Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности свойств и гидрологического режима почв восточной части дельты Нила и мероприятия по их улучшению

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности свойств и гидрологического режима почв восточной части дельты Нила и мероприятия по их улучшению"

На правах рукописи

ХАЛЕЛ МОХАМЕД МАХМУД НАБИЛЬ ИБРАХИМ

ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ И ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ДЕЛЬТЫ НИЛА И МЕРОПРИЯТИЯ ПО

ИХ УЛУЧШЕНИЮ

Специальности 03.02.13- почвоведение; 06.01.02- мелиорация, рекультивация и охрана земель.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2014

- 6 ИАР 2014

005545580

Работа выполнена на кафедре почвоведения, земледелия и земельного кадастра Российского университета дружбы народов (РУДН).

Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шуравилин Анатолий Васильевич, доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Савин Игорь Юрьевич Официальные оппоненты:

Савич Виталий Игоревич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Максименко Владимир Пантелеевич, доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, заведующий отделом мелиорации земель ВНИИГИМ им. А.Н. Костякова Ведущая организация:

Государственный университет по землеустройству

Защита состоится « 28 » апреля 2014 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.006.053.01 при ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии по адресу: 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7, стр. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Почвенного института им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии.

Автореферат разослан « 28 » февраля 2014 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просьба присылать по адресу: 119017, г. Москва, Пыжевский переулок, д. 7, стр.2, Почвенный институт им. В.В. Докучаева, диссертационный совет. Факс: (495) 951-50-37, e-mail: lubimova@agro.geonet.ru

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

И.Н. Любимова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Дельта Нила является наиболее плодородной частью поймы реки и характеризуется неодинаковым плодородием. Поэтому правильное сельскохозяйственное использование почв дельты возможно только при дифференцированном подходе с учётом их особенностей. В целом почвы дельты Нила, подвержены антропогенному воздействию, особенно восточная ее часть, где ярко проявляются негативные процессы. В связи с сооружением Асуанской плотины и прекращением поемности, а также несоблюдение адаптивно-ландшафтного подхода к системам земледелия, нарушение технологии орошения и многие другие факторы привели к развитию в аллювиальных почвах целого ряда негативных явлений -переуплотнение, эрозия, засоление, подтопление и др. (Мохамед, 2011; Е1-Вагоис1у, 2005).

Следует отметить, что исследований, посвященных изменению режимов и свойств почв дельты Нила и их устойчивости к антропогенным воздействиям при интенсивном сельскохозяйственном использовании, проведено недостаточно. Многие вопросы изучения гидрологического режима и свойств аллювиальных почв восточной части дельты Нила, их устойчивости к изменениям в результате многолетнего мелиоративного воздействия остаются почти не исследованными.

Цель и задами исследования. Целью работы является изучение основных тенденций изменения водно-физических, химических, физико-химических свойств и гидрологического режима почв восточной части дельты Нила, а также установление закономерностей устойчивости почв при внешнем антропогенном воздействии в результате многолетнего орошения и техногенного загрязнения. Для достижения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:

1. Выявление особенностей изменения морфогенетических свойств

почв;

2. Установление основных закономерностей в изменении водно-физических, химических и физико-химических свойств почв;

3. Изучение солевого состава грунтовых и оросительных вод;

4. Определение содержания микроэлементов и тяжёлых металлов в различных группах аллювиальных почв и оросительных водах и выявление степени их загрязнения;

5. Обоснование гидрологического и почвенно-мелиоративного режимов аллювиальных почв и водообеспеченности растений применительно к различным геоморфологическим зонам;

6. Разработка комплекса мероприятий по снижению негативных природных и антропогенных воздействий и повышению плодородия аллювиальных почв восточной части дельты реки Нил.

Научная новизна. Впервые проведены комплексные исследования агрофизических, химических свойств и гидрологического режима аллювиальных почв, расположенных в различных геоморфологических зонах восточной части дельты Нила и установлены закономерности их изменений.

Получены новые научные данные по характеру изменений свойств аллювиальных почв за многолетний период (1971-2013 гг.) и их водного режима под действием традиционного характера землепользования, а также в зависимости от химического состава грунтовых и оросительных вод в условиях техногенного загрязнения.

Изучено формирование почвенно-мелиоративных режимов аллювиальных почв в зависимости от глубины залегания уровня грунтовых вод, почвенных условий и содержания солей в почвах.

Выявлены особенности формирования основных свойств аллювиальных почв и их гидрологического режима в зависимости от геоморфологической зоны. Научно обоснованы параметры режима орошения пшеницы применительно к геоморфологическим зонам.

Установлено, что в восточной части дельты Нила в результате интенсификации сельскохозяйственного производства за более чем 24-40-летний период произошли заметные изменения некоторых свойств аллювиальных почв. Определена степень изменения и дана их оценка.

Практическая значимость работы. На основе выявленных закономерностей показана опасность возможности проявления деградационных процессов. Разработаны режимы орошения пшеницы и приёмы регулирования водного режима аллювиальных почв в различных геоморфологических зонах. Научно обоснованы рекомендации по комплексу агротехнических, лесотехнических и мелиоративных мероприятий, обеспечивающих защиту аллювиальных почв от деградации в результате интенсивного антропогенного воздействия с учётом улучшения организации орошения и качества поливов, а также совершенствования системы землепользования и агротехнологий.

Защищаемые положения. На защиту выносятся: - Закономерности изменений агрофизических и химических свойств основных групп аллювиальных почв восточной части дельты Нила за многолетний период (1971-2013 гг.) интенсивного использования при традиционном характере землепользования в условиях орошаемого земледелия;

- Особенности формирования гидрологического режима орошаемых почв региона;

- Научное обоснование режима орошения пшеницы и формирование почвенно-мелиоративных режимов в зависимости от геоморфологической зоны, почвенных условий, уровня залегания фунтовых вод, их минерализации и химического состава оросительных вод;

- Факторы деградации аллювиальных почв восточной части дельты Нила на современном этапе природопользования и комплекс мероприятий и агро-технологий по их снижению до стабильно-безопасного уровня.

Личный вклад автора. Сбор полевых данных, аналитические работы и их статистическая обработка проведены автором лично.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях преподавателей, молодых учёных, аспирантов и студентов в 2011 и 2013 гг. (Москва, РУДН). Основные положения диссертации в 2011-2013 гг. рассматривались на заседаниях кафедры почвоведения, земледелия и земельного кадастра аграрного факультета Российского университета дружбы народов и получили положительную оценку.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 185 страницах и состоит из введения, обзора литературы, трех глав с изложением объектов, методов и результатов исследований, а также выводов и рекомендаций производству, списка литературы и двух приложений. Список использованной литературы содержит 191 наименований, из них 150 - на английском языке.

Содержание диссертации

В первой главе проведен анализ научных публикаций по проблеме исследований. Комплексное природно-антропогенное воздействие на почвы дельты р. Нил постоянно сказывается на изменении основных свойств их гидрологического режима и снижении продуктивности почв (FAO, 1966; Fa-thi et al, 1971, 1972; El-Gazzar, 1982; Shatta, 1984; Kandi et al., 1988; Gobran, 1990, 1992; El-Nahru, 1997; Farag, 1999; Moubarak, 1999, El-Badawi, 2000; Rady et al., 2001; Le Houerou, 2002; Abd El-Haby, 2004 и др.).

На основании аналитического обобщения была сформулирована общая концепция по изучению изменений свойств аллювиальных почв, их оценке за длительный период использования и формированию гидрологического и почвенно-мелиоративных режимов, а также по разработке мероприятий по снижению деградационных процессов восточной части дельты р. Нил.

Во второй главе изложены природные и ирригационно-хозяйственные условия, схема опыта и методика исследований и дано морфологическое строение почв восточной части дельты Нила.

Исследования проводились в районе г. Исмаилия (рис.1). Погодные условия 2010-2013 гг. мало отличались от среднемноголетних.

Характеристика объектов исследования приведена в табл. 1. Полученные данные сравнивались с ранее выполненными исследованиями, проведенными в 1970, 1979 и 1987 гг. на этих же аллювиальных почвах учеными Каирского и Ис-маильского государственных аграрных университетов (Mohamed Reda Bayomi, 1971; El-Dosoky, 1979; Hasaan,1987).

Таблица 1.

Объекты исследований_

Геоморфологическая зона и №№ разрезов Группа аллювиальных почв

Морская прибрежная равнина (разрезы 1-3) Аллювиальная луговая, карбонатная, маломощная, средне-суглинистого гранулометрического состава, на глинистом аллювии (далее в тексте условно обозначена как «аллювиальная луговая» или Ал)

Древняя дельтовая равнина (древняя речная терраса) (разрезы 4-6) Аллювиальная дерновая, карбонатная (опустынивающая-ся), легкого гранулометрического состава, на аллювиальных песках (далее в тексте условно обозначена как «аллювиальная дерновая» или Ад)

Молодая речная терраса Нила (разрезы 7-9) Аллювиальная дерново-луговая, глинистая, среднемощная, на глинистом аллювии (далее в тексте условно обозначена как «аллювиальная дерново-луговая» или Адл)

В работе использованы стандартные и современные методы исследований.

Морфологическое строение почв восточной части дельты Нила неоднородно. В Ал при неглубоком залегании грунтовых вод (90-120 см) были отмечены процессы грунтового оглеения на глубинах 50-80 см. За период с 1971 г. по 2011 г. уровень грунтовых вод понизился с 50-60 см до 90-130см, а граница оглеения опустилась с 50 до 90см. Это обусловлено осущением и понижением горизонта воды озера Эль-Манзала.

-"«л Среди ое море i

1

ft

/ чЧ il

Í L ~ JT 1 - ' V.

Рис. 1. Регион исследований

На Ад уровень грунтовых вод до глубины 3.5 м не обнаруживался, и за 32-летний период существенных изменений при морфологическом описании почв не было выявлено.

На Адл уровень грунтовых вод был зафиксирован на глубинах 160-180 см с примерно аналогичным уровнем в 1987 году (140 -160см). Заметных различий в морфологическом строении профилей также выявлено не было.

В третьей главе изложены свойства аллювиальных почв восточной части дельты Нила и их устойчивость к антропогенным воздействиям.

Физические свойства почв. Гранулометрический состав почв оставался устойчивым к внешним воздействиям. Ал характеризуются суглинистым гранулометрическим составом, Ад- песчаным и Адл- глинистым.

Выявленные незначительные изменения механического перемещения фракций почвы за период 1971-2011 год в основном обусловлены гравитационным перемещением и поемными процессами, происходящими в почвах в результате орошения и интенсивного их использования.

Показатели по плотности сложения и пористости верхнего слоя аллювиальных почв за 24 - 40 летний период существенно не изменились (табл.2). Наибольшее увеличение плотности сложения за многолетний период происходило в подпахотном слое почвы. В слое 30-60 см значения этого параметра увеличились в среднем на 5 - 6% во всех изученных почвах. В более глубоких почвенных слоях (глубже 60 см) плотность сложения не изменилась.

Пористость верхнего слоя в Ал и Адл соответствовала оптимальным значениям, а в Ад она была значительно ниже ее оптимальных показателей.

Более заметные различия в пористости сложения за многолетний период были выявлены в подпахотном слое. В Ал значение пористости снизилось с 49.1 - 50.9% до 46.0 - 48.7% , в Ад - с 38.2 до 35.1% и в Адл - с 51.9 до 48.9%. В более глубоких слоях почвы изменения пористости было несущественным.

Наиболее высокие показатели агрегированности отмечались в Адл, а наиболее низкие- в Ад (табл.3). Высокой степенью водопрочности обладают также Адл, а наименьшей - Ад. В верхнем почвенном слое количество водопрочных агрегатов было меньше по сравнению с Адл в 3.1 - 3.6 раза, а по сравнению с Ал - в 1.6 - 2.2 раза.

Водные свойства почв. Аллювиальные дерновые песчаные почвы характеризуются низкой влагоемкостью, незначительными величинами влажности завядания и запасами продуктивной влаги. За многолетний период наименьшая влагоемкость почв практически не изменилась и по данным 2011 и 1979 г. составляла 7.6 - 10.2% от объема. Наиболее благоприятными

водными свойствами обладают Адл. По сравнению с Ад показатели водных свойств в этих почвах были значительно выше (наименьшая влагоемкость

достигала 35-40% от объема).

Таблица 2.

Плотность сложения и пористость аллювиальных почв восточной части дельты Нила

Год исследований, № разреза и глубина, см Плотность сложения, г/см3 Пористость % Год исследований, № разреза и глубина, см Плотность сложения, г/см3 Пористость, %

2011 г. Разрез 1 Аллювиальная луговая почва на суглинистом аллювии

0-25 1,32 50,2 1971 г. Разрез 79 0-5 1,18 55,5

25-50 1,36 48,7 5-25 1,30 50,9

50 -90 1,39 47,6 25-60 1,37 48,3

2011 г. Разрез 3 0-20 1,34 49,4 1971 г. Разрез 10 0-20 1,30 50,9

20-60 1,43 46,0 20-50 1,35 49,1

60-130 1,39 47,5 50-120 1,38 47,9

2011 г. Разрез 6 Аллювиальная дерновая почва на песчаном аллювии

0-30 1,67 36,5 1979 г. Разрез 63 0-30 1,64 37,4

30-45 1,70 35,1 30-85 1,62 38,2

45-105 1,69 35,5 85- 150 1,67 36,3

105 - 150 1,70 35,2

2011 г. Разрез 8 Аллювиальная дерново-луговая почва на глинистом аллювии

0-25 1,25 53,7 1987 г Разрез 74 0-25 1,26 53,3

25-60 1,38 48,9 25-70 1,30 51,9

60-120 1,41 47,8 70 - 140 1,38 48,9

Таблица 3.

Структурно-агрегатный состав почвы, %_

Размер фракций, мм Коэффициент Водопрочность агрегатов, мм

10-0.25 >10+<0.25 структурности < 0.25 | >0.25

Аллювиальная луговая почва

59.1 40.9 1.45 53.7 | 46.3

Аллювиальная дерновая почва

54.0 46.0 1.17 78.8 | 21.2

Аллювиальная дерново-луговая почва

64.1 35.9 1.79 40.2 | 59.8

На Ал в прибрежной зоне озера Эль-Манзала значения наименьшей влагоемкости составляли 15 - 18% от объема, а запас продуктивной влаги в слое почвы 0 - 90 см был равен 85 мм. При удалении от озера Эль-Манзала отмечалось закономерное увеличение наименьшей влагоемкости и запасов продуктивной влаги. По сравнению с ранее выполненными исследованиями произошло заметное снижение показателей наименьшей влагоемкости (в 1.05-1.2 раза) и значений продуктивной влаги (в 1.1-1.4 раза) в связи с осушением.

Химический состав почв. Наиболее бедными по содержанию гумуса являются Ад (табл.4). За 32 года (1979-2012 гг.) произошло увеличение содержания гумуса в верхнем слое Ад в среднем в 1.13 раза. Это, по-видимому, обусловлено ежегодным внесением в почву органических удобрений. Наиболее высокие показатели по содержанию гумуса были установлены в Адл. Сравнение полученных данных также показало, что за 24 года (с 1987 по 2011 г.г.) в верхнем слое почвы произошло увеличение содержания гумуса на 0.54% или в 1.3 раза.

В Ал по мере удаления от озера Эль-Манзала содержание гумуса в верхнем слое почвы постепенно снижалось с 1.62% до 1.38%, что обусловлено характером озерных отложений, в которых отмечалось уменьшение органического вещества по мере удаления от прибрежной полосы озера. За 40 лет (с 1971г.) произошло накопление гумуса в верхнем горизонте почвы вблизи озера с 1.38% до 1.62% (в 1.23 раза), а на значительном расстоянии от него- с 1.28 до 1.42% (в 1.11 раза), что обусловлено характером использования почв и внесением органических удобрений.

Соотношение C/N в верхнем слое аллювиальных почв более благоприятное по сравнению с нижележащими слоями. Во всех почвах содержание углерода и азота по абсолютным величинам очень низкое.

Были установлены уравнения связи содержания гумуса с процентным содержанием ила и наименьшей влагоемкостью:

У = 0.493 + 0.031*Х; R2 = 0.88;

У = 0.368 + 0.035*Х,; R2 = 0.70;

где У - содержание гумуса в %;Х - процентное содержание ила;

Xi - значения наименьшей влагоемкости в % от объема.

Наибольшее содержание карбонатов было установлено в Ад: в верхнем слое оно составляло 12.1% , а с глубиной постепенно снижалось до 5.3 — 7.5%. Примерно аналогичные данные по содержанию карбонатов были получены и в 1979г. Такое распределение карбонатов по профилю почвы обусловлено их специфическими свойствами, их наличием в подстилающих и почвообразующих породах, а также поступлением в результате эоловых процессов, имеющих широкое распространение в этой зоне. Следует отметить, что окарбоначивание также происходит вследствие регулярного орошения минерализованными гидрокарбонатно-кальциевыми дренажно-сбросными и подземными водами.

Таблица 4.

Химический состав аллювиальных почв

№ разреза и год анализа Глубина, см Содержание гумуса, % С,% N,% C/N СаСОз, % Гипс, %

1 2011 г. 0-25 1.62 1.042 0.10 10.42 7.2 0.68

25-50 0.89 0.455 0.046 9.89 7.6 2.14

50-90 0.61 0.305 0.034 8.97 7.4 3.17

2 2011 г. 0-25 1.55 0.940 0.091 10.34 9.4 0.5

25-70 0.88 0.525 0.051 10.29 8.1 2.2

70-110 0.65 0.371 0.038 9.76 8.4 3.1

3 2011 г. 0-20 1.42 0.861 0.084 10.25 9.8 0.23

20-60 0.94 0.552 0.056 9.86 7.2 0.46

60-130 0.53 0.463 0.048 9.65 7.8 0.79

79 1971 г. 0-5 1.38 0.717 0.057 12.58 9.9 0.74

5-25 0.72 0.410 0.39 10.51 8.2 2.87

25-60 0.51 0.305 0.032 9.53 7.4 3.08

10 1971 г. 0-20 1.28 0.841 0.074 11.36 9.6 0.45

20-50 0.76 0.458 0.043 10.65 8.8 0.77

50-120 0.55 0.416 0.043 9.67 7.7 1.56

4 2011 г. 0-15 0.68 0.421 0.039 10.79 10.0 -

15-45 0.54 0.305 0.034 8.97 8.0 -

45-90 0.42 0.236 0.025 9.44 5.3 -

90-150 0.52 0.285 0.032 8.90 6.2 -

5 2011 г 0-30 0.42 0.245 0.024 10.21 11.8 -

30-60 0.50 0.276 0.029 9.52 10.9 -

60-100 0.10 0.145 0.016 9.1 9.2 -

6 2011 г. 0-30 0.73 0.482 0.047 10.26 14.6 -

30-45 0.62 0.354 0.036 9.83 12.9 -

45 - 105 0.42 0.216 0.023 9.36 12.2 -

105-150 0.21 0.113 0.012 9.42 7.5 -

63 1979 г. 0-30 0.54 0.282 0.025 11.28 12.14 -

30-85 0.32 0.122 0.013 9.38 11.32 -

85-150 0.23 0.146 0.016 9.12 9.65 -

7 2011 г. 0-20 2.29 1.365 0.128 10.66 2.2 -

20-60 1.53 0.862 0.089 9.69 1.8 -

60-150 0.67 0.641 0.069 9.29 1.2 -

8 2011 г. 0-25 2.34 0.825 0.078 10.58 4.2 -

25-60 1.43 0.309 0.034 9.09 3.8 -

60-120 0.48 0.201 0.023 8.74 3.9 -

9 2011 г. 0-25 2.35 0.928 0.092 10.10 3.14 -

25-50 1.48 0.753 0.083 9.07 2.17 -

50-80 1.24 0.649 0.075 8.65 1.65 -

80-150 0.56 0.517 0.061 8.49 1.44 -

74 1987 г. 0-25 1.79 1.09 0.10 10.94 2.45 -

25-70 1.26 0.573 0.030 3.67 1.87 -

70 - 140 0.47 0.515 0.052 8.85 1.81 -

Адл характеризуются значительно меньшим содержанием карбонатов-2-3%. За 24 года (1987-2011 гг.) отмечается тенденция некоторого увеличе-

10

ния содержания карбоната кальция, что вероятно обусловлено его внесением в качестве минеральной подкормки. В аллювиальной луговой карбонатной почве содержание карбонатов в среднем составляло 7.9-8.8 %, а по данным 1971г. - 7.55-9.06%. Следовательно, за 40 лет содержание карбонатов практически не изменилось.

В рассматриваемых почвах содержание гипса было обнаружено только в аллювиальной луговой карбонатной почве в небольших количествах, с глубиной его содержание возрастает от 0.5-0.7 до 3.2%.

Солевой состав почв. В целом, изменения в химическом составе аллювиальных почв тесно связано с прекращением поемности и отложения наилка в дельте в связи с сооружением Асуанской плотины. Наименьшее содержание солей было зафиксировано в аллювиальных дерновых песчаных почвах (рис.2).

Верхний слой почвы характеризуется слабой степенью засоления, а более глубокие почвенные слои относятся к незаселенным. В содержании солей наибольшую долю занимают хлориды и сульфаты, а среди катионов - натрий и кальций, или магний. За 32-летний период (с 1979 по 2011 гг.) произошло некоторое увеличение содержания водорастворимых солей, в среднем в 1.14 раза (с 0.35 до 0.45 %) в верхнем слое и с 0.21 до 0.25 % в нижнем слое. Это связано с особенностями режима орошения, качеством используемой оросительной воды, а также с характером использования земель в сельскохозяйственном производстве. При этом для орошения применялись минерализованные коллекторно-дренажные воды, что приводило к заметному засолению всего почвенного профиля.

Адл в верхней части являются незаселенными, а с глубиной степень засоления увеличивается, достигая среднего уровня. Такое распределение солевого состава по глубине обусловлено в основном орошением и характером аллювиальных отложений. Эти почвы относятся к хлоридно-сульфатному и сульфатно-хлоридному типам засоления. В среднем по трем разрезам верхний почвенный слой соответствовал магниево-кальциевому типу засоления, а более глубокие слои характеризовались магниево-натриевым засолением. За 24-летний период (1987-2011 гг.) сумма солей в верхнем слое почвы практически не изменилась. Однако в нижних почвенных слоях произошло незначительное увеличение содержания солей с 0.62 до 0.69% от массы. Признаки ежегодного солеенакопления обусловлены интенсивным сельскохозяйственным использованием, орошением и слабым оттоком дренажных вод из-за недостаточной дренированное™ территории.

Аллювиальные луговые почвы

сумма солей %

О 0,5 1 1,5 3 2,5

разрез 79(1971)

Аллювиальные дерновые почвы

сумма солей %

Разрез 63 (1979)

Аллювиальные дерново-луговые почвы

сумма солей %

разрез 74 (1987)

разрез 8 (2011)

разрез 1(2011) «шшшШг КишдаШ!

I

разрез 6(2011)

...........

« и-1„>

а В" ИI ш

Рис.2. Солевой состав почв

Наиболее засоленными являлись Ал, расположенные в зоне морских прибрежных террас. Здесь засоление почв связано с влиянием морских вод, подступающих подземным путем со стороны Средиземного моря и Суэцкого канала и с их накоплением в почвенной толще. Особенно высокой степенью засоления характеризовались почвы, расположенные в прибрежной части озера Эль-Манзала. Здесь до проведения осушительных работ почвы были заболочены, сильно засолены и практически не использовались для возделывания сельскохозяйственных культур. В результате проведенных осушитель-

12

ных работ верхний слой был опреснен, и почва перешла из сильнозасоленной в среднезасоленную. В целом за 40 лет в среднем по трем разрезам произошло рассоление Ал в верхнем слое с 1.61-1.80 до 0.68% или в 2.5 раза и в самом нижнем почвенном слое с 2.14-2.41 до 1.61% или в 1.4 раза. Снижение содержания водорастворимых солей произошло в результате осушения почв, обеспечивающих постепенное ежегодное рассоление. В последние годы предпринимаются работы по устройству дренажных систем и промывке земель от избыточного засоления. Кроме того, для орошения вместо дренажно-сбросных вод стали использовать воды из канала Эль-Салам с меньшей минерализацией воды.

По результатам исследований нами была получена зависимость уровня засоления почв от минерализации оросительной воды и уровня грунтовых вод:

У = -0.129 + 1.021*Х,- 0.081*Х2, R2 = 0.98,

где У - содержание солей в метровом слое почвы в %; Xi - минерализация оросительной воды в г/л; Х2 - уровень грунтовых вод в м.

Обменные основания. Наименьшей суммой обменных оснований обладают аллювиальные дерновые песчаные почвы (рис.3). Сумма обменных оснований в верхнем слое почвы в среднем составляет 8.69 ммоль/100 г. В аллювиальной луговой среднесуглинистой почве по мере удаления от озера Эль-Манзала сумма обменных оснований постепенно повышается от 21.56 до 22.42 ммоль/100 г. В более глубоких почвенных слоях отмечалась тенденция увеличения показателей катионного обмена.

В верхнем слое Адл сумма обменных оснований составляла 26.49 ммоль/100 г, а в нижних слоях почвы увеличивается до 31.42 ммоль/100 г или в 1.19 раза вследствие утяжеления гранулометрического составе почв.

Характерной особенностью аллювиальных почв является высокое содержание обменного кальция и магния в почвенно-поглощающем комплексе. При этом содержание кальция изменялось в пределах 67-84%, магния - 1018%, натрия - 4-11% и калия - 1-4.5% от суммы обменных оснований. Такое распределение обменных катионов и их суммы обусловлено в основном особенностями гранулометрического состава почв, распределением илистой фракции по глубине почвенного профиля, а также аллювиальными процесса-

Содержание микроэлементов и тяжелых металлов. Наибольшее количество тяжелых металлов сосредоточено в верхнем горизонте почвы. Валовое содержание тяжелых металлов по всем рассматриваемым элементам не превышало 0.3 - 0.4 ПДК. Содержание железа в почве не лимитируется и по-

13

лученные данные мало чем отличаются от фона. Валовое содержанию цинка, составляет 0.1-0.3 ПДК. Наименьшее его содержание наблюдалось в аллювиальной дерновой песчаной почве, а наибольшее - в аллювиальной дерново-луговой глинистой почве. Среднее содержание марганца в почве было ниже ПДК в 2.7-6.8 раза, а меди - ниже ПДК в ещё большей степени.

Аллювиальные луговые Аллювиальные дерно- Аллювиальные дерново-

вые луговые

Рис.3. Сумма обменных оснований, ммоль/100 г в почвах восточной части дельты Нила,

2011 г.

■ Са2+ ■ М§2+ ■ ■ К+

■ Са2+ ■ М§2+ ■ N8+ ■ К+

■ Са2+ ■№+ ■ К+

■ Са2+ ■ М§2+ ■ №+ ■ К+

■ Са2+ ■ Mg2+ ■ №+ ■ К+

■ Са2+ ИМе2+ к Ыа+ ■ К+

В верхнем слое почвы валовое содержание '¿п, Мп, Си, РЬ и Со находилось примерно на одном и том же уровне и составляло 0.13-0.17 ПДК в Ад, 0.21 - 0.26 ПДК в Ал и 0.31 - 0.37 ПДК в Адл. Наименьшее валовое содержание в почвах характерно для Сс1, его значения соответствовали 0.13 ПДК в Ад, 0.16 ПДК в Ал и 0.25 ПДК в Адл. Содержание тяжелых металлов в почве определялось их гранулометрическим составом, а также присутствием автотранспорта, портовых промышленных предприятий в зоне Суэцкого канала и особенностями применения минеральных удобрений и других химических средств при возделывании сельскохозяйственных культур.

Наибольшее количество подвижных соединений тяжелых металлов было зафиксировано в аллювиальной дерновой песчаной почве, а наименьшее - в аллювиальной дерново-луговой глинистой почве (рис.4). Содержание

железа в верхнем слое аллювиальных почв составляло 11.8 мг/кг - 26.6 мг/кг, что соответствует уровню аллювиальных щелочных почв аридных условий.

зо

25 20

ас

Ъ 15 5 10

5 0

Бе

^Г и ) чи и. П О] и1 и.

£ 5 5|

гнгмсо о.^1ЛЮ а со т о.

Л 1,2,3 - разрезы аллювиальных луговых почв; Лср - среднее арифметическое значение для них;

Ад 1,2,3 - разрезы аллювиальных дерновых почв; Адср - среднее арифметическое значение для них;

Ал 1,2,3 - разрезы аллювиальных дерново-луговых почв; Алср - среднее арифметическое значение для них

Рис.4. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в верхнем слое почв за 2011г

Содержание подвижных соединений цинка составляло 0.04 - 0.05 ПДК в Адл и Ал и 0.1 ПДК - в Ад.

Концентрация подвижных соединений меди в пахотном горизонте в среднем по разрезам составляла 1.12; 1.33 и 0.96 мг/кг или 0.37 ПДК, 0.44 ПДК и 0.32 ПДК соответственно в Ал, Ад и Адл. Содержание подвижных

соединений свинца в Ал, Ад и Адл соответственно составляло 0.34 ПДК; 0.37 ПДК и 0.25 ПДК.

Концентрация кадмия составляла 0.2 ПДК в Ал, 0.26 ПДК в Ад и 0.18 ПДК в Адл. Содержание подвижных соединений кобальта в верхнем почвенном слое также было значительно ниже ПДК и в среднем составляло 0.34 ПДК (1.7 мг/кг) в Ал, 0.41 ПДК (2.06 мг/кг) в Ад и 0.28 ПДК (1.38 мг/кг) в Адл.

В целом, наибольшее количество подвижных соединений тяжелых металлов было установлено в Ад (0.1 - 0.44 ПДК), несколько меньше (0.05 -0.37 ПДК) в Ал и наименьшее количество (0.04 — 0.32 ПДК) в Адл. Наиболее высокие значения подвижных соединений тяжелых металлов характерны для меди, а наименьшие - для цинка.

В четвёртой главе изложены результаты изучения водного режима аллювиальных почв и мероприятия по их улучшению.

Режим уровня грунтовых вод и степень их минерализации. На Ал в среднем за период декабрь-апрель грунтовые воды находились на глубине 1.08-1.16 м. Неглубокое их залегание связано со слабой естественной дрени-рованностью территории, ее заболоченностью. На Адл уровень залегания грунтовых вод находился в среднем на глубине 1.7-1.8 м, а на Ад более 3.5 м.

Содержание солей в грунтовых водах Ал составляет 4.45-4.5 г/л. Среди анионов преобладали хлориды, а среди катионов натрий и кальций. Высокая минерализация обусловлена поступлением значительного количества солей по водоносным горизонтам из озерных и морских отложений.

Минерализация грунтовых вод в Адл по сумме солей составляла 1.661.77 г/л. Химизм их засоления аналогичен аллювиальным луговым почвам.

Содержание химических веществ в оросительной воде. Оросительные воды, используемые для полива пшеницы на Адл, являются пресными (0.50-0.54 г/л). Более засоленная оросительная вода для полива пшеницы использовалась на Ал — в среднем 1.32-1.41 г/л. Слабоминерализованные оросительные воды (2.11-2.16 г/л) использовались при поливе пшеницы, возделываемой на Ад. Высокая минерализация оросительной воды, обусловлена тем, что на орошение используются в основном дренажно-сбросные воды плохого качества. В целом в оросительных водах преобладающими компонентами являлись натрий, кальций и хлор.

Нами получено уравнение связи минерализации оросительной воды с минерализацией грунтовых вод:

У = -0.006 + 0.305*Х, Я2 = 0.91;

где У - минерализация оросительной воды в г/л; X - минерализация грунтовых вод

в г/л.

Концентрация тяжелых металлов в оросительной воде была значительно ниже ПДК - (0.2-0.3 ПДК) (табл.5). Наибольшие показатели отмечались в оросительной воде, используемой в зоне древних дельтовых равнин, а наименьшие - в зоне молодых речных террас. На Ад, где на полив использовалась дренажно-сбросная вода, концентрация тяжелых металлов была более высокой. В целом содержание тяжелых металлов в оросительной воде, используемой на полив пшеницы, зависело от источника воды, его химического состава и наличия в нем тяжелых металлов.

Таблица 5.

Содержание солей и тяжелых металлов в оросительной воде

Геоморфологическая зона Год исследований Сумма солей, г/л Тяжелые металлы мг/л

Ре Мп гп Си РЬ

Прибрежная равнина 2011/2012 1.32 0.75 0.09 0.09 0,10 0,008

2012/2013 1.41 0.74 0.10 0.08 0,11 0,009

Древняя дельтовая равнина 2011/2012 2.11 1.31 0.07 0.13 0,09 0,013

2012/2013 2.16 1.34 0.08 0.12 0,08 0,015

Молодые речные террасы 2011/2012 0.50 0.30 0.04 0.07 0,06 0,001

2012/2013 0.54 0.27 0.03 0.08 0,05 0,002

ПДК 5,0 0,2 1.0 0.2 0.03

Режим орошения яровой пшеницы. Режим орошения яровой пшеницы существенно изменялся по геоморфологическим зонам в зависимости от свойств аллювиальных почв, их гранулометрического состава, уровня залегания грунтовых вод и степени их минерализации (табл.6). При возделывании пшеницы на песчаных Ад с глубоким залеганием грунтовых вод поливы проводились через каждые 3-4 дня. Всего проведено 37-38 поливов со средней поливной нормой 270 м3/га при средней оросительной норме 10250 м3/га.

На аллювиальных луговых легкосуглинистых почвах с уровнем грунтовых вод 0.9-1.2 м для поддержания оптимальной влажности почвы потребовалось проведение 16-17 поливов через каждые 6-10 дней со средней поливной нормой 400 м3/га и оросительной нормой 6805 м3/га.

При возделывании пшеницы на аллювиальных дерново-луговых глинистых почвах при глубине залегания грунтовых вод 1.6 - 1.8 м за оросительный период следует проводить 8-9 поливов через каждые 15-18 дней средней поливной нормой 725 м3/га и оросительной нормой 6480 м3/га. При этом на Ал и Адл оросительная норма снижается в 1.5-1.6 раза по сравнению с ал-

лювиальными дерновыми песчаными почвами. Такой поливной режим обусловлен в основном особенностями гранулометрического состава аллювиальных почв и глубиной залегания грунтовых вод.

Таблица 6.

Параметры режима орошения яровой пшеницы

Годы исследований Число поливов Поливная норма, м3/га Межполивной интервал, сут. Период орошения Оросительная норма, м3/га

Аллювиальные дерновые карбонатные почвы

2011/2012 38 260-280 3-4 02.12-17.04 10370

2012/2013 37 260-280 3-4 04.12-16.04 10130

Среднее 37.5 270 _ 3.5 136-137сут. 10250

Аллювиальные луговые карбонатные почвы

2011/2012 17 390-410 6-10 03.12-18.04 7020

2012/2013 16 390-410 6-10 05.12-11.04 6590

Среднее 16.5 400 8 135 сут. 6805

Аллювиальные де рново-луговые почвы

2011/2012 9 710-730 15-18 04.12-16.04 6790

2012/2013 8 720-740 15-18 06.12-13.04 6170

Среднее 8.5 725 16.5 129-134сут. 6480

Примечание: посевной полив проводился нормой 390 м /га, 600 и 1000 м /га соответственно на почвах аллювиальных дерновых, луговых и дерново-луговых

Расчетная эмпирическая зависимость оросительной нормы от процента ила в почве и уровня грунтовых вод имеет вид:

У = 6904.044 - 33.759*Х + 879.681*ХЬ И2 = 0.98,

где У - оросительная норма в м3/га, X - процентное содержание ила в почве, Х[ -уровень грунтовых вод в м.

Динамика влажности и водный баланс почв. В период вегетации яровой пшеницы влажность расчетного слоя почвы поддерживалась поливами на уровне 70% от наименьшей влагоемкости. Отклонения от заданной величины не превышали 0.5 - 2.0% по НВ.

В суммарном водопотреблении яровой пшеницы наибольший удельный вес принадлежит оросительной норме (85.9 - 96.6%). Максимальные его показатели имели место в зоне древних дельтовых равнин, а наименьшие - в прибрежной зоне с Ал (табл.7). Доля атмосферных осадков была незначительной (2.4-3.4%о), а запасов почвенной влаги еще меньше - 1.0-3.1%. Доля грунтовых вод на Ал принималось 9.1%, а на Адл - 4.8% от суммарного во-допотребления.

Суммарное водопотребление яровой пшеницы в среднем за годы исследований при ее возделывании на Ал составила 7921.1 м3/га, на Ад -10607.9 м3/га и на Адл - 7280.4 м3/га. Наибольшие значения суммарного во-допотребления пшеницы были зафиксированы на Ад в связи с легким грану-

лометрическим составом, частым проведением поливов малыми нормами и более интенсивном испарении.

Таблица 7.

Элементы водного баланса и водопотребление яровой пшеницы в годы исследований, _ __м3/га

№ Геоморфологиче- Годы Осадки Оросите Приход Приход Итого Среднесу

Уча ская зона и почва исследова льная из от точное

стка НИИ норма почвы грунто вых вод водопотр ебление

Прибрежная 2011/2012 261 7020 140,9 742,2 8164,1 57,1

1 равнина (аллюви- 2012/2013 241 6590 149,0 698,0 7678,0 53,7

альная луговая) Среднее 251 6805 145,0 720,1 7921,1 55,4

Древняя дельто- 2011/2012 261 10370 104,9 0 10735,9 75,1

2 вая равнина (ал- 2012/2013 241 10130 108,9 0 10479,9 73,3

лювиальная дерновая) Среднее 251 10250 106,9 0 10607,9 74,2

Молодая речная 2011/2012 261 6790 213,1 363,2 7627,3 53,3

3 терраса (аллюви- 2012/2013 241 6130 232,3 330,2 6933,5 48,5

альная дерново-луговая) Среднее 251 6460 222,7 346,7 7280,4 50,9

Урожайность зерна яровой пшеницы. Наибольшая урожайность зерна яровой пшеницы (табл.8) обеспечивалась при ее возделывании на Адл (в среднем за 2 года 4.56 т/га). Значительно меньшая урожайность зерна пшеницы (3.61 т/га, меньше на 20.8%) была получена на Ал. Наименьшая урожайность зерна пшеницы была установлена на песчаных Ад (3.30 т/га). Достоверность данных подтверждается дисперсионным анализом.

Таблица 8.

Урожайность яровой пшеницы и водопотребление за годы исследований

№ опытн ого участк а Геоморфо логическа я зона Почва Годы исследований Урожайность, т/га Водопотре бление, м3/га Коэффициент во-допотреб-ления, м3/т

1 Прибреж ная равнина Аллювиальная луговая 2011/2012 3.56 8164.1 2293.3

2012/2013 3.65 7678.0 2103.6

Среднее 3.61 7921.1 2194.2

2 Древняя дельтовая равнина Аллювиальн ая дерновая 2011/2012 3.27 10735.9 3283.1

2012/2013 3.33 10479.9 3147.1

Среднее 3.30 10607.9 3214.5

3 Молодые речные террасы Аллювиальн ая дерново-луговая 2011/2012 4.55 7627.3 1676.3

2012/2013 4.56 6933.5 1520.5

Среднее 4.56 7280.4 1596.6

2011/2012 НСР0 05=0.25

2012/2013 НСР0.о5=О.28

Наибольший коэффициент водопотребления получен на малопродуктивных песчаных Ад. На Ал коэффициент водопотребления пшеницы в среднем за два года был меньше, чем на Ад на 67%. Наименьший коэффициент водопотребления пшеницы был получен на Адл (1596.6 м3/т). Он был меньше, чем при возделывании пшеницы на Ал в 1.4 раза, а по сравнению с Ад - в 2.0 раза.

Таким образом, наиболее благоприятные условия формирования высокой урожайности яровой пшеницы при наименьшем коэффициенте водопотребления обеспечиваются в зоне молодых речных террас при ее возделывании на более плодородных Адл.

Почвенно-мелиоративные режимы и мероприятия по улучшению свойств и плодородия аллювиальных почв. В восточной части дельты Нила можно выделить три почвенно-мелиоративных режима. В зоне древних дельтовых равнин с интенсивной естественной дренированностью при устойчиво глубоком (свыше 3.5 м) залегании грунтовых вод установлен ав-томорфный и полуавтоморфный почвенно-мелиоративные режимы, для которых характерно формирование Ад. Однако, в пустынных условиях с сильной ветровой деятельностью происходило интенсивное образование эоловых отложений, которые способствовали формированию песчаных малопродуктивных почв.

В зоне молодых речных террас со сложившимся уровнем залегания грунтовых вод на глубине 1.7 - 1.8 м сформировался полугидроморфный почвенно-мелиоративный режим, с характерными для него Адл. В этой зоне грунтовые воды имеют слабую степень минерализации, и они оказывают определенное влияние на солевой режим почв. В условиях гидроморфного почвенно-мелиоративного режима с глубиной залегания грунтовых вод 0.9-1.2м распространены аллювиальные луговые наиболее засоленные почвы.

Почвы восточной части дельты Нила нуждаются в предотвращении процессов деградации и опустынивания и в существенном их улучшении путем применения комплекса организационно-хозяйственных, агротехнических, лесотехнических и мелиоративных мероприятий. Для повышения плодородия Ал в первую очередь необходимо проведение осушительных мелио-раций в целях создания оптимального водно-воздушного режима почв. Для рассоления почв и их улучшения следует применять комплекс arpo- и гидромелиоративных мероприятий, включающий дренаж, планировку поверхности, капитальную и эксплуатационную промывку почв, промывной режим орошения и возделывание культур - освоителей.

В зоне распространения аллювиальных дерновых песчаных почв основной проблемой является дефляция. В этих условиях необходимо применять комплекс противодефляционных мероприятий: введение почвозащитных севооборотов, создание буферных полос, облесение песчаных территорий, применение механических защит стоячего и устилающего типов. Большое значение следует придавать организационно-хозяйственным и агротех-нологическим мероприятиям. В этой зоне необходим переход на водосбере-гающие способы полива и создание постоянных источников пресной оросительной воды.

На Адл эффективным мелиоративным приемом борьбы с переуплотнением является глубокое мелиоративное рыхление, которое рекомендуется проводить один раз через 4-5 лет. Для борьбы с водной эрозией и предотвращения поверхностного стока необходимо предусматривать почвозащитную систему обработки почвы. Для улучшения микроклимата орошаемых почв и снижения водной эрозии рекомендуется создание полезащитных лесных полос из растительности, произрастающей в полупустынных условиях.

На всех рассматриваемых почвах рекомендуется систематическое внесение минеральных и органических удобрений, которые повышают содержание гумуса, улучшают структуру почв и их кислотный показатель, активизируют деятельность почвенных микроорганизмов. При этом внесение удобрений желательно проводить вместе с поливной водой. Это позволяет значительно сократить производственные затраты и повысить эффективность минеральных удобрений. При орошении большое значение следует придавать водосберегающим способам орошения (капельному).

ВЫВОДЫ

1. В результате длительного орошаемого сельскохозяйственного использования произошло заметное ослабление процессов оглеения в почвах региона. В аллювиальных луговых почвах процессы оглеения с верхних почвенных слоев переместились в более глубокие горизонты, а в аллювиальных дерново-луговых почвах эти процессы практически прекратились.

2. Длительное антропогенное воздействие привело к ухудшению физических свойств аллювиальных почв. За 24 - 40-летний период произошло уплотнение подпахотного горизонта и снижение его пористости при практически неизменном гранулометрическом составе почвы. Существенных изменений в показателях водных свойств аллювиальных почв не отмечено. Но на аллювиальных луговых почвах в результате осушения произошло снижение значений наименьшей влагоемкости и продуктивных запасов влаги.

За 24-40-летний период в аллювиальных почвах региона произошло увеличение содержания гумуса: в луговых в 1 - 1.2 раза, в дерновых в 1.13 раза и в дерново-луговых в 1.3 раза.

Существенных изменений в содержании карбонатов не было обнаружено. Установлено некоторое снижение содержания гипса, по-видимому, вследствие его растворения и вымыва оросительными водами.

В результате длительного антропогенного воздействия заметно изменилось содержание водорастворимых солей. За 32-летний период в аллювиальных дерновых карбонатных почвах выявлена тенденция соленакопления. В аллювиальной дерново-луговой почве за 24 - летний период содержание солей увеличилось лишь в нижних почвенных слоях с 0.62% до 0.66%. Однако верхний слой почвы оставался незаселенным. Аллювиальные луговые карбонатные почвы за 40-летний период перешли из класса сильнозасолен-ных в среднезасоленые после проведения осушительных мелиораций и возделывания культурных растений на фоне промывного режима орошения.

3. Наибольшей суммой обменных оснований характеризуются аллювиальные дерново-луговые почвы, меньшими показателями обладают аллювиальные луговые карбонатные и наименьшей - аллювиальные дерновые карбонатные почвы. В этих почвах сумма обменных оснований в верхнем пахотном слое в среднем составляла, соответственно, 26.49 ммоль/100 г, 21.88 и 8.69 ммоль/100 г. По глубине почвенного профиля сумма обменных оснований и катионный состав в ППК изменялся в зависимости от наличия глинистой фракции в гранулометрическом составе, характера аллювиальных процессов, происходящих в почвах, и геоморфолого-гидрогеологических условий. В составе обменных катионов наибольшую долю занимают кальций и магний. Содержание катиона натрия изменялось в пределах 4 - 11% от суммы. При этом наибольшая его доля зафиксирована в аллювиальных луговых карбонатных почвах.

4. Содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в основном сосредоточено в верхнем слое почвы. Валовое содержание тяжелых металлов было в 3 - 7 раза ниже ПДК, а по содержанию меди - в 27 - 62 раза. Наибольшие их значения выявлены в аллювиальной дерново-луговой почве, а наименьшие - в аллювиальной дерновой карбонатной почве. Наибольшая концентрация подвижных соединений тяжелых металлов, наоборот, была установлена в аллювиальной дерновой карбонатной почве (0.1 - 0.44 ПДК), а наименьшая - в аллювиальной дерново-луговой почве (0.04 - 0.32ПДК). Наиболее высокое содержание подвижных соединений тяжелых металлов

характерно для меди, а наименьшее - для цинка, что указывает на необходимость его внесения в почву в качестве микроэлемента.

5. Гидрологический режим аллювиальных почв меняется в зависимости от геоморфологических условий, уровня грунтовых вод, степени минерализации грунтовых и оросительных вод. Благоприятный водный режим на аллювиальных дерновых почвах обеспечивается проведением 37-38 поливов оросительной нормой 10250 м3/га при урожайности зерна пшеницы 3.30 т/га и водопотреблении 10607.9 м3/га. На аллювиальных луговых почвах эти показатели соответственно составляют 16-17 поливов, 6805 м3/га, 3.61 т/га и 7921.1 м3/га, а на аллювиальных дерново-луговых - соответственно 8-9 поливов, 6460 м3/га, 4.56 т/га и 7280.4 м3/га.

Рекомендации производству

1. Для повышения плодородия аллювиальных почв региона следует проводить мероприятия, способствующие накоплению органического вещества, а для снижения затрат оросительной воды применять водосберегающие способы орошения, в частности, капельное, с использованием природных пресных вод, что особенно перспективно для мелких фермерских хозяйств.

2. На песчаных аллювиальных дерновых карбонатных почвах рекомендуется применять комплекс противодефляционных мероприятий. Для рассоления засоленных аллювиальных луговых среднесуглинистых почв следует провести мероприятия по осушению почв и их опреснению путем промывки на фоне дренажа. На аллювиальных дерново-луговых почвах для снижения содержания солей предлагается устройство более частой коллекторно-дренажной сети с целью опреснения промывками активного слоя почвы.

3. На песчаных аллювиальных почвах требуется проведение 37 - 38 поливов через каждые 3-4 дня с оросительной нормой 10370 - 10130 м3/га. На аллювиальных луговых почвах рекомендуется проводить 16-17 поливов через 6-10 дней при оросительной норме 6590 - 7020 м3/га. Благоприятный водный режима аллювиальных дерново-луговых почв обеспечивается проведением 8-9 поливов через 15-18 дней с оросительной нормой 6130 - 6790 м3/га.

Содержание диссертации опубликовано в работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Халел Мохамед Махмуд Набиль. Устойчивость почв восточной части дельты Нила к внешним воздействиям /Халел Мохамед Махмуд Набиль, Шуравилин А. В., Пивень Е. А.// Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса.-2013.-№3.-С. 11-15.

2. Халел Мохамед Махмуд Набиль. Особенности изменения аллювиальных почв в восточной части дельты Нила при антропогенных воздействиях /Халел Мохамед Махмуд Набиль, Шуравилин А. В., Пивень Е. А. // Вестник Российского университета дружбы народов, серия «Агрономия и животноводство». - 2013.- №3. - С. 37-44.

3.Халел Мохамед Махмуд Набиль. Солевой состав аллювиальных почв дельты р. Нил/Халел Мохамед Махмуд Набиль, Крупнов В. А., Пивень Е. А., Шуравилин А. В.// Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса.-2013.-№4.-С. 26-29.

Прочие Публикации:

4.Халел Мухамед Махмуд Набиль. Изменение свойств и плодородия аллювиальных почв восточной части долины реки Нил /Халел Мухамед Махмуд Набиль//Сборник статей III Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования РУДН: Инновационные процессы в АПК. -М.: Изд-во РУДН, 2011- с. 68 - 69.

5.Халел Мохамед Махмуд Набиль. Устойчивость аллювиальных почввосточной части дельты Нила к природно-антропогенным воздействиям /Халел Мохамед Махмуд Набиль, Шуравилин А. В., Пивень Е. А.// Международный научно-технический и производственный электронный журнал «Науки о Земле»,- 2013. - №1. - С. 74-82.

6. Халел Мухамед Махмуд Набиль. Изменение экологического состояния почвенного покрова восточной части дельты Нила /Халел Мухамед Махмуд Набиль// Инновационные процессы в АПК: сборник статей V Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов. Москва, 17-19 апреля 2013г.- М.:РУДН, 2013.-С. 299-301.

Халел Мохамед Махмуд Набиль Ибрахим Особенности свойств и гидрологического режима почв восточной части дельты нила и мероприятия по их улучшению Формат 60x90/16 Тираж 100 экз. Подписано в печать 24.02.2014 Заказ № 155 Типография ООО «Генезис» 8 (495) 434-83-55 119571, г. Москва, пр-т Вернадского, 86

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Халел Мохамед Махмуд Набиль Ибрахим, Москва

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рукописи

04201456862

ХАЛЕЛ МОХАМЕД МАХМУД НАБИЛЬ ИБРАХИМ

ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ И ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ДЕЛЬТЫ НИЛА И МЕРОПРИЯТИЯ ПО

ИХ УЛУЧШЕНИЮ

Специальности 03.02.13- почвоведение; 06.01.02- мелиорация, рекультивация и охрана земель.

Диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шуравилин A.B. доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Савин И.Ю.

Москва 2014

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11

1.1. Особенности физико-географических условий формирования дельтовых отложений р. Нила 11

1.2. Состояние изученности состава и свойств аллювиальных почв дельты Нила и их характерные особенности 19

1.3. Устойчивость почв и проблемы их деградации 35

ГЛАВА II. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ДЕЛЬТЫ НИЛА 43

2.1. Природные и ирригационно-хозяйственные условия 43

2.1.1. Климат 43

2.1.2. Геология 51

2.1.3. Геоморфология 54

2.1.4. Система орошения и использования земель 54

2.2. Схема опыта и методика исследований 58

2.3. Морфологическое строение почв 64

ГЛАВА III. СВОЙСТВА АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ДЕЛЬТЫ НИЛА И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ К АНТРОПОГЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ 74

3.1 .Физические свойства почв 74

3.1.1. Гранулометрический состав почв. 74

3.1.2. Плотность сложения и пористость почв 76

3.1.3. Структурно - агрегатный состав почв 81

3.2. Водные свойства аллювиальных почв 86

3.3. Химический состав аллювиальных почв 90

3.4. Засоленность аллювиальных почв 98

3.5. Физико-химические свойства аллювиальных почв 113

3.6. Со держание микроэлементов и тяжелых металлов в аллювиальных почвах 118

ГЛАВА IV. ВОДНЫЙ РЕЖИМ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ УЛУЧШЕНИЮ 127

4.1. Режим уровня грунтовых вод и степень их минерализации 127

4.2. Содержание химических веществ в оросительной воде 134

4.3 Режим орошения яровой пшеницы 139

4.4. Динамика влажности и водный баланс аллювиальных почв 145

4.5. Урожайность зерна яровой пшеницы, возделываемой на аллювиальных почвах 151

4.6.Почвенно-мелиоративные режимы и мероприятия по улучшению свойств и плодородия аллювиальных почв 153

ВЫВОДЫ 163

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 165

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 166

ПРИЛОЖЕНИЕ 184

Введение

Актуальность темы. Среди различных почв мира особое место принадлежит аллювиальным (пойменным) почвам, которые обладают более высоким потенциальным плодородием по сравнению с большинством других почв. Пойменные почвы занимают около 3% площади суши. Главной отличительной их особенностью является развитие поемных (аллювиальных) процессов т.е. ежегодное или периодическое затопление паводковыми водами. Они оказывают разностороннее влияние на почвообразование. Прежде всего это природное орошение, которое является важным дополнением к естественному и искусственному увлажнению почв. Поемность способствует поднятию грунтовых вод, смягчает климат, влияет на направление и интенсивность микробиологических процессов в почве, а также на характер природной растительности, её продуктивность, на солевой режим почв и грунтовых вод. Помные процессы -это привнос паводковыми водами взмученного минерального материала, размывание поймы и переотложение на её поверхности взвешенных в воде частиц в виде наилка или аллювия. Поемные процессы оказывают исключительное воздействие на направление и особенности сельскохозяйственного использование земель.

Состав и свойства аллювия в сильнейшей степени влияет на характер пойменных почв. Они требуют особых приёмов и методов освоения. Речная долина отражает в своём почвенном покрове и почвенно-грунтовых водах многие особенности природных условий бассейна реки. В почвенном покрове речных пойм находят ясные различия не только в поймах разных географических зон, но и в географически смежных районах, если они различаются природными условиями.

Поемные экосистемы характеризуются самой большой биопродуктивностью и биоразнообразием. С экологической точки зрения поймы представляют собой геохимические ловушки и мощные

биологические фильтры, перехватывающие не только продукты выветривания и почвообразования, поступающие с прилегающих водосборов, но и элементы-загрязнители, находящиеся в транзитном потоке в реки, моря, океаны (Добровольский, 1968; Балабко, Муромцев, 1997).

В Египте почти все сельскохозяйственные угодья размещены на пойменных почвах, расположенных в прибрежной полосе Нила шириной 1015 км. Здесь проживает около 97% всего населения страны. С древнейших времён водные ресурсы Нила используются для орошения и удобрения полей. Наиболее жизненно важной сельскохозяйственной зоной в Египте является дельта Нила - наиболее плодородная часть поймы реки. Она тянется на 260 км вдоль побережья Средиземного моря от Александрии до Порт-Сайда и занимает площадь примерно 24 тыс. км . По агрономическим свойствам дельта Нила характеризуется неодинаковым плодородием и интенсивностью освоения. Поэтому их правильное сельскохозяйственное использование возможно только при дифференцированном подходе с учётом особенностей типов аллювиальных почв и их разновидностей. В целом почвы дельты Нила, распаханность которых превышает 85%, подвержены интенсивному антропогенному воздействию, особенно восточная часть дельты, где ярко проявляются негативные процессы. Прекращение поемности в связи с сооружением Асуанской плотины в 1971 году, а также несоблюдение адаптивно-ландшафтного подхода к системам земледелия и особой агротехники, нарушение режимов, техники и технологии орошения и многих других факторов антропогенного воздействия привели к развитию в аллювиальных почвах целого ряда негативных явлений - ухудшение структуры почвенного покрова, переуплотнение, эрозия, засоление, осолонцевание, подтопление, сработка гумусового горизонта.

Следует отметить, что количество исследований, посвящённых изменению режимов и свойств почв дельты Нила и их устойчивости к антропогенным воздействиям при регулярном орошении и интенсивном

сельскохозяйственном использовании, невелико. Многие вопросы изучения

6

гидрологического режима и свойств аллювиальных почв, расположенных в различных геоморфологических зонах восточной части дельты Нила, их устойчивость к изменениям в результате многолетнего мелиоративного воздействия остаются почти не исследованными. Поэтому проблема сохранения и повышения плодородия почв восточной части дельты Нила и формирования в ней благоприятных водного и почвенно-мелиоративного режимов является актуальной и одной из приоритетных, без решения которой нельзя добиться устойчивого развития сельскохозяйственного производства Египта.

Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение основных тенденций изменения водно-физических, химических и физико-химических свойств и гидрологического режима почв восточной части дельты Нила, а также установление закономерностей устойчивости почв при внешнем антропогенном воздействии в результате многолетнего орошения и техногенного загрязнения. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие конкретные задачи:

1. Выявление особенностей изменения морфо-генетических свойств различных типов аллювиальных почв;

2. Установление основных закономерностей в изменении водно-физических, химических и физико-химических свойств аллювиальных почв;

3. Определение содержания микроэлементов и тяжёлых металлов в различных типах аллювиальных почв и оросительных водах и выявление степени их загрязнения, а так же количественные и качественные их изменения при интенсивном сельскохозяйственном использовании в условиях орошаемого земледелия;

4. Изучение солевого состава грунтовых и оросительных вод;

5. Обоснование гидрологического и почвенно-мелиоративного режимов

аллювиальных почв и водообеспеченности растений применительно к

различным геоморфологическим зонам; 7

6. Разработка комплекса мероприятий по снижению негативных

природных и антропогенных воздействий и повышению плодородия

аллювиальных почв восточной части дельты реки Нил;

Научная новизна. Впервые проведены комплексные исследования

агрофизических, химических свойств и гидрологического режима

аллювиальных почв, расположенных в различных геоморфологических зонах

восточной части дельты Нила и установлены закономерности их изменений.

Получены новые научные данные по характеру изменений свойств

аллювиальных почв за многолетний период (1971-2013 гг.) и их водного

режима под действием традиционного характера землепользования, а также в

зависимости от химического состава грунтовых и оросительных вод в

условиях техногенного загрязнения.

Изучено формирование почвенно-мелиоративных режимов

аллювиальных почв в зависимости от глубины залегания уровня грунтовых

вод, почвенных условий и содержания солей в почвах.

Выявлены особенности формирования основных свойств

аллювиальных почв и их гидрологического режима в зависимости от

геоморфологической зоны. Научно обоснованы параметры режима орошения

пшеницы применительно к геоморфологическим зонам.

Установлено, что в восточной части дельты Нила в результате

интенсификации сельскохозяйственного производства за более чем 24-40-

летний период произошли заметные изменения некоторых свойств

аллювиальных почв. Определена степень изменения и дана их оценка.

Практическая значимость работы. На основе выявленных

закономерностей показана опасность возможности проявления

деградационных процессов. Разработаны режимы орошения пшеницы и

приёмы регулирования водного режима аллювиальных почв в различных

геоморфологических зонах. Научно обоснованы рекомендации по комплексу

агротехнических, лесотехнических и мелиоративных мероприятий,

обеспечивающих защиту аллювиальных почв от деградации в результате 8

интенсивного антропогенного воздействия с учётом улучшения организации орошения и качества поливов, а также совершенствования системы землепользования и агротехнологий.

Защищаемые положения. На защиту выносятся:

- Закономерности изменений агрофизических и химических свойств основных групп аллювиальных почв восточной части дельты Нила за многолетний период (1970-2013 гг.) интенсивного использования при традиционном характере землепользования в условиях орошаемого земледелия;

- Особенности формирования гидрологического режима орошаемых почв в зависимости от геоморфологической зоны и типа аллювиальных почв;

- Научное обоснование режима орошения пшеницы и формирование почвенно-мелиоративных режимов в зависимости от геоморфологической зоны, почвенных условий, уровня залегания грунтовых вод и их минерализации и химического состава оросительных вод;

- Факторы деградации аллювиальных почв восточной части дельты Нила на современном этапе природопользования (эрозия, дефляция, уплотнение, гипсование, засоление, осолонцевание) и комплекс мероприятий и агротехнологий по их снижению до стабильно-безопасного уровня.

Личный вклад автора, заключается в разработке методики исследований, постановке и проведении экспериментальных работ по изучению аллювиальных почв восточной части дельны Нила, математической обработке опытных данных, в обобщении литературы и анализе лабораторных и экспериментальных данных и полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях преподавателей, молодых учёных, аспирантов и студентов в 2011 и 2013 гг. (Москва, РУДН). Основные положения диссертации в 2011-2013 гг. рассматривались на заседаниях кафедры почвоведения, земледелия и земельного кадастра аграрного факультета Российского университета дружбы народови получили положительную оценку.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 185 страницах и состоит из введения, обзора литературы, трех глав с изложением объектов, методов и результатов исследований, а также выводов и рекомендаций производству, списка литературы и двух приложений. Список использованной литературы содержит 191 наименований, из них 150 - на английском языке.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Особенности физико-географических условий формирования

дельтовых отложений р. Нила

Состав отложений и его характер в поймах рек в значительной мере определяются физико-географическими условиями и прежде всего особенностями гидрологического режима реки, геоморфологией её долины и площади водосбора, литологией размываемых коренных и четвертичных пород, степенью распаханности площади бассейна реки и многими другими факторами (Добровольский, 1968; Добровольский и др., 1982; Ковда, 1978).

Поймы рек и их дельтовые участки представляют собой особый тип пойменного ландшафта, подверженный интенсивному воздействию геологических и биологических процессов и находящийся в состоянии ярко выраженного развития процессов почвообразования и генезиса пойменных почв и их преобразования (Добровольский, 1968).

По геологическому строению дельту Нила многочисленные исследователи относят к осадочному бассейну поздней мезозойской эры палеогенового, неогенового и четвертичного периодов (Ball, 1939; Shukre, 1953; Said, 1962; El-Fayoumy, 1968). Эти отложения представлены осадочным комплексом мергелей, известняков, сланцев и песчаников мощностью более 200 м (El-Fayoumy, 1968). Верхние слои дельтовых отложений были сформированы в современный геологический период в ходе поемных процессов в результате отложения и переотложения взвешенного материала - аллювия. Их количество заметно изменяется. Так, до строительства Асуанской плотины содержание взвешенных веществ в воде Нила изменялось в диапазоне от 20 до 2404 мг/л, а после её постройки количество веществ снизилось до уровня 10 - 190 мг/л (Fathi and Soliman, 1972). В зависимости от природы взвешенных минеральных частиц, отлагаемых как речными, так и морскими водами, формируются различные разновидности аллювиальных почв. Темпы образования аллювиальных отложений

определяются интенсивностью поемных процессов и расположением пойменных земель вдоль Средиземноморского побережья. По данным Said (1962), основная осадочная формация восточной части дельты Нила представлена четвертичными отложениями.

Согласно данным Bayomi (1971) восточная часть дельты Нила занята:

1. почвами старых террас Нила с максимальной высотой около 40 м над уровнем моря.

2. равнинойЭль-Сальхияс высотными отметками 10-15 м над уровнем моря, представленных песком или песчаными дюнами.

3. Болотные и луговые почвы занимают преимущественно северную часть дельты Нила с отметками до 5 м.

Среди четвертичных отложений дельты Нила наиболее широко распространены эоловые и аллювиальные отложения. Эоловые отложения представлены преимущественно сыпучими песками в виде песчаных дюн, холмов и наносов. Аллювиальные отложения, сформированые из взвешенного в речной воде материала, покрывают большую часть дельты Нила толщиной 9-10 м. Такая мощность отлагаемого на пойме аллювия формировалась в течение последних 10 тыс. лет. В нижней части дельты залегает отсортированный материал, состоящий из переслаивающихся слоёв мелкого песка и ила. (Bayomi, 1971).

Озёрные отложения, содержащие в своём составе гипс, вместе с переслаивающимися слоями из песчаного и глинистого материала образуют солончаковые равнины и низменности. Морские глинистые отложения, не редко загипсованные или ожелезнённые, перекрытые известняками или песчаниками формируют солончаковые равнины и низменности. Они располагаются вокруг озера Эль-Манзала. (Bayomi, 1971).

Плейстоценовые отложения сложены преимущественно из среднего и мелкого песка, залегающего на древних смешанных речных и морских отложениях или на аналогичных отложениях речного происхождения с

особым геоморфологическим названьем «черепашьи панцири», которые расположены преимущественно на дельтовой глинистой равнине.

Равнина Эль-Салхия характеризуется спокойным рельефом с некоторыми проявлениями волнистости в южной её части, достигающей высоты 43 м над уровнем моря. Южная часть равнины покрыта, главным образом, крупнозернистым песком и мелким гравием. Территория Эль-Исмаилия в геологическом строении сформирована мезозойскими (меловыми) и кайнозойскими отложениями (UNDPAh др., 2004), которые проявляются в основном в зоне Суэцкого канала, Горьких озёрах, в восточной части нильской долины и в Эль-Исмаилии. Четвертичные отложения покрывают значительную часть территории дельты Нила и представлены песчаными и пылеватыми наносами в форме полос, ориентированных параллельно руслу Суэцкого канала. Обширные песчаные отложения, по-видимому, были сформированы древним рукавом Нила под назва