Пьявченко H.И., Нестеренко И.М., Чесноков В.А. Мелиорация и природа Севера

Подождите немного. Документ загружается.

Нарезка осушителей канавокопателем КЛК-2

2 коп. В том и другом случае канавы получались с ров-

ными гладкими откосами, не требующими ручной дора-

ботки.

Применение канатно-лебедочной тяги связано с не-

обходимостью обеспечить маневренность трактора при

осушении сильно обводненных и топких болот. Кроме

того,

лебедочная тяга исключает возможность разрыва

дернины гусеницами трактора, пробуксовки их и погру-

жения трактора в болото, что нередко случается при

тяге на крюке.

ВЛИЯНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

МЕЛИОРАЦИИ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ

Мелиорация земель проводится с целью качествен-

но нового преобразования почвы и природных экосис-

тем с переводом их на более высокий энергетический

уровень, часто с полной сменой естественной раститель-

ности. Почву же следует рассматривать как живое тело,

поэтому любая мелиорация сопоставима с хирургиче-

ской операцией на живом теле почвы. И от опытности,

знаний и умения мелиораторов зависит дальнейшая

жизнь и продуктивность не только отдельного участка

почвы, но и целого природного ландшафта, всего орга-

низма — природы.

Ф. Энгельс писал: «Не будем, однако, слишком оболь-

щаться нашими победами над природой, за каждую та-

кую победу она нам мстит. Каждая из этих побед име-

ет, правда, в первую очередь те последствия, на которые

мы рассчитываем, но во вторую и третью очередь со-

всем другие, непредвиденные последствия, которые

очень часто уничтожают значение первых».

Одной из основных задач современной мелиоратив-

ной науки является изучение, предвидение и прогнози-

рование как необходимых для повышения продуктивно-

сти почвы изменений всего комплекса почвенно-гидро-

логических условий, так и возможных отрицательных

последствий с целью предупреждения и уменьшения

влияния их на природную среду.

ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Основными физическими характеристиками почво-

грунтов являются плотность (р) и объемная масса (у)

которые определяют порозность (п), в %:

« = (l--2-)l00.

Порозность, зольность торфов (Л), степень их раз-

ложения (/?), механический состав определяют водно-

физические свойства, полную влагоемкость (W

B) и вод-

но-воздушный режим почвогрунтов. Между отдельными

свойствами их установлены достаточно тесные и физи-

чески обоснованные регрессионные связи:

0,01

ЗЛ

-}-

1,48, или Л = 76,92р

—

113,85;

0,01

А + 0,07;

= 92,37-

33,1

Расчеты по приведенным формулам по одной вели-

чине зольности других характеристик показали на бли-

зость последних к фактически наблюдаемым по многим

районам страны.

Малозольные неосушенные торфа Севера имеют ма-

лую объемную массу и очень высокую влагоемкость.

Для обеспечения оптимальных условий при выращива-

нии сельскохозяйственных культур и улучшения про-

ходимости машин и механизмов необходимо увеличить

объемную массу. Достигается это как осушением, от-

водом части воды из торфа с последующей осадкой

и уплотнением его, так и специальным механическим

уплотнением (прикатыванием посевов) или внесением

минерального грунта (глины, песка).

Многолетние наблюдения на осушаемых почвах Кор-

зинской низины (Карельская АССР) показали, что бо-

лее интенсивное уплотнение торфа происходило, когда

уровни грунтовых вод (УГВ) понижались в период

вегетации до 120—150 см (табл. 8). Вместе с тем объ-

емная масса увеличивается до определенного стабиль-

ного значения, соответствующего данной норме осу-

шения.

Таблица 8

Средние по участку глубокого торфяника значения объемной

массы торфов по слоям за 1962—1978 годы, г/см

Слой, см

0—20

20—50

50—100

0—50

0—100

1962

0,19

0,153

0,114

0,168

0,141

1965

J 1969

0,21

0,157

0,12

0,178

0,149

0,229

0,155

0,126

0,185

0,155

1974

0,229

0,176

0,146

0,197

0,171

1975

0,232

0,168

0,134

0,194

0,164

1976

0,253

0,178

0,135

0,208

0,172

1977

0,248

0,187

0,147

0,211

0,179

1978

0,254

0,191

0,149

0,216

0,183

В условиях Севера быстрое и значительное измене-

ние объемной массы верхнего слоя торфа может быть

достигнуто на мелкозалежных торфяниках с целью

улучшения механических и тепловых свойств почво-

грунтов. При мощности торфа до 0,4—0,6 м в период

проведения мелиоративных работ (корчевки, отрывки

дренажных траншей и открытых проводящих каналов

с последующим равномерным разравниванием вынутого

минерального грунта по поверхности), а также специ-

альной глубокой вспашкой с припахиванием в верхний

слой подстилающих минеральных грунтов объемная

масса торфа может быть увеличена в два-три раза. Об

этом свидетельствуют данные по Северному мелиора-

тивному стационару. В совхозе «Ухтинский» Калеваль-

а:

0,26

0,22

0,Ю

0,14

0,10

0^6

-0,22

0,18

0J4

0,10

1962

1№

I9S6 1968 1970 1912 1974 1976 1976

Изменение объемной массы осушенных торфов за

1962—1978 годы (Корзинская низина) (—метеоплощад-

ка, ---среднее по участку) в слоях:

—

0—20

см, 2 —

20—50,

5 — 50—100, 4 — 0—50, 5 — 0—100 см

ского района на участке мелкого торфяника (0,3—0,5 м),

подстилаемого песками, в 1976 году проведена рекон-

струкция открытой сети на гончарный дренаж, на

участке глубокого торфяника сохраняется открытая

сеть.

Результаты определения объемной массы, выпол-

ненные в 1978 году, таковы:

Слои, см

0—10

10—20

20—30

Закрытый

дренаж

0,42

0,51

Открытая

сеть

0,29

0,25

0,18

Расчеты показали, что на участках закрытого дрена-

жа было привнесено в верхний (30 см) слой торфа до

500—700 т песка практически без специальных допол-

нительных работ и затрат на пескование. Это имеет

существенное значение в улучшении тепловых свойств

торфов, микроклимата.

Однако наряду с механической осадкой, уплотнени-

ем торфа при сельскохозяйственном использовании уси-

ливаются процессы разложения органического вещест-

ва, происходит сработка торфа как полезного и в ко-

нечном счете исчерпаемого ископаемого. В условиях

Севера осадка торфа меньше, чем в более южных рай-

онах (табл. 9).

Таблица 9

Осадка поверхности низинного болота (КАССР) после осушения,

см

Осадка

Суммарная

За год

1961 -

1962

1963 -

1964

37,8

18,9

1965 -

1966

1967 -

1968

6,1

,3,05

1969-

1972

6,2

1,54

1973 -

1975

2,7

0,9

1976-

1978

1965 -

1978

1,6

Если в первые годы после осушения открытой сетью,

а затем с переходом на закрытый дренаж (1962 г.) ме-

ханическая, нужная нам, осадка была значительной

(в сумме 62 см), то в последующем она резко снизи-

лась,

а во влажные годы (1976—1978 гг.) практически

прекратилась. Процесс осадки торфа для условий

Севера может быть выражен уравнением:

ДА

= 7,15АКТ\

где Ah

—

осадка (см), h

—

глубина осушения (м), Т

—

период осушения. Из уравнения следует, что в среднем

за столетний период осадка составит 0,7 см в год при

глубине осушения 1 м, причем во вторую половину этого

периода она будет равна всего 0,4 см в год.

При наличии данных наблюдений за объемной мас-

сой в начале (у\) и в конце рассматриваемого периода

(Y2),

а также первоначальной (h

{

) и конечной (/z

)

мощностей торфа возможная теоретическая осадка

(АЛ

) может быть найдена из соотношения:

= Al

(l_ JL).

Сопоставляя ее с практической осадкой Aft=ft

—Л

можно судить о балансе вещества в торфяной залежи-

сработке, потере (при Aft>Aft

) или увеличении его

(при ДЛ<АЛт) за счет привноса химических, мине-

ральных веществ с грунтовыми водами, удобрениями, из

подстилающих минеральных грунтов при проведении

осушительной сети, вспашке.

Уплотнение верхнего слоя почвы особенно необходи-

мо в условиях Севера. В агротехнике обязательным

приемом является прикатывание торфяных почв, кото-

рое способствует улучшению как водного режима (уси-

ливает капиллярное поднятие), так и механических

свойств, благоприятных для механизированной уборки

и выпаса скота. Плодородие вырабатываемых торфяных

почв не исчезает и может быть повышено. Необходимо

рационально использовать торф как исчерпаемое полез-

ное ископаемое. Долголетняя луговая культура болот

при оптимальных нормах осушения способна стабили-

зировать и даже полностью устранить опасность исчез-

новения торфяников. В этом плане огромные площади

болот Севера, имеющие большие запасы органического

вещества и более длительный срок службы при освое-

нии, являются ценнейшим мелиоративным фондом на

перспективу.

Другой особенностью водно-физических свойств осу-

шаемых почвогрунтов Севера является существенное

изменение их под влиянием промерзания и оттаивания.

Если неосушенные болота промерзают на глубину

20—40 см, то после осушения

—

до 40—60, а в северных

районах Карелии и до 80 см. Глубина промерзания осу-

шенных минеральных почв достигает 80—100 см. Бла-

годаря малой теплопроводности осушенных торфяных

почв оттаивание их затягивается до конца мая

—

начала

июня в южных районах Карелии и до июня—июля в се-

верных. На болоте Коко-гид (зверосовхоз «Северный»)

в отдельные годы при глубоком промерзании торфа,

малых осадках весной и просыхании верхнего слабораз-

ложившегося торфа возможны сохранение слоя мерзло-

ты на глубине 40—70 см в течение всего лета и переход

ее в следующую зиму.

Глубокое промерзание при близком стоянии грун-

товых вод и особенно при наличии напорного грунтового

водного питания ведет к значительному перераспределе-

нию влаги, накоплению ее в промерзшем слое до

100—170 мм сверх наименьшей влагоемкости. При этом

происходит подъем (выпучивание) поверхности до

100—150 мм на глинистых почвах. При наблюдении за

влажностью почвы в зимний период, проведении водно-

балансовых расчетов учитывают значительное уменьше-

ние объемной массы мерзлых почвогрунтов (ум). Вели-

чину ее рассчитывают по уравнению:

__ 1

Тм 1 1

-Ь+1,09Г

где

— влажность мерзлого грунта (г/г по отношению

к абсолютно сухой массе).

Увеличение промерзания, пучения осушаемых почво-

грунтов ведут в основном к отрицательным последстви-

ям.

Нарушается устойчивость гидротехнических соору-

жений— поднимаются смотровые колодцы на закрытых

дренажных системах, гидранты, наблюдаются разрывы

в трубах оросительных систем. При оттаивании мерзлых

льдонасыщенных грунтов увеличиваются водоотдача,

влажность, образуется верховодка в верхнем слое поч-

вы за счет резкого снижения коэффициентов фильтра-

ции в нижних, еще не оттаявших слоях. Переход отта-

явшей водонасыщенной глины в текучее состояние, на-

личие мощных прослоек льда ведут к интенсивному

оплыванию, оползням на откосах осушительных кана-

лов,

значительному увеличению выноса минеральных

взвешенных веществ в водоприемники. По этим причи-

нам невозможно в условиях Карелии применять такие

эффективные мероприятия, как кротование, глубокое

рыхление почв, позволяющие значительно повысить

эффективность закрытого дренажа, снизить стоимость

осушения.

При неравномерном вспучивании поверхностных сло-

ев почвогрунтов, образовании мощных прослоек льда

наблюдаются разрывы корней озимых культур и мно-

голетних трав.

Однако большая часть отрицательных последствий

устраняется или сводится к минимуму, если сооружения

на осушительной сети обсыпаны хорошо фильтрующим,

неморозоопасным грунтом и имеется отвод воды из

него.

Механизированная присыпка суглинистых и гли-

нистых откосов открытых проводящих каналов торфом

из верхнего заболоченного слоя почвы или привозным

песком, гравием слоем 15—20 см полностью устраняет

оплывание их.

Глубокое рыхление тяжелых почв возможно при од-

новременном внесении в разрыхленный слой органиче-

ских и минеральных удобрений. На тяжелых минераль-

ных почвах возможно уменьшение глубины промерза-

ния при запашке верхнего слоя дернины на глубину

Закрепление откоса канала в ленточных глинах на Корзинской

низине

30—40 см и внесении повышенных доз органических

удобрений в верхний пахотный слой. Последние меро-

приятия имеют и природоохранное значение, так как

существенно улучшают водный, тепловой и пищевой

режимы, снижают поверхностный сток, водную эрозию.

Повышение урожайности на таких почвах ведет и к сни-

жению выноса химических элементов в водоприемники.

Первичное осушение тяжелых слабоокультуренных

почв Севера целесообразно проводить ложбинами, с за-

ложением откосов до 8—10°. Это устраняет оплывание

откосов и вынос минеральных взвесей. После окульту-

ривания таких почв, создания более мощного (до

25—30 см) пахотного слоя возможен переход на закры-

тый дренаж.

Улучшение как водного, так и теплового режимов

осушаемых торфяных почв Севера может быть достиг-

нуто путем пескования или глинования поверхностных

слоев торфяника. Наблюдения на болоте Хупон-суо

(совхоз «Ухтинский») показали, что осушение и песко-

вание имеют существенное значение в формировании

теплового режима почв. После устойчивого перехода

среднесуточных температур через 0° в первой декаде

мая наиболее интенсивно протаивают опесчаненные

торфяные почвы. Слой в 40 см оттаивает к 25 мая,

а полное оттаивание заканчивается к 5 июня. На глубо-

ком осушенном торфянике с открытой сетью, без пес-

кования, под многолетними травами еще 25 июня на

глубине 37—40 см встречаются мерзлые прослойки. На

неосушенной части болота снежный покров сходит лишь

в третьей декаде мая. Здесь и в июле под сфагновыми

кочками с глубины 10—20 см сохраняется мерзлый слой

толщиной до 15 см.

В период максимального прогрева воздуха (июль—

август 1977—1978 гг.) в среднем до 13,3 и 12,2° и при

осадках соответственно 133 и 173 мм наиболее теплыми

были опесчаненные торфяные почвы. Разница с глубо-

кими торфяными почвами на поверхности и на глубине

40 см достигала в среднем 1—3°. Улучшению теплового

режима способствуют как повышенная теплопроводность

торфа с песком, так и более высокие фильтрационные

свойства его (с 1,7—2 м/сут. в слое

0—20

см и до

0,7—1 м/сут. в слое 25—45 см против 0,3—0,5 м/сут.

в подпахотных слоях глубокого торфяника). Последнее

способствует лучшей инфильтрации теплых дождевых

и поверхностных вод.

В сентябре при среднемесячной температуре воздуха

5,8 и 6,6° в 1977 и 1978 годах и при одинаковых осадках

(68 мм) происходит выравнивание температуры почвы

по глубине на всех участках наблюдений.

При хорошей заправке торфяных почв минеральны-

ми удобрениями и навозом, даже без пескования торфов,

и при сохранении прослоек мерзлоты были получены

урожаи сена многолетних трав до 30—40, зеленой мас-

сы однолетних —до 250 ц с гектара (совхозы «Ухтин-

ский», «Северный», «Лоухский»).

РЕЖИМ СТОКА И ВОДНЫЙ БАЛАНС ОСУШАЕМЫХ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ

Изучение режима стока, основных гидрологических

характеристик, методов их расчета необходимо как для

правильного проектирования капитальных сооружений

на объектах осушения, выбора оптимальных парамет-

ров мелиоративных систем с целью наилучшего регули-

рования водного режима почв, так и для выяснения,

прогнозирования степени воздействия хозяйственной

деятельности человека на среду.

Болота приурочены к зонам повышенного водного

питания поверхностными и грунтовыми водами. Они за-

держивают огромные мертвые запасы воды. Только

в болотах Карелии на площади 3,6 млн. га при средней

мощности торфа 2 м заключено около 65 млрд. м

воды.

Ежегодный прирост болот слоем в 1 мм на этой площади

выводит из влагооборота ежегодно до 40 млн. м

воды.

Болота являются прекрасной саморегулирующейся

системой, в которой, как влагооборот, так и жизнь про-

текает в основном в самом верхнем, деятельном слое,

мощность которого 0,2—0,4 м. Общая водоаккумули-

рующая емкость его в среднем около 280 мм, а возмож-

ная полная водоотдача в ручьи и реки

—

56 мм. Болота

могут отдать в засушливые периоды в среднем лишь

около 3% общих запасов воды. При снижении уровней

болотных вод ниже деятельного слоя резко сокращает-

ся испарение за счет малой высоты капиллярного под-

нятия в нем, практически прекращается сток. Эти QBOH-