Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

Причины этого явления связаны с обшей зарегулированностью

стока и возрастанием роли испарения, поступлением в долины рек

сбросных и дренажных минерализованных вод, сбросом городских

и индустриальных стоков. Весьма существенное влияние на мине-

рализацию оросительных вод оказывает приток в реки солей с

вновь орошаемых массивов.

Реакция на минерализованные воды растений и почв разная.

Растения могут развиваться при относительно высоких концентра-

циях солей в оросительных водах. Однако такие концентрации со-

лей оказывают отрицательное влияние на свойства супесчаных, су-

глинистых и глинистых почв. Орошение минерализованными во-

дами возможно только на легких песчаных почвах с обеспеченны-

ми зимними промывками атмосферными осадками на фоне дрена-

жа. Такие условия чаще всего имеют место в странах субтропиче-

ского климата.

При проектировании ирригационных систем особое внимание

следует уделять мероприятиям, наггравленным на резкое сокраще-

ние общего объема стока минерализованных дренажных вод. Чем

меньше солей сбрасывает в водоприемник оросительная система,

тем экологичнее земледелие. Однако на разных участках бассейна

одной и той же реки всегда существуют весьма неоднородные усло-

вия функционирования оросительных систем.

Эти различия обусловлены главным образом степенью дрени-

рованное™ территории, гидрохимией поверхностных и грунто-

вых вод, характером почвенного покрова. Так, в сухостепной, по-

лупустынной и пустынной зонах в верхних и, реже, в средних час-

тях речных долин преобладает благоприятный естественный дре-

наж. В низовья, однако, на бессточные массивы с водосбора посту-

пают значительные объемы минерализованных вод. Они сильно

засолены и залегают неглубоко от дневной поверхности.

Такие условия, например, имеют место в Приаралье, в дельтах

Сырдарьи и Амударьи. Усиление промывного эффекта при поли-

вах засоленных почв происходит здесь за счет увеличения полив-

ных норм, однако при этом интенсификация дренажа в конечном

итоге малоэффективна. Поиск выхода из этой, казалось бы, тупи-

ковой ситуации заставляет вернуться к древнейшему народно-

му опыту использования засоленных почв бессточных территорий

низовий речных

долин.

Издавна местное население здесь применя-

ло перелоговую систему орошаемого земледелия. Ее принци-

пиальная особенность заключалась в том, что заведомо большая

часть периферии орошаемого массива оставлялась в перелоге, не

использовалась и служила для аккумуляции солевых масс, оттесня-

емых при поливах с бездренажного орошаемого участка.

Такой несложный, но в конечном итоге эффективный прием

освобождения части площади от избытка солей позволял вести сба-

лансированное орошаемое земледелие в нижних частях речных до-

246

лин без применения дренажа (или используя весьма ограниченный

дренаж) и механического водоподъема, рассоляя почвы путем го-

ризонтального вытеснения солей пресными поливными водами на

периферию массива.

В определенных условиях такая система использования засо-

ленных почв нередко целесообразна не только в экологическом,

но и в экономическом отношениях. В частности, она может

оказаться весьма уместной в ряде случаев на орошаемых мас-

сивах низовий речных долин в условиях бессточных равнин или де-

прессий.

8.15. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВ

ПОД ВЛИЯНИЕМ ОРОШЕНИЯ И

ПОЧВООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Орошение создает принципиально новый водный режим почв.

Поэтому оно существенно меняет направленность почвообразова-

ния, эволюцию почв в условиях интенсивного антропогенного воз-

действия, их свойства, режим и плодородие. Орошение нередко со-

здает новый тип почв и приводит не только к формированию но-

вых почв, но и определяет вторичное изменение свойств почвооб-

разующих пород и грунтовых вод. Таким образом, орошение ока-

зывает глубокое влияние на ландшафт в целом.

В районах традиционного орошения на территории Централь-

ной Азии воды крупнейших рек этого региона (Сырдарья, Амударья

и др.) несут значительный объем твердого стока. Плотность сус-

пензии в них до недавнего времени составляла 4-10 кг/м

. Это зна-

чит, что при поливе напуском по полосам при поливной норме

1000

/га

на каждом гектаре откладывалось только за один полив

от 4 до 10 т минеральной взвеси. Эта взвесь и являлась материн-

ской почвообразующей породой на орошаемых полях в условиях

ирригационного агроландшафта. Такое количество взвеси доста-

точно для того, чтобы образовывать ежегодно на поверхности оро-

шаемого поля слои ирригационного наилка мощностью 2—6 мм.

Поскольку орошение в районах древнего земледелия в оазисах

Центральной Азии насчитывает не менее 1,5—2 тыс. лет, за этот пе-

риод возникли совершенно новые «рукотворные» почвы, мощ-

ность которых в настоящее время достигает

2—3

м и более (Мина-

шина, 1974). Такие почвы представляют бесконечную свиту отде-

льных маломощных погребенных горизонтов, некогда формиро-

вавших поверхностный пахотный слой. Это подтверждают фраг-

менты керамики, стекла, угля, наличие предметов быта, остатки

саманных построек и другие включения, несомненно свидетельст-

вующие об антропогенном происхождении почв на ирригацион-

ных отложениях. Культурно-поливные почвы на ирригационных

247

наносах, как правило, обладают высоким плодородием, благопри-

ятными физическими свойствами. Они отличаются высокими и

равномерными по профилю значениями пористости и водопрони-

цаемости. Однако в последние десятилетия сток на реках был заре-

гулирован каскадами плотин. Это создало весьма благоприятную

обстановку для планомерного ведения орошаемого земледелия, ак-

кумуляции необходимого для орошения в маловодные периоды

объема воды.

Вместе с тем строительство водохранилищ имело и другие

последствия. На полив идет более подогретая вода со значительно

меньшим содержанием твердых частиц. Осветленные воды, посту-

пающие на орошаемые поля, не оставляют на их поверхности столь

значительной массы наилка, как прежде. Они содержат лишь очень

тонкие, преимущественно коллоидальные частицы, образующие

лишь малозаметные незначительные илистые пленки на поверхно-

сти агрегатов. Формирующиеся в этих условиях орошаемые почвы

будут отличаться менее благоприятными физическими свойства-

ми,

повышенной плотностью, невысокой или низкой водопрони-

цаемостью. В меньшей мере такие почвы будут обеспечены и эле-

ментами питания. Таким образом, изменение гидротехнических

решений в зоне орошения приведет к изменению свойств орошае-

мых почв.

Подогрев воды в поверхностных слоях и их испарение на аква-

тории водохранилища вызывают изменение ионного равновесия

и соотношения ионов. В этом случае в воде снижаются парциаль-

ное давление углекислоты и растворимость щелочноземельных

металлов. Гидрокарбонатно-кальциевые растворы замещаются на

гидрокарбонатно-натриевые и иные, менее благоприятные для

полива.

Существенное влияние на формирование почв оказывает дре-

наж. Глубокий горизонтальный дренаж снижает уровень фунтовых

вод на орошаемом массиве и создает необходимые условия для

формирования плодородных почв. В условиях обеспеченного дре-

нажа на благоприятных (незасоленных) карбонатных почвах, со-

держащих гипс, возможна длительная и весьма эффективная куль-

тура орошаемого земледелия (например, такие условия сложились

на орошаемых массивах сероземов Ташкентского и Самаркандско-

го оазисов).

Нередко, однако, при обеспеченном дренаже на гидрокарбо-

натно-кальциевых грунтовых водах в горизонтах почвенного про-

филя сохраняются или возникают зоны плотных карбонатных це-

ментации. Эти новообразования резко ухудшают физические свой-

ства орошаемых сероземов. В последние годы для увеличения

мощности корнеобитаемых горизонтов и ликвидации вторичных

водоупоров на орошаемых почвах применяют глубокое мелиора-

248

тивное рыхление в сочетании с внесением повышенных доз орга-

нических удобрений.

Глубокий горизонтальный дренаж формирует необходимые

условия для систематического отвода с орошаемой территории зна-

чительных масс солей. Если его действие стабильно, то в конечном

итоге обычно формируется профиль орошаемой гидроморфной

почвы сероземного типа с промывным водным режимом. Следует,

однако, подчеркнуть, что характер вторичных трансформаций оро-

шаемых почв тесно связан не только с природными условиями

массива орошения, но и с комплексом инженерно-технических ме-

роприятий по мелиорации почв. Так, глубокий горизонтальный

дренаж способен сравнительно быстро опреснить поверхностные

горизонты почв и грунтовых вод. Вакуумирование закрытого гори-

зонтального дренажа ускоряет процесс рассоления в 2—3 раза.

При этом солевые массы, залегающие глубже 5—8 м, не вовлекают-

ся в общий процесс рассоления. В эксплуатационный период (по-

сле мелиорации) глубокий горизонтальный дренаж будет рабо-

тать на удаление солей, поступающих с оросительными водами.

Иная ситуация возникает при применении вертикального дренажа

и использовании дренажных вод вертикальных скважин для оро-

шения. В этом случае в оборот включаются огромные запасы солей

всей зоны влияния вертикального дренажа (т.е. толщи мощностью

40-150 м). Откачка подземных вод вертикальным дренажем вызы-

вает миграцию на поверхность в десятки раз большие массы солей,

чем горизонтальный дренаж. Возвратные воды вертикального (или

комбинированного — горизонтального и вертикального) дрена-

жа нередко отличаются особо высокой минерализацией. Поэтому

применение тех или иных способов орошения, рациональное уп-

равление почвенным плодородием должны опираться на тщатель-

ный анализ всех статей водно-солевого баланса, формирующегося

в условиях применения конкретных способов орошения и дренажа.

Следует, однако, подчеркнуть, что такой анализ является необхо-

димым и достаточным условием для зоны орошаемого земледелия

Центральной Азии. Здесь высокое содержание углекислого каль-

ция и гипса исключают ощелачивание и изменение катионного со-

става поглощающего комплекса почв, однако в степной зоне, осо-

бенно в зоне распространения черноземных и темнокаштановых

почв,

он должен дополняться тщательным прогнозом изменения

их физико-химических свойств при орошении.

В безгипсовых черноземных и темнокаштановых почвах высо-

ка угроза перехода натрия из растворов в обменное состояние.

Опасность этого явления оценивается по соотношению ионов нат-

рия и кальция (магния) в водном растворе. Если соотношение

(Na + К)/(Са + Mg) > 4, то опасность осолонцевания весьма значи-

тельна. При соотношении, равном 1—4, она невелика и отсутствует

полностью при соотношении (Na + К)/(Са + Mg) < 1.

249

Если на орошение используют щелочные воды, содержащие

бикарбонаты и карбонаты натрия (содержание НСО" больше

Са

+ Mg

), то происходит быстрое ощелачивание почвы. Появ-

ляется обменный натрий в количестве, равном 15—20% от емкости

катионного обмена, в почве накапливается свободная сода, повы-

шается ее щелочность, утрачивается структура, снижается водо-

проницаемость, усиливается коркообразование. Эти явления быст-

ро протекают в суглинистых и глинистых почвах, но слабо выраже-

ны или отсутствуют вообще в песчаных.

Несомненно, дренаж обеспечивает возможность мелиорации

засоленных почв и гарантирует орошаемые массивы от угрозы вто-

ричного засоления. Однако одновременно он усиливает и опас-

ность экологической деградации территории в условиях орошае-

мого земледелия, поскольку дренажный сток транспортирует в

водоприемник значительные массы водорастворимых солей, ток-

сических дериватов гербицидов и других ядохимикатов, а также

макро- и микроудобрений, тяжелых металлов. Опасность заключа-

ется не только в повышении концентрации солей в водах водоис-

точника, но и в их эвтрофировании. С такими явлениями мировая

практика орошения сталкивается почти повсеместно. Поэтому сле-

дует существенно сократить общий объем дренажного минерализо-

ванного стока с оросительных систем, свести его к минимальным

значениям. Эта задача может быть решена прежде всего в результа-

те пересмотра поливных и оросительных норм; некоторого эконо-

мически оправданного снижения верхней границы увлажнения

(с уровня ППВ до 0,95—0,90 ППВ); уточнения мощности активного

слоя; опреснения поверхностных горизонтов способом вмывания,

оттесняя токсические соли за пределы корнеобитаемой зоны. Этой

цели служат также использование глубокого мелиоративного рых-

ления при промывках засоленных почв, усиливающее взаимодей-

ствие промывных вод и солей, биологический дренаж и другие ме-

роприятия. В результате применения этих и других мер можно со-

кратить дренажный водоотвод на засоленных почвах до

10—15,

а на

незаселенных автоморфных

—

до 5—8%.

Значительную роль в орошаемом земледелии южных районов

страны приобретает культура риса, возделываемая в условиях дли-

тельного затопления. Она позволяет не только получить значитель-

ный объем ценной продовольственной продукции, но и мелиори-

ровать сильнозасоленные почвы. Поливная культура риса на фоне

глубокого горизонтального дренажа позволяет промыть и ввести в

интенсивное и стабильное сельскохозяйственное использование

крупные массивы ранее бесплодных, сильнозасоленных почв и со-

лончаков. Вместе с тем при отсутствии глубокого дренажа или его

недостаточной интенсивности урожаи риса оказываются низкими,

а на смежных участках обычно возникают заболоченность и засо-

ленность почв. Исследования В.А. Ковды, М.Б. Минкина, А.Г. Ан-

250

дреева и других показали высокую динамичность химических

свойств почв и вод при культуре риса. Так, их щелочность в рисо-

вых чеках резко возрастает в середине солнечного, жаркого дня.

Это связано с интенсивной фотосинтетической активностью водо-

рослей (альгофлоры) и высших растений и снижением раствори-

мости

СС>2

при повышении температуры оросительных вод. В воде

уменьшается содержание бикарбонатов натрия, магния и кальция.

В растворе преобладают Na2CC>3 и MgCC>3, а СаСОз выпадает в

осадок. При этом существенно возрастает щелочность. Вечером и

ночью фотосинтез ослабевает, а температура воды понижается. В

результате возрастает концентрация СОг. Следствием этих измене-

ний является уменьшение щелочности. Колебания значений рН

оказываются столь значительными, что могут отрицательно влиять

на урожай.

Необходимо подчеркнуть, что при низких концентрациях со-

лей в промывных водах после удаления водорастворимых соедине-

ний из толщи засоленных почв возможен гидролиз обменного нат-

рия почвенных коллоидов. В результате возникают гидрат окиси

натрия и карбонат натрия, резко возрастают значения рН, проис-

ходит диспергация почвенных ai-регатов, активная деградация поч-

венного профиля. Б.Г. Розанов с соавторами (1989) наблюдали уве-

личение подвижности и потерю органического вещества в почвах

на рисовых системах, возникновение железистых сегрегированных

гидроокисных конкреционных новообразований типа ортштейнов,

уплотнение почв и ухудшение их физических свойств.

Из этого следует, что благоприятные условия в орошаемых

черноземных и каштановых почвах, используемых для культуры

риса, можно создать на фоне дренажа, внесения органических

удобрений, небольших доз гипса и активной аэрации глубоких го-

ризонтов почвенного профиля с помощью кротования и глубокого

рыхления. Эти мероприятия по дренированию, кротованию, глубо-

кому рыхлению и введение травопольных севооборотов с участием

люцерны необходимы еще и потому, что почвы под рисом должны

активно проветриваться для окисления возникающих при затопле-

нии токсичных соединений закисного железа, марганца, а также

сероводорода, водорода, метана, аммиака и др.

Таким образом, рациональное ведение культуры риса связано с

анаэробной фазой длительного обводнения, периодически сменя-

ющейся аэробной после сброса вод, затапливающих рисовый чек.

Орошение черноземных почв для возделывания зерновых и других

полевых культур на фоне бездренажной ирригации, как правило,

быстро приводит к существенному подъему уровня грунтовых вод.

Автоморфные черноземы переходят в категорию гидроморфных

почв,

уровни грунтовых вод поднимаются на отметки, близкие

к критическим (3-5 м). Весьма эффективным в этом случае оказы-

вается вовлечение в орошение на фоне дренажа южных и, реже,

251

обыкновенных черноземов, приуроченных к ареалам распростра-

нения сульфатно-кальциевых или гидрокарбонатно-кальциевых

фунтовых вод с рН менее 8 и соотношением Na к (Са + Mg) менее

1,5—2,0.

В иных случаях фунтовые и оросительные воды оказыва-

ются весьма опасными, несмотря на низкие концентрации в них

натрия. Бездренажное орошение является причиной быстрого осо-

лонцевания почв, их интенсивного поверхностного уплотнения,

слитизации и часто оглеения.

Если орошение осуществляется пресными водами и на фоне

дренажа, но с периодическими переполивами, то в этом случае

формируется застойно-промывной водный режим с частой сменой

аэробных и анаэробных условий. При таком режиме также может

возникать процесс глееобразования, имеющий пульсирующий ха-

рактер. Следствием этого процесса является несбалансированный

вынос железа, кальция, магния, подкисление среды, переход гу-

матного гумуса в фульватный, возникновение лессиважа. В резуль-

тате черноземы и каштановые почвы подвергаются интенсивной

деградации и в конечном итоге оподзоливанию. В поверхност-

ных слоях почвенного профиля возникает элювиальный, часто

осветленный горизонт с кислой реакцией. Профилактика этого

опасного явления связана с необходимостью исключения при-

чин возникновения процесса глееобразования в условиях 1гульси-

рующего режима, т.е. устранения переполивов, внесения в почву

извести, улучшения физических свойств почв путем введения тра-

вопольного орошаемого земледелия, устранения факторов уплот-

нения почв и др.

Орошение почв аридной и полуаридной зон является доста-

точно очевидным и необходимым мероприятием, если оно улучша-

ет экологическую обстановку и оправдано в экономическом отно-

шении. Значительно сложнее решается этот вопрос применительно

к черноземным почвам степи и лесостепи. В.В. Докучаев обращал

особое внимание на то, что в этих природных зонах необходимо

прежде всего сохранять благоприятные физические свойства почв,

особенно их сфуктурное состояние. Поэтому орошение многолет-

них фав, обладающих высоким водопофеблением и мощной кор-

невой системой, обычно целесообразно

таких условиях. В равной

мере это справедливо для садов, ягодных кустарников, а также для

многих овощных. Однако целесообразность орошения культур по-

левых севооборотов должна рассмафиваться в сфогом соответст-

вии с климатическими условиями лесостепной и степной зон и

нодтиповой принадлежностью почв. Учитывая, что современные

максимальные урожаи на орошаемых оподзоленных, выщелочен-

ных и типичных черноземах в настоящее время не превышают

35—40 ц/га, следует подчеркнуть, что такие же урожаи могут быть

получены и на богаре, только за счет атмосферных осадков. По-

следнее подтверждает следующий несложный практический рас-

252

чет. Многолетние данные метеорологических наблюдений свидете-

льствуют о том, что в этих зонах выпадает около 450—550 мм осад-

ков в средние по влажности годы. По усредненным подсчетам для

создания 10 ц зерна на гектар необходимо 100 мм осадков. Из этого

следует, что урожаи зерна на этих трех подтипах черноземов на бо-

гаре могут составить около 40—50 ц/га на фоне сортов современ-

ной селекции. На обыкновенных и особенно на южных чернозе-

мах, где сумма осадков составляет 300—400 мм, получить такие уро-

жаи невозможно. В этом случае осторожное дополнительное оро-

шение зерновых может оказаться безусловно оправданным и целе-

сообразным мероприятием. Такой дифференцированный и увязан-

ный с конкретными почвенными и агроэкологическими условия-

ми подход должен использоваться при решении вопроса о необхо-

димости орошения черноземов.

Изложенное выше иллюстрирует рис. 92, на котором показана

урожайность зерновых культур на неорошаемых и орошаемых поч-

вах стенной и сухостепной зон (Зимовец, 1991). Существенно то,

что максимальный прирост продукции от ирригации (увеличение

более чем в 3 раза) имеет

место на каштановых поч-

вах и солонцах светлокаш-

танового подтипа.

В Нечерноземной зоне

страны в областях, приуро-

ченных к подзонам распро-

странения подзолистых,

болотно-подзолистых, дер-

ново-карбонатных, дерно-

во-глеевых и бурых пой-

менных почв, орошение

применяют главным обра-

зом при возделывании ово-

щей, кормов, садов. Значи-

тельный эффект дает оро-

шение картофеля при его

возделывании на почвах

легкого фанулометриче-

ского состава.

В Нечерноземной зоне

страны орошение приме-

няют главным образом в хозяйствах, специализирующихся на про-

изводстве овощей и кормов. Здесь нет угрозы вторичного засоле-

ния, осолонцевания, ощелачивания почв, слитизации, однако оро-

шаемое земледелие в этих условиях сталкивается с серьезной угро-

зой деградации почв при монокультуре овощных пропашных. Эта

угроза особенно отчетливо проявляется в последние годы в поймах,

Урожайность,

ц/га

Тип почВы

Рис.

92. Урожай зерновых культур на оро-

шаемых (//) и неорошаемых (1) почвах

(Б.Л. Зимовец, 1991):

1 — чернозем типичный; 2 — чернозем

обыкновенный; 3 — чернозем южный и

темнокаштановая почва; 4

—

каштановая и

светлокаштановая почвы; 5

—

солонцы

253

покров которых в исходном состоянии обычно образуют структур-

ные зернистые почвы. Стабилизация их физических свойств воз-

можна только в том случае, если они используются в системе

травопольных севооборотов, насыщенных луговыми травами. Осо-

бенно опасно в лесной зоне, так же как и на черноземах, при оро-

шении почв использовать тяжелую колесную обрабатывающую и

уборочную технику с высоким удельным давлением. Уплотнение

орошаемых почв в результате применения такой техники сопро-

вождается падением их водопроницаемости, резким увеличением

поверхностного стока, его аккумуляцией в низинах, депрессиях

и локальных понижениях. Эти явления вызывают перегрузку дре-

нажа, вымокание культур и другие неблагоприятные последствия.

Известны сведения и о том, что дождевание осушенных торфя-

ных почв при глубоком залегании грунтовых вод (на глубине

м и

более) вызывает интенсификацию микробиологической активно-

сти и ускоренную сработку торфа.

Наконец, орошение почв в гумидной зоне связано с проведе-

нием планировочных работ, в ходе которых осуществляется устра-

нение неровностей, западин, отдельных земляных выемок и др.

Поскольку почвы здесь имеют весьма незначительный гумусовый

горизонт, эти мероприятия могут существенно снизить их продук-

тивность, поэтому они должны осуществляться только при условии

непременного восстановления утраченного плодородия почв.

ОСУШИТЕЛЬНЫЕ

• МЕЛИОРАЦИИ

9.1.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Более 75% территории России и около 51% территории стран

СНГ находятся в зоне избыточного увлажнения, где осушительные

мелиорации играют исключительно важное, нередко определяю-

щее значение для рационального ведения сельскохозяйственного и

лесохозяйственного производства, улучшения условий существова-

ния человека, мест обитания биоты, рекреационной обстанов-

ки,

дизайна ландшафтов. Осушение (дренаж) играет важную роль

в создании транспортных коммуникаций, зданий промышленного

и гражданского назначения, спортивных сооружений (стадионов,

спортплощадок, футбольных полей), аэродромов и др.

Развитие мелиорации в Нечерноземной зоне в настоящее вре-

мя актуально по ряду причин. Заболоченные и болотные почвы яв-

ляются практически единственным источником вовлечения в сель-

скохозяйственное производство после мелиорации новых земель.

Мелиорируемые почвы Нечерноземной зоны, как правило, обес-

печены влагой. Здесь нет острых засух, отсутствует угроза засоле-

ния почв, нет проблемы утилизации и использования засоленных

вод и обычно складываются относительно благоприятные условия

для двустороннего регулирования водного режима почв. Мелиора-

ция переувлажненных почв Нечерноземья актуальна еще и потому,

что она является обязательным условием улучшения состояния со-

временных пашен, страдающих от избыточного увлажнения, лик-

видации мелкой контурности, а также сложной структуры почвен-

ного покрова, затрудняющей ведение сельскохозяйственного про-

изводства. Мелиорация заболоченных и болотных почв устраняет

вымокание и заболевание растений, создает благоприятные усло-

вия для механизации и обработки полей, повышает производитель-

ность

труда.

Очень часто мелиорация оказывается не только основ-

ным звеном сельскохозяйственного и лесохозяйственного произ-

водства, но необходимым условием оптимизации жизни человека в

условиях гумидных ландшафтов.

255