Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

9.7.8. ОСУШЕНИЕ ЗАБОЛОЧЕННЫХ ПОЧВ

С НИЗКОЙ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬЮ

9.7.8.1.

ПРОХОДИМОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ

ТЕХНИКИ

В зоне избыточного увлажнения широко распространены су-

глинистые и глинистые почвообразующие породы (моренные, по-

кровные лёссовидные, озерно-ледниковые, пермские и др.), на ко-

торых формируются почвы с низкими значениями коэффициента

фильтрации. Эта их особенность усугубляется еще и тем, что здесь

почти повсеместно господствуют процессы подзоло- и глееобразо-

вания, приводящие в конечном итоге к формированию почв с от-

четливым элювиально-иллювиальным строением профиля.

В таких почвах, особенно если их Кф не превышает 0,05-

0,1 м/сут, весной, осенью или летом после снеготаяния или выпа-

дения обильных осадков в пахотных горизонтах длительно застаи-

вается гравитационная влага, вызывая угнетение или гибель сель-

скохозяйственных растений, затрудняя или полностью исключая

возможность проведения сельскохозяйственных работ (рис. 2.40).

При этом обводнение пахотного горизонта может происходить и

при очень низкой влажности подпахотных горизонтов на фоне

глубокого залегания грунтовых вод. В этом случае существенно то,

что подобное неблагоприятное состояние почв сохраняется и по-

сле строительства дренажа. Рассматриваемое явление объясняют

два обстоятельства. Они определяют выбор специального комплек-

са мероприятий по осушению, причем здесь особенно важно комп-

лексное применение гидротехнических, агромелиоративных и аг-

рономических мероприятий.

Сложность осушения минеральных суглинистых и глинистых

почв с низкой (менее

0,05—0,1

м/сут) водопроницаемостью обу-

слоатена,- во-первых, тем, что здесь при заполнении дренажной

траншеи обратной засыпкой (т.е. извлеченным при строительстве

почвогрунтом) часто быстро восстанавливаются исходные низкие

значения водопроницаемости и происходит утрата гидравлической

связи дрен с поверхностными горизонтами профиля. Во-вторых,

этим почвам присуща высокая предельная полевая влагоемкость.

Если объем свободных пор в пахотном горизонте оказывается при

этой влажности ниже 8—10% от объема, то ухудшаются условия для

роста и развития сельскохозяйственных культур.

Кроме того, влага, близкая к ППВ, на бесструктурных почвах

тяжелого гранулометрического состава (например, дерново-подзо-

листых оглеенных почвах на тяжелосуглинистых или глинистых

породах) равна или выше

75%

ПВ (полной влагоемкости). Н.А. Ка-

чинским и А.Ф. Вадюниной было показано, что при влажности,

равной или выше 75% ПВ, происходит резкое ухудшение условий

336

движения колесных тракторов и другой техники. Складывается ве-

сьма опасная, неблаюприятная обстановка, при которой в дренаж

еще не поступает вода, так как влажность почвы равна или ниже

предельной полевой влагоемкости, а техника уже не может пере-

двигаться по полю, так как влажность поверхностных горизонтов

почвы равна или выше 75% ПВ (рис. 132). Такое состояние —

обычное явление на тяжелых дренированных болотно-подзоли-

стых почвах Нечерноземной зоны.

Улучшение водною режима почв может быть достигнуто толь-

ко в результате комплексного использования не только гидротех-

нических, но одновременно агромелиоративных и агрономических

мероприятий, направленных на осушение переувлажненных почв.

Эти мероприятия связаны со сбросом поверхностных вод, ор-

ганизацией поверхностного и внутрипочвенного стоков, ускорени-

ем их отвода с осушаемой территории, а также с восстановлением

гидравлической связи пахотного горизонта и дренажных линий.

Важное значение в этом случае приобретают агромелиоративные

мероприятия, способствующие усилению испарения с поверхности

почв путем увеличения ее площади. Весьма существенны агрономи-

ческие мероприятия по регулированию водного режима

—

травопо-

льные севообороты, внесение ор[анических и минеральных удобре-

ний с целью получения высоких урожаев, биогенного оструктурива-

ния и увеличения мощности (свыше 25-30 см) пахотного горизонта.

Чем мощнее пахотный горизонт, тем эффективнее работают осуши-

тельные системы на тяжелых слабоводопроницаемых почвах.

Для таких условий должны использоваться трактора и другие

сельскохозяйственные машины и транспортные средства с мини-

мальным давлением на почвы. Особенно эффективны трактора и

комбайны на сдвоенных скатах (например, на тракторах колесного

типа

К-701,

Т-150), полугусеничные и гусеничные обрабатываю-

Рис 132. Предельная полевая вла-

гоемкость (ППВ) гориземгта Апах

почв (контурный столбик) гумилных

ландшафтов и критическая влаж-

ность (0,75 IIВ), исключающая нор-

мальное движение сельскохозяйст-

венной колесной техники (Ф Р Зай-

дельман, 1991)

Почвы 1 — нсоглсенная, 2 — глубо-

кооглеенная, 3

—

ыееватая, 4

—

гле-

евая,

а — дерново-подзолистые тяжелосуг-

линистые почвы на лессовидной глине,

—

то же, суглинистые почвы на лес-

совидном суглинке, в

—

то же, супесча-

ные почвы на флювиогляпиальном пе-

ске,

—

пойменные дерновые зерни-

стые почвы на глинистом аллювии

7 2 3

75 '/. ПВ

1 г з •

75%

ПВ

23 - 2099

337

щие и уборочные машины, оказывающие на почву удельное давле-

ние не более 80-120 кПа.

В европейской части Нечерноземной зоны на тяжелых болот-

но-подзолистых почвах нередко весьма эффективна замена зябле-

вой пахоты на весновспашку, поскольку такая обработка способст-

вует ускорению поверхностного стока.

9.7.8.2. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ

ПО УСКОРЕНИЮ ПОВЕРХНОСТНОГО

И ДРЕНАЖНОГО СТОКОВ

Для ускорения поверхностного стока гравитационных вод с

осушаемых массивов, образованных почвами с невысокой водо-

проницаемостью кроме открытого или закрытого дренажа приме-

няют шлюкеры, ложбины, траншейные фильтры. Все эти меропри-

ятия используют в том случае, если почвы заболочены поверхност-

ными водами.

Шлюкер (от нем.

schlticken

— поглощать) — поглощающий

колодец — строят в понижениях (мульдах). Он предназначен для

удаления поверхностных вод, скапливающихся в замкнутых пони-

жениях, через дренажную систему и представляет собой каменный

и гравийный фильтр. Шлюкер во избежание заиления дренажной

системы подключают к коллектору самостоятельной короткой па-

раллельной дреной (рис. 97).

Ложбина

—

распластанный канал, пологие откосы которого

засевают возделываемой культурой. Ложбины используют для вы-

вода воды по поверхности поля из замкнутых понижений в откры-

тый канал. Если ложбины соединяют несколько западин и выводят

воду в открытый канал, то это мероприятие часто называют «рас-

крытием» западин.

Траншейный фильтр предназначен для создания надеж-

ной гидравлической связи между поверхностными горизонтами

почвенного профиля и дренажной линией. Траншейные фильтры

изготавливают из различных хорошо фильтрующих материалов,

например из щебня, гравия, керамзита, гравийно-крупнопесчаной

смеси и других материалов. Этим материалом дренажная тран-

шея или дренажная щель (в случае строительства бестраншейного

пластмассового дренажа) заполняется до подошвы пахотного гори-

зонта. При применении глубокого мелиоративного рыхления допу-

скается заполнение дренажной траншеи хорошо фильтрующим ма-

териалом «до подошвы» рыхленого слоя.

9.7.8.3.

АГРОМЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО

УСКОРЕНИЮ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА

Для ускорения поверхностного стока применяют такие агро-

мелиоративные приемы, как планировка, профилирование, узко-

загонная пахота, грядование, гребневание, квали (рис. 133).

338

V////////////?J////

>//y>///////////y////////y'/////77//////////7,

/I'^sX

У/Ш.

Шк

0 7

0,7

®S

Шш

0.7

0,7

0.7

/ЩмШК

ШШ

^Л

/ч:Л

/;'*'Л

/-"\ /^

Ш/ЖшШ.

12-24

Рис.

133. Агромелиоративные мероприятия, направлен-

ные

на

организацию

ускорение поверхностного сто-

ка (А.И. Климкоидр.,с дополнениями

изменениями,

1979):

—

исходная поверхность;

—

планировка;

—

профили-

рование; 4

—

узкозагонная пахота;

—

грядование; 6

—

гребневание; 7— квали

Планировка в условиях Нечерноземной зоны должна вы-

полняться очень осторожно, затрагивать ограниченные площади и

тщательно контролироваться в процессе производства работ. Наи-

более благоприятные результаты дает кулисная планировка.

Профилирование поверхности заключается

придании

ей направленного уклона (рис. 2.36).

Узкозагонная пахота,

или

вспашка всвал. Между

формирующимися при такой пахоте широкими грядами образуют-

ся разъемные борозды, по которым поверхностные воды при нали-

чии необходимого уклона можно отвести

за

пределы осушаемого

поля.

Грядование

гребневание

—

способы интенсивного

локального дренажа поверхностных горизонтов почвенного про-

филя и увеличения их испаряющей поверхности (рис. 2.37).

23-

339

Квали (грузинский народный термин) — выпуклые гряды

высотой до 60—80 см, между которыми устраивают глубокие разъем-

ные борозды или мелкие каналы. Квали имеют различные ширину

(от

12—14

до 20-28 м) и длину (200-300 м). Их используют главным

образом во влажной субтропической зоне при возделывании много-

летних (чая, цитрусовых) или однолетних (трав, кукурузы) культур.

Квали обеспечивают отвод значительной массы осадков, выпадаю-

щих в период дождей (табл. 42). Исследования, выполненные под ру-

ководством Р.И. Паписова (1973), показали, что в период ливневых

осадков квали отводят из поверхностных слоев почвы мощностью

около 40 см почти в два раза больше воды, чем закрытый гончарный

дренаж. Наиболее эффективным при возделывании многолетних ку-

льтур оказалось применение квали в сочетании с частым гончарным

дренажем (рис. 2.38, 2.39). Выпуклые фяды типа квали получили ши-

рокое распространение во многих странах мира с субтропическим и

тропическим климатом (например, в Италии, Вьетнаме и др.).

Таблица 42

Урожайность зеленого листа чая на глинистых подзолисто-глеевых почвах в

зависимости от способа осушения. Хорга, центральная Колхида

(Р.И. Паписов, А.Р. Дарджиманов, 1973)

Вариант

опыта

Гончарный дренаж без квали через 5 м

Квали без дренажа

Квали и гончарный дренаж через 5 м

Квали и гончарный дренаж через 10 м

Урожай зеленого листа,

кг/га

почти повсеместно вымочка,

урожая нет

1596

2508

2418

9.7.8.4. АГРОМЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

ПО УСКОРЕНИЮ ВНУТРИПОЧВЕННОГО СТОКА

(КРОТОВАНИЕ, ГЛУБОКОЕ МЕЛИОРАТИВНОЕ

РЫХЛЕНИЕ, ЧИЗЕЛЕВАНИЕ)

Для ускорения внутрипочвенного стока применяют три весьма

эффективных способа

—

кротование, глубокое мелиоративное рых-

ление (рис. 134) и чизелевание.

Кротование — агромелиоративный прием, направленный

на перераспределение избыточной влаги из поверхностных во

внутрипочвенные слои профиля почв и их аэрацию. Кротование

выполняют в суглинистых и глинистых почвах и в тех случаях, ког-

да кротовины не обладают длительной устойчивостью. Земляную

полость в этом случае устраивают ежегодно или один раз в

2—3 года (в зависимости от устойчивости), часто одновременно с

пахотой (рис. 135), причем кротовины, как правило, копируют

уклон поверхности земли.

340

Рис

134.

Агромелиоративные мероприятия, направленные на

ускорение внутрипочвенного стока (Шульте-Карринг, с до-

полнениями и изменениями)

—

кротование, 2

—

нерыхленая почва, 3

—

глубокое мелиора-

тивное рыхление

Кротовины (земляные полости) обычно закладывают на глуби-

ну

0,4—0,6

м. Они способствуют перераспределению избыточной

влаги из поверхностных горизонтов в глубь почвенного профиля,

его аэрации, усилению трещиноватости почв, повышению приточ-

ности воды к дренам. Важное значение в этом случае имеет мигра-

ция влаги по вертикальной щели, остающейся в почве при проходе

стойки кротователя. Кротование эффективно и в таких почвах, где

кротовые земляные дрены неустойчивы. Оно повышает их водо-

проницаемость, увеличивает объем дренажного стока (на глини-

стых почвах в первый год эксплуатации в

1,5-2,0

раза) и урожай-

ность сельскохозяйственных культур (на 5—15%). Аналитическое

определение устойчивости кротовин в минеральных почвах необ-

ходимо, поскольку в проекте должны быть предусмотрены сроки

повторного кротования почв. С этой целью используют тот же ме-

тод определения устойчивости кротовин по водопрочное™ макро-

агрегатов (3—5 мм) после просеивания в воде их стандартной наве-

ски,

что и при определении стабильности кротовых дрен.

Применение кротования целесообразно при близком залега-

нии к поверхности плотных, плохо водопроницаемых горизон-

тов,

например, в почвах с элювиально-иллювиальной дифферен-

циацией профиля — болотно-подзолистых, подзолистых, дерно-

во-подзолистых, а также в тяжелых оподзоленных дерново-глее-

вых, дерново-карбонатных и иных почвах с плотными подпахот-

341

Рис.

135. Типы кротователей:

—

одностоечный кротователь с уширителем (Р. Эггельсманн, 1984); 6

—

кротова-

тель,

выполняющий кротование одновременно с пахотой (кротовое приспособле-

ние к многокорпусному плугу); 1

—

стойка плуга; 2

—

лемех; 3

—

стойка дренера;

—

дренер

ными горизонтами. В таких почвах кротование в первый год ока-

зывает весьма благоприятное влияние на дренажный сток, урожай-

ность сельскохозяйственных культур, физические свойства поч-

вы

—

ее фильтрацию, пористость, аэрацию. Однако в тяжелых аг-

регированных почвах

—

пойменных, луговых и

т.д.

—

с хорошо во-

допроницаемыми подпахотными горизонтами

(Кф

> 0,3 м/сут) кро-

тование нередко не оказывает заметного влияния на сток, урожай-

ность и свойства почвы. В этих условиях применение кротования

оказывается нецелесообразным. Кротование нецелесообразно так-

же в песчаных и супесчаных почвах, независимо от их генезиса.

Кротование выполняют одновременно с пахотой или отдельно

от пахоты. В первом случае (кротование со вспашкой) кротователь

(рис.

135) крепят на второй корпус плуга. При кротовании отдель-

но от вспашки используют кротователь КР-3, который навешивают

на трактор.

Глубокое мелиоративное рыхление уменьшает

плотность сложения и увеличивает водопроницаемость суглини-

стых и глинистых почв в верхнем слое мощностью не менее 0,6 м.

Оно разрушает в легких (песчаных, супесчаных) почвах плотные

водоупорные железистые или карбонатные прослойки в толще до

0,9 м (рис. 2.47). Это агромелиоративное мероприятие выполняют

на тяжелых суглинистых и глинистых почвах, коэффициент филь-

трации подпахотных горизонтов которых в естественном состоя-

нии в слое 30—80 см менее 0,3 м/сут (Зайдельман, 1987).

342

На тяжелых кислых почвах формирование мощного рыхленого

слоя на стадии капитального строительства осуществляют с помо-

щью трех мероприятий: механического рыхления; химической ста-

билизации и коагуляции глинистых частиц путем интенсивного из-

весткования; биологического агрегирования почвы в результате по-

ступления в нижние слои профиля значительной массы свежего пе-

регноя от корней на фоне резкого повышения плодородия почв в

результате внесения минеральных и органических удобрений.

На тяжелых карбонатных почвах процесс образования структу-

ры складывается из механического рыхления и биологического аг-

регирования. Химическое оструктуривание путем внесения изве-

сти на этих почвах нецелесообразно вообще или ограничено самы-

ми поверхностными выщелоченными слоями.

Механическое рыхление легких почв с целью разрушения

плотных сцементированных гидроокисных железистых или карбо-

натных горизонтов проводят всегда независимо от известкования и

удобрения почв.

Вместе с тем глубокое рыхление при определенных условиях

вызывает нежелательное последствие. Так, глубокое рыхление ог-

леенных почв без дренажа ухудшает условия сельскохозяй-

ственного производства и обычно снижает урожай из-за увеличе-

ния продолжительности застоя влаги в поверхностных горизон-

тах почвенного профиля и усиления заболоченности почв. В этом

случае в результате глубокого рыхления и увеличения порового

пространства при отсутствии стока возникает эффект «гидрологи-

ческого мешка», который длительно удерживает поверхностные

воды. Кроме того, при проектировании мелиоративных мероприя-

тий необходимо учитывать, что сплошное глубокое мелиоративное

рыхление тяжелых заболоченных подзолов и подзолистых почв

с мощными элювиальными горизонтами (А2 > 10 см) следует

производить при обязательном внесении крупных доз извести

(18-20 т/га), органических (не менее 40—50 т/га) и минеральных

удобрений.

Если по организационным причинам невозможно выполнить

эти мероприятия, то применение глубокого рыхления может вы-

звать снижение плодородия этих почв в результате перемещения к

дневной поверхности и поступления в пахотный слой кислого не-

плодородного мелкозема подзолистого горизонта А2. Поэтому це-

лесообразно на стадии строительства применять не сплошное, а

полосное рыхление (через 4-8 м) или кротование (через 2 м) с по-

следующим переходом в эксплуатационный период по мере окуль-

туривания почв на сплошное глубокое мелиоративное рыхление.

Сплошное глубокое рыхление каменистых почв рыхлителями

активного и пассивного действия не проводят при наличии камней

в слое рыхления мощностью 0-80 см и максимальным диаметром

соответственно более 30 и 40 см.

343

Важнейшим условием эффективного глубокого рыхления яв-

ляется тщательная разделка пласта или задернованной поверхно-

сти почв.

В зависимости от почв, производственных условий и типа рых-

лителей применяют следующие способы глубокого рыхления и рых-

ления-кротования: сплошное рыхление, сплошное рыхление-крото-

вание, полосное рыхление-кротование, полосное рыхление.

Сплошное рыхление направлено на рыхление всей тол-

щи почвы в обрабатываемом слое. Сплошное рыхление-

кротование обеспечивает, кроме того, образование кротовин

ниже зоны рыхления. Полосное рыхление, осуществляемое

преимущественно однокорпусными рыхлителями, создает узкие

раздельные полосы (обычно через 4 м) рыхления (рис. 2.43). По-

лосное рыхление-кротование создает узкие полосы рых-

ления, дополненные на глубине 70-75 см кротовинами.

Глубокое мелиоративное рыхление выполняют активными и

пассивными (рис. 136, 137, 2.44) рыхлителями. Активное рыхление

отличается тем, что при его выполнении производят не только

рыхление, но и активное встряхивание почвы. Современные кон-

струкции рыхлителей позволяют производить глубокое мелиора-

тивное рыхление на глубину до 80-100 см (рис. 2.45, 2.46). Рыхле-

нию должен предшествовать тщательный анализ почвенного по-

крова, генезиса и состава почвообразующих пород, степени забо-

лоченности и оподзоленности почв, их каменистости. Все эти фак-

торы оказывают определяющее значение на его эколого-гидроло-

гическую эффективность. В частности, для условий европейской

территории страны на почвах, сформированных на кислых озер-

но-ледниковых тонкослоистых ленточных глинах, из-за высокой

(на глубину до 75—80 см)

344

Рис.

137. Рыхлитель активного действия

для глубокого мелиоративного рыхле-

ния почв TLG-12, фирма Кэбле—Гмайн-

дер (рыхлитель на глубину до 100 см)

энергоемкости, быстрого

заиливания, высокой набу-

хаемости глубокое рыхле-

ние оказалось нецелесооб-

разным агромелиоратив-

ным мероприятием. Эф-

фект его последействия не

превышал 1—3 лет. Вместе с

тем на почвах, приурочен-

ных к тяжелым лёссовид-

ным покровным, море-

нным, пермским почвооб-

разующим породам, глубо-

кое рыхление весьма эф-

фективно. В этом случае

оно благоприятно влияет на

физические свойства почв и

их птодородие. По нашим

наблюдениям (Зайдельман,

1986),

глубокое мелиора-

тивное рыхление почв на

этих породах оказывает

длительное (до 12- 14 лет)

последействие, если, одна-

ко,

при обработке почв си-

стематически не используется тяжелая колесная сельскохозяйствен-

ная техника. Немецкие исследователи (Шульте-Карринг, Шредер,

1984) также обнаружили факт длительного последействия глубокого

мелиоративного рыхления на тяжелых почвах типа псевдоглей. Че-

рез

лет после рыхления урожай зерновых по сравнению с контро-

лем (41-61 ц/га) был выше на

2—11%

за счет глубокого рыхления и

на 13—20% при его сочетании с удобрением. Почвы на опытных ва-

риантах сохраняли более высокие значения коэффициентов филь-

трации и отличались большими объемами дренажного стока.

В условиях европейской части Нечерноземной зоны эффект

последействия в связи с ежегодной пахотой и уплотнением подпа-

хотных горизонтов (т.е. слоя 20-40 см за 4—5 лет) проявляется

обычно в толще 40-80 см.

Повторное рыхление после возникновения уплотнен-

ного подпахотного горизонта должно быть направлено на восста-

новление гидравлической связи пахотного горизонта с дренажем.

Для этого в период эксплуатации производят рыхление, кротова-

ние или чизелевание поверхностных горизонтов на глубину 0,4 м

через каждые 4—5 лет после полнопрофильного рыхления.

Глубокое мелиоративное рыхление является мощным факто-

ром воздействия на физические свойства почв и их гидрологиче-

345