CC BY
50
ПРОБЛЕМЫ ГЕОЭКОЛОГИИ
Г. А. Панов, А. М. Шафикова
ВОДНЫЙ РЕЖИМ ЧЕРНОЗЕМА ИМЕЛИОГЕННЫХ ПОЧВ ЮЖНОГО УРАЛА
Приведены естественные и измененные ирригацией водные режимы зональных подтипов почв: чернозема выщелоченного, чернозема обыкновенного, а также показатели водного режима мелиогенных почв. Проанализированы приходные и расходные статьи водного баланса биологически активного слоя, указана необходимость ирригации некоторых типов почв.
Ключевые слова: водный режим, водный баланс, биологически активный слой почвы, чернозем, прирост почвенной влаги, капиллярный приток от грунтовых вод, инфильтрация, норма полива, оросительная норма.
Под водным режимом понимается совокупность процессов поступления, аккумуляции и расхода влаги почвой. Рациональное землепользование предполагает регулирование водного режима почв комплексом приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения фитоценозов. Искусственно изменяя приходные и расходные статьи водного баланса, можно управлять условиями водоснабжения фитоценозов и на этой основе существенно увеличивать их продуктивность. Одним из наиболее распространенных приемов регулирования водного режима почв является оросительная мелиорация.
Под влиянием оросительной мелиорации продуктивность фитоценозов увеличивается в отдельных случаях на порядок (1). В условиях недостаточной естественной дрени-рованности почв ирригация вызывает негативные явления в виде: подъема уровней грунтовых вод и увеличения степени гидроморфизма, вторичного засоления и осолонце-вания мелиогенных почв. Мелиогенные — это почвы, приобретшие новые свойства вследствие глубокого изменения естественного влагооборота в почвах, вызванного мелиорацией. Принципиально важную роль в оценке водного режима чернозема играет тип водного баланса его биологически активного слоя. Он может иметь или положительный, или отрицательный прирост влаги (±Д'^ за расчетный период времени. И положительный, и отрицательный прирост влаги — явления нежелательные. Последствием положительного прироста влаги может быть переувлажнение почвы, сопровождающееся подъемом уровней грунтовых вод. При отрицательном приросте влаги может сформироваться дефицит водопотребления фитоценоза, из-за чего наблюдается резкое снижение его продуктивности. Допустимым может быть водный режим с небольшим отрицательным приростом влаги, обеспечивающим динамику ее запасов в биологически активном слое в пределе от влажности разрыва капиллярных связей (ВРК) до наименьшей влагоемко-сти (НВ). Сформировать такой водный режим в производственных условиях сложно, но к такому водному режиму необходимо стремиться. Поэтому и принято проектировать мелиоративные системы на год 75 % обеспеченности атмосферными осадками.
Используя длительные ряды наблюдений за водным балансом биологически активного слоя чернозема выщелоченного и чернозема обыкновенного, смоделировали их водный режим на годы варьирующей обеспеченности атмосферными осадками (табл. 1, 2). Исследования показали, что прирост влаги составил 67 мм. В условиях влажного года (Р = 5 %) наблюдается небольшое переувлажнение биологически активного слоя чернозема выщелоченного и формирование инфильтрации влаги за его пределы. В средневлажный год (Р = 25 %) формируются хорошие условия обеспеченности влагой фитоце-
нозов. В средний год (Р = 50 %) формируется допустимый дефицит водопотребления для кормовых культур и необходимости в проведении оросительных мелиораций нет. Для агрофитоценозов, представленных овощными влаголюбивыми культурами, необходимо орошение и оросительная норма составит 181 мм. В среднесухой (Р = 75 %) и острозасушливый (Р = 95 %) годы требуется ирригация. Оросительная норма в эти годы составит 314 мм. Если не проводить оросительной мелиорации, то потери продуктивности агрофитоценозов из-за дефицита водопотребления могут достигать 70-80 % от потенциально возможной продуктивности. Вероятность формирования водного режима чернозема, выщелоченного по типу среднесухого года, составляет примерно 2-3 года из десяти текущих лет; по типу острозасушливого года — один раз в 20 текущих лет.
Прирост влаги в черноземе обыкновенном составил 68 мм. Водный режим чернозема обыкновенного во влажный год формируется по типу бездефицитного. Вероятность формирования водного режима влажного года невысокая и составляет примерно один из 20 текущих лет. В условиях средневлажного года водный режим формируется с невысоким дефицитом почвенной влаги, который существенного влияния на продуктивность агрофитоценозов не оказывает. Из-за неравномерного распределения атмосферных осадков во времени имеет место инфильтрация влаги, а также наблюдается снижение влажности за пределы оптимума в биологически активном слое. Вероятность средневлажного года составляет 2-3 года из 10 текущих лет. Дефицитный водный режим чернозема обыкновенного формируется в средний год, так как атмосферные осадки компенсируют испаряющую способность климата только на 50 %.
При таком водном режиме потери продуктивности фитоценозов могут достигать 7075 %. Для возделывания влаголюбивых культур требуется ирригация с нормой 283 мм. В среднесухой год (Р = 75 %) и острозасушливые годы (Р = 95 %) водный режим чернозема формируется дефицитным, что требует проведения ирригации.
Таблица 1
Водный режим чернозема выщелоченного
Р, % Оросительная норма, (М) мм Атмосферные осадки, (Х) мм Испаряемость, (Ео) мм Инфильтрация, (J) мм X+MiAW/Ео = КУ
Без орошения
5 - 391 361 10 1,10
25 - 341 499 9 0,82
50 - 270 519 7 0,65
75 - 157 567 4 0,40
95 - 131 622 3,5 0,32
При орошении
5 - 391 361 10,2 1,1
25 - 341 499 37 0,95
50 181 270 519 41 1,00
75 314 157 567 42 0,95
95 314 131 622 40 0,82
Оросительная норма в эти годы составит 403 мм. Формирование высокопродуктивных агрофитоценозов в этих условиях без ирригации невозможно. В условиях без орошения возможно возделывание только засуховыносливых низко продуктивных многолетних злаковых трав с невысокой кормовой ценностью.
Отличительной особенностью водного режима мелиогенных почв является то, что биологически активный слой находится в постоянном контакте с капиллярной каймой грунтовых вод.
Водный режим чернозема обыкновенного
Р, % Оросительная норма, (М) мм Осадки (Х), мм Испаряемость (Ео), мм Инфильтрация (Х), мм Х+М±ДW/ Ео = КУ
Без орошения
5 - 391 485 10 0,95
25 - 359 610 6 0,70
50 - 206 575 5 0,50
75 - 131 628 3 0,30
95 - 64 702 2 0,20
С орошением
5 - 391 485 10 0,95
25 - 359 610 47 0,70
50 283 206 575 44 0,97
75 403 131 628 48 0,96
95 403 64 702 42 0,76
Продолжительность времени, в течение которого капиллярная кайма грунтовых вод смыкается с биологически активным слоем ирригационно-гидроморфных почв, определяет величину испарения грунтовых вод из этого слоя [2, 3].
В орошаемой лугово-черноземной почве прирост влаги составил 67 мм. Капиллярный приток влаги от грунтовых вод невысокий. Интегральная величина приходных статей водного баланса (атмосферные осадки и капиллярный приток от грунтовых вод) компенсирует эвапотранспирацию только частично, и это вызывает в бездождные, меж-поливные периоды миграцию верхней границы капиллярной каймы. «Сработка» верхней зоны капиллярной каймы протекает под влиянием десукции капиллярно-восходящего потока влаги корнями агрофитоценоза. Под влиянием капиллярного притока влаги от грунтовых вод частично снимается дефицит почвенной влаги в биологически активном слое этих почв. Водный режим лугово-черноземной почвы формируется дефицитным в средний, среднесухой и острозасушливый годы. Близость капиллярной каймы грунтовых вод относительно биологически активного слоя, с одной стороны, улучшает условия водоснабжения фитоценозов за счет капиллярного притока влаги от грунтовых вод, но, с другой стороны, увеличивает объем инфильтрационных потерь влаги за его пределы (табл. 3).
Таблица 3
Водный режим лугово-черноземной почвы
Р, % Оросительная норма (М), мм Атмосферные осадки (Х), мм Капиллярный приток (К), мм Испаряемость (Ео), мм Инфильтрация (I), мм ДW+Х+М+ +К/Ео = КУ
Без орошения
5 - 391 3,1 485 19 0,94
25 - 359 5,1 610 18 0,71
50 - 206 7,8 575 10 0,49
75 - 131 9,6 628 6 0,33
95 - 64 13,0 702 3 0,20
С орошением
5 0 391 3,1 485 65 0,95
25 0 359 5,1 610 68 0,71
50 165 206 7,8 575 61 0,77
75 295 131 9,6 628 70 0,80
95 292 64 13,0 702 59 0,62
Особенностью водного режима луговой почвы является то, что по мере усиления степени гидроморфизма уменьшает прирост влаги до 55 мм и возрастает величина капиллярного притока влаги от грунтовых вод, а также инфильтрационные потери влаги за его пределы. Дополнительная приходная статья водного баланса биологически активного слоя обеспечивает бездефицитный водный режим этих почв в условиях влажного и средневлажного годов. В средний, среднесухой и острозасушливый годы водный режим этих почв формируется дефицитным. Чтобы избежать значительных потерь в продуктивности фитоценозов, необходима ирригация. Оросительная норма составляет 208 мм.
Особенностью водного режима ирригационно-гидроморфных почв является и то, что наблюдается увеличение непроизводительных потерь воды на инфильтрацию по мере усиления степени гидроморфизма почв. Водный баланс влажно-луговой почвы указывает на то, что прирост влаги уменьшается до 46 мм и потребность в орошении только в острозасушливый год. Главным элементом приходной части водного баланса являются не осадки, а капиллярный приток от грунтовых вод (табл. 4), который значительно превышает сумму атмосферных осадков. Ирригация для дополнительного увлажнения влажно-луговых почв не требуется в годы различной обеспеченности атмосферными осадками.
Таблица 4
Водный режим луговой почвы
Р, % Оросительная норма (М), мм Атмосферные осадки (Х), мм Капиллярный приток (К), мм Испаряемость (Ео), мм Инфильтрация (I), мм ДW+Х+К+ +М/Ео=Ку
Богарное земледелие
5 - 391 10 361 47 1, 26
25 - 359 17 610 43 0, 71
50 - 206 25 575 25 0, 50
75 - 131 30 628 16 0, 34
95 - 64 42 702 8 0, 23
Орошаемое земледелие
5 - 391 10 361 47 1, 26
25 - 359 17 610 43 0, 71
50 208 206 25 575 74 0, 86
75 208 131 30 628 81 0, 67
95 208 64 42 702 65 0, 52
Таблица 5
Водный режим луговой влажно-луговой почвы
Р, % Атмосферные осадки (Х), м Капиллярный приток (К), мм Испаряемость (Ео), мм Инфильтрация (Х), мм КУ=ДW+Х+К/Ео
5 391 148 361 59 1, 6
25 359 342 610 65 1, 2
50 206 236 575 31 0, 85
75 131 257 628 20 0, 67
95 64 288 702 10 0, 57
Выводы
1. Водный баланс чернозема выщелоченного формируется: положительным в год 5 % обеспеченности; близким к нулевому — в год 25 % и 50 % обеспеченности; в годы 75, 95 % обеспеченности осадками формируется дефицитным и для высокой продуктивности агрофитоценозов требуется оросительная мелиорация.
2. Водный баланс в черноземе обыкновенном формируется положительным в год 5 %, близким к нулевому — в год 25 % обеспеченности. В годы 50, 75, 95 % обеспеченности осадками он формируется отрицательным и для регулирования водного режима требуется оросительная мелиорация.
3. Особенностью водного режима ирригационно-гидроморфных почв является формирование возрастающего по мере усиления степени гидроморфизма капиллярного притока влаги от грунтовых вод и инфильтрационных потерь влаги за пределы биологически активного слоя. Ирригация требуется в средний, среднесухой, острозасушливый годы на лугово-черноземных и луговых почвах. Влажно-луговые почвы в ирригации не нуждаются.
4. Водный режим орошаемого чернозема формируется по типу периодически промывного, а мелиогенных почв — по типу десуктивно-выпотного и выпотного.
Список литературы
1. Панов, Г. А. Влияние отдельных видов сельскохозяйственных мелиораций на урожайность кормовых культур / Г. А. Панов // Проблемы оросительных мелиораций и водного хозяйства на Южном Урале. Челябинск, 1991. С 20-26.
2. Шишов, Л. Л. Лизиметры в почвенных исследованиях / Л. Л. Шишов, И. С. Каури-чев, В. А. Большаков, Н. А. Муромцев и др. М. : Почвен. ин-т им. В. В. Докучаева, 1998. 264 с.
3. Панов, Г. А. Капиллярный приток влаги от грунтовых вод как фактор режима почвообразования // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения : сб. науч. тр. Челябинск, 2000. Вып. 2. С. 107-114.
И. П. Добровольский, А. Б. Селихов
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СОЛЯНОКИСЛЫХ ОТРАБОТАННЫХ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ БИШОФИТА, ПИГМЕНТОВ И КОАГУЛЯНТОВ
В металлургии после травления металлов соляной кислотой образуются солянокислые отработанные травильные растворы. В статье предлагаются перспективные направления переработки данных отходов с получением бишофита (хлористого магния), пигментов и коагулянтов. Предложенные технологии утилизации отходов решают экологические проблемы и по сравнению с действующими направлениями экономически выгодны.
Ключевые слова: солянокислые отработанные травильные растворы, переработка отходов, хлористый магний, пигменты, коагуленты.
В металлургии растворы кислот в значительных количествах применяют для очистки от окалины или для получения требуемого вида поверхности металлических полуфабрикатов, т. е. для травления металлов. Существует проблема утилизации отработанных травильных растворов, в том числе и солянокислых отработанных травильных растворов (СОТР). Например, Калибровочный завод (г. Магнитогорск) производит в год до 10 000 т кислотосодержащего шлама (состоящего из БеО + Ре203 — 17,35 %; БеС12 + РеС13 — 34,82 %; НС1 — 2,35 %; Н20 — 47,72 %; pH 3,14). Данный вид отходов можно перерабатывать с получением ценных продуктов: бишофита (М^СЬ'бНгО), пигментов (БеС13), коагулянтов (БеООН). Рассмотрим существующие технологии переработки СОТР, проанализируем их эффективность и предложим наиболее перспективные направления переработки.
