Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.413.3

ТарГУ им. М.Х. Дулати

Экологическое обоснование технологии и технологических схем промывки засоленных почв

Мустафаев Ж.С.

Абдешев К.Б

Промывки засоленных земель вызывают глобальные нарушения в природных балансах потоков вещества и энергии, существенно перераспределяют поверхностные и подземные стоки, вовлекая в современный геологический круговорот вековые запасы легкорастворимых солей почв. Поэтому, в настоящее время существуют разные подходы для промывки засоленных почв, обеспечивающих выщелачивание солей до порога токсичности для сельскохозяйственных культур с применением результатов экспериментальных исследований и теоретических разработок на основе применения достижений фундаментальных наук к решению проблемы мелиорации сельскохозяйственных земель.

Сложность и разнообразие природных условий формирования засоленных почв требует необходимости надежного обоснования технологии их промывки в экологическом аспекте. Как известно, на практике промывка засоленных почв требует большого объема воды, которая осуществляется с «жестким» принципом управления природой с высокой интенсивностью подачи воды за короткий промежуток времени, зачастую сопровождаясь нежелательным характером изменения природной среды. «Жесткое» техническое управление природными процессами чревато цепными природными реакциями, значительная часть которых оказывается экологически, социально и экономически неприемлемыми в длительном интервале времени. Действительно правила «жесткого» управления при промывке засоленных почв, прежде всего, связано с грубым «хирургическом» вмешательством в жизнь природных систем, что вызывает действие закона внутреннего динамического равновесия и значительное увеличение энергетических затрат на поддержание природных процессов в равновесии. Так как, любое местное преобразование природы, к которым относится промывка засоленных почв, вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее отдельных звеньях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических и материальных вложений.

Поэтому, при промывке засоленных почв нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие природным системам сохранить свойство самоподдержания, то есть самоорганизации и саморегуляции. В природе процесс самоподдержания и саморегуляции поддерживается двумя механизмами - соотношением экологических компонентов внутри системы и взаимодействием подсистем, что полностью временно нарушается при промывке засоленных почв. Так как несоответствие «целей» естественно-системной регуляции и целей промывки ориентированные по принципу «жесткого» управления природными процессами может привести к деструкции природного образования.

Действительно правила «жесткого» управления при промывке засоленных почв, прежде всего, связано с грубым «хирургическим» вмешательством в жизнь природных систем, что вызывает действие закона внутреннего динамического равновесия и значительное увеличение энергетических затрат на поддержание природных процессов в равновесии. Так как любое местное преобразование природы, к которым относиться промывка, в отдельных звеньях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических и материальных вложений [1-4].

В проведении промывки засоленных почв техническое воздействие имеет тенденцию превращаться в перманентные и все более усиливающиеся, вплоть до полной замены саморегуляции природных систем техногенным регулированием. Эти природные процессы происходят в условиях: несоответствия интенсивности подачи воды при промывке засоленных почв ():

,

с интенсивностью впитывания воды в почву ():

,

то есть , причем во временном масштабе постоянно будет увеличиваться ( где - расчетная промывная норма; - продолжительность промывки; - коэффициент фильтрации; -скорость впитывания в конце первого часа; - коэффициент пропорциональности, который зависит от свойств почвы).

Поэтому, с экологических позиций промывка засоленных почв, необходимо проводить на основе «мягкого» управления природными системами. В отличие от «жесткого» управления «мягкое» управление, основана на улучшении бывшей естественной продуктивности экологических систем или повышения плодородия почвы путем целенаправленной и основанной на использовании объективных законов Природы.

Практика и опыт освоения засоленных земель, а также основные направления системы природопользования в области мелиорации сельскохозяйственных земель свидетельствует, о возможности выщелачивания солей из почвы на новый качественный уровень, при котором будет достигнуто гибкая высокоэффективная технология промывки с неукоснительным и последовательным соблюдением принципов рационального и сбалансированного использования природных ресурсов. Так как, эколого-мелиоративное состояние ландшафта находится в прямой зависимости от соблюдения принципов управления природными процессами путем сохранения природных ритмов гидрогеохимических потоков, определяющих устойчивость природной системы.

Модель эволюционного гидрогеохимического процесса природной системы, описывающая массоперенос в осадочных формациях в течение геологического времени происходит по механизму молекулярной диффузии через водную фазу, то есть , а именно определенной порцией инфильтрирующихся вод () из почвенного слоя выносится часть растворенных солей () пропорциональная количеству их твердой фазы, заключенных в пределах этого слоя (где - коэффициент солеотдачи): . засоленный почва гидрогеохимический природный

В настоящее время для гидрогеохимических процессов в перераспределении масс и выщелачивании солей природных системах принимаются уравнения физико-химической гидродинамики [5], кинетики химических реакций [6], распределения свободных пробегов частиц [7], теории вероятности [7], водно-солевой баланс [8] и закон сохранения массы [9]. засоленный почва гидрогеохимический природный

Сравнительный теоретический анализ, проведенный Ж.С. Мустафаевым [ 10 ] показал, что аналитическое решение вышеуказанных уравнений имеет генетическое сходство и является одной из модификацией формулы В.Р. Волобуева [ 6 ]:

,

где - продолжительность инфильтрации.

На основе кинетики химических реакций и аналитических решений дифференциальных уравнений конвективной диффузии и влагопереноса получена математическая модель, позволяющая установить размеры промывных норм, учитывающих динамику гидравлических процессов в почвогрунтах [ 10 ]:

,

где - скорость растворения твердого вещества в процессе химической реакции между твердыми и жидкими веществами:

.

Параметр , имеющий ясный физический смысл, зависящий от скорости растворения твердого вещества и процесса химических реакций, ускоряющий солеотдачу почв при промывке засоленных почв, он имеет смысл коэффициента ускорения солеотдачи.

В этой связи необходимо обратить внимание на одно наиважнейшее условие, которое практически не учитывается при промывке засоленных земель. Суть его в следующем: всякое преобразование природы не может носить произвольный характер, а всегда ограничено действием законов, совокупность которых образует свод фундаментальных положений экологии и природопользования. Значительная часть этих положений имеет самое прямое отношение к промывке засоленных почв, которое в этой связи следует рассматривать их как одно из сложных техногенных нагрузок природной системы в результате антропогенной деятельности человека. Технической базой для разработки ресурсосберегающих и экологических безопасных технологий промывки засоленных почв должны стать свойства (, ) и физическая закономерность эволюционного гидрогеохимического процесса (, ), которая происходит в самой почве [11-15].

Математическое моделирование выщелачивания солей промывки засоленных земель является серьезным научным достижением в области мелиорации почв, позволяющий детально изучить физический механизм явления. Несмотря на то, что полной идентичности математических моделей и реального объекта достичь практически невозможно, моделирование позволяет, прежде всего, качественно оценить направленность трансформации гидрогеохимического процесса при промывке засоленных почв и составить необходимый прогноз. Качественная оценка изменений гидрогеохимического режима засоленных почв в процессе промывки зависит от объема информации, ее достоверности и качества самой математической модели.

При анализе прогнозов трансформации гидрогеохимического режима засоленных почв в процессе промывки необходим алгоритм прогнозирования, позволяющий на каждом этапе промывки определить экологически допустимую техногенную нагрузку на природную систему (таблицы 1).

Таблица 1. Алгоритм прогнозирования выщелачивания солей и определения параметров их технологии промывки засоленных земель