Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Принцип выбора мелиоративных режимов в степном регионе его в цепях сохранения благоприятной экологической обстановки

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Принцип выбора мелиоративных режимов в степном регионе его в цепях сохранения благоприятной экологической обстановки"

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени

научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костикова

На правах рукописи ВЕРША Лидия Максимовна

УДК:551.49.631.6

ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА МЕЛИОРАТИВНЫХ РЕЖИМОВ В СТЕННОМ РЕГИОНЕ ЕГС В ЦЕЛЯХ СОХРАНЕНИЯ БЛАГОИРИЯГЮЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ

Специальности: 06.01.02 - Мелиорация и орошаемое

земледелие ^ 04.00.06 - Гидрогеология

е

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Диссертационная работа, выполнена, во Всесоюзном ордена

Трудового Кра.сного Знамени научно-исследовательском институте

1

гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова

Научный руководитель

©

Официальные оппоненты

Ведущая "организация

- доктор геолого-минералогичсских наук, Заслуженный ирригатор

Уз.ССР РЕШЕТИНА Н.М.

- доктор технических наук, профессор АЙДАРОВ И.П.

доктор сельскохозяйственных наук ЗШОЕЕЦ Б.А.

ц/0 "СОВИНТЕРВОД"

■ Защита, диссертации состоится- " " ^¿¿¿¿¿¿^кХ^ 1990 г. в 10 часов на. заседании специализированного совета. К 099.05.01 во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации игл. А.Н.Костякова по адресу: 127550, г.Москва, ул. Б.Академическая, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " //> " 1990 г.

Ученый секретарь зпециализированиого совета, •

кандидат технических наук.^ В.П.Еаякина

' ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В степном регионе Европейской территории Союза (ETC), где в годы обеспеченные осадками хорошие урожаи получают и без орошения водные мелиорации нередко вызывают нежелательные изменения водно-физических и физико-химических свойств плодородных зональных почв и снижение их плодородия. Ряд исследователей (И.П.Айдаров, И.Н.Гоголев, А.И.Голованов, В.В.Егоров, Б.А.Зимо -вец, В.А.Ковда, Н.Г.Минашина, Л.В.НовРчова, Б.Б.Полынов, Н.М.Ре-шеткина, Б.Г.Розанов л др.) считают, ч*о одной из основных при -чин снижения плодородия черноземов при орошении является резкое

V

изменение водного режима, почв по сравнению с естественным на фоне низкой культуры орошаемого земледелия и предлагают ограниче -. ния регулирования влажности для разных почв территории Союза. (И.П.Айдаров, А.И.Голованов).

■ До настоящего времени при проектировании мелиоративных режимов в степном регионе ETC недостаточно учитывались отклонения реальных осадков по годам от многолетних нор,!, не всегдь. принима -лись во внимание особенности почв, гидрогеологических условий, качество применяемой оросительной воды, а также влияние., крупных и мелких водохранилищ на экологическую обстанойку в целом. '

Пока, еще принимается гак "закономерное" и "неизбежное" явление перевод практически всех, орошаемых земель стзпной зоны в ги-дроморфнне условия. Гидрогеологические прогнозы при проектировании сводились, главным образом, к определению скорости подъема -уровня грунтовых вод под орошаемым массивом до "критического" уровня с целью установления сроков строительства, дренажа. В ре -зультате i jcoko плодородные зональные почвы автоморфного ряда -черноземы и каштановые - заведомо ставились в "критические" условия. Кроме того,' как правило; фактические сроки подъгагз уровня

грунтовых вод оказывались значительно меньше прогнозных по многим причинам, в том числе и потому, что при прогнозах редко учитывались региональные воздействия водохозяйственного строительства. •

Разумная организация орошения в степной зоне как дотация к . о<^дкам в засушливые периода, возможна лишь на базе четкого представления о современных почвенно-мелиоративных процессах, масштабах и направлениях антропогенного воздействия на них водохозяйственного строительства.

Целью исследований является научно-метоДическое обоснование принципов выбора, мелиоративных режимов и подходов к определению • "допустимых" при орошении нагрузок на ландшафты степного региона, которые бы способствовали сохранению и повышению (шесте с arpo- , ■ техническими и 'др. приемами) плодородия почв и не вызывали негативных экологических последствий. .

Для этого мобходшло оценить:

- основные зонально-ландшафтные закономерности климата, степного региона., определяющие целесообразность орошения как дотацию к осадкам в засушливые периоды, также роль гидрогеологических процессов в формировании мелиоративного редима земель;

- локальные и региона,льные последствия водохозяйственного строительства и орошения на. почвенные процессы, грунтовые воды, поверхностный и подземный сток;

- роль гидрогеологических прогнозов в обосновании мелиора -тивных режимов. '

Методика исследований. В основу исследований, исходя, из существа проблемы, положен системный подход и метод водного баланса, позволяющие рассматривать сложные природные'системы и их

функционирование в тоской связи с антропогенным воздействием при/

орошении.

Научная новизна и практическая ценность.

- Сформулированы принципы регулирования почвенно-гидрогеоло-гических процессов, обеспечивающих сохранение плодородия пота и предотвращение<легативных последствий при орошении.'

- Обоснованы новые подходы к выбору мелиоративных режимов ■ в степном регионе ETC. '

- Разработаны методологические аспекты определения экологически "допустимых" при орошение нагрузок на. ландшафт.

Выполненные разработки могут быть использованы при проектировании строительства, и реконструкции оросительных систем в степном регионе ETC.

На. защиту выносятся:

I. Ландшафтно-зональная модель степного региона. ETC как основа. выбора мелиоративных режимов.

' 2.•Концептуальная модель иерархии природно-тбхнических объектов для построения взаимосвязанных гидрогеологических прогнозов (локальных, региональных) с целью оценки влияния орошения и водохозяйственного строительства, на. почвенио-гидрогеологические процессы.' ■ <

3. Научно-методическое обоснование принципов выбора мелио- .-ративных режимов, учитывающих экологически "допустимые" при орошении нагрузки на. ландшафт.

Внедрение. Результаты работы были п.пользованы при составлении ВСН "Правила, надзора за. мелиоративтлл состояние» орошаемых земель" (1989 г.), в отчетах по выполнении задания Микводхоза СССР (приказ № 739) (1986-1989 гг.) "Усонзршенствовэть и внедрить' зональные руководства по методам контроля, критериям оценки,сос-- , тояния орошаемых земель", а такг.о при составлении проекта рекоп-струкщш оросительной систем! на р.ГТонуре Краснодарского края.

Апробацш? работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на секциях мелиоративной гидрогеологии и орошения ВНИИШД им. А.Н.Костякова (1985-1989 гг.), на. семинаре в г.Душанбе "Ма.-тематическое моделирование гидрогеологических процессов (процессы геофильтрации, тепло-,влаго,- солепереноса в псчвогрунтах) в

1988 г., на семинаре в МГУ в г.Москве "Региональные гидрогеоло-О

гические, инженерно-геологические и геокриологические исследования в целях охраны окружающей среды" в 1989 г.

Содержание работы отражено в 4-х опубликованных статьях и 3-х отчетах.

Объем работа. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заклкь чения, изложена>на ^ страницах машинописного текста, включает таблицу,22 рисунка.'Список литературы состоит из 161наимено-ваний. • ''.'•'

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой гляве рассматриваются особенности природных условий степного региона. ЕТС как объекта орошения. Территория характери- . зуется тремя ландшафтно-климатическими .зонами (лесостепная, степная,- сухостепная), которые различаются между собой количеством тепла, и влаги, рельефом и геологическим строением, гидрогеологическими условиями и почвенным покровом.

Климатические факторы играют ведущую роль в почвенно-гвдро--геологических процессах и подчинены строго широтной зональности. С ервера на юг региона наблюдается постепенное нарастание суммар-

• п

ной солнечной радиации от //3350 до 5050 мдж/км /год//и уменьшение осадков от 580 до 300 мм в год.

В многолетнем ходе осадков наблюдается периодичная циклич -ность ряда маловодных и многоводных лет. Наблюдается от' двух до пяти циклов различной .продолжительности, наиболее часто встреча-

о

»

ются циклы в 10-15 лет и 40-60 лет (Дроздов O.A., Григорьева A.C.), что важно учитывать при составлении долгосрочных прогнозов. Орошение в степном регионе ЕТС вполне оправдано как восполняющее не- ! 0 достаток влажности в засушливые периоды маловодных лет. Осадки теплого периода!составляют 60...70$ от годовых. В многолетнем раз- ' ■ резе и по отдельным годам характерными чвляются их отклонения о.т среднемноголотних норм. Коэффициенты вариации лежат в пределах 0,14.. .0,23. Варьирование осадков теплого периода, по годам предъявляет особые требования к проектировашпо орошения. До последнего времени проектирование оросительных систем велось по среднемного-летним данным для года' 75$ или.95$ обеспеченности, что не отражало условий увлажнения почв конкретного года. Это приводило к час-•тым переполивам.

Гидротермический режим территории ЕТС определяет" характер

• общей обводненности - распределение поверхностного и подземного

• стоков. .По направлению с севера, на юг величина поверхностного стока уменьшается от 130 мм до 20...10 мм. Подземный сток изменяется от 100 мм до 10 мм. В соответствии с цикличность® хода осадков наблюдается цикличность поверхностного и подземного стоков. Продолжительность циклов поверхностного стока колеблется от 4...6 лет до 25...40 лет (И.А.Шикломанов, 1979 г ), подземного (грунто--вые воды) 2...3 года (Ковалзвский В.С.^ 1$76 г.).

. Рельеф степного региона тесно связан.с геологическим строением Русской платформы и ее расчлененностью овражно-балочной \ сетью. По направлению к региональным базисам стока (Черному и Каспийскому морям) густота эрозионного расчленения падает от 5,0... 1,5 км/км2 до 0,1...0.2 кц/км2, что определяет весы,и низкую дро-нированность территорий.

На пространствах возвышенных равнин получили широкое развитие зональные еиды почв: черноземы пшцелочные, обыкновенные-, те-

пичные, южные и темно-каштановые почвы. На. юге и юго-востоке 'развиты светло-каштановые почвы в комплексе с солонцами.

Водный режим зональных видов' почв изменяется от периодичности промывного (зона, лесостепи) до весьма, слабо промывного в отдельные годы и практически непромывного в зоне сухих степей.

По условиям миграции веществ и элементов зондльные виды почв принадлежат к автоморфным ландшафтам (Б.Б.Полынов, М.А.Глазовская, А.И.Перельман, Б.А.Ковда).' Почвы сформированы в основном на мощных толщах лессов и лессовидных суглинков. Грунтовые воды нахо -дятся на. глубине нескольких десятков метров и не оказывают, влияния на. почвы. Одной из основных геохимических особенностей авто-; морфных ландшафтов является наличие погребенных запасов легкорастворимых солей. Нередко наблюдается несколько солевых горизон -тов. В лесостепной и степной зонах первые из них залегают на. глу- ■ бине 2,0...1,5 м. В зоне- сухих степей соли встречаются в первом метре. Общие запасы солей в soke аэрации возрастают в югу от I...2 тыс/га до 5,0 тыс.т/га. и более.

Почвы степного региона ETC имеют высокую емкость катионно-го обмена., которая изменяется с севера, на юг от 30.. .50 мг/экв на. 100 г почвы до 20 мг/экв.'При промывном рениме орошения, а. также при неблагоприятном составе оросительных вод, наблюдаются вынос кальция и питательных элементов, вхождение в ППК натрия и магния, что способствует падению высокого естественного плодородия почв. Рассмотренные выше особенности природной обстановки имеют решающее значение при развитии орошения в степном'регионе.

Во второй главе анализируется влияние водохозяйственного строительства, и орошения на' почвенно-гидрогеологические процессы в степном регионе ETC.

К настоящему времени наиболее полно изучено влияние ороше- • ния на почвы и грунтовые воды на орошаемых полях и массивах

(Аверьянов С.Ф., Айдаров И.Ц., Гоголев И.Н.,. Голованов А.И., Зи-мовец Б.А., Костяков А.Н., Минашина. Н.П., Новикова. A.B., -Решет -кина. Н.М. и др.).. :

При распространенных в практике режимах орошения (полив до HB и вше) под ^отаемыми массивами наблюдается подъем уровня грунтовых вод,' ухудшение физико-химических и воднофизических свойств почв, вынос гумуса, и кальция, подтопление и за.боля.чива' ние прилегающих богарных земель, явления осолонцевания, содооб-разования, слитизации и др. •

С расширением орошаемых площадей в последние 20 ле~ негатив-, ные процессы заметйо активизировались.. Анализ показывает, что наличие негативных процессов в почвах при орошении часто связано со сменой почвообразовательных процессов, когда зональные почвы автоморфного ряда, переходят в разряд гидроморфных в результате подъема уровня грунтовых вод.

Широко практикуемые в пятидесятые и шестидесятые годы дождевальные машины с высокой интенсивностью дождл типа?'ДДА-100, ДДА-ЮСМ, ВДУ и др. увеличивали питание грунтовых вод .а. 150... 200 мм, а иногда, и более. При переходе к доздевальным машинам типа "Фрегат", "Волжанка.", "Кубань" питание грунтовых вод понизилось до 50...100 мм (Фэйбишенко Б.А., Баер Р.'Л:, Яшин В.Мк, Браун В.А. и др.)', но во многих'случаях превышает естественную дрениров'анность (КздД.М., Решетгина Н.М. и.др.).

Условия сохранения плодородия почв в степном регионе ЕТС в значительной море определяются гидрогеологической обстановкой/ складывающейся при орошении, и развитии водохозяйственного строительства. К настоящему времени становится все более очевидным, что процессы деградации черноземов обусловлены прежде всего, су- , шествующей системой земледелия, нерациональной технологлей и техникой полива, а тают изментглшпшея региональными гидрогеолога -

ческими условиями. •

Устройство каскадов водохранилищ на. реках Днепр, Дон, Волга повлекли за собой крупные нарушения региональных гидродинамических равновесий. Сток р.Днепр в связи с водохозяйственным строи -'тельством,в том числе и на. испарение с водной поверхности,уже к середине 70-х годов уменьшился на 10,8 км3/год, а на Волге уменьшение стока оценивалось в 13,2 км3/год (Шикломанов, 1979 г.). Каскады водохранилищ на больших реках вызывают перераспределение напоров в глубоких водоносных горизонтах, гричем перераспределение напоров в напорных водоносных горизонтах происходит быстрее и на. большие расстояния, чем в грунтовых водах. Скорость распространения подпора, возрастает на. один-два. порядка (Шереметьев В.М.,

1987 г., Шестопалов В.М., 1988 г.). Нарушение гидродинамической обстановки затрудняет разгрузку подземных'вод в нижележащие горизонты там, где она. имела-место в естественных условиях. Другим аспектом является то, что величина естественного питания грунто- • вых вод по отношению к норме сильно, изменяется. Исследования, выполненные в районе Кременчугского водохранилища (Шестопалов В.М.,

1988 г.), показывают, что за период с 1965 по 1980 гг. среднегодовая сумма лсадков изменялась относительно нормы на. 15.. .1$, что привело к подъему уровня грунтовых вод на. 0,5...1,0 м, а в -некоторых случаях и до нескольких метров.

Процесс развития региональных эффектов водохозяйственного ' 'строительства, проявлялся в течение десятков лет, изменяя природный фон. На. этот изменяющийся природный фон накладывалось влия -ние оросительных систем и орошения, интенсифицируя процессы аккумуляции подземного стока, в' отложениях прибрежных террас и на водоразделах. Плотников Н.И. и С.Краевский (1984 г.) оценивают прирост запасов подземных вод в зоне влияния водохранилищ на р.Днепр-

о 9 '

в 17,4...46,3 м3/с, а в районе Волжских водохранилищ в 9,3... ■ 84,7 м3/с. '

Строительство многочислен1шх запруд на малых -реках также из- . меняет условия естественного подземного стока. С повышением уровня в реке изменяется уклон подземного стока., и в некоторых случа-<1

ях реки перестает выполнять роль дрены.

В пределах Украинской ССР насчитывается до 25 тыс. водохранилищ на. местном стоке, не считая каскада, водохранилищ на. р. Днепр (Шестопалов В.М.1988 г.). На стспных рпках Краснодарско-. го края насчитывается 1820 малых водохранилищ и прудов, из них используется только 23% (Шереметьев В.М., 1987 г.). Остальные заилены и заросли, прекратив живой сток малых рек. Подобная обстановка является характерной для всего степного региона.

Каналы вместе с оросительной сетью также вносят существенные нарушения гидродинамического режима подземных вод (Аверьянов С.Ф., Костяков А.Н., #Фаворин H.H. и др.). Влияние крупных каналов распространяется на. сотни километров. Скорость подъема, уровня грунтовых вод в зоне их влияния достигает 2,5...3,0 м/год и более- (Кац Д.М., Пашковский И.С.* 1988 г.). Дополнительное пита,-

ние грунтовых вод зависит в основном от противофильтрационных

»

мероприятий. Только из открытой оросительной сети потери'на, полях могут достигать 25,5$ от оросительной лормы (Яши В.М.,1987г.).

Региональное воздействие водохозяйственных объектов на природу степного региона и в первую очередь на гидрогеологические процессы настолько велико, что должно явиться предметом специального изучения и учета, при проектировании, строительстве и эксплуатации гидромелиоративных систем.

Глава третья посвящена гидрогеологически прогнозам. Изуо-нение гидро>--'логического рек Русской равнины в ояязк со

строительством каскадов водохранилищ, крупных каналов и орошаемых массивов, осушение болот в верховьях этих рек вызвали глубокие изменения в почвенно-гидрогеологических процессах, нарушили не только малый (биологический) круговорот воды и веществ, но и большой (геологический). Антропогенное влияние вышло уже на региональный уровень, а. экологические последствия получают глобальный ха,- '

0 п '

рактер, но пока, еще недостаточно изучены и оценены. До последнего времени гидрогеологические прогнозы в мелиоративных целях выполнялись главным образом на. локальном уровне (орошаемый массив, поле).

Исходя.из этог.0 влияние, водных мелиораций на." почвенно-гидрот геологические процессы необходимо оценивать на. разных уровнях иерархии природно-технических объектов.

Для решения поставленной задачи, используя системный подход, при прогнозировании следует выделить три уровня - глобальный, региональный и локальный. При этом каждый высший уровень диктует определенные ограничения для нижеследующего.

Верхний (высший уровень) - глобальный, к которому следует отнести природные процессы и влияние на. них водохозяйственных и . мелиоративных объектов, имеющих место на всей территории степного региона, в пределах основных речных бассейнов p.p. Днестр, Днепр, Дон, Волга. Реки ETC, беря свое начало на. Средне-Русской возвышенности, пересекают все ландшафтло-климатические зоны. Некоторые особенности глобального уровня рассмотрены в следующей глава. В данной главе рассматриваются процессы на региональном, уровне (бассейны П, Ш-порядков) в виду того, -что именно эти типы бассейнов определяют существо и "законченность".гидрогеологических процессов.

В пределах бассейна реки, водохозяйственные комплексы и обь-' октн представляют собой некую совокупность, функционирующую в

»

пространстве и времени. Анализ влияния различных элементов водохозяйственной системы на гидрогеологические процессы показывает, что мелиоративный режим земель определяется совокупным влиянием множества водохозяйственных объектов.

Для оценки собственно, орошения и всего комплекса, водохозяйственных обье'гтЗв (водохранилищ, каналов, оросительной сети и т. д.) необходимо сочетание в определенном порядке'региональных и локальных прогнозов с их взаимной увязкой.

• В этих целях предлагается концептуальная модель" иерархии природно-тохнических объектов как оснога для' построения прогнозов, позволяющая рассматривать процессы на. региональном (водосбросной бассейн) и локальном (массив, поле) уровнлх.

Региональный уровень - бассейн реки П,Ш'порядка. Верхней границей является почва с биотой, нижней региональный водоупор. В блок включается вся гидрогеологическая зона, активного водообмена. В естественных условиях баланс водный (по Аверьянову С.Ф.) записывается следующим образом: ' -

Поверхностных вод:

ЬЩ = О "И+П*0-В„ • Общий водный-иаланс бас-

сейна реки:

ОД-(ИН^МО'_0)-Р; И)

Почвенных вод: Щ-^п'% Грунтовых вод:

где: 0е - осадки, (И+ТР ) - суммарное испарение, (П + П ) - поверхностей и подземный приток, (0+0) - поверхностный и попарный отток, ± - вертикальный водообмен мззду почве ниш.-и п грунтовыми водами, 1 р - связь с тгжелеглгщ-^! горизонтами, Вп- впитывание в почву.

При сооружении водсхря.-пии-л, каналов увеличивается глтэт.п грунтовых еод (п изменяется г::дрсд;:на:лг-!еский р•ш'.с-^с—

жащих (напорных горизонтов, что находит отражение на. всех членах балансового уравнения:

щ *-щ--&-(и*у*(п-д)-д'; ш

; О)

На данном уровне иерархии прогнозирование связано с решением региональных фильтрационных задач, с учетом взаимодействия поверхностных и подземных вод. Изменение режима поверхностных и подзем-дых вод в результате мелиоративного воздействия позволяют прогнозировать математические модели речных бассейнов. Модели реализованы в работах Аньонцева С.И. ,• А.И.Бефани, О.Доннэла, Доджа,Г.П. Епихова, Л.С.Г^чмента, П.П.Корявова, Линслея, Неша, Холтона и др.

Локальный уровень - орошаемый массив, поле: для массива за нижнюю границу принимается первый водоупор, а. для орошаемого поля уровень грунтовых вод. При выполнении прогнозов для орошаемого массива основной задачей является оценка долговременного влияния орошения на почвенно-гидрогеологические процессы с учетом динамики региональных процессов в бассейне (подпоры от плотин. , . фильтрационные потери из каналов и водохранилищ, связь с напорными водами). При этом учитывается особенность геологического строения и рельефа, влияние на прилегающие богарные земли.

Водный баланс орошаемого массива можно записать следующим образом: .

Поверхностные и почвенные воды:

• (4)

Грунтовые воды:

-ф" ; . (5)

Общий водный баланс:

йи---б»о,-(Н'Тг)"(п-о)-с-Л1р"; (6)

При орошении появляется дополнительное поступление воды (6),

Г4

фильтрационные потери из каналов ( г£Фс), дренажный сток (Д). Это находит отражение на. членах балансового уравнения, изменяют-

<*•■ ф; м/.

Вопросы прогнозирования гидрогеологических процессов разработаны Бечевером Ф.М., Гавич И.К., Шестаковым В.М., Пашковским И.С., Сойфером A.M.,, Рошалем A.A. и др. Распространены балансовые модели, аналоговое моделирование и численные методы решения задач на. ЭВМ.

На.' орошаемом поле подача, воды оказывает непосредственное влияние на. водный режим почв, на. микроклимат в приземных слоях атмосферы, а. вместе с ними на тепловой,,солевой и .питательные режимы, водносолевой режим зоны аэрайии-и уровень грунтовых вод (Аверьянов С.Ф., Айдаров И.П., Борисов B.C., Ьэригин H.H., Голованов А.К., Мироненко Е.В., Пачепский Я.П., Реко Л.М., Шестаков ■В.М., Якиревич A.M.' и др.). '

При выполнении прогноза на локальном уровне, для условий степного региона ETC применимы лишь модели учитывающие процессы ионообменной сорбции (Айдаров И.П., Глобенко И.Г., Рекс Л.М., Лкире-вичА.М.).

Из изложенного выше следует, что на. современном гл-апе развития орошаемого•земледелия в степном регионе ETC значительную актуальность получают мелиоративные прогнозы, выполненные на основа природно-технической иерархии объектов. Влияние верхних уровней иерархии объектов орошения можно, записать в вкдо следующих соотношений :

. с?)

(н>Ы<1 И'-дЧ он/1; (в)

•'■; (W№*(*P)"; о)

В четвертой глапе рассматриваются принципы выбора, мелиора-

тивных режимов на основе ландшафтно-зскальной модели степного региона. ETC.

Ландшафты степного региона, рассматриваются как часть Русской платформы (глобальный уровень), где круговорот' воды, веществ, элементов и ионов определяется связью "суша-море". '

Водосбросные бассейны рек Л или Ш порядка, рассматриваются как "основная организационная единица" взаимодействия почвы,рельефа, подземных и пгзерхностных т.юд (региональный уровень).

Закономерности природных овяьей мевду сушей и морем определяются большим или геологическим круговоротом воды, веществ,элементов и ионов, в котором ведущая роль принадлежит воде.

Крупное водохозяйственное строительство и орстние нарушает равновесие геологического круговорота, существенно убыстряя миграцию ионов, элементов и веществ. Поэтому уравнения водных и водно-солевых балансов являются основополагающим для' расчетов и прогнозов на всех уровнях иерархии объектов орошения. На. фоне большого или геологического круговорота повсеместно действует малый или биологический круговорот, причем почва, служит главным связующим звеном мегяу -ними. Распашка земель и их сельскохозяйственное использование является вмешательством в биологический круговорот.

Даннге'в табл. I показывают, что орошение в степном регионе ETC необходимо, как дотация к осадкам.

. .Таблица I

№диацион- 1 Радкаци- ~ Пщротер- 1'идротер- Рекомсн-Зонн ный баланс инный ■ АК, гтичесin мическии дуемые в е^т.усло- баланс „_„ / коэй№. в коэфф.при значения виях о, при pac-^h -1" естествен- о].ойении КЦ&'сьг.год пошке, них уело-

✓а*

год_

Лесостепная 152,0 205,0 +13,0 0,8 0,7 -1,0

Степная • 209,0 23-1,0 +2v,0 1.0 0,9 ~Т ,0

Сухостойная 230,0 24?,С +17,0 1,8 1,2

*

В пределах степного региона, величина, гидротермического коэффициента. / ViOt / изменяется от 0,8 до 1,8, при этом существенные изменения претерпевают условия почвообразования, тип почвенного покрова, и плодородие. Наиболее плодородные почвы соответствуют узкому диапазону: 0,8. ..1,0, что определяется жесткими

условиями накопления гумуса. В этом диапазоне гидротермический режим соответствует оптимуму и условиям "природного уравновешен- ' ного увлажнения" (Кононова М.М.,'Герасимов И.П.). Установлено, что в диапазоне влажности почвы 0,б...О,8 НВ микроорганизмы проявляют наибольшую биохимическую активность. Повышение или пони -жение влажности замедляет деятельность микроорганизмов и не способствует процессам гумусообразования. Для каждой климатической зоны существует определенная связь между гидрстермическим режимом и запасами гумуса в почвах. К северу от "оптимума", в зоне лесостепи, условия, сдвигаются в сторону'увеличения-увлажнения и черноземы переходят в выщелоченные разности, малоплодородные серые лесные почвы и далее в подзолы.

К югу от "оптимума." нарастает величина, радиационного баланса. и уменьшается количество осадков; 'черноземы обыкновенные -пе -реходят в южные маломощные.и темнокаштановые почвы и на . юге и юго-востокз - в светлокаштановые в комплексе с солонца™.

Диапазон регулирования гидротермического режима, очень узкий, что необходимо учитывать.при орошении (И.П.Айдаров, 1985 г.).

В соответствии с ландшафтно-зональными закономерностями изменяется и гидрогеохимическая обстановка, с севера на юг региона. В лесостепной зоне преобладают гидрокарбонатно-калыщевые воды и Са-ион является главным компонентом в 'ППК. В степной зоне преобладает карбонатно-сульфатние и сульфатные воды, кр'-ле Са1* на-• чинает играть некоторую роль JWj* и ifô- .В зоне сухой степи на. приморских равнинах увеличивается роль ЛГл , появляются хло-

ридные воды с повышенной минерализации.» повк'лаотсч щелечность почв, среди анионов .в водных растворах заметную роль играет и

а'.

Природные процессы, протекающие на. глобальном уровне, предъявляют строгие ландшафшо-зональные требования к развитию орошения в степном регионе ЕТС и свидетельствуют о необходимости принципиально иного подхода, к водным мелиорациям. Сущностью концепции развития орошения в степном регионе ЕТС долено являться обязательное сохранение благоприятного направления природных почвенно-гид-ртеологических процессов. Анализ табл.показывает, что в данном регионе противопоказано "коренное" изменение естественного водного режима.. Искусственное увлажнение долото быть только дотацией к осадкам в засушливые периоды вегетации растений. Способ подачи воды должен быть максимально приближен к оптимальному в природе - доздевание малыми нормами и качественной водой, с минимальными потерями на. глубинное просачивание. В целях сохранения благоприятных почвенно-гидрогеологичеаслх условий для степного' региона. ЕТС можно рекомендовать следующие марки доадевалышх машин (табл. 2).

Табл. 2

Марка машины

Средняя интенсив- Оросительная ность дождя,ыл/мин система.

I. Лесостепная зона

1. "Фроггт и его модификации:

ДОУ-А308-30 0,16

ДОУ-А392-50 0,20

ДМУ-БГЗ-бО . * 0,20

2. ЩЦ-25/300 0,13

П. Степная' зона

1. "Волжанка" и ее модификации 0,27

2.' "1регат" и его кодификации 3,21...0,31

3. "/лепр" и его модификации- • 0,3

полностью

закрыт о я

Продолжение табл. 2

Марка. Средняя интенсив- Оросительная

машины ность дождя,мм/глин система.

4. "Ока" и ее модификации" 0,36

Ш. Сухостепная зона

1. "Кубань" 1,1 Открытая с анти-

фильтрационной облицовкой

2. "Кубань" - Л '1,3

3. "Кубань" - ЛК1 и ее модификации 0,72...О,63 Закрытая

Исходя из особенностей миграции вещества, в степном регионе мелиоративные режимы в пределах водосбросного бассейна, должны соответствовать рельефным условиям: ,

- на. водораздельных равнинах и высоких .террасах речных долин, а также на. склонах и террасах на пресныг грунтовых водах технология увлажнения почв должна быть направлена, на. сохранение природного благоприятного водно-солевого режима почв (автоморф-ний, полуавтоморфный и ги.цроморфншТ почвообразовательный процессы); .

- в условиях гигроморфных ланллафтов приморских низменностей, где'обычно почвы и грунтовые води засолены, оправдан слабый-промывной решил на фоне дренажа с ограниченным выносом солей из ше-ющихся геологических запасов.

Изложенная концепция развития орошения в степном регионе, учитывающая региональные закономерности природных процессов будет способстсвовать сохранению благоприятной экологической обстановки на территории южного склона Европейской территории Союза.

Учитывая разработанные в последние годы концешщи орошения черноземов (Айдаров И.П., Зимовец Б.А., 'Ковда. В.А., Минашина Н.Г., Новикова A.B., Решеткина. Н.Ы. и др.) и основываясь iu. ландшафп?-но-зональных подходах, наш: предпринята попытка теоретического обоснования методологических подходов к определению экологичес-

ки "допустимых" нагрузок на. ландшафт, при орошении, под которым понимается предельное количество оросительной воды, не нарушающее функционирование ландшафта как целостной геосистемы. К решению этой задачи предлагается "подходить, рассматривая объекты орошения в соответствии с выделенной иерархией: 1

- региональный уровень (водосборный бассейн реки П,Ш порядка) - на. данном уровне необходимо сохранить во времени механизм формирования, высокопродуктивных черноземов автоморфного ряда, который1 обе спечива.ется устойчивостью ландшафта.. Проблема, требует специальных комплексных исследований по каждому природному фактору. В данной работе рассматривается подземная составляющая стока., которая определяется условиями природной дренировонности бассейна.. .

Очевидно, что дополнительное питание грунтовых вод за. счет развития орошения не должно превышать резервов естественной дро-нированности:

* ; ° . (Ю)

где: - величина естественного питания грунтовых вод, мл/год;

суммарная величина, инфильтрационного питания грунтовых вод при орошении в пределах речного бассейна., мм/год; 0 - естественная дронированность речного бассейна, мм/юд.

Регулирование положительного водного баланса водосборного бассейна, реки П и Ш порядка, в случаях недостаточной естественной дренированное™ должно осуществляться дренажом по региональным понижениям:

дг»^=0+Д , (и)

где: Д- искусственный дренаж, остальные обозначения те ;.:е.

Локальный уровень.:

- на орошаемом массиве необходимо обесглчг.ть потенциальное, т.р. додговргмрнное плодородно 'почв, которое геяз?ио с гет.гд -

* ческши свойстваш почв. Для закрепления генетических свойств почв необходило обеспечить такие условп, При которых не будет происходить смены почвообразовательных процессов. Для сохранения благоприятного течения почвообразовательных процессов в зональных почвах автозторфного ряда необходимо с гидрогеологических позиций обеспечить соответствующую глубш!у грунтовых вод под орошаемыми массивами с тем, чтобы они не оказывали влияния на почвообразовательный лроцесс.' Глубина, грунтовых вод в течение вегетационного периода должна быть не менее 8,0...10,0 м;

- на. орошаемом поло стоит задача обеспечить эс^фективноо плодородие почв в течение вегетации, что связано с агромелиоративни-тя! свойствами почв. Для того чтобы агромелиоративные свойства, почв не претерпевали изменений в сторону деградации "допустимая" нагрузка оросительной воды должна определяться исходя из трех ограничительных принципов: I) пределов регулирования-влажности, достаточной для получения устойчивых урожаев: сельскохозяйственных культур; 2) ограничения со сторога деятельности микроорганизмов; 3) нинималышх сбросов оросительной воды в грунтовые. Такта требованиям отвечает диапазон регулирования влажости корнеобнтаемо-го слоя 0,6...0,75...0,8 НВ (Айдаров И.П.,. 1985).

ВЫВОДЫ: .

I. Анализ влияния водохозяйственного строительства и орошения на природу степного региона показывает, что гидротехническое строительство на крупных и шлих реках и развитие орошетгя заметно повлияло на. гидрологический и почвенно-гидрогеолопгческие рз-жшлы и распрострашмось на. богарные земли. Поэтому оценки сложившихся мелиоративных режимов и мелиоративные прогнозы на орошаемых массиБах необходимо увязывать с рассмотрением региональных и гло-

• бальных эффектов осуществленного крупного гидротехнического и водохозяйственного строительства..

2. Современная стратегия орошения в степном регионе ETC не должна допускать перевода, природных автоморфных почв в г'идроморф-ные с целью сохранения благоприятного течения почвенно-гидрогео-логических процессов и во избежание введения в современный'соле-оборот запасов "погребенных", солей зоны аэрации. '

3. Подходы к оценкам "допустимых" нагрузок на. ландшафты должны исходить из анализов уже сложившихся сдвигов в гвдрогеодина-мических и гвдрогеохнмических природных процессах от всего комплекса. гидротехнических и водохозяйственных объектов в глобальном и региональном масштабах и прогнозов их влияния на. конкретные ландшафты.

4. На. орошаемых землях, где уже нарушено благоприятное течение природных почвенных и гидрогеологических процессов, грунтовые воды поднялись и развивается промывной ирригационно-гидроморфный режим выщелачивания почв, поддерживаемый завышенными оросительными нормами и дренажом - должна быть разработана долговременная

о

программа, постепенного возвращения о тих земель к более благоприятным мелиоративным режимам. .Стадийное сокращение оросительных ■норм, снижение уровня грунтовых вод и сокращение дренажного стока. вместе с системой агротехнических мероприятий позволит сократить выщелачивание почв, в частности, вынос lu и других питательных элементов,- активизировать гумусообразование и' постепенно восстановить природное плодородна черноземов.

Рекомендации производству: Исходя из вышеизложенного при проектировании оросительных систем в степном регионе ETC следует:

- на основных водораздельных пространствах и на высоких террасах речных долин, где развиты зональные почвы автоморфного ряда, дотационное увлажнение проектировать таким образом, чтобы не

поднимать грунтовые воды и не нарушать автоморфный процесс почво-•образования. При этом будет получена, существенная экономия дефицитной пресной воды, сохранится благоприятная экологическая об -становка, гарантирующая профилактику негативных явлений. Увели -чение естественной дренированности должно осуществляться дренажом по понижениям;

- на. склонах речных долин,'нижних террасах на. пресных грун-.товых водах технология увлажнения почв в засушливые периоды вегетации растений принципиально должна, быть направлена также на сохранение природного водного и солевого режима почв. Дотация влаги к осадкам должна быть направлена, на формирование урожая;

- в условиях гидроморфных ландшафтов приморских низменностей, где почвы и грунтовые воды засолены, оправдан умеренный промывной режя!, который является необходимостью регулирования водно-солевого режима.'для роста, и развития сельскохозяйственных растений. '1

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

1. Прогноз воднс-.солевого режима почв Мецамор-Разданекого массива, на основе математической модели тИхОб. В сб.: Обоснование допустимых глубин грунтовых вод орошаемых земель.- М.:ВНИКГиМ, 1987.

2. Орошение и проблемы экологии в степной зоне Европейской части СССР. Мелиорация и водное.хозяйство, Л 5, 1989./в соавторстве/.

3. Естественные и мелиоративные режимы в степной зоне. В со.: Закономерности изменения инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических условий при интенсивно!.- технологическом Бездействии. Киев, Наукова Думка, 1989 /в соавторстве/. '

4. Методологические а.спэкты определения "допустимых" нагру- • зок оросительной воды На. ландшафт. Изд. Наука, /в печати/.

5. УДК:651.49:631,117, № Госрегистрации 0180050108. Заключительный отчет по теме 4.88 - Анализ современного гидрогеолого-мелиоративного состояния орошаемых земель и мероприятий по борьбе с подъемом уровня грунтовых--вод, забола.чиванием и засолением земель. Т.1, гл.6.5,9.Г. • - М.: ВНИИГиМ, 1985. '

6. УДК:551.49:631.117, № Госрегистрации 02860090003. Сводный' отчет по теме 4.88 /приказ Л 410/ - Изучить современное гидрогео-лого-мелиоративное состояше орошаемых земель и разработать зо -нальные мероприятия по борьбе с подъемом грунтовых вод, засолением и заболачиванием. Гл.1.11,4; Разделы 1.7, 1.9. М.': ВНИИГиМ, 1986.

7. УДК:" 551.49:631.117, )Ь Госрегистрации 01870029488. Научно-технический отчет /задание 14.03.Д/ - Усовершенствовать и внедрить зональные руководства по' методам контроля и критериям оценки состояния орошаемых земель. Разделы 2.3; 3.3. М.: ВНИИГиМ, 1988. ' .