8.4. Показатели биологического круговорота вешества под естественным растительным покровом, т/га

Показатели биологического		Почвы различных зон
круговорота	подзолистые	черноземы	каштановые		пустынные
Общая биомасса	170,0.. .360,0	19,0...25,0	10,0...22,5		4,3
Содержание в биомассе	1,50...4,00	1,00...1.16	0,60... 1,20		0,185
химических элементов Ежегодный прирост био­	5,5...10,0	11,0...14,5	5,0...10,0		1,4
массы Содержание в приросте	0,085. .0,215	0,530...0,785	0,295...0,620		0,070
химических элементов Ежегодный опад	4,0...7,0	10,...3,0	4,0...9,0		1,2
Содержание в опаде хими­	0,060.0,165	0,480...0,720	0,260...0,550		0,060
ческих элементов Накопление части опада в 0,20...0,50		0,10...0,15		0,03
виде подстилки Накопление химических	1,000	0,275...0,740	0,125

элементов в подстилке

При рассмотрении особенностей мелиорируемых земель в раз­личных природных зонах необходимо учитывать.

1. Различие в изменении естественного водного режима. Наиболее плодородные почвы (черноземы) в естественных ус­ловиях сформировались при гидротермическом режиме, харак­теризующемся /= 0,8...1,0. Такое соотношение водных и тепло­вых ресурсов оптимально с точки зрения почвенных процессов, поэтому можно оценить примерные объемы водоподачи и сте­пень изменения естественного водного режима с учетом есте­ственного увлажнения и изменения радиационного баланса де­ятельной поверхности при увлажнении почв (табл. 8.5). Завыше­ние оросительных норм приводит к нерациональному расходова­нию водных ресурсов и во многих случаях — к ухудшению мели­оративного состояния орошаемых земель в степной и сухостеп­ной зонах.

5. Изменение естественного водного режима почв различных природных зон (по и. П. Айдарову)

Природная зона	R, кДж/см1 в год			0с, мм		^opt		Op,		мм		Ор/Ос
Пустынная	251.	.293	300		0,9		800..		1000		2,70.		.3,00
Сухостепная	167.	.209	300...450		0,9		300.		.600		0,70.		.2,00.
Степная	159.	.176	500...600		0,9		100.		.280		0,15.		.0,50

2. Различие в степени естественного увлажнения по годам. Орошение в пустынной зоне — основной источник водоснабже­ния растений, в то время как орошение в сухостепной и особенно в степной зонах —только дополнение к атмосферным осадкам и должно снимать возникающие дефициты естественного увлажне­ния почв. Поэтому оросительные нормы по годам для основных природных зон существенно отличаются.

В пустынной зоне оросительные нормы по годам, как правило, изменяются в 1,1...1,2 раза, а в сухостепной и степной зонах —в

2. .3 раза.

3. Различие в объеме и химическом составе солей, поступаю­щих в почвы с оросительной водой. Минерализация поверхност­ных вод закономерно уменьшается с юга на север с 0,5...1,5 г/л в пустынной зоне до 0,3...0,5 г/л в степной зоне. Объем солей, по­ступающих в орошаемые почвы, оценивают по общей минерали­зации поверхностных вод и оросительным нормам. Ежегодное по­ступление солей составляет 4...13,5 т/га в пустынной зоне,

5. .6т/га — в сухостепной и 0,3..Л,4т/га — в степной зоне. При снижении общей минерализации поверхностных вод содержание в воде катионов Na и Са уменьшается, аниона НСОз увеличивает­ся.

4. Различие в основных свойствах и питательном режиме почв. Почвы сухостепной и степной зон в отличие от пустынной зоны богаты гумусом и обладают высокой емкостью катионного обме­на, что определяет необходимость применения различных мелио­ративных режимов на орошаемых землях.

Анализ основных особенностей формирования водно-солевого и питательного режимов почв в естественных условиях и при оро­шении позволяет сформулировать основные принципы и методы комплексного регулирования и оптимизировать мелиоративные режимы в различных природных зонах.

Мелиоративный режим может быть благоприятным, когда в результате рационального орошения или осушения земель и вы­полнения всех мероприятий, входящих в систему земледелия, уро­жайность и плодородие почв увеличиваются, и неблагоприят­ным — при засолении, осолонцевании, заболачивании почвы, усиленном разложении и потере органического вещества.

Условно весь комплекс мелиоративных задач можно разделить на две группы: анализ процессов почвообразования и формирова­ния почвенно-мелиоративных условий и на его основе обоснова­ние необходимости мелиорации, разработка методов и технологий мелиорации как комплексного управления биологическим и гео­логическим круговоротами. Первая группа является естественно­исторической, когда изучают процессы массо- и энергопереноса абиотической и биотической природы; вторая относится к соци­ально-экономической среде и предусматривает выработку опреде­ленных принципов принятия решений. Возможность управления биологическим и геологическим круговоротами основана на цело­стном описании природных процессов. Существование ландшаф­тных природных комплексов, как всякой открытой системы, воз­можно при условии постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой, а направленность и интенсивность их разви­тия связаны с взаимодействием потоков вещества и энергии раз­личного происхождения.

Для комплексного проведения мелиорации земель необходимо иметь систему моделей, описывающих взаимодействие отдельных составляющих биологического и геологического круговоротов, си­стему, позволяющую получать количественные характеристики изменения параметров круговоротов. В качестве изучаемой систе­мы можно рассмотреть три блока, связанных между собой потока­ми вещества и энергии: первый — приземный слой атмосферы; второй — почвы и растения; третий — грунтовые воды. Эта систе­ма описывается балансовыми уравнениями, отражающими зако­ны сохранения вещества и энергии.

Тепловой баланс почвенного слоя (кДж/см² за определенный промежуток времени) может быть выражен уравнением (2.14).

Водный баланс (мм) за определенный промежуток времени в общем виде для условий немелиорированных и мелиорированных территорий можно записать в виде системы (2.7).

Химический баланс (токсичных солей и элементов минераль­ного питания растений) в общем виде для почвенного слоя, т/га:

AG = G_Bn + Gf + G_M і G_g — Gy — G₃, (8.8)

где AG — изменение запасов данного химического вещества в почве за рассматри­ваемый промежуток времени; С_вп — поступление вещества в почву с водой, впи­тывающейся с поверхности; G_f— поступление вещества с удобрениями или хим-

мелиорантами; G_M — образование вещества в результате микробиологической и макробиологической деятельности п почве; G_g — поступление вещества из грунто­вых вод или вымывание его в грунтовые воды; <?_у — вынос вещества с урожаем; <?_э — потеря минерального вещества из почвы в результате ветровой или водной эрозии.

Баланс органического вещества почвы, т/га, за определенный промежуток времени:

АГ = Г_р + />- r_u-r_g- Г_э, (8.9)

где дГ— изменение запасов органики в почве; Г_р поступление органического вещества с семенами, растительными остатками (наземная и корневая часть рас­тений); Гр— внесение вещества с органическими удобрениями; Г_м — минерализа­ция органического вещества почвы; /’, — вымывание в грунтовые воды; Г_э — поте­ря органики почвы в результате ветровой и водной эрозии.

Из приведенных уравнений следует, что формирование по­чвенно-мелиоративных условий — результат совместного дей­ствия всех указанных факторов. Водный режим является наиболее управляемым инженерными приемами показателем плодородия почв и в значительной степени определяющим продуктивность сельскохозяйственных угодий. Водный режим оказывает влияние на воздушный, тепловой, химический и биологический режимы почвы. Основные показатели водного режима почвы —ее влаж­ность и глубина уровня г рунтовых ВОД. Эти величины определяют направление и интенсивность водообмена между зоной аэрации и грунтовыми водами.

Почвенно-мелиоративные условия изменяются в связи с рас­пашкой, сельскохозяйственным использованием земель и осуще­ствлением гидротехнических мелиораций в разных природных зо­нах. Распашка, освоение земель и их мелиорация способствуют увеличению радиационного баланса, теплообмена, суммарного испарения. В зависимости от зоны этот рост более или менее зна­чительный. В аридной зоне радиационный баланс увеличивается на 10...20 % в результате распашки и дополнительно до 20...30 % от орошения. Распашка и осушение земель в гумидной зоне не при­водят к столь значительным изменениям радиационного баланса. Здесь радиационный баланс увеличивается на 0...10 %, а орошение дополнительно увеличивает его на 5... 10%. С точки зрения по­чвенных и мелиоративных процессов эти изменения положитель­ны для гумидной зоны и отрицательны для засушливой зоны.

Для поддержания мелиоративного режима необходимо согла­сование потребностей расширенного воспроизводства плодородия почв и охраны природы в условиях интенсивного земледелия, обеспечивающего получение заданных урожаев сельскохозяй­ственных культур. Плодородие почв — результат почвообразова­тельного процесса, слагающегося из большой совокупности био­логических, химических и физических процессов. Необходима оптимизация мелиоративного режима, которая должна быть осно­вана на прогнозах водно-воздушного, химического и биологичес­кого режимов почв для различных вариантов гидромелиоративных систем и известных природно-хозяйственных условий мелиориру­емых территорий.

Опыт применения таких подходов позволяет в первом прибли­жении количественно оценить показатели мелиоративного режи­ма в различных природных зонах и наметить наиболее рациональ­ные пути улучшения мелиоративного состояния сельскохозяй­ственных земель.