Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности водно-физических свойств гипсоносных почв Голодной степи и их влияние на режим орошения

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Особенности водно-физических свойств гипсоносных почв Голодной степи и их влияние на режим орошения"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО лОЗЯЙСТиА РОССИЙСКОЙ ФЭД2РАШ1И

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕШ Г1Ш^Ш1М1РАТ1г1ВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Мерамо Диа

УДК 631.4:¿31.6

особенности водно-ФШич^'сжх свойств

ГИПСОНОСНЫл почв гождой СТЕПИ и их . • ВЛИЯНИЙ НА РйШг ОРОПШМЯ

Специальность, 06.01.02 - мелиорация и орошаемое земледелие

' АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стопеяи кандидата сельскохозяйственных . наук

Москва, 1992 г.

Работа выполнена в Проблемной лаборатории Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института.

Научные руководители: доктор технических наук, . профессор И. П. Айдаров;

кандидат технических тук/ А.М.Нейлигер

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных

наук

Е.й.Ианкова

кандидат технических наук Л.ф. Пестов

Ведущая организаций - ВОЛЛШГИМ

Защита состоится " М^*^ 1992 г. на заседании специализированного совета К 120.16,02 в Московском ордена Трудовою .Красного Знамени гидромелиоративном институте по. адресу: 127550, Москва,. И-550, ул.Прянишникова, 19, МГЛы, ауд.$01 в (о. часов.

С диссертацией можно ознакомиться ' в библиотеке Московского гидромелиоративного института.

Автореферат разослан "25" ^Пр^У 1992 г.'

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., доцент

Т.И.Сурикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вовлечение гипсоносных почв з орошаемое земледелие определяется двумя главными причинами:

- практическим исчерпанием ме; -юрцгивных фондов лучших зегипсоносннх почв на аллювиальных лессовых отложениях;

-•высоким развитием технического и энергетического иочен-хиала в ирригационном строительстве, что обусловило развитие машинкой подачи води на высоко расположенные земли, где больше эсего распространены гишоносные почвы.

Цель работы заключается, в определении зависимости водно-физических параметров от гипсоносности почв - глубины, степени и формы гипсовых новообразований, а также в изучении строения порового пространства загипсованных почв и оценке их влияния на режим орошения.

Методика исследований. В основу методики исс ¡едованпй положены лабораторные методы изучения водно-физических характеристик я морфологии гидсоносных почв, математическое моделирование норового пространства, имитационное и математическое моделирование изучаемых процессов формирования водно-солевого режима почв и развития сельскохозяйственных растений.

Научная новизна работы заключается в установлении зависимости водно-физических свойств гипсоносных почв от степени и формы гипсовых новообразований и влияния последних на водный jjeaoiM гипсоносных почв. .

Практическая ценность. Разработка модели строенья порового пространства гипсоносных почв с учетом распределенид гипса в почве и выбор,оптимального водного режима гипсоносных почв.

' Содержание диссертации. Диссертация,состоит из общей характеристики работы, четырех глав, основных результатов и приложений. Объем работы 187 страниц тлашияописного текста, 37 рисунков, 27 таблиц. Список использованной литературы содержит;, 79 наименований советских и зарубежных работ ,

. СиДЕЮШЕ РАБОТЫ

Х.чава'!.' Распространение, мелиоративные особенности и ^пыт'ссеоония гкпеоноонкх почв

Гипсоносные почвы, как объект мелиорации, достаточно широко распространены на востоке Сирийской Арабской республики, в Ираке, Сомали Испании, Алжире, Тунисе, Иране, в Австралии и в СНГ /Минашина Н.Г., йгоров В.В., 1975; Ыинапна Я.Г., Хамраев Т.Р., Яллоев С., 1983; л^лодцов Б.А., 1982; Панков М.А., 1956; 1S57; Панкова К.И., Ямнова И.А., 1987; Панкова 12.И., Цу-родова. З.М., 1387; Розанов 4.Н., 1948; 1951; /V..5AO ,'1990 И ДР./, ; .

Источником гипса являются гернне породы, грунтовые воды, а такие эоловое гоступлекие /Ковда В.А., 1984; Минашина Н.Р., 1975/'. Основной' причиной накопления гипса является высокая за-супливость климата и слабая естественная дренированяоеть, onpi делящие процессы аккумуляции гипса и водно-растворлмых солей в почвах, грунтах и грунтов« водах /Айдаров И.П., 3 985; Ковда H.A., 1946/. Соле- и гишонакопление в целей, характерно дл* гкцроморфных и. щлугидиомохфных ус Л0В.1Й.

Опыт освоения и орошения ппсоьосвкх почв показал, что ю свойства, плодородие и состав мелиоративных мероприятий сущес) венно зависят от форм, размера и характера распределения гипса в почвах. Образование гкпеа связано с: водным и геохимические режимом почв. В зоне периодического кагг■ члярного увлажнения, как правило, образуется мелкокристаллический мучнистый гипс с размерами кристаллов < 0,1 'ш,- В зоне резкого изменения влажности, образование кристаллов гипса происходит периодически и достаточно быстро, в связи с чем гипс не прочен и образует рыхлую массу /Панкова Е.И., Ямнова И.А., 1987/.

В зоне постоянного капиллярного увлажнения, что характерно для сазовой зоны, ,бразуется мелкий и прочный игольчатый гипс. В зоне полного насыщения'(близкое залегание грунтовых вод) образуются прочные и' достаточно крупные кристаллы гипса или целые гипсовые горизонты /Нанкова Е.И., Ямнова И.А., 1987/ Однако в почвах в. связи с ¡колебанием уровня грунтовых вод и влажности обычно встречаются все формы гипсотх образований.

В литературе выделяют четыре форды гипсовых новообразований, которые могут присутствовать в поч^е все одновременно или в различных сочетаниях /Минашина П.Г., 1975; Минашина Н.Г Хакназарова Ю.Г., 1988; Панкова Е.И., Ямнова И.А., 1987/ почвы с плотным гипсовым горизонтом, почвы с рыхлым псевдопесча-

ш гипесвым горизонтом, почви с крупнокристаллическим стек-:овадным гипсов, почвы с мучньетнм кароокатно-гипсовст.! горизонтом. Причем преобладающая форма гипса определяет основные войства и мелиоративные- особенности почв.

Основные выводы в отношении мелиоративных есоо^.я^отей . 'ипсойосных почв сводятся к с.ледуще?>зу:

1. Содержание кадил не яв.1>-отся фактором, определяющим №лиоратив1ше особен! сти пгцзсйооньгс почв. Содержание вало-шго и обпеиного галия слабо зависит от наличия гипса.

Со,;:ержаш"з нитратоь такке на является лидатирувиюл фактором гр\ орошении гипрояосньк почв,

3. оысокоз содержишь хчшса в почвах практически не влк-ют на реакцию среды (рН), но несколько снижает оощую щелочность и препятствует развитию процессов- осолонцеванйч. Таким эбразом, реакция среды не отражает мелиоративных особенностей гипсоносных по^гв

4. Величина 1ШК в гипсоносных ючвах снимется по мере увеличения содержания гипса, что определяет агрохимические свойства почв. Уменьшение величины ШШ будет способствовать вшкву удобрений при орошении. Следовательно, физико-химические свойства гипсоносных почв (1ШК) .является фактором, определят гоним мелиоративные особенности гипеоноеннх по*®.

5. Существенной'особенности» гипсоносных. почта является' неудовлетворительные агрохимические свойства и , в честности, • фосфатный ремим* Содержание подвижного фосфора (¿¿0^ в гио-еоноеннх почвах в 4...5 раз ниже, чем в светлых о^рс2еь:ах. Малое содержание подвижного фосфор« приводит к.нарушаю® со-' ' отношения, #:Р:К, следовательно и питательного режима в целом."

6. Наиболее существенными каиюративянми особенное»®» гипсоносных дачв.являются неудоа-тетзорительше зодао-$иэяч- .•■, кие свойства (шотность, пористость« водолронййемдоть). Плотность почв зависит от содержания гийса /Мо^одаеп В. А.,/" ; 1982/." Не менее важными н0"азатвляш являются глубина ЗаЛеги^;-Йия гипбово.'-о горизонта и содержаний 'пшжв почве, котго^ае < определяв» уровень урожая.1 их'' культур /Мтшшва'ШГ*V 'Х6кяаз&~-' рова Ю.Р.. 1988/. - - ^ ' , ^ ''/КгГ. ^■■^■'■ЬЦ

" , гисокая плотность гапсоносйкх йсчэ/ малая Шцопрояиийб^

мость и наличии садей в твердой фазе ухудшают условия промывки. По данным Волобуева, величины промывных норм при сульфатном типе заселения в 1,3...3 раза выше, чем для других типов засоления

Сокращение мощности надгипсового горизонта в пределах корневой зоны ^и...70 см) оказывает влияние на рост и разви-. '.•ие сельскохозяйственных 'растений /Минашина Н.Г., Хамраев Т.Р Лллоев 0., 1983/. .

При сильном уплотнении новые корни растений направляются в старце ходы с карСюнатно-гкпеовые стенками и оказываются изолированными и-значительно хуже снабжаются влагсй к питательными веществами. В уплотненных почвах новые растущие корни стелятся по гипсоносному горизонту, не проникая пгл.бь. Ходы корней со временем заполняются полностью его кристаллами, образуя гипсовые стержни и другие скопления в виде "червячков", "жилок" /Минашина Н.Г., Кгоров В.В., 1975; Минашина Н.Г., 1370/.

Б сероземно-луговых гипсочоснкх почвах подвиаянй фосфор •мокет легко переходить в труднорастворимые формы. Наличу.' в почвенных растворах сернокислого магния приводит к переходу растворимых форм фосфатов в-труднорастворимые, за счет выпадения -их в виде фосфатов магния.,'

Высокое-содержание кальция способствует также уменьшению отношения %+4/Са++, 1^/Са 4'+, что нарушает сбалансированность питательных элементов /Шнашина Н.Г., Егоров Б.В., 1975/.

Одной ие особенностей водно-физических свойств гипсонос-ных серозешс-луговых почв, является низкая капиллярная проводимость плотных гипсовых горизонтов /Молодцов В.А.« 1982/. От других почвенных частиц гипс отличается неустойчивостью во времени из-за способности {»створяться и перекристаллизо-виваться, а следовательно изменять гранулометрический состав и строение почвы. При выщелачивании гипса изменяется микрорельеф, появляются просьдочнке блюдца, суффозионнне воронки, а в местах вторичного загиясовквания происходят забивание пор уплотнение почв и -вспучивание поверхности. Поэтому гипсокос-ные почвы при орошении нувдаются в более частых плакировках поверхности /Минашина,Н.Г.,, Д9.76/.

Выщелачивание и перекристаллизация гипса влияют на фильтрационные свойства, увеличивая проницаемость в горизонтах выщелачивания а снижая в горизонтах ловой кристаллизации /Мина-шина' Н.Г., 1978/.

Таким образом, трудность мелиорации птсоксны:- почв обусловлена их неудовлетворительнши водно-физическими свойствами: низкой фильтрационной способностью, резкой слоистостью профиля почвогрунтов и наличием плотного гипсового или "шохового" горизонтов. Следовательно, для ускорения вшива солей при капитальной прогавке этих почв и снижения затрат оросительной воды, необходимо осуществить мероприятия, способствующие увеличению фильтрации воды и успешного отвода шше^^ализованшя Дренажных вод с промываемого участка /Беспалов Н.Ф., Модней А., 1981/.

Улучшение водно-физических и агрохимических свойств гип-соносннх почв обеспечивается при рыхлении и внесении навоза из расшта 30 ,т/га. Хороший эффект дает также, лигнин, внесенный в том же'количестве /Беспалов Н.Ф., Модиев А., 1981/.

Глава 2 Объект и методы исследования.

Изучаемые почвы были расположены на опьшю-производствэн-ном участке института "Средазгипроводхлопок" на .территории . совхоза "Лахтакор" ^ехнатабадского' района Сырдарышской области. Территория землепользования этого совхоза расположена в юго-восточной части Голодной степи- в нижней части шлейфа группы хаваетеких конусов выноса. В результате интенсивного освоения и ор шения грунтовые воды поднялись с глубины 10... 15 м /1958/ до 2...3 м и на этом уровне поддерживаются горизонталь' ним дренажем. За период освоения (с 1961... 1990 гг.) измени-, ляс! условия грунтового увлажнения и почвы из светлых сероземов повсеместно превратились в сероземно-луговые.

В ¿^осматриваемых почьах содержание гипса значительно больше 1 %, поэтому для характеристики распред лекия гипса по профилю почвы необходимо было выполнить соответствующие анализы. (солянокислая вытяжка)'. Результаты таких анализов нодт-. вервдают наличие большого количества гипса в. почвах {до 32,5%). Максимальное содержание гипса приурочено к горизонта!-» 50... 170

см и, по-видимому, связано с поведением грунтовых вод. Вместе с тем, характер распределения водно-растворимых солей (накопление в верхних горизонтах) свидетельствует' о вторичном засолении орошаемых земель в условиях гидроморфного peKijrn. Общая масса (плотность) и удельная масса определялись для образцов каждого горизонта почвы. Удельная масса определялась стандартным гшкнометрическим методе:,! ь воде и рассчитывалась по формуле /Минашша Н.Г., Хакназарова Ю.Р., 1988/. "

где Ур - удельная масса гипсоносной почвы, r/cMJ; ~ то же, безгипсовой,части почвы, г/см^; сс - содержание гипса, %.

Гранулометрический состав почвы был определен двумя способами: первый по Н.А.Качинскому (методом пипетки) /1958, 1965, второй способ г/ методике Н.Г.Минашшои, Ю.Р.Хакназаровой /1988/. .

Применение двух различных методик было связано с тем, что анализ гщнулометричхского состава по Н.А.Качинскому с химическим разрушением и отмывкой почв от карбонатов и гипса дает возможность характеризовать только силикатну- часть почвы. Результаты этого метода имеют значение для изучения генезиса почв. Для объективной же почвенно-мьлиоратйвной оценки состава гипсоносных почв необходим анализ всего объема почвы, включая карбонаты и гипс, которые составляют более половины от массы почвы (рис. l).

Полученные данные по этим двум методикам говорят о том, что наибольшая разница отмечается для фракций 1...0.5 мм и 0,01...0,005 мм. Для выяснения 'причин такого расхождения при определении гранулометрического состава,, было найдено содержание гипса и карбонатов iio отдельным фракциям по методу Минаши-ной Н.Г. Данные этих исследований позволили, во-первых, выяснить характерные размеры кристаллов гипса и карбонатов и, во-вторых, позволяли оценить размер пор закудориваемых этими кристаллами (рис. l).

Данные анализов показали, что различие в гранулометрическом составе связано для частиц 1...0,5 мм - с содержанием гипса, а для частиц 0,01...0,005 мм - с содержанием карбонатов.

роме того, из полученных данных можно сделать вывод о том, то кристаллы гипса располагаются в транзитных порах, а карбс-аты - в текстурных.

Микроагрегатшш состав гипсоносной почвы был определен ами с использованием метода Качинсксго H.A., а такж<? по мето-у Минашипой Н.Г. (рис. l). Сопоставление полученных данных оказывает, что микроагрегатнкП аиалаз по методу Качинокого пособствует разрушению мелкоструктурных элементов размеров ,Ü1...U,ÜU1 мм. Содержании частиц G,i...ü,U5 лк и.О,05...О,01 м остается постоянным, что связано с тшвазш гранулолклчд*» йскшл составом почвы,

В Д'.нной работе основная, гидрофизическая характеристика пределялась с использованием вакуум-капилляриметра. Лаборэ-орные эксперименты проводились на монолитах почв диаметром ,82 и высотой 3,84 см по следующим горизонтам: 0...10, 1U.. .3t), 3U...50, 5U...7U, 70...90, 9Ü...110, 110...130, 130.. .150, 170...20и см. Все лабораторные эксперименты проводились I два этапа,' отличающихся только степенью нач;. такого насыэде-ия образцов. Для•насыщения образцов была использована длстил-шрованная вода. На первом этапе начальное насыщение проводи-гось при.атмосферное давлении воздуха, на втором этапе - при )азряжении воздуха 0,9 атм.

Выполненные исследования показали, что ь липшие, образца ¡одой при разряжении воздуха приводят к более полному- заполне-шю тупиковых.пор водой и таким образом существенно влияет на юновные-гидрофизические характеристики.

Использование микроморфологических методов позволяет ио-1учить дополнительную информацию, о составе и строении почвы; выявить основные закономерности в перераспределении солей я ^ипса по генетическим горизонтам; определить минералогию соней; юказать особенности агрегирования почвенного материала, струк-^ гуры лорового пространства; провести анализ соотношения и вза-шного расположения скелета, плазмы, солей /Панкова Е.И., Ягл— ^ова И.А., 1987; Турабеков Б.Т., Шэба С.А.-, Лим В.Д., Ямнова -I.A., 1986/. . . ■ '

° ' Для изготовления шлифов из почв с ненарушенным строением 'лкой била использована методика Мочаловой Э.Ф. /1956/.•Резуль-

тати микроморфологических исследований гипсовых новообразований показывают, что в верхних 30 см, где содержаниз гипса составляет 13 %, господствует мелкокристаллическая форма гипсовых новообразований, < 1 мм. В слое от 50 'до 130 см с держание гипса варьирует от 24 до 32 %, этом явно преобладает крупнокристаллический гипс, размером 3...5 мм .( 57,,.60, % от общего содержания п. .са)•:■: рреднеужталлический (21...26 %)>. В горизонтах 30..,50 и 130...200 см содержание гипса 14..,28 причем преобладает среднекристаллич^с.кий гипс, содержание которого достигает 30...45 % от общего количества гипса. Таким образом, оценивая гипсоносность данных почв следует указать, что по содержанию .'ипса они относятся к средне- и сильногип-соносныы /Шнкова ¿'.И., Лазьков В.М., 1985; Панкова ¿.п., 1990/. По глубине залегания гипса - почвы характеризуются как гнпсо-носние с поверхности, по мощности гипсового горизонта - мощные.

. По форме гипсовчс образования (кристаллов) верхняя часть профиля - характеризуется-преобладанием мелкокристаллического гипса, средняя часть - стекловидного крупнокристаллического гипса, переходный горизонт и нижняя часть профиля характеризуется среднекристаллическим гипсом /Панкова В.й.„,1990/.

Таким образом, данные почвы следует рассматривать как почвы, в которых Наряду с легкорэстворимыми солями идет перераспределение и перекристаллизация' гипса в почвенном профиле.

Анализ данных по воднб-физичьским свойствам почв позволяет констатировать, что изучаемый гипсоносннй солончак, тяжелого гранулометрического состава характеризуй.тся трехчленным профилем. Верхняя часть - 0...70 см - имеет среднюю плотность 1,27 г/см3, общая.поук.'тость около 50 хотя гранулометрический состав этой части профиле представлен легкой глиной и тяжелым суглинком в горизонте 50...70 см. Второй слой почвенного профлля-расположен;на глубине 70....110 см. Этот горизонт характеризуется наибольшей плотностью '(¿и, 55 низкой

общей пористостью (39...46 $). Нижняя, часть. профиля характеризуется менее плотным сложением (1,4;.,1-,3 т/см более высокой общей пористостью (46...50 Итак, в средней части профиля внделяотся наиболее плотный водоупорный горизонт. При ,8д0м весь профиль характеризуется относительно высокой загип-

ованностью, при этом, как было отмечено выше, отдельные юченные горизонты характеризуются хазной степенью гипсоноснос-1и и преобладанием гипсовых новообразований различной формы [ размеров.

Глава 3 Изучение строения порового пространства _ гипсоносных почв.

Для изучения основных гидрофизических характеристик почв I их сопоставления с экспериментальными данными, а также опре-¡.еления характеристик "гипсонорнои почвы", была использована Аодель "пшсоносной пористой среды", разработанная Зейлигером 1.Ы. В госчетах бшш использованы экспериментальные данные шдцого горизонта: общая пористость, текстурная пористость, тлотность почвы, плотность твердой фазы, текстурная плотность, ханше анализа макроагрегатного состава почли, Лаяны*: анализа содержания гипса в почве и распределение его по фракциям,..анализа механического состава и .экспериментальные данные определения ОГХ.

На (рис. 2) показаны измеренные и рассчитанные по модели "гипсоносной пористой среды", ОГХ исследуемой почвы. Приведенные' данные позволяют положительно оценить способность модели описывать водоударешающую способность гилеоносшсс почв.

Анализ полученных данных показывает, что на гяубинь, где содержание гипса ) 14,39, кривая ОГХ. более вертикальная, это ' объясняется тем, что вода на этих глубинах находится в более мелких порах, а крупные поры заполняются гипсом.

Глава 4 ' Особенность режима орошения гипсоносных • почв.

Одним из наиболее обосновании- я легко реализуемых в практике методов расчета водного резни-© корнеобитаемого слоя яп-ляется метод водного баланса, В наиболее распространенном случае, когда основную роль в формировании водного- режима почв, играют лжяьувертикальные потоки влаги, уравнение водного баланса грасчетного слоя может быть записано в следующем виде

Jl,

iO 55 SO 4S 40 35" SO SS SO ÍS ¿0 s i

; Q.S

; o. i

lQ.OS O.CO

I !

Sisa

: Ü} Ч м

ни

Глубина У0-90 а«

1. jr.noK. -------

2. jr.no П. —о-

3. jn.no К >—-о

Â, fn.fh h &----А

5. franc ж - — .

6. /СаС09 _-.

7. /лакролар о-а

Рис.4 .

PeayrtbfTicimbi определение леканицеского сос-triaba, микроагреъатного. состаЬа по gAy« метоуи кам.

Распределение гипса и КОрЪснатоЬ по ¡реакциям и р&ьу4ыЬоты анализа накрос,гре2агтного состаЬа.

Yí^'aoo.cJ

? .

; е . s . -i з 2

i.s i.o o. S ; ój

Шо

0.2 as, ач a s è^nf Глфцна 70-90 см

* - рассчитанные 0~ измеренные

Рис. 2

КриЬые Ьа&оудърниба-ющей способности

»UnCOHOCHklX солончо -

коЬых почЬ

где Црл^и^')-- - измерение средней

влажности расчетного слоя мощности Ьр за интервал . ■ Ос(а^), ~ объем выпавших''

осадков, исшронйе с поверхности земли, трансниршлш растительным покровом, оросительная норма; влагообмен с нижележащими горизонтали! (вниз - знак "-", вверх -знак "+") за рассматриваемый- интервал времени . Одним из путей, ведущих к некоторому упрощению задачи, является представление рассматриваемой почвг;нко-грунтавой толщи в вида двух слоье, условно называемых почвенным и грунтовым. Ь первом из них имитация процесса движения воды осуществляется систомой уравнений, которая базируется на соответствующей модели пористой среды; второй - грунтовый слой -имитируется собственной моделью пористой среды, в .общем случае отличной от первой. Ь этом слое, ограниченном сверху нижней границей потаенного слоя, а снизу первым водоупором, по-• латается равновесное распределение воды во его глубине в каждом отдельном интервале времени. Это состояние характеризуется равенством капиллярного и гравитационного давлении /суммарного давления/ ьо-всех точках зоны неполного насыщения грунтовой толщи. При !этом смена дискретных соотояний происходит при переходе черен хлраницы интервалов времени в соответствии е уравнением баланса для всей грунтовой толщи /Зейлигер А.М., 1989/.

Используя" указанные .упрощения для имитаций влагоперено-са в почвенном слое, имеем следующие конечно-разностные выражения: ,,.. . \

... ... -1*°), (з]

. где - значение капиллярного потенциала расчетного

. / ' почвенного слоя соответственно на Начало и --1

, " ' конец -го'интервала времени; > •• Ир - мощность, расчетного слоя;

%Л 'Мр ~ величины объемов воды, поступившей (осадки, ■ \ орошение) и израсходованной (испарение, тргнс-шхйция^ на вившей поверхности" расчетного ■ слоя в течьше ^ -го интервала времени;

д* - величина инфильтрационных потерь йа Нйжйей 1 границе.из расчетного слоя за £ -ый Интер-

вал времени.

Формализация обменной составляющей на нижней границе осуществляется по следующей апдроксимационной схеме:

№ 1<Л {4)

к* --щг»тр ^П] - ■1 ^

где Тп' +среднее значение капиллярного потенциа-

ла почвенного слоя в интервале времени; -р ^среднее значение капиллярного потенциа-. ' ~ ' \ ла на нижней границе расчетного слоя.

Индексы "Я" и "Г" соответствуют обозначениям характеристик почвенного (расчетного) и -находящегося под ним грунтового слоя

' ' Полагая, что в подстилающем слое грунта поддерживается равновесное распределение воды по его высоте, интегрированием . находится ее-объем л-н

у (н^И^нс^, • (6)

О«.: не

1де ^ - отметка нижней границы выявленной грунтовой толщи в системе координат ОХ. Равновесное распределение влаги по профилю подстилающего слоя, имитируемого моделью "бесструктурной пористой среды", описывается следующем выражением:

где - ~ глУбина уровня грунтовых вод от поверхности почва на /¿¡' -1/-ый интервал времени. Предполагая, что за' рассматриваемый ^ -ый интервал времени произошел обйей' водой между грунтовым подстилающим слоем и расчётным' почвенный в-объеме , а за это же время через. , дренаж из' него был' 'удален объем воды ^ , и на нижней границе грунтового' слоя произошел обмен водой с нижележащим слоем объемом Ц-^, , тогда полный объем воды в подстилающем слое на кон'оц этого периода составит:

Величины и находятся в соответствии с расчетными схемами по известным решениям.

Из последнего выражения находится глубина грунтовых вод -и каждый новый дискретный момент вг-емеки,'

Для верификации модели водного режима (Модель "бесструктурной пористой среды"), 'были использованы полевые данные Абу- .. . дана Шерифа /1392/ ( данные о динамике уровня грунтовых вод и влажности в слое 0...70 см).

Представленное даннгэ получены в совхозе "Пахтакор № 2" для лочв, аналогичных приведенным во второй главе. Это позволило использовать данные режимных наблюдений для тестирования модели "Бесструктурной пористой среды".

Анализ динамики уровня грунтовое вод и влажности в слое О...70 см сопоставление с реальными даннши позволяет сделать' вывод об адекватности модели "бесструктурной пористой среды" процессам влагопереноса 6 гипсоносной почве и возможности использования модели (Б1Ю) для обоснования режима орошения сельскохозяйственных культур на гипсоносных почвах.

• Для обоснования регаша "орошения-и оценки влияния раотв^.- . рения и кристаллизации гипса па водный режим гипсоносгчх почв, -с поющью программы двухслойной модели "бесструктурной дарис- , той среды" были выполнены расчеты для 12 вариантов почвенного слоя по мощности и содержанию ¿носа, и изучены их водный и солевой режимы. Варианты были следующими: Мощность верхнего горизонта (расчетный слой) 30,70,10Э с»». Верхний горизонт (расчетный слой) имеет постоянные характеристики - плотность 1,2 г/снР, содержание гипса 5%. Нижний горизонт различается по содержанию гипса: первый вариант, содержанке гипса 14,39 %; второй вариант,, содержание гипса 22,43 %; . третий вариант, содержание гипса 32,46 %', четвертый вариант, содержание гипса 23,19 %. " ■

Мощность горизонта равна разности между глубиной грунтовых вод и мощностью верхнего горизонта.. Уровень, грунтовых вод во всех вариантах Нр = 3 м. .

В имитируемом цочвенно-грунтовом профиле, содержанио гипса в нижнем горизонте (14,39; 22,43; 32,46; 23,19), принято

для глубины 30...50 см - для первого варианта, 150.,.170 см -■для второго варианта, 110...130 см - для третьего варианта, 70...90 см - для четвертого варианта.'

Кроме того варианты нижнего горизонта Меняются не только по содержанию гипса, но и по размерам кристаллов гипса и по в'-дно-физическим свойствам. Характеристики этих вариантов были получены в ходе лабораторных экспериментов и моделирования с помощью модели "гипоонооной пористой среды" и последующей оптимизации коэффициентов.

Расист характеристик верхнего 0.;.0,7 м горизонта почвы проводился по усредненным 'физическим характеристикам четырех косвенных горизонтом U...U,! к; 0,1...0,3 м; 0,3...0,5 м; 0,5. ..0,7 м. _ , •

• Для усредненного гранул ¡мьтипического и кикроагрегатного состава рассчитывалась иГЛ горизонт 0...U,? м.

Для расчета водного режима рассматриваемых вариантов почвенных горизонтов задавались пределами регулирования влажности в расчетном- горизонте {рис.з). ; ■■

1, Предел регулирования влажности: верхний предел - 0,8 HB, нижний предел - 0,75 HB - для периода до цветения; верх-. НИй предел - 0,9 HB, нижний - 0,75 HB - для периода цветения; верхний Предел - 0,7 HB, нижний - 0,6 HB - для периода- созревания.

2, В качестве контроля использованы существующие рекомендации по режиму орошения и величинам поливных норм 600 w^/га в период до цветения, что соответствует верхнему пределу в. 1жности 0,8 HB и 1000 м3/га в период цветения, что соот-ве?ствует верхнему пределу влажности корнеобитаемого слоя - . U,9 HB. ■ .',: - ' '...■■'' .-•.".' '

Расчеты режима орошения для различных гипсоносных почв Д1Й вариантов} показали, что существующий режим орошения и . сприменяемые величины поливных.но^м (600... 1000 mv га)'не обеспечивает регулирования водного режима корнеобитаемого с'. Сс.эяьлочвы в пределах ^0,6...0,9 Hßj..Во всех случаях примене-ние,рекомендованного в настоящее время поливного режима приводит к переувлажнению ксрнеобитаемого слоя'почвы и резкому ухудшению условий роста л развития сельскохозяйственных расте-

• а

I

s § ч * О с ъ.

СМ •ч

•Ос*

ï * 8-5

cQ

i

ö

£ «o

"N i 'S

V

}

O Ü Ö

<4

Ô 4>

•4

Q

0

I*

1 o X-

к •í

V, tv

O n >1

O*

o

o'

'o

rv

cj

'-0 ci

G ' »

НИЙ. "

Требуемые пределы регулирования водного режима корнеоби-таемого слоя почвы (Ü,6...0,9)НВ (таблица l) обеспечиваются при проведении частых поливов-малыци нормам^ (100...600 м^/га) При этом :линимальные поливные нормы необходимы при . глубине залегания гипсояосного горизонта 30...70 см. С увеличением содерданш: в нижнем горизонте гипса величины поливных норм и J интенсивность ^лагообмена с грунтовыми водами уменьшается;

Особенности поливного режима гипсоносных пота говорят о . целесообразности применения поливов доадеванием и капельным способом при глубине залегания гипсового горизонта ^30.. .70 .см и комбинированных, поливов (доздеванке и поверхностные са-. мотечные поливы) при глубине залегания гипсового горизонта-100 см.

Таким образом, полученные данные дают основание говорить ' о том, что с увеличением мощности верхнего горизонта величина оросительных норм снижается за счет уменьшения влагообмена (&) и испарения с поверхности поч-t. Наряду с этим увеличиваются поливные нормы и уменьшается число поливов. Увеличение содержания гипсе и плотности почв требует уменьшения величин по. ливных.-чорм г увеличения числа поливов. ' " ■

Для изуче-ниг влияния режима орошения на процесс-растворения гипс- и переноса кальция и хлора, была использована модель, основанная на решении уравнения конвективной диффузии /Ьери-гин H.H. , 1J79/: ' ' ' .

^ ы-f с>г) 5Т sV*// где "vo - влажность почвы, , в долях объема; ь - время,' сут; ■.-.., .

- вертикальная координата', м; ' ;

; с - концентрация кальция (хлора) в жидкой фазе, мэ/л; ' -V. - скорость конвекции, ?д/сут;- . „ -

" <Z)'* - коэффициент конвективной диффузии , f.r/сут; ' . . . д/ -/пересчитанное на кальций содержание гипса в тверь С1 ' • .; . дой фазе , т/л. - - . г . . .

Лроцесс растворения кристаллизации записывали в виде сле-дувдэго уравнения --

: :■' ff-K(cn-c) 0 , 10 °

• ... ' . Ф • '

«i 19

Таблица 1

Нормы ОрОВШШЯ, НОрМН ПОЛИВа У;,>:АЛкН0СТЪ Б, зависимости от глубины верхнего горизонта и содержания гипса, в никнем горизонте

Мощ- !Ti i !Ни;шй1 го-ность ! ш-ш-! ризонт, верх- 'него!/ гипса не-. о !го- ! гори- ! ри- ! зонта,!зон-!

СЫ

! ->:а

! Ороси- !

! тельная !

Hopi.'S, !

Т Т/Е !

•, га

Яоливяая „. норма, г м*

I

итноси-тальнай урожайность, в долях единицы.,

1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6 !

1 14,39 1382,07 109,77 12,4/30,4 0,304

30 ii 22,43 . ' 67t3,b2 .99,18 .10,5/34,6 0,602

iii 32,46 035,23" 95,99• 8,4/27 4 0,510

1 У 23,19 657,35 . 64,56 7,7/22,6/13,2 J.239

1 14,39 064,23 71,15 14/14,9 0,519

7U 11 22,43 в6Ь,51 60,25 12,7/42,13 0, ■">&.)

ш 32,43 6 ¡G.Ö 48,91 . 11,5/37,9 0,598

1У 23,19 ' ■ 038,1 2Ь, 3 10,6/35,5/21 0,4*2'

1 14,39 591,65 13,33 1Ö/'J4,1 0,527

1UÜ 11 22 ,'43 . 603,76 7,52 16,23/51,3 0,683

ш 32,46 582,93 5,62 14,1/43,2 0,617

1У " 23,19 - 602,8, .1,97 13,1/46,1/28,1 0,469

1 - шшшй горизонт не уплотненный;, преобладание ергднекрист^л-

лического гипса; И - нв*ьий горизонт не уплотненный, преобладание среднекрчотал-

лического гипса; .

Ш - нижний горизонт но уа'ютнешшй, преобладании крупнокристаллического гипса; , ' 17,- низший горизонт уплотненный, преобладание крутжриогал-

лическогб гипса; к - до цветения (цветение) созреваний.,'

где Cn - предельная концентрация растворения-кристаллиза-ция Са^+ гипса Сд = 18 мг экв/л; ^ - константы скорости реакции растворения-кристалли-зация 0,01 1/сут. . к й

тУч-чж'^у . (п)

/Аверьянов С.Ф,, 1965; Айдаров-И.II., 1978; ГолованоЬ А.И,, Новиков U.C., 1974/ ■ где И* - ког>ф$"щшкт конвективной диффузии , ¡/"/сут ; фм - коэффициент молекулярной диффузии, м^/сут, = 10~5 - 1СГ7;

" >, - коэффициент гвд'родннашческой дисперсии, характеризующий пористую среду, м, Л = 0,5 м; V - скорость фильтрации, д/сут.

. Измерение содержания катиона Са + обусловлено потоком раствора с относительно малым содеряхшис-м Са^+ из верхнего горизонта и обманом с грунтовали водами, содержащими значительное содержание катиона Са2+. Содержание Са^+ в потоке на верхней границе принималось постоянным и равным 14,57 мэ/л, в . грунтовой воде 2&,8 мэ/л.. •

Из анализа результатов расчетов ( рис.4)-следует, что тенденция увеличения концентрации Са2+ в нижнем горизонте связана с высокой минерализацией грунтогнх вод. Кратковременные перетоки влаги из верхних горизонтов приводят к незяачитель- ■ ному снижению содержания катионов Са^+ и не компенсируют накопление его в мехсполивноп период. Подпитывание почвой ■ раствора высокой концентрации из УГВ в сухие Пьрчо^ы, в конечном итоге приводит к увеличению содержания"ионов Са'^+ в шровом растворе до 17...19 ыэ/л. Накоплениё ионов Са^+ сверх предельной концентрации растворения-кристаллизации свидетельствует о'процессе накопления гипса в шшюм горизонте, а значит о возмозй-, ном'ухудшении свойств гипсоносных,почв при орошении в данных • гидрологических условиях. " , о

Для пока хлора в большинстве случаев характерен процесс '"' •рассоления верхнего горизонта в вегетационный период и накоплении - в осенне-зимний период, Обращает' на себя внимание- то, с . что при более ча'стых доливих меньшими нормами солевой режим s ■'верхнего слоя значительно лучше что связано £ преобладанием !J. • -'-.-' - • - - ■

г- **

Co.

I 'ux.ropui., niifc

и

ft &

is

14

¿5

i .i/i""".1 Jul.

do

■ so.

JOQ JSO Время (сy/râj

Мощность pQce49ni нога горилсита 70 см.

На*а-,

<ии

гор

ОАОнгп

yn/to rh A/e>,-< i-, ь, ¿/ t np ес БлО •

KpynHOKpLi<~n-'Oi/i/)t-/L/ç?ci<c> го r unco ПрОц&^т oodepxc/i-fi'ï> rune-j í>3. /9*.

Plc 4.

изменение сод &рх<онс/ Ç) л//о/Э о b ö(~pxH o ti rcpubOí-tríb e ti кальция Ь н^/жнем горизонте ,

нисходящих токов полисных вод.

Ада оценки г Активности, орошения .гипсоносннх почв рассмотрим урожайность хлопка-сырца дляс различных, вариантов, для расчета розможной урожайности используем работу /Рекомендация, 1990/. Прогноз урожайности основан на применении зависимости:

у.- V^ax'K,, £K»»¿-KAÍ'KÍA. -KSL -IW'OU , 12

где ~ максимальная■для данного сорта урожайность сель-

скохозяйственных культур при данной радиации R.- , данном уровне обеспеченности питательными веществами конкретной почвы при оптимальной для _ растений . - вла-лшсти почвы; '

Ко - коэффициент, учитывающий возможность' снижения , урожайности из-за запаздывания со сроками начала полевых работ от оптимальных агротехнических сроков; К = 1,0

Kw~ коэффициент, учатн^ваищий'отклонения влажности ¿к--с - тивной :части корне обитаемого слоя почвы от опти-

мальней для растений величины в фазу развития ¡4J при общем числе фаз Di]; ■

Kó¿ ~ коэффициент, учитывающий неоптимальность д~я растений глубины уровня грунтовых вод &¿ при близком их расположении; ■ . : , ,

KSüi- коэффициент, учитывающий снижающие урожай кратковременные подъемы уровня грунтовых вод с амплитудой , -J^j • - коэффициент снижения "урожая из-за присутствия в , о почве токсичных солей; ' .. '

коэффициент, учитывающий возможность снижения урожайности из-за. осолонцевйния почвы; ' ■' ' <ií - удельный вес фазы развития растений с порядковым ° ' номером 1 . . . г:

Расчет урожайности проводился для всех рассмотренных ва-'" риаптоь. Конечная урожайность зависела от содержания хлора в верхнем расчетном горизонте и от -влагозапасов. Зависимость . изменения относиfeльной урожайности от концентрации хло}а оце-. нивалась по данным работы /Духовный В.А., 19^/. Коэффициенты Ко < Кд; ' KSf>;»Ks/>t? получались равными единице, то есть таким

образом, урожайность зависела только от водного режима почв к содержания хлора в верхнем горизонте. Расчет'урожайности (- долях от максимальной) производился яс фазам развития хлопчатника. При этом коэффициент Кл- учитывающий отклонение влажн зти активной части корнеобнтаемой зоны почвы от оптимальной, расчитывался по формуле Шгбанова Б.В. /Рекомендация, 1990/

{Щ

^ - /¿"ПГГ <

где \Х'<; - объемная влажность активной части корнеобитаемой зоны, в долях от объема;

Р> - влажность завядания, в доля': от объема; т - пористость, в долях от объема; ¿-V - параметр, характеризующий отзывчивость' растений в (разу. ¿' на отклонение влажности почвы от оптимальной;

\Xcor - оптимальное значение \Л'с , при котором = 1. Значения > и &, приняты по данным работы /Рекомендация, 1990/.

Результаты расчетов показывают ^рис.б): '

1. Потери урожая происходят в основном за счет угнетения растений повышенными концентрациями хлора в расчетном слое и за счет неравномерной влажности в расчетном слое.

Варианты 1 и 1У. Потери урожая при мощности верхнего (расчетного) горизонта 30 см высокие из-за высокой средневе-готационной концентрации хлора. Когда мощность верхнего (расчетного) горизонта 70, 100 см, урожай несколько больше благодаря опреснению расчетного слоя.

Варианты П, Ш. Урожай.при мощности (расчетного] горизонта 30, 70: 100 ом более высокий благодаря опреснению расчетного слоя от хлора.

2. оптимальные водно-солевые условия создаются при частых поливах небольшими порциями (варианты II, ш]. В этик вариантах получена максимальная относительная урожайность 0,51...0,69 д.ч.-'

УрОкайноезь (J.oJ

О.Ч 4 OJà Oß о.ч oß 03 O.J

SO 70 iOO

'JpOMOÙUOCJb (f.tj

0.1

O.&.. Oß

о. M а.з о.р a J

Nnuft/oejtí, см

У 00 О

ЛО 7 О iOO

ПощН. см

УрожайноаТь^у -е) .01

УрсжаСносг* ■ гзJ

0.6 : Oß

ол

\ Oß 0.2

'.0.1

■■■').. . ЛО to iOO

X

X о

S О

Q? . 0.6 Oß О.ч й.Ъ о.S

сл

. ■■ с." .

£ О _ TD, U 00

t-ÍOu^H,. См

:''Нижний-.: tôpuiOHrr/^ не уплотненный, Преобладание 'р феднал^иета/ми ■-•e.cKÓio \ . '

,к' iJ-fv, Чикниь V70рчзочФ уг>л0гпненны.С;ррвЬ.&лЬ.$ани& f-v'ъ? "У ZZ.tySV« •

¡¿рчгшф ■ ynsiàîrriH ■¿HHbiû "t ', rtp ebô*à.i}GiUlJm 0 'Jí*í-¿*hj'Í>''■^^ризо^г^'^ун^о^чаымь!^- aad'áuvi/? « ч

vj-ví jVjv, ' lT f^UC-.'' /у --i,^К; '"г- - ''-V

ОСНОВНЫЙ РЕЗУЛЬТАТЫ ' *

1. Во тоттх странах мира, в том числе в Сирии остро стоит проблема мелиорации низко плодородных гипсоносных почв, которые широко распространены ь является наиболее слонинуп объектами. мс лиоррц^я аридной зовы.

2. Дль объективного изучения водно-физических свойств и

■ м^лиоратш'ных осоознносге' гипсоносных почв г ^обходимо наряду с применением стандартных методов использовать социальные виды анализов, которые »'Звс'ляют оценить формы, с ».держание и распределения гипса : карбоитов, характер порового пространства, микроагръглткый состав и др. Без знания всех этих характеристик невозможно правильно оценить мелиоративные осс1здности гкпсокосшх шчв.

3. Результаты определения ОГХ гипсоносных почв пс:--дЗ!Фа-ют, что с увеличение?/ содержания гипса в почве сильно умн;ь-шается содержание свобсдшх пор за счет заполнения "лх п. лсом, кривые водоудерживающей способности почвы становятся более вертикальные, а предел за^лненля .точвы водой - более узким.

4. Суммарное содержанке гипса в шчве не являете.. ?дмн*.г-венной характеристикой, которая влияет на фильт; ациош^е свойства почвенного горизонта. Фоимы и размер кристаллов гипса, а •х'акже степень уплотненности почвы, которые оказьзают заметное влияние на характеристику водоудерживания и вдыгокроьодности. Таким образом эти характеристики гипса влияют на формирование водно-солевого режш.л.

5. Увеличение содержания крупнокристаллического гипйа (¿>3 мм) снижает фильтрационные свойства глинистых лочв в .результате уплотнения и нарушения капиллярных связей. С утя- желением механического состава почв снижение К^ становится

более выраженным. В'легких по мехачичзскому составу яегчаных почвах увеличение содержания крупнокристаллического гипса, напротив, приводит к увеличению К^.

6. Увеличение содерг 1ния мелкокристаллического гипса (о(,<1 0,1 т) не во всех случаях приводит и уменьшению Кф из-за зс купорки пор. В зоне резкого изменения влажности и динамичной системы концентраций с периодическим перенасыщением. Образование кристаллов гипса происходит периодически и достаточно .

быстро1, в свлзи с чем кристаллы гипса, образующие рыхлую массу, не прочны, что приводит в итоге к увеличению Кф. Этот, процесс наблюдается в зоне аэрации. В зоне полного насыщения кристаллы гипса, образующие плотные скопления ^друзы), прочны и полностью заполняют поры, из-за чего наблюдается снижение

7. Использование микроморфологических методов позволяет . получить дополнительную информацию о составе и строении почвы; выявить основные закономерности в перераспределении солеи и гипса по генетическим горизонтам; определить минерологию солай; показать особенности агрегирования, почвенного материала, структуры порового пространства;.провести анализ соотношения и взаимного расположения скелета, плазмы, солей.

В. Основными мелиоративными особенностями гипсоносных почв,, лимитирующими их плодородие, являются неудовлетворительные водно-физические (плотность, пористость, водопроницаемость).

9. Основными вопросами: связанными с орошением и освоением гипсоносных почв, являются исследование водно-физических свойств почв в зависимости от формы, содержания я распределения гипса, а также технологии орошения, обеспечивающей создание благоприятного водно-солевого и питательного режима для выращивания сельскохозяйственных культур.

10. Орошение гипсоносных пода следует планировать с учетом того, что.главное свойство - плодородие почв и его прояв-;' ление в способности снабиать .растения влагой и-питательными элементами - определяется в основном мощностью, составом и/ свойствами надгипсового горизонта.■

11. Данные исследования по водному режиму показывают, что гишоносные почвы нуждаются в частых поливах малыми по-. . дивными нормами, которые рассчитывают, исходя из требований • сельскохозяйственных растений .к водному режиму-надгшюового' горизонта. В связи.с этим, для полива .гипсоносных почв следует применять способы автоматизированной машинной подачи, воды й равномерного ее-распределения по поверхности (дознавание, капельное орошение и др.), которые способны обеспечить частые !.оливы почв лалык .нормам, "

12. Особенности полквгоги режлма гипсоносных почв говорят о цолесоибрьэнэсти применения поливов довдованием и капельным

. способна при глубине залегания гипсового горизонта < 30.. .?исм

г"<

эмбинированных поливов (довдевание и,поверхностные самотеч-поливн) при глубине залегания гипсового горизонта 100 см. 13. Эффективность предлагаемых режимов орошения целесооб-но оценивать прибавкой урожая хлопка-сырца, которая для личных вариантов составляет (р,05...0Д) УМ£>1. Или [0,05.. ,1 }40 = 2...4 ц/га. ,

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Мерамо Диа, Верба М.П. Влияние микростроения гипсонос-к солончаков на ах водно-физические свойства. ВО "Агропром-цат", Ж. Мелиорация и водное хозяйство, № 1, 1992, с. 33-35,

эдписано в печать %Х.€Ч. 92г< , ираж/^^экз. Объем /, <5 п.л, Ззк.№'^

отапринт Московского ордена Трудового Красного знамени нститута инженеров сельскохозяйственного производства м.В.П.Горячкина 127550, Москва, И-550, Тимирязевская ул.,58.