Поиск

Промывные нормы солончаков первого типа
26.06.2015

Ранее мы уже упоминали об общем принципе расчета промывной нормы. Она всегда слагается из двух величин: 1) количества воды, необходимого для растворения наличного в почве запаса солей, и 2) количества воды, необходимого для вытеснения полученного солевого раствора из заданной толщи почвы. Суммарно весь этот объем воды (включая сюда и имевшуюся исходную влажность почвы) не может быть меньше величины предельной влагоемкости, заданной к промывке толщи почвы, а, наоборот, должен превышать эту величину по крайней мере в два раза. Удвоение необходимо потому, что вытеснить солевой раствор, отвечающий по своему объему величине предельной влагоемкости, можно очевидно только объемом воды, не меньшим чем первый. Рассмотрим значение этих элементов промывной нормы несколько ближе.
1. Норма растворения солей. Величина предельной влагоемкости обычных суглинистых почв обыкновенно настолько велика, что ее одной в громадном числе случаев достаточно для растворения имеющихся в солончаке запасов солей. Для иллюстрации этого произведем следующий элементарный расчет. Допустим, что величина предельной влагоемкости метровой толщи почвы равна 60% ее порозности. Тогда запас воды на площади в 1 м2 при общей порозности в 40% будет равен:

Промывные нормы солончаков первого типа

(на площадь 1 га это составит 2 400 м3).
Примем среднюю растворимость обычных солей (NaCl и Na2SO4) в 40%, или 0,4 кг на литр. Тогда следовательно в 240 л нашего запаса будет растворено 240x0,4=96 кг солей (или на площадь 1 га это будет запас в 960 т).
Вес 1 м3 почвы при среднем объемном весе 1,4 будет равен 1 400 кг. Выразив найденное нами количество солей в процентах к весу почвы, мы получим величину 96*100/1400=6,85 %. Это значит, что если вся метровая толща будет равномерно осолонена в количестве 6,85% солей, то запаса воды при насыщении почвы до предельной влагоемкости хватит для того, чтобы полностью эти соли растворить. Эта степень осолонения почвы чрезвычайно высока. Правда, в природе весьма часты случаи осолонения до 20—40—60%, но эти величины относятся обычно только к самому поверхностному слою в несколько сантиметров толщины, ниже же осолонение быстро падает до одного и даже долей процента. В общем надо сказать, что запасы солей в метровой толще, превышающие 1000 т, — явление не частое в природе, и следовательно правильно положение, что теоретически объема воды, отвечающего величине предельной влагоемкости почвы, будет хватать для растворения солей в очень большом числе практических случаев. Необходимо однако сейчас же интерпретировать это положение в отношении практики. Дело в том, что для осуществления растворения нужны некоторые условия и в первую очередь время. Уже в зависимости от крупности кристаллизации солей потребное время для растворения может быть весьма различно. В почвах условия для растворения особенно затруднены в силу того, что кристаллы соли тесно смешаны и часто плотно заключены в нерастворимую часть почвенной массы, и проникновение воды в такие плотные комки почвы и обмен почвенного раствора могут быть весьма затруднены.
Поэтому в практике, когда на промываемое поле обычно подают воду или непрерывной струей или часто повторяющимися порциями, через промываемую толщу как правило должно пройти значительно большее количество воды, чем ее предельная влагоемкость, прежде чем соли будут все растворены.
Поэтому представлялось бы целесообразным вести промывку таким образом: дать первоначально на поле поливную норму, отвечающую величине предельной влагоемкости, затем оставить поле на некоторое время (может быть 5—10 дней) в покое для того, чтобы осуществить возможно полное растворение солей и выравнивание концентраций их по всей толще, или вернее между крупными и очень тонкими порами почвы. Только после этого промывку следовало бы продолжать уже в целях вытеснения готового солевого раствора. Намеченный здесь прием не всегда однако практически осуществим. Так например при организации промывок летом всякий перерыв промывки вызывает громадные потери воды с поверхности почвы и восстановление осолонения, так что поставленная задача не будет осуществляться. Наоборот, при организации промывок зимой (что и встречается чаще в практике), когда испарение с поверхности ничтожно, такой прием кажется целесообразным, так как он может дать значительную экономию промывных вод. Это последнее чрезвычайно важно не только с точки зрения сохранения самой поливной воды (хотя и она часто имеет значительную ценность), но главным образом с точки зрения загрузки дренажных сооружений и особенно нарушения режима грунтовых вод тогда, когда промывки ведутся без дренажа. Здесь экономия каждого кубометра воды, как это мы увидим ниже, должна являться существеннейшей заботой мелиоратора.
2. Норма вытеснения солевого раствора из толщи почвы. Минимальное количество воды, которое необходимо для того, чтобы полностью заместить в почве солевой раствор, заключенный в ней и равный объему предельной влагоемкости, равно таковому же объему. Поэтому в качестве минимальной промывной нормы мы принимаем объем воды, равный двойной предельной влагоёмкости, что по вышеизложенному дает на 1 га величину порядка 4 800—6000 м3.
Промывные нормы солончаков первого типа

Однако практически известно, что вытеснить нацело солевой раствор из пористого тела одной порцией воды нельзя. Причина этого явления заключается в самой физической сущности явления вытеснения раствора из пористой, или, иначе говоря, капиллярной, среды. В самом деле мы знаем, что вода в почве находится в двух физических состояниях, именно в виде воды молекулярно связанной (максимальная молекулярная или пленочная влагоемкость) и воды гравитационной, занимающей остальное пространство внутренней полости капилляра. Когда мы даем на поверхность почвы добавочное количество воды, то эта последняя устремляется вниз и вытесняет из капилляра только гравитационную воду (в данном случае солевой раствор), солевой же раствор пленочной воды уменьшает свою концентрацию лишь путем диффузии в проходящий менее насыщенный раствор воды. Диаметр капилляров почвы весьма разнообразен, и следовательно скорость движения воды по ним также различна. При этом в большинстве случаев эта скорость движения воды вниз более скорости диффузии, и потому если даже через данную любую толщу почвы с солевым раствором и пройдет чистая вода, тем не менее все соли не будут вытеснены, а часть их останется в пристенном слое. Кроме того необходимо принять во внимание реальную сложность структуры и порозности естественных почв, характеризующихся, с одной Стороны, некоторой трещиноватостью, корневыми ходами или другого рода сравнительно свободными проходами и, с другой — замкнутыми или слабо доступными пространствами. Промывная вода естественно идет по ходам наименьшего сопротивления, и потому между ними почва остается не промытой.
Все это вместе взятое приводит к выводу о том, что рассчитанная нами норма недостаточна для полного вытеснения солевого раствора из почвы. Уточнить ее теоретически не представляется возможным, по крайней мере в настоящее время, уже по одному тому, что почвы как порозные и капиллярные системы чрезвычайно разнообразны и предусмотреть, как в каждой из них будет происходить выщелачивание, нельзя; конечно при массовом систематическом изучении этого процесса на различных типичных почвах было бы возможно получить достаточно удовлетворительные практические коэффициенты к данной выше минимальной норме, однако в настоящее время таковых у нас нет. Практические промывки ведутся обычно без всякого учета воды и контроля солевого режима, немногие же опытные данные дают понятие о порядке величин промывных норм, но обычно, за недостатком аналитической проработки, не вскрывают связи промывной нормы с основными физическими почвенными константами. Поэтому ниже мы вынуждены ограничиться приведением лишь некоторых опытных данных для ознакомления с ходом промывок.
Один из проработанных лабораторных опытов промывки монолита дал следующую картину явления (черт. 30, ВНИИГиМ, Морозов).
Ход выщелачивания солей в полевых условиях можно иллюстрировать следующими опытными данными.
Промывные нормы солончаков первого типа

На Валуйской опытно-мелиоративной станции (Заволжье) был зарегистрирован эффект выщелачивания семи последовательных промывок на солонцеватой каштановой почве. Опыт поставлен в следующих условиях: делянка около 400 м2; грунтовые воды на глубине около 1,5 м; соленость грунтовой воды от 10 до 20 г при количестве хлора 1—3 г на литр; соленость оросительной воды от 1,2 до 2,1 г при 0,4—0,6 г хлора на литр; промывные поливы: первый 2 900 м3, последующие по 1 500 м3, следовательно всего делянка получила около 12 000 м3; самые промывки осуществлялись под посевом риса. Полученные результаты показаны на чертеже 31.
Из него видно, что промывание отдельных горизонтов почвы идет в высокой степени неравномерно, а именно: верхние 20см оказались промытыми (при данной малой степени засоления) полностью уже первыми двумя поливами, тогда как на глубине 100 см эта же степень промытости не достигнута еще и после семи промывок. Такой же характер явления сохраняется и при промывках на фоне дренажа, как это видно из следующего опыта в Голодной степи. Дренаж (закрытый трубчатый) имеет глубину около 1,25 м, расстояния между дренами около 30 м, промывная норма дана 24 000 м3. Эффект рассолонения виден из таблицы 41.
Промывные нормы солончаков первого типа

Из этих цифр видно, что если верхние горизонты оказались хорошо про мытыми, то самый нижний сохранил почти то же количество солей. Подсчет выноса солей по суммарному запасу их на разных глубинах дал следующие результаты:
Промывные нормы солончаков первого типа

На фоне мелкого дренажа (порядка одного метра) в Средней Азии неоднократно испытывались промывные нормы в 12 000, 24 000 и 36 000 M3, что превышает величину предельной влагоемкости метровой толщи в 4—12 раз. В общем оказалось, что норма в 12 000 м3 или едва достаточна или мала, норма в 36 000 м3 обычно избыточна и оптимальной оказывалась норма в 24 000 м3.
В 1929/30 г. в Голодной степи впервые испытан глубокий дренаж в 2—2,5 м с расстояниями от 100 до 500 м. Промывные нормы были 18—20 тыс. м3. Эффект промывки двухметровой толщи в общем оказался следующим: если до промывки верхние горизонты почвы содержали 2—4% солей, а нижние 1—1,5%, то после промывки в верхних горизонтах осталось около 0,1%, а в нижних — от 0,1 до 1,0%. Грунтовые воды при этом стали более солеными, чем до промывки. Кроме того степень промывки была неравномерной по ширине междудренья. Так если в расстоянии 20 м от дрены солей осталось 0,1% вверху и 0,25% внизу, то посредине междудренья, в 265 м от дрены, солей осталось 1,0% и в первом и во втором метрах.
Практически это диктует необходимость диференцирования промывных норм по ширине междудрений.
В общем виде формула промывной нормы может быть представлена таким образом:
M = П — m + nП,

где M— промывная норма,
П — предельная влагоемкость,
m — запас воды в почве перед промывкой,
n — числовой коэффициент, который может быть как больше, так и меньше единицы.
Из всех приведенных данных мы видим, что промывка в поле требует значительно больших объемов воды, чем промывки монолита. Особенно резко замедление выщелачивания сказывается на нижних горизонтах почвы. Последнее должно быть отнесено за счет влияния подпора грунтовой воды.
Наглядное различие выщелачивания монолита и поля получено Mалыгиным в Золотой орде. Для монолитов получены следующие данные:
Промывные нормы солончаков первого типа

В среднем почти полное выщелачивание достигнуто нормой, отвечающей двойкой (и даже менее) предельной влагоемкости.
На междудренье в 265 м при глубине в 2 м и норме 20 000 м3 получен следующий результат:
Промывные нормы солончаков первого типа

В общем автор констатирует, что промывка в поле по сравнению с монолитом требует в 50 раз больше времени, в 3—4 раза больше воды и дает вдвое меньший эффект.
К этому нужно заметить, что промывной эффект будет возрастать с увеличением глубины дренажа или с понижением уровня грунтовой воды.