ПРИЧИНЫ ЗАСОЛЕНИЯ
И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ УЗБЕКИСТАНА
Орошаемые
земли республики Узбекистан по большей своей части подвержены засолению.
Это связано с аридностью климата, геологическими и гидрогеологическими
условиями орошаемых территорий.
Основные черты климата, формирующие режим и тенденции соленакопления
в почвах и подстилающих отложениях - обилие тепла, дефицит влаги,
продолжительное жаркое и сухое лето, короткая и относительно тёплая
зима. Радиационный индекс сухости K [1], характеризующий
связь энергетического, водного и солевого режимов, и отражающий
совокупность основных средообразующих факторов, для рассматриваемой
территории колеблется в пределах 2,5 - 12. Коэффициент аридности
[2] - Ка < 0,12 - 0,3, коэффициент континентальности
[3] - Кк = 220 -290. Эти показатели в условиях гидроморфного
режима являются причиной засоления почв [4].
Орошаемое земледелие
здесь, до начала массового освоения земель, начавшегося примерно
с середины прошлого столетия, было приурочено к долинам рек, их
первым и вторым террасам и дельтам. Это объяснялось техническими
возможностями водозабора и гидрогеологическими особенностями территории.
Поверхностному засолению были подвержены лишь периферии, так называемых,
конусов выноса рек и дельтовые участки древнего орошения.
Равнинная территория
Средней Азии имеет, в большинстве своём, природнозасолённые и, потенциально
опасные для развития вторичного засоления почвы. Приаральская низменность
является областью древнего и современного соленакопления. Активные
процессы горообразования, на сопредельной с ней территории, сопровождаются
постоянным выносом почвообразующего материала содержащего соли,
аккумуляции его на равнинах. Наземные и подземные потоки, сформировавшиеся
на территории Средней Азии в меловом и третичном периодах, продолжают
действовать и сейчас. По пути своего движения потоки выносят соли
из выветривающихся пород и в процессе продвижения обогащаются солями
древних соленосных отложений. По ходу движения воды они меняют химический
состав и минерализацию. Потоки, идущие с гор, частично разгружаются
в реки и депрессии и доносят свои воды до зон конечной аккумуляции.
В результате, мощные толщи осадков, слагающих низменности, в течение
геологических эпох были подверженны соленакоплению, связанному с
элювиальными, транзитными и аккумулятивными процессами. [4-8]
Вторым мощным источником
солей в регионе являются глубинные восходящие рассолы. Они хоть
и имеют достаточно локальное проявление в ряде глубоких депрессий,
тем не менее, играют большую роль в образовании злостных солончаков,
с поверхности которых соли переносятся на большие расстояния путем
эолового переноса.
В прибрежных зонах Арала,
третьим источником засоления являются морские воды. При обсыхании
берегов вдоль побережья образуются солончаки, преимущественно хлоридные,
но с участием сульфатно-магниевых и натриевых солей. Почвы, формирующиеся
на морских отложениях, являются исходно засолёнными. Древние морские
отложения становятся "поставщиками" солей, переносимых
ветром на окружающие равнины..
В условиях аридного
климата, четвертым источником засоления почв, в особенности орошаемых,
является легкорастворимые соли в водах рек Средней Азии. С возрастанием
степени использования поверхностного стока рек на орошение, увеличивается
доля аккумуляции их в почвах и подстилающих отложениях. С распространением
орошения на подгорные равнины и степи, резко увеличились площади
земель потенциально подверженных засолению (не засоленные в верхних,
но имеющие значительные реликтовые запасы солей в нижних горизонтах).
[5].
По мере развития орошаемого
земледелия углублялись представления о формировании потоков грунтовых
вод и транспорте солей ими, поскольку от них в значительной степени
зависел успех мелиорации на вновь осваиваемых землях.
В зависимости от гидрогеологических особенностей территории гидрогеологами
и мелиораторами были выделены [6-10]:
- зоны погружения и транзита потока грунтовых вод, как правило,
пресных, гидрокарбонатного химизма, проходящего в хорошо проницаемых
отложениях;
- зоны выклинивания пресных или слабо солоноватых вод, служащих
источником образования известковых и гипсовых почвенных прослоек,
а также солончаков, образующихся там, где резко падает проницаемость
транспортирующих подземные воды пластов;
- зоны вторичного погружения (вернее, рассеивания) как правило высокоминерализованных
грунтовых вод со всё большим преобладанием хлоридов, где внешний
приток их становится ничтожно малым, а уровень их определяется только
атмосферными осадками и эвапотронспирацией (рис.1).
Рис.1 Движение грунтовых
вод в природных условиях и при орошенииПо
мере удаления от горных образований естественные и искусственно
созданные при орошении потоки грунтовых вод закономерно меняют свой
химизм от гидрокарбонатного через сульфатный к хлоридно-сульфатному
и хлоридному [5,11,12].
Отмечается [5]
важный факт, что в регионе выделяются два типа ландшафтов, резко
различающимися процессами засоления почв:
- с реликтовым засолением, господствующим на территории, с приуроченными
к нему автоморфными почвами;
- с современным засолением, занимающим без орошаемых почв менее
10% территории, с гидроморфными почвами.
По оценкам пригодных
к орошению и орошаемых почв в Узбекистане, более половины засолены
в достаточно высокой степени.
Классическое описание транспорта солей в естественных условиях под
интенсивным воздействием орошения и дренажа, резко изменяется, как
на локальном, так и региональном уровне [4]. Орошение существенно
интенсифицирует течение природных процессов в почвах. На рис 2 показаны
схемы движения грунтовых вод в природных условиях и при орошении
на различных рельефах местности.
Рис. 2. Схема потоков
грунтовых вод и переноса солей в условиях орошения.В
условиях искусственного орошения засолённость почв и направленность
процессов засоления зависит в основном от хозяйственной деятельности,
поскольку орошаемое земледелие коренным образом меняет гидрологический
режим почв и гидрогеологические процессы на орошаемых территориях.
Оросительные каналы
мелиоративных систем создают источники сосредоточенного поступления
в грунтовые воды [13,14]. На рис.3. показано как формируются
в этих условиях превалирующие потоки грунтовых вод и природа формирования
их местной напорности.
Рис.3.Потоки грунтовых
вод и создаваемая ими напорность
Всё
это приводит к локализации достаточно глобальных (существовавших
до орошения) гидрогеологических и гидрохимических процессов, многократно
усиливает процессы переноса солей по вертикали и вынос их в источники,
поскольку градиенты напора между приточными и отточными элементами
на орошаемых территориях возрастают, по сравнению с существовавшими
в естественных условиях в несколько раз.
Вне зависимости от аридности
климата, процесс накопления солей в почве определяется направленностью
результирующей потоков влаги в почвенном слое за длительный период
времени [15]. В аридной зоне, где испаряются и транспирируются
относительно большие объёмы воды эти процессы сильно ускоряются
и для формирования водно-солевого режима почвы становится очень
важно, каким путём и как она попадает в неё.
Совершенно очевидно,
что от того, насколько равномерно по площади поля выдерживаются
агротехнические требования той или иной сельскохозяйственной культуры,
зависит и её урожай. По многочисленным данным, корнеобитаемый слой,
определяющий жизнедеятельность растений всех видов (от злаков до
древесной растительности) не превышает одного метра [16].
Орошение полей оказывает
влияние на перенос солей в почвах. Оросительная вода в среднеазиатских
реках, имеющая минерализацию на выходе с гор от 0.2 - 0,3 г/л, а
на нижележащих территориях 1,0 г/л и выше, является мощным источником
солей для почвы, поскольку около 80% её расходуется на эвапотранспирацию
и от того, как ведется орошение, насколько оно восполняет природный
дефицит влаги в аридной зоне, а не бесполезно, минуя поверхность
поля, питает грунтовые воды, зависит хозяйственное благополучие
орошаемых земель и экологическое состояние орошаемых территорий
[4, 17].
На рис. 4 приводится
схема формирования водно-солевого режима почв отдельного поля, в
одинаковых вертикальном и горизонтальном масштабах
.
Рис. 4. Схема передвижения
потоков воды и солей в подстилающих почву горизонтах на орошаемом
поле
На этом рисунке видно,
как мал по толщине почвенный слой и как точно и равномерно по площади
поля должна дозироваться поливная вода, чтоб создать в корнеобитаемом
слое необходимый водный и, особенно, солевой режим. Недоучёт этого
обстоятельства, в значительной мере, привёл к тем трудностям, которые
наблюдаются на орошаемых землях подверженных засолению в бассейне
Аральского моря.
Исторически сложилось
так, что здесь осталось не охваченным вниманием инженеров и освоителей
только одно звено на пути влаги к растениям в почвенный слой - техника
водораспределения на полях, позволяющая, по определению классиков
мелиорации, переводить воду из свободного состояния потока в состояния
почвенной влаги.
Совершенная техника
полива способна развязать целый узел проблем. Она экономит до 40
% оросительной воды на поле, создает водно-солевой режим, повышающий
урожайность сельскохозяйственных культур вдвое, дает возможность
выдерживать необходимые агротехнические требования при выращивании
сельхозкультур, предотвращает глубинный и поверхностный сброс воды,
обеспечивает высокую равномерность водораспределения по площади
поля, одновременно, тем самым, решая и проблемы улучшения мелиоративного
состояния земель.
Современное состояние
орошаемых земель по засолению по данным материалов службы мелиорации
Минсельводхоза представлено на рис.5.
Рисунок даёт общее представление о наличии засоленных орошаемых
земель в Узбекистане.
Рис 5.Распространение
засоления на территории Узбекистана(орошаемые земли 2000год)
На рис.
6 показано распределение орошаемых земель в областях Узбекистана
в сравнении за 1991 и 2000 годы. На нем видно, что за этот период
значительно возросли площади засолённых земель в основном в областях,
где сравнительно недавно были освоены большие массивы земель, потенциально
подверженных засолению. Это земли Сырдарьинской, Джизакской, Кашкадарьинской
областей, которые при освоении были обеспечены искусственным дренажем.
Эффективность работы дренажных систем, рассолительных мероприятий
в последние годы по ряду причин снизилась. По этим же и другим причинам,
произошло нарастание процессов засоления и в низовьях р. Амударьи
(Хорезмская область).
Рис. 6.
Распространение засоленных земель на орошаемых землях Узбекистана
(по данным осенних обследований почв службой мониторинга Министерства
сельского и водного хозяйства республики)
Из приведенных данных видно, что распространение засоленных орошаемых
земель возрастает от верховьев к низовьям рек. Таким образом, зональное
распространение засоленных земель при орошении сохраняется. Однако
ясно и то, что уровни грунтовых вод и их минерализация - это главный
фактор распространения засоленности в условиях орошения (рис.7,
8).Уровень и минерализация грунтовых вод - показатели дренированности
территорий: обеспеченности оттока вод, неизбежно теряемых при поверхностном
орошении.
Рис.7,
8. Распространение площадей с различным залеганием и минерализацией
грунтовых вод в областях республики на 1 апреля 2000 г (данные Министерства
сельского и водного хозяйства)
Из сопоставления
приведенных диаграмм видно, что там, где весной преобладают грунтовые
воды с глубиной залегания более 2 м и минерализацией 0-3 г/л (Андижанская,
Наманганская, Ташкентская, Самаркандская области), процессы засоления
распространены незначительно. В низовьях реки Амударьи, несмотря
на невысокую минерализацию грунтовых вод, они расположены близко
к поверхности, что при высоком испарении приводит к устойчивому
засолению орошаемых земель. Сама оросительная вода, которая в периоды
вегетации достигает 1,5-1,8 г/л также является источником соленакопления.
Материалы
последних лет исследований по составу и минерализации оросительных
вод основных рек бассейна Аральского моря свидетельствуют о возрастающей
минерализации их [18], в сравнении с материалами прошлых
лет исследований [19, 20]. Таким образом, эти воды, становятся
всё более опасными с точки зрения соленакопления в почвах. Тем не
менее, в настоящее время в реальной существующей ситуации сезонное
засоление орошаемых земель почти повсеместно происходит не столько
за счет качества оросительных, сколько за счет подтягивания солей,
растворенных в грунтовой воде, происходящего в результате нарушения
поливного режима. При испарении в корнеобитаемую зону из грунтовых
вод зачастую привносится больше солей, чем при поливах даже минерализованной
водой.
Выполненные для отдельных полей приближенные балансовые расчеты,
(по данным фактических наблюдений проекта ВУФМАС (1996-1999 гг.),
показали, что, при подаче поливной воды 7-8 тыс. м3/га (с минерализацией
1,5 г/л), и при глубине грунтовой воды около 2 м (с минерализацией
5-7 г/л), в почвенный слой поступает примерно одинаковое количество
солей сверху и снизу. А при недостаточной подаче на полив воды с
поверхности, даже при поливах дренажной водой до 3-4 г/л, основная
часть солей поступает из грунтовых вод за счет их высокой минерализации
(до 18-20 г/л).Степень
антропогенного влияния на засоление орошаемых земель более наглядно
можно представить себе, анализируя космические снимки. На рис. 7
показан фрагмент космического снимка орошаемой территории в Голодной
степи, на котором видно, что площадное засоление зависит от хозяйственной
деятельности.
Рис. 9.
Фрагмент орошаемой территории Голодной степи (хозяйство им. Г.Гуляма
2000 г)Приведенные
ниже в качестве примера материалы режимных наблюдений, (рис. 10)
свидетельствуют, насколько динамично меняются засоление на отдельных
полях в течение достаточно коротких периодов.
Рис. 10.
Сезонное соленакопление в слое 0-60 см почв опытного участка в хозяйстве
им. Сиддикова в Сырдарьинской области.
В этой
статье мы только коснулись основных проблем орошаемых почв, подверженных
засолению. Эти проблемы заключаются в том, что в настоящее время,
как ни странно, недостаточно изучены процессы переноса солей и управления
ими именно в почвах, требуется новая региональная концепция их мелиорации,
с учётом экономических условий и экологических последствий при анализе
принятых ранее технических решений.
В условиях
Аральского кризиса, в большой мере связанного с исчерпанием водных
ресурсов бассейна при сегодняшнем уровне технического состояния
гидромелиоративных систем, эти проблемы становятся жизненно важными
для региона. Для оперативного управления этими процессами, прежде
всего, должна быть усилена служба мониторинга орошаемых территорий,
потенциально опасных для развития процессов вторичного засоления.
Развитие этой службы видится в применении технологий дистанционного
картирования в сочетании с методами GIS. Кроме того, широкое применение
должны найти методы наземного упрощенного оперативного контроля
засоления для целей управления засолением почв на конкретных полях
в течение вегетации [21].
Литература
1. Будыко
М.И. Глобальная экология. М., Мысль,1977. 318 с.
2. Лобова Е.В., Островский И.М., Хабаров А.В. Об определении засушливости
аридных областей мира // Проблемы освоения пустынь. 1977. №4. С.
31-40.
3. Иванов Н.Н. Ландшафтно-климатические зоны Земного шара //Записки
ВГО, М., Л.,: Изд-во АН СССР, 1948. 224 с.
4. Парфёнова Н.И., Решёткина Н. Экологические принципы регулирования
гидро-геологического режима орошаемых земель. С.П. Гидрометеоиздат.1995,
360 с
5. Панкова Е.И., Айдаров И.П., Ямнова И.А, Новикова А.Ф., Благоволин
Н.С. Природное районирование засолённых почв бассейна Аральского
моря (география, генезис, эволюция. М., 1996. 180 с.
6. Фёдоров Б.В. Агромелиоративное районирование зоны орошения Средней
Азии. Ташкент, Изд-во АН УзССР, 1953, 150 с.
7. Крылов М.М. Основы мелиоративной гидрогеологии Узбекистана. Ташкент.
Изд-во "Фан", 1977, 248 с.
8. Владимиров А.Г. Мелиоративная гидрогеология. М., Госгеолтехиздат,
1961
9. Кац Д.М. Влияние орошения на грунтовые воды. М., Колос, 1976,
???
10. Шредер В.Р. Почвенно-мелиоративное районирование и расчётные
режимы орошения. Доклад по совокупности выполненных работ, представленный
на соискание учёной степени к.с.х..н . Ташкент, 1973. С. 29.
11. Панин П.С. Процессы солеотдачи в промываемых толщах почв. Новосибирск,
"Наука",1968, 303 с.
12. Хасанов А.С. Особенности формирования химического состава подземных
вод в засушливых районах и вопросы мелиорации земель. В кн. Влияние
орошения на вторичное засоление, химический состав и режим грунтовых
вод. М., "Наука", 1964, с. 106 - 110.
13. Фёдоров Б.В. Принципы построения мелиоративного комплекса по
предотвращению и ликвидации засоления орошаемых земель. Влияние
орошения на вторичное засоление, химический состав и режим подземных
вод. Ташкентский международный симпозиум. М., "Наука",
1964, с. 49 - 53
14. Ходжибаев Н.Н. Крупные ирригационные каналы как водонапорные
системы и их влияние на мелиоративное состояние земель. В кн. Влияние
орошения на вторичное засоление, химический состав и режим грунтовых
вод. М., "Наука", 1964, с. 162 - 166.
15. Аверьянов С.Ф. Борьба с засолением орошаемых земель. М., "Колос",1978,
288 с.
16. Станков Н.З. Корневая система полевых культур. М.,"Колос".
1964, 280 с.
17. Морозов А.Н. Системный подход к определению стратегии развития
гидромелиораций. Доклад на научной конференции, посвященной 75-летию
САНИИРИ: "Современные проблемы мелиорации и водного хозяйства
и пути их решения". Юбилейный сб. научных трудов САНИИРИ, Ташкент,
2000. 6 с.
18. Стулина Г. В., Широкова Ю. И., Морозов А.Н Особенности использования
вод повышенной минерализации для орошения почв в условиях Узбекистана.
Сб. статей Международной научно-практической конференции Гидроингео.
Ташкент 2003
19. Чембарисов Э.И., Бахритдинов Б.А. Гидрохимия речных и дренажных
вод Средней Азии. Ташкент, "Укитувчи", 1989, 132 с.
20. Рубинова Ф.Э., Гетхер М.И., Куропатка Л.М. Об изменении общей
минерализации воды в р.Сырдарье в связи с развитием орошения в её
бассейне // Тр.САНИГМИ. 1975. Вып. 23 (104). С.43-58.
21. Широкова Ю.И, Чернышёв А.К. Экспресс-метод определения засоленности
почвы и воды в условиях Узбекистана. Ж. "Сельское хозяйство
Узбекистана" 1999 № 5
