Анализ способов осушения связных почв в условиях северо-восточной части Беларуси

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ способов осушения связных почв в условиях северо-восточной части Беларуси

А.П. Лихацевич,

С.В. Набздоров

В статье приведены результаты исследований по формированию водного режима связных почв и мелиоративной обстановке на объекте в СПК «Мазоловский» Мстиславского района Могилевской области. Изложены особенности работы ложбины стока, колодцев поглотителей, колонок-поглотителей и фашинный дренаж на связных почвах, наблюдения за уровнями грунтовых вод, влажностью почвы, дренажным стоком и мелиоративной обстановкой за 2008 2011 гг. Установлен наиболее эффективный способ осушения за период наблюдения. Даны выводы и рекомендации по наиболее эффективным способам осушения на связных почвах.

The article presents results of research into the formation of water regime of coherent soils and melioration situation at the object in the agricultural production cooperative `Mazolovski' in Mstislavl district of Mogilev region. We have shown the peculiarities of the function of drainage groove, absorbing wells and columns and fascine drainage on coherent soils, and observations of the water table, soil humidity, drainage flow and melioration situation in 2008-2011. We have established the most efficient method of drainage during the period of observation. We have made conclusions and recommendations for the most efficient methods of drainage on coherent soils.

Мелиорация земель является одним из существенных факторов интенсификации сельского хозяйства, создания благоприятных условий для мобилизации потенциального плодородия почв, повышения эффективности механизации, химизации и защиты растений и в конечном счете обеспечения высокорентабельного и конкурентоспособного сельскохозяйственного производства.

По состоянию на 1 января 2010 г. общая площадь осушенных земель составила 3425,7 тыс. гектаров, или 74 процента мелиоративного фонда переувлажненных земель, требующих проведения первоочередного осушения. В общей площади осушенных земель республики сельскохозяйственные земли занимают 2915 тыс. гектаров, из них пахотные - 1258,9 тыс. гектаров, луговые 1651,3 тыс. гектаров [1]. Значительная часть этих земель представлена связными почвами, которые широко распространены в условиях северо-восточной части Беларуси.

Связные почвы являются наиболее плодородными в нашей республике. От водного режима на них во многом зависит уровень сельскохозяйственного производства и рентабельность производимой продукции. Реконструкция осушительных систем, проходящая в настоящее время, требует тщательного учета опыта проектирования и эксплуатации мелиоративных систем, построенных ранее, и применения новых перспективных, экономически оправданных решений с учетом новейшего опыта других стран. В первую очередь следует обобщить проявившиеся негативные явления по осушительному действию, выяснить их причины и найти пути исключения их в будущем.

Анализ источников. В соответствии с Государственной программой «Сохранения и использования мелиорированных земель на 2011 2015 гг.» необходимо создать оптимальный водный режим для сельскохозяйственных растений на площади около 2,8 млн. гектаров и ввести в сельскохозяйственное использование мелиорированных земель на площади 34,64 тыс. гектаров[1].

В Беларуси связные почвы, развитые на лессовидных суглинках и лессах, распространены в основном в северо-восточной части. Из них от 10 до 15% составляют глеевые и глееватые почвы, расположенные в виде отдельных участков в замкнутых понижениях (западинах) [2]. На 100 га приходится до 60 и более замкнутых понижений, расчленяющих пашню на участки неправильной конфигурации. На пашне вокруг них образуются огрехи и необработанные участки. Основное количество западин (свыше 60%) имеет площадь до 0,2 га, средняя площадь - 0,01 га. Такие земли имеют неоднородный водно-воздушный режим. До 2 3 месяцев и более за вегетационный период в западинах застаивается поверхностная вода. Западины, как правило, быстро зарастают древесно-кустарниковой растительностью [3].

Традиционные способы осушения таких земель систематическим дренажем всегда были трудоемкими и энергозатратными и, как следствие, малоэффективными. Поэтому при мелиорации таких земель целесообразно применять выборочный дренаж в сочетании с агромелиоративными приемами обработки почвы и мероприятиями по организации поверхностного стока [4].

Земли с западинным рельефом являются основным препятствием для их интенсивного сельскохозяйственного использования. Как показывают результаты исследований [5, 6, 7, 8, 9, 10], проведение мелиоративных мероприятий в условиях данного типа почв является сложной инженерной задачей. Одновременно с этим для рассматриваемого региона данные земли имеют важное хозяйственное значение. Данное обстоятельство вызвало необходимость проведения комплексных полевых исследований в производственных условиях.

Цель исследований разработка и обоснование ресурсосберегающих способов осушения для реконструированных мелиоративных систем на связных почвах северо-востока Беларуси.

Методы исследования. Мелкоконтурность земель с западинным рельефом является основным препятствием для их интенсивного сельскохозяйственного использования. Как отмечено выше, мелиорация земель в таких условиях представляет сложную проблему, решить которую можно только на основании полевых исследований осушительного действия различных способов осушения.

На объекте в СПК «Мазоловский» Мстиславского района Могилевской области были построены девять способов осушения в 2006 г.

Участок 1. Отвод поверхностных вод колодцами-поглотителями различных конструкций.

Участок 2. Засыпка замкнутых понижений с устройством через седловину ложбины стока без дополнительных мероприятий.

Участок 3. Выборочный дренаж. Дрены-собиратели с «пунктирной» засыпкой песчано-гравийной смесью (ПГС), дрены-собиратели со сплошной засыпкой ПГС.

Участок 4. Выборочный дренаж с колонками-поглотителями и дренажными трубами различных конструкций: из поливинилхлоридных (ПВХ) дренажных труб фирмы «Вавин» с кокосовым фильтром, фильтром из геотекстиля «Тайпар», из полиэтиленовых труб с фильтром «Пинема».

Участок 5. Мелиорация земель выборочным фашинным дренажем.

Участок 6. Отвод поверхностных вод закрытыми собирателями с устройством фильтрующей засыпки и колонок-поглотителей.

Участок 7. Отвод поверхностных вод из замкнутых понижений ложбинами с устройством подложбинных коллекторов.

Участок 8. Ускорение отвода поверхностных вод по тальвегам путем устройства тальвеговой ложбины с подложбинным коллектором.

Участок 9. Выборочный дренаж, аккумуляция поверхностного и дренажного стока водоемами-копанями.

Исследования были проведены в 2008-2011 гг. на объекте в СПК «Мазоловский» Мстиславского района Могилевской области. Программой исследований было предусмотрено изучение эффективности четырех способов осушения на связных почвах с западинным рельефом на участках один, два, четыре, пять.

В геологическом строении объекта преимущественное развитие получили лессовидные отложения проблематического происхождения поозерского ледника (prIIIpz), они представлены супесями и суглинками пылеватыми. Лессовидные отложения находятся повсеместно от поверхности почвы и на глубину до 8 м и более, а в пойме р. Суточка - под современными болотными образованиями (bIV). Современные болотные образования представлены торфом, торфотуфом. Их мощность изменяется от 0,6 до 3,6 м. Грунтовые воды залегают в пойме р. Суточка на глубинах 0,2 0,6 м, в пределах лессовидной равнины - до 3,5 м, в понижениях - до 1,0 м, а в глубоких западинах и оврагах - у поверхности.

В ходе исследований были проведены наблюдения за уровнями грунтовых вод (УГВ), влажностью почвы, дренажным стоком и мелиоративной обстановкой. При характеристике погодных условий использовались данные метеорологической станции в г. Мстиславле.

Отбор проб почвы для определения динамики влагозапасов на изучаемых участках проводились по точкам один раз в декаду в течение вегетационного периода и через один-два дня после обильных осадков. Пробы отбирались в наиболее характерных точках, в понижениях и на повышениях мезорельефа. Влажность определялась термостатно-весовым методом.

Измерения УГВ осуществлялись по организованным створам наблюдательных колодцев. Периодичность наблюдений во время паводков ежедневно, в остальное время два раза в неделю. Одновременно фиксировался уровень воды в водоприемнике.

Для определения плотности использовался метод «режущего кольца». При этом вырезают монолит определенного объема без нарушения естественного сложения в каждом 10-сантиметровом слое почвы при помощи специальных объемных буров. В этих монолитах определяли массу только твердых частиц, т.е. массу абсолютно сухой почвы. Разделив последний на объем, узнают массу единицы объема почвы, или, другими словами, ее плотность. В связи с тем что плотность представляет собой массу единицы объема образца почвы с ненарушенным строением, она всегда меньше плотности твердой фазы, при определении которой пустоты между почвенными агрегатами исключаются.

Основная часть. Наблюдаемые теплые периоды (апрель сентябрь) 2008 2011 гг. по атмосферным осадкам были влажными и средне влажными и характерными для исследования способов осушения.

Наблюдения в 2008 г. показали, что в вегетационный период на всех участках влажность в пахотном (0 20 см) и корнеобитаемом слоях (0 30 см) почвы находилась в пределах, близких к оптимальным (рис. 1 а).

В 2009 г. наблюдения показали, что на всех участках с апреля и до конца июня влагозапасы находились выше оптимального предела. Это объясняется тем, что в этот период было большое количество выпавших осадков и все способы осушения работали в одном режиме. Во второй половине вегетационного периода влагозапасы почвы были в оптимальных пределах (рис 1 б).

В 2010 г. влагозапасы почвы на первом, втором и четвертом участках находились близко к оптимальному пределу весь год наблюдений, и эти способы эффективно работали в период выпадения осадков. На участке пять влагозапасы периодически выходили за верхний оптимальный предел, и этот способ менее эффективно работал по сравнению с другими способами (рис 1 в).

2011 г. был обильный на выпадение осадков. Поэтому влагозапасы на участках четыре и пять практически весь период наблюдений были выше оптимального предела, а на участках один и два влагозапасы были в оптимальном пределе, и эти способы наиболее эффективно сработали на отвод поверхностных вод и поддерживали влагозапасы в оптимальных пределах практически весь период (рис 1 г).

На участках проводились наблюдения за уровнями грунтовых вод по пяти наблюдательным колодцам в трех створах. Следует отметить, что лишь в колодцах 5, расположенных в пойме р. Суточка, почвы которой представлены торфом и торфотуфом, на протяжении всего периода наблюдений фиксировались уровни воды. В колодцах 1 4, установленных в пределах лессовидной равнины, уровни воды были только после снеготаяния и продолжительных ливней. В пойменной части УГВ колебался от 0,2 до 1,0 м.

Рис. 1. Динамика влагозапасов в слое 0-30 см, а) 2008 г., б) 2009 г., в) 2010г., г) 2011г.

Важной водно-физической константой является плотность почвы. Плотность почвы представляет собой массу сухой почвы с ненарушенным сложением, отнесенную к единице объема. Результаты определения плотности почвы представлены в таблице, а динамика изменения - на рис. 2.

осушение связной почва грунтовый

Плотность почвы

Рис. 2. Динамика плотности почвы, г/см3

Анализируя рис. 2, можно сделать следующие выводы. На протяжении четырех лет наблюдений в слое 30 40, 40 50, 50 60 см происходило постепенное уплотнение. В слое 0-10, 10-20, 20-30 см плотность менялась то в большую сторону, то в меньшую; это объясняется тем, что верхний слой периодически обрабатывается сельскохозяйственной техникой и поэтому происходит колебание плотности почвы.

Эффективность осушительного действия устанавливалась также и по модулю дренажного стока, который является одним из основных показателей, характеризующих работоспособность мелиоративных систем. Наблюдения за дренажным стоком проводились на всех участках. Сток замерялся объемным способом в устьях коллекторов и в смотровых колодцах. Величина его колебалась от 0,01 до 0,07 л/с*га, причем на всех участках исследованных систем. Глубокое залегание УГВ, хорошая организация поверхностного стока оказали влияние на величину модулей стока. За весь период наблюдений дренажный сток в смотровых колодцах наблюдался только в начале исследований. Это говорит о том, что дренаж работал только на понижение УГВ.

Мелиоративная обстановка на объекте в конечном счете характеризует эффективность запроектированных мероприятий. Она изучалась путем визуально-инструментального обследования состояния мелиорированных земель: наличие скоплений воды и вымочек по площади участков в период весеннего половодья и летне-осенних осадков, состояние обводненности территории в засушливые периоды.

Наблюдения 2008 г. показали, что в периоды обильных дождей в понижениях мезорельефа образовывались лужи, большинство которых исчезало в течение двух-трех дней, но на некоторых участках (1,3) наблюдались лужи площадью около 350-500 м2, которые оставались около недели. Это обуславливается как осадкой поверхности почвы вследствие вымывания из нее воднорастворимых соединений, так и отсутствием эксплуатационной планировки поверхности. В вегетационный период 2008 г. состояние мелиорированных земель не вызывало препятствий для проведения сельскохозяйственных работ. После ливневых дождей наблюдалось образование единичных луж.

В 2009-2010 гг. мелиоративная обстановка на объекте складывалась под влиянием обильных осадков, которые вызвали образование большого количества луж и увеличение площадей вымочек по сравнению с 2008 г. Образование больших луж происходит в основном из-за неправильной эксплуатации мелиорированных земель. Вследствие несвоевременной работы сельскохозяйственной техники появляются глубокие колеи, которые препятствуют стоку поверхностных вод.

В 2011 г. мелиоративная обстановка была лучше по сравнению с предыдущими годами исследования. В этот период была выполнена планировка поверхности земли и все неровности, в которых образовывались вымочки, были убраны.

Лессовидные суглинки относятся к эрозионно-опасным землям. Водная эрозия наблюдалась на участках три и четыре, так как их поверхность имеет большой перепад высот - до 8 м. На протяжении всего периода наблюдений водная эрозия увеличивалась с каждым годом, и в некоторых местах глубина размыва составляла 30-40 см

Эффективность применения различных способов мелиорации оценивалась не только по их осушительному действию, но и по продуктивности мелиорированных земель. Вся площадь объекта в 2008 г. была занята под посев ячменя сорта «Баранесса». Средняя урожайность составила 40 ц/га. В 2009 г. мелиорированные земли использовались под озимую тритикале и озимую пшеницу. Средняя урожайность тритикале составила 32,4 ц/га, озимой пшеницы - 37 ц/га. В 2010 г. площадь участков была занята озимой пшеницей. Средняя урожайность составила 40,2ц/га. В 2011 г. мелиорированные земли использовались под кукурузу.

Основываясь на результатах проведенных исследований, можно сделать следующие выводы:

1. Проведенные наблюдения на объекте «Мазоловский» позволяют рекомендовать второй вариант осушения как наиболее приемлемый способ осушения.

2. В погодных условиях периода наблюдений все рассматриваемые варианты обеспечили примерно равные условия ведения сельскохозяйственного производства. Хотя практически на всех вариантах отмечены недостатки в работе по отводу поверхностного стока, вызванные как конструктивными и строительными недочетами, так и недостатками в эксплуатации.

3. Исходя из значений модуля дренажного стока в пределах 0,01-0,07 л/с*га, полученного на вариантах, можно заключить, что на слабопроницаемых почвах с западинным рельефом при коэффициенте фильтрации подпахотного горизонта ?0,05 м/сут. и уклонах поверхности >0,005 дренаж малоэффективен и его применение следует ограничить, поскольку осушение осуществляется практически только за счет сброса поверхностных вод. Как исключение допустимо его применение только на пониженных местах рельефа с использованием колонок-поглотителей новых конструкций без сгущения дренажной сети. При осушении значительных по площади понижений рекомендуется применение колодцев-поглотителей в сочетании с выборочным дренажем.

4. Подложбинные коллекторы, исходя из результатов исследований, устраивать не рекомендуется при уклонах поверхности более 0,005-0,01.

5. При реконструкции мелиоративных систем на минеральных слабопроницаемых почвах не рекомендуется применять фашинный дренаж в связи с его низкой эффективностью осушения и недолговечностью: как правило, он эффективно действует только в первые 2 3 года.

6. В глубоких понижениях при невозможности или экономической неэффективности их раскрытия, целесообразно устраивать бессточные копани или оставлять микропонижения в естественном состоянии.

Использование результатов исследований при проектировании мелиоративных мероприятий на связных почвах позволит повысить качество проектно-сметной документации и эффективность реконструкции мелиоративных систем.

Литература

1. Государственная программа Сохранения и использования мелиорированных земель на 2011 2015 гг. - Минск: Беларусь, 2010

2. Лихацевич, А.П. Модель динамики урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от изменчивости природно-климатических факторов / А.П. Лихацевич, В.Н. Карнаухов // Мелиорация переувлажненных земель. - 2005. - № 2(54). - С. 108-117.

3.Заленский, В.А. Обработка почвы и плодородие / В.А. Заленский, Я.У. Яроцкий. - Минск: Беларусь, 2004. - С. 261-262, 274-276.

4. Брусиловский, Ш.И. Мелиорация минеральных почв тяжелого механического состава / Ш.И. Брусиловский. - Минск: Ураджай, 1981. - С. 35-44.

5. Лихацевич, А.П. Мелиорация земель в Беларуси / А.П. Лихацевич, А.С Мееровский, Н.К. Вахонин. - Минск, 2001. - С. 12-19.

6. Лихацевич, А.П. Приемы повышения продуктивности переувлажняемых минеральных земель со сложным почвенным покровом и неоднородным водным режимом. / А.П. Лихацевич, К.М. Саквенков, И.Э. Леуто // Мелиорация и водное хозяйство. - 2003. - №4. - С. 20-22.

7. Мееровский, А.С. Типология мелиорируемых земель Беларуси / А.С. Мееровский, Т.А. Романова, A.M. Котозич // Мелиорация переувлажненных земель: тр. БелНИИМиЛ. - Т. XUI. - Минск ,1995. - С. 158-185.

8. Михайлов, Г.И. Почвенно-мелиоративная и рельефная оценка западинных ландшафтов / Г.И. Михайлов, Е.В. Редько, С.Я. Чикановский //Сельскохозяйственные мелиорации и водоснабжение. - Горки, 1991

9. Романова, Т.А. Диагностика почв Беларуси и их классификация в системе ФАО-WRB / Т.А. Романова. - Минск, 2004. - 428 с.

10. Рудой, А.У. Влияние мероприятий по организации поверхностного стока на водоотводящее действие дренажа, заложенного в замкнутых западинах / А.У. Рудой, Л.А Гончарова //Научно-техническая информация по мелиорации и водному хозяйству. - 1990. - Вып. 2. - С. 7-11.

УДК 332.12:631.111

Размещено на Allbest.ru