CC BY
34
ЭКОЛОГИЯ, МЕЛИОРАЦИЯ И С.-Х. ВОДОСНАБЖЕНИЕ
УДК 631.67(470.44/47)
ДИНАМИКА РЕЖИМА ПОДПОЧВЕННЫХ ВОД ЛЕСОАГРАРНЫХ БИОЦЕНОЗОВ НА ОРОШАЕМЫХ СВЕТЛО - КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ
DYNAMICS OF A FOREST-SHELTERED FIELDS SUBSOIL WATERS MODE ON IRRIGATED LIGHT-BROWN SOIL.
В.И Коробов,
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Korobov V. I.
Volgograd State Agricultural Academy
Рассматриваются причины подтопления орошаемых светло-каштановых почв и способ фитомелиоративного биодренирования
почвогрунтов
There are reasons of irrigated light - brown soil flooding and a way of grounds phytomeliorative biodrainaging are considered.
Орошаемые засоленные и засоленно-солонцовые почвы, включая комплексы с солонцами, составляют 29,2% общей площади орошаемых почв России. Расположены они главным образом в Поволжье (761,9 тыс. га, или 48% общей площади орошаемых почв в регионе) и на Северном Кавказе (828,5 тыс. га, или 41% общей площади орошаемых почв). В Западной Сибири они занимают 30% общей площади орошения.
Светло-каштановым почвам Нижнего Поволжья свойственна слабая гумусированность, определяемая низкой естественной почвообразовательной способностью, высокая солонцовая комплексность почвенного покрова и минерализация ГВ. Большое содержание коллоидных частиц в почвогрунтах, унаследованное от формирования почвы на засоленных осадочных морских породах, определяет их слабую структурность и повышенное наличие внутриагрегатных микропор, низкую емкость поглощения и водопрочность структуры.
В рассматриваемой зоне развитие богарного земледелия ограничивает острая засушливость климата, низкое содержание гумуса и постоянно существующая дефляционная деятельность ветра теплого периода года. Сочетание этих почвенно-климатических качеств делает невозможным стабильное и полноценное развитие по годам отраслей сельского хозяйства на современном уровне обеспечения региональных потребностей общества.
При значительном разнообразии природных и гидрогеологических условий отдельных регионов Поволжья с развитым орошением общей чертой их является низкая, хотя и не одинаковая, естественная дренированность земель, слабый отток подземных вод, что создает предпосылки для поднятия их уровня (2)
Предназначенная для устранения природных негативных факторов почв зоны водная мелиорация столкнулась с непреодолимой проблемой их интенсификации, но уже на фоне достаточного водного режима почв. Здесь на
первый план выступают опять-таки геолого-геоморфологические условия формирования дневной поверхности и галохимия коренных почвообразующих пород Прикаспийской впадины.
Многими исследованиями отмечается, что одним из основных агрофизических качеств этих почв является способность изменять свои физико-хи-мические и водно-физические свойства в зависимости от складывающихся гидротермического, гидрогеологического режимов и геохимических условий (3).
Иначе - почвогрунты Прикаспийской низменности не пригодны для современных приемов орошения, допускающих большие потери в почву поливной воды. Орошение в острозасушливом климате нарушает экологию полупустынных степей вовлечением в активное состояние больших запасов природных солей и вызывает качественную деградацию почвенного слоя.
Существующие системы эксплуатации мелиоративных
агроландшафтов Поволжья малоэффективны и экологически опасны, о чем свидетельствует низкий уровень продуктивности поливных агроценозов и значительное развитие деградационных процессов (4).
К тому же, в связи с экономическими трудностями и изменением хозяйствования часть орошаемых земель вышла из строя. Ухудшалось техническое состояние ОС, усиливалось развитие деградационных процессов, вызванных снижением плодородия орошаемых почв. В настоящее время остро встал вопрос - нужно ли восстанавливать орошение в полном объеме?
По нашему мнению, для этого вместо орошаемых агроландшафтов необходимо проектировать лесоаграрные комплексы, которые по своей структуре стоят ближе к природным ландшафтам. Предлагаемая адаптивно -защитная система комплексной мелиорации светло-каштановых почв основывается на естественной средообразующей способности лесной растительности, смягчающей своим влиянием погодно-климатические условия в любой зоне, а орошаемые полезащитные лесополосы обладают устойчивостью к местным условиям, отличаются быстрым ростом, хорошими таксационными показателями и мощной дисукцией. Совместно с сеяными компонентами поля они в зоне своего гидрологического влияния способны испарить поступающие в корнеобитаемый слой воду без фильтрации ее в глубокие горизонты (5).
Формирование режима подпочвенных вод орошаемых земель - фактор целиком антропогенный, он при всех природных свойствах и качестве климатических условий прямо указывает на неустраненные нарушения экологии природной зоны, в которой изменяются свойственные им воднотермические соотношения. По нашему мнению, использование биологического способа дренирования подтопленных орошением грунтов линейными защитными насаждениями (ЗЛН) совместно с посевами является необходимым экологическим звеном, позволяющим регулировать антропогенно измененные водно-термические отношения орошаемых аграрных ландшафтов.
Рассмотрим это на примере результатов исследований орошаемых земель кормовых севооборотов в 1986-1988 гг. совхозе «Райгородский» Светлоярского района Волгоградской области. Орошаемые земли хозяйства сосредоточены в основном одним крупным массивом на отделении №2 (более 4,6 тыс. га) с
крупносетчатой сетью полезащитных лесополос, расположенных по периметру полей площадью от 300 до 500 га.
Исследования по биодренированию подпочвенных вод проводили в массиве кормовых восьмипольных севооборотов общей площадью 1838 га. Территория по периметру с трех сторон и между границами севооборотов защищена двурядными тополевыми лесополосами со средней высотой деревьев 11м. С западной стороны лесополосы проходят по территории полевых севооборотов. Для опытов были выбраны севообороты №2 и №3 общей площадью 664 га и лесная полоса, проходящая между ними.
Светло-каштановые почвы в природных условиях до орошения были засоленными в комплексе с солонцами. Они в преобладающем большинстве не оборудованы комплекторно-дренажными системами и находятся в подтопленном состоянии, с промоченными грунтами в бывшей зоне аэрации. Летом при испарительном типе расхода фильтрата и засоленных грунтовых вод в них идут процессы вторичного гидроморфизма и качественной деградации плодородия почв.
Полив культур севооборотов осуществлялся дождевальными установками ДКШ - 64 «Волжанка». В полях возделывались кормовые культуры на зеленый корм, на сено и силос. Почвы - светло-каштановые средне- и тяжелосуглинистые. Рельеф спокойный, имеет небольшой поверхностный и гидравлический уклоны в сторону р. Волги. Подача волжской воды на поля осуществляется по подземным трубным коллекторам.
В результате оттока подпочвенных вод в зимний период залегание УГВ восстанавливается в среднем на глубине 3,8 м. Поднятие уровня подпочвенных вод начинается со снеготаяния и последующего заполнения каналов оросительной системы. Зимние осадки влияют на пополнение воды в почве в снежные зимы.
В опытах изучалось десукционное влияние ЗНЛ и кормовых культур на гидрологический режим почвогрунтов орошаемых полей. Основной целью работы было определение расстояния, при котором происходит отток подпочвенных вод в сторону лесополосы, разделяющей севообороты.
На изучаемой территории закладывалась сеть пробуренных нами скважин на глубину залегания ГВ, также использовались и смотровые скважины ОС. Створ скважин проходил через смежные поля севооборотов №2 и №3 и разделяющую их лесополосу (ЛП). По севообороту №2 скважины закладывались через 3, 8, 14, 20, 30 и 35Н (высот лесополосы). По
севообороту №3 - на удалении 15, 20 и ЗОН. Контролем служили скважины в поле вне зоны гидрологического влияния лесополосы. В результате этого мониторинг динамики УГВ почвогрунтов в орошаемых полях по обе стороны ЗЛН достигал 380 м. За контроль уровня залегания ГВ брался зимний уровень зеркала вод.
Погодно-климатическая характеристика лет исследований отличалась резкой контрастностью. В феврале 1986 г. запасы снега в севообороте №2 и №3 в ЛП достигали 0,42 - 0,45 м, в шлейфовой зоне - 0,35 - 0,30 м. Далее по полю - 0,20 - 0,22 м.
Вегетационный период года характеризуется пустынным климатом с суммарным выпадением осадков 68 мм. Из них полезных осадков не более 25 мм. Уже в первой декаде апреля максимальная температура на
поверхности почвы достигала 49 0 при ночном минимуме 4,4 °С. Почвы на глубине 0,1 м прогрелась до 10,6 °С, к началу мая - до 15,5 °С. Рано тронулись в рост озимые и зимующие травы. В середине апреля состояние влажности почвы и всходов яровых соответствовало предполивному порогу увлажнения. Средняя месячная относительная влажность воздуха фактически за период апрель - август была на уровне 42-47%. Максимальный дефицит насыщения в апреле составлял 30 мб, в мае - 35,3, в июне - 42,8, июле - 4,21, августе - 39,4 мб. Даже сентябрь по всем основным климатическим составляющим соответствовал режиму летних месяцев - по температуре воздуха (31-32 °С), по выпадению осадков (11мм) и по дефициту влажности воздуха (29-36) мб. За вегетацию число дней с относительной влажностью менее 30% достигло 125, в том числе в апреле - 22, в сентябре - 14.
В острозасушливых условиях вегетации оросительный период был насыщенным по количеству поливов и продолжительности поливного сезона. Кукуруза, суданская трава и многолетние травы за вегетацию поливались по 8-10 раз. В результате острого дисбаланса водно - термических отношений в расходных частях влагооборота отмечалась сильная испаряемость с поверхности почвы.
1987 г. был самым снежным за период исследований. В январе мощность слоя снега в ЛП достигала 1,0 м, в шлейфовой зоне - 0,73-0,54 и далее по полям 0,51 - 0,48 м. Вегетационный период был средневлажным (248,4 мм - по данным метеостанции ВГСХА) или 47,1% от их годового количества.
Зима 1987-1988 гг. была малоснежной. Устойчивый снеговой покров отмечался в декабре. Толщина снегового укрытия полей в январе составляла 0,12-0,16 м, в феврале 0,17-0,22 м, в начале марта 0,24-0,26 м. 1988 год был типично влажным годом с суммой осадков 549,4 мм. За вегетацию выпало 367,7 мм, или 66,9% от их годового количества.
Весной 1986 г. накопление талых вод на полях севооборотов было небольшим. При исходной глубине залегания ГВ в марте 3,73 м от поверхности почвы в начале апреля повышение уровня подпочвенных вод под лесополосой составило 0,82 м. На удаление по створу в точке 8Н - 0,51, на 20 - 25 Н - не более 0,27 м. Некоторое повышение продолжалось и позже за счет замедленного гравитационного стока. На конец апреля уровень подпочвенных вод под ЛП составил 3,04 м, что на 0,69 м выше исходного залегания. В других скважинах отмечалось колебания высоты стояния вод от 0,44Н - до нуля, что связано не только с разным расходом воды, но и уровнем поверхности поля.
С началом интенсивного распускания листьев на тополях вследствие установившихся высоких температур и низкой относительной влажности воздуха расход подпочвенных вод на эвапотранспирацию стал большим. На конец мая уровень воды под тополями понизился на 0, 24 м, далее по створу -в пределах 0,38-0,21 м. В поле на расстоянии 25-35Н уровень воды опускался медленнее. Максимальное биодренирование почвогрунтов отмечалось в августе. На рис. 1 приведены данные сезонной динамики уровня подпочвенных вод по створу скважин кормового севооборота №2 за вегетации лет исследования. Как видно из рисунка, некоторое снижение интенсивности биодренирования произошло в конце сентября, с уменьшением облиственности деревьев. При этом зона биодренирования почвогрунтов достигала 20Н. Десукционный отбор фильтрата позволял держать уровень
подземных вод в мае-августе на глубине 3,1-3,6 м. И даже в конце сентября, за счет образовавшихся под лесополосой и на расстоянии от нее ЗН депрессии грунтовых вод проходил отток фильтрата в нее с более удаленных точек поля.
Совершенно другим был характер подтопления почвогрунтов в апреле
1987 г. Большой запас талых вод на поле поднял уровень подводных вод на отметки 1,96-2,01 м, расстояния в поле - до 14Н и далее по створу - до 2,43 м. Из-за затяжной поздней весны заполнение оросительной сети орошаемых земель проводили в начале мая. В это же время начала активизироваться заметная десукция тополями, которая, постепенно превышая количество поступающих в почвогрунты фильтрующих вод, понизила их уровень к концу августа наполовину (на 1,97 м).
Депрессионная кривая простиралась до отметки 14Н (см. рис.). Заметное десукционное влияние в этом году прослеживалось до 20 высот насаждений. Но уже в августе в скважине 25Н поднятие подпочвенной влаги достигло отметки 2,46 м от поверхности и десукционный отбор воды тополями не справлялся с боковым оттоком ее в образовавшуюся депрессию с более отдаленной площади поля, являющейся по сути гидравлически не управляемой территорией.
Небольшое поступление талых вод в почвогрунт весной 1988 г. сходен по глубине залегания с началом вегетационного периода 1986 г. Однако, обильные осадки за вегетацию влажного 1988 г. снизили потребность в количестве поливов в 1,6 раза по сравнению с острозасушливым 1986 г. Это позволило в августе высушить почвогрунты под ЗЛН до отметки 4,22 м. При этом уровень ГВ понизился на 0,42 м по сравнению с его зимним стоянием. Образовавшаяся депрессия гидроизогипс в августе переходила через УГВ зимнего стояния ориентировочно на удалении 6Н, а с изогипсой отметок уровня подпочвенных вод апреля - пересекалась на удалении от ЛН на 14Н. На удалении 20Н уровень стояния воды был 2,58 и далее на уровне - 2,33-2,22 м.
Анализ полученных данных замеров положения изогипс уровней залегания подпочвенных вод в апреле, августе и сентябре показывает, что величина гидрологического влияния поля защищенной полосы за вегетацию
1988 г. не превышает 16-17 Н с уровнем подпочвенных вод 2,85-2,90 м. Это
лишь на 0,47-0,63 м ниже, чем уровень подпочвенных вод в точках замера поля вне зоны влияния ЗНЛ, и может быть объяснено сочетанием ряда причин: невысоким начальным уровнем стояния подпочвенных вод,
сравнительно низкой амплитудой перепада уровней воды по полю за вегетацию и связанное с этим уменьшением скорости потока подземных вод. Всему этому способствовали сложившиеся погодные условия вегетации, когда высокая влажность воздуха и почвы, наличие влаги и прохладная погода снижают интенсивность транспирации древесной и травянистой растительности лесоаграрных биоценозов при пониженной потребности культур в поливах.
1986
г Лесная
* Лесная
I полоса ЗН 8Н 14Н 20Н 25Н ЗОН 35Н
1988
1986-1988ГГ.
Лесная
на динамику режима подпочвенных вод по створу набитоттатетткных скважин геотгокого севообопота
Анализ данных опытов по годам показывает, что под гидрологическим влиянием линейных ЗЛН зона регидратации подпочвенных вод за вегетацию достигает 4 м в глубину и простирается в среднем в обе стороны полей приблизительно на 190 м (17Н), охватывая своим влиянием 380 м орошаемой площади смежных полей. Максимальное гидрологическое влияние ЗЛН в острозасушливые годы увеличивается до 20Н, а частичное влияние прослеживается до 25 высот ЛП по сравнению с обычными условиями.
Однако даже при облесении больших орошаемых полей по периметру ЗЛН их почвогрунты остаются подтопленными, так как зона гидрологического влияния ЛП составляет не более 10% от площади поля и биологический дренаж не справляется с большим количеством фильтрата, собирающегося с большей площади поля взамен осушенной деревьями в зону их влияния.
Учитывая крайнюю экологическую уязвимость территории агросферы полупустынных светло-каштановых почв, опасность выхода орошаемых земель из сельскохозяйственного оборота вполне реальна. В этих условиях факторами, способствующими засолению почв, являются: слабая фильтрация грунтов зоны аэрации, накопление фильтрата, химическая пестрота и высокая комплексность почвенных разностей, испаряемость и общая почворазрушительная природная особенность климата теплого периода года. Эти же причины вызывают необходимость перехода в подзоне светло-каштановых почв к уменьшению лесозащитных орошаемых полей до безопасных размеров в галохимическом и противоэрозионном аспектах. Наши исследования гидрологического влияния ЗЛН и управление водным режимом орошаемых земель показывают, что биодренаж способен осушить подпочвенные воды до 4-5 м при уменьшении ширины орошаемых полей до двукратной протяженности зоны десукционного влияния основных смежных лесополос.
Библиографический список
1. Новикова, А.Ф. Мелиоративное состояние и деградационные почвенные процессы на орошаемых землях России / А.Ф. Новикова // Почвоведение, - 1999. - №5. - С. 614 - 625.
2. Кац, Д.М. Контроль режима грунтовых вод на орошаемых землях / Д.М. Кац. - М., Колос, -1967.- 183с.
3. Айдаров, И.П. Регулирование водно-солевого и питательного режимов орошаемых земель / И.П. Айдаров. - М.: Агропромиздат, 1985. - 303с.
4. Коробов, В.И. Лесоаграрная оптимизация основных параметров орошаемых светло-каштановых почв Нижнего Поволжья. / В.И. Коробов // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию Победы под Сталинградом. Раздел «Агрономия. Зоотехния». - Волгоград, 2003.
5. Лисканов, A.A. Причины деградации и низкой продуктивности мелиоративных агроландшафтов Поволжья / A.A. Лисканов // Вестник Российской академии с.-х. наук. - 2003. -№5. - С.28 - 29.
