85–100	90–100
Овощи, кукуруза, подсолнечник	50–60	70–80	80–100
Травы на сено	40–50	50–60	60–75
Травы на выпас	50–60	65–70	70–80

В легенде к почвенно-мелиоративной карте дается группировка почв по потребности в осушении при различном сельскохозяйственном использовании, приводятся данные по литологии профиля почвогрунтов, гидрогеологические особенности объекта, воднофизические, агрономические, мелиоративные и другие особенности, а также рекомендуемые мероприятия.

3. Мелиорация и освоение полугидроморфных почв

Методы осушительных мелиораций и способы осушения в зависимости от почвенных условий. Цель осушительной мелиорации – устранение избыточного увлажнения почв и поддержание оптимального водного режима агроценозов путем комплексного применения гидротехнических, культуртехнических, агротехнических и агрохимических мероприятий.

В зависимости от почвенно-мелиоративных и ландшафтноэкологических условий, а также от уровня интенсификации производства, экономических и хозяйственных факторов методы осушения реализуются теми или иными способами.

3.1. Гидротехнические мероприятия

При заболачивании почв грунтовыми водами метод осушения заключается в понижении уровня грунтовых вод, что достигается устройством различных видов дренажа (открытого и закрытого горизонтального, кротового и щелевого, вертикального).

Открытый дренаж применяют для понижения грунтовых вод при уклонах поверхности менее 0,001 при содержании в грунтовых водах закисного железа более 10–14 мг/л, на щебнистых почвогрунтах, а также для предварительного осушения болотных торфяных почв с последующим строительством закрытого дренажа. Частота и глубина каналов зависят от количества воды, скорости ее движения по поверхности и внутри почвы, глубины грунтовых вод и нормы осушения. На лугах и пастбищах глубина осушительных каналов около 0,8–1,0 м, на полевых угодьях 1,0–1,2, в садах – 1,2–1,4 м. Длина каналов 600–1200 м, уклон дна 0,0005–0,005.

При осушении земель под искусственные сенокосы и пастбища межканальные расстояния составляют: на среднесуглинистых 60–70 м, на легких суглинках – 70–80, на супесях 80–90, на низинных торфах – 70–100 м.

Глубина проводящих каналов определяется условиями сопряжения открытых осушителей и коллекторов в вертикальной плоскости. Открытый дренаж применяют там, где по тем или иным причинам невозможно устройство закрытого дренажа. Последний имеет существенные преимущества перед открытым дренажом, в частности: значительное повышение коэффициента использования земли, снижение затрат на эксплуатацию мелиоративных систем, более эффективное регулирование водного режима.

Для устройства закрытого дренажа используют дренажные трубы из различного материала и разных конструкций. Расстояние между закрытыми осушителями по сравнению с открытыми сокращается в 2–3 раза. Для мелкого дренажа они колеблются от 10 до 50 м.

Широко распространен гончарный дренаж, который строят из керамических труб длиной 33 см, диаметром 5–10 см. Длина дренажных линий обычно 150–200 м, уклон 0,002–0,004, но не более 0,01. Скорость движения воды 0,25–1,00 м/с. При более высокой скорости возможен размыв почвогрунта в стыках дрен, а при более низких – заиливание и заохривание.

Гончарный дренаж энергично вытесняется более прогрессивным — пластмассовым. При строительстве такого дренажа пластмассовую перфорированную непрерывную трубу протаскивают в полость грунта, образуемую при движении дреноукладчика. Этот способ, помимо технических преимуществ, экологически наиболее целесообразен, поскольку при строительстве не нарушается строение почвы и не происходит выноса на поверхность почвообразующей породы.

Использование закрытого дренажа имеет определенные недостатки и ограничения. В процессе эксплуатации закрытых дренажных систем возникает опасность закупорки дренажных труб гидроксидом железа, что происходит в зонах выклинивания грунтовых вод с повышенным содержанием закисного железа. Попадая в дренах в зону аэрации, железо окисляется и выпадает в осадок, вызывая их закупорку. Закупорка дрен, как правило, происходит в сильноожелезненных почвах пойм, легких почвах притеррасных депрессий и склонов с ортзандовыми и рудяковыми горизонтами, т. е. там, где выклиниваются или подходят близко к поверхности грунтовые воды, обогащенные железом. В песчаных и супесчаных почвах, заболоченных слабоминерализованными грунтовыми водами (без ортзандовых и рудяковых горизонтов), а также в суглинистых и глинистых подзолистых почвах поверхностного заболачивания закупорка дрен не происходит. Следовательно, чем выше концентрация двухвалентного железа в почвенно-грунтовых водах, тем больше опасность закупорки дрен.

Первый порог содержания закисного железа в грунтовых водах, при котором возможна закупорка перфораций дренажных пластмассовых труб, составляет 3–6 мг/л. При содержании железа 6–12 мг/л наблюдается образование железистых пробок в дренажных непластмассовых трубах. Эффективным профилактическим мероприятием при этой концентрации железа является увеличение уклона дрен до 0,005–0,007 и более с целью выноса из них свежеосажденного гидроксида железа, что происходит при скорости потока более 0,35 м/с.

При концентрации железа в грунтовой воде 12–25 мг/л помимо увеличения уклона дрен целесообразна обкладка известковыми засыпками, которые создают щелочной барьер для железа. При более высоких концентрациях железа данный прием следует применять с осторожностью во избежание образования железистой капсулы вокруг дрен и соответственно снижения притока воды к ним.

При концентрации железа 25–50 мг/л целесообразно применение дрен более крупного диаметра. При насыщенности грунтовых вод железом более 50 мг/л, когда происходят интенсивное охрообразование в дренажных трубах и ожелезнение почвы, необходим перехват потока ожелезненных вод системой открытых ловчих каналов или переход к открытому дренажу. Возможности использования гончарного и пластмассового дренажа ограничены в районах с длительно сезонномерзлотными и постоянно мерзлотными почвами вследствие образования ледовых пробок, перекрывающих дрены. Кроме рассмотренных существует еще ряд редко применяемых видов материального дренажа: деревянный, фашинный, каменный.

Для снижения уровня грунтовых и напорно-грунтовых вод применяют также вертикальный дренаж, для которого пригодны территории с мощными торфяниками и легкими минеральными почвами, подстилаемыми песчаными отложениями мощностью более 15 м. При этом водонасыщающий горизонт должен обладать достаточной водопроводимостью, а выше его или в его толще нет глинистых водоупорных прослоек.

Определенное распространение имеет кротовый дренаж, образуемый кротовыми (земляными) дренами с целью удаления избыточной гравитационной влаги за пределы осушаемой территории. Кротовые дрены имеют диаметр 5–10 см в минеральных и 10–20 см в торфяных почвах. Для устройства такого дренажа используют кротдренеры различных конструкций, способные формировать дрену на глубине 0,8–1,6 м. Кротовый дренаж можно закладывать лишь в суглинистых и глинистых почвах при влажности, лежащей в интервале пластичности. При этом устойчивость кротовых дрен зависит от водопрочности почвенной структуры. В болотно-подзолистых почвах длительность действия кротового дренажа меньше года вследствие низкой их агрегатности и в результате быстрой размываемости и заиления дрен. Устройство кротового дренажа возможно лишь при таком уровне агрегатности почв, при котором срок службы дрен составляет 3–4 года и более. Прогноз устойчивости кротовых дрен дают на основе данных интенсивности размокаемости в воде почвенных агрегатов по методу Ф.Р. Зайдельмана. Устойчивость кротовых дрен в органогенных почвах зависит от степени разложения торфа.

3.2. Мероприятия по ускорению поверхностного стока

Наряду с рассмотренными способами коренного регулирования водного режима переувлажненных почв существует целый ряд мероприятий, повышающих эффективность осушительных мелиораций. К ним относятся мероприятия по ускорению поверхностного стока: устройство ложбин, узкозагонная вспашка, бороздование, гребневание, грядование, планировка, профилирование, а также мероприятия по улучшению водно-физических свойств подпахотных горизонтов: глубокое рыхление, химическая мелиорация, кротование и др. Их применяют на плохо водопроницаемых глинистых и тяжелосуглинистых почвах.

Ложбины – это неглубокие (от 10 см – в начале до 50 см – в конце), очень пологие каналы. Их применяют для стока поверхностных вод на почвах, используемых в основном под луга и пастбища. Ложбины устраивают грейдером и другими орудиями на расстоянии 50– 1000 м с уклоном 0,001–0,0008. При очень пологих откосах они не мешают проходу сельскохозяйственных машин и орудий. Во избежание эрозии ложбины должны быть засеяны устойчивыми к переувлажнению травами.

Узкозагонная вспашка. При узкозагонной вспашке всвал образуются широкие гряды с разъемными бороздами, по которым поверхностные воды стекают за пределы осушаемого поля. При уклонах менее 0,005 ширина загонов составляет 10–12 м, а при уклонах более 0,005 – 24 м. На полях с уклоном менее 0,01 узкозагонную вспашку выполняют в направлении уклона, более 0,01 – под углом к уклону.

Бороздование. Выполняют после вспашки или сева бороздоделателями или однокорпусными плугами на глубину 25–30 см с расстоянием 8–20 м.

Гребневание и грядование. Применяют при возделывании овощных и пропашных культур. Гребни нарезают вдоль уклона четырехкорпусным плугом со снятыми первым и третьим корпусами. Высота гребней 13–15 см. Гряды высотой 30–60 см нарезают грядоделателями. После нарезки гряд и гребней прокладывают временные поперечные водоотводящие борозды.

Планировка. Это выравнивание поверхности планировщиками и другими средствами. При этом необходимо сохранять гумусовый горизонт и вносить большие дозы органических удобрений (40–80 т/га). Это условие особенно важно на слабогумусированных с небольшим гумусовым горизонтом дерново-подзолистых почвах.

Профилирование. Применяется на ровных территориях с целью придания им направленного уклона. Профилирование осуществляют при планировках или многократных узкозагонных вспашках.

Глубокое рыхление (на глубину 0,6–0,9 м). Применяют на заболоченных почвах, коэффициент фильтрации которых менее 0,1–0,3 м/сут на фоне дренажа. Рыхление заболоченных недренированных почв вызывает аккумуляцию гравитационной влаги в профиле почвы выше подошвы рыхления и, как следствие, еще более глубокое переувлажнение почв. При этом затягиваются сроки сельскохозяйственных работ, происходят вымокание растений после осадков, снижение или гибель урожая.

Эффективность рыхления зависит от генезиса и состава почвообразующих пород и оподзоленности. На почвах, сформированных на лессовидных отложениях, мелиоративное рыхление оказывает длительное последействие (до 12–14 лет), если не используется тяжелая колесная техника. В то же время глубокое рыхление почв, развитых на кислых озеро-ледниковых ленточных глинах, малоэффективно изза быстрого заиливания и высокой набухаемости. Эффект последействия не превышает 2–3 лет.

При рыхлении почв с подзолистыми горизонтами обязательно применение больших доз извести и органических удобрений.

Чизелевание. Данный прием приобретает все более широкое применение для разрушения уплотненных подпахотных горизонтов на глубину до 40–45 см. Его осуществляют с помощью специальных чизельных плугов.

3.3. Окультуривание и использование осушаемых почв

Окультуривание осушаемых почв начинается с выбора рациональной системы обработки почвы. Для осушаемых почв с оглеенными подзолистыми и иллювиальными горизонтами создание достаточно мощного пахотного слоя имеет особое значение, поскольку определяет успех мелиорации в целом. Создать такой слой путем постепенного припахивания в короткий срок невозможно, особенно на почвах с невысоким естественным плодородием с мощностью гумусового горизонта менее 17 см. Припахивание оглееных и подзолистых горизонтов более 2–3 см приводит к резкому ухудшению пахотного слоя. В подобных условиях сочетают отвальную вспашку с безотвальной обработкой, которая может выполняться различными рыхлителями на глубину до 30–35 см. При высокой уплотненности переходных горизонтов интенсификация мелиоративного процесса достигается сверхглубоким рыхлением до 0,6 м специальными мелиоративными рыхлителями.

Увеличение мощности пахотного слоя и разрыхление подпахотных горизонтов способствуют более быстрому поглощению почвой воды, предотвращая ее застой, повышая эффективность дренажа. Уменьшение плотности и соответственно увеличение влагоемкости позволяют оптимизировать водный режим агроценозов в засушливый период за счет повышения запасов влаги. Одновременно с улучшением водного режима почвы при глубоких обработках создаются более благоприятные условия воздушного режима, что весьма важно, учитывая, что на мелиорируемых почвах даже при интенсивном осушении дренажом пористость аэрации нередко снижается до 10–15 %.

Эффективность обработки почвы в мелиоративный период зависит от того, насколько тесно она сопряжена с известкованием, внесением навоза и другими агротехническими мероприятиями, определяющими процесс окультуривания почвы. Чем менее благоприятны свойства почвенных горизонтов, вовлекаемых в пахотный слой, тем выше дозы извести и органических удобрений, приходящихся на каждый сантиметр припахиваемого слоя.

Механическая обработка почвы в мелиоративный период наряду с задачами создания культурного пахотного слоя должна способствовать отводу избыточной воды по поверхности почвы, пахотному и подпахотному слоям, что в той или иной мере достигается специальными приемами (профилированием, бороздованием, гребневанием и др.). При этом особую роль играет планировка поверхности. Ее применение необходимо при наличии микропонижений, которые вызывают застой поверхностных вод и резкое снижение урожайности. Даже сравнительно малотребовательные культуры при глубине микропонижений 10–15 см снижают урожайность на 15–30 % по сравнению с ровной поверхностью. В более глубоких понижениях (25–30 см) растения нередко погибают. При наличии замкнутых микропонижений целесообразно выборочное бороздование. Борозды глубиной 25–30 см прокладывают бороздоделами и выводят в каналы открытой осушительной сети. Бороздование проводят после вспашки (при подъеме зяби) или сразу же после посева озимых или яровых культур.

В условиях низкой теплообеспеченности при возделывании пропашных культур особое значение приобретают гребневая и грядовая обработки, особенно на тяжелых по гранулометрическому составу почвах. Они значительно улучшают водно-воздушный, тепловой и питательный режимы. Преимущества грядования и гребневания резко проявляются в годы с избыточным количеством осадков. Высота гребней и гряд зависит от мощности пахотного слоя и применяемых орудий обработки и составляет от 15 до 25 см. Гряды и гребни нарезают весной при предпосевной обработке, но можно проводить грядовую и гребневую вспашку при осенней обработке почвы.

Большая часть мелиорируемых почв таежно-лесной зоны характеризуется повышенной кислотностью. Создание осушительного дренажа, увеличение внутрипочвенного стока приводят к повышению выноса ионов кальция и магния. Подкислению почв способствует также применение физиологически кислых удобрений. Ежегодный вынос кальция с фильтрующимися водами составляет от 60 до 800 кг/га в зависимости от гранулометрического состава почв и степени их окультуренности. Большой вынос оснований из мелиорируемых почв связан также с тем, что большинство их, будучи слабоокультуренными, имеют невысокую емкость поглощения. Значительное и длительное действие известкования наблюдается лишь при высоких дозах извести. Наиболее целесообразно рассчитывать их, исходя из нейтрализации полной гидролитической кислотности.

Особая роль при освоении минеральных почв принадлежит органическим удобрениям, которые не только служат источником питательных веществ для растений, но и улучшают водный, воздушный и питательный режимы почвы и способствуют восстановлению плодородия, нарушенного при проведении мелиоративно-строительных и культуртехнических работ. Без них невозможно решать задачи по увеличению мощности пахотного слоя. Многочисленные опытные данные по испытанию различных доз навоза (30, 60, 80, 120 т/га) на дерново-подзолистых глееватых почвах свидетельствуют, что значительное их улучшение происходит при ежегодном внесении в мелиоративный период дозы 60 т/га и более. При этом отмечаются существенное снижение плотности пахотного слоя, повышение пористости, влагоемкости, увеличение продолжительности периода с оптимальным увлажнением в годы с повышенным количеством осадков, снижение кислотности, возрастание содержания гумуса, в особенности доли гуминовых кислот. Последнее обстоятельство способствует уменьшению подвижности органоминеральных соединений и сокращению их потерь вследствие выщелачивания. При дозе органических удобрений 30 т/га эти изменения проявляются значительно слабее. Высокая эффективность органических удобрений на мелиорируемых почвах доказывается высокой удельной окупаемостью их продукцией, которая мало снижается с увеличением доз от 30 до 100 т/га.

Большое значение при использовании осушаемых почв имеет возделывание сидеральных культур с последующей их запашкой. В качестве пожнивных сидеральных культур, высеваемых после уборки озимой ржи, ячменя, весьма эффективны рапс, сурепка, масличная редька, белая горчица.

Применение органических удобрений на осушаемых почвах должно сочетаться с внесением минеральных удобрений в первые же годы, поскольку процесс мобилизации азота и фосфора из органических веществ идет медленно.

На мелиорируемых минеральных почвах можно вводить те же севообороты, что и на автоморфных почвах (полевые, кормовые, овощные, лугопастбищные). При этом важное значение имеет участие в севооборотах многолетних трав, доля которых увеличивается от Центрального к Северо-Западному и Северному районам. В частности, в Северном районе целесообразны лугопастбищные, а также полевые севообороты с насыщением многолетними травами на 28–30 % при интенсивном их возделывании.

Введению севооборотов часто предшествует использование вновь осваиваемых земель под предварительные культуры, обычно кормовые. При этом темпы окультуривания почв зависят от уровня интенсивности возделывания этих культур. При организации культурных пастбищ на осушаемых землях выпас скота можно проводить при уровне грунтовых вод не выше 60–65 см от поверхности.

4. Мелиорация и использование торфяных почв

Использование торфяных почв в качестве сельскохозяйственных угодий конкурировало с утилизацией торфа вначале на топливо, а затем для приготовления органических удобрений. Далеко не всегда это было оправдано с точки зрения экономики, не говоря уже об экологическом ущербе, связанном с потерей богатейших почв, деградацией ландшафтов. Очевидно, в дальнейшем отношение к данным природным объектам должно формироваться в первую очередь как к почвам, а не как к торфяным месторождениям. При этом возможны компромиссные варианты их использования, исключающие, однако, безвозвратную потерю почв.

4.1. Особенности осушения торфяных почв

Понижение уровня грунтовых вод в результате дренажа обусловливает смену субаквальных анаэробных условий аэробными и усиления прогревания почвы вследствие уменьшения теплоемкости. В результате резко возрастает минерализация органического вещества и одновременно происходит механическая усадка торфа в связи с отводом воды. Эти процессы называются сработкой торфа. Они часто дополняются дефляцией и пожарами. Скорость этого процесса определяется тремя факторами: глубиной залегания грунтовых вод, характером сельскохозяйственного использования почв и климатическими условиями.

Данные суммарной осадки и сработки торфа по материалам исследований в различных регионах России и мира обобщенны Б.С.

Масловым (2004). Разница между максимальными и минимальными значениями этого показателя изменяется от 8 см в год в первые 5 лет до 1,5 см/год через 50–60 лет после осушения.

Наиболее интенсивная сработка торфа происходит под пропашными культурами при глубоком понижении грунтовых вод в условиях самотечного осушения. Этот процесс зависит от биологической активности торфяной почвы, которая в большой мере зависит от теплообеспеченности.

Для условий южной тайги ежегодная сработка торфа под пропашными составляет 2–3 см в год. В лесостепной зоне она может достигать 4 см. В высоких широтах европейской территории России и в Сибири, наоборот, скорость биохимической сработки торфа снижается и находится на уровне миллиметров в год. Главную роль в этом играет наличие в торфяных почвах мерзлоты неглубоко от дневной поверхности. Определяющим фактором разложения торфа является усиление аэрации почвы при понижении уровня грунтовых вод. Например, по данным Б.С. Маслова (1985), скорость разложения торфа при уровне грунтовых вод 0,8 м составляла 2,2 т/га в год при 1,2 м – 6 т/га.

Хорошо известен негативный опыт самотечного глубокого осушения низинных болот, основанный на принципе отрыва капиллярной каймы грунтовых вод от основания торфяной залежи. В результате такого освоения болот происходили ускоренная сработка торфа, потеря больших количеств азота, не использованного растениями, накопление нитратов в грунтовых водах, эвтрофикация водоемов, возникали пожары, проявлялась дефляция. Такое осушение болот затрагивало прилежащие ландшафты, наступало обезвоживание значительных территорий, ухудшались условия сельскохозяйственной деятельности, лесорастительные и другие условия.

В данной связи весьма поучителен опыт мелиорации торфяных болотных почв в Белоруссии, где в 60-х годах XX в. самотечное глубокое осушение их получило широкое распространение в качестве основного метода. В результате через 12–15 лет произошла полная сработка торфяных почв на площади более 120 тыс. га, обнажились песчаные породы, галечниковый аллювий и т.п. В 70-х годах данный метод был признан экологически опасным. Стало очевидным, хотя и не в полной мере реализуемым на практике, положение о том, что во избежание переосушения необходимо не сбрасывать воду, а регулировать водный режим.

Наиболее благоприятные условия с точки зрения регулирования продукционного процесса растений и обеспечения экологической устойчивости угодья складываются при создании лугового режима, когда грунтовые воды капиллярно подпитывают верхние горизонты в соответствии с динамикой потребности растений в воде. Важное значение имеет двухстороннее регулирование уровня грунтовых вод. При проектировании осушения торфяных почв необходимо учитывать прогноз изменения водно-физических свойств в процессе осушения, в частности, повышение плотности и снижение водопроницаемости в связи с усадкой торфа. По отношению к изменяющейся ситуации междренные расстояния оказываются завышенными, если их проектировали без учета этих изменений. Ухудшение работы дренажа возможно и в результате неравномерной просадки дрен в осушаемых почвах.

Типы земледельческого использования торфяных почв. В мировой практике наибольшее применение получили: черная, смешанная, покровная и песчаная смешаннослойная культуры использования осушаемых торфяных почв.

Черная культура – означает прямое использование торфяных почв без привлечения минерального субстрата. При этой системе, особенно при использовании пропашных культур, происходит интенсивное разложение органического вещества торфа и наиболее велик риск дефляции и пожаров.

При смешанной культуре (пескование или глинование) на поверхность осушенного болота вносят песчаный или суглинистый грунт (200–600 т/га), который перемешивается с торфом при последующей вспашке. Этот прием способствует улучшению физических свойств, теплового режима, ускорению созревания растений. По данным И.М. Емельяновой и др. (1987) при норме песка или суглинка 400 м³/га плотность почвы в слое 0–15 см увеличивалась на низинной торфяной почве в 2 раза, а на переходной – в 3 раза. Благодаря снижению теплоемкости и увеличению теплопроводности под влиянием песка количество дней с оптимальными температурами торфяной почвы в Новгородской области увеличивалось при нормах 200, 400, 600 м³/га соответственно на 22, 26, 33. Близкие результаты получены при глиновании.

При этом разница в прогревании 10-сантиметрового слоя торфяной почвы с добавкой 600 м³/га минерального грунта по сумме температур достигала 448°С. Под влиянием этого мероприятия значительно повышаются минимальные температуры на поверхности почвы. При добавках минерального грунта увеличивается биологическая активность почвы и накопление подвижных элементов питания. В итоге значительно возрастает урожайность сельскохозяйственных культур.

Насыпная культура заключается в том, что поверхность торфа накрывают слоем песка 14–15 см и припахивают 2–3 см верхнего торфяного слоя для обогащения пахотного горизонта органическим веществом. В результате этого мероприятия резко повышается несущая способность почв, улучшаются условия работы сельскохозяйственной техники, снижается опасность эрозии и пожаров.

Песчаная смешаннослойная культура используется на болотных почвах с мощностью торфа от 0,5 до 2,4 м, осушенных сетью открытых каналов, врезанных в толщу подстилающего песка. Такие болотные почвы глубоко вспахивают плугами специальной конструкции с удлиненным винтовым отвалом с оборотом всего торфяного слоя. В результате такой обработки торфяные горизонты устанавливаются в виде пластов под углом 45°, между которыми залегает мощная прослойка песка. На поверхности создают песчаный пахотный горизонт мощностью 14–15 см. При такой культуре уменьшается разложение торфа, погребенного под слоем песка; в торфяных косопоставленных слоях растения находят доступную влагу, а пограничные песчаные слои обеспечивают быстрый дренаж избыточной воды в осушительную сеть.

Последние три культуры получили заметное развитие в странах Западной Европы, особенно в ФРГ, Нидерландах, Швеции, Дании (Зайдельман, 1996). Они трудоемки, но при высоком технологическом уровне использования мелиорированных почв обеспечивают высокий экономический эффект и экологическую устойчивость.

4.2. Особенности формирования угодий на осушенных торфяных почвах

Для обеспечения экологической устойчивости угодий на осушаемых торфяных почвах в их структуре следует ограничивать долю культур, возделывание которых связано с интенсивной обработкой почвы, повышать соответственно долю многолетних трав, под которыми значительно замедляется минерализация органического вещества. В данной связи целесообразно использование маломощных торфяных почв (торфяной горизонт меньше 1 м) под культурные сенокосы, а среднемощных и мощных (более 1 м) – в овощных и кормовых севооборотах с участием многолетних трав. Согласно имеющимся данным для центральных и южных районов Нёчерноземья наиболее целесообразно с точки зрения продуктивности, экологической эффективности и сохранения плодородия торфяных почв вводить севообороты, в структуре которых многолетние травы занимают 33–66 %, однолетние травы – 17 %, пропашные – до 17 %. В условиях Севера и Северо-запада возможно значительное увеличение доли пропашных культур. Учитывая неблагоприятный тепловой режим торфяных почв, обусловленный их высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью, не рекомендуется включать в севообороты теплолюбивые культуры.

Весьма эффективно использование осушенных торфяных почв в качестве сенокосов и пастбищ. В центральных областях Нечерноземной зоны РФ ряд хозяйств на осушенных низинных торфяниках получали по 8–10 т/га сена. Многолетние травы, возделываемые на осушенных торфяных почвах, можно использовать на сено, сенаж, силос, травяную муку и как зеленый пастбищный корм. Они уменьшают распыление торфа, замедляют его разложение, служат средством борьбы с сорными растениями, некоторыми видами вредителей и болезней, улучшают потребление питательных веществ осушаемых торфяно-болотных почв. Возделывание многолетних трав позволяет более продуктивно использовать слабо осушаемые торфяники, где выращивание других культур затруднено, а также способствует удлинению сроков эксплуатации мелкозалежных торфяных массивов.

4.3. Обработка почвы

В севооборотах она должна проводиться дифференцированно в зависимости от предшественника и возделываемой культуры. Под пропашные рекомендуют осеннюю вспашку, под культуры сплошного сева – безотвальную (минимальную) обработку. Возможность сокращения обработки зависит от того, как решаются задачи преодоления засоренности посевов другими средствами (гербициды и др.) Эти приемы должны сочетаться с агромелиоративными мероприятиями (планировка поверхности, гребневание, грядование, профилирование) в зависимости от ландшафтных условий. Планировка необходима для устранения микропонижений, которые в период избыточного увлажнения отличаются ухудшением теплового и питательного режимов. Сумма температур за вегетационный период в микропонижениях по сравнению с выровненной поверхностью значительно меньше (на 200°С и более), ниже биологическая активность и содержание нитратного азота в почве.

Соответственно снижение урожайности однолетних и многолетних трав в микропонижениях глубиной 15 см может достичь 30–40 %, а при глубине их 30 см – 80 %. Следует подчеркнуть, что проведение планировки на торфяных почвах не представляет трудностей, так как здесь, в отличие от минеральных почв, можно не опасаться выхода на поверхность подпахотных почвенных горизонтов при больших размерах срезки.

Важное значение, особенно в условиях низкой теплообеспеченности, имеют гребневание и грядование. Во влажные годы на гребнях удается избежать избыточного увлажнения и улучшить условия теплообеспеченности. За вегетационный период сумма положительных температур на гребнях на 200–240°С выше, чем на ровной поверхности, больше накапливается минеральных форм азота. Гребневая посадка корнеплодов на торфяных почвах дает высокий экономический эффект.

Обязательный прием на торфяных почвах – прикатывание поверхности. Необходимость его применения связана с низкой плотностью почвы, а также с разрывом капилляров при обработке, в результате чего даже при наличии большого запаса влаги в подпахотных слоях влажность пахотного слоя может снижаться до влажности устойчивого завядания. Особенно неблагоприятная ситуация складывается в результате накопления льда в верхнем горизонте при перегонке пара из нижних слоев в зимний период. Лед отрывает этот горизонт от нижележащей толщи торфа, нарушая капиллярное подпитывание корнеобитаемой зоны. Прикатывание торфяных почв перед посевом восстанавливает нарушенную капиллярную связь. Данный прием выполняется тяжелыми водоналивными катками. Интенсивность прикатывания увеличивается с понижением уровня грунтовых вод. Прикатывание выравнивает поверхность поля и уплотняет почву, при этом высеянные семена более равномерно заделываются по глубине, водно-воздушный режим пахотного слоя заметно улучшается. Сильнее следует прикатывать почву на слаборазложившихся торфяниках, после раскорчевки кустарника и запашки мощной дернины или большого количества растительных остатков. Роль прикатывания особенно возрастает в южных районах, а также в сухие весны и на глубоко осушенных болотах. Со временем верхние слои торфа залежи уплотняются, и потребность в интенсивном прикатывании уменьшается.

4.4. Известкование и применение удобрений

Значительная часть торфяных почв имеет повышенную кислотность, усиливающуюся к северу зоны. Единого подхода к определению норм извести для торфяных почв нет. По данным А.Н. Небольсина (1983), торфяные почвы с рН_сол 4,2–4,8 слабо нуждаются в известковании, а при pH выше 4,8 необходимость в известковании отсутствует вообще. По данным А.С. Мееровского, торфяные почвы с pH ниже 3,9 следует известковать из расчета 0,5 ГК, при значении pH в диапазоне 3,9–5,0 – из расчета 0,25 ГК, а при pH выше 5 почвы не известкуют.

В системе удобрения на торфяных почвах главную роль играют минеральные удобрения, обеспечивающие высокие прибавки урожайности. Органические удобрения используют в основном с целью повышения биологической активности почв в мелиоративный период. Эффективность минеральных удобрений в большой мере зависит от срока освоения болота и существенно изменяется в географическом аспекте. Азотные удобрения необходимо вносить на всех вновь осваиваемых торфяных болотных почвах. В северных районах европейской части и в Сибири их дозы повышаются. На переходных болотах вносятся более высокие нормы, чем на низинных.

На старопахотных торфяных почвах по сравнению с вновь осваиваемыми эффективность азотных удобрений снижается, соответственно их дозы уменьшают, а в южных районах зоны их применяют в основном на сенокосах. Фосфорные удобрения эффективны на всех торфяных почвах, за исключением болот с большим количеством вивианита. Эффективность их по мере продвижения на север повышается. На старопахотных торфяных почвах дозы фосфорных удобрений снижаются на 15–20 % по сравнению со вновь осваиваемыми почвами. Эффективность калийных удобрений, в отличие от азотных и фосфорных, повышается в направлении с севера на юг с увеличением срока использования торфяных почв.

В торфяных почвах проявляется острый дефицит меди, что определяет необходимость применения медных удобрений.

4.5. Использование выработанных торфяников

Серьезную проблему представляет окультуривание и использование выработанных торфяников. Площадь их в Нечерноземной зоне России превышает 400 тыс. га. В зависимости от способа добычи торфа выработанные торфяники разделяют на карьеры гидроторфа, машиноформовочные и фрезерные поля. Последние наиболее пригодны для сельскохозяйственного использования и требуют меньших затрат на освоение.

Выработанные торфяники представляют особую категорию мелиорируемых земель, отличную как от торфяных, так и от минеральных почв. Они характеризуются очень низкой биологической активностью, наличием большого количества закисных соединений железа, подвижных форм алюминия, марганца, неблагополучным тепловым и водно-воздушным режимом.

Способы освоения выработанных торфяников и их продуктивность зависят от мощности остаточного слоя торфа и свойств подстилающих грунтов. При мощности остаточного слоя торфа 15–30 см первичной обработкой припахивается до 6 см супесчаного грунта и 4 см суглинистого, при мощности его менее 15 см применяют безотвальные обработки. В случае подстилания торфа грунтами тяжелого гранулометрического состава целесообразно глубокое рыхление. Оно способствует улучшению работы осушительной сети.