Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Закономерности процессов движения ионов солей при неполном влагонасыщении почв

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Меза, Нуреддин

ВВЕДЕНИЕ

Глава первая. АНАЛИЗ ПОЧВтО-МЕЛИОРАТИВНОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВНЫХ МАССИВОВ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ АЛЖИРА

1.1. Общие вопросы.

1.2. Состояние и проблемы развития орошения на северо-западе Алжира

1.2.1. Анализ 1Гркродно-1У1Ш'Датшескик условий и развития орошения на северо-западе Алжира.

1.2.2. Анализ природоо-кш-латических условий и мелиоративного состояния орошаемого массива "Хабра"

ВЫВОДЫ

Глава вторая. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕНОСА И СОРБЦИИ ИОНОВ СОЛЕЙ В ПОЧВАХ

2.1. Обзор основных математических моделей движения ионов солей и воды в почвах.

2.2. Формирование солевого режима в корнеобитае-мом слое почвы при неполном насыщении.

2.3. Закономерности взаимодействия почвенных растворов и твердой фазы

2.4. Закономерности формирования состава почвенных растворов

ВЫВОДЫ .„о,.

Глава третья. МЕТОДИКА ЭКСШРШЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ИОНОВ СОЛЕЙ В НЕНАСЫЩЕННЫХ ВЛАГОЙ ПОЧВАХ.

3.1. Техническое описание экспериментальной установки

3.2. Методика и план проведения экспериментов по изучению закономерностей движения солей в ненасыщенных почвах

3.2.1. Методика тарировки датчиков влажности

3.3. Экспериментальные исследования зависимостей капиллярного давления от влажности почвогрунтов на приборе Корчунова С. С.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

Глава четвертая. РЕЗУЛЬТАТЫ ^СЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ И СОМ ПРИ НЕПОЛНОМ ВЛАГОНАСЫЩЕНИИ ПОЧВ.

4.1. Результаты исследований кинетики движения ионов солей в ненасыщенных почвах 4.X.I. Результаты экспериментов

4.2. Результаты замеров основной гидрофизической характеристики почв.

4.3. Результаты расчетов ионо-солевого комплекса почвенных растворов.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

Глава пятая. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ ПУТИ УТОЧНЕНИЯ МОДЕЛЕл ДВЙШШ СОЛЕЙ В ШШАСЫЩЕШЫХ ВЛАГОЙ

ПОЧВАХ

5.1. Описание процессов движения влаги при неполном насыщении почв

5.1 Л. Моделжювание плотностей внутрипочвен-IfflX стоков (источников)

5.1.2. Состав и шорт цредставления исходных данных, необходимых для расчетов водного решила почв с использованием уравнения 5.

5.2. Описание процессов движения солей в неполностью насыщенных влагой почвах

5.2.1. Моделирование процессов растворения солей в кристаллической форме

5.2.2. Моделирование источников и стоков в уравнении движения солей в почвогрунтах

ВЫВОДЫ

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Закономерности процессов движения ионов солей при неполном влагонасыщении почв"

Актуальность темы. Засоленность почв орошаемых земель является во всем мире ^актором, одерживающим дальнейшее разА витие экономики, а в ряде стран делает недоступным самообеспечение их продуктами питания. В Алжире из 108 тыс. га оборудованных оросительной сетью, только около половины систематически орошается /148,149/. Около 60,5 тыс. гектаров ежегодно не орошаются в зоне наиболее развитого орошения - северо-западе Алжира. Основными причинами этого являются нехватка водных ресурсов и пр огр е с с иру вде е засоление почв. В перспективе предусматривается использовать для орошения воды более низкого качества нежели сейчас, что цриведет, как следствие, к большей опасности засоления почв.

В настоящее время во всем мире уделяется большое внимание изучению закономерностей формирования водно-солевого режима орошаемых почв. Без знания этих закономерностей и без прогнозов может оказаться так, что материальные затраты, вложенные в мелиорацию, не только не окупятся, но и приведут к потере значительных площадей, занятых сельскохозяйственными культурами.

Опыты, проведенные црактически во всех зонах развитого орошения, показывают, что орошения средних и тяжелых почв водой плохого качества, как правило приводят к засолению почв в течение одного - двух лет /23,48,72,101 и др./. Но этот вывод является не более, чем констатацией фактов. Хотя в этом случае и объясняются причины такого положения, но часто это происходит без должного понимания всех внутренних механизмов цроцессов, протекающих в почвах. Но без понимания этих процессов мелиораторы и почвоведы ничего не могут изменить.

Из опытов по орошению почв водами низкого качества следует, что в большинстве случаев происходит засоление большинства самых распространенных почв.

Основной причиной засоления по-видимому в большинстве случаев является использование общепринятой технологии орошения, а не использование воды плохого качества. Здесь следует искать новые технологии, отличные от традиционных. Естественно, что уровней урожая, получаемых при поливе хорошими водами, получить не удастся. Но может быть удастся избежать сильного засоления и осолонцевания почв.

В решении этого вопроса может быть два подхода. Во-первых, чисто эмпирический, когда в полевых условиях опытно ищется приемлемая технология и во-вторых, когда совмещаются полевые эксперименты с лабораторными и теоретическими исследованиями. Однако исследования эти связаны в основном с изучением процессов солепереноса в почвах при полном их влагонасыщении. Лабораторным исследованиям процессов движения солей в почвах при их неполном влагонасыщении.посвящено очень мало работ Биггар (1962, 1967), Годе (1974).

В связи с этим в Проблемной лаборатории МШИ цри участии автора была создана оригинальная экспериментальная установка, позволившая провести лабораторные опыты по изучению процессов движения солей в различных почвах при неполном их влагонасыщении.

Выполненные эксперименты и результаты их обработки на данном этапе носят больше методический характер. Вместе с тем полученные данные позволяют оценить особенности общих закономерностей формирования солевого режима почв при неполном их насыщении.

Пели и задачи исследований заключались в изучении закономерностей процессов движения ионов солей в почвах при неполном их влагонасыщении и дальнейшем уточнении их математического описания.

Методика исследований. В основу методики положены лабораторные исследования процессов солепереноса на новой уста« новке, разработанной и изготовленной при участии автора работы. Обработка полученных материалов проводилась на микро ЭВМ Электроника ДЗ-28, которая к настоящему времени входит в состав опытной установки в целом. Методика исследований предусматривала изучение не только концентрации, но и активности ионов, находящихся в почвенных растворах.

Научная новизна заключается в установлении основных закономерностей и в совершенствовании математического описания процессов движения ионов солей в зависимости от типа и. степени увлажнения почв, а так же в разработке схемы экспериментальной установки и методики проведения опытов.по изучению движения многокомпонентных растворов в почвах.

Практическая ценность заключается в разработке аппаратуры и методов исследований цроцессов солепереноса в почвах цри неполном их насыщении, в установлении нелинейной зависимости коэффициента конвективной диффузии от влажности почв и в уточнении требований к качеству оросительных вод.

Реализация научных -результатов. Приборы и методика исследований используются Проблемной лабораторией ЮМ для выполнения заданий 04.02 и 07.01 целевой комплексной научно-технической программы 0.Ц.034 "Повышение эффективности мелиорируемых земель и использование водных ресурсов в мелиорации" .

Апробация работы. Основные положения и материалы работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции Московского гидромелиоративного института.

Публикация. По материалам диссертации написана статья, которая находится в печати в сборнике трудов Г,СЕМИ.

ШВА ПЕРВАЯ

АНАЛИЗ П0ЧВЕШ0-МЕЛИ0РАТ1ШН0Г0 СОСТОЯНИЯ ОСНОВНЫХ МАССИВОВ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ АЛЖИРА.

1.1. Общие вопросы.

Несмотря на то, что во всем мире каждый год вводятся в строй большие площади орошаемых земель, общий прирост их незначительный /151/. Основными причинами, определяющими данное положение дяя орошаемых земель являются:

1. Засоление почв при орошении (первичное и вторичное) /73,74/.

2. Ухудшение качества водных ресурсов.

3. Нецравильная хозяйственная деятельность на орошаемых землях.

Эти причины в общем взаимосвязаны. Как первая, так и вторая причины определяются недостаточной изученностью методов прогнозирования мелиоративного состояния земель и состояния водоисточников.

В последнее время особое значение приобретают повсюду дефицит водных ресурсов. Недостаток водных ресурсов в зонах развитого орошения ощущается практически во всех странах мира /101/.

В данной работе остановимся на анализе почвенно-мелио-ративных условий в основной орошаемой зоне Алжира.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Меза, Нуреддин

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Во многих странах мира и, в том числе в Алжире остро стоит проблема повышения эффективности использования орошаемых земель и повышения их продуктивности. Засоление почв, ухудшение качества и ограниченность водных ресурсов являются основными факторами, сдерживающими дальнейшее развитие орошения в Алжире. Систематически орошаемые площади здесь составляют около 44% от площадей, оборудованных оросительной сетью. Увеличение площади орошения может быть достигнуто за счет использования вод повышенной минерализации из местных водоисточников, что еще в большей степени повышает опасность засоления почв.

2. В настоящее время для составления прогнозов солевого режима часто используют модели, соответствующие полному насыщению почв влагой. Экспериментальные лабораторные исследования цроцессов движения ёолей при неполном влагонасыщении почв малочисленны и носят в основном частный характер, что не позволяет использовать их цри расчетах солепереноса в почвах.

Анализ имеющихся экспериментальных данных по изучению движения ионов солей в ненасыщенной почве позволил выделить основные факторы, определяющие эти процессы, и сосредоточить внимание на их изучении. Основными из них являются: влажность почвы и скорость движения влаги.

3. Разрабртанная и изготовленная нами экспериментальная установка и методика проведения опытов позволила изучить совместно цроцессы движения влаги и ионов солей цри неполном насыщении почвы. Исследования показали, что с уменьшением влажности почвы вымыв солей заметно замедляется. Замедление скорости вымыва солей цри неполном насыщении почв на практике может привести к удлинению сроков освоения мелиорируемых земель и получению проектных урожаев. Создан комплекс программ ЭВМ Электроника ДЗ-28 для обработки опытных данных.

4. Анализ результатов расчета баланса ионов солей в почвенных колонках показал, что для сероземов и оотаточно луговых почв процессы катионного обмена обратимы и обменный натрий замещается кальцием, и наоборот, поэтому возможно орошение этих почв водами повышенной минерализации при соответствующем периодическом применении химмелиорантов, наличии дренажа и промывного режима орошения.

5. Для оценки качества воды в настоящее время используется показатель 5АЯ. переход от концентраций ионов к их активностям в расчете показал, что его предельные значения

БАЯ зависят от ионной силы раствора и должны быть в среднем снижены на 10-20% от рекомендуемых, что требует ужесточения требований к качеству оросительной воды.

6. Проведенные эксперименты позволили уточнить пути совершенствования математического описания движения ионов солей и влаги в почвах, основными из которых являются: а) необходимость учета активности ионов в расчётах катионного обмена; б) уточнение модели растворения солей твердой фазы; в) уточнение модели отбора воды корнями растений за счет учета осмотического давления почвенного раствора.

7. Предлагается новая формула расчета коэффициента диффузии цри неполном насыщении и показано значимое отличие, в результатах при ее использовании от ранее применяемых.