CC BY
89
УДК 631.95
А.С. Сейтказиев, д-р. тех. наук, проф. ТарГУ им. МХ. Дулати, Казахстан, г. Тараз, E-mail: [email protected]; Ю.И. Винокуров, д-р. геогр. наук, проф., директор ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: [email protected];
Л. А. Альжанова, докторант ТарГУ, г. Тараз; М. Т. Бирдибекова, магистрант ТарГУ, Казахстан, г. Тараз, E-mail: [email protected]
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕЛИОРАТИВНОГО РЕЖИМА ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ ОРОШАЕМЫХ ГЕОСИСТЕМ
Эффективность промывок засоленных почв находится в прямой зависимости от подготовки почвы Промывные нормы засоленных почв являются одним из основных почвенно-эклогических и агротехнических мероприятий, обеспечивающих повышение сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: экология, засоленные почвы, мелиорация, режимы орошения.
Территория Северного Казахстана охватывает три природно-географические зоны: лесостепную, степную и полупустынную. В пределах каждой из них выделяются различные естественно-географические районы, отличающиеся между собой по геологическому строению, геоморфологическим показателям, климату, растительности и покрову.
Почвообразующими породами служат преимущественно желто-бурые глины и суглинки, залегающие сравнительно тонким слоем и подстилаемые на небольшой глубине третичными соленосными глинами. Третичные глины здесь, как и во всей черноземной зоне Северного Казахстана, оказывают влияние на почвообразование, способствуя, в частности тому, что черноземы даже при легком механическом составе оказываются солонцеватыми [1].
Теория соленакопления и ее роль в процессе солонцева-ния почв изложены в трудах Д.Г. Виленского, К.Д. Глинки, В.А. Ковды, И.Н. Антипова-Каратаева, В.М. Боровского и др. Прежде чем склониться к той или иной точки зрения, предпримем эволюционно-генетический анализ трансформации катионного состава поглощающего комплекса солонцов Северного Казахстана в процессе их остепнения. Как было установлено В.А. Ковдой (1937-1947), процесс сопровождается обновлением состава обменных оснований за счет накопления обменного кольца биогенного происхождения.
В процессе оптимизации экологической оценки мелиоративного режима, необходимы прогноз урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от складывающегося водно-солевого и питательного режимов почв. Один из наиболее приемлемых для практических целей методов прогноза урожайности является формула В.В. Шабанова [2]:
У =У™ - f,K, ZKKKK*
(1)
fR =
[0,5(Rmax + Rmin ) - Qmin ]
(2)
K =
[0,5(Z t + Z t . ) -Z t . l
L 5 V max min / min J
(4)
где 1тах - максимальная (сумма) температура воздуха за вегетационный период для вызревания урожая; 1;т;п - минимальная (сумма) температура воздуха за вегетационный период для вызревания урожая. Максимально возможная урожайность сельскохозяйственных культур для конкретного года будет равна:
Уmax = ■
Re kr Cpn
к JR
(5)
С
где Утах - максимальная для данного сорта урожайность сельскохозяйственных культур при радиации Яр, на данном уровне обеспеченности питательными веществами конкретной почвы при оптимальной для растений влажности почвы; К„ -коэффициент, учитывающий неоптимальность для растений глубины уровня грунтовых вод при близком их расположении (д 1); К - коэффициент снижения уровня из-за присутствия в почве токсичных солей; К8Аа - коэффициент, учитывающий возможность снижения урожайности из-за солонцевания почвы; 1 - коэффициент, учитывающий изменения максимального урожая с отклонением от среднемноголетних значений, оценивается по следующему отношению:
где От1п - минимальная величина фАР, необходимая для выражения уровня; кДж/см2 - максимальная величина фАР, необходимая для выражения урожая; кДж/см2 Qв - фотосинте-тическая активность радиации (ФАР) за период вегетации определяется по следующей зависимости:
О, = 13,93 + Ц00791г° (3)
где 5] £° - интегральная сумма температур воздуха за вегетационный период, выше 10°С; К; - коэффициент, характеризующий температурную обеспеченность природных условий:
где Кк - коэффициент использования солнечной энергии, калорическое значение единицы урожая органического вещества, кДж/кг; фп - коэффициент перехода от урожая выращиваемой продукции к урожаю всей органической массы фп=0,4-0,9.
Одним из вопросов, возникающих при оптимизации мелиоративного режима почв, является прогноз изменения агрохимических свойств почв, их питательного режима под влиянием водного режима. При наличии сведений об уровне программируемого урожая (Утах Д запасах питательных веществ в почве, дозы удобрений рассчитываются по формуле [3]:
Дикк= (100 ■ ВнйК- ПнйК' Ккяк) / КУ^к (6)
где ДжК - норма питательного вещества, кг/га; ВЖК -вынос элементов питания на 1ц продукции (ВЫЕК = Утах 8 С° ЫМЯ + Уп ■ Сп МЯК); Уп - урожай поточной продукции; ц/га; С° - содержание питательных веществ в единице поточной продукции; ц/га; Сп - содержание питательных веществ в почве, мг/100 г; КП, КУ - коэффициенты, использования элементов питания, соответственно, из почвы и удобрении.
Для простоты анализа проводим результаты численных экспериментов, выполненных с использованием модели формирования урожая кормового и зернового севооборотов, выращиваемой в условиях Северно-Казахстанской области. На основной территории Северного Казахстана сумма эффективных температур достигает 2200-2500°С, величина солнечной радиации - 31,3-33,7 ккал/см2. Для этой территории характерен слабый энергетический потенциал, однако, учитывая современные технологии и прогноз программированного урожая, здесь можно получить хороший урожай сельскохозяйственных культур. Нам необходимы следующие данные:
- коэффициент естественного урожая;
- вид сельскохозяйственных культур;
- гидрогеологические условия подземных и грунтовых
вод;
- урожайность.
Для созревания зерновых и кормовых необходима сумма минимальных температур воздуха за вегетационный период 1тл =1500°С, а максимальная 1тах =2500°С. При этих условиях коэффициент, характеризующий температурную обеспеченность природных условий для зерновых будет равен:
i=1
2200 -1500 700 , „
К, =---------------------------------=-------= 1,4
‘ [0,5(2500 +1500) -1500] 500
(7)
Можно считать, что для формирования урожайности они не оказывают влияния. Для накопления биомассы зерновых культур минимальное значение ФАР должно быть 11,85 ккал/см2, а максимальное - 22,12 ккал/см2. А в условиях Северного Казахстана величина солнечной радиации составляет 31,31 ккал/см2, тогда ф фотосинтетический коэффициент, характеризующий изменение максимального потенциала урожая с отклонением фАР от среднемноголетних значений, оценивается:
, = 31,310 -11,85
Тп 3,8
п [0,5(22,12 +11,85) -11,85]
(8)
Таким образом, в условиях Северного Казахстана тепло и светообеспеченность не лимитирует формирование биомассы зерновых и кормовых культур, а при необходимости можно получить 1,5-2 урожая. При оптимизации эколого-ме-лиоративных режимов необходима зависимость формирования урожайности растений от динамики влажности почвы в период вегетации.
При эксплуатации оросительных систем как на поверхности земли, так и в зоне аэрации и водоносном слое могут происходить определенные процессы, вызывающие изменения природных условий. Особое значение имеют процессы, вызывающие возникновение вторичного засоления почв. Следовательно, прогноз гидрогеолого-мелиоративного состояния орошаемых геосистем возможен лишь при известных (экспериментальных) значениях испарения с поверхности грунтовых вод.
При орошении и промывках засоленных почв происходит вынос солей из расчетного слоя. С фильтрационными водами вымываемые из почвы соли поступают в грунтовые воды, а затем и в русла рек. Испарение с поверхности грунтовых вод определялось по методу водного баланса. Обработка материалов в проведенном исследовании, показала, что связь испарения грунтовых вод с глубиной залегания их уровня имеет экспоненциальный характер [4].
Интенсивность рассоления во многом зависит от технологических систем промывок и условий солеотдачи почв. Следовательно, трудно рассоляются почвы тяжелого механического состава с низкими коэффициентами фильтрации. Из мелиоративной практики известно, что в процессе формирования аридных ландшафтов толща грунтов до глубины 1020 м и более насыщена воднорастворимыми солями [5].
Анализ водно-солевого баланса в орошаемых геосистемах (Тасоткельский и Тентекский массивы) показывает, что при существующей технологии мелиоративных мероприятий оптимального опреснения почв, трудно достичь необходимого уровня порога токсичности. Поэтому нужны более совершенные приемы мелиорации на основе новых технических и технологических средств. Научное обоснование и регулирование водно-солевого и пищевого режимов сельхоз культур имеет первостепенное значение для проектирования и эксплуатации оросительных и коллекторно-дренажных сетей.
Новым технологическим средством почвенно-экологических условий является горизонтальный дренаж на фоне глубокого рыхления с применением временного. Он обеспечивает значительное ускорение процесса рассоления почв. Производится вспашка, планировка, и следом идет одностечное рыхление. Передвижения агрегата должны производиться параллельно разрыхленной полосе. Колесо трактора проходит при этом по разрыхленной полосе на расстоянии, обеспечи-
Библиографический список
вающем перекрытия разрыхленной зоны. Мелиоративная практика показывает, что вспашка с рыхлением ускоряет промывной сезон по сравнению с обычной в 2,5-3 раза и сохраняет плодородие почвы от выноса всяких минеральных и органических веществ, а так же способствует быстрому движению растворимых концентраций вредных солей в расчетном слое [6].
Одной из задач при расчете баланса грунтовых вод орошаемых геосистем является определение питания и параметров водоносного пласта. Их величины представляют собой главнейшие исходные показатели необходимые для составления прогнозов уровня и подсчета баланса грунтовых вод. В результате исследования мощность водоносного горизонта в любом сечении в период работы дрена, может быть представлена следующем уравнением [7]:
Ъх =^02 + у (2Д - х) х
(9)
где Их - мощность водоносного слоя, м; Ь0 - глубина воды в дрене, м; g - величина инфильтрации, м/сут; к - коэффициент фильтрации почвогрунтов, м/сут; Я - расстояние между дренами, м; х - расстоянее от центра чека, м. Данные гидрогеологических исследований проведенных на Тасот-кольском и Тентекском массивах орошения, приведены в табличном виде.
Определение мощности водоносного слоя
Объ- ект иссле- дова- ния Коэф-фици-ент фильтра-ции К, м/сут Глу бина воды в дрене Ь0, м Ин- филь тра- ция воды g, м/сут Рас-стояние между дренами Я, м Рас сто я-ния от чека х, м Мощ ность водонос-ного слоя Ьх, м
Тасот- кель 0,2 0,24 0,002 450 50 21
Тен- тек 0,1 0,4 0,003 350 50 31
Как показывают табличные данные, очень низкая фильтрационная способность некоторых почв в аридной зоне (сероземы, такыры и другие почвы) связано с высокой степенью пентизации и набухания содержащегося в них ила. Высокая щелочность почв (РИ=8,5) способствует увеличению зарядов, коллоидов. Следовательно, для регулирования водно-солевого и пищевого режимов при сохранении и восстановлении плодородия почв наиболее эффективным и дешевым средством является глубокое рыхление почв на неблагоприятных землях. Для их восстановления необходимо проводить обогащение органическими веществами, особенно нужен навоз и зеленое удобрение, которое является постоянным возобновляемым источником органического вещества. Оно помогает бороться с сорняками и болезнями растений, способствуя снижению засоленности почв, защищает почвы от эрозии.
Эффективность промывок засоленных почв находится в прямой зависимости от подготовки почвы и особенности глубины и способа вспашки. Промывные нормы засоленных почв являются одним из основных почвенно-эклогических и агротехнических мероприятий, обеспечивающих повышение сельскохозяйственных культур. Поэтому, оптимально установленные нормы тактности промывных поливов и способы подготовки почвы к проведению этих мер на засоленных землях имеет большое практическое значение в повышении урожайности сельскохозяйственных культур и улучшении экологического состояния орошаемых геосистем.
1. Дурасов, А.М. Почвы Казахстана / А.М. Дурасов, Т. Т. Тазабеков. - Алматы, 1981.
2. Шабанов, В.В. Биоклиматическое обоснование мелиорации. - Л., 1973.
3. Каюмов, М. А. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. - М., 1989.
4. Сейтказиев, А.С. Режим грунтовых вод, приуроченных к бассейнам рек / А.С. Сейтказиев, А.Е. Байзакова. - Вопросы мелиорации. - 2003. -№ 5-6.
5. Рабочев, И.С. Технические и биологические аспекты мелиорации и повышения плодородия пцстынных почв: Тезисы докл. V съезда всесоюзного общества почвоведов. - Минск, 1977.
6. Сейтказиев, А.С., Байзакова А.Е. Метод определения промывных норм засоленных почв // Поиск. - 2005. - №3.
7. Гордеева, П.В. и др., Руководство к практическим занятиям по гидрогеологии / П.В. Гордеева [и др.]. - М.: Высшая школа, 1981.
Статья поступила в редакцию 10.02.10
УДК 551.55б.12
В.П. Галахов, канд. геогр. наук, с.н.с. Института водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул,
E-mail: [email protected]
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕДНИКОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СРЕДНЕГО МНОГОЛЕТНЕГО УВЛАЖНЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ КУРАЙСКОЙ КОТЛОВИНЫ)
Наблюдения за осадками в горных котловинах Алтая проводятся, как правило, в их днищах. Использование полученных по материалам Международного Гидрологического Десятилетия коэффициентов концентрации ледников позволяют оценить их величину на склонах.
Ключевые слова: Алтай, Курайская котловина, увлажнение.
Наблюдения в Курайской котловине за осадками, согласно по декабрь 19б5 гг. Средние многолетние осадки приводятся
«Справочника по климату СССР» [1], проводились на посту лишь по посту Иня [2]. Суммы месячных осадков по Чибиту
Чибит с ноября 1947 по декабрь 19б5 гг., по посту Курай с были приведены к среднему многолетнему по посту Иня
Рис. 1. Зависимость суммы месячных осадков по посту Чибит (вертикальная ось) от суммы месячных осадков по посту Иня (горизонтальная ось), мм.
Для оценки средних, многолетних осадков по посту Ку- Иня-Чибит равен 0,87, а постов Чибит-Курай - 0,86 (рис. 2).
рай (табл. 1) использовалась связь с постом Чибит. Материалы Поэтому с точки зрения статистики такое приведение вполне
расчетов показывают, что коэффициент корреляции постов оправдано (произведение событий равно 0,75).
0 10 20 30 40 50 60 ТО ВО 90
♦ Ряд 1 Линейный (Ряді)
Рис. 2. Зависимость суммы месячных осадков по посту Курай (вертикальная ось) от суммы месячных осадков по посту Чибит (горизонтальная ось), мм
