К оценке почвенно-экологических процессов, происходящих на орошаемых экосистемах

Размещено на http://www.allbest.ru/

К оценке почвенно-экологических процессов, происходящих на орошаемых экосистемах

Омарбекулы Т.О., Нурпеисова З.С.

К настоящему времени получили достаточное обоснование некоторые теоретические и практические вопросы интегрированного управления водными ресурсами на орошаемых экосистемах [1, 2]. Однако сложность почвенно-гидрогеологических условий, постоянный рост дефицита водных ресурсов и ухудшение их качества, нарушение сложившегося экологического равновесия на орошаемых землях, требуют исследований и установление параметров почвенно-экологических процессов. Результаты исследований обеспечивают разработки по технологии водосбережения путем интегрированного использования поверхностных и грунтовых вод на орошаемых экосистемах для повышения их водообеспеченности.

Анализ литературных источников показывает, что при орошении сельскохозяйственных культур протекают очень сложные процессы, оказывающие непосредственное влияние на степень деградации почв корнеобитаемого слоя и источников орошения [3,4]. Это предопределяется тем, что почва является трехфазной системой, состоящей из твердой части (скелет), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух). При этом твердая часть является дисперсным телом и состоит из мелких и мельчайших частиц минералов и органических веществ. С дисперсностью почвы связаны два весьма важных её физических свойства: большая удельная поверхность и пористость. За счет пористости она пронизана во всех направлениях сообщающимися между собой пустотами. По размеру эти пустоты делятся на транспортные и застойные, в которых в основном находятся вода, соли и питательные элементы. На границах раздела скелета грунта и почвенного раствора возникают различные процессы, осложняющие движение воды и солей, органических веществ и питательных элементов. К таким процессам относятся электрокинетические явления, вызванные наличием ионов солей и диполей молекул воды, диффузионно-осмотические процессы, связанные с различной концентрацией у стенок поровых каналов, термодиффузионные явления [5]. В конечном итоге, все эти особенности определяют фильтрационную, физико-химическую гетерогенность почв и оказывают значительное влияние на параметры экологических процессов.

Например, механизм формирования засоленных солонцеватых почв при орошении - сложный и многофакторный процесс, связанный с комплексом физических, химических, физико-химических, биологических процессов: конвекции, диффузии, сорбции, растворения, кристаллизации и т.д. [6]. Интенсивность накопления солей в почве на орошаемых землях зависит от множества факторов, среди которых наиболее важными являются уровень залегания грунтовых вод и их минерализация; дренированность массивов орошения; минерализация оросительной воды.

Исследованиями многих ученых установлены критические глубины, превышение которых приводят к ухудшению эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель. Например, Д.М. Кац [7] для орошаемых земель Голодной степи установил критические глубины залегания грунтовых вод в зависимости от их минерализации (табл. 1).

Таблица 1

Критическая глубина грунтовых вод

Одной из отрицательных сторон орошения является неизбежность потерь оросительных вод на инфильтрацию, которая при необеспеченной дренированности территории приводит к подъему минерализованных грунтовых вод выше критической глубины. В этот период на динамику солевого режима большое влияние оказывают минерализация и уровень залегания грунтовых вод.

Для поддержания грунтовых вод ниже критического уровня и предотвращения засоления орошаемых земель, на массивах орошения Казахстана с середины 50-х годов повсеместно построены дренажные системы различной конструкции. Вследствие этого создавался благоприятный водный, тепловой, воздушный и питательный режимы почв . Например, для повышения дренированности, на орошаемых землях юга Казахстана начато строительство коллекторно-дренажной сети. В результате строительства горизонтального дренажа, водоотведение составило 10-15% от водоподачи. В результате этого началось улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель и рост урожайности хлопка-сырца с 7-10 до 25-27 ц/га. грунтовая вода орошаемая почва

Коллекторно-сбросная вода с орошаемых земель, поступая в источники орошения, повышает их минерализацию. Например, минерализация р. Сырдарьи с 1965 по 1980г. возросла с 0,812 до 1,295 г/л [2]. Рост минерализации оросительной воды и низкая дренированность орошаемых земель предопределяет ухудшение экологического состояние ирригационных систем. Вследствие этого за последние годы произошло интенсивное накопление солей на орошаемых землях.

В результате орошения происходят не только процессы засоления, но и осолонцевания почв. Протекание процессов осолонцевания мелиорируемой толщи связано с поглотительной способностью почвы и обязательным условием является присутствие натриевых солей в грунтовой или оросительной воде. Исследованиями многих авторов [2,5,6] установлено, что скорость ионообменной сорбции между почвенным раствором и почвенно-поглощающим комплексом протекает по следующей схеме:

(Почва) Ca²⁺ + 2NaCI (Почва)2Na + CaCI₂

Из приведенной схемы видно, катион натрия поглощается почвой, а катион кальция вытесняется в раствор в эквивалентном количестве. Поэтому для протекания процессов осолонцевания почв неизбежно должны пройти стадию воздействия натриевых солей. При этом, по существу, безразлично, будет ли почва засолена натриевыми солями или же она длительно будет испытывать на себе воздействие хотя бы очень слабых, но постоянно сменяющихся растворов натриевых солей.

Влияние солонцеватости почв на мелиоративное состояние орошаемых земель связано их дисперсностью, т.к. при насыщении почвенно-поглощающего комплекса ионом Na⁺ все его агрегаты почти полностью распадаются в воде на свои составляющие элементы. В результате почвенная масса приобретает максимальную дисперсность, соответствующую ее элементарному механическому составу. При этом, в результате разрушении агрегатов освобождаются и диспергируют как минеральные, так и органические частицы (гумус). В результате почва, насыщенная катионом Na, снижает свою водопроницаемость, а в солонцах практически становится водонепроницаемой. По мнению многих ученных коллоидный ил приобретает громадную набухаемость и водоудерживающую способность. Все эти изменения сказываются на росте и развитии растений, ухудшают мелиоративное состояние орошаемых земель. Снижение водопроницаемости почв приводит к увеличению продолжительности полива и росту сбросов оросительных вод.

В настоящее время имеется ряд экспериментальных материалов по исследованию солевого режима и состава обменных катионов в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) орошаемых почв при использовании оросительных вод с высокой минерализацией и плохого качества [1,3,6]. В этих работах установлено, что в результате осолонцевания в мелиорируемой толще отмечается процесс оглинивания (синтез глинных сильно набухающих минералов), повышение фактора дисперсности и разрушение структуры. Наиболее опасны с этой точки зрения щелочные воды, орошение которыми способствует внеконкурентному внедрению иона Na⁺ в почвенно-поглощающий комплекс и диспергированию органической и минеральной части почвы.

Таким образом, в сложившейся ситуации на орошаемых землях Казахстана темпы ухудшения экологического состояния орошаемых земель требует изучения ионо-солевого состава оросительных грунтовых и коллекторно-сбросных вод, установить пределы их использования на орошение и субирригацию, а также разработать технологию их использования на оросительных экосистемах.

Литература

1. Рау А.Г. Водораспределение на рисовых системах. - Москва: Агропромиздат, 1988.

2. Фатьянов А.С., Тайчинов М. Почвоведение. - Москва: Колос, 1972.

3. Харченко С.И. и др. Водно-солевой баланс орошаемых земель Южного Казахстана. - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1977.

4. Глобус А.М. Почвенно-гидрофизическое обеспечение агроэкологических математических моделей - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1987.

5. Файбишенко Б.А. Водно-солевой режим грунтов при орошении. - Москва: Агропромиздат, 1986.

6. Бекбаев Р.К. Почвенно-экологические процессы и методы их регулирования на орошаемых экосистемах Казахстана// Докторская диссертация на соиск. ученой степени доктора технических наук - Тараз, 2006.

7. Кац Д.М. Режим грунтовых вод в орошаемых районах и его регулирование. - М.: Сельхозгиз, 1963.

Размещено на Allbest.ru