Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО РЕЖИМА ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ (НА ПРИМЕРЕ ПОДГОРНОЙ РАВНИНЫ КОПЕТДАГА)

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО РЕЖИМА ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ (НА ПРИМЕРЕ ПОДГОРНОЙ РАВНИНЫ КОПЕТДАГА)"

А-14НЗ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОЖШКГГВЕННЬК НАУК ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ . ШЧВЕННЫЙ ИЮШУТ им. В. В. ДОКУЧАЕВА '

правах рукописи Щ 631.432. 3:631.67 628.81/85

Шгай Эдуард Тимофеевич'-

огошзация водвосолеюго режима оровших шчв

(на примере подгорной равнины йапетдага)

Специальность Об. 01.02 - '№яюрацш и орошаемое эешедежие

, / ■ . Автореферат диссертации на соискание , ученой степени доктора сельскохогяйственншваук

-Иэсква-1994-

Работа выполнена в 'ордена Трудового Красного Знамени . Почвенной институте имени В. Б. Докучаева,

/ Научные консультанты: ..

л .. академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук/ -

' ' ■ .4 '. - профессор ймиов Л.Л.

академик АН высшей школы, доктор биологических наук, ■ профессор Воронив А. Д.

- Официальные оппоиевт доктор сельскохозяйственна наук Бондарев А. Г. доктор технических наук, профессор Щгльгин Д. Ф. :

доктор технических -наук« академик РАСХН Шумаков Б. Е.:

, • • « ►

, Ведуфя организация - Институт пустынь АН Туркменистана

Защита состоится "¿¿" МАЯ 1994 г. в ±0_ часов : . на заседании специализированного Ученого совета №0.25.01 . при №чвенноы институте имени & Б. Докучаева. ,

Адрес: 109017,-' г.Москва, Пьиевский пер., д.7, - Почвенный . институт имени В. Ь Докучаева.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного '(шститута имени В. В; Докучаева.

■ , Автореферат разослан "2А" А прел 3 1994 г. ' "

Ученый секретарь ' , Специализированного совета, кандидат биологических наук

И. Н. ЛЕИ*: ЯА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВ0Ш

•.. Актуальность проблемы. Дальнейшее развитие земледелия в Среднеазиатской регионе, а частности а Туркменистане, требует проведения больших объемов мелиоративных работ, направленных ка повышение урожайности сельскохозяйственных культур, сохранение высокого плодородия орошаемых почв' и улучшение экологической обстановки ' как внутри оазисов, так и на прилегающих к ним территориях, Решение этих задач предусматривает, с одной стороны, создание* в почве благоприятных для жизнедеятельности растений-условий, в частности водно-солевого режима (КР), а с другой стороны - предотвращение отрицательных последствий орошения; засоления,- загрязнения агрохимичесгаш .^компонентами, заболачивания и др. Следовательно, проблема оптимизации КР связана не .только'с. обоснованием допустимых пределов ув^акае-ния и засоления коряеобитаемого слоя почвы, но и прогнозом.пег терь оросительной воды на инфильтрации, скорости подъема уровня грунта®, вод <УГВ) к -невной поверхности и их отвода с орошаемых полей, а такие расчетом затрат на строительство дое-' важно-коллекторной сети и др.

..В настоящее время для решения оптимизационных и прогнозных задач мелиоративного почвоведения наиболее" широко используются методы, основанные на теории влаго- и' солеперен'са в почвах. Однако, несмотря на достаточно высоки разработаность, их практическое применение часто не дает желаемых результатов, в особенности при.прогнозировании ВСР. Обусловлено зто многими причинами, главными те которых является.погрешности в определении показателей и параметров, харагаеризущих КР;- я недостаточно высокая степень соответствия .модели реальной почве и'протекащйм в ней процессам.

В связи с этим очевидна необходимость и. актуальность дальнейшего развития и совершенствования количественных методов исследования "ВСР и,прогноза его изменения под воздействием различных;-природных а антропогенных факторов.

Целью работы является дальнейшее развитие методологии оптимизации водно-солевого режима орошаемы* почв гак.совокупности принципов, .методов и средств научного обоснования мелисс ративных мероприятий. Для. достижения поставленной' цели

центральная НАУЧНЛР 6' 6Г,-'ОТЕИА Могч. сел^скохсо. пиздедчи кч- ¡С. -а. Ти-чрг>рвла

- г - • .

представляется необходимым решение следущих задач;

. - разработать комплекс оперативных, и вместе с тем надежных и простых в использовании расчггко-эксяерищнгалакьк методов оценки а прогноза водно-солевого баланса оросадшх почв и на их основе: . '

■ ■ - выявить особенности и закономерности формирования ВСР в условиях существующих способов ороиения; . . ,

- оценить влияние почвенных и мелиоративных факторов на ВСР; ~

- оптимизировать поливной' режим, хлопчатника и кормовых культур в условиях бороэдкового орошения;

- обосновать норму орошения кормовых культур на приоа-зисных пустынных песчаных почвах с учетом минерализации поливной воды; , ' - 1

- дать количественную характеристику - перераспределения оросительной воды в системе почва-грунтовые воды; ■ . '

■ ' - решить серию прогнозных задач, связанных с оптимизацией ВСР. '

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовался предложенный нами комплексный . расчет-но-зкспериментальный метод,, основанный на теории влаго- и со-лепереноса в почвах. Оценка элементов водного баланса почв проводилась различными методами: по анализу эпюр всасывающего" давления, динамики влажности почвы и по расчетам влагопереноса на математических моделях. Определение параметров миграции влаги и солей в ПГТ проводилось по ускоренным методикам, основанным на сопряжеком анализе данных лабораторных и лизиметрических экспериментов, натурных наблюдений за динамикой всаськ ващего давления или влажности почвы с данными расчетов на но-, делах. Изучение особенностей и закономерностей формирования" КР проводилось как по материалам лизиметрических, и полевых исследований, лак и математического моделирования. Обоснование оптимального поливного режима хлопчатника на светлых; сероземах, серогемно-луговых и лугово-сероземных почвах, а.также норму орошения кормовых культур на приоазисных пустынных песчаных почвах с ■учетом способов полива и' минерализации ■ оросительной воды проводилось как по данным, натурных и лизиметрических экспериментов, так и по результатам резени* ма:гс-вариантных Ъзтодаащкнншс ездач,; Прсгнмные расчеты, СЕдган-^

- з - ••

. ные с обоснованием скорости подъема УГВ и сроков ввода дренака на орошаемых территориях, интенсивности соленакопления в кор* необитаемом слое почвы, параметров дренажа и сроков его ввода, проводились преимущественно методом математичесгого моделирования. * .

Научная новизна заключается в следущем: разработан комплекс расчетно-Чкспериментаяьных методов ■ оценки и прогноза водно-солевого баланса орошаемых г,очв;

- установлены особенности и закономерности формирования водно-солевого режима орошаемых почв с неоднородным хггологи-ческим профилем;. '

. ; " -предлояены упрошенные и гшсте с тем надежные а-испольэо-вании балансовые модели влаго- и солепереноса, методика их расчета'пс новой схеме и система методов ускоренного определе-* ниа параметров миграции влаги и солей в КГТ; . ,

- обоснован оптимальный поливной режим хлопчатника по гидромодульным районам в гоне третьей очереди каракумского гас нала и кормовых культур на приоазисных пустынных песчаных почвах с учетом минерализации оросительной и грунтовой воды;

- предлолена схема прогноза водного баланса почв с учетом особенностей их насыщения при сосредоточенном (по боров дам) поливе и методика обоснования параметров дреиаиа. '

Ка защиту выносятся следующие основные положения: • -.комплекс рас четно-экспериментальных методов изучения и прогноза ВС?; ' •

- математические (балансовые)- модели влаго- и солепере-'-носа в орошаемых почвах и методы-определения их параметров;

- - методика расчета ЕСР в связи с обоснованием мелиоративных мероприятий (орошение, осушение) и охраной окружающей сре- . да; • ■ .. . . ,- ; -

-.. концепция освоения прилегаща к орошаемым оазисам территорий песчаной пустыни под кормовые культуры.

Практическая значимость работы.ааклшае'тся в следующем: " - установлены особенности формирования ВС? .светлых сероземов и серозеино- лутовш по^в'Дрикопетдагского оазиса в уело- .. виях реального ^ поли г ног о режима'-¿и '¿сущ&ствувдй ■ коллектор-' *. но-дрена*но8 сети; -'^ГI ^ '

. - обоснован равдональний^вогивиой РЙКМ.ХЮП'ЙТНКУЗ в зоне третьей очереди ^Арак^кбго-каяада;

■ - I У«-*1»;"'- ; ■„" - *-

. ' - " • 1. ' г-'л-'"-* ^ ; .

' ■ ■ ' ' г 1Ч". Г ■ 1 .

'■ Л-<» ■■"'.'.-, ' • ,

- отделена ясфш оршекта кордаъых у^гшур яз. прдаа-зисных пустынных, песчаных почем в зависимости от качества поливной воды; •

- составлен прогноз потерь: оросительной воды на инфильтрацию, скорости подъема УГВ и.обоснован« оптимальные параметры дренажа на приоагисных пустынных песчаных почвах при их орошении минерализованной водой. '. ,

Реализация" работы. Результаты работы использованы Копет-дагским бассейновым управлением ороситеиной системы РГО "Турк-менремводхоза" при составлении рекомендаций по поливным режи-. мам сельскохозяйственных культур Туркменистана» • "Туркменгипро-водхогомГ при составлении проекта растениеводческого освоения пустынных песчаных почв. Разработанный комплекс расчет но-экспериментальных методов изучения, БСР,- оснований на теории влаге- и солепереноса используется'в Институте пустынь АН Туркменистана, " Туркменском СХИ, Институте почвоведения АСХН Туркменистана. . ' .

■ Апробация работы. .Результаты исследований представлялись на съездах почвоведов (Тбилиси, 1981; Ташкент, 1985; Новосибирск, 19еэ); конференциях- и совещаниях, проводимых в Туркменистане (Ашхабад, 1980, 1981, 1982, 1984;' Чарджоу, 1663), Азербайджане (Баку,' 1984), Казахстане (Алма-Ата, 1988), Узбекистане (Ташкент, 1987), Российской Федерации (Москва, 1983;' 'Волгоград, 1991; Пуцино-на-Оке, 1992)Украине (Симферополь, 1988); международных симпозиумах, проведённых в Республике Куба (Гавана, 1990), Республике Корея (Сеул,.1990, 1992); заседаниях Ученого Совета Почвенного института им. В, В, Докучаева и. ДР. ;

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 52 печатных работах. - '' ,

Обгем и структура работ Диссертационная работа состоит из введения7 6 глав, - выводов и предложений, списка-использованной литературы и приложений.

Работа изложена наЧАЗ страницах мз-тнсписногс текста и имеет 97 таблиц, 54 рисунка и 21 Список литерату-

ры содержит5|2 наименований. ' . - -

. ОСНОЕЮЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В rme Г "Научно-методическое обоснование регулирования водно-солевого режима' почв" показано, что решение такого рода вадач бззируется прежде всего на данных режимных наблюдений га влаго- и солепереносом в системе почва - грунтовые воды .и 'расчетов'на математических моделях.

" В развитие теории и методов исследования движения влаги и солей-в почве большой вклад внесли работы многих отечественных, я зарубежных ученых. В учении о почвенной влаге, ее свойствах, подвижности и доступности для растений - это прежде всего работы Лебедева А.Ф.'Долгова С.И. Роде А.А- Качинского НА., Еудаговсгаго А, И. и др. Последующее развитее почвенной гидрологии связано.с внедрением термодинамического метода в исследования состояния влаги в почве и раскрытием законов ее передвижения. Этому способствовали работы Бондаренко Н.Ф., Воронина 'А. Д., Глобуса А. М. ,:Корнева КГ.,, Йэрчушва С.С., 'Лкова А.Е , Мельниковой М. К., Мичурина' Р;Е!, Нерпкна' С. Е , Судницына И. И.-, Чудновсксго A. Ф,, Адлера Ы., Болта Г., Бэбкока К', Бэра Я.,-Гарднера Р., Крмеа С..,. Клпга 'А.', ричардса JLA.,' Тейлора ■ С., Филипа Д*., Чайлдса Э; и др. Применительно к 'решении поч-венно-мелиоративных гадам, в особенности задач регулирования и прогноза водно-солевого режима почв, ' большое значение :шеют работы 'Костикова A. R , Коьды R A., ' Аверьянова С. Ф., Антипова-Каратаева И.Н.Айдаройа И, ii , Бочевера Ф. М.. Барона В. А. , Be-! ригина ЕЕ,' ВолоСуева ЕР.,' Голованова А. И., Жёрнова И. Б.,' "Каца Д.Н., Козловского Ф.И., Кулика Е. Я.., Кучмекта Л.С.Лебе-деваА.Е, '^гостаева-ЕМ.,Лбташкной ЕГ., Никольского НЕ,* Нертш'С.Е; Пачепского ЯА., ' Пашковского И. С. .Шлубарико-вой-Кочиной И. Я ,' /РабочеЕа И. С., Рекса Л. И., Ситникова,А.Е , ФайбИЕ»йко Е А., ХуСларяна * U Г., - Шестакова Е М., Шульгина Д. Q.,, В^макова Е Е , Андерсона К. Г., Берта Т. Е , Бреслера 3., ^да. 3. Ф., : Д№$ферса Jbit Я Р., Лукнера JL, Сабольча T/L , Санду Г.Укста Р. Д., Ханкса F. Д. и др.

При решении таких задач в качестве критерия ■ определения йаилучшего состояния ■ водно-солевого режима' орошаемых почв могут быть исполъ?ов'аны различные показатели.: Мелиораторы, нал-* ример," рекомендуют экономические критерии: приведенные (или

суммарные) затраты, эффективность, прибыль. Эти показатели обычно используются при расчете параметров мелиоративных систем на ..стадия их проектирования. Однако, как показывает опыт, с вводом их в эксплуатацию проектный режим зачастую не совпадает с реальным мелиоративным режимом почв, что обусловлено многими причинами. В сложившейся ситуации решение оптимизационной задачи сводится в основном к регулированию водно-солевого режима почв лишь путем поливов (вегетационного, - промывного,( влагозарядкового).. Это обстоятельство предъявляет определенные требования к методике проведения исследований. Предложена ме-■тодика обоснования наилучшего варианта орошения, основанная на .минимизации не только оросительной нормы и числа поливов, но и. потерь воды на инфильтрацию и притока.в корнеобитаемый слой . грунтовых вод за'счет,капиллярного подтягивания. .Такой подход "к. регулированию водно-солевого режима орошаемых .почв пре-■ дусматриваёт проведение режимно-балансовых исследований и численных' экспериментов на математических моделях. . Для проведения натурных экспериментов и расчетов водно-солевого режима на моделях в работе использованы в'основном методы, основанные •на теории влаго- и солепереноса в ненасыщенных средах (почвах).

. Современная теория влаго- и солепереноса основывается на теоретическом представлении,связи воды с.твердой фазой почвы.. Для учета, всех- сил, действующи на систему "почва-раствор" 'вводится понятие о полном термодинамическом потенциале почвек-, ной влаги. Анализ его составляющих позволил выделить основные" физические факторы, влияшцие на передвижение влаги и солей в. почве.. В современных математических моделях принято, что движение почвенной влаги осуществляется под действием прежде всего капиллярно-сорбционного и гравитационного потенциалов, а солеперенос - за счет конвективной диффузии. Однако несмотря на достаточную разработанность теории и методов математического моделирования, их практическое.использование в 'решении,поч-: венно-мелиоративных задач не * получило до сих пор широкого распространения. ■ Обусловлено это многими причинами, главкой из' __ которых является трудоемкость и длительность определения пара-, "метров движения влаги и солей в почве. В связи с этим в работе • предлагается система ускоренных методов их определения.как по данным натурных и лизиметрических исследований, так и лаСора-гсрных экспериментов.

- 7 - ■

При известной зависимости Ф от 9 определение КБС предложено проводить на основе сопряженного анализа экспериментальных и расчетных данных. Обобщение большого числа экспериментального материала и литературных данных свидетельствует ; о том, ; что несмотря на многообразие форм^ кривых водоудерланиа, обусловленное различием почв по гранулометрическому составу 1 и' сложению, они в большинстве-случаев могут,быть аппроксимированы фунвдлш\экгпонецкаиного (Пажовский.И.С. ,1973) или тан-генсального (Йкиревич ■ А. и., ' 1581) видов. ■ Это дает оснйвание использовать для определения КЕС только.три. 'пары значений , и вместо 7-6'пар, устанавливаемых по общепринятой методике. . Е натурных условиях для послойного определения кривой во-доудержаниа по-предложенной методике достаточно знать вид апп-роксимирукдей зависимости одного произвольного слоя почвы и распределение влаги в почвенно-грунтовой толще при ППВ (или в момент установившегося влагопереноса). Такой подход профильного определения КЕС основан на том/ что на границе контакта почвенных слоев эпюра всасывающего'давления, в отличие от зпю-ры влажности не имеет "разрывов" и, следовательно,' величины ^ -здесь равны. : Тогда соотношение ■' влажности ' на границе двух соседниг слоев для функции экспоненциального вида запишется как . ■ ■ *' ■ ;■ -.

а для тангенсалгного - как : - ■

где и Л - эмшгрнческие параметры аштрокгшацин кривея вэ-доуг*ряаия. .

Определение/КВС по предложенной методике сводится* в сущности к' оценке 'екпирического параметра аппроксимации искомой ■кривой. Проведением последовательных расчетов или 'Л достигается послойное определение, КЕС почвенного профиля до инте-ресущейтлубкны.

. "Сопоставление кривых всдоудерхания, определенных по пред-, .холенным уеденным.способам, с установленными по общепринятой

- Ô ■■;:■■' методике показало хорошую их сходимость; наибольшее расхождение во влажности не превысило 2L ■

На аналогичном принципе основана методика ускоренного определения зависимости коэффициента :влагопроводиости (К) от всасывающего давления или влажности почвы (или кривой влагоп-роводности). Обобщение литературных материалов и результатов собственных исследований показало, что в большинстве случаев кривая влагопроводности аппроксимируется функциями видов:

it 1

_ (Аверьянов С. Ф. ,1349) (3)

jqîôo ^- . <Пзшковский IIС. ,1973} (4}

*

ш, К'Кф ] (Якиревич А. 11,1981} (Б),

где Кф- коэффициент фцьтрации; R^Jim - эмпирические параметры аппроксимации кривой'влагопроводности. . •

Экспериментальное определение коэффициента влагопроводности существующими ныне методами, основанных на анализе данных профилей влажности, представляется весьма сложным делом,, а полученные результаты не достаточно корректными из-за большого разброса значений влажности, связанных с многократным бурением. Предложена методика оценки И при неустановившемся движении почвенной влаги по данным наблюдений га всасывающим давлением' в лизиметрах или на слытной площадке, которая позволяет измерить V 8 одной и той же точке в течение всего периода исследования.. Однако и этот способ, как и все другие, страдает общим недостатком - длительностью*проведения экспериментов. Для оперативной сценки. кривой влагопровсдности предложена методи- ■ кэ, основанная на анализе кривей водзудержания с последувдкы подбором, аппроксимирующей функции, сграяздёй.иском?» гависи: мость К от у, 6. Суть. ее заключается в следтк^м. ' Е нзчале по Кривей воде/держания, _ вычерченной в единицах1 вхагмапага, находится объем (V) вьггекзей m почеы веды при различных значениях V., Затем в уравнение движения влаги пс-дстзвгяек'я едка и? ап.ч;скс;:ми;-угаз!х ух■ функций; -при правильном подагр* ел- "' zh 5:--ккцш! и параметра ацгрс.кгаг.адц; (г.,- £ или tn) гьггг-.-лйкы*

эначешся V должны быть расположены вблизи экспериментальной кривой "V от У. Данный способ позволяет установить кривую вла-гопроводностн по трем {минимально) значениям ' Т от Црн определении К по анализу синхронных профилей 0 Яки V разбивку почвенной толщи на отдельные слои (блоки) следует проводить с интервалом по глубине 0.1-0.2 м, а расчеты влагопереноса эа небольшие промежутки времени (до 1-2 суток),в противном случае погрешности в определении К возрастают. ■*'

Для определения параметров соле пере коса, помимо известных методов и их модификаций, в работе использовался новый способ, основанный на анализе данных промывки как в естественных, так и'лабораторных условиях. Шказана связь между коэффициентом конвективной диффузии (О?) и параметром солеотдачи в формуле >.; Волобуевз В. Р. и связь последнего со скоростью фильтращги; по мере возрастания скорости фильтрации величина.солеотдачи закономерно уменьшается, и эту особенность необходимо учитывать при расчетах солевого режима почв. Предложенный метод оценки В позволяет ■обобщгть большой фактический . материал - по опытным / промывкам и использовать их при солевых прогнозах на ште«этических моделях. •

Установлено влияние температуры, плотности и' засоления почвы, а также содержания воздуха в ней на параметры состояния и движения почвенной влаги. Результаты экспериментов показали, что влияние указанных факторов на кривую водоудержания неоднозначно и зависит от ■ гранулометрического состава почвы и исходного содержания влаги в ней. Заметное влияние эти факторы окагывахгг ина.влагопроводность почвы, и эту особенность необходимо учитывать при расчетах влагопереноса на моделях.. " \

В главе 2 "Ретшо-балансовые исследования в свяги с опт-шзэцйей водно-солевого режима - почв" * рассматривается комплексный расчет но-зкспериментадькый метод изучения водно-солевого режима орошаемых почв, основанный на'сопряженном анализе данных лабораторно-полевых экспериментов с режимно-балансовыми исследованиями и расчетами на математических моделях. . ^ -

Изучение водно-солевого режима в орошаемых почвах предлаг \ гается проводить раздельно для приповерхностного (корнеобитае-'/ мого) слоя и нижележащей почвенно-грунтовой толщ. Для опред*-, ления результирующей водного баланса корнеоСптаемого слоя -^й,) или расхода влаги через его нижнее сечение, по анализу .?пгр

-10-

всасывающего давления предложена расчетная формула вида:

(Si,

где Ga - расгод (приток или отток) ■через поверхность почвы за расчетный период врешни д t; С - дифференциальная влагоеы-косгь, V, (%) - начальное (конечное) значение всасывапцего давления в расчетном слое

Выражение (Б) в зависимости от вида аппроксимирую^й функции запишется как .*"

При неглубоком залегании грунтовых ■ вод, когда они не. посредственно участвуют в водообмене ■ с корнеобитаемой зоной,' определение инфиль грационного питания (Gr) no данным текзвошт-рических наблюдений с учетом колебания УГБ предлагается проводил по формуле н

(8),

; * hru)

которая в зависимости от формы кривой водоудержаяия принимает, различный вид (hr(t) - положения УГВ на-разные «менты времени), , ■ "" ■.' /

' В вегетационный период, - когда влажность- в корнеобитаемом . слое почвы поддерживается в заданном'диапазоне от верхнего оп-'тимума .увлажнения до- - нижнего, интенсивность восходящих или нисходящих потоков почвенной влаги через подошву корнеобитае-мС'Гр слоя предлагается оценивать по зависимости ■ . >

• - 11 - •

где Ц - коэффициент фильтрации; - всасывающее давление, соответствующее верхнему пределу оптимума.увлажнения; то же,. соответствующее нижнецу/пределу оптимума увлажнения;' Нг -глубина залегания УГВ; Jy - мощность корнеобнтаемого слоя почвы; ß - эмпирический параметр аппроксимации кривой влагопро-водности. ■' .

-.На примере пустынных песчаных почв показана возможность определения »»фильтрационных потерь оросительной воды по анализу температурного режима почв. Результаты лабораторных и полевых экспериментов свидетельствуют о возможности использования для определения нисходящего потока почвенной влаги данных наблюдений за теплотой смачивания. ,

. Предложена балансовая модель сслепереноса, которая в зависимости от направления -потока влаги в расчетном слое имеет разный вид. Для периода иссушения, когда в ПГТ формируются в основном восходящие потокивлаги, ■ модель солепереноса гали-оется как ч , а *<?

* d - Sf&H^ QoSoüXj . ,

■ 1Л v .euii + Gi . - . ;

а для периода увлалзения {поливы, - - промывка), когда в слое . преобладает нисходящи потоки почвенной-влаги, - как: • -

з S*f<4 v e>SoAZc (И),

при встречном двименю! влаги в расчетном слое модель солепереноса имеет вид

j-SrG-н » P.S«*^ .

p; « 0- Г! " * 1 41Z),

а при оттомэ почвенного раствора на инфшитращт и испарение -

JfQtf ' j * М -■ .

<t _ ч

- Л 8uzi С13)

(Stnfi»- текущее и неходное засоление почвы; и5Г-^ минерализация оросительной л грунтовой воды; Gb и G*- интенсивность

- ■ - 12 - л-

восходящих и нисходящих потоков солевого раствора через верхнюю я килнш границу почвенного слоя ^ за расчетный период времени; и- темная и исходная влажность почвы).

Ш предложенным балансовым;моделям солепереноса расчеты проводятся последовательно для каждого слоя почвы, сначала расчеты должны проводиться со слоя ближайшего к поверхности . почвы или с границы раздела восходяща и нисходящих потоков почвенной влаги. Цроведя последовательные расчеты солепереноса дхя каждого слоя почвьг- определяется солевой баланс . всей рассматриваемой толщи.

Рассмотрена методика проведения полевых режимно-балансо-■ вых и лизиметрических исследований. Показано', что изучение процессов влаго- и солепереноса в ПГТ целесообразно.' проводить на балансовых площадках, оборудованных пьезометром,' радиометрической скважиной, ■ тензиометрами, датчиками" для измерения температуры почвы и отбора порового раствора; их установка в ' приповерхностном слое почвы проводится с интервалом по глубине " 20-25'см, а в зоне капиллярной каймы - ■через БСЬЮО см в за- . висимости от .цитологического строения ПГТ. Установку тензио-' метров, термометров и зондов для отбора порового'раствора ре- , . комендуется проводить в гидрофизические шурфы длительного пользования. Рассмотрена технология оборудования опытной площадки различными приборами и методика проведения комплекса полевых исследований-процессов влаго- и солепереноса в орошаемых, почвах в условиях двустороннего регулирования (орошение, осушение). ' ' . ■ , ;

• В главе 3 "Особенности формирования водно-солевого режима '.в оропвемых почвах" рассматривается влияние некоторых природ. вых и .мелиоративных факторов на формирование водно-солевого . режима почв. Шказано, что специфичность бороздкового орошения порождает зоны сосредоточенной фильтрации, где преобладают процессы гравитационного влагопереноса. Поэтому, , несмотря на то, что 'продолжительность периода полива не превышает 1-2 су-' ток, именно в это время происходят основные потери воды на ин-. фильтрацию. При этом скорость нисходящего потока влаги, существенным образом зависит от агрегатного строения почвы. Наличие в ней макропор и тресш формирует специфический ре^м насьда-к/.я и иссушения, - обусловленный характером изменения содержания е *лги в крупных межагрегатнш порах и в самих-агрегатах. "Уста-

• ... - 13 -.

новлено, что в орошаемых почвах Прикопетдагского оазиса параметр гетерогенности •£* (время влагообмена между хорошо-- и слабо проницаемыми блоками, . по Пашковскоыу К. С. ,1973) варьирует 8 основном в диапазоне 0.2-1.0 сут.

* . , Для характеристики динамики насыщения почвы водой под и между -бороздами предлагается использовать следущие зависимости: _

* -и* -«Л

. 1Гь=и»мее +К<р(1- е ) ; (под бороздой) {ну

; и -1Г .

..'■,/■ и» - с (шжду бороздами) . (16),

гдеИ«**- максимальная скорость вшпшания влаги, характерная для начального момента- времени I; з - эмпирический параметр аппроксимации кргаой впитывания.

Показано, что в динамике насыщения щжбороадкового пространства почвы отмечается некоторые характерные особенности; в ' зависимости от ширины мелдурядий, поливной нормы и гидрофизических свойств почвы она. заметно отличается, фи ширине мелду-рядий 60 см насыщение верхнего 50 см слоя.легко-среднесут-лшшстой почвы практически не зависит от поливной кормы; уве^ личениё : кормы от 900 до 1600 нЗ/га в большей степени сказывается на влажности более глубоких слоев почвы. В целом, при поливах. по бороздам непосредственно под.ними почва увлажняется, до полной влагоемкости, а в мелйсроздковом. пространстве ее' влажность .обычно"меныю предельной полевой влагоемкости. В первом полуметре, на насыщение мелбороздкового пространства 'расходуется около' 601, а во втором - до 4031. поливной нормы; остальная часть воды.идет.на насыщение почвы ' непосредственно под бороздами ишфштрзщш в грунтовые-воды. Учет динамики насыщения почвы необходим также при обосновании скорости подъема УГЕ и прогноза эасолемю корнеобитаедаго сдоя почвы. Ре-': гульгагы'исследования показали, что в гяделосуглинисгьк почвах величина недостатка насыщения (д) -закономерно уменьшается от 0.25 "до 0.12 по'мере приближения грунтовых вод к дневной по-' верхности, независимо от скорости его подъема, и эту особен-, ность необходимо учитывать при прогнозе режимз грунтовых вод,, в особенности при неглубоксм их гадеганш!. ,

' -14- '

Влияние строения почвенно-грунтовой том?! на Еодно-соле-вой режим оценивалось по'материэлам численных экспериментов на математических моделях'и лизиметрических наблюдений. Регульта-. ты исследований полагали,. что при заданных условиями эксперимент* режимах орошения, когда поливы назначались и прекраща-; лись при достижении влажности в корнеобитаемом слое з-пределах оптимума увлажнения, потери воды на инфильтрацию в гидромодульных почвах повышайся по мере облегчения их- гранулометрического состава и увеличения глубины залегания УТЕ' В однородных по строению'средне- и .тяжелосуглинистых почвах при минера-' лизации грунтовых вод около 10 г/л концентрация почвенного раствора в верхнем корнеобитаемом сдое' достигает уровня сред-' него'засоления (20 г/л) в условиях подгорной равнины.Копетдага к началу лета; в зависимости от глубины залегания УТЕ концентрация '.порового' 'раствора приближается к 20'г/л в с ре дне суглинистой почве к концу мая при УГВ*3.6 ми на. .втору» ?половину июня при УГЕ-1,8 м. Такая же тенденция в динамике засоления отмечается и в более тяжелых по гранулометрическому составу почвах.

В слоистых почвах на режим инфильтрации наибольшее влияние оказывают слабопроницаемые прослойки (даже^малой моирости, порядка 10-20 см), залегавшие непосредственно год корнеобитае-'мой зоной. ' . .

' Для характеристики строения ПГТ предложено 'использовать гидрофизические параметры и прежде всего'обобщенный термодина. мический показатель - потенциал почвенной влаги (иди кривую водсудержакиаЬ который позволяет охарактеризовать с энергетических погицай свойства и твердой, и жидкой фазы почвы. "

Из гидрофизических' параметров заметное влияние на форми-. рованве водного режима почв сказывай параметры,, входят* .в ■ расчетную модель влагопереноса. В газлсимостиот положения 1ТВ влияние, например', коэффициента1 влагопроводности неоднозначно; . при глубоких' 'грунтовых водэх сн практически не сказывается на /величинах инфильтрации и,' наобор-ст, при близком.залегании УГВ интенсивность-инфильтрации пропорциональна величине К ' 1 • ■ влияние глуС'И.нь! ззи^гангл " уровня грунтовых вод наввд-н>солевой слоистых" по стрс-ешх; почв' наиболее ^заметно гц-у опенке потерь орс-октг Л1 &--Д годы-я расчета нормы -розтн;'.я. Етгуататы исследований' писали, V- что велика-

нот о питания га большой промежуток времени (вегетационный период) находится в пропорциональной зависимости от глубины га-лйганга УТВ. От его положения.зависят такле норма и сроки поливов. Так, для хлопчатника в условиях подгорной равнины Уд-петдага при глубине .залегания УГВ 1.6 м первый:полив при пресных грунтовых водах приходится..на 1 декаду иаля месяца, а при УГВ равном 3 м - на.месяц раньше, . несмотря на различие в .строении ПП. ■ Влияние строения ПГТ;в большей мере сказывается на норме и числе поливов: наименьшая норма и число поливов отмечались в тех схемам строения ПГТ, где слабопронщаемый слой залегал :.на глубине 0.5 -м. Г«о мере возрастания ' УГВ роль прослойки на режим орошения возрастает: при.УГБ^Зм с увеличе-" кием глубины- залегания, прослойки л ее мощюсти оросительная норма закономерно уменьшается.

. -Установлено влияние нормы однократного полива на режим орошения и инфиглтрации почаенной влаги.- С увеличением поливной нормы с 703 до 1100.мЗ/га число поливов хлопчатника в условиях подгорной равнины Иопетдага уменьшается с .13 до '3, а величина инфильтрационных потерь, наоборот, увеличивается примерно с 22® до 3400 «3;га. При атом оросительнаа-норма возрастает незначительно - с 9100 до 9900 МЗ/га, что не превышает 105.. ' ......' ..

Установлено влияние засоления почвы, нормы и минерализа-. дай промывной воды на процесс рассоления. Анализ данных промывок по . сумме.вытесненных солей ^йпр) из почвы в раствор.показал, что величина йн^ наиболее сильно зависит от гасоления почвы ($.) и нормы 'однократной- смены порового раствора в расчетном слое почвы (Т„К влияние минерализации прешгной воды на рассол?ние незначительное (р-ис.1).

В главе- 4 "Сттшгацяа водно-солевого режима ороваемых почв йржзпетдагского оазиса" рассмотрены особенности форми^-вания "водно-солевого -баланса в орошаемых'почвах исследуемого региона и проблемы,'связанные с его регулированием. По результатам полевых рлмшно-балансовых' исследований на 4-х ключе?«;; _ участках установлены особенности режима влаге- и солеперенос^ . в. .орошаемых светлых.сероземах (участок 1) и сероземно-луговыг . почвэу. (участок 2,?., 4) подгорной равнины Копетдага в' условие р-еалгно существуга^го режима орошения (на фоне'дренала и 'бед-йгго). '■ . '.-;. - ■'.

» » Snf A 0,5-

/

S^-iiS.,)*

1 t i V se,s#>.

Pue. I. Изменение концентрации фильтрата при промывке почвы: А - при различных значениях исходного засоления почвы (£„); кормы промывки (%) и минерализации промывной воды t H )î В - то же при равном 2-2,9%; С - то же лрк Yn равном 300 мм

. - 17'- '

■ В пределах ключевого участка .1 (колхоз Ленинизм елы, Ашха- , .бадская обл.), " сложенном орошаемым светлым сероземом суглинистого гранулометрического состава с глубиной залегания УГВ около 5 м, формирование водно-солевого решма различно, что обусловлено как различиями литологического строения почвенного профиля, . так и раэличиями в поступлении воды на каждую из 4-х балансовых'площадок во время полива по бороздам. _ Оросительная норма (и поступление солей с поливной водой) варьируют здесь.в пределах от В4С0 мЗ/га (6.72 т/га) до 9400 мЗ/га (7.52 т/га); наибольший "приток воды за 1987-1988 г. г. " отмечен на плоодне 3,-расположенной вблизи внутрихозяйственного оросителя. Однако несмотря на различие в поступлении оросительной воды на площадки 1-4, в водном балансе почвы восходящие потоки преобладают над нисходящими (табл.1); тенденция повышения солей в кор-необитаемом слое почвы при восходящем потоке и снижения их содержания при нисходящем в целом сохраняется (табл,2).

Несколько по-иному1'складывается водно-солевой баланс в сероаешо-лутсвой почве, супесчано-суглинистого гранулометри-. ческого состава (килевой участок 2; с-г им.'9.Ашхабадских комиссаров, > Ашхабадская обл.), где слабоминерализозанные (до 5 г/л) грузовые .воды залегают на глубине 1.8-2 м; -.по мере удаления от "Каракумского канала их' глубина залегания "возрастает. Результаты режимцо-балансовых исследований за. период с 24.06.67 по 1.07.69 г.г. показали, что на первых двух пловвд-ках, .расположенных 'ближе ,к внутрихозяйственному коллектору,'' суммарное водопоступлениа с-Ю поливами составило 10-12 тыс. ыЗ/га. При такой норме орошения отмечалось преимущественно восходящее движение почвенной влаги.', Однако приток., грунтовых вод . в .Корнеобитаемуп : зону в целом оказался незначительным^ при слабой их минерализации (порядка 3 г/л) практически не привел к засолению почвы; • перераспределение солей здесь происходило в основном в пределах слабого . засоления. На других (трех) балансовых площадках (несколько удаленных от коллектора) - поступление ' воды за тот же период превысило 11-12 тыс.\

■ кЭ/га, во и в этом случае, нисходящие потоки влаги 'оказались несколько ниже восходящих,

.- В целом на всех пяти балансовых площадках процесс инфиль-, трации непродолжителен «.обычно заканчивается через несколько . дней после полива. Блеете с тем 'именно на этот период времени

• - IB -...

; . .Таблица 1

Водный баланс.в светлом'серогеме ключевого участка 1,' мм'4

N I : Период •:""■ - \ Ор+Ос.. Ее 6 . лУТ " плоэдки наблюдения

~~ га 03-14.09.87/. ; 235 ~179 11 - 43

1' 15.06-04.12.37 ■ 225 640 -420 " 4

05.12-11.05.83 290 120 \ 8' -11..

/ * " . 12.05-14.06.83 130 . 85 ' 27 - 15 ,

' 23.03-14.06.37 235 180 б "" 33

2 . 15.06-04.12.87/ , 375 ' .' 630 . -245 -8/

05.12-15.04.33 50 . 75 \ , 0'. -25 . ■ - 16.04-14!06.33 .130 130 , 17. • 32^

23.0Э-14.06.87 • 205 . 185 -30 48

3 15.06-04.12.37 375 630 -250 : -6 05.12-11.05.83 j : 180 , 110 . О ' 65

■ . 12.05-14.06.83 . 180 85 ' 60 40

4 05.12-11.05.83 ' ' 230 105 70 - 90 12.05-14;06.83 " 190 , ' S5. * . 60- 54.

Ср - норма орошения; Ос - осадки; Ее - суммарное испарение; - . G - проток'в грунтовые води (-S - отток с грутаоъых.вод);' ".' a"VT - изменение влагоэапаса. / / '

приходился и наибольший отток солей из корнеобитаемого слоя * в нижедежаядае горизонты « ъ.грутгоаыа воды.. Однако при этой следует отметить, что солевая динамика на этом участке за' весь период наблгсдениз колебалась в пределах.0Л-0.2Х, то.есть в, диапазоне- слабого засоления; изучение солевого режима здесь было связано в большей степени сJ теоретическим, чем . прайм-. ческиы интересом, и направлено "'оно на определение-"работоспособности*1 предложенных балансовых моделей солепереноса. в условиях слабого засоления почв. / ;

'На третьем ключевом участке, (с-з им. Ленина, Ашхабадская обл.), представленном сильно засоленной сероземно-луговой почт

. ' . -v.. -.is , . ■ . - -

" ; . • Таблица 2

Солевой баланс в светлом серозею клотевого участка 1,- т/га -

N ГОриод Sop Sff'' -Si Sp S$

площадки наблюдения „

у j. - ♦

-б. 16 12.13 1г. 22

-7.22 . 17.S5 27»91.

-11,72 20.06 19.21 -

-5.62 21.31 16.10

-19.02 33.29 ' 40,31 '

-30.05 37, PS 37.52

о 36. 09 ■ 36.00

-16.69 36.75 37.03

'2a03-14.06.87, 1,52 ".-9.82 -la 44 - 26.05 41,95.-

3 15.06-01.-12.87,-2.83 30.30 -25.30 30.83 37,57 , 05.12-11.05.88 0.88 5.10 -9.07 32.35 . 23.97 12.05-14.06.83 'l.'44 ' 3,92 -12.94 . 31.2t IS. 16 ■

4 05.12-11;05.£Э--1.6Эл 2.77 -10.57- Ц.75 10.83 12.05-14,05.88 1.52 - 2.12 -6.60" 13.32 8.91

Sop - приток-солей с оросительной водой; ~ приток солей с грунтовых вод (-Sg - отток солей в грунтовые воды)*, Sp . запас солей впочвенно-грунтсвой толзцэ (Sp - расчетный,' - фактический)^ .

вой суглинистого гранулометрического состава, рассоления при реально существущэм реш© орошения практически' не наблюдалось, за исключением непродолжительного времени в периоды орошения. .За весь наблюдаемый период с 1.07.67 по 27.06.89 г.г. величина суммарного притока воды на. балансовые. площадки 1-5 -варьировала от 6000 до 8300 мЗ/га.. Столь большой разброс оросительной нормы в пределах одногополя,- обусловлен плохой -организацией полива.и планировочных работ. При таком орошеяИЦ кукурузы в.солевом ретомегпочвы отмечается преимущественное «г засоление, . что обусловлено .преобладанием восходящих потоков

• * 2а 03-14.06.87 1.76 3.75

. 1 15.06-04.12.87 1.60 15.66

"■■'. 05.12-11.06.S3. 1.76 - а90

12.05-14.06.88 1.04 . 2.48

::, ■ -'23.03-14,06.87 .1,63 Д1.39 .

В ■ 15.06-04.12.87 2.88 31.95

. 05.12-15.04.83 0, ' 5.73

16.01-14.06.88 1.23' 8.54

- 20 - -

почвенной влаги, в том числе минерализованных грунтовых вод,-над нисходящими; в отдельные периоды отмечалось и рассоление ■ юркеобгггае мог о с лая, вызванное поливами нормой' близкой или превышающей суммарное испарение.

На четвертом ключевом участке (с-з Социализм, Ашхабадская обл.), сложенном сероземно-луговой почвой супесчано-суглинистого гранулометрического состава, .также отмечалась тенденция засоления корнеобитаемого слоя, что обусловлено плохой организацией полива: за весь период наблюдения с 26.03 'по 1.08.69 г. г. был произведен 1 полив нормой 1900 мЗ/га, что примерно в 4 раза меньше проектной нормы. -

Б целом благоприятный водно-солевой- режим складывается лишь на'ключевом участке 2, сложенном сероземно-луговой почвой супесчано-суглинистого гранулометрического состава,-подстилаемой снизу песчаной толщей, минерализация грунтовых вод менее 5 ' г/л. На остальных участках сохраняется либо устойчивое засоление от сильного до очень.сильного (участок 3,4), либо периодическое засоление от слабого до- среднего "в течение года (участок 1), что в общэм-то'не ■ исключает -угрозы -вторичного засоления. Тенденция рассоления ПГТ во всех случаях отмечалась, как правило, при среднесуточной интесивности инфильтрации более 2 мм/сут в весенне-летний-и 1 мм/сут в осенне-зимний период. Следовательно, для* поддержания рассолявдего водного. - режима в орошаемых почвах подгорной равнины Копетдага необходимо обеспечить нисходяще движение почвенной влаги с заданной интенсивностью, что, в . свою ' очередь,- потребует проведения соответствующих расчетов дренажа.

- Предложена методика расчета оптимального поливного режима на примере орошения хлопчатника. Для-определения верхнего предела оптимума увлажнения использовалась зависимость между'дифференциальной влагоемкость» 41 всасывагацш-давлением, позволяющая установить пороговую величину влажности, при которой наб' вдается-резкое снижение влагопроводности почвы; , в-дальнейшем в зависимости от типа почвы,, ее гранулометрического состава и сложения, а также степени засоления.:устанавливался диапазон влажности почвы, определяющйГ .интенсивность'- восходящи и нисходящих потоков^почвенной влаги; при неглубоком -залегании .УГВ направление и скорость ее движения предлагается-оценивать по соотношению:

или по кривш распределения всасываицэго деления по глубине почвенного профиля при различных величинах ®/к<р(рис.2). .Однако при атом следует теть в виду, что обоснование экологически . допустимых потерь оросительной годы на инфильтрацию долдно проводиться только с учетом суммарного водопотребления растения (Ее), что налагает определенные требования к методике его определения. Дня природно-климапгчесюиЕ условий подгорной рав-шшы Копетдага предлагается для оценки суммарного испарения с хлопкового поля использовать зависимость, предложенную Гафуро-вьы ЕК. (1933): '

где N - число днеа_ в периоде; I - листовой индекс, средний за расчетный период, { колеблется в течение мая-августа от 0.1 до 4.0). ,

.'* Для расчета режиме. орошения предложена балансовая модель вида: ■ ; ■ ■

: (Ш,

которая для почв исследуемого регненз г.терминах всасывзшрго давления запишется как : ,

- л! Гм :е .»Л^П : '

•=е. Ьс Ы^т-г^-Л : (13)

Суть расчета режима орошения по этой формуле сводится к вычислению нормы и графика полоша при различных- (заданных) * значениях диапазона оптимума -увлажнения кэрнеобитаемого слоя почвы и 1итенсив80сти инфшатрации поливной влаги.

■ Вычисление сроков полфклроводшюсь методом последовательного приближения (итера^ф)} количество итераций определялось расчетным тагом лЬ и скоростью влагопереноса; для орошаемых' почв Прииопетдагского озйгеа расчетный шг. менялся от 1 до 5 к '

ЦОД*—

" .2.

ю

1 2 ' 3 V . £ "

Рис. 2. Кривые распределения всасывающего давления (А) к влажности (Б) в ПП над над уровня* грунтовых вод при различных значениях ...

- 23 - ,

более суток в зависимости or водонасыщенности корнеобитаемого слоя почвы. Выбор наилучшего релина орошения хлопчатника проводился по анализу данных численных экспериментов. В качестве критерия оптимизации рассматривались условия влагообеспечен-ностк хлопчатника, интенсивность восходяща и нисходящи потоков почвенной влаги, определяющих норну орошения, скорость подъема УГВ и сроки ввода дренажа. Обоснование оптимального режима орошения по предложенной методике проводилось для типовых схем строения почаенно-грунтовой толщг,. составляющих основу гидромодульного районирования орошаемых почв Прикопет-дагского оазиса (рис.Э). Расчеты водного баланса почв по всем ' девяти , гидромодульным районам (ГЫР) проводились . для года 75%-ной тёплообеспеченности. В модельном эксперименте рассматривались три различные нормы полива: одна - близкая к рекомендованной (утвержденной) .для Приковдтдагского- оазиса,'' две другие больше и меньше утвержденной нормы. Результаты исследований показали,,что для поддержания влажности в юорнеобитаеыом слое почвы на уровне оптимального (от ШВ до 70S ППБ) потребу- ' ется от б до 11-поливов нормой от 5300 до 9200 мЗ/га. фи таком, режиме орошения 'хлопчатника -наибольшие инфильтрационныэ потери (более 302 от оросительной нормы) наблюдаются в легких песчано-супесчаных ■ почвах с УГВ, "ггревываюпры 2и (1 и 4 ГИР, схемы 1:1 и 2.1);, в легиэ-среднесуглшшстых'почвах шискшль-'1 кые потери (около,30*) отмечаются во 2 и 5 ГМР (схемы 1.5-1.7, .2.4,2.5), а найменът» г гяяелссуглшшстых и глинистых почвах (от 20Х- и менее) - в 8 и9 ГНР (схемы 3.6-3.10).- Если принять * -эти потери за допустимые вследствие несрвериенства системы бо-роздкового полива'и низкой водоудерживающей способности легких песчаных и супесчаных почв, то средняя за вегетационный период. 1 скорость нисходящего.потока в этих почвах, как правило, превысит 1 мм/сут.; менее Л ыы/сут. отмечается лишь в суглинистых и глинистых почвах с близким залеганием УГВ порядка 1-2 ы.

-. В главе 6 "Оптимизация водно-солевого режима пустынных песчаных почв "Прикшетдагского оазиса". изложены результаты экспериментальных режимно-балансовых и лизиметрических исследований в связи с обоснованием орошения минерализованными во- дамн приоазисных песчаных почв Туркменистана. Показано, что эз. последние'тридцать лег орошения в оазисах объем дренажных вод возрос с 0; 2 кмЗ (1960г.) до б кмЗ/га (1990г.), а иг ыинерали-

2.1

2.3

2 JO

м

м-

ъ.г ъ.ъ

5.Ц iS З.Ь

5Л

he, 3.' Схема строения ПГТ по гидроиодуяьщц районам орошаемых есмель Пршсоцетдагского оазиса

зация, наоборот, понизилась в среднем с Br/л до 5г/л (1970г.); в последующие годы ее средняя величина варьировала от 5, до б . г/л (рис.4). В зоне ИГ очереди Каракумского каналз шггерапва-ция колюкгорно-дренамньк вод преимущественно 3-4 г/л, что позволяет использовать их для орошения кормовых культур на приоазисных пустынных песчаных почвах,-

В настоящее время пракпгчески весь объем воды (150 млн мЗ) когорьй! можно бьш бы направить на обводнение, например пастбищ, -сбрасывается в песчаную пустыни В результат«? приоазйсные пески, прилегавшие к орошаемым массивам, как правило^ уже подтоплены и засолены или находятся под их угрозой. Б слоящейся ^ ситуации необходимость научного обоснования использования кол-" .лекторно-дреналиьа вод на повторное орошение очевидна и акту-■ альна. Ш основе комплексных лизиметрических и натурные редаш-но-балансовых исследований на опытном участке оропешм пустынных песчаных почв установлено, что для люцерны и кукурузы критический порог допустимой минерализации поливной воды составляет 3 г/л. Установлено, что при орошении "приозэйсных пустын-ныг песчаных почв всегда имеет место инфильтрация, величина которой зависит в основном от нормы и графика полива (табл.3).

■ Таблица 3 ' ■

Соотношение элементов водного баланса пустынной песчаной почвы за вегетационный период апрель-октябрь месяцы, ма'га ■ Ч данные ддаидатрических наблвдеяий)

IВариант!Минера-'Ороси- !Число!Расход воды ..(Коэффициент Год ¡ошда ' 1 лизация !тельная!поли-!йена-!инфиль-' инфильт-

, 1 1 ! воды, г/л! норма ! вов. 1 рение( трация 1 рации

1983 1 о:э .. . 9100 28 5300 2800 . ■ 0.35

2 . 0.8 ' 10200 га '5500, 3700 0.35

1S84 ' 1 . 0.8 7400 25 4980 2600 0.35,

* г . 0.8 8000 23 5000 3000 0.33

1985 1 ■ 0.8 . 8Э00 .20 5100 3800 0.42

2 3 . ' 8900 20 5000 3900 0.43

3 б ■ 8900 го 5050 3850 0.43

4 ■9 8900 20 '5060 . 3840 . 0.43

«60 11С Б 19>0 <975 I960 136S "

4. Дкнаиика стока каивкторга-дренажшх вод ( Gl ), их минерализации ( M ) и удельной протяженности дренажа ( L ) на орошаемых массивах.

Туршенист&на : .

. V . ~ -27- .,

.■''■<■ Ш сезонам годанаибольшие потери оросительной воды приходятся на.середину:вегетационного периода (июль), когда,сум--марная месячнзя норма орошения почти в 2 раза была выше,' чем весной и осень в. В целом за весь вегетационный период режим инфильтрации находится в пропорциональной зависимости от суммарной нормы орошения. Емесге с тем, как показали опыты, даже ' при существенном различии от 7400 до 10200 мЗ/га (почти в полтора раза) отношение инфильтрации к оросительной норме (козф-фгциекг инфшатращш) - остается практически неизменным; по *юре увеличения поливной нормы до 500 мЗ/га величина коэффициента -инфильтрации (Юшф.) возрастает до 0.42-0.43. При юности ' толщи пустынных песчаных почв 2.5 м условия, оптимальной влаго-обеспеченности люцерны достаются 20-23 поливами нормой примерно 5-9тис.мЗ/га. -Реально подать такое количество воды на поле ори поверхостном орошении возможно лишь по гибким шлангам, коротким бороздам," дождеванием или другим способом. Следовательно, орошение пустынных песчаных почв требует использования специальной прогрессивной технологии и техники полива, что необходимо учитывать при проектировании освоения пряоа--зисной песчаной пустыни. '

Для обоснования возможности,орошения песчаных почв по коротким бороздам были проведены натурные эксперименты на балансовой площадке вблизи Каракумского канала. Результаты исследования показали, что для выращивания кукурузы достаточно $3 поливов нормой 500-650?мз/га (таОЛ. 4); подать меньшее количество воды на поле по бороздам (даже коротким) представляется, весьма сложным из-га низкой водоудерживавдгй и высокой фильтрационной способности пустынных песчаных почв; анализ зависимости V от 9 (К от в ) показал, что кривая водоудержания (вдагопроводности) плавно изменяется лишь в диапазоне влад-у ности от полной до примерно наименьшей влагоемкости, ниже НВ -незначительное снижение влажности -почвы приводит к резкому■ возрастании (уменьшению) всасыващгго давления - (коэффициента ' влагопроводности). - ..'

.При соблюдении.рекомендуемого'поливного режима -кукурузы инфильтрационные потери составили порядка 40Х от оросительной нормы, что можно .считать вполне допустимым для песчаных почв/ Накопление солей в них при орошении водой с минерализацией 3.0 г/л практически не происходит; даже при самых больших поливных

... ■ . - 28 - <

■ Таблиц 4

. Соотношение элементов водного баланса'пустынной .песчаной почвы за вегетационный период апрель-август месяцы, мЭ/га' " (данные шлевьк исследований)

1Вариант!1£гаераш-|Оросктел11-! *&сло ¡Расход воды ¡Коэф. Год! опыта Овация 1 ная норма 1 поливов!испа-!инфиль-!инфиль-

* 1 < воды,г/л 1 1 рение! трацкя 1трации

1883. 1 1.9-2.5 7800 13 4330 3420 * 0.43

.2. 4:2-5.0 . 8450; 13 4520 3920. - .0.46 ■

1984 ■А 2.0-3.0 7800 13 4280 3330 . 0.43

г 4.1-5.0 8450 .13. 4550 3580 а 44

1985 1 2.5-3.0 . 7800 13 ■ 4190 3220 0.41

2 4,4-5.0 8450 13 4550 3530 .. 0.42

нормах (650 мЗ/га) засоление верхнего корнеобитаемого слоя не достигло 0. 12. Последующими осенне-зимними осадками большая часть накопленных солей выносится в грунтовые воды; предельная концентрация порового раствора в течение вегетационного трио-" да не превышала величины, соответствующей двойкой минерализации оросительной воды. • однако от первого к третьему году орошения минерализованной водой содержание солей в корнеобитаемом слое закономерно повивается, особенно это заметно при'орошении водой с минерализацией 4-6 г/л. В результате урожайность кукурузы понизилась на 302 по сравнению с орошением пресной- водой; •при поливах коллекторко-дренажной водой с минерализацией б г/л снижение урожая зеленой массы кукурузы и люцерны составило бо-.хееАОХ. В целом результаты трехлетних исследований позволяют рекомендовать для орошения кормовых 'культур-'на пустынных песчаных почвах использовать подземные и дренаднда воды с минерализацией не более 3 г/л . , • / * 1 гл^8 I "Прогноз ; изменения почвенно-мелиоративного состояния орошаемых' земель подгорной равнины Еопетдага" рассматриваются методические основы прогнозирования водно-со-деього режима орошаемых почв иа конкретных примерах. Еа основе

обобщения литературного материала показано, что понятие поч-венно-мелиоративное прогнозирование .имеет двоякий смысл: собственно прогнозирование, когда решение прогнозной.задачи' ведется в реальном временном -режиме, и прогнозирование как предсказание, когда прогнозные расчеты проводятся без конкретной временной привязки. До недавнего времени большинство почвенных прогнозов относились к прогнозам второго типа, когда, например, изменение почвообразования под воздействием различных природных *и мелиоративных факторов предсказывалось без учета реального времени. . В решении же задач, связанных с обоснованием конкретных мелиоративных мероприятий и охраны окружающей среды, прогнозы должны проводиться на конкретный период времени. При таком подходе корректность результатов прог- ■ ноза может быть установлена только априори,. поскольку реально такая оценка может бьггь проведена лишь по истечение времени предсказания.. Это обстоятельство предъявляет определенные требования как'к методике прогнозирования, так и к выбору прогнозных математических моделей й схемы расчетов.

В настоящее время для' составления почвенно-мелиоративных прогнозов используются различные методы. Несмотря на их многообразие, они могут быть объединены в две группы методов; первая базируется на статистических подходах анализа эмпирических данных, вторая - на моделировании процессов, протекающих в реальных Почвах. ,

' Для предсказания поведения объекта,.в частности, водно-солевого режима орошаемых почв статистическими методами', осно-. ванными на ряде длительных наблюдений за его состоянием в прошлом, не обязательно понимание процессов, протекающих внутри почвенно-грунтовой толщи и на ее границах. ''При этом точность как простого ретроспективного анализа, так и сложного анализа ' временных рядов в диапазоне известных событий в прош-.лом может быть весьма высокой в зависимости от длительности. периода наблюдений и частоты замеров показателей, определяющих водно-солевой режим орошаемых почв. .В других случаях, когда условия формирования .PCP находятся, за пределами наблюдавшегося, результаты вероятностного прогноза весьма приближенны. •'

Ш этой причине в настоящее Еремя для решения прогнозных задач все чаще используются математические детерминированные модели, позволяющие воспроизвести процессы влаго- и.солесбмена

. - ■ - го - ■ у,.

как в самой почвенно-грунтовой тол®, тгк'и на ее границах, фи этом точность прогнозных расчетов зависит от многих факторов, главными иг которых являются корректность постановки самой задачи, ' степень адекватности модели натурному объекту, достоверйость его параметров, идентичность краевых условий на модели природным и др. Соблюдение этих очевидных требований представляется достаточно сложным.и трудоемким делом, поэтому' в настоящее время применение математических моделей в решении ■ прогнозных задач почвоведения несколько ограничено. В связи.с этим в данном разделе диссертационной работы рассмотрены преимущественно методические основы прогнозирования и способы 1 их реализации на математических моделях разных уровней. Показано, что в зависимости от целей прогноза и требований к его качест-г' ву могут быть использованы модели самых разных уровней:' от /простых эмпирических до сложных комплексных моделей, способных, к высокой,степени обобщения природных услозий. Однако при зтом требования к модели остаются достаточно высокими. С одной стороны, .она должна бить простой для понимания и практического'' использования,' а с другой стороны - способной адекватно отражать' содержание■ (суть) или состояние природного объекта. Рассмотрены математические модели разных уровней и схемы -расчетов /на примере решения некоторых прогнозных задач мелиоративного почвоведения, в частности, прогноза водного режима орошаемых почв в связи, с обоснованием параметров дренажа и предупреждения последствий орошения на экологическую обстановку приоазисной песчаной пустыни. ... ;

' решения прогнозных задач в работе использовалась модель влагопереноса, предложенная ЧайлдсомЭ.- и Коллис-Джорджем Н. (1950):

. .(20),

где £ ,'- источнико-стоковьй член, в большинстве случаев в качестве £ принимается .влагоотбор корнями растений, предлоден-ный Головановым Л.Я (1974).

'Решение уравнения (20), дополненное краевыми условиями, реализуется обычно на.быстродействующ эш или'на аналоговых вычислительных машинах по неявной (или явной), конечно-разностт.

ной схеме, что само по себе, представляется сломим, в особенности для.почвоведов-мелиораторов. 3 связи с этим предлагается . совокупность факторов, влияющих на режим влажности почвы, учитывать по .уравнению (20) с помощью источнико-стокового члена. В этом случае под б понимается'сумма составляющих водного ба-•ланса почвы:, интенсивность испарения (транспирация - ? и физическое испарение -Е) инфильтрации атмосферных осадков (Ос) и поливных вод (Ир). С учетом выражения для Б уравнение в конечно- разностном виде запишется как:

е^еЧ^Нр.Ос-ь-т-б] - ■<*>•'

При неглубоком залегании грунтовых вод, когда они участвуют в водообмене с корнеобитзешм слоем-почвы, интенсивность восходящих н^нисходящих потоков влаги (0) оценивается по формуле (9);, с учетом атой зависимости выражение (21) пришг ввд, аналогичный уравнению' (13) и (19) * , ,

' .^вЧ^Хилоь-Е -т-^ЙЙ! :• '

где Л = - змшфические параметры аппроксимации кривой влагопроводности и водоудершващей способности.

' ' ■ Предложенная балансовая модель' влагопереноса проста в использовании и дает удовлетворительные результаты при обосно-. ваягаг поливного режима » , прогноза- инфильтрациокных потерь оросительной воды. При решении более сложных задач, моделирование влагопереноса: предлагается проводить на аналоговых или цифровых мащгнах. . Ш новой схеме уравнение, влагопереноса (20) решается путем введения переменных Н = Г^К с£ V и Р = Н которые приводят его к вида*: . -А- . .

к- к<р Г;. 5« Г^; '> -- ;/. § ■ ; ле'ем-6. ;

Ресение уравнения влагопереносз, записанного в виде (23), возможно на простых электрических сеточных моделях типа элекг-. , роинтегратора,-

■ Рассмотрена схема расчета, алагопереноса при составлении: прогкогь скорости подъема уровня грунтовых, вод *ка орошаемыхг территориях. Определение параметров модели -.кривой вдагопро-' водности и водоудерливавдей способности почву -.проводилось по данным режимных наблюдений га всасывающим давлением и влажг ьостьп почвы и лабораторных экспериментов. - Кривая водоудерка-" йкя устанавливалась по совокупности данных V, и 8 , полученных по наблюдениям в 'лизиметре и экспериментам на кагашяриштри-ческой установке." Полученная зависимость V от в хорошо аппроксимируется функцией , экспоненциального вида (Пажовский И. С.;, 1973), а К от 9 , установленная различными методами, в ;том числе и по анализу синхронных профилей влажности (по «это-_ ду.Бадова В.Е, 1974), - функцией вида (3). Краевые условия на' поверхности трутовых вод при инфильтрации задавались при неизменном положении УГВ (дКг «О) в виде:*

г«о; У* 0; Р (г4>,

а при лкг ^ 0 (переменном уровне грунтовых вод). ' . '

' • " ' + ^ * . < * При испарении нз поверхности почвы 2»Нг (Нг - глубина эалегз-■ ми УГВ) задавалось, граничное условие Солее сложного, вида. .

/Результаты моделирования показали, что в режиме испарения расчетные' эпкры влажности практически совпали с натурными,, в. ..то время как Ъ режиме инфильтрации они соответствовал}! натурным лишь по форме и заметно отставали во врем«'ки, что обусловлено влиянием макропор и трещин усыхания.

Прогноз инфильтредюнного питания предлагается проводить. по следущей схеме, Начальные' условия в зимний период (перед снеготаянием) определяется по данным непосредственных . измерений владаосгн почвы либо по равновесному распределению влага в ПГТ. ' С началом снеготаяния задавалось условие полного всдо-

: - 33-

насышгния до глубины, определяемой сум^рным влагозаг.зссм в зимний период; Верхнее граничное условие задавалось в вид$ потока-, влаги, исходя из суммы выпавши эффективных осадков и нормы.полива.. Анализ результатов прогноза инфильтравдонного питания грунтовых вод показал, что его величина даже в тяже-лосугяинистых почвах составляет 30% от суммы атмосферная осадков. \С поливных .вод. При тагом режиме инфильтрации скорость подъема УГВ к дневной.поверхности, зависящая только от интенсивности' инфильтрации и величины недостатка насыщения (при прочих равных условиях), превысила 1,1 м/год, что в целом согласуется с данными гидрогеологических наблюдений за режимом грунтовых вод на орошаемых массивах. .

Проведенные исследования показали, что полученные расчет-.ным путем прогнозные величины питания грунтовых вод совпадай: с аналогичными данными, полученными' экспериментально, .что подтверждает'коррёганость постановки прогнозной задачи и методики расчета влагопереноса.в орошаемых почвах по предложенной схеме. '..'..

/ В Солее, сложных а мелиоративном отношении условиях, когда в течение вегетационного периода* необходимо двухстороннее регулирование водного.режима почв (орошение осушение), в задачу прогноза входит прежде всего обоснование.параметров дренажа 'в условиях, вероятностного распределения атмосферных осадков. В этом случае достичь оптимального сочетания орошения с естественным увлажнением возможно лишь на основе всестороннего ана-' лига данных натурных, режимно-балансовых.исследований и расче-. тов на математических моделях с привлечением 'быстродействующих ЭЕЫ. При такой постановке задачи моделирование ' влагопереноса предлагается проводить по .следующей схеме. В условиях .неустой? "чивсго атмосферного'увлажнения, при расчетах, параметров дренажа необходимо рассматривать годы с различной.'водообеспеченностью. Пей зтсм следует иметь* виду,.что наибольший проток воды с поверхности почвы приходится на период весеннего снеготаяния. Следовательно, величину обеспеченности осадков здесь за непро-до;>;чтеи,ное время от начала снеготаяния до предпосевной.обра-, ботки течгы можно принят! по их обеспеченности за зимний период, ЕУТор спгдмахьного. параища др-енажа предполагается, прово-длть п".. водного режима глчв 'для каждого года обеспе-

ч*на:*-:7г,; . £ качеазе критерия оптимальности рассматривались

среднегодовые потери урожая 01 переувлажнения почвы, фи опти-■ мзльных параметрах дренала (глубина залегания, диаметр дрены, междаенкые расстояния) урожай сельскохозяйственных' культур ;в многолетнем регкшэ его работы долиен быть устойчивым в годы с рагх1чнь1Д1 хлебаниями погодных условий в течение вегетацией. него периода. ..Следовательно, прегног годного режима почв в ря-' ду лет' заданной (расчетной) ьодообеспеченности .должен проводиться прт: различных'расстояниях шжду дренами. Доведя прогнозные расчеты последовательно и для других лет водообеспечен-ности, получили-совокупность данных, по которым проводился выбор наилучиего варианта дренажа. Ьягхга .результатов ■ прогноза показал, что обоснован;» оптимальных параметров дренажа должно проводиться с учетом годовой и вкутригодовой изменчивости метеорологических показателей (осадки, испарение) и поливов. Кро-„ ме того, в расчетах водного режима почв должны.быть рассмотрены различные 'по обеспеченности осадками критические периоды, где потери урожая определятся продолжительностью переувлажнения корйеобитаемого слоя почвы.

Рассмотренные схемы прогнозных расчетов показали, .что в зависимости';от целей, моделирования влагопереноса могут быть использованы разные по уровню сложности математические модели, соответственно и различная вычислительная техника, что представляется весьма важным-, на сегодняшний день компьютеризация в почвоведении находится на недостаточно высоком уровне. Б связи с этим, на наш взгляд, целесообразно, наряду со сложными разрабатывать и более простые для практического использования модели. К ним относятся' рассмотренные выше балансовые модели. влаго- и солепереноса в орошаемых почвах. Возможности этих моделей продемонстрированы на примере, прогноза инфильтра-. ционных потерь' оросительной воды. и соленакопления в верхнем корнеоОитаемом слое при орошении сероземов и ¿.устынных песчаных почв подгорной равнины Копе т дат а. ''

"Показано, что в условиях подгорной равнины Копетдага ин-фйльтрационные потери даже при'соблюдении рекомендуемого режима орошения составят порядка 25-307. в зависимости от грануло-' метрического состава .почв; прогнозные расчеты, проведенные по балансовой модели.влагопереноса (22) при заданном режиме испарения для' лет 75£ теплообеспеченности и реальных гидрофизических параметров почв, показали, что инфттрацж-якые потери

в хеггосуглянистых.почвах составят не^сгим бслге.ЗО» от иорш ородания,- & в средне- и-таледосугляпиых-- 25* а ИХ осс^вет- • ' ственко. фи'соблюдении рекомендованного Совершенного для •Туркменистана) поливного редана-ойай поступление .на пол« с учетом атмосферных 'осадков, эжауоаарлдкс-аагй (срйиаахиа) и ' предпосевного похива составляет 1500С мЗ/га. Следовать .чнэ, ка единицу пловди, в частности на' один-те ¡стар, потери воды на , инфильтрацию составят порядка 4000 мз/га. При талом режиме инфильтрации • дал» . в _ условиях хорошей естественной дренироган-'ности территории подгорной равнины Еопетдага. (псрадка 2000 мЗ/год с 1 -га) скорость подгема уровня грунтовых вод здесь составит в среднем более 1 м'год.. Эта величина достаточно большая (вместе с тем характерная для орошаемых шссквсв Средней Азии). и при исходной глубине залегания грунтовых вод. на новооротаемых землях порядка 10-20 м уд 'уровень достигнет критического; например, в легго-среднесуглинистых .'почвах (светжй серозем) -через ' 6-12 лет; при аналогичном залегании уровня грунтовых вод.и естественной дренированности территории ороше-. ние пустынных песчаных почв приведет" к их подъему до кроти- . ческого уровня через 6-10 лет, а при УТВ равном 5м- через 2 года. . При , таких темпах псдгема грунтовых вод отрицательно* _ воздействие орошения,на экосистему песчаной пустыни проявится* максимум через 10 лет. & самом деле все происходит гораздо 'быстр** и связано с тем.' что в - действительности практически .весь .объем коллекгорно-дренажных вод, отводимых с орошаемых полей.'.Прикопетдагского оазиса,' сбрасывается в приоазисные, пески-, при реальных Ьагругках на дренах суммарная^ годовая норма отвода ;воды с орошаемых 'Массивов составляет 3000-4000 мЗ'га. гЬи"сбросе.зтого объема^воды в песчаную пустыню ухудшение экологической обстановки здесь произойдет через 20-25 лет даже без сроакния пустынных песчаных почв. -

Б настоящее1 время сложившиеся 'условия водопользования -привели к и^сксзд/развитию процессов заболачивания песчаной пустыни г районах, прилегакищ кхрошаемым массивам вдоль Ка-, рэчумского канала. При этом если за начало процесса сброса дренагаых вод принять время прихода в центральную часть Прика-пе:дагск:.го'оагиса:Амудар1-инскей воды, то сложившаяся ггесь

обстановка во времени совпадает с уста-нжййщ основе расчетов)-; сроками . подтопления . приоа-

-Эвгленой песчаной пустыни. С учэтом реального сброса коллектор-• но-дренажных зод в прилегающие' к оазису, пески их орошение ела- . боминерализованными водами заметно усложнит и без того.и«,, очень благоприятную почвенно-мёлиоративную обстановку в зоне Ш очереди Каракумского канала. Б связи с этим представляется це-^ лесообразным освоение приоазисных пустынных* песчаных~ почв вдоль какала проводить' на Сазе их орошения прежде всего .под-' зетаыми водами, минерализация которых в узкой полосе' вдоль Каракумского-канала (0.5 км) не превышает обычно 3 г/а; за пре-. делами 0.5 км от канала- для орошения' песчаных почв можао использовать коллекторно-дренажные воды с аналогичной-минерализацией. - Однако при этом необходимо строительство коллектор-но-дренажной сети.' Прогнозные расчеты при различных;параметрах . дренажа (табл.5) показри, что по критерию.приведенных затрат в качестве оптимального можно рекомендовать дренажную сеть с глубиной залегания дрены 3. 5 м и междреньем 600 м. .

- Тзйощз. 5

Технико-экономическое обоснование оптимальных параметров'/7-'

дренажа ■ ./' •: ■ , '.

Вари-угв)I Ор, 1. КЖ I 0"*Кд,', Ис, 1Э.В..1 Ь, 1

ант !(Нд),м !мЗ/га'(руб/га!руб/га,(руб/га!мЗ/га,.руб/га'.руб/га ',"

75.0 19.5 ^ 500 94.5 "

32.5 21.5 200 65 170 . 97.5 25.5,' - 99- ■222'- '-,

41.0 11.0 600 - 52 * 49,.О 13.0 200 ( 66 . 128 '-, ]

27.5 7.0 . 300 '49,5' 34 32.5 ' 9.0 аоо : 41 . .;-.'

24.5 6,5 49.5 . 50.5

2.0(2.5) 8300 500

1 2.5(3.0) 3700 550 . . ,3.0(3.5) 3900 650

2 2.0(3.0) 8300 275 , ' 2.5(3.5) '8700 - 325

3 '1,5(3.0) 8600 183

5.0(3,5) 8300 21?

' 4 1.5(3.5) 8600 * 163

, .. - s? -

4 В целом проведенные исследования показали, что проблема-освоения, присазисных пустынных песчаных почв на основе их орошения слабоьЕкерагизовакноЯ ' подземной и ксллекторно-дренздной водой должна.решаться только совместно с охраной экссистеш пустыни. ;

Примечания к табл.5; Вариантам 1,2,3,4 соответствуй! меж-дренья 200, 400, 600 и 800 м У - критерий приведенных затрат ' на строительство и эксплуатацию дренажной сети; (Г -нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат, принимаемый равным 0.15; Кд, - суммарное удельное капитальное вложение на строительство дренажной сети; Ис-Иа+Ир - суммарные ежегодные издержи, -, связанные с аммортиэационным отчислением (Ка) и затратами на ремонт (Ир); Д - издержки, связанные с дополнительными затратами.водных ресурсов по сравнений с оптимальными; Э. в, - экономия воды; Нд, - глубина заложения дренажа; • н? - уровень грунтовых вод на ;'ые*дренье; ' Ор - оросительная норма

■ ■„... осшше ршсду, прщмкеш к рекожнщик .

1. Проблема оптимизации ЙСР, несмотря .на ■ свою , давнюю ' история, является актуальной и по сей день. Предшествующие ра-. боты многих ученых - почвоведов, агрофизиков, мелиораторов и др., 'несомненно, внесли большой вклад в развитие количественных методов исследования водно-солевого режима почв. Однако их ■практическое применение представляется весьма сложным делом. Сбусловлено это, прежде всего, трудоемкостью и длительностью; . а в ряде случаев и невозможностью проведения натурных (включая

• лизиметрические) режимно-балансовых исследований по известным методикам. В сложившейся ситуации целесообразно использовать комплекс расчетно-экспериментальных методов изучения ВСР, ко-

\ торый позволяет оптимизировать водно-солевой режим орошаемых ■ почв на основе'сопряженного анализа данных режимно-балансовых исследований, лабораторно-лизиметрических экспериментов и расчетов на математических моделях. , У., 1' Исследования -водно-солевого режима орошаемых почв 1 предлагается проводить раздельно для корнеобитаемого слоя и . 'нижележащей почвенно-грунтовой .толщи, вследствие наличия в ■ приповерхностном слое транзитных путей (трещин, макропор), по. ; которым влага и растворенные в ней соли движутся вниз,. опере. . пая фронт промачивания. При сосредоточенном (бороэдковом) поливе, ■ когда удельный объем оросительной воды, приходящийся на одну борозду, превышает трехкратную норму орошения, увлажнение ; корнеобитаемого слоя неравномерное: непосредственно под бороз-

• -дами почва увлажняется практически до полной влэтоемюсти, а в >ежбороздковом пространстве, j,B частности под центром гребня,

У , влажность , зачастую ниже предельной полевой влагоемкости. ' При "•ширине междурядий 60 см водонасышрние верхнего КЬ60 см слоя . почвы мало зависит от поливной нормы; повышение нормы в боль-■; той степени сказывается на влажности более глубоких слоев поч-, вы, и это обстоятельство необходимо учитывать при обосновании поливной нормы, в особенности tía ранних стадиях развития хлоп. чатника, * когда глубина расчетного слоя увлажнения невелика-

(порядка 50 см). '

3. При неустановившемся режиме влагопереноса инте^сив-носи восходящих (на испарение) и нисходящи (на инфильтрацию) .потоков почвенной влаги иожгт бьлг установлена по анализу эпюр всасывающего давления,- что позволяет, с одной стороны, избежать трудоемких бурений, а с другой - существенно швырять информативность и - достоверность балансовых исследований.. При .близких грунтовых водах скорость движения водного потока через расчетное сечение почвенного профиля на инфильтрацию и испарение предлагается рассчитывать по балансовой модели влагопереноса, отдичащейся простотой в использовании и достоверностью получаемой информации. -

4. - Для.. расчета солевого - режима почвы целесообразно использовать балансовую модель* вжато- и солеперенога, которая в' зависимости от гидрологических условий на верхней границе (поверхности почвы) и направления потока влаги "в расчетном слое,почвы принимает ■ различный вид. Решение нелинейного-уравнения влагопереноса на электрических, сеточных моделях рекомендуется проводить по предлагаемой новой схеме, фи этом необходимо отметить, 'что область применения 'моделирования в почвеи-но-мелиоративных исследованиях'' ни в коей'мере не ограничивается ива» расчетами годно-солевого баланса щи решением оптимизационных (прогнозных) задач. Ныне математическое моделирование следует рассматривать как один из методов научного познания гидрологических и гидрохимических процессов, протекающих

. в ПЛ." Применение современных моделей миграции влаги и солей: позволяет исследовать особенности и гаконодарности формирова-

■ кия ВС? практически в любых природно-мелиоративных \ условиях без 1 проведения дорогостоящих,- а в ряде случаев и невозможных

1 натурных экспериментов, в особенности когда это касается пр9г-. нозов. '

'5. Численными экспериментами на математических ■ моделях : усыновлено, что 1 водно-солевой режим в орошаемых почвах завис иг- от многих взаимообусловленных факторов. Наибольшее влияние на инфильтрацию оказывает режим орошения и неоднородность диалогического строения ПГГ. Интенсивность инфильтрации- и

■ норма орошения заметно снижаются 'в. случаях, когда слайопрони-

одой ддяе малой мощности (0.2 ы) -залегает непосредственно под горигоситаемой зоной; при поливах потери воды на т-

- 40 - ' ' ;

фильтрацию определимся в оснозном проницаемость» этого 'слоя. При небольшой мощности зоны аэрации наличие слабопроницаемой ■ прослойка вблизи уровня грунтовых вод сказывается на интенсивности испарения в' пркповерхостном слое почат, чем ближе он расположен к УГБ, тем иссушение слабее. Для природно-климатических условий подгорной равнины Копетдага наличие солей в грунтовых водах в пределах 10 г/л приводит к засолению корнео-Ситаемсго слоя почвы даже в том случае, когда УГВ залегает глубже 3 м и норма орошения превышает годовое испарение. 'С увеличением глубины залегания'грунтовых вод среднегодовые потери воды на инфильтрацию возрастают.

6. Анализ шкалы гидромодульных районов, .широко используе--мой в Среднеазиатском регионе при обосновании нормы орошения, показал, что рекомендованный принцип районирогания орошаемых земель недостаточно корректен и требует уточнения. 'Даме в пер. вом приближении расчеты оросительных норм и сроков полива следует проводить по 26 типовым схемам строения ПГТ вместо 9 по принятой шале, и это обстоятельство необходимо учитывать, при, составлении рекомендаций орошения сельскохозяйственных культур. и обосновании планов водопользования в исследуемом регионе.

V. Обоснование режима орошения хлопчатника необходимо проводить с учетом специфики бороздкового полива. Для расчета сроков полива предлагается использовать балансовую модель вла-. гопереноса. Результаты натурных экспериментов и расчетов на математических моделях показали, что при сосредоточенном , бо-: роздковом поливе избежать инфильтрационных потерь-невозможно; ^орошение даже по"утвержденной для региона подгорной-'равнины Копетдага норме потери могут превышать- 40Х, следовательно, обоснование оптимального поливного режима должно проводиться •как минимум по'двум критериям: по условию влагообеспеченности -растений.« потерь воды на инфильтрацию. Ври т«дад подходе мои-, но снизить расход влаги на инфильтрацию до некоторого минимального значения при условии, что засоление не является лимитирующим фактором, результаты прогнозных расчетов свидетельствуют о том,- что за счет упорядочения нормы и сроков полива можно, снизить инфилътрационные потери воды лишь до ЗОХ от оросительной нормы при УГВ,. превышаздзм 3 м, до 251 при глубине' его залегания 2-3 м и до 20* - при 1-2 м. Дренаж в исследуемом регионе может быть эффективен лишь в том случае, если за пре-

• ■ ■ • ■■■■- 41 -

делы оазиса он будет отводить не менее 20V оросительной нормы. ■ Сброс такого сбгема коллбкторно-дрена»;«й;вод (обычно минерализованных) в- прилегающую к Прикопетдатскому оазису песчаную пустыню приведет к ухудшению экологической обстановки во всем исследуемом регионе. '

8, При реальных режимах орошения, принятых для подгорной равнины Копетдага, на насыщение корнёобитаемого слоя в суглинистых по гранулометрическому составу почвах расходуется примерно 6Q-8QX, а в песчано-супесчакых почвах - от 40 до 605 поливной нормы. ■ Остальная вода расходуется на инфильтрациснное .питание грунтовых /вод и насыщение почвы непосредственно под бороздами. Это обстоятельство необходимо учитывать при обосновании поливного релтама. ■ *' '

■ 9.-Дяя ..-снижения гидрологической нагрузки на песчаную пустыню, вплоть до полней-реализации глобальных проектов отвода дренажных вод с орошаемых оазисов по магистральным коллекторам к местам конечного сброса, предлагается использовать их на.вторичное орошение. Натурные и лизиметрические'исследования показали, что при близких грунтовых водах (порядка 1.6 м) для Еырадр-вания кормовых культур (люцерна, 'кукуруза) можно ограни' читься .12-15 поливами при оросительной норме порядка 9000 мЗ/га и минерализации поливной воды около 3 г/л. При совладении предложенного режима орошения моино получить до 350 ц/га эеленей массы люцерны и*450 ц/га кукурузы; по мере увеличения минерализации полигной воды до 5-6 r/л урожай кукурузы' и люцерны снижается на 30-405 и более. Тенденция накопления солей, в корнеобитаешм слое почвы отмечается лишь при орошении водой с минерализацией более S г/л; на конец поливного' периода концентрация почвенного раствора не-превышает двойной минерализации поливной воды. т.е. 6 г/л. Потери поливной воды на инфиль-трзд® е приоазиснЬй пустынной песчаной почве достигают 407. орбите иней нормы и выше. При таких, потерях ожидаемая среднегодовая скорость ' подъема УГБ ■ к . дневной поверхности ■ мажет составить 2 м. . ;-. •

10. Результаты технико-экономических ■ расчетов показали, что с экологической и экономической точки зрения наилучший вариант огёоения приписных пустынных песчаных почв - дрена* с riyii'.nvS галегелия 2.5 м и м*/др*ньен SOG м. Б этом случае, кормовых культур кормой порядка 6500 мЗ/га

при минерализации воды 3 г/л. Реализация такого проекта освоения пршагисных песчаных почв позволит,, с одной стороны, снизить экологическую напряженность" в регионе, а с другой - повысить сбор зеленой массы люцерны и кукурузы на -1.0 и 1.5 млн. тони соответственно . при -решении даже узкой полосы (шириной^! кы)_ вдоль Каракумского канала. - ■ ' , " 11. При решении прогнозных задач достоверность результатов прогноза зависит от корректности самой задачи,' адекватности модели натурному объекту, достоверности параметров модели, идентичности начальных и краевых условий на модели природному состоят® объекта (почвы). В гаьисшости от объема инфор^ мации об изучаемом объекте и видов прогноза могут быть исполь-. зованы математические ьодели самого разного уровня: от простых эмпирических до сложных комплексных моделей. Предложенные в, .работе балансовые модели влаго- и солепереноса являются промежуточными и могут быть использованы,при решении задач, свяган-,ных с оптимизацией-ВС?. ,

12. Для эффективного использования математических моделей в решении почЕеио-мелиоратиЕНых задач и их обеспечения требуемой информацией необходимо проведение ^ специальных. ре*кмж>ба-лзнсоеьк исследований,' позволяющих: оценить направление и интенсивность движения влаги и солейв почвено-грунтовой толще в поливной и межполивной период; -.определить водный и солевой баланс корнеобитаемзго слоя поч-\.вы и киле лежащей ПГТ за расчетный'промежуток времени; ■ '

установить' особенности насыщения межбороздкового. прост-. . : ранства почвы при сосредоточеном (по бороздам) поливе разными нормами; ' ■ - ' •

- определить параметры миграции влаги и солей в ПГТ; ' . установить особенности и закономерности формирования ВС?;

- обосновать оптимальный поливной режим и параметры дренажа на почвах разного гранулометрического состава;

- оценить динамику насыщения ПГТ при подъеме и спаде уровня грунтовых вод.- , ■ у "..'"■■'*

; 13. Прогноз скорости подъема уровня грунтовых вод на оро-'шаемых' массивах следует проводить с згаетом динамики насыщения, почвогрунтов,-слагающих зону аэрации. Установлено, что величина' недостатка насыщения зависит в большей степени ст. исходной глубины загегания УГВ,. чем от скорости его подъема к дневной

поверхности, и эту особенность необходимо уплывать при прогнозе вторичного засоления почвы и -определении сроков ?веда дренажа. "На результаты балансовых расчетов суп^ствеиное влиа- ■ кие оказывают параметры; входящие в моден.' влагопереноса - ' кривая влагопроаодности и водоудержания. "Корректность их определения обеспечивает достоверность результатов математического моделирования водного'и связанного с ним солевого режима почв, что в свою очередь способствует широкому внедрению математического моделирования в' почвоведение. : '

14. . Анализ влияния входяда в математическую модель параметров - кривой влагопроводнссти и водоудеркивающей способности почвы' - позволили обосновать пределы погрешности их определения.' Предложенные в работе методу позволят свести в ми-. нимуму ошибки в определении параметров влагопереноса при .послойном способе-.оценки кривой водоудержания, основанном на' сопряженном, анализе данных всасывающего давления и влажности. почвы одного произвольного слоя с кривой распределения влаги в . ПГТ в момент" квазиравновесного'ее состояния, погрешность в определении КБС не превышает во влажности 1-2Х, в-то время как продолжительность проведения эксперимента сокращается в десятки раз по сравнению с ,' экспериментом на капилляриметрической (тензиометрической) установке по 'стандартной методике.

При определении кривой влагопроводности предполагается рассматривать слои почвы, мощностью не более 0.1-0.2 м, а измерение; всасывающего ' давления или влажности проводить в зависимости от скорости влагопереноса; по мере увеличения размеров, разбивки почвенной толщи на'отдельные слои и интервалов измерения влажности почвы ошибка возрастает. " .

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора: ' ' . ■

1. Изменение свойств песчаных почв под влиянием орошения'^ минерализованными водами.-Ашхабад, Ылым, 1909.-114с,(в соавт.)"

2. Рекомендации по определению элементов водного и солевого баланса орошаемых почв аридной зона - Ашхабад, 1990. -26 с.' (в соавт.). '. ■ , '

. 3. Оптимизация режима орошения хлопчатника. - Ашхабад, Нлым,* 1991".-154 с.(в соавт.). - ' ; ' -

4. Определение инфшгътрационных потерь воды с орошаемых

- 44- . ■

полей по анализу тешшереноса в почвах.- Ашхабад, Шым, 1992. -76 с. (в соазт.). .

5. Лизиметр для одновременного изучения параметров водно- -го баланса и влагопереноса почв.//Вестник с.-х.науки.- 197В.-Н 12.-С. 109-114 (в соавт.). . ... • . • ! ,

■ Б. Лизиметр . № изучения . параметров водного баланса и .влагопереноса почв (в соавт.). ■ ' .'.*■■

. 7. Использование тензиометров при диагностировании сроков попва.//Почвоведение.-1979- 1(6. - С.75-85 (в соавт.). .'.

В. Оптимизация промывных режимов засоленных почв минера, лкзованными водами.//Докл.ЕАСНШ.-.1980 - Н 9.- С..35-37 (в соавторстве). . '. ;

9. Влияние режима водоподачи и почвенной среды на процесс влагопереноса. /п\ делег. съезд,ВОП/Теэисы докл.- 1981.-. Bnii.lv г С.20. . , . , ■.

10. 'Применение моделей тепловлагопереноса в почвогрунтаж для расчета суммарного водолотребления сельскохозяйственных культур,//Почвоведение.-1981- Н1. - С.Б0-Б9(в соавт.). •

,11.'Некоторые особенности моделирования процессов влагопе-, реноса в почвогрунтах гоны аэрации. //Почвоведение.-. 1981; НЮ. - С.96-102 (в соавт.). ' .

Ч 12. ■ Пьезометр для изучения режима грунтовых вод. //Экспресс -информация Минводхоза СССР.,- М., 1981.- Сер.9. -йт. 4.- С. 5-7.

'13. Задачи влагопереноса в связи с регулированием водного рейта почв.//Вопросы гидротехники и мелиорации в Туркмениста- ■ не/Турк,СШ труды;-. Ашхабад, 1961. - Т.23.-Еып.З.- С.84-92(в

■ соавт.). .'

• 14. Определение коэффициента влагопереноса по данным лизиметрических- наблвдений.//Пути рационального.освоения и ис-,--пользования почвенного покрова Туркменистана. - Ашхабад. - 1981. -

■ - С. 72-73, ... ,-. . . ; ^ ' ••. ,

■15, Применение тензиометров в сельском хозяйстве.//Вопросы гидротехники и'мелиорации в Туркменистане/Турк. СЖ' труды.-

■ Ашхабад, 1981. - 1,23.- ЙЛ1.3.- С.93-98 (в соавт.).\

16. Расчет поливных, норм по показаниям тензиометров,// 'Почвоведение.- 1982 - Нб.- С.133-136.

17. Тензиометр 'для 'определения влажности почв. / /Автор, свид. *Н958758 19В2(в соавт.), . , .•

..18, Вопросы оптимизации водного режима пустынных.песчаных.

нота. //Эксплуатация гидромелиоративных систем в аридной гоне/ Турк.СХИ: труды - Ашхабад. - 1982,- Т.25.- ЕыпЛ,- С.Б5-72 'в соавт.). .

19.- Шг рация ионов солей при промывке минерализованными водами.7/Ш науч.-практ;коиф.Турк.филиала ВОН/Тезисы докл.-Ашхабад.-1982. - С.Б9-60 (в соавт.), ,

- 20. ■ Оценка взаимодействия минерализованных грунтовых вод с почвенными. //Использование минерализованных вод'в сельском хозяйстве,- Ашхабад, .Шш, 1984,- С.1Б6-161.

21. Учет 'динамики насыщения почвогрунтов при прогнозировании их засоления.//Шчвен. ин-т нм. "Е В. Дэкучаева/Вш. - в., 1984.- С. 49-52. • ■

22. Оптимизация параметров дренажа на пойменных почвах.// Вестнике с.-х.науки. - 1981- Н9.- С. 103-106 (в соавт.).

' 23. Влияние некоторых почвенных и мелиоративных факторов на формирование водного баланса почв.///Почвен,ин-т им.В,й,Др-кучаева: труды. - Ц,, 1985. - С. 60-88. ' •

24. Определение' элементов водного баланса почв по анализу эпгр всасывающего давления.//Почвоведение. -1985-N6.- С. 131-136,

25. Обоснование параметров регулирования водного режима почв по расчетам влагопереноса в гоне аэрации. //Турк.СИЬ труды - Ашхабад. - 1965.- Т.28.- £ып.1.- C.2Q-33 (а соавт.),

26. Измерение всасывадгго давления тензиодатрами с ртут- -шш манометрами.7/Турк.CBfc труды - Ашхабад, г 1986,- Т.28.-Вш.1.- С.33-37 (в'соавт.).

. 27. .Оценка солевой динамики в песчаных почвах при opone-, нш минерализованной водой//Качество воды для орошения. / Веес, совещание/Тев.дою.-.Алма-Ата, 1988,- С,64, ■ " - ..

28. Учет.'качества поливной воды при обосновании реюма орошения сельскохозяйственных'культур// Качество воды для оро-оэниа./Всес. совещание/Тез. докл.-Алма-Ата, 1988.- 0.62.(в соавт.)

. 29. Определение гидрофизических параметров почв и их достоверностью/Актуальные вопросы агрономического почвоведения, • /Науч.тр.ТСХА -Ц. ,1988.- С,28-27 (в соавт.).

' 30. Схематизация профильного строения почв я связи с прогнозом их водно-солевого режима/УЦатематические методы и ЭШ на службе почвенных прогнозов. -Ц.; 1988.- С. 13-17 (в соавт.).

31. Экспериментальное гидрофизическое обеспечение расчетов водного релмма почв//иатеыатические мтоды и 3BU на cxyMj*

почвенных прогнозов. -M. ,1933. - С. 91-99 (в соавт.'). 1

32. Регулирование водного ремша почв аридней зоны//0пти-1 ыизация использования почвенных ресурсов субтропических районов. -IL , 1933. - С. 63-73. „

. 23. Еькос химических элементов с мелиорируемых по лей//Химизация с.-х.-1933.- H 3.- С.39-41. ;

34. Расчетно-экспериментальное определение гидрофизичес-' ких параметров почвы/А'Ш Всесош. съезд .почвоведов/Тезисы докл.' - ВовосибирскД9В9.- Кн. 1.- С.25 (в-соавт.).

■ 35, Обоснование регулирования водного режима почв на основе балансовой модели влагопереноса//VIH Всесоюэ.съезд .почвоведов/Тезисы докл. - НовосибирскДЭЗЭ. - Кн.1.-.С. 111.

* 36. Формирование водного режима в песчаных почвах при орошении/ /Вестник С.- х. 'науки.- 1969.-Н 9.- С. 129-132.

37. Особенности формирования водного режима почв при Со-роздковом поливе//Еиол. ,эконсм. и эколог, основа нормирования водопользования в орошаемом эемледелии/Отрасл. науч.-яракг. конф. /Тезисы докл. - Днепропетровск, 1989. - С. 54. •

38. Обоснование реимма орошения сельскохозяйственных культур на основе балансовой модели влагопереноса// Еиол.,эко-■ ном. ' и эколог, основы нормирования водопользования в орооаемом земледелии/Orpacx науч.-пракг, конф./Тезисы докл.- Днепропет- ' ровск, 1989. - С.65 (в соавт.). •

■ 39. Регулирование водного режима почв при Сороздковом по. ливе//Шчвоведение,-1990.- H 2,- С. 78-88.,

40, Характеристика пространственного засоления почв при двухстороннем регулировании водного режима//Вестник с.-х. нау-' ки Казахстана.- 1990.-И 5.- с. 40-44 (в соавт.)." ;

41. Criterios para evaluar.la fertilidad dê las suelas -irrigados de là zona arito //Res. XI сдауг.Latinoamericano de la cier.¿ia del suelo.-Ш0.-РЛ&4 (в соавт.).

:42. Optimization of soil reclamation reffim8//,.«euu.«o*tA

, ±> Ï , <99e .

43. Водно-экологические проблемы- стержневье для Приара- . 'лья//иглиорция и водное хозяйство.-1S90, - Н9.- С.8-9(в соавт.).

44. Прогнозирование водно-солевого режима /почв аридной зоны//Проблемы освоения пустынь.-1990 -M 1.- С.72-74.

45. Определение параметров влаго- и солепереноса по дан-

,J • - 47 - "...

яыи натурных экспериментов//Условия формирования и свойства трудномелиорируемых почв Джиаакской лепи. /Почв, ин-т им., В. В. Докучаева: Научн.тр.- Ii. ,1990.- С.82-В7 (в соавт.),'

' 46. Задачи стационарных исследований на'опорном пункте в связи с регулированием и прогнозом водно-солевого режима почв //Условия формирования , и свойства трудномелиорируемых почв Джизакской степи./Почв, ин-т им. ER Докучаева:' Научн.тр.- Ы., 1990. - С.87-93'(в соавт.).- ■

47. Современные проблемы- мелиорации' и плодородия почв аридной зоны//Проблемы освоения пустынь, - 1831. - »12. - С. 37-42 (в соавт,).

46. Oorvtetrporary ргоЫесв of genesis, melioration and use оГ saUnized and solonetzic soils 'in the USSR//Тр. иевд. симпозиума /Genesis and control of fertility of salt-affected -soils.-Moscow, 1991.-P. 18-35 (в соавт.)

43. Rejulaticn of soil vater salt regtma/ZTp. межд, симпозиума /Gsnesis and control of fertility- of salt-affected soils.-tfcsco*,199t;-P,366-369. '

50. Термодинамический критерий оптимизации водно-солевого ракша орошаемых почв//Химическая термодинамика поча и их плодородие/Шчв. ин-тим. Е. В. Докучаева: Науч. труды.-U. ,1931.- ' С. 102-ЮТ.

51;. Проблемы прогнозирования водно-солевого режима орошаемых гемель//Физика почв и проблемы экологии. /Конф. стран содружества: Тез. докл.'-Пущино, 1992.- С.34-35 (в соавт.). •

52. Расчет водного и солевого режимов ха орошаеиом масси-, вес использованием ЭЕЦ//виэика почв и проблемы экологии. /Яояф.стран содружества:Тез.докл.- Пущина,1992.-* С.45-46 (в, .соавт.), " . * '