Содержание к диссертации
Введение
1. Природно-хозяйственные условия Омского Прииртышья и их оценка с позиций оптимизации водно-солевого режима почвогрунтов 10
1.1 Рельеф и геоморфологические условия 10
1.2 Геологическое строение и гидрогеологические условия района исследования 13
1.3 Почвенно-мелиоративные условия 17
1.4 Районирование территории Омского Прииртышья по климатическим ресурсам 23
1.5 Мелиоративный фонд и его современное состояние 29
2. Мелиоративно-хозяйственные условия проведения исследований 34
2.1 Территориальное размещение стационаров и состав изучаемых вопросов 34
2.2 Особенности гидрогеологических условий опытно-производственных стационаров 36
2.3 Характеристика мелиоративных систем и воднобалансовой станции 38
2.4 Динамика уровня грунтовых вод 40
2.5 Оценка дренажного стока 42
2.6 Определение потенциала почвенной влаги 44
3. Структурно-функциональные физические свойства черноземных почв 48
3.1 Влияние орошения на режим грунтовых вод на орошаемых землях 74
3.2 Динамика водорастворимых солей в зоне аэрации под влиянием дренажа 80
3.3 Расчет параметров дренажа на основе данных режимных наблюдений 87
4. Оптимизация условий орошаемого земледелия на основе управления водно- солевым балансом почвогрунтов 95
4.1 Физиологические основы необходимости применения оросительных мелиорации 97
4.2 Достоковая (эрозионно допустимая) поливная норма 103
4.3 Дефицит суммарного водопотребления 106
4.4 Вегетационные поливные нормы 113
Выводы и предложения производству 116
Библиографический список 119
Приложения
- Геологическое строение и гидрогеологические условия района исследования
- Особенности гидрогеологических условий опытно-производственных стационаров
- Динамика водорастворимых солей в зоне аэрации под влиянием дренажа
- Достоковая (эрозионно допустимая) поливная норма
Введение к работе
Актуальность темы. Создание оптимальных условий наиболее
полного и рационального использования природно-ресурсного и
экономического потенциалов для обеспечения населения страны продовольствием всегда остается важнейшей обязанностью Государства. Решение этой проблемы определяется наличием пригодных для сельскохозяйственного производства земель, их биоклиматическим потенциалом, а также объемом вложения в сельскохозяйственное производство труда и капитала (Концепция развития комплексных мелиорации и повышения продуктивности орошаемых земель России. Волглград-2001).
Следовательно, главная цель научно обоснованных комплексных мелиорации сельскохозяйственных земель сводится к реализации потенциала почвенного плодородия на основе систематического его воспроизводства для получения стабильных урожаев сельскохозяйственных культур, исключающая отрицательные воздействия на все компоненты природно-территориальных комплексов, в том числе современные мелиоративные ландшафты
Существенным и сдерживающими факторами повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий и пашни наряду с другими деградационными процессами являются засоление и осолонцевание, что связано, во-первых, с недостаточным научным обоснованием мелиоративных режимов, с отсутствием прогнозных расчётов при проектировании, во-вторых, с нарушением технологических операций при эксплуатации. Многолетний опыт орошаемого земледелия показывает, что даже при незначительных, зачастую не сбалансированных или недостаточно целенаправленных антропогенных воздействиях наблюдается развитие экологических кризисных явлений,
связанных с загрязнением, истощением, деградацией земельных ресурсов и окружающей природной среды.
Несмотря на безусловно положительный эффект мелиорации, подача воды на поля вызывает в первую очередь значительные изменения водно-солевого баланса почвогрунтов и почвенно-мелиоративных условий.
Процессы вторичного засоления могут привести к снижению продуктивности орошаемых земель или выводу их из землепользования в результате вторичного засоления.
Таким образом, комплексное исследование водно-солевого режима почво-грунтов в целях минимизации и предотвращения негативных последствий при применении водных мелиорации является важнейшей научно-производственной проблемой, что определяет необходимость и актуальность проведенных исследований.
Цели и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась в исследовании основных закономерностей формирования водно-солевого режима орошаемых земель Омского Прииртышья на фоне горизонтального систематического дренажа. В соответствии с поставленной целью были определены и решены следующие основные задачи:
- изучить структурно-функциональные физические свойства
орошаемых черноземных почв Омского Прииртышья;
исследовать динамику грунтовых вод и вводно-солевого режима почв в условиях орошения на фоне дренажа и без него;
выполнить анализ уровенного режима грунтовых вод при орошении на фоне дренажа и исследовать его взаимосвязь с природно-хозяйственными условиями;
определить основные расчетные параметры системы горизон-
тального дренажа из условий его применимости и работоспособности для Омского Прииртышья.
Объектом исследования являются территориальные природно-сельскохозяйственные комплексы (агроландшафты) Омского Прииртышья.
Предметом исследования выступают закономерности формирования водного и солевого режимов мелиорируемой толщи и зоны аэрации при орошении на фоне горизонтального систематического дренажа.
Методы исследований. Теоретической и методологической основой исследований служат основополагающие законы природы и общественного развития, труды российских и зарубежных исследователей по теории фильтрации и массопереноса в пористых средах, рациональному природопользованию, методические, нормативные документы и ГОСТы.
Методика исследований основана на комплексном использовании полевых, лабораторных и математических методов. Расчет и обработка результатов исследований выполнялись методами: системного анализа, математической статистики с применением пакетов прикладных программ Statistical (Stat Soft, Inc), Excel (Microsoft), программирования Qbasic4.5, в том числе авторские.
Научная новизна исследований состоит в том что:
установлены структурно-функциональные физические свойства орошаемых черноземных почв Омского Прииртышья;
исследована динамика грунтовых вод и водорастворимых солей орошаемых почв на фоне систематического горизонтального дренажа;
- обоснована возможность получения основных водно-физических
свойств черноземных почв Омского Прииртышья с применением кривых
водоудержания;
- получены параметры для математических моделей расчета
междренных расстояний.
Основные положения, выносимые на защиту.
закономерности основных гидрофизических характеристик орошаемых черноземных почв Омского Прииртышья;
закономерности динамики уровня грунтовых и водорастворимых солей под влиянием антропогенных факторов;
результаты расчетов величин инфильтрационного питания грунтовых вод по данным статистического анализа рядов многолетних режимных наблюдений за уровнями грунтовых вод на массивах орошения для обоснования параметров дренажа;
- основные параметры систем водопонижения и водоотведения для
условий Омского Прииртышья
Практическая значимость работы. Тематика проводимых исследований является актуальной в области мелиорации, водохозяйственного строительства и орошаемого земледелия. Полученные результаты исследований используются при проектировании и строительстве систем водопонижения, водоотведения различного уровня и назначения, разработке схем инженерной защиты территорий от подтопления поверхностными и грунтовыми водами, в тепло-водно-балансовых расчетах, а также активно используются в учебном процессе - в курсовом и дипломном проектировании по направлениям подготовки специалистов «Инженерные системы сельскохозяйственного водоснабжения, обводнения и водоотведения, «Комплексное использование и охрана водных ресурсов», «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», «Природоохранное обустройство территорий».
Апробация работы Основные положения исследований изложены, докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО Омского аграрного университета (Омск 1997-2005гг.), в изданиях Омского ЦНТИ (Омск-1997), Международной конференции «Роль России и Сибири в развитии экологии на пороге XXI века» (Омск-1997), III областной научно-практической конференции «Природа, природопользование и природообустройство Омского Прииртышья» (Омск-2001), научно-практической конференции «Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях» (Волгоград-2001), III общественных слушаньях «Чистая вода Прииртышья» (Омск-2001), Международной научно-практической конференции «Проблемы управления и рационального использования водных ресурсов бассейна реки Иртыш» (Омск-2004), Омском научном вестнике (Омск-2006), Материалы исследований использованы и содержатся в производственных отчетах по хоздоговорной тематике «Инженерная защита города Называевска от подтопления грунтовыми и затопления сторонними водами» (Омск-2001), «Мониторинг подтопленных земель сельскохозяйственного использования Тюкалинского района с целью выявления причин подтопления и оценки их современного состояния» (Омск-2002), По результатам выполненных работ получен патент РФ на полезную модель «Устройство для измерения скорости потока». Основные положения имеют внедрения в учебный процесс и ведущие производственные организации в области водного хозяйства и водопользования.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ общим объемом 9,6 п.л,
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и предложений производству, списка литературы (139 наименований отечественной и 10 иностранной) и приложений. Работа изложена на 134 страницах, включает в себя 20 таблиц, 27 рисунков, приложения - в том числе 10 актов внедрения и 1 патент.
Диссертационная работа выполнена на основе собственных изысканий автора проведенных в 1996-2004г. в ФГОУ ВПО ОмГАУ на опытно производственном стационаре базовых хозяйств АО «Заря» и АО «Новоомский» по материалам полевых экспериментов и лабораторных исследований.
Ряд организаций - «ОМСМЕЛИОВОДХОЗ» (А. Е. Сницарь, В. В. Субботин), «Омский отдел СИБНИИГИМ», (Н. Т. Юрченко), «Федеральное водное агентство по Омской области» (С. В. Полев, Л. В. Логвинова) и др. любезно представляли архивные материалы и оказывали методическую помощь.
Особую благодарность за возможность использования научно-производственной, материально-технической базы и богатого фондового материала выражаю Заслуженному мелиоратору РФ, проф. кафедры ГГИГ, к.т.н. Александру Ивановичу Кузьмину.
1. Природно-хозяЙственные условия Омского Прииртышья и их
оценка с позиций оптимизации водно-солевого режима почвогрунтов.
Объектом исследования является территория Омского Прииртышья распо-ложеная в южной части Западно-Сибирской низменности, по среднему течению р. Иртыш.
Протяженность территории в административных границах Омской области с севера на юг около 1000 км, с запада па восток - более 300 км, общая площадь 141,2 тыс. км . На юге она граничит с Казахстаном, на востоке - с Новосибирской, северо-востоке - с Томской, северо-западе - с Тюменской областями. По природным условиям вся площадь делится на три зоны: северную (южная тайга) площадью 51,7 тыс. км (36,6% территории), лесостепную - 62,8 тыс.км (44,4%) и степную - 26,6 тыс.км (19 %). В структурном отношении земли сельскохозяйственного назначения занимают площадь 8989,0 тысга., что составляет 64% от площади общего земельного фонда.
Размеры и географическое положение исследуемой территории определяют разнообразие ее природно-хозяйственных условий, видов и типов комплексных мелиорации, уровня и степени деградационных процессов и явлений.
Геологическое строение и гидрогеологические условия района исследования
В геолого-структурном отношении территория Омского Прииртышья находится в пределах крупнейшей Западно-Сибирской платформы, а в гидрогеологическом - в одном из частных бассейнов сложного Западно-Сибирскрго артезианского бассейна - Иртышском. Формирование геологических и гидрогеологических условий происходило здесь в течении всего мезокайнозойского периода и продолжается в настоящее время. Осадочный чехол платформы в пределах южной половины территории представлен неогено-глинистыми отложениями мезокайнозоя общей мощностью до 3,0-3,5 км. В его разрезе выделяют две глинистые толщи палеогено-неогенового возраста, принимаемые в гидрогеологическом отношении за региональные водоупоры (рис. 1.2).
Палеогеновые отложения (Pg) представлены осадками чаганской свиты. По составу это выдержанная толща зеленовато-серых, темно-серых и зеленых пластичных глин с редкими тонкими прослоями и гнездами алевритов, песчаников и песков. В мелиоративно-гидрогеологическом отношении наибольшее влияние оказывает вторая, менее мощная, толща глинистых неогеновых отложений (N) (пестроцветные жирные, редко песчано-алевритовые глины, обычно насыщенные окислами железа и твердыми известково-мергелистыми образованиями), распространенных в пределах лесостепной и степной зон и имеющих общую мощность до 70 м (в том числе под речными террасами до 40 м). Повсеместно они перекрыты современными четвертичными отложениями (Q) - от покровных субаэральных (на водоразделах) до сложного сочетания комплекса четвертичных озёрно-аллювиальных и аллювиальных.
Наиболее интенсивному водохозяйственному и мелиоративному освоению подвержены аллювиальные отложения надпойменных террас р. Иртыш, лесостепной и степной зон (А. И. Бойнов, А. И. Казьмин 1975 и др.).
В пределах третьей надпойменной террасы эти отложения весьма редки и чаще представлены отдельными линзами мощностью 0,4-1,2 м. в углублениях неогенового ложа. На второй и первой террасах значительно выдержанных горизонтов крупнозернистых и гравелистых песков также не отмечается. Они обычно приурочены к погребённым мелким долинам стока, отмеченным в рельефе балками, представляя нижнюю часть разреза мощностью 2,0-5,0 м. Выше их залегают мелкозернистые иловатые пески, сменяющиеся в верхней части аллювиальной толщи мелко-тонкозернистыми сильно заиленными песками и супесями. Более тонким составом характеризуются фации прирусловых валов, которые представлены мелко- и тонко-зернистыми песками с тонкими прослойками, линзами и гнёздами крупнозернистого песка, суглинков и супесей, залегающих обычно в тыловой, более мелководной части террасы.
Верхнюю часть аллювиальных отложений террасы представляют суглинки средние и тяжёлые, буровато- и голубовато-серые, слабозасолённые. Их можно характеризовать как тонкослоистую с чередованием (через 2-5 мм.) пес-чано-суглинистую толщу. На участках повышенного залегания неогенового ложа они составляют часть раздела с изменяющейся мощностью от 1 -2 до 20 м. В гидрогеологическом отношении четвертичные отложения террас представляют единый гидрогеологический комплекс грунтовых вод. Обводнёнными являются все генетические виды отложений. По характеру подземные воды грунтовые, часто с незначительным местным напором. Глубина их залегания от 2,5-4,0 до 8,0-10,0 м. Меньшие глубины характерны для пониженных участков рельефа, большие - для участков приближённых к уступам террас и к современной эрозионной сети. На основной территории связь грунтовых вод с напорными водами олигоценового комплекса (глубина залегания 70-250 м, минерализация до 10,0 г/л.) отсутствует. Отмечается слабая взаимосвязь с грунтовыми водами спорадического распространения неогеновых отложений в местах переуглубления неогенового ложа (А. И. Кузьмин 1978 и др).
Минерализация грунтовых вод исследуемой территории изменяется в широких пределах - от 1,2 до 4,5-6,8 г/л. Состав в основном хлоридно-натриевый и хлоридно-сульфатно-натриевый. Это связано с разнообразием фильтрационных свойств водонасыщенных пород, коэффициент фильтрации которых изменяется от 0,03-0,09 м/сут (для покровных суглинков) до 1,5-13,0 м/сут (для руслового аллювия) и слабой проточностью водоносных пластов из-за их закрытости в сочленении террас и поймы р. Иртыш [17, 69].
По положению уровня грунтовых вод фиксируется слабый грунтовый поток в сторону поймы р. Иртыш, однако естественная дренированность территории незначительна и неравномерна даже на участках, где залегают породы с высоким коэффициентом фильтрации. Так, естественная разгрузка грунтовых вод в пределах Ш-й и части П-й террас не превышает 5,5-10,0 мм/год, что характеризует донную территорию по Д. М. Кацу как бессточную. Лишь участки 1-й и П-й надпойменных террас, приближенных к пойме р. Иртыш (на 1-2 км), могут быть отнесены к весьма слабодренированным [115].
В целом для гидрогеологического профиля исследуемой территории характерно большое литологическое разнообразие аллювиальных отложений, вклинивание и замещение одного состава другим, что весьма затрудняет мелиоративную типизацию условий.
Особенности гидрогеологических условий опытно-производственных стационаров
В гидрогеологическом отношении рассматриваемая территория приурочена к 2 и 3 надпойменным трассам, сложенным до 10-12м. покровными субаэральными, аллювиальными и неогеновыми отложениями (рис. 2.2). Покровные отложения залегают с поверхности земли. В основном они представлены тяжелыми суглинками. Мощность их изменяется от 1,2 до 3,0м. Ниже залегает толща аллювиальных отложений общей мощностью от 2,5 до 12,0м. Остальная часть толщи представлена тонким переслаиванием суглинков, мелкого песка и супеси. На глубине 10,0-12,0м аллювиальные отложения подстилаются образованиями неогена в виде алевритовых голубовато-серых глин с тонкими прослоями мелких песков и алевритов. Эти образования принимаются за местный водоупор [17,69].
Гидрогеологические условия опытно-производственного стационара (фондовые материалы каф. ГГИГ ФГОУ ВПО ОмГАУ). В понятие типичности в данном случае вкладывается характерность свойств почвогрунтоа и гидрогеологических условий опытно-производственного стационара для зоны в целом, высокий уровень агротехники, использование семян районированных сортов, а также длительная продолжительность проведения исследований.
Требование проведения полевого опыта на специально выделенном, выровненном по литологическому строению и плодородию участке логически вытекает из принципа единственного различия.
Оросительные системы стационара являются системами комбинированного типа, с подачей воды стационарными или передвижными насосными станциями по закрытым трубопроводам. Выпуск воды из трубопровода осуществляется в постоянные земляные оросители через односторонние или двусторонние водовыпуски.
Система дренажа (рис. 2.3) представлена горизонтально заложенными дренами выполненными из асбестоцементных труб диаметром 100мм с перфорацией (щели 3-4мм. шириной и до 150мм. длиной). Схема системы горизонтального систематического дренажа на оросительной системе А.О. «Заря» (фондовые материалы каф. ГГИГ ФГОУ ВПО ОмГАУ). Глубины заложения дрен составляют от 2,2м. в начале - до 4,0м. в устьевой части и определяется уклоном, длинной дрены, а также условиями микрорельефа, Дренажные трубы имеют двойную обмотку из стекловолокна и песчаную обсыпку из среднемелкозернистого песка толщиной 0,15мм. Дрены проложены параллельно оросительным каналам на расстоянии 120м. друг от друга, а для изучения влияния оросителей учащенно- 2Др2а, 2ДрЗа.
Схема воднобалансовой станции: А - галерея с лизиметрами; Б -конструкция лизиметра-балансомера (фондовые материалы каф. ГГИГ ФГОУ ВПО ОмГАУ). Воднобалансовая станция позволяет детально и комплексно исследовать элементы водного баланса почвогрунтов отдельных участков местности, необходимых для расчета водного баланса в его естественном и измененном под влиянием хозяйственной деятельности виде [ПО, 121]. Изучались также основные закономерности гидрометеорологических процессов в пределах речного бассейна, что позволило усовершенствовать методы гидрологических расчетов и прогнозов.
Наблюдения за уровнями почвенно-грунтовых вод на мелиорируемых землях послужили основой для оценки эффективности действия мелиоративных систем, поскольку положение уровней в тот или иной момент времени относительно исходных можно рассматривать как итог взаимодействия приходных и расходных статей водного баланса территории (Д. М. Кац 1967, С. Ф. Аверьянов 1978, И. П. Айдаров 1985, А. И. Кузьмин и др 2001). Имея в своем распоряжении материалы о колебаниях уровней грунтовых вод на осушаемых площадях, можно объективно судить о том, какие конструкции или параметры регулирующей сети обеспечивают более интенсивное осушение почвы, а сопоставляя скорость снижения уровней в критические, «поверочные» по метеорологическим условиям, периоды с нормальной скоростью, установленной для возделываемых сельскохозяйственных культур, можно выбрать оптимальные с технической точки зрения варианты дренирования, которые после экономического их обоснования могут быть рекомендованы для широкой производственной проверки и внедрения [79]. Расположение режимных наблюдательных скважин, интервалы посадки фильтров и их конструкция (рис. 2.5) позволили детально изучить водный баланс и закономерности динамики уровня грунтовых вод при различных вариантах расположения дрен относительно оросителей с учетом характера водного питания и литологическое строение почвогрунтов опытного участка.
Последующая оценка запасов подземных вод, расчет стока грунтовых вод и прогноз изменения режима этих вод при орошении земель выпалены по величинам питания грунтовых вод. Наблюдения за режимом грунтовых вод позволили непосредственно оценить величину питания грунтовых вод, являющуюся результирующей элементов водного баланса на дневной поверхности и в зоне аэрации.
Практическая ценность этой оценки заключается в том, что среднемноголетняя величина питания грунтовых вод характеризует собой естественный подземный сток, а определенные по экспериментальным материалам нормы инфильтрации и питания грунтовых вод средних по водности лет являются основными показателями ресурсов грунтовых вод.
Наблюдения за стоком из дрен проведены для оценки эффективности работы закрытой дренажной сети, отводящей избыточную воду, а также для получения данных, необходимых при расчетах водного баланса территории и оценки эффективности работы дренажных систем [79, 80].
Материалами замеров дренажного стока определены расходы воды, и модули дренажного стока при различных схемах расположения дрен и разном междренном расстоянии. Модуль дренажного стока является важнейшим показателем эффективности работы осушительной системы. При сопоставлении полученных значений модулей с наблюдениями за динамикой уровней грунтовых вод и атмосферными осадками установлены наиболее выгодные схемы расположения дрен и рассчитаны междренные расстояния для наиболее быстрого отвода избыточных вод.
Учет подземного стока в устьях коллекторов проводился объемным методом и с помощью водослива «Томсона».
В ходе исследований, в соавторстве, разработано устройство для измерения скорости потока целью которого является повышение эффективности производства гидравлических измерений при оперативном контроле скорости и учёте расхода жидкости в открытых руслах и безнапорных самотечных трубопроводах (рис. 2.6). Устройство отличается простотой конструкции, содержит мало элементов работающих в динамике, надёжно в эксплуатации, имеет высокую достоверность результатов. Опытные модели прошли исследования в гидравлической лаборатории ФГОУ ВПО ОмГАУ на предмет тарировки и производственные испытания на опытно-производственном полигоне. Разработанное устройство внедрено и успешно используется в производстве (приложение ), а также по изобретению получен патент на полезную модель №32606 20.09.03.
Динамика водорастворимых солей в зоне аэрации под влиянием дренажа
Применение оросительных мелиорации приводит к нарушению равновесия основных статей водного баланса зоны аэрации, в сторону увеличения приходной части, приводящее к подъему уровня грунтовых вод с последующим развитием процессов засоления [80, 81]. При хорошо проницаемых породах и значительной мощности водоносов подъем грунтовых вод также происходит, но стабилизируется на глубинах, которые недоступны для испарения. При слабой водопроницаемости, незначительных уклонах скатерти, грунтовые воды не справляются с отводом дополнительно образующихся подземных вод. Основными причинами, способствующими подъему уровня грунтовых вод, являются дополнительное питание за счет изменения естественного влагооборота в зоне аэрации при увлажнении поверхностного слоя и инфильтрация воды из оросительной сети. Грунтовые воды выходят на глубину доступную для непосредственного испарения, оставляют соли в зоне аэрации и в зависимости от высоты подъема - в корнеобитаемом слое (В. В Ведерников 1939, И. П. Айдаров 1985).
Водораздельные пространства территории Омского Прииртышья являются практический бессточными, а в пределах второй и третей аллювиальных террас верхняя суглинистая толща весьма слабо проницаема (коэффициент фильтрации изменяется в пределах 0,1-0,3 м/сут). Поэтому первый опыт многоконтурного орошения в области привел к быстрому подъему уровня грунтовых вод и развитию процессов засоления земель. Так в А.О. «Ново-Омское» засоление заметно начало развиваться на 3-4 год после ввода Площадей и достигла опасного уровня на 6 год.
Применение дренажа для регулирования уровня грунтовых вод и солевого режима почв в Омской области сдерживалось отсутствием опыта по устройству водоприемной части в тяжелых грунтах, глубин залегания и расстояний между дренами. Поэтому были созданы два опытно-производственных участка орошения с горизонтальным систематическим дренажем и различной схемой расположения дрен.
Оценка влияния глубины залегания уровня грунтовых вод на солевой режим почв производилась при регулярных наблюдениях за динамикой уровня грунтовых вод с опробованием почвогрунтов на солесодержание во всей зоне аэрации, по водной вытяжке, и грунтовых вод. По данным химического анализа определялась сумма токсичных солей, «суммарный эффект» (Сэ) и в принятых критериях института почв АН СССР оценивалась степень засоления.
Анализ водно-солевого режима почвогрунтов показывает, что интенсивное перераспределение легкорастворимых солей в корнеобитаемом слое происходит в жаркий период вегетации - май, июнь, июль при преобладании хлоридно-сульфатного типа засоления, свойственного почвам промежуточного засоления (приложениеА). [73, 98].
Динамика перераспределения усиливается с подъемом уровня грунтовых вод ближе 2 м от поверхности земли. На первом опытно-производственном участке (рис.3.11-А) на фоне неконтролируемых поливов и длительных застоях воды в оросителях произошло накопление солей в активной корнеобитаемоЙ толще (0,6м) от исходной слабой степени засоления 0,08-0,1 % до 0,13-0,16 % на ЮОг почвы.
На втором опытно-производственном участке (рис. 3.11-Б), где дренаж отсекает действие оросителей на уровень грунтовых вод, солевой режим формируется более благоприятный. Здесь в первые три года произошло
перераспределение токсичных солей вверх в пределах 60 см от 0,098-0,107 % до 0,162-0,36 % на 100 г почвы и с 0,19-0,49 % до 0,43-0,56 на 100 г для горизонта 0,6-1,0 м. Затем, под влиянием промывного режима орошения и при сохранении уровня грунтовых вод более 2,1 м от поверхности земли солесодержание снизилось, в течении 4К лет, находясь в пределах 0,034-0,077 % в слое 0,6 м и 0,077-0,187 % в горизонте 0,8-1,0 м.
Проведенные исследования показывают, что в пределах исследуемой территории опасное накопление солей в корнеобитаемом слое почвы может происходить при глубине залегания уровня грунтовых вод, в жаркий период лета, выше 2м от поверхности земли в течение более 15-20 суток [104]. Поэтому при проектировании дренажных систем следует исходить из глубины залегания грунтовых вод не менее 2Д - 2,2 м при их минерализации до 3,5 г/л.
Наиболее важным вопросом при эксплуатации оросительных систем является вопрос сохранения и улучшения почвенно-мелиоративиых условий, как эксплуатируемого участка, так и прилегающей к нему территории. Почвеино-мелиоративные показатели определяются водно-физическими и физико-химическими свойствами почвогрунтов, от которых зависит формирование водного, солевого, пищевого и воздушного режимов почв. Очевидно, что при ошибках эксплуатации, ведущих к нежелательному изменению вышеуказанных показателей, происходит негативное изменение общей почвенно-мелиоративноЙ обстановки, нередко вызывающий выход земель из сельскохозяйственного оборота [49, 71].
Достоковая (эрозионно допустимая) поливная норма
Основными лимитирующими факторами условий произрастания растений при формировании указанных ландшафтно-мелиоративных систем территории Омского Прииртышья выступают почвенная и воздушная засуха, водная и ветровая эрозия почвы, засоление земель. При поливе дождеванием вегетационные поливные нормы необходимо назначать с учетом интенсивности и качества дождя, впитывающей способности почвы, состояния агрофона, рельефа и уклона поверхности (А. Н. Костяков 1960, И. П. Айдаров, А. И. Голованов и др 1982, Б. Г. Штепа 1990).
Так как необходимое качество и эффективность дождевания обеспечиваются только при поливе достоковыми нормами, то поливная норма при этом может быть меньше на тяжелых и больше на легких по механическому составу почвах, в связи с чем режим орошения дождеванием должен базироваться на технологически возможных поливных нормах.
Во всех случаях технологическая норма полива дождеванием не должна превышать достоковую (эрозионно допустимую) норму, при этом оптимальной продолжительностью дождевания считают период до лужеобразования или стока воды на поле. Практически до этого момента скорость впитывания воды в почву больше или равна действительной.
Интенсивность дождя, обеспечивающую в данных условиях выдачу требуемой нормы полива без стока воды буде максимально допустимой. Она зависит от водопроницаемости почв, уклона поля, растительного покрова, состояния верхнего слоя почвы и от других факторов.
Учитывая среднюю интенсивность дождя для машин позиционного действия и действительную интенсивность для машин работающих в движении применяемых в условиях Омского Прииртышья (рт=0,16-0,4мм/мин), а также показатель впитывания для изучаемых почв (Р=25-35мм) допустимая бесстоковая норма не должна превышать 35мм (350м /га) для чернозёма обыкновенного глинистого, 55мм (550м3/га) для чернозёма выщелоченного тяжелосуглинистого.
В связи с важностью и неизученностью водопроницаемости почв нами рассмотрены вопросы впитывания, фильтрации и передвижения влаги в условиях недостаточного насыщения.
В соответствии с этим интенсивность поглощения влаги почвой уменьшается до постоянной (установившейся) величины, равной коэффициенту фильтрации исследуемого слоя при градиенте напора в конце подачи воды, равном единице на легких грунтах и более единицы - на средних и тяжелых.
Однако, в основу определения водопроницаемости почвы должны быть положены полевые методы, что подтверждают многие исследователей, в том числе (А, Ф. Лебедев 1936, Н. А, Качинский 1965 и др).
Впитывающая способность почвогрунтов при определении прибором ПВН- 00 (А.Н.Нестерова) при достаточном числе повторений подтверждает с большой достоверностью полученные ранее значения и составляет соответственно (260-3 90м /га) для чернозёма обыкновенного глинистого, (380-570м /га) для чернозёма выщелоченного тяжелосуглинистого. При расчетах учитывалось положение, что при дождевании необходимо использовать левую часть кривой впитывания (приложение Д) (рис.4.1).
Перечисленные граничные условия могут быть реализованы величиной поливной и оросительной норм, оптимальной продолжительностью межполивного промежутка времени, а количество поливов и продолжительность оросительного сезона определяется «напряженностью» метеорологических (погодных) условий реальных лет.
Почвенные влагозапасы, как правило, складываются из запасов воды в почвогрунтах зоны аэрации и в зоне насыщения. Среднегодовое значение приращения влагазапасов AW (без учета подземного стока) обычно определяется как остаточный член уравнения водного баланса (И. П. Айдаров и др.1982).
Для расчета элементов водного баланса и комплекса характеристик естественного увлажнения и теплообеспеченности мощность активного слоя влагаобмена в настоящей работе принята, согласно исследованиям К. И. Харченко (1962), Свинцова (1967), Г. В. Воропаева, X. Нургалиева (1970), равной одному метру. Из работ указанных авторов следует, что толща почвы, в которой влагообмен протекает наиболее интенсивно, определяется особенностями развития корневой системы культурных растений. В условиях аридности климата зона интенсивного влагообмена составляет 1,5-2м, хотя зона передвижения влаги может охватывать и более мощный слой.
Формирование почвенного и растительного покровов в пределах природных физико-географических зон обусловлено в основном сочетанием ресурсов тепла и влаги. Этими же факторами определяется необходимость проведения тех или иных видов мелиорации. Первоочередной задачей гидролого-климатического анализа конкретных физико-географических условий является определение количественных характеристик теплоэнергетических ресурсов и влагоресурсов. Только на этой основе можно безошибочно наметить пути и методы преобразования природных условий с целью достижения наивысшей продуктивности растительного покрова и стабильности экологического состояния.
Анализ теплоэнергетических и водных ресурсов территории Омского Прииртышья показывает, что оптимальных условий тепло-влагообеспеченности и наивысшей продуктивности культурной растительности здесь можно достичь лишь путем искусственного увеличения влажности почвы.
