CC BY
21
3. Popov A.I., Mel'nikov S.P., Efremova M.A. Upravlenie produkcionnym processom sel'skohozyajstvennyh kul'tur s pomoshch'yu primeneniya guminovyh preparatov // Pyataya mezhdunarodnaya nauchnaya konferenciya Irana i Rossii po problemam razvitiya sel'skogo hozyajstva: sb. st. - SPb, 2010. - S. 409-412.
4. Ermakov E.I., Popov A.I. Biologicheskaya korrekciya produktivnosti agrofitocenozov v usloviyah prostranstvennoj neodnorodnosti pochvennogo pokrova zemel' sel'skohozyajstvennogo naznacheniya // Reguliruemaya agroehkosistema v rastenievodstve i ehkofiziologii. AFI-75 let: sb. st. - SPb, 2007. - S. 21-42.
5. Popov A.I., Zelenkov V.N., Teplyakova T.V. Biologicheskaya aktivnost' i biohimiya guminovyh veshchestv. - Ch.1. - Biohimicheskij aspekt (obzor literatury) // Vestnik RAEN. -2016. - № 1. - S. 11-18.
6. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta. - M.: Agropromizdat, 1985. - 351 s.
7. Adimale F., Efremova M.A. Nakoplenie Pb i As rastenyami amaranta iz dernovo- podzolistoj pochvy // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2010. -№18. - S. 57-61.
УДК 631.626.86
Канд. техн. наук О.В. БАЛУН (ФГБНУ «Новгородский НИИСХ») Канд. техн. наук В.А. ЯКОВЛЕВА (ФГБНУ «Новгородский НИИСХ», [email protected])
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОТКРЫТОГО ДРЕНАЖА НА УРОВЕНЬ ГРУНТОВЫХ ВОД ТЯЖЕЛЫХ ПОЧВ НОВГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
На территории Новгородской области около 40% сельхозугодий расположены на заболоченных землях, из них около 75% - на тяжелых по гранулометрическому составу [1]. Основной задачей повышения плодородия избыточно увлажненных почв является проведение мелиоративных мероприятий.
В 80-е годы начинается переход к осушению почв, в том числе и тяжелых, закрытым дренажем. Но закрытый дренаж не всегда обеспечивал оптимальное регулирование водно-воздушного режима. Его основной недостаток заключался в низкой водопроницаемости дренажной засыпки, которая не способна была обеспечить надежную гидравлическую связь верхнего, проницаемого слоя с дренажной трубкой. Осушительные системы с закрытым дренажем обладают большей надежностью и долговечностью и более удобны в эксплуатации, чем системы открытого дренажа. Но на тяжелых слабоводопроницаемых грунтах они не всегда обеспечивают необходимую эффективность осушения, особенно в период весеннего снеготаяния и интенсивного выпадения осадков [2].
В мелиоративной практике, как за рубежом, так и в отечественной, предпринимались попытки организации поверхностного стока на отдельных мелиоративных системах. В ряде случаев, особенно на тяжелых суглинистых и глинистых почвах, задачи осушения удается решить простейшими мероприятиями по сбросу поверхностных вод [3, 4].
Открытые каналы обладают высокой ремонтопригодностью, низкой стоимостью, но недостаточно удобны в эксплуатации, так как открытая сеть мешает проезду сельхозтехники.
Цель исследования - изучение в условиях Новгородской области на основе эколого-экономической оценки эффективности применения для осушения тяжелых почв ложбин стока в сочетании с закрытым дренажем и без дренажа. Современное эколого-экономическое обоснование представляет собой оценку мелиоративной системы на протяжении её эксплуатации с обязательным учетом внешних (экологических) эффектов. В качестве экологического фактора был использован уровень снижения грунтовых вод для обеспечения в корнеобитаемом слое почвы благоприятного для растений водно-воздушного режима.
Материалы, методы и объекты исследования. В совхозе «Ермолинский» Новгородского района был построен опытный участок с вариантами конструкций осушения - систематической сетью ложбин стока
Длина ложбин 100-120 м; расстояние между ними 25, 35 и 50 м, заложение откосов -10, уклон дна 0,001.
Схема опыта:
1. Каналы через 70 м - контроль.
2. Ложбины через 25 м.
3. Ложбины через 35 м.
4. Ложбины через 50 м.
5. Ложбины с дреной через 25 м.
6. Ложбины с дреной через 35 м.
7. Ложбины с дреной через 50 м.
В геоморфологическом отношении участок представляет собой пологоволнистую озерно-ледниковую равнину, ограниченную с запада и юго-запада р.Веряжкой. Территория участка сложена с поверхности преимущественно грунтами тяжелого гранулометрического состава (пахотный горизонт - глина легкая, подпахотный - глина тяжелая). В гидрогеологическом отношении площадь характеризуется развитием и распространением сезонных почвенных вод. Формирование этих вод происходит в микропонижениях рельефа, в рыхлом почвенном слое за счет инфильтрации атмосферных осадков и талых вод. Наибольшее распространение эти воды получают в весенний период и период обильных дождей.
Результаты исследования. Основной задачей осушительной системы является отвод с осушаемой территории избыточной влаги с целью снижения грунтовых вод до уровня, обеспечивающего оптимальный водно-воздушный режим корнеобитаемого слоя почвы.
Одним из основных требований к водно-воздушному режиму почв, согласно [5], является обеспечение нормы осушения в пределах 40-60 см.
С 1996 года ведутся наблюдения за осушающей способностью ложбин стока.
Метеорологические условия за период наблюдений изменялись в довольно широких пределах. Сумма активных температур за вегетационный период изменялась от 21400С до 26300С, сумма осадков - от 150 до 570мм, ГТК - от 0,6 до 2,8.
Данные о нахождении грунтовых вод в пахотном горизонте и ниже 40 см показывают, что за период исследований наиболее часто грунтовые в пахотном горизонте наблюдались на контроле (табл.).
На опытных вариантах прослеживается тенденция увеличения длительности нахождения УГВ в пахотном слое почвы с увеличением расстояния между ложбинами как на вариантах без дренажа, так и на вариантах с дренажем. На контроле грунтовые воды находились на глубине более 40 см примерно в 60% случаев, тогда как на опытных вариантах - в 80% случаев, кроме варианта 4 (ложбины без дренажа через 50 м), на котором период обеспечения нормы осушения был сопоставим с контролем. Применение дренажа в конструкции ложбины стока эффективно только на вариантах с межложбинным расстоянием 50 м: дополнительный элемент конструкции позволил уменьшить период нахождения грунтовых вод в пахотном горизонте в среднем в 1,6 раза и увеличить обеспеченность необходимой нормой осушения в 1,25 раза. На вариантах с меньшими расстояниями между ложбинами применение дренажа не оказало существенного влияния на формирование УГВ.
Анализ результатов многолетних наблюдений за уровнем грунтовых вод (УГВ) на опытно-производственном участке показал, что, как правило, наиболее критическим периодом в обеспечении необходимой нормы осушения является начало мая, когда необходимо проводить полевые работы и начинается рост многолетних трав.
Таблица. Продолжительность стояния УГВ в почвенных слоях
Год Продолжительность стояния УГВ в слое, сут
Вариант ГТК 1 2 3 4 5 6 7
Слой 0-20 >40 0-20 >40 0-20 >40 0-20 >40 0-20 >40 0-20 >40 0-20 >40
см см см см см см см см см см см см см см
1996 0,9 — — 0 123 0 123 0 113 0 123 0 123 0 113
1997 1,2 -- — 31 62 10 92 20 30 0 123 0 92 0 103
1998 1,9 71 10 20 83 0 102 22 21 0 103 0 112 21 10
1999 0,6 10 113 0 123 0 123 0 113 0 103 0 123 0 123
2000 1,4 0 103 0 112 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123
2001 1,0 0 113 0 123 0 113 0 123 0 123 0 123 0 103
2002 0,8 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123
2003 1,8 0 113 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123
2004 1,7 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123
2005 1,4
2006 1,4 0 52 0 123 0 113 0 113 0 123 0 113 0 123
2007 1,0 — — 0 123 0 123 0 123 0 123 0 31 0 123
2008 1,5 — — 0 112 0 123 0 123 0 102 0 123 0 123
2009 2,0 103 0 10 0 0 41 72 0 42 0 0 103 0 83
2010 1,2 20 92 0 103 10 10 — — 0 123 0 123 0 123
2011 1,1 0 123 0 123 0 123 — — 0 123 0 123 0 123
2012 1,2 10 11 0 123 0 113 — — 0 123 0 123 0 123
2013 1,5 21 82 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123 0 123
2014 1,6 — — 10 82 10 123 10 0 0 102 0 92 0 102
2015 0,9 0 103 0 92 0 113 10 0 0 123 0 123 20 72
2016 1,7 31 61 0 51 0 92 41 61 0 71 0 71 41 41
2017 2,8 93 0 0 41 0 42 51 10 0 61 0 21 82 0
Среднее 1,4 22 76 3 100 1 104 13 80 1 108 1 106 8 100
По данным проведенных исследований, среднемноголетний УГВ в первой декаде мая был самым высоким (28 см) на контроле, на опытных вариантах его значение было существенно ниже (рис.1).
о 3 дп -
а 3 а о
& иЭ Я
а о £
1 2 3^ 4 5 6 7 Вариант
Рис. 1. Среднемноголетний УГВ в первой декаде мая
В среднем на вариантах ложбин стока УГВ в начале вегетационного периода был на 16 см ниже, чем на землях, осушаемых сетью открытых каналов. Если сравнить между собой варианты ложбин стока с дренажем и без дренажа, то дополнительный элемент в конструкции ложбины (дренаж вдоль оси ложбины) позволил в среднем на 4 см понизить уровень грунтовых вод. В группе вариантов ложбин стока без дренажа четкой зависимости УГВ от расстояний между осушителями не наблюдается: наиболее низкий УГВ был отмечен на варианте 3 с расстоянием между ложбинами 35 м. При увеличении этого расстояния до 50 м среднемноголетний УГВ поднялся на 8 см.
Более четкая корреляционная зависимость УГВ (У, см) от расстояния между ложбинами (х, м) наблюдается на вариантах ложбин стока в сочетании с дренажем, которая описывается уравнением:
У=-0,2421х+55,211 , г =0.9972 (1)
Анализ результатов наблюдений показал, что применение ложбин стока существенно влияет на уровень грунтовых вод в начале вегетационного периода.
Период наблюдений за работой опытных систем отличался большим разнообразием гидротермических условий: гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК) изменялся от 0,8 в 2002 году до 2,8 в 2017 году. При этом было 40% сухих лет (ГТК<1,2), 35% - влажных (1,2<ГТК<1,6) и 25% - избыточно-влажных (ГТК>1,6).
Необходимость в осушении наиболее остро ощущается в критические периоды, когда выпадает большое количество осадков, значительно превышающее норму.
Рассмотрим динамику грунтовых вод на опытных системах в расчетный год 25% обеспеченности осадков с величиной ГТК=2.
К началу вегетационного периода на всех опытных вариантах УГВ был ниже пахотного горизонта (более 20 см) и только на контроле грунтовые воды находились в его нижней части (рис. 2).
мая июня июня нюня июля июля июля Дата
Осадки, мм —♦—Вариант 1 —■- Вариант 2 —*—Вариант 3 Вариант 4 —^—Вариант 5 —»—Вариант 6 —I— Вариант 7 Рис. 2. Изменение УГВ в год 25% обеспеченности осадков
Самый низкий УГВ был отмечен на варианте осушения ложбинами с дренажем через 25 м. Затем в течение месяца на всех системах наблюдалось падение грунтовых вод. В третьей декаде мая после выпадения более чем двух месячных норм осадков грунтовые воды стали подниматься: на контроле и 2 и 7 вариантах были отмечены в пахотном горизонте почвы. Следующий подъем грунтовых вод в пахотный горизонт наблюдался в третьей декаде июля на вариантах 4 и 7 с расстоянием между ложбинами 50 м. В третьей декаде августа грунтовые воды в пахотном горизонте были отмечены только на варианте ложбин без дренажа с расстоянием между ними 50 м.
В среднем за сезон самый высокий УГВ был отмечен на контроле (23 см), а из опытных вариантов - на ложбинах с расстоянием 50 м (30 см), самый низкий - на варианте ложбин с дреной через 25 м (57 см).
За период наблюдений за работой ложбин стока был год 1% обеспеченности осадков (2017 г.), когда за летний период выпало 419 мм осадков при норме 204 мм, а ГТК составил 2,8.
Результаты наблюдений за УГВ на опытном участке в 2017 г. представлены на рис. 3. Грунтовые воды находились в пахотном горизонте на контроле и вариантах с расстоянием между ложбинами 50 м. При этом средневегетационный УГВ был ниже 20 см только на контроле. На опытных вариантах с меньшими расстояниями (25 и 35 м) грунтовые воды не поднимались в пахотный горизонт.
Анализ средневегетационного УГВ позволил получить тесную зависимость от расстояния между ложбинами:
У = -0,326х + 42,4, г2 =0.8, (2)
где У - уровень грунтовых вод, см; х - расстояние между осушителями, м.
Наличие в конструкции осушителя дрены вдоль ложбины не оказало существенного влияния на эффективность осушения.
140
1 мая 11 мая 21 мая 1 июня 11 21 1 июля 11 21 1 авг. 11авг. 21авг.
июня июня июля июля
Дата
Осадки, мм Вариант 4
♦ Вариант 1 Ж Вариант 5
Вариант 2 Вариант 6
Вариант 3 Вариант 7
Рис. 3. Изменение УГВ в год 1% обеспеченности осадков
Выводы:
- ложбины стока оказали существенное влияние на величину снижения грунтовых
вод;
- в среднем за 22-летний период наблюдений применение дренажа в конструкции ложбины стока на вариантах с межложбинным расстоянием 50 м позволило уменьшить период нахождения грунтовых вод в пахотном горизонте в 1,6 раза и увеличить обеспеченность необходимой нормой осушения в 1,25 раза;
- в расчетный год 25% и критический 1% обеспеченности осадков ложбины стока с расстоянием 25 и 35 м обеспечили снижение грунтовых вод ниже пахотного горизонта; применение дрены вдоль ложбины в конструкции осушителя не оказало существенного влияния на эффективность осушения;
- наиболее сбалансированными на основе эколого-экономических принципов являются осушительные системы с использованием систематической сети ложбин стока через 35 м.
Литература
1. Бойцов А.С. Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения в Новгородской области на 2014-2020 годы//Достижения современной науки -сельскохозяйственному производству: сб. научн. тр. - Великий Новгород, 2013. - С.44-61.
2. Балун О.В. Эколого-экономическая оценка разных конструкций закрытого дренажа в природно-климатических условиях Новгородской области // Мелиорация и водное хозяйство. - 2014. -№3. - С.31-33.
3. Балун О.В. Эколого-экономически сбалансированное функционирование конструкций открытого дренажа в условиях новгородской области // Мелиорация и водное хозяйство. -2017. - № 4 - С. 23-27.
4. Котова З.П., Дубина-Чехович Л.С. Состояние и использование мелиорируемых земель сельскохозяйственного назначения в Республике Карелия // Агрофизика. - 2013. - 2(10). -С. 34-37.
5. СНиП 2.08.0385 Мелиоративные системы и сооружения/Госстрой СССР. — М.: ЦИТПГосстроя СССР. 1986.
Literatur а
1. Bojcov A.S. Razvitie melioracii zemel' sel'skohozyajstvennogo naznacheniya v Novgorodskoj oblasti na 2014-2020 gody//Dostizheniya sovremennoj nauki - sel'skohozyajstvennomu proizvodstvu: sb.nauchn. tr. - Velikij Novgorod, 2013. - S.44-61.
2. Balun O.V. EHkologo-ehkonomicheskaya ocenka raznyh konstrukcij zakrytogo drenazha v prirodno-klimaticheskih usloviyah Novgorodskoj oblasti // Melioraciya i vodnoe hozyajstvo. -2014. -№3. - S.31-33.
3. Balun O.V. EHkologo-ehkonomicheski sbalansirovannoe funkcionirovanie konstrukcij otkrytogo drenazha v usloviyah Novgorodskoj oblasti // Melioraciya i vodnoe hozyajstvo. - 2017. - № 4. -S. 23-27.
4. Kotova Z.P., Dubina-CHekhovich L.S. Sostoyanie i ispol'zovanie melioriruemyh zemel' sel'skohozyajstvennogo naznacheniya v Respublike Kareliya // Agrofizika. - 2013. - 2(10). - S. 34-37.
5. SNiP 2.08.0385 Meliorativnye sistemy i sooruzheniya/Gosstroj SSSR. — M.: CITPGosstroya SSSR, 1986.
