Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ВОДНЫЙ РЕЖИМ И ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕЗИСА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЗАПАДИН В СВЯЗИ С ИХ ОРОШЕНИЕМ НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ВОДНЫЙ РЕЖИМ И ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕЗИСА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЗАПАДИН В СВЯЗИ С ИХ ОРОШЕНИЕМ НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ"

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

СИЗОВ ВАСИЛИЙ ВИКТОРОВИЧ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА .ВОДНЫЙ РЕЗКИМ И ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕЗИСА ЛУГ0В0-ЧЕРН03ЕМНЫХ ПОЧВ ЗАПАДИН в связи С ИХ ОРОШЕНИЕМ /НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ/

/06.01.03.- почвоведение/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА • 1981

¿-Л, ? 4 ^

Диссертационная работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв Факультета Почвоведения Московского Государственного Университета имени К.В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор биологических наук Л.О. Карпачевский

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Е.М. Самойлова кандидат биологических наук H.A. Муромцев

Ведущее учреждение - Государственный научно-исследовательский Институт земельных ресурсов МСХ СССР

Защита состоится 1981 года

в /£"*часов на заседании специализированного совета по почвоведению факультета Почвоведения Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова.

Адрес: 117234, Москва, В-234, Ленинские Горы, МГУ, факультет Почвоведения, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ.

Автореферат разослан ¿У.О/ 198^, года.

Ученый секретарь

специализированного совета доцент

И.П.Бабьева

Актуальность теми. Северный Кавказ является одним из основных зерновых районов нашей страны. Однако вследствие недостаточного увлажнения благоприятные потенциальные почвенные и климатические ресурса данного региона используются далеко не полностью. Широкое развитие орсшения в Западне« Предкавказье является важным резервом в выполнении Продовольственной программы нашей страна, намеченной ХХУ1 съездом КПСС. Широко распространенные в Западаем Предкавказье западины, которые представляют собой блюдце-образные замкнутые бессточные понижения диаметров SO-150 м и глубиной 0,8-2,4 м, создают комплексность поченного покрова и затрудняют эффективное использование земель. Образование и длительное застаивание в западинах верховодки приводит к периодическому переувлажнению почв. Растения в замкнутых понижениях развиваются слабыми, низкорослыми, посевы часто вымокают. Общая площадь таких земель на Кубани составляет, по данным Е.В.Величко /1975/, 250 тыс. га.

Орошение территории с западинным рельефом нередко ведет К заболачиванию лугово-черноземных почв западин. Ежегодно в Краснодарском крае выбывает из севооборота до 70 тыс.га орошаемой пашни, покрытой "блюдцами" вода.

В связи с этим весьма актуальными являются исследования лугов о-черноземных почв западин, особенностей формирования их в естественных условиях, а также изучение перспективы и рациональных способов орошения территории с западинным рельефом.

Цель и задачи исследований. Основной целью исследований являлось полное и комплексное изучение физических и химических свойств, а также особенности генезиса лугово-черноземных почв западин в Западаем Предкавказье, анализ и сравнение водного режима, гидрогеологических условий, складывающихся в западинных и плакор-ных местоположениях, анализ мелиоративной обстановки и прогноз ее изменения в условиях орошения территории с западинным рельефом на примере Пригородной оросительной системы г.Краснодара.

Были поставлены следующие задачи: I. Изучить генезис блюдцеобразных замкнутых понижений и сформировавшихся в них лугово-черноземных почв.

Z. Изучить физические и химические свойства черноземных почв в западинных и плакорных условиях.

Изучить водный резеим и гидрогеологические условия формирования черноземных почв в западинах и на плакорах в естественных условия^. Изучить процессы глагопереноса в послепедагеной период.

Ujli-,.1 l.'-j 1..U.I l ...j, .J : , j

0;% 5 8ЙСЛ. '¡ra. Ei/. V*-ry:K8M

_ъЯт-зМiL

4. Сделать прогноз изменения почвенно-меяиоративной обстановки на территории Пригородной оросительной системы г.Краснодара.

Научная новизна. Впервые на основании широкого комплекса исследований физических, химических и реологических свойств лугово-черноэемных почв и подстилающих пород в западинах показано, что блюдце образные замкнутые понижения правобережной части долины реки Кубани являются реликтовыми образованиями. В своем генезисе западины наследуют формы древнего рельефа и не связаны с современными просадками. Выявлено существенное различие физических и реологических свойств почв западин и плакоров. Установлено, что для западин характерен специфический водный режим в целом промывного типа, который в летний период формируется по типу выпотного. Разработана модель влагопереноса в почвах плакоров и западин в послепо ливной период и установлено, что в западинах после кратковременного потока влаги вниз начинается постоянный подток влаги из зоны капиллярной наймы вверх к поверхности испарения. Расход влаги на физическое испарение и рассасывание в западинах меньше, чем на плакорах.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований установлено, что орошение территории с западинным рельефом не вызовет появление новых западин, В результате орошения на Пригородной оросительной системе г.Краснодара произойдет подъем уровня грунтовых вод /до Ям/ на плакорах в течение 5, в западинах - 3 лет. Показана необходимость проведения мелиоративных мероприятий в целях предотвращения заболачивания заладинных почв. Выявлено преимущество вертикального или комбинированного дренажа перед систематическим горизонтальным дренажом.

Внедрение и апробация результатов исследования. Основные результаты исследований были включены в научно-технический отчет Подмосковного отделения по изысканиям и исследованиям в/о "Согоз-водпроект" по изучению "вымочек" на Пригородной оросительной системе г.Краснодара и переданы для практической реализации проент-но - изыскательскому институту "Кубаньгилроводхоэ".

Материалы диссертации докладывались автором и прошли апробацию на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета Почвоведения Московского Государственного Университета им.М.В.Ломоносова, а также на заседании отдела генезиса и мелиорации засоленных почв Почвенного института им.В,В.Докучаева.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, общих выводов и рекомендаций производству.

""I 3

списка литературы и приложений, общин объемом 198 страниц машинописного текста. Иллюстрируется 19 таблицами» 19 рисунками- Список использованной литературы включает ПI названий» из них 13 иностранных авторов.

Объекты и методы исследований. Полевые исследования выполнены автором в составе экспедиции Подмосковного отделения по изысканиям и исследованиям в/о "Союзводпроект". Исследования проводились в 1975-1978 г.г. на полях учебного хозяйства Кубанского сельскохозяйственного института "Краснодарское" в соответствии с техническим заданием института "Кубаньгипроводхоз" по изучении причин образования "вымочек" на Пригородной оросительной системе г.Краснодара.

Детальные лабораторные исследования выполнены на кафедре физики и мелиорации почв МГУ им.М.В.Ломоносова и в Почвенном институте им.В.В.Докучаева.

Климат района исследований умеренно теплый с неустойчивым увлаженениеы, является характерным для южной степной равнинной части Кубани/А.В.Отрыганьев,1943/. Зима умеренная, лето жаркое и сухое. Среднемесячные температуры воздуха: в январе —2,3°С, в июле - 28,2°С. Летом часты суховеи. Район исследований относится к зоне недостаточного увлажнения» коэффициент увлажнения /по Иванову/ - 0,72. Количество осадков 442-877 ым, среднемноголет-нее - 620 мм. Каждый год из. шести - засушливый с количеством осадков менее 500 мм.

Район исследования расположен на правам берегу р.Кубани на южной оконечности Азово-Кубанской равнины вблизи г.Краснодара. Поверхность представляет собой слабоволнистую аккумулятивно-аллювиальную равнину четвертичного возраста и слажена озерно-лиманными и аллювиальными отложениями, перекрытыми с поверхности лессовидными суглинками эолово-делювиального происхождения мощностью 5-10 метров. Водоносный горизонт грунтовых вод, расположенный на глубине 5-10 м, имеет сплошное распространение в лессовидных суглинках, супесях и глинистых песках. Минерализация грунтовых вод низкая /<0,5 г/л/.

Почвенный покров представлен глубононицеялярн а-карбонатными черноземами теплой мжноевропейской фации Приазовско-Лредкавказ-сной провинции. Е1а выровненных элементах рельефа сформировались черноземы выщелоченные глубоксмицеллярно-карбонатные сверхмощные малогумусше глинистые на лессовидных глинах и суглинках, в замкнутых блюдцеобразных понижениях - лугово-черноземные почвы.

Основным объектом исследований были лугово-черноземные поч-

вы западин неорошаемого опытно-производственного участка площадью 1100 га, заложенного на третьей правобережной террасе реки Кубани на территории Пригородной оросительной система г.Краснодара« В центре отдельных западин, выявленных в результате мензульной и поч-венно-мелиоративной съемки участка масштаба I : 2000, и на окружающих плакорах было заложено 10 опорных разрезов глубиной 3 м и 10 скважин глубиной 13 м.

Полевые и лабораторные исследования включали следующие определенна:

I. Механический /до 13 м/ и микроагрегатный анализ по Н.А,Качинско-му /до 3 м/. 2. Плотность твердой фазы, плотность почвы и общая пороз а ость /до 3 м/. 3, Скорость инфильтрации воды в почву с поверхности с помощью инфильтрометра и при дождевании с помощью передвижной дождевальной установки ЦДУ конструкции ШИйМиТП. 4. Коэффициент фильтрации в монолитах стационарным методом и при наливах воды в скважину. 5. Зависимости коэффициента влагопров ода ости от потенциала почвенной влаги нестационарным зондовым методом и потенциала почвенной влаги ог влажности почвы методом капилляриметра и мембранного пресса в образцах ненарушенного сложения. 6. Удельная поверхность методом адсорбции паров вода и методом низкотемпературной адсорбции паров азота. 7. Реологические характеристики методом ротационного вискозиметра РВ-8 и конического пластометра Ребмндера. 8. Степень набухания с помощью прибора ИНГ. 9. Наименьшая влагоем-кость методом заливаемых площадок, максимальная гигроскопическая влажность по Николаеву /ветвь десорбции/ и влажность завядання методом вегетационных миниатюр. 10. Физическое испарение почвенной влаги после полива по данным режимных наблюдений. II. Режимные наблюдения за влажностью почвогрунтов до глубины 4 метров, а также за уровнем залегания грунтовых вод в течение' 1975-13^77 г.г. Определения химических свойств включали: гумус по Тюрину, рН водный, 00г карбонатов, гидролитическая кислотность, состав поглощенных катионов, подвижные фосфор и калий, анализ водной вытяжки. Выполнены расчеты: запасов почвенной влаги, количества легко и труднодоступной для растений влаги, влагопереноса в послеполивной период с помощью ЭЦВМ "Минск-22" по программе, разработанной в ШИИГиМе, прогноза подъема уровня грунтовых вод на опытном участке при орошении дождеванием, а также ориентировочный расчет параметров горизонтального дренажа на плакорах И в западинах. Обработка экспериментальных данных выполнена стандартными методами математической статистики /Е.А. Дмитриев, 1572/.

Результаты исследований Происхождение западин и почв. В степных районах Европейской и Аэи-

атской части СССР на равнинных территориях водоразделов и речных террас широко распространены Слюдцеобраэные замкнутые бессточные понижения /западины/.Единого мнения по вопросу образования западин нет. Сщни авторы объясняют образование западин современными процессами почвообразования /Д.Г. Виленский, 1924; E.H. Иванова, В.М. Фридлавд, 1954; и др./, другие - действием комплекса причин различного характера /A.C. Кесь, 1935, A.C. Рябченков, 1956} Г.С. Толчельников, 1957; и др./. Большое число исследователей связывает генезис западин с просадочными явлениями лессовидных суглинков, которые могут уплотняться в результате промачивания /К.И. Лисицын, 1932; Н.Я, Денисов, 1946; Д.А. Мозесон, 1955; А.Я. Антыяов, К.В. Соколов, 1969; В.Г. Дудукалов, Ю.Ф. Нефедьев, H.H. Иванов, 1976; и др./. Исследователи западин в Западном Предкавказье считают, что на Прикубайской равнине западины наследую^ замкнутые понижения древнего рельефа /Е.С, Елажний, 1949, 1958/, либо образовались в результате просадки /А.П. Дкулай, 1974/.

Наши расчеты показали, что максимальная величина просадки, которую могут дать лессовидные суглинки третьей террасы реки Кубани мощностью 7-8 м, имеющие коэффициент относительной просадоч-ности 0,02-0,04 /И.В.Балаев, Л.Г. Царев,1967 /, при средней плотности почвы 1;& г/см3, н^ .превышает 20-40 см; масса почвенно-грун-товой толщи одинаковой мощности "просевшего" /западины/ и "непро-севшего " /плакори/ участков различается. Это позволяет заключить, что генезис западин не связан с просадочными явленияпи. Западины в степной правобережной части долины реки Кубани, глубина которых составляет 0,8-2,4 ы, являются реликтовыми формами древнего рельефа и образовались в результате заполнения первичной воронки тон-коотсортированным илистым материалом и его последующего уплотнения под воздействием многократной смены увлажнения иссушением.

Работ, посвященных исследованию почв замкнутых блюдцеобразных понижений на Кубани, крайне мало. И.З. Ииаенецкий, 1930; Е.С. Блажний, 1929,1949; Л.И. Иозефович, 1931; Г.М. Соляник, 1959; В.П.Василько, 1972; А. П. ДжулаЙ,1974 отмечают, что в западинах сформировались незасоленные, глубокопромытые черноземные почвы с признаками оглеения, имеющие в профиле сильно уплотненные горизонты.

Лугов о-черноземные почвы западин учебного хозяйства "Краснодарское" в отличие от окружающих выщелоченных черноземов плакоров характеризуются полной промытостыо от карбонатов, более мощным гумусовым горизонтом, наличием с глубины 0,8-1,0 м признаков огле-. ения /таблица I/. Почвы западин отличаются более нейтральной 3 -/S7£

реакцией почвенного раствора, более высокой гидролитической кислотностью, немного меньшим содержанием поглощенных оснований, меньшим содержанием углекислоты карбонатов /таблица 2/. Таблица I. Основные морфологические показатели выщелоченных черноземов на плак орал и лугово-черноземных почв в западинах

-I-г

¡Абсолютная

Глубина, м

Местоположение ! Раэ-! рез 1 I 1 ) отметка 1 и ¡гумусо-! !вого 1вски-!гориэон4пашш ! та, м ! Г 1 т-----г \появле-\п оявле-¡ния :ншг при-¡карбо- ¡знаков (натов ¡оглеения

Плакоры б 36,3 - 1,Г7 1,74 1,74 3,75

п 7 37,0 - 1,05 1,60 1,60 3,50

и 13 36,8 - 0,90 1,65 1,65 3,85

« 15 36,3 - 1,20 1,60 1,69 3,60

16 37,6 - 1,00 1,78 1,78 3,90

Западины I 35,5 1,50 1,51 2,28 2,37 0,80

п 2 36,0 1,80 1,49 1,98 1,98 0,82

3 35,9 1,80 1,46 1,98 1,98 1,05

« 4 35,0 2,40 3,07 3,20 3,20 1,16

п 5 35,0 2,10 1,68 2,31 2,31 0,93

и 14 36,0 0,80 1,40 2,10 2,15 0,78

Физические и реологические свойства лугово-черноземных почв западин. Обе почвенные разности характеризуются глинистым механическим составом с высоким содержанием фракции ила /49-539^/ и крупной пыли /19-Я6#/ и малым содержанием фракции > 0,25мм / ЗРб/; относятся по классификации Н.А.Качинсвого я легяоглинистым крупнопылевато-иловатым. Содержание физической глины в западинах в среднем на 7-11% больше, чем на плакорах и достигает 77%. Содержание ила в средней и нижней части профиля западинных почв в среднем на 6-10% больше, чем в плакорных почвах /рисунок I/. В почвах западин наблюдается более четкая по сравнению с почвами шгакоров текстурная дифференциация профиля, которая диагностируется по обеднению илом гумусовцх горизонтов и накоплению его в средней и нижней частях профиля. Накопление ила в лугово-черноземных почвах западин происходит в результате разрушения крупных />0,05 мм/ фракций в процессе внутрипочвенного выветривания, которое является характерной особенностью почв Западного Предкав-.казъя/С.В. Зонн,1950; Е.С.Блажний, Ю.Н.Багров,1960; В.Ф. Вальков,

Таблаца 2. Химические свойства черноземных почв г плакоряых и зададакых условиях

Горизонт, [руцуе | |с2

см ! Г ! $ !100г ПОЧВЫ ! ! 3 I Г !НТИ !100г ¡100г _!_! !_!_;_3_!_1_! 1 у ПОЧВЫ ;пОЧВ1

Выщелоченный чернозем (плакор, разрез 7)

К 10-20 3,6 6,5 - 3,5 20,6 10,1 0,8 31,5 90 29,0 10,0

Аг 40-50 3,3 6,5 - 5,1 19,3 8,2 0,5 28,0 85 20,8 6,6

АХВ 80-90 2,4 6,7 0,1 2,8 19,8 8,4 0,5 28,7 90 21,5 7,2

В1 130-140 2,0 7,1 0,7 1,8 21,2 7,7 0,5 29,4 94 15,7 7,5

ВСХ 180-190 0,5 7,4 1,6 0,9 20,9 6,8 0,3 28,0 97 17,6 6,4

Ск 250-260 0,4 7,5 5,4 0,7 - 18,7 6,3 0,2 25,2 97 4,9 5,8

Лугово-чернозеьшая почва (западвка, разрез I)

% 10-20 4.2 6,5 - . 5,1 ; 20,1 в, г 0,4 28,7 85 11,8 7,2

¿1 50-60 3,4 6,2 - : 5,0 ■ 18,7 8,0 0,4 27,1 84 10,7 7,8

90-100 2,7 6,5 - 4,0 18,9 8,2 0,4 27,5 87 9,4 7,0

V 130-140 2,6 6,9 - 2,8 17,3 7,6 0,3 25,2 90 4,3 6,6

170-180 2,2 6,в 0,4 1,5 17,2 7,8 0,2 25,2 94 3,6 4,8

оЧ 9* 210-220 V 7,3 1,2 1,2 16,9 7,3 0,2 24,4 95 2,8 5,0

270-280 0,5 7,2 2,4 1,0 16,6 бД 0,2 22,8 96 2,2 3,6

ген эоо

Рис. I. Среднее содержание фракций <0,001 и» /а/,

<0,01 вд /б/ механического состава, в черноземных почвах плажорного и западинного местоположения; приращение содержания Фракций в западинах /в/, I - выщелоченные черноземы плакоров; 2 - лугов о-чернозеиные почвы западин; 3 - <0,001 мм; 4 -<0,01м*

1 1<-«.д1 ГТЬлмив Ш1аи-тн р^шн-апя {ТЯамь-атн СИ чшт

Рис. 2. Средний механический состав почвенно-грунтовой толщи в плакорных /а/ и западинных /б/ условиях.

П?73, 1977/. В условиях повьшенного увлажнения и постоянной смены набухания усадкой почвенной массы процессы оглинивания наиболее интенсивно развиваются в средней и нижней части профиля.

Подстилающая толща грунтов в западинах также имеет более тяжелый, чем на планорах, механический-состав /рисунок 2/. Лугово-черноземные почвы западин характеризуются крайне низкой микроагрегированностью. Фактор дисперсности по Н.А.Качинсиому в горизонтах В и ВС достигает £554 .

Плотность твердой фазы в плакорных и яападикных почвах практически одинаковая 2,62-2,72 г/см3. В западинах весь почвенный профиль глубже пахотного горизонта характеризуется высоким уплотнением /рисунок 3/. Максимальных значений /среднее по всем разрезам 1,67 г/см3, отдельные значения 1,71-1,76 г/см3/ плотность почвы достигает в горизонтах В и ВС. Критерий Стыодента показал, что увеличение плотности почеы в западинах по сравнению с плако-рами достоверно для всего почвенного профиля /30-300 ем/ при уровне доверительной вероятности 0,99. Коэффициент варьирования 1-3?5, в пахотном горизонте С-8?6 /таблица 3/.

Таблица 3. Статистические показатели плотности почвы в плакорных и западинных условиях

Глубина, | П л а к о Р ы--1 • Западины -

см * М ; ^ т ^ I V т Н > П ; <Г I V

0-20 1,28 24 0,06 6,2 1,33 36 0,10 7,5

20-40 1,31 24 0,04 3,0 1,36 26 0,05 3,7

40-60 1,36 30 О, СЙ 1,5 1,48 35 0,04 2,7

60-80 1,36 24 0,02 1,5 1,54 37 0,04 2,6

80-100 1,38 24 0,02 1,4 1,56 36 О, СМ 2,6

100-120 1,40 24 0,02 1,4 1,60 36 0,04 2,5

120-140 1,42 27 0,03 2,1 1,61 36 О,СО 1,9

140-160 1,44 24 0,04 2,8 1,64 36 0,04 2,4

160-180 1,42 24 0,02 1,4 1,60 36 0,04 2,5

160-200 1,44 24 0,04 2,6 1,62 36 0,03 1,8

200-220 1,45 24 0,04 2,8 1,64 27 0,04 2,4

220-240 1,48 24 0,04 2,7 1,67 36 0,04 2,4

240-260 1,48 24 0,02 1,4 1,63 36 О,ОС 1,8

260-280 1,52 30 0,02 1,3 1,66 36 О, ОС 1,8

230-300 1,56 24 0,02 1,3 1,64 36 0,06 Э,6

татг

г/си'

1г и 1.6

Средние значения плотности твердой фазы /а/, плотности почвы /б/, порозности /в/ в черноземных почвах шгакорного и эападинного местоположения; I - выщелоченные черноземы плакоро®, 2 - лугово-черноэемные почвы западин

□¿ЙО пк ЯТПад-ши« дц-ы £3 «5 мк

Рис. 4. Распределение эффективной порозности в черноземных почвах плакорного и эападинного местоположения; а - выщелоченный чернозем на плакоре /разрез 7/, б - лугово-черноземная почва в западине /разрез I/

Лугово-черноэемные почвы западин тлеют более низкую по сравнению с выщелоченными черноземами плакоров порозность: от 50,©4 в пахотном горизонте до 36,9-38,254 в горизонте В. Наиболее резкое уменьшение порозности происходит в горизонтах В и ВС, в которых между плакорами и западинами наблюдается максимальное различие 8,IX. В западинах уменьшение порозности по сравнению с плакорами достоверно по всему профилю /30-300 сы/ при уровне доверительной вероятности 0,95, а в нижней части профиля - 0,99. Наибольшую часть порозности составляют в обеих почвах микропоры /<3 мк/, содержание которых в средней и нижней части профиля западинных почв /78&/ выше, а содержание макропор / >120 мк/ ниже /£&/, чем в почвах шгакоров /рисунок 4/. Лугово-черноземные почвы западин отличает низкая инфильтрационная способность. В западинах водопроницаемость с поверхности в 2,5 - 3,1 раза меньше, чем на плакорах и составляет в среднем по всем западинам: методом налива в двухкольцевой инфильтрометр - 0,55 м/сутки, методом дождевания с помощью ОДУ при постоянной интенсивности долщя - 0,38 м/сутки. Особенно низкой водопроницаемостью характеризуется средняя часть профиля западинных почв: величина коэффициента фильтрации, полученная на монолитах стационарным методом значительно /на порядок ивыше/ниэсе, чем в плакорных почвах и составляет в горизонте В 0,0000 м/сутки. Величина коэффициента влагопроводности, определенного нестационарным эондовым методом /И.И,Судницын и др.,1971/ в западинах также значительно ниже, чем на плакорах при различных значениях потенциала почвенной влаги/рисунок 5/.

Значение МГ и ВЗ в западинах высокие и составляют 11,0 -13,3 и 16,0 - 19,094 от веса почвы, что на 1-2 и 2-3* выше, чем на плакорах. Значения НВ практически одинаковые и составляют 22,5 - 30,Ф4. По сравнению с выщелоченныпи черноземами шгакоров порозность аэрации в западинных почвах крайне низкая и лишь в пахотном горизонте составляет 8-13К, глубже 90-100 см ее значения равны 0.

Несмотря на то, что лугово-черноземные почвы западин сформировались в условиях близкого залегания уровня грунтовых вод, запас доступной для растений влаги в них вследствие высоких значений плотности почвы, МГ, ВЗ, а также низкой порозности, меньше, , чем в окружающих почвах. Для слоев 0-150, 0-200, 0-300 см запас доступной влаги в западинах в 1,2-1,3 раза меньше, чем на плакорах. С помощью термодинамического метода было показано, что при одинаковой влажности почвы в западинах потенциал почвенной

Рис, 5. Зависимость потенциала почвенной влаги Ж от влажности почвы W /а/ и коэффициента влагопроводности К от потенциала Y /б/ в плакорных и западинных условиях; выщелоченный чернозем на шгакоре /разрез 7/: I - Aj, /10-20/; 2 - Bi /130-140/; 3 - Cr /250-260/; лугово-черноземкая почва западины /разрез I/:

4 - Ап /10-20/; 5 - AjB^ /130-140/; 6- /270-280/.

влаги глубже 80-90 см выпе по абсолютной величине, а доступность влаги для растений ниже, чем в плакорной почве.

При высыхании почвенная влага в западинах переходит в категорию труднодоступной при более высоких значениях влажности почвы, чем на плакорах. Граничная влажность, соответствующая переходу от легко я труднодоступной влаге и определенная по точке перегиба кривой потенциал почвенной влаги - влажность почвы /A.M.Глобус, 1969; С.Енева,197б/ составляет: на плакорах 64r71% НВ, в западинах 82-94* НВ/таблица 4/. Б слоях 0-150; 0-200; 0-300 см запас легкодоступной влаги в лугово-черноземных почвах западин в 1,2 - 1,5 раза меньше, чем в почвах плакоров.

Таблица 4. Граничная влажность почвы, соответствующая переходу от легко к труднодоступной для растений влаге

Горизонт, | глубина, } си |

¥

да/ кг

И—!-!Г

веса ! НВ

НВ

! вес

( Запас легко-} доступной вла-; ги по слоям, _мы_—

А^В

В1

вс„

а

V

Выщелоченный чернозем /плакор, разрез 7/

10-20 252 19,0 67 30,4 И,4 0-30 43

40-50 заз 19,4 71 28,0 8,6 0-50 66

80-90 727 19,3 74 26,0 6,7 0-100 116

130-140 808 18,4 72 25,5 7.1 0-150 166

160-190 454 17,5 73 23,0 5,5 0-200 2С7

250-360 485 17,0 76 22,5 5,5 0-300 290

Луг ово-черноз емная почва /западина, разрез I/

10-20 444 19,6 64 30,0 10,4 0-30 42

50-60 606 21,5 71 29,2 7,7 0-50 65

90-100 70? 21,0 82 25,7 4,7 0-100 ИЗ

130-140 858 21,2 89 23,7 2,5 0-150 139

170-180 505 22,0 94 23,5 1,5 0-200 152

210-220 505 20,0 93 21,4 1,4 0-300 190

270-280 454 19,8 88 22,5 2,7

Физико-механические свойства лугово-черноземных почв западин значительно отличаются от таковых в выщел оченных черноземах плакоров /таблица 5/. Большая удельная поверхность западинных почв определяет высокие значения молекулярно-поверхкостных сил, которые в свою очередь обуславливают высокую степень усадки и уплотнения почв западин при высыхании. В почве при этом возникают напряжения, деформация структурных отдельностей, растрескивание на крупные глыбы, образование корки. Реологические исследования, проведенные при помощи ротационного вискозиметра ЕВ-8 и конического пластометра Ребиндера /Л.П.Абрукова, 1975,1980/, показали, что прочностные свойства и также характер структурных связей в западинных и плакорных почвах различаются; реологические кривые западинных почв характеризуются наличцем ярко выраженной петли гистерезиса или реопексии, показатели прочности структурных связей / Рт/Рк( / в западинах ниже, а способность к тиксотропно-му разжижению / Ркг/ вьше, чем на пл&корах. В отличие от окружающих выщелоченных черноземов, характеризующихся преоблада-

it g

s s

о. о м

а

s

к е

с-

Е О-

№ _ а

>4 S

аз ta

S

О ft со

О S

О

К

а, 0> m

i=t

я

3 л

fcl (

ti п

о

А

СО э

О Ч

и Л

>J

V

tí о

o tu

« SS

§,'S.

о « i- p.

<\J СО СО ч> о о г- ЦЭ ОТ ЧЭ СО

- о «5 w tú «i га г- -в 1Л

CJ ^ О о с^ ^ 1Л 1Л tft о о

f- m jf о m

О- Jt Ш fj (О со

4 1А Г- 4 9 * W Г- 1Л Ю Л 1С

1Л О 1Л 4 О О

m m ш о

й ы 1Л tii m ö

Н О S О Й 4

4- m н со 1л

Jf (П н w íO

t\J M OJ N N OJ

<м (Л W w о щ

M m J 4 ï M

Oc- -, -(M И » m

ÜJtOOtlJ

- & ta

о oo

Si

* OÍ œ o o <o t-

C\| C\| I—i )—I

(NI

w СО

О IA

S S

no _ ooo Q>0 O O ^ tú &4M (Л H И OJ n » III I

CbO o O o o GHH со СО oû

СО 1Л м о

* » * » «I

о\ о о со а)

С- М О (Û

SÏ

со ■ф l-Ч СП о о 00

*

■4- in ■«г со *

от l-l со N (Л

© 1Л 1Л 1Л СМ

to о o> о CD

со ■d- <yi СМ О с-

CJ l-l M 1-1 »-I 1-1

g и w со о <Г| s s OI о

t-l I-I 1-1 а\ ч? (О 1-1

со ю СМ « С4» со

(-1 in см rt со ffl

l-l 1-1 1-1

LT1 fvj OJ СО

m щ t;

н i—i o bí со ■ч m я u ra

Ol 4 со to to (41 CO CO OJ CM

Л (Л M

■st- -4* со -í

to о со со

3 s

SS

8 Й 8 S S

сч| cj CM C*J CnJ

bí ^ чэ

t*» A o* si

31 « о

SCO F>*

» о

Щ s s

Ca

) Я s

. Я tt

NX 11

d я a

Al Я Cl

* I rt я _ n и Eu

O О

tu я

g; s g « t, a

CD О

h » e¡

* £ I

«) U i4 tt u R V H V

и" «1 S

tí cu

я M <л

Я Oí

«ч а, 4 о « -« л

о Я tí » g- g

г и

I-I Е4 ^

КО в» № о

MW

• со п> О Е К M 14 О s . К

a 1 s

ta «-< н M о О Eïtffl

Я С- §

S . 1

ä Ш*в

о о С--

Бч >4

M H

V о

tí о К

И п

и te

r-t m

Q,

to О О

rȕT

3 ^о о

8 3

ООО

СО СМ (О i-i н-1 <М см

A A A A А

04 СО Г- 1--< г-H H СМ CJ

е иин с»

U о»

m H о

о «

и S

та и

Я я

К £4

ш

a ti

1

кием прочных коагуляционных связей тикеостабильного характера, в лугово-черноземных почвах западин развиваются коагуляционные структурные связи тиксотропного характера. При дегидратации такие связи обуславливают формирование в почвах западин грубой крулноглыбистой менее водопрочной, чем в плакорных почвах, структуры. Вследствие отрицательных физических и физико-механических свойств лугово-черноземных почв в западинах происходит образование и длительное застаивание верховодки. Периодическое переувлажнение загтадишкх почв привело к существенному изменению,по сравнению с окружающими почвами плакоров,водного режима.

Водный режим лугово-черноземных почв западин. В настоящее время водный режим западинных почв Западного Предкавказья не изучен.

Специфика водного режима в западинах обусловлена, во-первых, тем, что в западинах ежегодно в зимне-весенний период в результате скапливания поверхностных талых и атмосферных вод происходит образование и длительное застаивание верховодки /иногда до конца мая/; во-вторых, в западинах более высокий, по сравнению е плакорами, уровень залегания грунтовых вод /летний - 3-4 м, зшие-весеннкй период - 1,5-2,0 м/, Гидрологические наблюдения показали, что лугово-черноземные почвы западин на ШУ получают ежегодно дополнительно за счет верховодки количество влаги 0,23-0,76 м водного столба.

Верховодка создает на поверхности почвы гидростатический напор воды, который, несмотря на высокую плотность почвы, низкую порочность и влагспроводность, способствует сквозному промачиванию западинных почв до грунтовых вод. В результате , в отличие от плакоров с непромывным режимом, в западинах сформировался специфический водный режим промывного типа. В жаркий летний период в западинных почвах, нижняя часть профиля которых находится в зоне влияния капиллярной каймы грунтовых вод, происходит высыхание верхних горизонтов, образуется постоянный, направленный вверх, к поверхности испарения, поток влаги, который преобладает над инфильтраци-онным потоком в грунтовые воды. Промывной в целом водный режим лугово-черноземных почв западин в жаркий летний период формируется по типу выпотного режима.

По сравнению с плакорными.почвами, лугово-черноземные почвы западин характеризуются более высокой влажностью /рисунок 6/. Сезонные запасы влаги в западинах выше, чем на плакорах. Для лугово-чернозеишой почвы /разрез I/ запасы влаги в течение 1975-77 г.г. для слоев 0-30; О-ЮО; CW300 см составляли: 8.0Э.75 - 59; 232; 990; 5.04.76 - 151; 472; 1256; 8.09.76 - 52; 233; 906; 5.01.77 -146; 456; 1209; 8.С©.77.-140;413;1009; мм.Для выщелоченного черно-

ятНта <1 Itfl < |7 irn 15 н' {m I л 1« It d ггтт

i—i <is

itffl isüo ТТЯгъ-ъа

Рис. 6. Хроноизоплеты влажности почва и уровень грунтовых вод в выщелоченном черноземе на плакоре /а/ и в лугово-черноземной почве в западине /б/

аема/раэреэ 7/соответственко:-58;230;Е316;-96;337;10еЗ;-51;2Св; 782;-92í327;I0C7í-66;246;837 мм.

Калане влаги и расчет просессов влагоперсноса в запалинннх и плакорных почвах э по слеп оливкой период. Режимные наблюдения за влажность» почвы, проведенные после экспер™емтал ы; сг о дождеяания на площадках без растительного порога до глубины I м, показали, что в луг око-чернозем и лс почвах западин испарение подвешенной влаги происходит медленнее, ven в выщелоченных черноземах плакоров. В первые сутни после полива скорость испарения в западинах бнла в

2,2 раза ниже, чем на плакорах и составляла 4,5 мм/сутки; через 5 суток скорость испарения практически сравнялась /2,0-2,4 мм/сутки/. Суммарный расход влаги на испарение и рассасывание из 70 си слоя почвы на 20,30 сутки после полива составил: западина - 45; 52 мм; плакор - 62; 66 мм.

В настоящее время для решения прикладных задач, в которых требуется выявить и количественно описать различные процессы передвижения влаги в почвах и грунтах, широко применяется теория влагой ерен оса fl.KtnU.I952; и др./.

При расчете процессов влагопереноса в послеполивной период для западинных и плакорных условий были использованы данные режимных наблюдений за влажностью почвы на дождевальных площадках, а также зависимости потенциала почвенной влаги и коэффициента влаго-проводности от влажности почвы, которые бьщи получены нами ранее в лабораторных условиях. Расчет влагопереноса в метровом слое почвы на ЭЦВМ "Минск-22" по программе, разработанной в ВНШГиМе /Л.М. Рекс и др., 1978/ показал, что передвижение влаги в почве после полива в плакорных и западинных условиях существенно различается. 3 плакорных условиях на 2-е сутки после полива /при глубине промачивания 60-70 см/ наблюдался инфильтрационный поток влаги вниз за пределы метрового слоя в течение всего периода наблюдений. Ве- . личина такого инфильтрационного потока за 10,20,и 30 суток составила 8,3; 11,8; 14,0 мм. В западинах инфильтрация влаги вниз длилась 15 суток и была по величине меньше, чем на плакорах. Затем в западинах инфильтрационный поток вниз сменился на постоянный подток влаги вверх из зоны влияния капиллярной каймы к поверхности испарения. Величина подтока снизу на 15;20;30 сутки после полива составила 0,8; 2,4; 4,5 мм. Метод режимных наблюдений за влажностью почвы не зафиксировал инфильтрационный поток влаги вниз глубже I метра в плакорных и подток влаги снизу к поверхности испарения в западинных условиях.

Сопоставление прогнозных профилей влажности, полученных путем расчета по уравнению влагопереноса, с натурными, полученными после полива, в плакорных и западинных условиях показало в общем удовлетворительную сходимость /рисунок 7/. Расчет процессов влагопереноса позволил выявить и количественно оценить потоки влаги, которые не были обнаружены с помощью режимных наблюдений за влажностью почвы, но которые существуют в действительности при орошении.

Особенности генезиса лугово-черноземных почв западин. Перспективы орошения территории с западинным рельефом. Образовавшиеся В прошлом на равнинной территории Кубани западины явились своеобраз-

Рис. 7, Натурные и прогнозируемы« профили влажности в выщелоченном черноземе на плакоре /а/ и в лугово-черноземной почве в западине /б/ после полива. Влажность почш0№ объема: I - предпсшивная; 2.3,4,5 - через 0,5,20.30 суток после полива; натурные; — - -

прогноз ируемые

ными коллекторами атмосферных и поверхностных вод. Периодическое скопление воды привело к резкому изменению гидротермического режима западинных почв. Почвенно-грунтовая толща стала промачиваться гораздо глубже, вплоть до грунтовых вод. По сравнению с окружающими пдакораыи, в западинах стал формироваться водный режим промывного типа. Под действием изменившихся условий в почве получили преимущественное развитие процессы выщелачивания вначале легкорастворимых солей, а затем и трудаорастворимых солей кальция. Это повлекло за собой интенсивное внутрипочвенное выветривание, диспер-гацшо почвенных коллоидов, обесструктуривание почвы, ее уплотнение.

Формирование западинных рочв происходило на фоне многократной смены увлажнения иссушением, процессов набухания процессами усадки почвенной массы. Периодическая усадка тяиелых по механическому составу западинных почв, которая происходила в летний период, сопровождалась их растрескиванием. Это приводило к усилению про-

цессов диспергации, и постепенной консолидации и уплотнению почвенной массы, формированию грубой крупноглыбистой структуры.

Близкое залегание грунтовых вод способствовало развитию в западинных почвах глееобразования.

В западинах сформировались лугово-черноземные почвы с характерным уплотненным профилем, которые являются переходными от древних плавнево-луговых почв к выщелоченным черноземам;

Мелиоративное состояние опытно-производственного участка и всей Пригородной оросительной системы в целом характеризуется наличием двух почвенно-мелиоративных групп. Первая объединяет черноземы выщелоченные, приуроченные к плакорным местоположениям, сформировавшиеся в условиях удовлетворительного нелромывного водно-воздушного режима; не нуждаются в проведении мелиоративных мероприятий. Вторая - лугово-черноземные почвы замкнутых блюдцеобразных понижений, сформировавшиеся в условиях специфического промывного реяима с периодическим переувлажнением; нуждаются в проведении мелиоративных мероприятий, направленных на улучшение неудовлетворительного водно-воздушного режима.

Систематическое орошение территории с западинным рельефом создаст постоянный дополнительный источник избыточного увлажнения почв в депрессиях, вызовет изменение уровня близко расположенных к поверхности грунтовых вод. Прогнозный расчет показал, что при орошении дшсдеванием с оросительной нормой 350 мм, длительности вегетационного периода 150 суток, величине инфильтрационного питания грунтовых вод в среднем ICK от поливной нормы подаем уровня грунтовых вод на плакорах /с б до 2 м/ произойдет в течение 5 лет, в западинах /с 3-4 до 2 м/ - 3 лет. На отдельных орошаемых участках системы расположенных на второй террасе, грунтовые воды в за-паданах с 1973 по IS76-77 г.г. поднялись до 1,5 - 2,0 метров.

Наиболее радикальным средством, применяемым в мелиорации для предотвращения подъема грунтовых вод, является дренаж. Расчет параметров горизонтального дренажа, проведенный нами /Инструкция по проектированию оросительных систем, 1975/ показал, что для эффективной работы систематического горизонтального дренажа с глубиной залегания 2,5 ы и диаметром дрен 0,5 м мездренные растояния должны составлять: на плакорах 25, в западинах 1,8 м. Такая малая величина междренья объясняется крайне неблагоприятными физическими свойствами глинистых западинных почв и непригодна для практического использования. В этих условиях будет предпочтительнее устройство вертикального или комбинированного дренажа.

Обобщая экспериментальные данные, можно заключить, что луго-

во-чернозеыные почвы западин, сформировавшиеся в условиях изменившегося по сравнению с плакораыи гидротернического режима, существенным образом отличаются по всем свойствам от окружающих выщелоченных черноземов планорных местоположений. Орошение западин-ных почв без проведения мелиоративных мероприятий, направленных на предотвращение верховодки и коренное улучшение физических свойств, может привести к полному заболачиванию и выводу их из сельскохозяйственного производства.

Выводы

1. В Западном Предкавказье широко распространены блюдцеобр&зные понижения размером 30-150 м в диаметре и глубиной 0,6-2,4 ы. Наиболее часто западины встречаются в степной правобережной части долины реки Кубани и на Прикубанской предгорной равнине.

2. Западины являются реликтовыми формами древнего рельефа. Образование западин произошло в геологическом прошлом с последующим заполнением первичной воронки тонкоотсортированным материалом и уплотнением этого материала под действием многократно повторяющейся смены увлажнения иссушением, процесса набухания усадкой.

3. Лугово-черноземные почвы, сформировавшиеся в замкнутых блюд-цеобразных понижениеях, характеризуются по сравнению с окружающими выщелоченными черноземами повышенным содержанием физической глины /до 77Н/ и ила /до 53%/, высокой плотностью почвы /до 1,67 г/смэ/, низкой дорозностыо /до 36,5^/, высоким содержанием микро /до 76#/ и низким содержанием макродор /до 2?(/, низкой водопроницаемостью /0,38-0,55 м/сутки/, высокими значениями максимальной гигроскопической влажности /до 13Г5/ и влажности завяда-кия /до 19%/. По сравнению с гшакорными почвами, в почвах западин крайне низкая порозность аэрации и менее доступна для растений влага. В западинных почвах запас доступной влаги в 1,2-1,5 раза меньше, чем в почвах плакорных местопсложений. Наибольшее отличие физических свойств почв в западинах и на плакорах наблюдается в средней и нижней частях профиля.

4. Различие в характере реологических кривых и в показателях прочности структурных связей свидетельствует, что в отличие от выщелоченных черноземов плакоров, которые характеризуются преобладанием в агрегатах прочных коагуляционных связей тиксостабильного характера, в лугово-черноземных почвах западин развиваются коагуляционные структурные связи тиксотропного характера. При дегидратации такие связи обуславливают формирование в западинных почвах грубой крупноглыбистой менее водопрочной, чем в

гшакорных почвах, структуры»

Ь. Процессы влагопереноса, происходящие в лугово-черноземяых почвах западин и в выщелоченных черноземах плакоров, существенно отличаются друг от друга. После дадсдевания /при глубине прсмачива-ния 70 см/ на плакорах наблюдался постоянный инфильтрационный поток влаги вниз, за пределы метровой толщи почвы; в западинах наблюдался кратковременный поток влаги вниз, который затем изменился на постоянный противоположный по направлению поток снизу, из капиллярной каймы, вверх, к поверхности испарения. В западинах расход влаги на физическое испарение и рассасывание меньше, чем на плакорах; при йтш в первые сутки после полива скорость испарения в западанах в 2,2 раза меньше, чем на плакорах. 6. В западинах, которые ежегодно получают дополнительное питание /слой вода 0,23-0,76 м/, сформировался специфический водный режим промывного типа. В зимне-весенний период почвенно-грунтовая толща в западинах под действием гидростатического напора верховодки промачивается до уровня грунтовых вод /1,5-2,0 м/. В жаркий летний период, когда высыхание верхних горизонтов почв способствует образованию постоянного потока влаги вверх от уровня грунтовых вод /3,0-4,0 м/ к поверхности испарения, промывной в целом водный режим формируется по типу выпотного.

Рекомендации производству

1. Вследствие того, что блюдцеобразные замкнутые понижения являются реликтовыми формами рельефа, орошение таких территорий не вызовет образование новых западин.

2. При систематическом орошении территории с западинным рельефом необходимо предотвратить застаивание в западинах верховодки. Это возможно путем коренного улучшения неблагоприятных физических свойств уплотненных лугово-черноземных почв западин, создания на этой основе глубокого корнеобитаемого слоя, который сможет усвоить, перевести верховодку во влагозапасы почвы.

3. Предупреждение подъема уровня грунтовых вод при орошении тер- ■ ритории с западинным рельефом возможно на основе строгого соблюдения поливного режима /частые поливы с малыми поливными нормами/, технологии полива, а также путем отвода части грунтовых вод с помощью вертикального или комбинированного дренажа, который в данных условиях намного эффективнее и экономичнее горизонтального дренажа.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Изучение уплотнения почв в замкнутых микропонижениях на Пригородной оросительной системе г. Краснодара. - В сб.: Научные труды В/О "Союзводпроект*1. М., 1979, К? 52, С.И7-125.

2. Испарение влаги из лугово-черноземных почв в замкнутых понижениях. - Почвоведение, 1980, Р 12, с.54-59.

Подл, к печати

Бум. тид. N1 Фи». п. л* ^ £ УЧ.-над* л. О

Заказ

Тираж №0

Изд-во Московского университета. Москва, К-9. ул. Гсрвдна, 5/7, Типография Иад-ва МГУ, Москва» Ленгоры

I

I

¡

1