Поиск

Элементы баланса грунтовых вод
29.10.2015

Оценивая роль грунтовых вод в почвообразовательных процессах, необходимо иметь в виду, что грунтовые воды имели свою историю формирования и их баланс складывался по-разному в различные отрезки времени в прошлом. Следует различать в почвах и ландшафтах те признаки, которые были оставлены прошлой деятельностью грунтовых вод (палеогидроморфные почвы). Столь же важно различать признаки современного гидроморфизма, связанного с особенностями современного баланса грунтовых вод и его ролью в современном почвообразовании.
Необходимо различать следующие главные формы баланса грунтовых вод:
1) вековой, имеющий геологическую продолжительность и связанный с формированием геоморфологии местности;
2) периодический, обычно охватывающий отрезки времени порядка 11—25 лет и связанный с периодичностью в активности Солнца и выпадении осадков;
3) годичный, укладывающийся в годовой гидрологический цикл территории;
4) межполивной, охватывающий короткие отрезки времени между поливами.
Здесь мы рассмотрим основные особенности режима грунтовых вод годичного цикла.
Обозначим все формы питания грунтовых вод индексом I. Все виды расхода грунтовых вод в дальнейшем обозначим индексом Q. Простейшими типами годового баланса грунтовых вод будут следующие три:
а) компенсированный, когда приход компенсируется расходом, I=Q;
б) положительно декомпенсированный, когда приход превышает расход, I>Q;
в) отрицательно декомпенсированный, когда расход превышает приход, KQ.
В первом случае запас и уровень грунтовых вод из года в год колеблются примерно в одних и тех же пределах, во втором — объем и уровень грунтовых вод имеют выраженную тенденцию к повышению, в третьем — запас и уровень грунтовых вед из года в год снижаются.
Процессы почвообразования и, в частности, солевой баланс территорий, имеющих один из трех основных типов баланса грунтовых вод, совершенно различны. Основные различия зависят, как отмечено выше, от характера элементов, слагающих приходные и расходные статьи баланса грунтовых вод.
Важнейшие составные элементы питания грунтовых вод I следующие.
В неорошаемых условиях: питание от атмосферных осадков (включая конденсацию) — IR, инфильтрация из приливной волны, из русел рек и при разливах — Iin, питание с боковым притоком грунтовых вод — Igw питание с восходящим притоком от артезианских вод — Iaw.
В условиях орошаемой территории отмеченные элементы питания грунтовых вод сохраняют полностью свое значение; дополнительную важную роль играют: инфильтрация в ирригационных каналах — инфильтрация из водохранилищ — Isip, инфильтрация на поливных и промывных полях — IiiR инфильтрация избыточных сбросных вод — Iw.
Важнейшие составные элементы расхода грунтовых вод следующие.
В неорошаемых условиях: боковой отток грунтовых вод — Qgw, транспирация растительностью — Qt, испарение через почву — Qe.
При практической оценке баланса грунтовых вод трудно разделить их расход на испарение и транспирацию. В этих случаях приходится говорить о суммарном испарении. Эту величину можно обозначить индексом Qte.
В условиях осушенной или орошаемой территории с работающими дренажными сооружениями появляются дополнительные статьи расхода грунтовых вод на отток в дрены — Qd.
Пренебрегая некоторыми статьями прихода и расхода (конденсация, усвоение организмами, сорбция и т. д.), баланс грунтовых вод можно выразить следующими индексами:

Элементы баланса грунтовых вод

Катастрофические явления засоления орошаемых почв или их заболачивания в большинстве связаны с резкой декомпенсацией баланса грунтовых вод, вызванной строительством водохранилищ и оросительных каналов в земляных необлицованных выемках.
Количественной оценке элементов баланса грунтовых вод неорошаемых и орошаемых территорий засушливых зон посвящена огромная литература на различных языках. Подробная информация по этому вопросу дана в монографиях автора. Здесь мы лишь кратко охарактеризуем количественные пределы некоторых статей баланса грунтовых вод.
Поступления в грунтовые воды

Инфильтрация атмосферных осадков. Одним из наиболее универсальных источников питания грунтовых вод являются атмосферные осадки и их инфильтрация. Чем суше климат, тем меньше значение этого фактора. И, наоборот, во влажных климатах морского, муссонного, тропического типа этот фактор приобретает очень большое значение.
Инфильтрация через русло рек. Речные артерии могут терять значительные объемы воды на фильтрацию и питание грунтовых вод прилегающих территорий. Чем более проницаемы породы, слагающие русло и долины рек, тем инфильтрация будет относительно большей. В условиях сухих дельт и конусов выносов в Средней Азии питание грунтовых вод за счет фильтрации через русло рек может достигать 40—80 м3/сек. В дельте р. Мургаб питание грунтовых вод из реки составляет ежегодно до 20 мм (С. Л. Миркин, устное сообщение). В дельте Куры — Аракса ежегодный приток инфильтрационпых вод составляет до 150 мм. Прямое питающее влияние рек Сырдарья и Амударья в стороны прослеживается на расстоянии 5—7 км от русел. В косвенной форме питающее влияние Амударьи сказывается на десятки километров. Подсчитано, что каждый гектар дельты Амударьи получает ежегодно до 400—500 м3 воды за счет инфильтрации из русла реки.
Инфильтрационные поступления через ирригационную сеть. При транспорте ирригационной воды через сеть оросительных каналов, не имеющих надежной противофильтрационной изоляции, большие объемы оросительной воды теряются на фильтрацию. В зависимости от проницаемости грунтов, а также от объемов и скорости движения подаваемой воды, технического состояния каналов потери на фильтрацию в них могут составлять от 30 до 60% объема воды, поступающей в главные водозаборные сооружения. Поэтому на орошаемых территориях динамика уровня и химизм грунтовых вод теснейшим образом связаны с инфильтрацией воды в каналах.
Размеры общегодовых поступлений инфильтрационных вод через каналы в водоносные горизонты в различных условиях колеблются от 240 до 700 мм, т. е. от 2400 до 7000 м3/га.
Фильтрационные воды со стороны каналов вызывают повышение уровня грунтовых вод и образуют местные подземные потоки, направленные в сторону от каналов к понижениям рельефа. Облицовка каналов цементом, битумом или другими покрытиями уменьшает коренным образом потери на фильтрацию, но не исключает их полностью. Так, после гидроизоляции цементными плитами каналы продолжают терять до 8—10% транспортируемой воды. Потери на фильтрацию могут быть исключены только в тех случаях, если оросительная сеть полностью закрыта (в трубах).
Существенном источником питания грунтовых вод является иногда инфильтрация дренажных вод из переполненных и заросших водоотводящих коллекторов.
Влияние инфильтрации из водохранилищ. Там, где сооружаются в речных долинах большие водохранилища, неизбежно происходит круглогодовая фильтрация вод с постепенным распространением на все большие массивы окружающей территории. Небольшие водохранилища за несколько лет могут вызвать подъем грунтовых вод на расстоянии 250—300 м. Влияние крупных водохранилищ, построенных на больших реках, подобных Волге, Днепру, Дону, может распространяться на десятки километров, вызывая региональный подъем уровня грунтовых вод на больших территориях.
Поступления от оросительных вод на полях. Каждый полив доставляет на поле не менее 800—1000 м3/га воды, т. е. слой, равный 80—100 мм. Нередко на поля подается значительно большее количество оросительной воды — до 1500—2000 м3/га. Существующие в реальной практике хозяйства нормы поливов превышают в два, а иногда в три раза водоудерживающую способность почвы. В итоге за вегетационный период на питание грунтовых вод избыточными поливными водами может уходить до 10—15%, а иногда и до 20% объема воды, поступающей в главное водозаборное сооружение. В тех случаях, когда орошение осуществлено из закрытых трубопроводов методами малоинтенсивного дождевания, потери поливной воды на фильтрацию на, полях будут наименьшими. Однако многие растения нуждаются в таких больших объемах оросительной воды, которые не могут быть обеспечены методами дождевания. Наиример, при орошении риса практикуются оросительные нормы воды не менее 20 тыс. м3/га и часто 40—60 тыс. м3/га. Орошение риса является мощным источником поступления фильтрационных вод в водоносные горизонты, что вызывает весьма резкое повышение уровня грунтовой воды на полях и прилегающих территориях.
Когда для целей мелиорации засоленных почв приходится производить промывку солей из почвы, на поля также подаются объемы воды, намного превышающие водоудерживающую способность почвы, например 7—15 тыс. м3/га. В данном случае при помощи искусственно вызванной инфильтрации специально вымываются соли из верхних горизонтов почвы в грунтовые воды. Естественно, что при этом происходит интенсивное питание грунтовых вод и повышение их уровня.
Влияние избыточных сбросных вод. В тех случаях, когда плановое водопользование практически не ведется, оросительные системы забирают воды значительно больше реальных потребностей. Каналы используются круглый год для хозяйственного водоснабжения, для водопоя и т. д. Неиспользованная вода сбрасывается на пустующие пониженные территории оросительных систем. Во всех этих случаях, хотя часть сбросных вод испаряется, основные массы их пополняют запасы грунтовых вод на окружающей территории.
Поступления от паводковых и приливных вод. Как известно, большинство рек земного шара имеет периодические разливы, затопляющие не только пойменную террасу долины, но иногда и обширные пространства первой и второй террас. В предгорных равнинах Средней Азии, в областях муссонного климата Приамурья, Индии и Пакистана наблюдаются грандиозные разливы и наводнения, вызываемые стоком рек. Иногда это может вызывать повышение уровня грунтовых вод и заболачивание обширных пространств на период до 2—3 лет, пока не произойдут их постепенное испарение и отток.
Морские приливы, достигающие 5—12 м, регулярно внедряясь в устья рек и на береговые низменности, являются могущественным источником питания грунтовых вод (и солевых запасов) приморской суши. До 40 км в глубь суши, например, прослеживается влияние приливов Желтого моря.
Поступления с боковым притоком. Боковое движение грунтовых вод отличается значительно меньшими скоростями, чем движение поверхностных вод на склонах или в реках. Тем не менее в результате геологической длительности движения подземных вод боковой приток их имеет большое значение в балансе грунтовых вод и в геохимических последствиях для почв. В гравелистных и галечниковых породах скорость движения грунтового потока может достигать 50—60 м/сутки. В таких условиях приток практически равен оттоку, и поэтому обычно засоление самих грунтовых вод и почв произойти не может. Растворимые соли легко уносятся грунтовым потоком. Ho суглинистые и глинистые грунты обладают малыми скоростями движения грунтового потока, порядка 1 м/сутки, а во многих случаях лишь нескольких метров в год. В таких условиях боковой приток подземных вод со стороны соседнего водоносного горизонта или района может вызвать значительное накопление подземных вод, повышение их уровня, заболачивание и засоление почв. Существующие подсчеты применительно к условиям Кавказа и Средней Азии показывают, что боковой приток грунтовых вод из соседних районов может достигать в год 50—60 мм, а иногда 100—150 мм. Так как минерализация грунтовых вод в десятки и сотни раз выше, чем минерализация речных вод, то, несмотря на малые объемы приходящих вод, боковой приток может быть весьма грозным фактором накопления легкорастворимых токсических солей.
Восходящий приток из глубоких горизонтов. В специфических условиях рельефа (межгорные долины, депрессии, периферия предгорных равнин и т. д.) большое значение в питании почвенно-грунтовых вод принадлежит восходящему притоку из глубин порядка десятков и сотен метров. Во многих случаях грунтовые воды обладают напором. При этом существует, хотя и слабое, но непрерывное восходящее движение подземных вод.
Уровень грунтовых вод в почвах, амплитуда их сезонного колебания и химизм в таких условиях теснейшим образом зависят от притока и испарения глубинных напорных вод. Прямыми и косвенными методами было установлено, что в некоторых районах Голодной степи в Узбекистане ежегодное напорное питание почвенно-грунтовых вод составляет величину порядка 100 мм. По отношению ко всем остальным статьям прихода в балансе грунтовых вод это достигает в Голодной степи 20—30% общего притока. Районы, затронутые в большей или меньшей степени притоком восходящих напорных вод, могут подвергаться интенсивному заболачиванию и засолению, с которыми бороться довольно сложно.
Сравнивая геохимическое значение вод разного происхождения в притоке легкорастворимых солей в почвы, необходимо отметить, что атмосферные осадки приносят с собой весьма мало растворимых соединений. Речные воды, как правило, вносят в почвы и грунтовые воды заметное количество легкорастворимых солей. Наиболее решающим фактором в притоке и перераспределении легкорастворимых солей в почвах являются поступления, связанные с водами глубинного происхождения и приливов.
Подземный боковой отток грунтовых вод

Подземный отток грунтовых вод составляет одну из важнейших статей расходной части их баланса. Если боковой подземный отток покрывает весь или большую часть притока грунтовых вод, то этот тип баланса называется компенсированным оттоком (отточный). Такой тип баланса грунтовых вод может быть выражен индексом: I=Qgw. Для территорий, отличающихся этим типом баланса грунтовых вод, характерны процессы выноса, выщелачивания, транзита продуктов выветривания и почвообразования. Этот тип баланса грунтовых вод складывается в следующих случаях.
Случай глубокого залегания уровня грунтовых вод. Когда грунтовые воды залегают на глубине большей, чем потенциальная высота капиллярного поднятия (глубже 7—12 м), испарения грунтовых вод через почву практически не происходит. Глубокий уровень грунтовых вод может вызываться либо сухостью климата, либо высокой степенью естественной дренированности местности благодаря проницаемости грунтов и наличию развитой врезанной гидрографической сети. Такие условия могут наблюдаться на высоких древних террасах, водоразделах, предгорных равнинах. Если испарение грунтовых вод не имеет места и если отток в большей или меньшей мере компенсирует их подземный приток, то активное накопление вторичных соединений в почвах отсутствует, а господствуют процессы рассоления, выщелачивания, выноса. И это тем сильнее выражено, чем больше на местности выпадает атмосферных осадков.
Случай высокой проницаемости водоносного горизонта. В тех случаях, когда водоносный горизонт сложен гравием или песками, обладающими высоким коэффициентом фильтрации, даже при близком (как и при глубоком) уровне залегания грунтовых вод циркуляция последних настолько интенсивна, что отток грунтовых вод практически полностью покрывает их приток. Такие условия могут складываться на конусах выносов в предгорных равнинах, на хорошо дренированных аллювиальных равнинах, на пойменных террасах рек. В этих случаях будут формироваться высокоплодородные незаселенные влажные луговые почвы, в которых могут накапливаться из грунтовых вод лишь относительно малорастворимые соединения кремнезема, полуторные окислы, карбонаты кальция.
Расход грунтовых вод на подземный отток тем больше, чем выше естественная водопроницаемость водоносных грунтов; об этом можно судить по следующим данным:
Элементы баланса грунтовых вод

По нашим расчетам, вероятный отток грунтовых вод в русло р. Сырдарья на территории Голодной степи составлял крайне малую величину, примерно 600—900 м3/год.
Несравненно выше величина оттока грунтовых вод в другом орошаемом районе советской Средней Азии — в бассейне р. Зеравшан. Здесь, по подсчетам В.Л. Шульц, в сторону реки происходит непрерывный интенсивный отток грунтовых вод, полностью компенсирующий все формы их притока и питания, — 50 м3/сек. Это связано с тем, что бассейн р. Зеравшан в его среднем течении сложен галечниками и песками, которые перекрыты высокопроницаемыми лёссами. Известно, что эта территория за тысячелетнюю историю никогда не подвергалась вторичному засолению или заболачиванию. К этому же типу территорий относится Ташкентский орошаемый оазис.
Декомпенсация грунтовых вод. Декомпенсация режима грунтовых вод может быть вызвана резким увеличением их прихода по сравнению с расходом или значительным уменьшением их стока. Иногда это связано с природными явлениями векового характера или крупными гидротехническими сооружениями. Так, медленное опускание морских берегов Нидерландов ухудшает сток грунтовых вод вследствие нарастающего их подпора со стороны моря. Этот процесс способствует развитию заболачивания, что вынуждает к интенсификации осушительных работ.
Медленное погружение Тамбовской низменности способствует поддержанию в современную эпоху высокого уровня грунтовых вод на этой равнине.
Сооружение исполинских водохранилищ, подобных Каховскому, Волжским, создает декомпенсацию режима грунтовых вод путем инфильтрации очень больших объемов воды. На значительных пространствах за декомпенсацией следует заболачивание, а в засушливом климате и засоление почв. На оросительных системах вследствие фильтрации воды из каналов и на полях (особенно поливного риса) очень часто также наступает декомпенсация режима грунтовых вод, их подъем, заболачивание и засоление почв.
Во всех этих случаях декомпенсация вызывается тем, что приход грунтовых вод значительно превышает их отток, т. е. I>Q. Процесс декомпенсации через ряд лет обычно сменяется постепенным наступлением компенсации.
С повышением уровня грунтовых вод возрастают их испарение и транспирация, увеличиваются их напор и отток, что выравнивает соотношение прихода и расхода: I=Q. Однако после этого почвообразовательный процесс коренным образом меняется.
Таким образом, декомпенсация баланса грунтовых вод является грозным признаком опасности заболачивания и засоления почв. В таких случаях требуются срочные меры по уменьшению питания грунтовых вод и строительству искусственного дренажа.
Случай строительства дренажа. Для того чтобы усилить отток грунтовых вод в целях ликвидации процессов заболачивания и засоления, строится сеть дрен, что вызывает декомпенсацию. Дренаж увеличивает отток и циркуляцию грунтовых вод с постепенным снижением их уровня. В конечном итоге приток грунтовых вод будет компенсирован искусственным дренажным оттоком. Как показывают наблюдения, произведенные в различных условиях, в среднем отток грунтовых вод в дренаж составляет 0,4—0,7 л/сек, иногда дренажный отток достигает 1—2 л/сек.
Дренажные воды всегда более минерализованы, чем речные или дождевые. Поэтому дренаж всегда вызывает вынос из почвы геохимически подвижных веществ, питательных элементов, солей, коллоидных соединений.
Расход грунтовых вод на испарение

Столь же важной статьей баланса грунтовых вод является их расход на испарение. Однако геохимическое значение испарения в балансе грунтовых вод совершенно противоположно значению подземного оттока. Баланс веществ территории, где господствует испарительный тип режима грунтовых вод, направлен в сторону накопления геохимически подвижных соединений в почвах, в водоносном горизонте и грунтовой воде. Если в расходных статьях баланса грунтовых вод испарение занимает главное место и практически полностью покрывает приток подземных вод, то в этом случае баланс грунтовых вод также относится к компенсированному типу. Ho фактором компенсации в данном случае будет уже не подземный отток грунтовых вод, а испарение их через капиллярную кайму. Этот тип баланса грунтовых вод может быть выражен индексом I=Qe.
Независимо от того, будет ли питание грунтовых вод обеспечиваться боковым притоком или снизу под влиянием гидростатического давления и восходящего проникновения глубинных напорных вод, расход грунтовых вод преимущественно на испарение сопровождается ростом их минерализации, обогащением грунта новообразованиями и засолением почвенного профиля. Если капиллярная кайма выклинивается на поверхность, соленакопление происходит в наиболее резко выраженной форме с образованием солончаков. При железистых водах накапливаются ортштейновые прослои, а при жестких грунтовых водах образуются известковые и гипсовые горизонты.
Интенсивность испарения грунтовых вод, как уже отмечено, тем выше, чем ближе их уровень к поверхности, чем выше капиллярная проводимость грунта и чем суше климат. Общая картина зависимости интенсивности испарения грунтовых вод от глубины их уровня и сухости климата дана в табл. 17.
Элементы баланса грунтовых вод

Так как скорость и объем капиллярно-передвигающейся воды к поверхности возрастают с повышением уровня грунтовых вод, то и величина расхода воды из почвы на испарение будет также возрастать по мере приближения грунтовых вод к поверхности (рис. 9).
Наоборот, при увеличении глубины залегания грунтовых вод до 150—170 см в Западной Сибири и до 270—300 см в Средней Азии вследствие значительного замедления скорости капиллярного передвижения грунтовые воды на испарение расходуются в крайне малой степени
Элементы баланса грунтовых вод

В пустынях, где почвы и грунты просушены до воздушно-сухого состояния на несколько метров, испарение грунтовых вод за счет диффузии паров, смены давления и температур продолжается и с глубин 10—20 м, но уже с ничтожной скоростью. Это вековое испарение имеет определенное геохимическое значение, хотя непосредственного мелиоративного значения это и не имеет.
Размеры и скорость испарения зависят от механического состава и структуры почв, покрывающих горизонт грунтовых вод. Чем тяжелее механический состав грунтов и плотнее его сложение, тем при меньшей глубине грунтовые воды начинают расходоваться на испарение; это видно из следующих данных:
Элементы баланса грунтовых вод

Глубину залегания минерализованных грунтовых вод, при которой значительные количества капиллярной влаги быстро достигают поверхностных горизонтов и вызывают вследствие испарения заметное засоление орошаемых почв, Б.Б. Полынов назвал критической глубиной. Практически значимые в орошаемом земледелии величины критической глубины залегания соленых грунтовых вод (10—15 г/л) можно представить из следующи:
Элементы баланса грунтовых вод

Критическая глубина уровня минерализованных грунтовых вод всегда меньше, чем потенциальная высота поднятия капиллярного раствора от зеркала грунтовых вод и глубина начала их испарения. Это объясняется опресняющим влиянием атмосферных осадков и особенно поливов, которые сбрасывают солевые капиллярные растворы вниз и вызывают опреснение верхнего горизонта почвы.
Нужно иметь в виду, что по мере возрастания концентрации грунтовых вод растет их вязкость и уменьшается скорость их расхода на испарение. Если грунтовые воды с концентрацией порядка 3—10 г/л испаряются практически с той же интенсивностью, как и обычные речные воды с концентрацией 0,2 г/л, то интенсивность испарения растворов с концентрацией 30 или 50 г/л уменьшается в тех же условиях на 10—15%, а с концентрацией 70—100 г/л — на 50—60%. При концентрации растворов 200—300 г/л их испарение происходит лишь в наиболее сухое время года и часто сопровождается обратной конденсацией атмосферных паров и разжижением раствора. Это необычайно важное явление в геохимии процессов соленакопления объясняет, почему параллельно с ростом минерализации грунтовых вод и засоленностью почв происходит неизбежное и ничем не сдерживаемое приближение соленых грунтовых вод к поверхности.
Испарительный тип баланса грунтовых вод, т. е. когда I=Qe, в чистом виде складывается сравнительно редко в условиях таких бессточных естественно не дренированных территорий, как приморские дельты, поймы рек, бессточные низменности и депрессии, низкие побережья заливов и морей. Чаще же испарение грунтовых вод сочетается в той или иной форме и размерах с расходом на сток и транспирацию.
Расход грунтовых вод на транспирацию

Важнейшей статьей баланса грунтовых вод, с точки зрения сельскохозяйственного производства и получения урожая культурных растений, является их расход на транспирацию.
Расход подземных вод на отток не участвует в формировании урожая, •но и не является потерей для человека, так как воды подземного стока могут поступать в реки и в оросительные каналы и, следовательно, их можно повторно использовать для орошения.
Расход грунтовых вод на испарение является, с практической точки зрения, потерей полезных вод для хозяйства, так как испарившиеся воды не участвуют в формировании урожая.
Расход грунтовых вод на транспирацию — процесс продуктивный, так как при этом грунтовые воды используются растениями для формирования их урожая. Без расхода почвенных вод на транспирацию не был бы возможен фотосинтез, т. е. не был бы возможен основной механизм производства растительного органического материала.
Глубина, с которой растения могут использовать грунтовые и капиллярные воды на транспирацию, в весьма большой степени зависит от природы самих растений. Некоторые деревья мощной корневой системой используют грунтовые воды, залегающие даже на глубинах порядка 20—30 м; свекла, хлопчатник, люцерна в состоянии использовать грунтовые воды с глубин 2—3 м. В среднем считается, что для кустарников и древесной растительности недоступны и почти не используются грунтовые воды с глубин более 10—12 м.
Расход грунтовых вод на транспирацию зависит также от степени их минерализации. В общем виде чем более концентрированы грунтовые воды, тем меньше их физиологическая ценность и тем меньше они могут быть использованы растениями для роста и формирования урожая. Оптимальная концентрация грунтовых вод — 0,5—3 г/л (если они не содовые). Грунтовые воды, имеющие концентрацию белее 12—15 г/л, вызывают угнетение сельскохозяйственных растений и мало используются ими. Исключение составляют галофиты, которые используют рассолы с концентрацией 30—50 г/л.
Если в балансе грунтовых вод транспирация является основным фактором, регулирующим их расход, то этот тип баланса можно обозначить следующим индексом: I=Qt. Такой тип баланса грунтовых вод складывается под покровом луговых трав или галерейных (долинных) лесов на речных террасах. В природе расходы грунтовых вод на испарение и на транспирацию теснейшим образом сочетаются и их трудно расчленить. Как бы пи был развит растительный покров, все же какая-то часть поверхности может оставаться незакрытой и какая-то доля почвенногрунтовых вод будет израсходована не на транспирацию, а на испарение.
Задача сельскохозяйственного производства и, в частности, орошаемого земледелия заключается в том, чтобы всемерно ослабить расход, грунтовых вод на испарение, предоставив большее количество влаги в распоряжение растений для формирования урожая. Чем преснее грунтовые воды и выше их уровень, тем большей при благоприятной температуре будет относительная доля их участия в формировании урожая растений. Интересны в этом отношении наблюдения, полученные на больших лизиметрах и опытных площадках в Средней Азии. При глубине залегания опресненных грунтовых вод порядка 2—3 м общее водопотребление хлопчатника и люцерны на 10—30% удовлетворяется за счет грунтовых вод. При глубине грунтовых вод около 2 м доля их в общем водопотреблении хлопчатника и люцерны составляет 45—60%, а при глубине порядка 1 м — увеличивается до 70—85%. По существу, в этих случаях имеет место подземное орошение почв, или субирригация.
Ограничивающим фактором использования грунтовых вод для субирригации является их засоленность. Пресные грунтовые воды с содержанием солей не более 3 г/л — превосходный материал для водопотребления всеми культурными растениями, поэтому мелиорация засоленных почв включает не только задачу рассоления почвенных горизонтов, но и обязательное опреснение грунтовых вод.
Как отмечено выше, расход грунтовых вод на испарение сопровождается ростом засоленности почвы и увеличением минерализации самих грунтовых вод. Возникает вопрос, имеют ли место процессы геохимического накопления при расходе грунтовых вод на транспирацию. На этот вопрос надо ответить утвердительно. Транспирация не прекращает, а усиливает общий процесс концентрирования грунтовых вод и .геохимического накопления соединений, находящихся в грунтовых водах, включая и соли. Однако при господстве испарения еоленакопление развивается в верхних слоях почвы. При господстве транспирации концентрирование солей и других соединений происходит во всей корнеобитаемой толще почвы и главным образом в капиллярной кайме водоносного горизонта,, откуда идет потребление влаги корнями растений. Благодаря транспирации ослабляется соленакопление в верхних культурных горизонтах почвы. Если существует хотя бы слабый искусственный или естественный дренаж, то грунтовые воды выносят накопляющиеся соли в дрены.
Таким образом, расход грунтовых вод на транспирацию является не только необходимым с точки зрения формирования урожая, но и играет известную профилактическую роль в предупреждении явлений засоления почв. Этим объясняется необходимость в орошаемых условиях иметь поля с мощным зеленым покровом культурных растений и целесообразно распределенную сеть древесных насаждений.
Сходные явления наблюдаются и в других климатических условиях. Так, очень часто на лугах черноземных степей наблюдается аккумуляция конкреций углекислого кальция в виде чехликов и трубок вокруг корешков трав. В заболоченных луговых почвах влажных тропиков и умеренного пояса в горизонте контакта корней и капиллярной каймы образуются массовые скопления конкреций окислов железа и марганца. Соединения железа, марганца образуют трубочки или чехлики вокруг корешков:
Однако решающее значение в конечном характере геохимического баланса территории принадлежит соотношению суммарного испарения и оттока грунтовых вод. Подземный сток, испарение и транспирация грунтовых вод сочетаются между собой в разных соотношениях. Можно различать несколько типов сочетания оттока, испарения и транспирации в расходной части баланса:
1) преобладает расход грунтовых вод на отток, а испарение их и транспирация занимают подчиненное место; в этом случае процессы геохимического накопления, как правило, не выражены; наоборот, преобладают процессы выноса. Это промывной гидроморфный режим, когда формируются кислые гидроморфные почвы;
2) преобладает расход на транспирацию, а сток и испарение занимают подчиненное место; при этом формируются луговые ожелезненные, иногда карбонатные или слабо засоленные почвы;
3) преобладает испарение, а сток и транспирация грунтовых вод занимают подчиненное место; этот тип режима грунтовых вод называется гидроморфным испарительным; он сопровождается интенсивным засолением почв и самих грунтовых вод.