ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ НА ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВАХ

Равнинная территория Средней Азии имеет в большинстве своем природно-засоленные и потенциально опасные для развития вторичного засоления почвы. Приаральская низменность является областью древнего и современного соленакопления. Активные процессы горообразования на сопредельной с ней территории сопровождаются постоянным выносом почвообразующего материала, содержащего соли, и аккумуляцией его на равнинах. Наземные и подземные потоки, сформировавшиеся на территории Средней Азии в древние геологические эпохи, продолжают действовать и сейчас. По пути своего движения потоки выносят соли из выветривающихся пород и в процессе продвижения обогащаются солями древних соленосных отложений. По ходу движения воды они меняют химический состав и минерализацию. Потоки, идущие с гор, частично разгружаются в реки и депрессии и доносят свои воды до зон конечной аккумуляции. В результате мощные толщи осадков, слагающих низменности, в течение геологических эпох были подвержены соленакоплению, связанному с процессами выпаривания транзитных потоков. Все сказанное относится и к орошаемым землям республики Узбекистан, по большей своей части подверженных засолению.

Землепользование (орошаемое земледелие) здесь до массового освоения земель, начавшегося примерно с середины прошлого столетия, было приурочено к долинам рек, их первым и вторым террасам и дельтам. Это объяснялось техническими возможностями водозабора в то время, гидрогеологическими и почвенными особенностями территории. Поверхностному засолению были подвержены лишь периферии так называемых конусов выноса рек и дельтовые участки древнего орошения.

Вторым мощным источником солей в регионе являются глубинные восходящие рассолы. Они хоть и имеют достаточно локальное проявление в ряде глубоких депрессий, тем не менее, играют большую роль в образовании солончаков, с поверхности которых соли переносятся на большие расстояния ветром.

В прибрежных зонах Арала третьим источником засоления являются морские воды. При обсыхании берегов вдоль побережья образуются солончаки, преимущественно хлоридные, но с участием сульфатно-магниевых и натриевых солей. Почвы, формирующиеся на морских отложениях, являются исходно засоленными. Древние морские отложения становятся «поставщиками» солей, переносимых ветром на окружающие равнины.

В условиях засушливого климата четвертым источником засоления орошаемых почв (самым мощным и постоянно действующим) являются легкорастворимые соли в водах рек. С возрастанием степени использования поверхностного стока рек на орошение увеличивается доля аккумуляции их в почвах и подстилающих отложениях.

Основные массивы засоленных почв республики Узбекистан приурочены именно к региональным зонам выклинивания подземных вод, даже имеющих относительно малую (2—5 г/л) минерализацию, а также к дельтовым участкам рек и местным понижениям рельефа. Здесь и происходило образование солончаков — «шоров» или «соров».

Типичным примером зон образования солончаков на перифериях подгорных равнин является достаточно протяженная территория на границе Джизакской и Голодной степей. Примерами зон распространения солончаков на дельтовых участках больших и малых рек являются дельтовые части р. Зарафшан (Каракульский оазис) и р. Амударьи (Хорезмский оазис и Каракалпакия).

На регулярно орошаемых землях местом аккумуляции солей могут служить микроповышения, являющиеся результатом некачественной планировки поверхности полей, плохо орошаемые или неорошаемые участки, смежные с орошаемыми территориями, а также понижения, к которым существует постоянный приток грунтовых вод с соседних орошаемых территорий. В литературе это явление часто упоминается как «сухой дренаж». «Сухой дренаж» обеспечивает отток солей с орошаемых полей, если среди них не орошается примерно 20—40% территории. Наиболее ярко это явление проявлялось в Хорезмском оазисе, а в современных условиях на территории Каракал пакстана.

Состав и минерализация оросительных вод основных рек бассейна Аральского моря существенно изменились за последнее столетие. Возросла их минерализация в сравнении с прошлым временем. Эти воды становятся все более опасными с точки зрения со- ленакопления в почвах. Как правило, на выходе с горной территории минерализация речной воды не превышает 0,3—0,4 г/л и носит гидрокарбонатный характер, но по мере смешения с возвратными водами с орошаемых массивов и подземными водами, естественно дренируемыми реками, минерализация речной воды достигает 1—2 г/л, постепенно приобретая сульфатно-хлоридный характер из-за сброса в них дренажных вод с вышележащих орошаемых территорий.

Эта проблема возникла из-за того, что исторически водоприемниками дренажно-сбросного стока с орошаемых территорий в долинах Среднеазиатских рек, как правило, служат сами источники. На естественный сток рек бассейна и их гидрохимический режим влияют отборы воды на орошение и притоки возвратных вод. Рост водозаборов из рек в ирригационные каналы и потери в руслах вызывают количественное уменьшение стока, а сбросы коллекторнодренажных вод ухудшают его естественный режим и качество. Эти нарушения в режиме регулирования стока источников и антропогенное загрязнение их вызывают серьезные затруднения в орошаемом земледелии. В обозримом будущем разрешить эту проблему до конца не представляется возможным, поэтому использование вод повышенной минерализации в местах их формирования является вынужденным. На территориях с дефицитом оросительной воды хорошего качества (в маловодные годы практически повсеместно) на полив в вегетационный период используют дренажно-сбросные воды с минерализацией 3—5 г/л и более.

Орошение полей оказывает решающее влияние на перенос солей в почвах. Оросительная вода является и мощным источником солей для почвы, поскольку около 80% ее расходуется на испарение, а соли остаются в почве, и одновременно «транспортером» их в глубокие подпочвенные слои при регулярном и своевременном проведении поливов. От того, как ведется орошение, насколько оно восполняет природный дефицит влаги почвенного слоя, а не бесполезно, минуя поверхность поля, питает грунтовые воды потерями воды, зависит хозяйственное благополучие орошаемых земель и экологическое состояние орошаемых территорий.

Недостаточное орошение локального участка всегда приводит к засолению его за счет притока подземных вод со смежных, хорошо орошаемых территорий.

В условиях искусственного орошения засоленность почв и направленность процессов засоления зависит в основном от хозяйственной деятельности, поскольку орошаемое земледелие коренным образом меняет гидрологический режим почв и гидрогеологические процессы на орошаемых территориях. Это проявляется в том, что:

  • — оросительные каналы мелиоративных систем создают источники сосредоточенного поступления потерь воды в грунтовые воды;
  • — несовершенная техника полива не в состоянии равномерно распределять воду по полям; потери воды на полях приурочены к начальным (глубинный сброс) и концевым (поверхностный сброс) участкам борозд;
  • — дренаж должен не только поддерживать баланс солей почвы и подстилающих горизонтов, но и отводить все непроизводительные потери воды.

Вне зависимости от сухости климата процесс накопления солей в почве определяется направленностью превалирующих в количественном отношении потоков влаги через почвенный слой за длительный период времени, поскольку соли передвигаются в почве практически только с водой. Для формирования водно-солевого режима почвы становится очень важно, каким путем и как вода попадает в нее. Тем не менее в настоящее время в реальной существующей ситуации сезонное засоление орошаемых земель почти повсеместно происходит не столько за счет качества оросительных вод, сколько за счет подтягивания солей, растворенных в грунтовой воде, происходящего в результате нарушения поливного режима. При испарении в корнеобитаемую зону из грунтовых вод зачастую привносится больше солей, чем при поливах даже минерализованной водой [35; 36].

Развитию современных взглядов на методы мелиорации засоленных почв способствовало бурное развитие орошаемого земледелия с середины прошлого столетия. Столкнувшись с проблемами возникновения «вторичного» засоления исходно засоленных или подверженных засолению земель, вызванными несовершенством применяемых способов полива и слабой дренированностью территорий в начале массового освоения новых земель, ученые и инженеры начали искать способы выхода из создавшегося положения. Основной руководящей идеей тогда была принята их «коренная мелиорация» путем глубокого и, как представлялось тогда, необратимого рассоления на большую глубину методом «форсированных» промывок на фоне создания искусственного дренажа, где необходимо временно усиленного, с последующим применением «промывного» режима орошения.

Метод промывок затоплением был заимствован из прошлого опыта земледельцев и механически перенесен в новые условия, совершенно отличные по водообеспеченности, степени использования земельного фонда и, самое существенное, по гидрогеологическим условиям. Сами по себе эти идеи были достаточно разумны, но их осуществление несовершенными методами водораспределения на полях привели, как теперь видно, к катастрофическим последствиям.

Дело в том, что были упущены и не решены две основные, самые сложные и дорогостоящие проблемы: техники полива и отвода солей. Первая проблема связана с тем, что равномерность и строгое нормирование оросительной воды с помощью совершенных средств полива дорого стоит. Вторая проблема — нерешенные на глобальном уровне вопросы отвода дренажно-сбросных вод. Сброс этих вод, как говорилось выше, попадает по большей части (80%) обратно в водоисточники, что превращает идею промывного режима орошения почвы в абсурд, поскольку соли, отводимые дорогостоящим дренажем с одних массивов, стали источником соленакопления на других. Эти две проблемы в настоящее время являются ключевыми в мелиорации засоленных земель.

Солеустойчивость растений зависит от вида и фазы развития растений, свойств почв и подстилающих грунтов, количества влаги в почве, типов засоления. По материалам многочисленных натурных съемок и массовых обследований хозяйств, расположенных на засоленных почвах, установлено снижение урожайности сельскохозяйственных культур, которое составляет:

  • — при слабом засолении — от 1 до 30%,
  • — при среднем засолении — от 31 до 50%;
  • — при сильном засолении — от 51 до 85%;
  • — при очень сильном засолении потери урожая практически равны 100%.

Проектирование промывок и мероприятий по освоению засоленных земель ставит целый ряд взаимосвязанных вопросов. Основной из них — выбор интенсивности и глубины опреснения. Возможно многозначное его решение — от «капитальных форсированных» промывок, рассчитанных на единовременное глубокое опреснение, до опреснения со скоростью, близкой к скорости развития корневой системы культур-освоителей. На практике, как правило, выбирается компромиссное решение с учетом природнохозяйственной обстановки, чем, собственно говоря, определяется режим и нормы водоподачи при промывках, поскольку почвенномелиоративные условия (водопроницаемость почв, положение уровня грунтовых вод, степень естественной и искусственной дре- нированности) накладывают свои ограничения на величину промывной нормы. При глубоком залегании уровня грунтовых вод интенсивность промывки лимитируется пропускной способностью постоянной оросительной сети.

На староорошаемых землях капитальная промывка применяется при введении в сельскохозяйственный оборот сильно засоленных земель. Так как проведение капитальных промывок требует усиленной дренированности территории, постоянный дренаж, рассчитанный из условия обеспечения требований эксплуатационного режима орошения культур, должен усиливаться временным. При капитальных промывках основные требования предъявляются к глубине опресняемого слоя почв и подстилающих грунтов, рассоляемого до предела, при котором обеспечивается нормальное развитие сельскохозяйственных культур. Норма капитальных промывок определяется исходя из условия рассоления корнеобитаемого слоя почв и подстилающих грунтов с учетом степени и типа засоления, водно-физических свойств почв, а также дренированности орошаемых земель.

Результатами научных исследований и производственными опытами доказана возможность рассоления сильно засоленных почв и солончаков без капитальных промывок путем проведения промывного режима орошения. Примерами постепенного рассоления земель орошаемых массивов на фоне дренажа и увеличения урожайности культур на них могут служить Ферганская долина, Голодная степь и низовья Амударьи.

Кроме инженерных трудностей при осуществлении «форсированных» промывок, имеются трудности другого плана. Так, например, промывка практически прекращается на землях тяжелого гранулометрического состава, когда в результате длительного заполнения резко снижается их влагопроводимость. Не эффективна также «форсированная» промывка на гипсовых почвах, поскольку добиться полного рассоления на таких почвах не удается по той причине, что в составе кристаллов гипса содержится определенный процент токсичных солей, которые освобождаются постоянно в течение длительного периода, составляющего несколько лет, по мере перекристаллизации и растворения гипса.

По мнению В.А. Ковды, почва обладает выраженной «сопротивляемостью» мелиоративным воздействиям. Особенно высокая «сопротивляемость» проявляется тогда, когда вместо совокупности комплексных работ по коренному улучшению и преобразованию территории осуществляется только одно какое-либо мероприятие.

В поисках путей решения проблемы мелиорации засоленных почв отечественными и зарубежными исследователями предложены способы более эффективного удаления солей с меньшими удельными затратами промывной воды, позволяющие, используя технически несложные и относительно дешевые приемы распределения воды по поверхности полей, совмещать постепенное опреснение почв с улучшением их водно-физических свойств и плодородия. К ним относятся прерывистые промывки с использованием различных способов полива в зависимости от водопроницаемости почво-грунтов и рельефа поверхности. Промывки при этом проводятся отдельными поливами нормой 2—3 тыс. м3/га с интервалами от 3—5 до 10—15 дней и более в зависимости от метеорологических и организационно-хозяйственных условий. При заполнении свободной емкости интервалы определяются сработкой грунтовых вод дренажем на глубину

1.5— 2 м. При этом, как показывает опыт, эффект промывки снижается от полива к поливу и после 4-5-го полива вынос солей практически прекращается.

Прерывистый режим водоподачи позволяет максимально использовать свободную емкость зоны аэрации для аккумулирования солей, вымываемых из верхних горизонтов, за счет нормирования поливов, тем самым устраняя необходимость строительства временного дренажа. Наличие свободной емкости обеспечивает равномерное рассоление верхних почвенных слоев по ширине междренья, так как скорость впитывания в этом случае не будет зависеть от расстояния до дрены (в отличие от скоростей фильтрации при полном насыщении свободной емкости). Сочетание высокой влажности промывной толщи с хорошей аэрированностью способствует развитию аэробных процессов в промываемой толще. После опреснения слоя, достаточного для получения всходов, возможен посев культур-осво- ителей и продолжение промывки, совмещенное с их выращиванием.

Особенно целесообразны прерывистые промывки в районах, где ощущается острый дефицит оросительной воды.

Сильно засоленные земли, требующие промывки нормой

  • 17.5— 25 тыс. м3/га, промываются за два осенне-зимних сезона с обязательным использованием их под сельскохозяйственные культуры в межпромывной период. Предлагаемый режим промывок обусловлен следующими обстоятельствами:
    • а) вода для промывок в период вегетации дефицитна;
    • б) пропускная способность постоянной сети в этом случае достаточна для организации промывок;
  • в) имеющаяся на дренированных постоянным дренажем землях свободная емкость зоны аэрации (5—7 тыс. м3Да) позволяет обойтись без временного дренажа;
  • г) исключаются вредные последствия для почв от длительного затопления.

Осуществление прерывистого режима промывки возможно при различных способах полива: затопление чеков, напуском по полосам, по бороздам и дождеванием.

Основное назначение эксплуатационных промывок — освобождение корнеобитаемого (0—100 см) слоя от солей почвы до оптимальных пределов для севооборотных культур, возделываемых на орошаемых землях без проведения капиталоемких мероприятий. Профилактические и влагозарядковые поливы являются разновидностью эксплуатационных промывок от накопившихся за летний сезон солей.

Профилактические поливы, проводимые после рассоления толщи активного водо- и солеобмена, проводимые ежегодно или периодически (через два—три года), обеспечивают сохранение стабильного солевого режима почвы в период вегетации.

Влагозарядковые поливы — это агротехнический прием, применяемый в определенных условиях (сухая весна, супесчаные почвы) для создания необходимого запаса влаги в пахотном слое почвы и получения нормальных всходов сельскохозяйственных культур, а также для сокращения потребности в оросительной воде в вегетационный период при ее дефиците. При несколько повышенных нормах они могут служить для одновременного удаления из корнеобитаемого слоя накопившихся за предыдущий сезон солей. В этом случае их называют влагозарядково-профилактическими.

Обязательным условием, лимитирующим эффективность эксплуатационных промывок, является степень дренированности орошаемых земель и нормальное функционирование существующей коллекторно-дренажной сети (КДС). Дренаж (горизонтальный, вертикальный) создает условия нисходящей фильтрации в промываемой толще почвы.

Нормы эксплуатационных промывок устанавливаются исходя из необходимости опреснения корнеобитаемой (0—100 см) толщи до порога токсичности для районирования сортов сельскохозяйственных культур.

Нормы профилактических, влагозарядковых поливов определяются исходя из расчета водного баланса зоны аэрации для обеспечения нисходящих потоков воды с учетом глубины залегания уровня грунтовых вод, количества атмосферных осадков за осенне-зимний и весенний периоды.

Промывные нормы для каждого поливного участка, севооборотного массива устанавливаются в зависимости от степени и характера засоления почвы, их водно-физических свойств, глубины залегания уровня грунтовых вод, технического состояния и условий работы КДС. Промывные нормы для эксплуатационных промывок устанавливают практикой для конкретных природно-хозяйственных условий. В каждом случае объем воды, необходимый для рассоления, можно рассчитать, однако ввиду отсутствия данных солевой съемки, а также карт засоленности подробные дифференцированные расчеты промывной нормы затруднены. Поэтому промывную норму дают ориентировочно на основе многолетнего опыта данного орошаемого района.

Сезонное накопление солей — это увеличение засоления верхнего слоя почв от весны к осени под влиянием нерационального орошения. В условиях недостаточной обеспеченности водой в период вегетации культуры (например, хлопчатника) отмечается сезонное накопление солей, происходящее в основном за счет подтягивания их из грунтовых вод при высоком испарении. В связи с этим содержание солей в почве от весны к осени обычно возрастает. Для ги- дроморфных, полугидроморфных и даже полуавтоморфных условий процессов вторичного засоления (особенно на лессах) трудно избежать. В этих случаях для снижения засоленности земель и обеспечения тем самым нормальных всходов и развития выращиваемых культур проводят эксплуатационные промывки.

Традиционной технологией снижения засоления почвы к севу является промывка по чекам в осенне-зимний период. Этот метод промывки связан с большими подготовительными работами на поле до промывки и восстановительными работами после, а именно: до промывки — вспашка; поделка чеков (валиков); поделка временных оросителей (дрен); выравнивание поверхности чеков; после промывки — разравнивание чеков; планировка; вспашка.

В условиях фермерских хозяйств при нехватке воды и других ресурсов необходимо иметь альтернативные варианты снижения ущерба от засоления почв. В перспективе неизбежно фермер будет оплачивать услуги по подаче воды для сельхозпроизводства. В условиях дефицита воды, вероятно, трудно будет осуществить подачу требуемых объемов, а при подаче воды менее 2000 м3 делать чеки экономически не выгодно. В этих условиях, очевидно, промывка почвы по бороздам является более технологически простой и экономичной, хотя при существующем уровне подготовки земель и состоянии дренажа ее эффективность не всегда удовлетворительная.

В зависимости от степени сезонного засоления для его ликвидации в принятых нормах орошения сельскохозяйственных культур рекомендовано проведение профилактических промывных поливов, которые являются одновременно и влагозарядковыми. Нормы вегетационных поливов, как правило, рассчитаны на то, что в сочетании с влагозарядковыми и профилактическими поливами они будут поддерживать «промывной» режим орошения, когда все соли, поступающие на поле с оросительной водой за год, будут отводиться с грунтовыми водами дренажем. При нарушении нормального поливного режима сельскохозяйственных культур в условиях дефицита водных ресурсов в вегетационный период или по хозяйственным причинам, когда значительную часть жаркого периода вегетации не выращиваются сельскохозяйственные культуры (например, повторные культуры после озимых зерновых), на землях с относительно близкими и минерализованными грунтовыми водами происходит сезонное накопление солей.

Основными факторами, способствующими развитию засоления, являются:

  • — отсутствие или недостаток дренированности;
  • — поступление солей с оросительной водой;
  • — превышение испарения из грунтовых вод и напорного питания зоны аэрации над осадками и подачей поливной воды.

Создание надежного и экономичного дренажа обеспечивает определенный мелиоративный фон, но не может само по себе решить задачу борьбы с засолением. Для обеспечения рассоления на фоне дренажа необходимо вначале осуществить промывку или создать промывной режим орошения, соответствующий выбранному мелиоративному режиму сочетанием дренажа, водоподачи и агротехники. Это сочетание определяет взаимодействие оросительных и грунтовых вод и влияет на суммарное водопотребление.

Теоретической основой использования для орошения и промывок высокоминерализованных вод является то, что концентрация солей в них значительно ниже, чем в почвенных растворах. Для орошаемых почв оптимальная концентрация солей в почвенных растворах 3—5 г/л, при 6 г/л наблюдается слабое угнетение роста растения, при 10-12 г/л — сильное угнетение, при 25 г/л оно гибнет. Таким образом, воду с содержанием солей до 3—5 г/л теоретически (при условии свободного гравитационного стока и обеспечения непрерывной подачи воды) можно использовать, не причиняя ущерба растениям. Однако на практике следует учитывать следующее: солеустойчивость культуры и фазы развития растений; высокое испарение; недостаточное оперативное контролирование засоления или осмотического потенциала почвы; несвоевременность проведения поливов и низкий уровень их технологии; необеспеченность оттока вод. В этой связи воду с минерализацией свыше 3—5 г/л следует использовать очень осторожно. Обязательно надо учитывать не только вид орошаемых культур, но и сорта, которые могут оказаться более чувствительны к солям. Применение дренажных вод для покрытия дефицита оросительной воды более перспективно для выращивания солеустойчивых культур (хлопчатника, озимой пшеницы).

При использовании на орошение вод повышенной минерализации в почвенном поглощающем комплексе отмечается вытеснение кальция натрием и магнием (на 5—6% от суммы). Установлено, что увеличение содержания поглощенного натрия в почве связано с увеличением степени ее засоления и имеет обратимый характер, т.е. при промывке и орошении обычной речной водой соотношение обменных катионов натрия и магния снижается, а кальция увеличивается.

Для правильного планирования использования вод повышенной минерализации необходимо провести районирование орошаемых земель по степени пригодности их для этих целей с учетом гранулометрического состава почв, химического состава и минерализации дренажно-сбросных вод, фактической дренированности территорий на основе имеющихся материалов изысканий и исследований.

Совершенная техника полива способна решить целый комплекс проблем. Она экономит до 40% оросительной воды на поле, создает водно-солевой режим, повышающий урожайность сельскохозяйственных культур почти вдвое, дает возможность выдерживать необходимые агротехнические требования при их выращивании, предотвращает глубинный и поверхностный сброс воды, обеспечивает высокую равномерность водораспределения по площади поля, одновременно тем самым решая и проблемы улучшения мелиоративного состояния земель.

Проблемы техники полива заключаются в том, что в настоящее время недостаточно изучены процессы переноса солей и управления ими именно в почвах. Требуется новая региональная концепция их мелиорации с учетом экономических условий и экологических последствий при анализе принятых ранее технических решений. Например, в условиях Аральского кризиса, в большой мере связанного с исчерпанием водных ресурсов бассейна, при сегодняшнем уровне технического состояния гидромелиоративных систем эти проблемы становятся жизненно важными для региона. Для оперативного управления этими процессами, прежде всего, должна быть усилена служба мониторинга орошаемых территорий, потенциально опасных для развития процессов вторичного засоления. Развитие этой службы видится в применении методов дистанционного картирования в сочетании с (^/^-технологиями. Кроме того, широкое применение должны найти способы наземного упрощенного оперативного контроля засоления для целей управления засолением почв на конкретных полях в течение вегетации [6].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >