Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Мелиорируемая толща почв и пород Приобья

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Мелиорируемая толща почв и пород Приобья"

На правах рукописи

МАГАЕВА ЛИДИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

МЕЛИОРИРУЕМАЯ ТОЛЩА ПОЧВ И ПОРОД ПРИОБЬЯ 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск -1998

Работа выполнена в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН

Научный руководитель:

. Чл.-корр. РАН, доктор биологических наук, профессор И.М. Гаджиев

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук В.М. Курачев

Кандидат геолого-минералогических наук B.C. Зыкина

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем СО РАН

Защита состоится "17" декабря 1998 года На заседании диссертационного совета Д-002.15.01 При Институте почвоведения и агрохимии СО РАН. По адресу:

630099, Новосибирск, ул. Советская, 18, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Автореферат разослан "_"_1998 года

Ученый секретарь Диссертационного совета, Доктор биологических наук

М.И. Дергачева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Субаэральные лессовидные породы и лессы слагают обширные территории как в России, в том числе в Западной Сибири, так и во всем мире. В пределах Новосибирского Приобья это районы широкого сельскохозяйственного использования. Здесь распространены лучшие пахотно-пригодные земли лесостепной и степной зон, представленные черноземами и лугово-черноземными почвами. При освоениии земель изменяется естественный водно-воздушный, тепловой и солевой режимы в зоне аэрации (Панин, 1968, Панин и др.,1976, Панфилов, 1991) меняются условия питания и разгрузки грунтовых вод, формирование химического состава подземных вод, что дало основание И.Н. Угланову (1981) назвать верхнюю часть разреза мелиорируемой толщей. Орошение нередко вызывает засоление земель. В многовековой практике много примеров, когда мелиоративные мероприятия приводили к негативным последствиям, к невозвратной утрате земельных угодий, к необходимости осуществления дорогостоящих восстановительных работ (Ковда, 1977, 1989, Ткачук, Молодых, 1973). Главная причина состоит в сложности и многообразии процессов, протекающих в мелиорируемой толще и невозможности с достаточной достоверностью прогнозировать изменения, происходящие в ней при естественных режимах и различных видах антропогенных нагрузок.

Цель работы и задачи. Изучить особенности строения мелиорируемой толщи пород Приобской возвышенной равнины, и их отражение на компонентах эколого-мелиоративной оценки, таких как рельеф, глубина залегания, минерализация и химический состав грунтовых вод, литологический состав и засоление пород зоны аэрации и современный почвенный покров. В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1.Изучить строение субаэральной толщи отложений в пределах части Приобской возвышенной равнины и определить основные диагностические признаки их расчленения.

2.Установить закономерности строения ритмопачек, их распространение, обводнение и засоление.

3.Выявить зависимость особенностей почвенного покрова от строения мелиорируемой толщи почв и пород.

Научная новизна. Впервые комплекс почв и пород, сформированный за один ритм осадконакопления, рассмотрен

как галогеохимическая система, функционирующая при определенном положении уровня грунтовых вод. На основе изучения строения и морфологических признаков функционирования современных галогеохимических разрезов (систем), включающих почву, породы зоны аэрации и грунтовые воды в субаэральной толще отложений выделены погребенные галогеохимические системы (ритмопачки). Мелиорируемая толща Приобской возвышенной равнины разделена на ритмопачки, прослежено их строение, мощности, распространение, литологический состав, обводнение и засоление. Установлено, что в условиях расчлененного рельефа различные части ритмопачек включаются в современный почвообразовательный процесс и создают многообразие почвенного покрова, ярусную обводненность разреза, условия для образования верховодки и отражаются на эколого-мелиоративных условиях территории. В зависимости от строения зоны аэрации, близости водоупора и режима грунтовых вод выделены современные галогеохимические системы, позволяющие рассмотреть динамику процесса засоления во времени.

Защищаемые положения. 1. Ритмопачка, как часть мелиорируемой толщи пород, представляет собой галогеохимическую систему, образованную за один цикл осадконакопления и почвообразования.

2.Сложение мелиорируемой толщи Приобья из ритмопачек почв и пород создает ярусную обводненность, определяет процессы водо-солеобмена и является одним из компонентов почвенно-мелиоративной оценки территории.

Вклад в разработку проблемы. Автором предложено и применено на практике выделение ритмопачек почв и пород в разрезах субаэральных отложений. Это позволило установить строение зоны аэрации, ярусную обводненность мелиорируемой толщи, что в свою очередь дало возможность выделить современную и древнюю засоленность зоны аэрации, установить периодическое изменение водного режима современных почв на отдельных участках близкого залегания водоупоров в зоне аэрации.

Практическое значение. Результаты исследований и практические рекомендации имеют первостепенное значение для целей мелиорации, а также позволяют расчленять субаэральные толщи на ритмы осадкообразования, наиболее полно решать

вопросы прогнозирования возможных изменений свойств почв при антропогенном воздействии и использованы при оценке территории для мелиоративного строительства и эколого-мелиоративной оценки земель. Материалы работ приняты за основу при проектировании мелиоративных систем на территории Прикарасукской равнины Новосибирского Приобья институтом «Запсибгипроводхоз».

Апробация работы. Основные положения отражены в отчетах о результатах специализированных комплексных геолого-гидрогеологических и инженерно-геологических съемок масштаба 1:50000 для обоснования строительства Ордынской и Карасукской оросительных систем (1985,1990). Материалы приняты НТС ПГО «Новосибирскгеология» с оценками «отлично» и переданы для реализации в институт «Запсибгипроводхоз». Результаты работ доложены на Всесоюзном совещании по цикличности формирования лессовых пород (Новосибирск, 1987), на региональном совещании по подземным водам Урала и Сибири (Пермь, 1994), на семинаре Института почвоведения и агрохимии СО РАН (1995), на совещании «Сибирское соглашение» (1997), на конференции в Сибирской государственной геодезической академии (1997).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 работ, в том числе 4 в центральной печати.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 117 страницах машинописного текста, включает 3 таблицы и 30 рисунков, а также 3 приложения на 12 страницах. Список литературы содержит 97 источников.

Глава 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ Природные физико-географические условия оказывают решающее влияние на формирование мелиорируемой толщи, особенности протекающих в ней процессов.

Рельеф. Исследуемая территория включает водораздельную поверхность и южный склон Баган-Карасукского увала с отметками 204,0-129,7 м, а также часть поверхности и склон Приобского увала от р.Ирмень на севере до рч.Быструха на юге (рис.1). Общий облик рельефа пологоувалистый, лишь к долине р.Оби склоны местами крутые и характер местности приобретает черты увалисто-грядовой равнины с многочисленными логами и речками с глубиной вреза речных

Скважины; I-глубокие до 150 м, 2 - мелкие ло 20 м, 3 • линии профилей, 4 • пост») режимных наблюдений за уровнем грунтовых »од, 5 • участки детализации: [-с. Фклнппоао. П-п.Кочкл, Ш-с.Рсшстъ1. IV-п.Красноярское. 6 - водораздела над лнннл.

долин до 55м. Несмотря на глубокий врез долин, широко распространены ровные участки поверхности, с плоскими западинами, что свидетельствует о слабой дренированности территории.

Геологическое строение. Складчатый эпигерцинский фундамент, сложенный породами палеозойского возраста, залегает непосредственно под террасами р.Обь на глубине 5 - 7 м под второй террасой (первая затоплена водами водохранилища), и 35 м под четвертой. От р.Обь фундамент круто погружается на запад и в районе п.Краснозерское залегает на глубине 1200м. В составе пород, перекрывающих фундамент, отложения юры, мела, палеогена и неогена. Мелиорируемая толща включает четвертичные отложения краснодубровской свиты и

водоупорные глины кочковской и убинской свит плиоцена.

Гидрография и гидрология. Речная сеть склона, обращенного к р. Оби относится к Обскому бассейну стока и представлена рр. Шарап, Ордой с притоками Луковкой и Сушихой и ручьем Быструхой, а также верховьями р.Ирмени. Урезы рек имеют абсолютные отметки 160,0 - 145,0 м в верховьях и 113,5 м в устьевых частях. Уклон потока 0,1-0,3%.

Р.Карасук с притоками относится к бассейну внутреннего стока. Длина р.Карасук на исследуемой территории 270,4 км, уклон русла в верховье 0,03-0,05% (один участок 0,1%), в средней части 0,02 - 0.01%, ниже с.Решеты 0,01 и меньше. От п. Краснозерское до с. Гербаево река находится в подпертом состоянии за счет построенного в п. Краснозерском пруда.

В годовом стоке на первом месте стоит снеговое питание (88 - 96%), дождевой сток невелик, грунтовый сток - до 10%.

Гидрохимия. Вода в прудах, в верховьях рек бассейна р.Орда, гидрокарбонатная кальциево-натривая, со слабо кислой реакцией (рН изменяется от 6,4 до 6,9) с минерализацией 0,1 - 0,2 г/дм3, что говорит об атмосферном питании этих водоемов, в основном талыми водами.

Химический состав воды в р.Карасук изменяется вниз по реке как летом так и зимой с сульфатно-гидрокарбонатной магниево-натриевой с минерализацией 0,9 - 1,0 г/дмЗ до хлоридно-гидрокарбонатно-сульфатной кальциево-натриевой с минерализацией 1,2 - 1,3 г/дмЗ в районе с. Черновка. Ниже по течению происходит опреснение воды до сульфатно-гидрокарбонатной натриевой с минерализацией 0,6 - 0,7г/дмЗ.

23жаэ№ 410

Зимой минерализация воды в реке выше летней (1,1 - 2,4 г/дмЗ) состав тот же.

Климат лесостепной зоны Приобья относится к резко континентальному с холодной продолжительной зимой и жарким коротким летом, иногда со значительными колебаниями температур воздуха в течении суток.

По гидролого-климатическим особенностям (Мезенцев, Карнацевич,1969) район исследований находится в зоне с оптимальным увлажнением во влажный год, достаточным в средний год и недостаточным в сухой год, повторяемостью раз в пять лет.

Из климатических особенностей территории вытекают особенности ее ландшафтной динамики. Неустойчивое увлажнение, превышение испарения над осадками, способствуют развитию солонцово-солончаковых процессов, в случае значительного испарения влаги во влажный период в весенне-летнее время процессы засоления активизируются.

Почвенный покров. Зональными автоморфными почвами лесостепи являются черноземы и серые лесные почвы. Черноземы занимают примерно 50% общей площади и распространены на выпуклых склонах. В средней части склона увала развиты лугово-черноземные, черноземно-луговые, а также луговые почвы, которые к подошве склона сменяются солонцами. К логам, идущим по склону увала, приурочены глубокосолонцеватые почвы и глубокостолбчатые солонцы. Под колками на пологих участках склонов преобладают солоди. Одной из характерных особенностей почвенного покрова водораздельной поверхности Приобской возвышенной равнины является гидроморфность почв,' отмеченная в работах К.П. Горшенина (1955,1958), Е.А. Афанасьевой, П.Ч. Бахтина (1958), A.A. Ерохиной, H.H. Розова (1962).

Растительность. Естественный растительный покров сильно нарушен. Зональные ассоциации на черноземах распаханы, незначительные участки целинных степей сохранились на окраине пашен и вблизи населенных пунктов под выгоном. Исчезнувшая растительность распаханных лугово-черноземных почв и черноземов представляла собой разнотравно-ковыльные степи (Вагина, 1962, Лапшина, 1996).

Залесенность территории в настоящее время составляет около 10% площади, заболоченность менее 5% .

Анализ природных факторов показывает, что несмотря на глубокий врез долин на водораздельных поверхностях господствуют гидроморфные условия, засоленные почвы обнаруживаются на всех элементах рельефа - водоразделах, склонах и долинах. Западины с осолоделыми почвами распространены на водораздельных поверхностях и на выположенных участках склонов, черноземы приурочены больше к выпуклым склонам.

Г л а в а 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЪЕМ ПРОВЕДЕННЫХ РАБОТ В основу работы положены материалы, полученные при проведении комплексных геолого-гидрогеологических и инженерно-геологических съемок масштаба 1:50 ООО для целей мелиорации, где автор была ответственным исполнителем и руководителем работ.

На исследуемой территории пробурено, проанализировано и использовано при построении профилей более 800 скважин глубиной 10-20 м, 87 скважин глубиной от 30 до 160 м. При составлении карт дополнительно использовано около 1500 скважин ручного бурения глубиной до уровня грунтовых вод. Всего построен 51 геолого-гидрогеологический профиль (рис.1), пересекающий исследуемую территорию от реки к водоразделу (Магаева, 1985, 1990).

При документации керна скважин автором замечено, что в разрезе субаэральной толщи пород повторяются морфологические признаки верхнего гидрогеологического разреза, включая горизонты почв.

Так как почва результат взаимодействия почвообразователей (Докучаев, 1896), включая грунтовые воды (Роде, 1969), а по М.А. Глазовской (1972) почвы, породы зоны аэрации и грунтовые воды - галогеохимическая система, функционирующая в определенных природных условиях, в субаэральной толще выделены погребенные галогеохимические системы почв и пород, названные нами ритмопачкой. Ритмопачка отражает этапы накопления осадка, формирование погребенных почв, как образований, завершающих цикл осадконакопления и сформированные при определенном положении уровня грунтовых вод. Поскольку пачки повторяются в разрезе несколько раз (от 3 до 6), то они

свидетельствуют о ритмичности процессов осадконакопления и почвообразования. Наличие древних зон аэрации и водосодержащих пород водоносных горизонтов отражают условия формирования погребенных почв.

В обобщенном виде строение ритмопачки представлено на рис.2. Каждая пачка имеет три зоны: верхняя - зона аэрации (окисления), вторая - переходная зона, колебания уровня грунтовых вод с наличием как признаков восстановительной, так и окислительной среды, нижняя - зона древнего водоносного горизонта с восстановительными условиями.

Гранулометрический состав в ритмопачке изменяется снизу вверх от легких опесчаненных, слоистых разностей в подошве к тяжелым в кровле. В тех случаях, когда в керне не обнаруживается морфологических следов гумусового горизонта погребенной почвы, границы пачек выделяли по наличию древней зоны аэрации, карбонатных образований, вертикальных ожелезненных прожилок, опесчаниванию или слоистости в подошве пачки, или по горизонтам перемыва.

Выделение ритмопачек на разрезах проводилось от водоупора вверх. Первая ритмопачка самая древняя -нижнечетвертичного возраста, лежит на водоупорных глинах плиоцена, пятая и шестая - верхнечетвертичного возраста. Возраст определен по микрофаунистическому анализу в лаборатории ПГО «Новосибирскгеология».

Ритмопачки, выходящие на поверхность (их состав и мощности) вынесены на картографическую основу.

Полученные данные позволили установить сложную гидрогеологическую структуру мелиорируемой толщи.

Г л а в а 3. СТРОЕНИЕ МЕЛИОРИРУЕМОЙ ТОЛЩИ

Обоснованная И.Н. Углановым мелиорируемая толща включает почвы, породы зоны аэрации, породы, вмещающие грунтовые воды и первый выдержанный водоупор (1981).

3.1. Характеристика водоупора

Первым от поверхности выдержанным водоупором, разделяющим напорные воды от грунтовых, в исследуемом районе являются верхнеплиоценовые отложения убинской свиты и ее аналога верхнекочковской подсвиты (Мартынов, 1955,1962).

Нашими исследованиями установлены условия залегания, мощности и состав водоупора. Водоупорные глины кочковской свиты вдоль р.Оби и под ее террасами отсутствуют. Появляются

НО

ШЖг

газ

ЕТл

шз* Ш«

' » > 7

!<■•■»|« РЯз

\* Ч 10

У к

Р71 В

.---• (5

---16

® и

Рис. I. Строение ритмоплчек

Состав: I - глины, 2 - суглинки тяжелые, 3 - суглинки средние и легкие, 4 - супеси, 5 - пески, 6 - переслаивание суглинков и супеси. Включения, новообразования и текстурные особенности: 7 - карбонаты, 8 - гипс, 9 -ожелезнение, 10 - раковины, 11 - растительные остатки, 12 - слоистость, 13 -опесчаненость, 14 - гравий, 15 - границы зон, 16 - уровень грунтовых вод, 17 - зона аэрации, 18 - зона колебания уровня грунтовых вод, 19 - оодонасыщениая зона.

они за пределами четвертой террасы и к западу имеют повсеместное распространение. Водоупорная поверхность в сглаженном виде повторяет современный рельеф. Плиоценовые глины вскрываются скважинами на глубинах 70-80 м в северо -восточной части и постепенно на юго-запад глубина их залегания уменьшается до 5 - 7 м. Мощность водоупорных отложений уменьшается с северо-востока на юго-запад, а также от водоразделов к долинам с 60 до 5 м.

По результатам геофизических работ в толще водоупора выделены ослабленные зоны. Они отмечены появлением среди глин суглинков и прослоек песков. Приурочены такие участки к долинам, где уровни напорных вод устанавливаются выше уровней грунтовых вод. Такие ослабленные зоны являются участками разгрузки напорных вод, породы находящиеся в зоне подпора имеют синий цвет с черными пятнами «иловатости».

3.2. Надводоупорная толща

На исследуемой площади водоупор перекрывается ранне-среднечетвертичными отложениями, отнесенными

В.А.Мартыновым к краснодубровской свите (1957). На всей Приобской возвышенной равнине они представлены суглинками с погребенными почвами и песками.

На значение погребенных почв в стратиграфии исследователи имеют разные точки зрения. Поскольку горизонты почв формируются в различных природных условиях и не выдержаны по площади, В.А. Мартынов (1965), В.А. Николаев (1962), Б.В. Мизеров (1971) считают, что они не имеют стратиграфического значения. И.А. Волков, С.А. Архипов, О.М. Адаменко напротив показали, что погребенные почвы имеют важное значение для расчленения и корреляции четвертичных отложений.

В работах И.А.Волкова (1962, 1965, 1969, 1971,1971а, 1982, 1987) по Обь-Иртышскому междуречью выделены циклиты из горизонтов лессовых отложений и ископаемого педокомплекса. Формирование циклитов увязано с изменениями климата и палеотемпературной кривой океанических илов.

Педокомплексы Новосибирского Приобья исследованы В.С.Зыкиной (1979, 1981). И.А.Волковым и В.С.Зыкиной (1982) предложена стратиграфическая схема расчленения четвертичных субаэральных отложений Западной Сибири на основании морфотипических признаков погребенных почв и радиоуглеродных дат, полученных по обнажениям.

Органическое вещество погребенных почв изучает М.И.Дергачева (1976, 1986, 1990, 1995). История формирования почвы определяется ею по соотношению гуминовых и фульвокислот.

Существенный вклад в исследование субаэральных отложений Новосибирского Приобья внесли Ф.А.Никитенко (1963), С.И.Черноусов (1972, 1974), В.Т.Трофимов (1980, 1983) и Я.Е.Шаевич (1980, 1982, 1987). Последний предложил назвать комплекс породных лессовых слоев и погребенных почв, образовавшихся во время одного цикла - циклесс.

Особую точку зрения на формирование пород краснодубровской свиты имел Г.И.Хубльдиков (1985). Генезис отложений всех шести пачек краснодубровской свиты и трех пачек верхнекочковской подсвиты он считал аллювиальным.

Все выше перечисленные авторы обязательно в качестве объекта исследования выделяют погребенные почвы с гумусовыми горизонтами и лессы. Нашими работами установлено, что погребенные гумусовые горизонты лучше сохранены только в Новосибирском Приобье. На запад от Карасук-Обского водораздела они встречаются редко, в основном в верхних частях склонов. Часто границы не плавные, а резкие. Наблюдаются следы размыва (горизонты перемыва или денудационного среза), когда окрашенный гумусом мелкозем отмечается только в глубоких трещинах - затеках.

3.2.1.Характеристика ритмопачек в Приобье. Граница между водоупорными породами позднеплиоценовых отложений кочковской свиты и плейстоценовыми отложениями краснодубровской свиты совпадает регионально развитым погребенным почвенным горизонтом (иногда сдвоенным или строенным), на котором преобладание глин сменяется господством суглинков. В разрезе надводоупорной толщи выделено шесть пачек, разделенных между собой погребенными почвами. Верхняя пачка считается неотъемлемой частью краснодубровской свиты. Так называемые «покровные» суглинки в изученном районе не обнаружены. Отложения последней пачки сильно эродированы, на склонах долин речек они полностью уничтожены. Наиболее полно отложения сохранились на водораздельных пространствах. Максимальная мощность субаэральных отложений краснодубровской свиты (73,6 м) отмечена в скважине 36, расположенной на отметке 225 м в 6,8 км северо-западнее с.Филиппово. В работе приведены

данные по распространению, мощности и литологическому составу ритмопачек.

3.2.2.Характеристика ритмопачек Сума-Баган-Карасукского увала. Ритмическое строение надводоупорной толщи прослежено нами по правому склону долины р.Карасук от с.Базово до п.Краснозерское. Если на Обском склоне погребенные почвы практически везде сохранены, то на Карасукском склоне границы пачек часто эрозионные, с горизонтами перемыва, со слоем песка, в подошве которого наблюдается намытый горизонт с растительной трухой, с глинистым гравием и обломками журавчиков карбонатов.

На склоне к р.Карасук в разрезе надводоупорной толщи выделяется от 3 до 5 ритмически построенных пачек, имеющих закономерное строение. Как и в Приобье, пачки разделяются погребенными почвами. Если гумусовые горизонты погребенной почвы отсутствуют, то комплекс других признаков, таких как наличие древней зоны аэрации с карбонатными и гипсовыми конкрециями, с вертикальными трещинами заполненными песком, бобовинки и пятна ожелезнения, наличие вертикальных косм, хвостов или карманов темно-серого или черного цвета в желто-буром суглинке (остатки гумусовых горизонтов погребенных почв) позволяют уверенно проводить границы между пачками. Очень сложный вопрос - корреляция выделенных в скважине пачек, до сих пор не решен надежно. Поэтому увязка пачек по площади в некоторой степени субъективна.

3.3 Гранулометрический состав отложений в ритмопачках

Характеристика гранулометрического состава лессовых пород Приобья дана в работах Ф.Т.Никитенко (1963), В.П.Панфилова (1971, 1988), В.Т.Трофимова (1979, 1988), Я.Е.Шаевича (1972, 1980, 1982,1987), А.Я.Рубинштейна (1987). В частности Я.Е.Шаевич неоднократно отмечал значение гранулометрического состава как интегрирующего показателя для расчленения толщи и его тесную связь с другими параметрами состава, состояния и свойств лессовых пород. Нашими работами установлено, что в Приобье изменение гранулометрического состава в ритмопачках идет постепенно, и потому выделение' слоев по гранулометрическому составу затруднено. В процессе бурения слои лучше выделяются по изменению цвета, составу включений и новообразований.

4А

В обобщенном виде можно сказать, что в ритмопачке снизу вверх происходит уменьшение содержания фракции среднего и крупного песка и увеличение содержания фракции глины.

Проведенная статистическая обработка результатов гранулометрического анализа литологических разностей для Ордынского, Кочковского и Краснозерского участков выявила пространственную его изменчивость. В каждой литологической разности по мере продвижения на юго-запад происходит увеличение содержания песчаной фракции и уменьшение пылеватой.

Г л а в а 4. ВЛИЯНИЕ РИТМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕЛИОРИРУЕМОЙ ТОЛЩИ ПОРОД НА КОМПОНЕНТЫ ЭКОЛОГО - МЕЛИОРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ ПРИОБЬЯ

Эколого-мелиоративные условия, наряду с климатом, определяются такими природными факторами, как рельеф, глубина залегания уровня грунтовых вод, их химическим составом и минерализацией, составом пород зоны аэрации, типом и степенью их засоления и современным почвенным покровом. Ритмическое строение субаэральной толщи отражается на всех этих компонентах 4.1. Рельеф

С целью изучения региональной изменчивости рельефа, как компонента эколого-мелиорагивных условий, на территории исследований был проведен морфометрический анализ поверхности по топографическим картам масштаба 1:25000. Детальный анализ выявил террасированность склонов, наличие на них чередования выположенных площадок с меньшими и большими уклонами поверхностей, подвешенных ложбин, заканчивающихся на выположенных площадках.

Нами установлено, что причиной террасированности склонов является неоднородный литологический состав пород на склонах, выходы более плотных и тяжелых по составу разностей, которые и создают терра?ы - ступени. . На них местами сохраняется маломощный чехол пород легкого состава. При увлажнении в них создаются временные верховодки, являющиеся причиной образования суффозионно - просадочных западин, в которых в дальнейшем формируются березовые колки и переувлажненные участки.

4.2.Глубина залегания уровня грунтовых вод

Некоторыми исследователями (Бейром, 1970; Трутнева,1971) отмечалось, что на Приобской возвышенной равнине глубина залегания грунтовых вод на водораздельных поверхностях меньше, чем на склонах, что не согласуется с расчлененностью.

Как установлено нашими работами (Магаева,1985, 1990), обводненная толща неоднородна по литологическому составу, поскольку включает от 3 до 6 пачек отложений краснодубровской свиты. В каждой пачке отмечается наличие водосодержащих пород и древней зоны аэрации. При бурении это хорошо фиксируется по консистенции пород, цвету и обводненности. Наличие тугопластичных пород желто-бурого цвета в кровле пачки свидетельствует об их водоупорных свойствах. Такими породами толща разделена на несколько обводненных слоев. Каждый слой дренируется местной гидросетью на разных отметках. Это наглядно видно на разрезе у с. Решеты (рис. 3). В результате в водотоках образуются сухие участки, когда у уреза воды грунтовые воды вскрываются скважиной на значительной глубине, а в водотоке наблюдается потеря расхода.

На водоразделах вода вскрывается на глубине 1,5 - 2,5м. Это связано с очень пологим залеганием пятой пачки на кровле четвертой пачки, имеющей худшие фильтрационные свойства и потому являющейся водоупором для водоносного слоя пятой пачки. На дренированных склонах периодически формируется верховодка. Режим верховодки установлен на полевом стане севернее с. Жуланка. Вода в колодце появляется весной после снеготаяния, столб воды достигает 2,5 м, постепенно к осени она исчезает полностью.

Грунтовые воды чутко реагируют на годовое количество осадков. В зависимости от водности года изменяется облик ландшафта от солончака до лугового разнотравья. Уровень грунтовых вод меняется на 2,0 - 2,5 м. Подобные наблюдения описаны в работе В.М. Курачева и Т.Н. Рябовой (1981) по стационару в районе озера Чаны, где изменения глубины залегания уровня грунтовых вод в зависимости от периода водности на различных элементах рельефа составили 0,3 - 1,8 м. Х.Х. Мелеск (1982) на северном склоне Сума-Баган-Карасукского увала отметил подобные изменения в облике ландшафта и в глубине залегания грунтовых вод.

4.3. Химический состав и минерализация грунтовых вод

И2 КЗз ЕИ*

(£3* &

ЕВ« ОО 1Т> гп» И«

-(км

2км

Рис. 3 Геолого-гидрогеологический разрез участка с. Решеты. Литологический состав: I - глины; суглинки: 2 - тяжелые, 3 - средние и легкие, 4 - супеси, 5 - пески; переслаивание: 6 • суглинков и песков, 7 - супесей и песков. Уровень грунтовых вод: 8 - в сухой период, 9 • во влажные годы; 10 • пьезометрический уровень напорных вод, П - отметка пьезометрического уровня напорных вод. Химический состав грунтовых вод в скважине в интервале опроЪования: 12 - гидрокарбонатный, 13 - сульфатный, 14 - хлоридный, 15 • индекс краснодубровской свиты н номер ритмопачки.

Общие закономерности изменения химического состава и минерализации грунтовых вод видны на разрезе Решетовского участка (рис. 3). Пресные гидрокарбонатные кальциевые воды распространены на склонах северной экспозиции и на водораздельной поверхности при глубине залегания уровня грунтовых вод ниже критической. При меньшей глубине залегания идет испарительное концентрирование и состав вод меняется до хлоридного с высокой минерализацией, как в скважине 338 - 14 г/дм3. На склонах южной экспозиции, а также во втором слое воды сульфатные кальциевые и натриевые с минерализацией от 1,4 до 6,1 г/дм3 , в ложбинах стока и в долинах ручьев воды также сульфатные, а вблизи р. Карасук встречаются хлоридные. На хорошо дренированном Ордынском участке на склоне южной экспозиции вода разных слоев гидрокарбонатная натриевая, с минерализацией 0,5 - 0,8 г/дм3, на всех склонах северной экспозиции воды гидрокарбонатные кальциевые и магниевые.

Состав вод не постоянен в течение года. Сравнение летних и зимних проб воды из колодцев показывает изменение химического состава и минерализации во времени (табл. 1)Подземные воды в разных слоях, то есть на разной глубине залегания, имеют различный химический состав (табл.2)

4.4. Зона аэрации. Мощность зоны аэрации определяется глубиной залегания уровня грунтовых вод. Как известно, уровни грунтовых вод меняются в зависимости от влажности года и сезонов (Базилевич, 1965; Панфилов, 1973; Курачев, Рябова, 1981; Мелеск, 1982; Сеньков, 1988) и от геоморфологического положения точки наблюдения. Наши данные также показали, что на водораздельных поверхностях амплитуда колебания уровня грунтовых вод в сухой год составляет 0,2 - 0,8 м , во влажный - 1,1 - 2,6 м. В долинах рек амплитуда колебания уровня грунтовых вод в течении года зависит от величины подъема воды в реке и от удаленности от нее. На склонах, сложенных однородными породами, амплитуда колебания уровня грунтовых вод минимальная. Прослои пород тяжелого состава тугопластичной консистенции образуют локальные водоупоры в зоне аэрации. На них весной задерживается снеготалая вода, образуя верховодку. Об этом свидетельствуют пятна оглеения в слоях и увеличение влажности. Во влажные годы водоносный

Таблица 1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОДЫ В КОЛОДЦАХ, мг/дм3

Время отбора N0," Са" М8'' СГ во;- НСОз' РН Минерализация, г/дм3 Формула химического состава

п Кочки.

Лето 920 344 279 341 637 642 659 8,1 3,5 С1Л2Н0-,2650£23 Ма50Ыа26Са24

Зима 640 1662 201 292 2333 682 976 7,6 6,3 С162НС0,1550,13 №68Мр23Са9

с. Решеты

Лето но 372 78 114 149 632 732 76 1,7 50445НСО,41СЬ14 Ыа55Мв32Са13

Зима но 853 88 122 1000 588 671 7,4 3,0 С15550124НС0121 Na72Mgl9Ca9

Таблица 2

ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ, мг/дм3

Глубина отбора, м N0^ Са1' СГ БО1" НСО" рН Минерализация, г/дм' Формула химического состава

ВОДОРАЗДЕЛ С. РЕШЕТЫ

1,1 - 1.4 но 3672 390 867 7978 723 634 7.6 14,1 С190 50.6 НСО,4 N3 64 Мй 28 Са 8

2,4 - 3,3 3 39 85 29 16 39 427 7,5 0,4 НСО,84 80.10 С1 5 Са 51 МЕ 29 N3 20

4,9 - 7,2 н.о 690 550 300 65 3312 695 7,9 5,3 50,84 НСО.14 С12 N3 37 Са 33 Мк 30

ВОДОРАЗДЕЛ п. КОЧКИ

2,3.2,8 но 74 119 29 16 53 610 6,9 0.6 наш йа.9 а 4 Са83 Ыа 28 Мй21

10,0-14,0 но 1193 387 352 394 3987 366 7,4 6,5 ЭСШ С1 11 НСОкб N3 52 Мк 29 Са 19

слой может существовать несколько лет со своей амплитудой колебания уровня воды.

На исследуемой территории в зону аэрации входят отложения шестой, пятой, четвертой, третьей и второй ритмопачек краснодубровской свиты, обнажающиеся на склоне. Породы в зоне аэрации подвергаются воздействию процессов почвообразования, их свойства изменяются. Такие данные приводят Ф.А. Никитенко (1963), В.П.Панфилов (1973), И.М.Гаджиев (1982). Нами проанализировано до 210 проб по каждой литологической разности по каждому из трех участков. Отмечено увеличение содержания глинистой фракции (оглинение) и уменьшение песчаной и пылеватой по сравнению с аналогичными породами в ритмопачках.

Просадочность, определенная при стандартном давлении 3 кг/см2 в более чем 300 пробах, в 120 из них превысила критическое значение (0,01). На Ордынском участке установлено, что относительная просадочность уменьшается к подошве ритмопачки, увеличивается под погребенной почвой, затем снова снижается к подошве следующей пачки и вновь повышается под слоем тяжелого суглинка. Так же ведет себя коэффициент пористости. Подобные результаты получены Я.Е. Шаевичем (1987) по строительным площадкам в городах Днепропетровске, Новосибирске, Таш-Кумыр.

Изучению влажности пород зоны аэрации посвящены работы В.П. Панфилова (1973) по Кулунде, где естественная влажность пород изменяется от 8 до 12%. В исследуемом районе естественная влажность имеет высокие значения. По разрезу отмечено увеличение влажности к подошве ритмопачки, уменьшение ее значения в кровле следующей ритмопачки и снова возрастание ее к подошве нижележащей ритмопачки. Все материалы изменения влажности подтверждают возможность образования верховодки в зоне аэрации на прослоях пород тяжелого состава. 1

4.4.1.Засоление пород зоны аэрации.

Исследуемая территория входит в провинцию сульфатно-содового засоления (Ковда, 1954; Базилевич, 1965). Как отмечает И.Н.Угланов (1981), район Приобья считался незасоленным и исследованию засоления глубоких слоев не уделяли внимания. Засоление почвообразующих пород до глубины 4 - 6 м изучено Н.И. Базилевич (1965 - 1968), Р.В. Ковалевым и др. (1966), В.П, Панфиловым (1973), В.М. Курачевым и Т.Н. Рябовой (1981).

2 0

Нашими работами установлено, что накопление солей в почвенном профиле и в зоне аэрации связано с современными процессами засоления. Кроме этого, встречаются засоленные слои пород, связанные с древними процессами засоления и приуроченные к древним зонам аэрации. Они обнаруживаются как в современной зоне аэрации, так и ниже уровня грунтовых вод.

Современные процессы засоления почв и грунтов зоны аэрации развиваются на пониженных участках рельефа в условиях залегания уровня грунтовых вод меньше критического и связаны с испарением воды из капиллярной каймы грунтовых вод. В результате анализа обширного материала эпюр засоления, нами предложен способ определения критической глубины уровня грунтовых вод по разности глубины залегания грунтовых вод и горизонта максимального содержания солей (Магаева, Елизарова, Казанцев, патент №96120507/13(027007) от 08.10.96) .

В зависимости от строения зоны аэрации, близости водоупора и режима грунтовых вод нами выделены 4 класса современных галогеохимических систем, позволяющие рассмотреть динамику процесса засоления во времени.

Первый класс - водораздельный. При глубоком залегании уровня грунтовых вод и однородном литологическом составе пород в зоне аэрации формируется незаселенный почвенно-грунтовый профиль. Здесь распространены автоморфные почвы зонального ряда - обыкновенные и южные черноземы.

Второй класс - склоновый. Возникает при залегании уровня грунтовых вод ниже критической глубины, когда капиллярная кайма не достигает поверхности. В зависимости от минерализации грунтовых вод, их химического состава и литологии пород зоны аэрации образуются различные профили засоления. Распространен на склонах или микро повышениях среди низин, является транзитным. Почвы полугидроморфные.

Третий класс - ложбинный. Засоление поверхностного слоя возникает только при высоком стоянии уровня грунтовых вод. Воды низкой минерализации. Локальный водоупор залегает глубоко, водовмещающие породы легкого состава, отток вод хороший. Засоленность зависит от минерализации грунтовых вод. При снижении уровня грунтовых вод происходит промывка разреза, соли в профиле не накапливаются. Распространен в верховьях ложбин стока и является переменным и временным.

Почвы гидроморфного ряда - луговые солонцы, луговые солончаковые и солончаковатые почвы.

Четвертый класс - западинный. Сильное засоление всей зоны аэрации, у поверхности очень сильное. Приурочен к участкам вокруг озер, болот, западин. В условиях залегания уровня грунтовых вод выше критического идет интенсивное испарение. При близком залегании водоупора, или при тяжелом составе водовмещающих пород сброса и оттока солей не происходит. Этот класс является постоянно конечной солевой дреной. Рассоление может происходить за счет смыва или сдува солей. На этих участках распространены засоленные гидроморфные почвы солончаки болотные и лугово-болотные.

Таким образом, сложение надводоупорной толщи из ритмопачек почв и пород создает сложные литологические и гидрогеологические условия в современной зоне аэрации.

4.5 Почвообразующие породы

На основании проведенных работ установлено, что современная гидросеть врезана в четвертичные отложения и склоны сложены породами разных ритмопачек. Наибольший врез наблюдается в низовьях рек Карасук и Орда, где в бортах долин обнажаются нижнечетвертичные отложения. На выходы древних пород в долине р.Карасук указывали В.И. Громов (1940), Л.И. Покрасс и Н.И. Базилевич (1954), В.А. Николаев (1962) и др. В низовье (в районе п. Краснозерское) р. Карасук прорезала все ритмопачки вплоть до кровли первой, отложения которой можно видеть в промоинах на правом крутом склоне. Вверх по долине врез уменьшается и на склоне увала почвообразующими являются породы пятой, четвертой и третьей ритмопачек. Самые высокие отметки Карасук - Обского увала занимают отложения шестой ритмопачки, являющиеся здесь почвообразующими. На склоне к р. Обь на высоких поверхностях почвообразующие породы более молодые, чем на склонах к долинам рек Ирмень, Шарап и Орда с притоками. В общем виде, чем ниже по склону, тем более древние почвообразующие породы. На отдельных обнажениях нами наблюдалось совмещение древних почв с современными.

Таким образом, почвообразующими породами для современных почв служат породы, а местами и древние гумусовые горизонты разных ритмопачек. Это создает разнообразие условий почвообразования и многообразие почв. Верхние части увалов сложены более молодыми породами. Они

рыхлые, легкие, пористые и водопроницаемые. В нижних ритмопачках породы уплотнены, несколько метаморфизованы и потому более тяжелые, менее пористые, имеют низкие фильтрационные свойства, из-за чего дренирующее влияние реки сказывается на незначительном расстоянии.

4.6. Особенности водного режима почв

Отличительной чертой Приобской возвышенной равнины является распространение гидроморфных почв на водораздельных поверхностях, связанное с близким залеганием грунтовых вод, что не согласуется с общепринятыми представлениями о степени дренированности территории и строении почвенного покрова. Это положение легко объясняется сложением толщи отложений из ритмопачек, залеганием обводненного слоя верхней ритмопачки на водоупорной кровле предыдущей ритмопачки.

Черноземы, как правило, приурочены к склонам увалов. Они не образуют сплошного массива, а занимают выпуклые дренированные участки. Во всех черноземах отмечены признаки гидроморфизма и галогенеза. К.П. Горшенин (1955, 1958), Н.И. Базилевич (1965), Н.И. Богданов (1966, 1976) отнесли их к палеогидроморфизму и палеогалогенезу.

Установленные нами особенности строения зоны аэрации показывают, что кровли дренированных ритмопачек в силу их литологических характеристик, создают водоупорные горизонты, на которых в многоводные годы формируются верховодки, способствующие образованию гидроморфного режима почв.

При совмещении имеющейся крупномасштабной почвенной карты, составленной в соответствии с Указаниями..(1967) и Классификацией (1979), с картой глубин залегания уровня грунтовых вод того же масштаба на ключевом участке с. Решеты установлено, что на площади распространения черноземов выщелоченных и солонцеватых зоны поднятия уровня грунтовых вод в многоводный год расположены симметрично на северном и южном склонах, что может служить доказательством выдержанности водоупорного горизонта на большой площади.

На Краснозерском участке зоны повышения уровня грунтовых вод расположены вокруг понижений. Обнаруженные верховодки очень локальны, что говорит о сложном строении водоупора.

Изменение водного режима почв при колебании климата отмечено и на Чановском стационаре (Базилевич и др. 1974).

Приведенные материалы показывают влияние строения надводоупорной толщи из ритмопачек на состав почвообразующих пород и водный режим почв, когда периодически высокое положение уровня грунтовых вод способствует проявлению гидроморфизма в черноземах и их осолонцеванию.

Выводы

1.Детальное исследование литологических, физико-химических и гидрогеологических свойств пород позволило выделить в мелиорируемой толще комплексы почв и пород, характеризующиеся едиными галогеохимическими процессами, названные ритмопачкой.

2.Отложения разных ритмопачек отличаются по физико-механическим свойствам. Молодые отложения верхних ритмопачек рыхлые, легкие, пористые и водопроницаемые. В нижних ритмопачках породы уплотнены, несколько метаморфизованы и потому более тяжелые, менее пористые, имеют низкие фильтрационные свойства.

3.Установлено, что современная гидросеть врезана в четвертичные отложения и потому почвообразующими на водораздельных поверхностях являются более молодые отложения, на склонах и нижних частях увала более древние.

4.Сложение мелиорируемой толщи из ритмопачек отражается на компонентах эколого-мелиоративной оценки территории, таких как рельеф, обводненность, глубина залегания, химический состав и минерализация грунтовых вод, состав и мощность зоны аэрации, состав почвообразующих пород и водный режим почв.

5.Неоднородный литологический состав пород на склонах, наличие более плотных и тяжелых по составу разностей в кровле ритмопачек создает террасированность склонов, а совместно с уклоном кровли пачек является причиной образования суффозионно-просадочных западин, подвешенных ложбин, заканчивающихся на выположенных площадках.

6.Ярусная обводненность мелиорируемой толщи обусловлена наличием слабопроницаемых, оглиненных, тугопластичных пород желто-бурого цвета в кровле ритмопачки

2 к

и опесчаненных, слоистых, с лучшими фильтрационными свойствами пород в подошве ритмопачки.

7.В условиях рельефа, врезанного в четвертичные отложения, каждый обводненный слой дренируется современной гидросетью на разной высоте склона. Этим создаются участки склонов с глубоким залеганием грунтовых вод.

8.Современная зона аэрации сложена из дренированных частей ритмопачек и потому неоднородна по литологическому составу. Кровли ритмопачек, состоящие из пород тяжелого состава, образуют локальные водоупоры, на которых образуется периодически верховодка. Во влажные годы формируется водоносный слой, изменяющий водный режим почв.

9.Почвообразующими породами для современных почв служат породы, а местами и погребенные почвы разных ритмопачек, что создает разнообразие условий почвообразования и многообразие почв.

10.Сложное, неоднородное строение зоны аэрации, наличие в ней локальных водоупоров требует нового подхода к мелиоративной оценке почв, более детальному изучению литологического строения зоны аэрации.

Список основных печатных работ по теме диссертации

1. Гидрогеологическая карта СССР масштаба 1:200 ООО лист М-44-ХП. Л.,

Недра, 1981.

2. Гидрогеологическая карта СССР масштаба 1:200 ООО лист 14-44-ХУШ. Л., Недра, 1982.

3. Гидрогеолого - гидрохимические особенности территории прилегающей к долине р. Карасук (Кулундинская равнина) //Региональное совещание СИБНИИГиМ, Красноярск, 1991, с.37-38 (в соавт.)

4. Особенности формирования грунтовых вод Барабинской равнины //Научные чтения, IV Всеуральское совещание по подземным водам Урала и сопредельных территорий, Пермь, 1994, с.32-33

5- Галогеохимические ' критерии оценки эколого-мелиоративного потенциала территории Центральной Барабы //Сибирский экологический журнал, № 3,т.1, 1994, с.215-227 (в соавт.)

6. Эколого-мелиоративное районирование Западно-Сибирской равнины //Сибирский экологический журнал, №1. 1995, с.23-38 (в соавт.)

7. Оценка эколого-мелиоративного потенциала территорий //Мелиорация и водное хозяйство, №3, 1995, с. 14-16 (в соавт.)

8. Способ определения критической глубины залегания грунтовых вод. Патент №96120507/13 от 08.10.96 (в соавт)

9- Эколого-мелиоративные условия левобережной части НСО //Проблемы предотвращения деградации земель Западной Сибири и осуществление государственного контроля за их использованием и охраной, Барнаул, 1997, с.63-66 (в соавт.)

10. Современная мелиорируемая толща пород Приобья //Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения, Всероссийская конференция, Москва, 1998, с.84-85 (в соавт.)

СП «Наука». Заказ N2 410-100-98.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Магаева, Лидия Александровна, Новосибирск

/Ту у у Р .

/ ¿У/¿У усу - ^

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ

На правах рукописи

МАГАЕВА ЛИДИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

МЕЛИОРИРУЕМАЯ ТОЛЩА ПОЧВ И ПОРОД

ПРИОБЬЯ 03.00.27 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель чл. - корр. РАН, доктор биологических наук, профессор И.М. Гаджиев

НОВОСИБИРСК -1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение................................................................................................3

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ...........................................8

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАННИЙ И ОБЪЕМ

ПРОВЕДЕННЫХ РАБОТ.........................................20

ГЛАВА 3. СТРОЕНИЕ МЕЛИОРИРУЕМОЙ ТОЛЩИ..............26

ЗЛ.Водоупор .............................................................27

3.2. Надводоупорная толща......................................29

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ РИТМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕЛИОРИРУЕМОЙ ТОЛЩИ ПОРОД НА КОМПОНЕНТЫ ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ ПРИОБЬЯ....................................................53

4.1.Релье ф......................................................................53

4.2.Глубина залегания уровня грунтовых вод............57

4.3.Химический состав и минерализация грунтовых вод........................................................62

4.4. Зона аэрации.........................................................63

4.5. Почвообразующие породы..................................77

4.6.Особенности водного режима почв......................85

ВЫВОДЫ..........................................................................................89

ЛИТЕРАТУРА..................................................................................97

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................107

Введение

Актуальность темы. Субаэральные лессовидные породы и лессы слагают обширные территории как в России, в том числе в Западной Сибири, так и во всем мире. В пределах Новосибирского Приобья это районы широкого сельскохозяйственного использования с применением орошения. Здесь распространены лучшие пахотно-пригодные земли лесостепной и степной зон, представленные черноземами и лугово - черноземными почвами. Основное различие этих типов почв в их водном режиме, что сказывается на плодородии и требует специфических приемов обработки. При мелиоративном освоениии земель изменяется естественная обстановка, нарушаются существующие ландшафтные связи и формируются новые. Этот процесс отражается в вертикальном профиле зоны аэрации, грунтовых водах, что дало основание И.Н.Угланову (1981) назвать эту часть разреза мелиорируемой толщей. Оросительная вода изменяет естественный водно-воздушный, тепловой и солевой режимы в зоне аэрации (Панин, 1968, Панин и др., 1976, Панфилов,1991). Мелиоративные мероприятия изменяют условия питания и разгрузки грунтовых вод, оказывают влияние на формирование химического состава подземных вод. Орошение нередко вызывает засоление земельлВ многовековой практике много примеров, когда мелиоративные мероприятия приводили к негативным последствиям, к невозвратной утрате земельных угодий, к необходимости осуществления дорогостоящих восстановительных работ (Ковда,1977, Ткачук, Молодых, 1973, Ковда, 1989). Главная причина этого в невозможности на данном этапе познания учесть всю сложность и многообразие процессов, протекающих в мелиорируемой толще и с достаточной достоверностью

прогнозировать изменения, происходящие в ней при естественных режимах и различных видах антропогенных нагрузок. Комплексное изучение Приобской возвышенной равнины находится в начальной стадии, между тем, знание природных условий и процессов, происходящих в природных системах, необходимо для целей рационального землепользования./ Например, при

гидрогеологическом и инженерно-геологическом исследовании субаэральных отложений встает вопрос об обводнении разреза. Из-за невыдержанности обводненных слоев грунтовые воды вскрываются на разной глубине в близко расположенных скважинах и называются водами спорадического или локального распространения. Эти взгляды, однако, не отражают всей сути процессов и явлений, происходящих в мелиорируемой толще почв и пород. До сих пор остается открытым вопрос о наличии и характере обводненности верхней толщи отложений, которая в свою очередь зависит от ритмического строения, мощности, выдержанности, особенностей локальных водоупоров. Выяснение всех этих особенностей природных систем является первостепенной и важной

народнохозяйственной задачей.

Цель и задачи работы. Изучить особенности строения мелиорируемой толщи Приобской возвышенной равнины, и их отражение на компонентах эколого-мелиоративной оценки, таких как рельеф, глубина залегания, минерализация и химический состав грунтовых вод, литологический состав и засоление пород зоны аэрации и современный почвенный покров. В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1.Изучить строение субаэральной толщи отложений в пределах части Приобской возвышенной равнины (районы Ордынский, Кочковский, Краснозерский).

2.Определить основные морфологические признаки диагностики ритмопачек и критерии их выделения.

3. Установить закономерности строения ритмопачек, их распространение, обводнение и засоление.

4.Выявить зависимость особенностей почвенного покрова от строения мелиорируемой толщи почв и пород.

Научная новизна. Впервые комплекс почв и пород, сформированный за один ритм осадконакопления, рассмотрен как галогеохимическая система, функционирующая при определенном положении уровня грунтовых вод. На основе изучения строения и морфологических признаков функционирования современных галогеохимических разрезов (систем), включающих почву, породы зоны аэрации и грунтовые воды, в субаэральной толще отложений выделены погребенные галогеохимические системы (ритмопачки). Ритмопачки отражают этапы осадконакопления, чередующиеся с формированием почв при определенном положении уровня грунтовых вод на моменты образования почв. Мелиорируемая толща Приобской возвышенной равнины разделена на ритмопачки, прослежено их строение, мощности, распространение, литологический состав, обводнение и засоление. В условиях расчлененного рельефа различные части погребенных систем (ритмопачек) включаются в современный почвообразовательный процесс и создают многообразие почвенного покрова, ярусную обводненность разреза, условия для образования верховодки и отражаются на эколого-мелиоративных условиях территории. В

зависимости от строения зоны аэрации, близости водоупора и режима грунтовых вод выделены современные галогеохимические системы, позволяющие рассмотреть динамику процесса засоления во времени.

Защищаемые положения.

1. Ритмопачка, как часть мелиорируемой толщи пород, представляет собой галогеохимическую систему, образованную за один цикл осадконакопления и почвообразования.

2.Сложение мелиорируемой толщи Приобья из ритмопачек почв и пород создает ярусную обводненность, определяет процессы водо-солеобмена и является одним из компонентов почвенно-мелиоративной оценки территории.

Вклад в разработку проблемы .Автором предложено и применено на практике выделение ритмопачек почв и пород в разрезах субаэральных отложений, соответствующие состоянию природной среды на момент образования погребенных почв при определенном положении уровня грунтовых вод и со следами взаимодействия почв и грунтовых вод. В результате субаэральная толща расчленена на ритмопачки, прослежено их распространение, состав и мощности. Это позволило установить строение зоны аэрации, ярусную обводненность мелиорируемой толщи, что в свою очередь дало возможность выделить современную и древнюю засоленность зоны аэрации, установить периодическое изменение водного режима современных почв на отдельных участках близкого залегания водоупоров в зоне аэрации.

Практическое значение . Результаты исследований и практические рекомендации имеют первостепенное значение для целей мелиорации, позволяют расчленить субаэральные толщи на ритмы

осадкообразования, наиболее полно решать вопросы прогнозирования возможных изменений свойств почв при антропогенном воздействии и использованы при оценке территории для мелиоративного строительства и эколого-мелиоративной оценки земель. Материалы работ приняты за основу при проектировании мелиоративных систем на территории Прикарасукской равнины Новосибирского Приобья институтом «Запсибгипроводхоз».

Апробация работы. Основные положения отражены в отчетах о результатах специализированных комплексных геолого-гидрогеологических и инженерно-геологических съемок масштаба 1:50000 для обоснования строительства Ордынской и Карасукской оросительных систем (1985,1990). Материалы приняты НТС ПГО «Новосибирскгеология» с оценками «отлично» и переданы для реализации в институт «Запсибгипроводхоз». Там подвергнуто проверке и подтверждено при повторном бурении выделение ритмопачек и наличие локальных водоупоров в зоне аэрации. Результаты работ доложены на Всесоюзном совещании по цикличности формирования лессовых пород (Новосибирск, 1987), на региональном совещании по подземным водам Урала и Сибири (Пермь, 1994), на семинаре Института почвоведения и агрохимии СО РАН ( 1995), на совещании «Сибирское соглашение» (1997), на конференции в Сибирской государственной геодезической академии (1997).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 работ, в том числе 4 в центральной печати.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 117 страницах

машинописного текста, включает 3 таблицы и 30 рисунков, а также 5"

приложений на 11 страницах. Список литературы содержит 97 источников.

Глава 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ Район исследований расположен в юго-восточной части ЗападноСибирской низменности на Приобской возвышенной равнине. Естественными границами являются Сума-Баганская долина на северо-западе, река Карасук на юго-востоке, р.Обь на востоке, р.Ирмень на севере и рч.Быструха на юге.

Рельеф. Исследуемая территория включает водораздельную поверхность и южный склон Сума-Баган-Карасукского увала, а также занимает часть поверхности и склон Приобского увала от р.Ирмень на севере до рч.Быструха на юге (рис. 1.). Общий облик рельефа пологоувалистый, лишь к долине р.Оби склоны местами крутые и характер местности приобретает черты увалисто-грядовой равнины.

Абсолютные отметки Приобской водораздельной поверхности 204,0 -232,4 м, в периферических частях снижаются до 165,0 м. Склон к долине р.Обь расчленен многочисленными логами и речками с глубиной вреза речных долин до 55 м.

Водораздельная поверхность Сума-Баган-Карасукского увала полого наклонена на юго-запад. Абсолютные отметки снижаются от 204,0 до 129,7 м. Склон к р.Карасук террасирован и расчленен логами. В верховьях долины р.Карасук склон расчленен ложбинами почти параллельными друг другу. Вершины ложбин поднимаются до водораздельной линии. Вертикальное расчленение верхних частей

¿у

склона незначительное - 2-3 м/км . В низовьях ложбины разветвляются, расчленение увеличивается до 10 - 15 м/км . Юго-западнее с.Решеты - Согорное водораздельная поверхность плоская и

МИНСКОЕ

. ( \\ / _ я- 3- « •

г

■> Кирилле* Ш7¿

кжЧ*С О

Круглоохрно г 1 Гандичи

■^оршанское

01. Ыткуль

Угянка

Суминспое А ^ -

■¿уХ^Ли! СуминскрЬ

1 ^ ^ О

/Сарокамыш

7 НСКЧЦУ

Козлова

йа

ТолмаЗевсг

Антоновка ¿^сфанка

" 'ково

/

Ново

БЕРДр!)

Ужониха

г-Верл.ЧиЬ

-Михайлмснии /Х^шеникольсхое / борисовский)

ш во йехсеев! а

довольное

■зклучм

•о

н

0 Травнф Лугами.

'быструха

{/оид.

кочкй

'(уланка

7,

/АрбоМ^

оиканскиа

Решеты*

ае"

'.рнакц

\ 1 \ ^ I 4

слогГЧ Малое о* чанка

^^^ Условные обозначения

Площадь Кочковско-го участка

Плслцадь Красноэер-ского участка

Нижнеуяеремоц/нае

I о

Площадь Ордынского цчастка

Рис.1. ОБЗОРНАЯ КАРТА Масштаб 1:1000 000

ю

широкая, склоны узкие с уклоном более 1° , ложбины древовидной формы. Вертикальное расчленение поверхности 15 м/км2. Малые уклоны поверхности, широкое распространение ровных участков, наличие плоских западин определяет слабую дренированность территории. Это приводит к замедленному водообмену, пестроте почвенного покрова даже на участках с незначительными сменами уклонов местности.

Геологическое строение . Складчатый эпигерцинский фундамент, сложенный породами до юрского возраста, залегает непосредственно под террасами р.Обь и вскрыт скважинами на глубине 5 - 7 м под второй террасой (первая затоплена водами водохранилища), и 35 м под четвертой. От р.Обь фундамент круто погружается на запад и в районе п.Краснозерское залегает на глубине 1200 м. В составе отложений, перекрывающих фундамент, повсеместно под современным почвенным покровом распространены четвертичные отложения краснодубровской свиты, которые на Карасук - Обском водоразделе имеют наибольшую мощность. На юго-запад и восток мощность отложений уменьшается. Практически также распространены верхнеплиоценовые отложения (кочковская, убинская и каргатская свиты). Нижнеплиоценовые и миоценовые осадки появляются западнее линии Карасук - Обского водораздела. По мере погружения фундамента появляются палеогеновые отложения ( абросимовской, журавской и атлымской свит). Самую глубокую часть ложа фундамента занимают отложения мела и юры (рис.2 ). Все эти отложения имеют терригенный состав и образуют сложно устроенную толщу многократно переслаивающихся различных по составу осадочных отложений.

Мелиорируемую толщу образуют отложения краснодубровской свиты ( надводоупорная часть) и водоупорные глины кочковской и убинской свит.

ЕЗг ЕЗ3

IH®8 (ИЗ5

ES12 ШО'3 СЮ«

|y,Hj[,7 [тп<8 ЕШЬ?

Рис. 2. Геологический разрез вдоль р. Карасук.

Отложения: 1 - средне-верхнечетвертичные карасукской свиты, 2 -нижне-среднечетвертичные краснодубровской свиты. Неогеновые: верхнеплиоценовые: 3-убинской, 4-каргатскои, 5-павлодарской свит. Нижнеплиоценовые: 6-таволжанской, 7-бещеульской, 8-абросимовской свит. Палеоген: олигоценовые: 9 -журавской, 10-новомихайловской, 11-атлымской свит, олигоцен-эоценовые: 12 - тавдинской свиты, 13-эоценовые люлинворской свиты. Верхнемеловые 14- псрасчлеиснные, 15- сымской, 16-леньковской свит. Нижнемеловые 17- киялинской свиты, 18- юрские. Литологический состав: 19 - песок, 20 - супссь, 21-суглинок с горизонтами погребенных почв, 23 - глина, 29 -переслаивание глин с песком, 25 - кора выветривания палеозойских пород (сланцев, песчаников).

Гидрография и гидрология. Речная сеть Ордынского участка относится к Обскому бассейну стока и представлена рр. Шарап, Ордой с притоками Луковкой и Сушихой и рч. Быструхой, а также верховьями р.Ирмени. Урезы рек имеют абсолютные отметки 160,0 - 145,0 м в верховьях и 113,5 м в устьевых частях. Длина р.Шарап 13км, уклон потока 0.3%. Длина р.Луковки около 35 км, средний уклон потока 0,1%. Режим рек левобережного Приобья характеризуется высоким однопиковым половодьем во второй половине апреля и низкой устойчивой меженью в летне-осенний период. Зимняя межень имеет длительность в среднем 165 дней. В годовом стоке на первом месте стоит снеговое питание (85-90%), дождевой сток невелик, грунтовый сток до 10%. Модуль поверхностного стока в реки на площади исследований составляет 1-2 л/с км , а модуль подземного стока - 0,1 л/с км2. Расход р.Орды ниже впадения р.Луковки в весеннее время, по данным наших измерений, 15,5 л/с, а в летнюю межень - 6.2 л/с. Естественный режим рек искажен из-за строительства земляных плотин, выше которых располагаются небольшие пруды. На ручье Переездном , притоке р.Луковки, насчитывается 8, на р.Луковке - 7, на р.Сушонок - 13 и на р.Орде - 10 плотин, т.е. только в бассейне р.Орды строится ежегодно около 50 плотин.

Р.Карасук с притоками относится к бассейну внутреннего стока. Вид реки и ее притоков меняется от верховий к низовьям, и можно выделить четыре участка реки. Первый - верховье, примерно до с.Жуланка. Русло практически прямолинейное, но чередуются глубокие озеровидные расширения до 10 - 20 м и узкие 1 - 2 м мелкие перекаты. Берега реки на всем участке обнаженные, с оплывинами. Кроме узкой поймы , вдоль реки почти всюду хорошо выделяется террасовидная поверхность, возвышающаяся на 4 - 6 м над меженным уровнем реки.

Ширина террасовидной поверхности значительна - до150 - 200 м, что свидетельствует о формировании ее в условиях более значительного стока, чем пойма и русло современной реки. Поверхность ее неровная, встречаются неглубокие обширные понижения , обязанные процессам вторичного характера (суффозия, просадка). Притоки на этом участке: ручьи Быструха, Солоновка, Замарайка, Плевчиха и Солоновка - имеют слабо выраженное русло. Собственных отложений нет. Русло врезано в отложения краснодубровской свиты.

Второй участок реки - до с.Черновка. На этом отрезке появляются пологие извилины русла, река примерно одной ширины 2 - 4 м. В излучинах появляется пойма , заросшая ивняком. Берега обрывистые, участками оплывают и обрушиваются.

Третий участок - примерно до с.Мохнатый Лог. Излучины превращаются в четкие меандры. Меандры глубокие , занимают всю широ