Поиск

Изменения в гидрофизической динамике почв
19.11.2015

Каждый полив вносит в почву 10-100 од воды, а в течение оросительного сезона сумма поданной на поля воды достигает 50-1000 од и больше. Воздушносухая почва пустынь или полупустынь с господствующим автоморфным испарительным типом водного баланса периодически приобретает высокие запасы влаги, водный режим коренным образом меняется; водный баланс почв делается автоморфно-промывным - транспирационным. После подъема уровня грунтовых вод (это происходит медленно) водный баланс почв делается гидроморфно-испарительным или (при наличии хорошего дренажа) гидроморфно-промывным. В почвенном профиле возникает капиллярно-подвешенная или капиллярно-подпертая влага и создается тенденция восходящих токов растворов к корням растений и поверхности почвы. Это, в свою очередь, способствует значительному возрастанию интенсивности испарения влаги с поверхности поля. За один-два дня после поливов в сутки испаряется по 20-10 мм влаги. Затем интенсивность испарения снижается до нового скачка после очередного полива.
Перепады температуры до и после поливов достигают 30-40°С (60-70°C - почва до полива, 20-25°С - вода). Выделяется 24-28 кал/см2 теплоты. Концентрация растворов и их осмотическое давление сперва резко падают, затем вновь растут; смачивание сухой почвы вытесняет свободный и сорбированный воздух. Структурные агрегаты как бы взрываются пузырьками воздуха. Растения по этим причинам при дневных поливах угнетаются и чаще заболевают. Принесенный поливною водой ил оседает на поверхности почвы. После длительного орошения наносный слой может достигать нескольких сантиметров, а почва приобретает облик луговой почвы (если не произошло засоления).
В древнеорошаемых почвах Азии, Египта ирригационные наносы достигают нескольких метров. Очистка каналов от ила и песка приводит к изменению мезорельефа и даже литологии полей. Суглинистые почвы степей и саванн при орошении и обработке тяжелыми машинами приобретает глубокий (до 40-60 см) уплотненный, малопроницаемый горизонт. Необходимо этот слой периодически разрушать чизелями и мощными рыхлителями. В орошаемых почвах имеется общая тенденция потери комковато-зернистой структуры и развития слитизации (вертисолизации). Так, отмечено, что на поливных черноземах Украины и в степях Дона исчезает водопрочные структурные агрегаты с диаметром 0,5-3,0 нм, а агрегаты фракции менее 0,25 од составляет 60—95%; при этом уменьшается пористость орошаемых почв, возрастает их корковость, объемный вес увеличивается на 0,2, а твердость достигает 20-29 кг/см2. Естественно, что водопроницаемость таких почв очень снижается (до 7 мм/час), всходы растений не могут пробиться на поверхность. Борьба с переуплотнением орошаемых почв - насущная и постоянная задача орошаемого земледелия.
Периодическое травосеяние (люцерна, виды клевера, злаки), зеленые удобрения и органические (навоз) удобрения с глубокой заделкой в сочетании с подпочвенным рыхлением будут простым и дешевым средством улучшения гидрофизических свойств орошаемых почв.
Опыт США, России, Венгрии показал, что сверхглубокая плантажная обработка (50-70 см) бесструктурных почв (особенно имеющих обменный натрий)в сочетании с навозом и большими дозами гипса или песка, дает при орошении хороший эффект в улучшении физических свойств почв.
Все еще не решена важнейшая задача агрономш - борьбы с бесполезными потерями воды на испарение с поверхности поля, особенно орошаемого. Сохранение и улучшение структуры и сложения почв, как отмечено выше, будет весьма способствовать снижению испарения. Ho необходимо овладеть механизмом структурообразования пахотного горизонта почв. Это явилось бы лучшей защитной мульчой. Здесь предстоит использовать как теоретические предложения и препараты химии (полимеры), так и полевые опыты с отходами промышленности, городов и сельского хозяйства и регулярным травосеянием.
Исследователи и практики-ирригаторы подчеркивают опасность еще одного явления, недооцениваемого в орошаемом земледелии, -ирригационной эрозии. Абсолютно плоские поверхности на суше - редкое исключение. Упрощенное понимание задачи водораспределения на полях, стремление "полить побыстрее" приводит к тому, что приток воды при дождевании или бороздковом и полосном поливах превышает впитывание. При этом начинается усиленный поверхностный сток воды. Это происходит сильнее в бороздах и длинных полосах, нанесенных по наибольшему уклону. Собственно, уже при склонах более 2-4° ирригационная эрозия проявляется довольно сильно. Уплотненные бесструктурные почвы смываются быстрее. Поля пропашных культур эродируются особенно интенсивно. В предгорных наклонных равнинах, на склонах холмов и гор гумусовый горизонт быстро и полностью смывается, обнажается бесплодный грунт или горная порода, глубоко врезаются каналы, превращаясь в овраги. Все это должно приниматься во внимание при проектировании и использовании оросительных систем в горах.
Сеть второстепенных каналов и поливных борозд должна распределяться с минимальными уклонами, однако достаточными, чтобы избежать самозаиления.
На более крутых склонах должно осуществляться террасирование полей (имеется большой опыт рисосеющих стран Азии) и укрепление ложа и перепадов каналов специальными сооружениями. Наиболее эрозионно-опасные массивы должны использоваться под травы и многолетние насаждения.
Недооценка ирригационной эрозии крайне опасна. Ежегодно может смываться до 1 см почвы, что снижает урожай на 15-20%. Восстановление эродированных почв очень сложно, особенно если обнажились скальные и галечниково-гравийные грунты, что можно наблюдать в Узбекистане, Иране, Китае, на Кавказе.
Наконец, упомянем вызванные орошением явления суффозии, просадок (на 1-2 м) и оползней грунтов. Катастрофические явления этого типа происходят с лёссовыми высокопористыми или с соленосными (гипсоносными) грунтами. Они наблюдались в лёссовых районах Средней Азии, в Крыму как на крупных каналах (прорывы), так и на полях (искажение рельефа, необходимость перестройки сети каналов и перепланировки полей). Ученые и проектировщики должны специально учитывать возможность крупных деформаций исконно сухих грунтов пустыни после прихода больших масс воды.
Откачка грунтовых и артезианских вод (а также нефти, газов) в современных больших объемах почти обязательно приводит к постепенному местному и даже региональному оседанию грунтов и погружению поверхности почв. Так, установлено, что опускание суши в районе Бакинских промыслов, где откачиваются и нефть и воды, с конца 90-х годов XIX в. и первые 30 лет XX в. составляет около 18 см, т.е., грубо говоря, 0,4-0,5 см в год. То же наблюдается в районах многолетних откачек подземных вод в Японии и США.
Вероятно, в этом очерке далеко не полно охарактеризованы изменения, вызываемые орошением и поливными водами в грунтах, почвах, топографии. Ho самыми опасными и широко распространенными последствиями неправильного применения оросительных мелиораций являются процессы соленакопления в почвах и водах.