Морозов А.Н.

ТЕХНИКА ПОЛИВА - КЛЮЧ К МЕЛИОРАЦИИ ЗАСОЛЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Начнем с того, что попробуем в одном масштабе (вертикальном и горизонтальном) изобразить, с обязательным выделением метрового корнеобитаемого почвенного слоя, схему, приведенную на рисунке 1, (на основе которой, как правило, размышляют о вопросах влаго и солепереноса в почвах), при следующих исходных (типичных, надо сказать) параметрах:

- глубина заложения дренажа - 3,5 м,

- глубина грунтовых вод - 2,5 м,

- междренное расстояние - 200 м,

- глубина корнеобитаемого слоя почвы 1,2 м.

Рис. 1 Схема, обычно используемая как расчетная, иллюстрирующая основные статьи водно-солевого баланса орошаемого поля (вертикальный масштаб в 5-10 раз крупнее горизонтального).

Первая (техническая) проблема, которая у вас возникнет - это необходимость очень тонко заточенного карандаша, чтоб правильно отобразить на рисунке поставленные условия. (Я пожалею вас, на рисунке 2 Вы увидите то о чём идет речь).

Рис. 2. Схема, реально отражающая геометрию мелиорируемого почвенного слоя.

Вторая и последующие проблемы - это правильное осмысливание увиденного на рисунке 2:

Что существенно новое Вам удалось увидеть, сравнивая два, по существу одинаковых рисунка, у одного из которых просто изменен вертикальный масштаб?

- О чём собственно идет речь, что и как надо мелиорировать, если этого почти не видно на рисунке, но в этом и располагаются 90-99% массы корней любых растений - от зерновых до деревьев?
Какова свободная ёмкость зоны аэрации (СЁЗА), которую можно использовать для самой эффективной, по мнению почти всех исследователей, первой стадии (до заполнения свободной порозности зоны аэрации) промывки засоленной почвы?
- Как возможно равномерно промыть её и как поддерживать в ней те требования, которые диктуются агротехникой возделывания сельскохозяйственных культур.

- Как и какими средствами создать в этом, относительно тонком, почвенном слое условия преимущественно нисходящего тока влаги (а значит и солей) по всей площади поля, к тому же, как правило, имеющего уклон?

Это очень полезное упражнение. Я в годы своей молодости испытал его на очень уважаемом мной, известном почвоведе-мелиораторе, моём учителе и наставнике, у которого я работал в первые десять лет своей трудовой деятельности - Шредере Владимире Рихардовиче. Когда он это проделал, то стал долго поглаживать свою, к тому времени на 90% лишенную волос, мудрую голову, сравнивая рис. 1 и рис.2 и раздумывая над тем, как всё же правильно подойти к мелиорации засолённых почв. С тех пор и я, полысев слегка, думаю над этим же, поглядывая изредка на обе эти картинки.

Перед мелиораторами и агрономами (в основном, перед агрономами, поскольку, чтоб не делали мелиораторы, с почвой работать приходится им), с точки зрения поддержания режима влаги и солей в корнеобитаемом почвенном слое стоят две задачи:

• - первоначальное опреснение почвенного слоя, если он засолен;
• - поддержание в нём благоприятного водно-солевого режима в течении вегетации (о питательном поговорим позже) минимальными средствами.

Попробуем сначала разобраться с первой задачей.

Все читали о промывке засолённых земель, многие сами проводили соответствующие эксперименты, тем не менее, мы попробуем еще раз привести в систему уже всем известные факты, для того чтоб оправдаться за заголовок этой главы перед читателями.

Для начала представим себе, что удалось каким-то образом почти мгновенно залить всю поверхность поля водой

В таблице 1 мы приведём некоторые, не обременительные для понимания, цифры для почв средней водопроницаемости. Эти цифры понадобятся для дальнейших рассуждений. Для удобства сравнения мы, традиционно применяемую для них размерность, преобразовали в сравнимые единицы измерения.

Таблица 1

Теперь попробуем проанализировать эти цифры, повторяю, характерные для очень типичных природных и хозяйственных условий (Каршинская степь, средние суглинки с прослоями тяжелых).

Во-первых, за первые сутки полива впитывается объём воды, равный объёму свободной емкости зоны аэрации.

Во-вторых, при потребной норме промывки 10 тыс.м3/га после заполнения СЁЗА необходимо будет "протолкнуть" в дренаж (и на соседние поля, если они не промываются в данный момент!) разницу между ними (нормой промывки и СЁЗА), в данном случае - 5,5 тыс. м3/га. На это потребуется до 157 суток, если в течение этого времени поддерживать затопление почвы.

Встаёт вопрос, а надо ли это делать и не проще ли просто продолжить процесс под покровом каких-либо культур-освоителей?

Следует обратить внимание, что до тех пор, пока не было денег на "панацею от всех бед" - дренаж, ни в практике, ни в науке не упоминалось о нормах промывки более 4 - 5 тыс. м3 на гектар. Зато в период "развернутого строительства коммунизма" нормы 40000 - 60000 тысяч м3/га (сорок - шестьдесят тысяч метров кубических на гектар!) стали обычными в отчётах ученых и производственников.

Автор слышал об одном анекдотическом случае на техническом совете в ГЛАВСРЕДАЗИРСОВХОЗСТРОЕ - организации ведшей строительство и ввод в эксплуатацию новых земель в Узбекистане в 50-90 годы, на котором случайно один за другим обсуждались два вопроса:
- возможно ли при бороздковом способе полива влить в почву за один полив 3000 - 4000 м3/га (техсовет, вдумчиво порассуждав, авторитетно установил, что нет!);
- возможно ли влить в почву 40000 - 60000 м3/га за время летней промывки по чекам (техсовет авторитетно решил, что да!

В третьих, скорости движения влаги в промываемой слое после заполнения СЁЗА изменятся почти на два порядка и станут сопоставимыми со скоростью диффузии солей в почве, естественно в противоположном движению промывной воды направлении. Кроме того, как это следует из закономерностей подземной гидравлики, в различных линиях тока эти скорости будут варьировать от нуля (на середине междренья), до максимальной (вблизи от дрены).

Итак, первый этап промывки, когда идет заполнение СЁЗА (и в который наблюдается максимальный вынос солей из верхних горизонтов почвы), даже при идеальном, мгновенном затоплении поверхности почвы заканчивается катастрофически быстро, причём большая часть солей в промываемых горизонтах, практически, не успевает за это время раствориться. Второй этап, когда промывка, по сути, прекращается, наоборот, продолжается слишком долго даже на фоне достаточно интенсивного дренажа, обеспечивающего отвод 10 м3/га за сутки при напоре над дреной 1 м (это для однородной толщи средних суглинков при глубоком водоупоре составляет около 50 погонных метров на га). Самое казалось бы простое решение, пришедшее в голову технарям - "временный дренаж". На бумаге выглядит неплохо, в натуре - превращает поле в стройплощадку из-за отвалов бесплодного грунта, вывороченных вместе с содержащимися в них солями, неравномерного уплотнения почвы после работы тяжелых строительных механизмов. До 10 -20% поверхности (отвалы временных дрен и валики чеков) остаются не промытыми и снова разравниваются по поверхности. И самое досадное - не эффективное и не гарантирующее совершенно от засоления вновь в следующий сезон, поскольку не устраняет причин явления.

Если промывка проводится поздней осенью или ранней зимой, то можно не учитывать потери воды на испарение, так как они будут в эти периоды компенсироваться атмосферными осадками. Если же промывка осуществляется летом, то потери на испарение могут вдвое и более превысить объёмы отводимые дренажем.

Ещё раз напомним, что мы рассматривали идеальный случай мгновенного затопления всей поверхности поля. Рассмотрим все возможные реальные способы подачи воды на промывку и их преимущества, и недостатки для этой цели.

Традиционно промывка ассоциируется с картинкой: до горизонта цепочки чеков (площадок огороженных валиками) затопленных водой. Если кто-нибудь укажет мне на источник возможного получения опубликованных материалов научных исследований, по которым можно будет заполнить таблицу 1 для точного учета всех стадий промывки и заодно проанализировать эффективность выноса солей из почвы и работу дренажа по фазам промывки, я буду очень благодарен. Таких полных исследований я в литературе не встречал. На это я обращаю Ваше внимание потому, что за внешней красивостью подобных картинок на самом деле кроются следующие недостатки, которые иногда "на нет" сводят эффективность всего этого мероприятия:

А) Начнем с анализа конструкции валиков огораживающих чеки. Как правило, они нарезаются канаво-пало-делателями, рядом с ними образуются глубокие "резервы" - канавы почти полуметровой глубины (рис.3)- по которым вода, подаваемая в чек тем или иным способом, напрямую устремляется к нижней части чека (где чаще всего и происходит прорыв валика) и его (чека) заполнение начинается снизу и с боков.

Рис.3. Поля, подготовленне для промывки затоплением чеков, хорошо видны "резервы" вдоль валиков.

Б) Естественно, что интенсивное впитывание воды и заполнение СЁЗА, а, следовательно, и вытеснение солей при этом, идёт от краев чека к середине (преимущественно из нижней части чека), а не с поверхности почвы по всей площади поля. Собственно промывка почвы в средней части чека может начаться только после полного заполнения чека водой, при совершенно не эффективном использовании СЁЗА на первой самой эффективной стадии процесса промывки.

В) Создание и разравнивание валиков чеков, а особенно ручные заделки стыков между поперечными и продольными валиками не такой уж легкий труд. Не промытая площадь, за счет солей оставшихся на валиках чеков достаточно велика и может составлять до 10-15% и более. Даже при незначительных уклонах местности промывка по чекам превращается в холодное время года в адский труд. Прорыв воды, особенно в верхних, по уклону местности чеках, приводит к "эффекту домино" - прорыву валиков (размокших за время промывки) и сливу воды из всей нижележащей цепочки чеков, что еще больше усиливает непроизводительный расход воды и труда и ведет к значительным размывам и эрозии почвы.

Внешне менее "капитальный" и эффектный способ подачи воды на промывку - бороздковый полив.

Во многих областях Узбекистана он широко применяется, по сути, для промывки, но в официальной науке ему отводится лишь место для "профилактических" и "влагозарядковых" поливов. Я, лично, усматриваю в этом недопонимание эффективности этого способа полива, непонимание сути процессов в зоне аэрации и желание во что бы то ни стало совершать "подвиги" во имя красиво смотрящейся картины затопленной поверхности почвы.

(Метод боковых промывок по бороздам, предложенный Б.В.Фёдоровым, является завершающим этапом промывки, поскольку вытеснение солей в соседние борозды начинается только во второй стадии, при заполнении СЁЗА выше дна борозд, что очень редко достигается и только в тяжелых условиях отсутствия естественного и искусственного дренажа).

Метод промывки по бороздам изучался автором в Каршинской степи, а опробован на практике в процессе освоения солончаков на Юго-восточном массиве Голодной степи после того, как несколько лет подряд попытки ввести в эксплуатацию очень трудно мелиорируемые засоленные земли совхозов №№ 2, 3 и 8 путем промывки затоплением чеков не увенчались успехом.

Что же делает этот метод подачи воды конкурентным методу затопления? На наш взгляд это, прежде всего, возможность относительно равномерного распределения воды по поверхности поля, возможность хоть какого-то нормирования водоподачи и растягивания во времени заполнения СЁЗА путем организации поливов отдельными тактами. При этом, за редким исключением, нет необходимости, да и возможности, затопить поле и поддерживать вторую, совершенно не эффективную стадию промывки.

Способ промывки напуском по полосам можно рассматривать как компромиссный вариант между способом затопления чеков и полива по бороздам. Ему присущи некоторые недостатки метода затопления (неравномерность покрытия площади водой), но отсутствуют недостатки связанные с нарезкой высоких валиков чеков и ручные доделки. Требует для эффективной промывки почти идеальной планировки (в поперечном к направлению полива направлении должны быть нулевые уклоны, иначе вода не будет правильно растекаться по полосам).

Давным-давно многие исследователи обратили внимание на тот факт, что атмосферные осадки, даже незначительные по объёму, намного эффективней, чем оросительная вода, поданная напуском или затоплением, опресняют почву. Почему? Наверное, потому, что она во-первых, не создаёт сосредоточенных потоков воды через трещины и ходы землероев (за исключением случаев ливневых осадков, когда интенсивность дождя значительно превосходит впитывающую способность почвы), а во-вторых, - равномерно распределяется по поверхности поля. На рисунках 4 мы попытались проиллюстрировать картину впитывания влаги в этих рассматриваемых случаях.

Рис. 4. Схемы впитывание влаги при затоплении поверхности почвы и при дождевании.

Вот как описывает происходящее в почве в момент полива известный исследователь влаго-солепереноса в почвах П.С.Панин:

"При поливах и промывках пересушенных и трещиноватых глинистых почв напуском верхняя толща почво-грунтов насыщается водой в иной последовательности, чем при увлажнении атмосферными осадками и поливами дождеванием или при поливах небольших опытных площадок напуском, когда вся поверхность почвы покрывается водой одновременно. Многократные наблюдения за поливом напуском или по бороздам показывают, что насыщение почв водой идёт в следующем порядке. Струя воды, выходя из поливной борозды, устремляется вниз по уклону поверхности и на своём пути поглощается трещинами. По нижним частям трещин, которые нередко достигают 1 м глубины и нескольких сантиметров ширины, вода растекается в разные стороны, заполняет всю систему соединенных между собой трещин и со дна их поднимается к поверхностным горизонтам почвы. В таких условиях пахотные горизонты насыщаются водой в последнюю очередь. По насыщенной почве струя воды устремляется дальше по уклону местности до следующей системы трещин и наполняет их водой в том же порядке и т.д."

Интересен факт, отмеченный некоторыми исследователями, отрицательно, в принципе, относящимися к дождеванию (Побережский Л. Н., Усманов В.) при сравнении бороздкового полива с поливом дождеванием. При глубине грунтовых вод 2,5 -3,0 метра полив нормой 900 - 1000 м3/га вызывает подъём их в первом случае на 100 см, который во втором - вообще не отмечается!? О чём это может свидетельствовать? Только о том, что при дождевании насыщается вся СЁЗА и в первую очередь её верхние горизонты, а при других способах полива - в основном её нижние слои, то есть влага, в большей своей части "проскакивает" по трещинам и ходам землероев в нижележащие горизонты.

Опыт ВНИиГИМ в Голодной степи по промывке сильно засоленных почв дождеванием, инициированный автором, оказались для экспериментаторов "неожиданно" эффективным.

Применение дождевания более чем на 6000 га в условиях пустынных сильнозасоленных песчаных почв Кызылкумов (Пастбищно-мелиоративно-строительный трест 1957 - 1970 годы) позволило вообще отказаться от промывки как таковой, заменив её поливом увлажняющим почву на 10 - 15 см ниже расчетной глубины развития корней на текущий межполивной период. То есть вести промывку по мере прироста корней, с тем, чтобы на следующий год вообще забыть о том, что земли были засолены. (Морозов Н.Л, Иванов В.Ф)

Что же можно сделать, чтобы первый этап промывки не был таким катастрофически коротким? Чтобы соли находящиеся в верхних почвенных горизонтах успели при промывке раствориться и следующими порциями инфильтрата смогли быть продвинуты (вытеснены) в глубокие горизонты? Наверное, читатели уже сделали вывод - применять как можно более совершенную технику полива, позволяющую равномерно распределять воду по поверхности и строго нормировать объём её поступления. Из известных способов подачи воды этому условию отвечает, к сожалению (сожаление из-за стоимости и относительной сложности), только дождевание.

По видимому, всё изложенное по поводу промывок засоленных земель в ещё большей степени применимо и к вегетационным поливам на землях подверженных засолению, поскольку все огрехи при поливах непосредственно отразятся на качестве и количестве урожая. Принцип должен оставаться прежним - стараться создавать поток влаги от поверхности почвы вниз, эффективно используя СЁЗА. Другого не дано по определению.

Пара слов о капельном орошении. Поскольку увлажняется локальный объём грунта, испарение влаги неизбежно вызовет накопление солей по периферии увлажняемого контура. Опреснение потребует затрат воды, средств и иной системы (техники) подачи воды на промывку если это не будет происходить за счет осадков. Поэтому этот способ бесперспективен при минерализации оросительной воды выше 0,5 г/л и может быть применен только в предгорьях, где достаточно осенне-зимних осадков, чтоб устранить соленакопление.

Мы здесь сознательно не останавливались на еще одном, втором по важности аспекте проблемы: роли таких статей расхода поливной воды, как поверхностный и глубинный сбросы при разной технике полива, а так же затрат на испарение при дождевании в формировании мелиоративного состояния орошаемых земель. То есть, об их влиянии на возможность устойчивого поддержания заданного коридора (диапазона) агротехнических требований в течение вегетации в тех или иных природных условиях, как на самом поле, так и на соседних, особенно, гипсометрически ниже расположенных. Дело в том, что этот аспект - большая и самостоятельная тема, которую нужно рассматривать отдельно. В разделе "Влияние техники полива на мелиоративное состояние земель" мы вернёмся к этому вопросу.

18 февраля. 2004 года

Как с нами связаться

Вернуться на главную страницу