книги из ГПНТБ / Нурманов, А. Н. Мелиорация засоленных земель в современной дельте реки Аму-Дарьи

В низовьях реки Аму-Дарьи в холодное время года можно да­ же глазомерно наблюдать более резко выраженность и широкое распространение солончаковых пространств, чем в жаркое летнее время. Предполагается, что одной из причин этого являются тер­ мокапиллярные потоки, которые в наших условиях возникают с конца сентября и начала октября, когда достаточно, снижена тем­ пература воздуха у поверхности почвы.

§ 4. ИСПАРЕНИЕ С ГОРИЗОНТА ГРУНТОВЫХ ВОД

Испарение непосредственно с горизонта грунтовых вод на практике не наблюдается. Оно происходит с капиллярной каймы, т. е. с поверхности капиллярной воды, поднимаемой с горизонта грунтовых вод, расход которых полностью возмещается капилляр­ ным притоком из горизонта последних. Причем, с подъемом уров­ ня грунтовых вод капиллярная кайма приближается к почвенному покрову и усиливается скорость испарения, которая достигает мак­ симальной величины при расположении капиллярной каймы на дневной поверхности земли.

Если же уровень грунтовых вод опускается вниз, то капилляр­ ная кайма также углубляется вглубь почвы и скорость испарения уменьшается, а при достаточном понижении уровня грунтовых вод испарение с капиллярной каймы полностью прекращается.

Поскольку испарение с капиллярной каймы происходит за счет грунтовых вод, поднимаемых по капиллярным трубкам почвы, то его считают испарением с горизонта грунтовых вод.

Известно, что процесс испарения грунтовых вод связан с глуби­ ной залегания, амплитудой колебания и минерализацией грунто­ вых вод, а также зависит от температуры воздуха, его относитель-' ной влажности, физико-химических свойств почвы (крупность, строение и химический состав почво-грунтов), полностью характе­ ризующихся величиной капиллярного поднятия, которая является постоянной для данных почв и грунтов. Испарение грунтовых вод осуществляется, главным образом, за счет расходования капил­ лярной воды, дефицит которой компенсируется восходящими ка­ пиллярными токами из водоносного горизонта.

Как изложено выше, что геологическое строение и гидрогеоло­ гические условия современной дельты реки Аму-Дарьи способству­ ют накоплению запасов грунтовых вод, образующихся за счет фильтрации из оросительных каналов и инфильтрации с орошае­ мых площадей, которые, не имея обеспеченного оттока, постоянно держат уровень грунтовых вод близко к поверхности земли. При­ чем основной расходной частью из баланса является испарение, вследствие которого происходит интенсивное накопление солей в грунтах и грунтовых водах.

По материалам Хорезмской гидрогеологической станции в ни­ зовьях реки Аму-Дарьи количество испарившихся грунтовых вод с

102-

шении расход грунтовых вод к суммарному расходу испарения на хлопковом поле составляет соответственно 63,3% и 3%.

В процентном отношении расход грунтовой воды составляет 78% и 2,5% от суммарного расхода влаги люцерновым полем.

Следовательно, из приведенных данных можно сделать вывод, что испарение грунтовых вод через почву происходит при глубине их залегания до 3 м от поверхности земли. А при глубине залега­ ния более 3 м процесс испарения грунтовых вод постепенно прек­ ращается. С уменьшением глубины грунтовых вод, т. е. с подъе­ мом уровня последних к поверхности земли величина испарения грунтовых вод увеличивается и возрастает их минерализация. До­ казано, что при прочих равных условиях, чем суше климат, тем больше повышается минерализация грунтовых вод. Отсюда вид­ но, насколько огромна роль испарения с горизонта грунтовых вод, которая при минерализации 10 г/л (что является вполне возмож­ ной для орошаемых площадей) ежегодно оставляет от 34 тонн/га при глубине 0,5 м до 10 тонн/га при глубине 2,5 м легкораствори­ мых солей, вредных для развития культурных растений. Эти соли перераспределяются в грунтах и грунтовых водах в зависимости от микрорельефа местности. Причем за счет их на орошаемых пло­ щадях, изучаемой дельты реки, появляется пятнистое засоление почвы, ежегодно нуждающиеся в большой промывной норме. Под влиянием этих промывных поливов при отсутствии дренажа уро­ вень высокоминерализованных грунтовых вод все больше прибли­ жается к поверхности земли и, вследствие их подпора, уменьшает­ ся эффективность промывных поливов, увеличиваются размеры пятнистого засоления за счет остающихся солей после интенсив­ ного испарения грунтовых вод. Поэтому здесь из-за отсутствия дренажа ежегодно выходит из сельскохозяйственного оборота большое количество высокоплодородных и обеспеченных иррига­ ционной сетью посевных площадей.

Полевыми исследованиями М. М. Крылова, П. А. Летунова {1958 г.) было установлено, что расходная часть баланса грунто­ вых вод на орошаемых площадях низовьев реки Аму-Дарьи

103

складывается, главным образом, за счет испарения и транспира­ ции. По их подсчетам, испарение и транспирация непосредственно на орошаемых участках составляют около 80—85% от общей сум­ мы расхода грунтовых и почвенных вод; 15—20% от приходной статьи грунтовых вод оттекает на соседние неорошаемые площа­ ди. Это положение вытекает из того, что современная дельта реки Аму-Дарьи представляет собой бессточную впадину, которая обра­ зует бассейн подземных вод. В результате этого скорость движе­ ния грунтовых вод становится очень незначительной, а расход их,

восновном, происходит в вертикальном направлении в виде влагообмена, благодаря действию процессов испарения. Поэтому, хотя

ввегетационный период вносится на поля очень большой объем воды, уровень грунтовых вод в современной дельте реки АмуДарьи летом все время понижается. Такое явление может проис­ ходить лишь в том случае, если расходная часть баланса грунто­ вых вод летом превышает приходную.

Таким образом, в низовьях реки Аму-Дарьи испарение и транс­ пирация являются основной частью в балансе грунтовых вод, при­ чем испарение особенно интенсивно протекает в мае—августе, при резкой нарастающей температуре почвы и неглубоком залегании грунтовых вод после весенних промывных поливов.

§ 5. ТРАНСПИРАЦИЯ

Транспирация (испарение воды зелеными частями растений) определяется биологическими и физиологическими особенностями растений в период их вегетации. Но главными факторами, воздей­ ствующими на транспирацию растений, являются влажность воз­ духа, ветер и степень нагревания воздуха солнцем. Поэтому транс­ пирация представляет собой результат взаимодействия внутренних физиологических факторов растений и внешних метеорологиче­ ских факторов окружающей среды.

Благодаря транспирации, т. е. отдачи воды растением в воз­ дух, почвенная вода с пищей перемещается от корней к тканям и листьям растений. При транспирации происходит доступ в расте­ ние углекислоты воздуха (углерода), которая способствует обра­ зованию органического вещества растения.

Известно, что при испарении жидкости с поверхности какоголибо тела всегда затрачивается некоторое количество тепла, содер­ жащегося в самом теле, в результате чего температура его пони­ жается. Такой же процесс происходит и при транспирации: испа­ рение воды через листья понижает температуру растения, что за­ щищает его от перегрева солнечными лучами.

Жизнедеятельные части растений на 80% и более состоят из воды и в период роста растений, в особенности в его первые фазы, она является основным материалом, постепенно заменяемым отло­ жениями клетчатки и других скелетных веществ, укрепляющих

1 04

клеточные оболочки. Потребность в воде на транспирацию выра­ жают количеством граммов воды, затрачиваемым за вегетацион­ ный период на образование одного грамма сухого вещества ра­ стения. Эта величина называется транспирационным коэффициен­ том, который изменяется в зависимости от метеорологических фак­ торов, рельефа местности, рода, вида, сорта и урожайности расте­ ний, возраста, условий и места их произрастания и т. д. В то же время растение непрерывно расходует огромное количество воды ів процессе транспирации. Для поддержания в своих тканях в необ­ ходимом количестве воды, растение должно бесперебойно возме­ щать эту трату; подавая в листья воду из почвы при помощи кор­ невой системы. Вода поступает в растение под действием сосущей силы его, т. е. всасывающим давлением клеточного сока, измеряе­ мым величиной давления в атмосферах или сантиметрах ртутного (или водяного) столба, чем меньше влаги в клеточном соке, тем (вы­ ше его концентрация и больше всасывающая сила. Причем она за­ висит от биологических особенностей, возраста, условий и места произрастания растений. Так, по А. Е. Нерозину (1964 г.) в оро­

при влажности завядания растений. С увеличением засоленности почвы, ее водоудерживающая сила также возрастает и на солон­

живающей силы почвы. Если же влажность почвы сильно понижа­ ется, то всасывающая сила почвенного раствора начинает превы­ шать сосущую силу растений; в этом случае поступление воды из почвы в растение прекращается. Прекращение поступления воды в растение происходит и на значительно засоленной почве, когда концентрация почвенного раствора значительно увеличивается. Следовательно, для нормального роста сельскохозяйственных

период требуется во влажном климате 250—300 г воды, а в сухом климате — 450—500 г, из которых только 0,15—0,20% усваивается в процессе питания растения. Остальное же количество воды ис­ паряется с поверхности его, поддерживая ткани в состоянии посто­ янного насыщения, которое необходимо для жизни растений. Причем, для этой цели разные растения потребляют разное коли­ чество воды. Например, хлопчатник на 1 г урожая расходует

10 5

400—800 г; фуражная люцерна — 600— 1100 г; кукуруза и джуга­

что общее количество воды, затрачиваемое посевной площадью на создание урожая (исключая потери воды за пределы корнеобита­ емого слоя), складывается из расхода воды растениями и расхода воды на испарение из почвы. При этом, если общий расход воды площадью принять за 100%, то на долю растений приходится 60—80%, а на испарение из почвы — 40—20%.

Расход воды на создание урожая сельскохозяйственных куль­ тур зависит от высококачественной агротехники и окультуренности почвы. При несвоевременных обработках после полива и при плохой агротехнике сокращается доля расхода воды на транспира­ цию и возрастает доля бесполезной траты ее почвой.

Транспирация растительности может быть использована для уменьшения испарения почвой и для понижения уровня грунто­ вых вод.

Растения способствуют созданию комковатой структуры почвы, которая препятствует капиллярному подъему воды и затеняет поч­ ву и тем самым уменьшают испарение с нее. В результате чего уменьшается накопление вредных солей в верхних слоях почво­ грунта. С другой стороны, растения с глубоко залегающей корне­ вой системой, для своего развития потребляют воду в основном из грунтовых вод и поэтому значительно понижают уровень послед­ них.

Установлено, что в условиях современной дельты реки АмуДарьи с увеличением КЗИ, т. е. с уменьшением площади неоро­ шаемых земель среди орошаемых, величина естественного оттока грунтовых вод с орошаемых полей к неорошаемым землям умень­ шается, но зато возрастает величина транспирации, так называе­ мого, биологического дренажа, так как культурные растения значительно больше испаряют воды, чем дикая растительность не­ орошаемых земель. Поэтому увеличение площади покрытой куль­ турной растительностью, повышает расход грунтовых вод через транспирацию.

Баланс грунтовых вод показывает, что фактор транспирации составляет 70—80% всего расхода грунтовых вод. Поэтому многие исследователи предполагают, что увеличение КЗИ не всегда со­ провождается повышением уровня грунтовых вод, особенно в усло­ виях правильной эксплуатации оросительных систем, нормального водопользования и введения севооборотов.

Влияние транспирации сельскохозяйственных культур на сни­ жение уровня грунтовых вод тем сильнее, чем ближе к поверхно­ сти они залегают. Н. Н. Фаворин (1954 г.) указывает, что при глу­ бине их залегания в 5—6 м транспирация не сказывается на режим грунтовых вод. Наибольших размеров транспирация достига­ ет в первые дни после начала поливов; в середине и в конце меж­ поливного периода расход на транспирацию обычно меньше. Годо­ вое испарение с поверхности, покрытой растительностью, превы­

106

шает в среднем в два раза испарение почвы без растительности. По наблюдениям Н. Н. Фаворина, участки хлопчатника в период

Транспирация древесной растительностью может в несколько раз превышать транспирацию хлопчатника и других растений. Погло­ щая грунтовую воду, лесные насаждения способствуют понижению

постоянных каналов, по границам орошаемых участков, вдоль до­ рог, на территории усадеб и т. д.

Согласно существующей водоподачи в современной дельте реки Аму-Дарьи, максимальный дренажный модуль здесь составляет примерно 0,4 лісек на 1 га орошаемых площадей. Для того, чтобы поддержать глубину грунтовых вод на критическом уровне в тече­ ние года, -необходимо отвести коллекторно-дренажной сетью за пределы орошаемых земель 7,3 тыс. м3/га грунтовых вод. А если на границе орошаемых участков произвести насаждение каратала из расчета 100 деревьев на один гектар площади, то через них можно испарить в воздух 9,0 тыс. м3/га грунтовых вод. Разведение лесопо­ садок по границам орошаемых участков является самым дешевым мероприятием по регулированию режима грунтовых вод, по срав­ нению со строительством гидромелиоративных сооружений.

Недостатком -биологического дренажа является то, что -исполь­ зование почвенной влаги древесными породами обычно происходит в период их вегетации — со второй половины апреля до октября месяца. Тогда как водоподача на весеннюю промывку почв произ­ водится с конца февраля и начала марта месяца, т. е. когда расте­ ние еще не испаряет воду. Кроме того, растения и деревья погло­ щают пресную воду, а вредные соли остаются на мелиорируемом участке и их необходимо отвести за пределы орошаемых массивов. Несмотря на это биологический дренаж в условиях современной дельты реки Аму-Дарьи имеет очень важное значение -и является одним из дополнительных мероприятий к гидромелиоративным сооружениям, способствующих ускорению снижения уровня грун­ товых вод под мелиорируемым участком.

В современной дельте реки Аму-Дарьи наблюдается весьма сильное развитие тростниковых зарослей, густота которых состав­

1 0 7

суходолу, широко развитых в низовьях реки Аму-Дарьи, эта вели­ чина понизится до 1000 мм. Исходя из своих наблюдений и данных других исследователей, он дает следующие вероятные расходы грунтовых вод на транспирацию естественной растительностью в дельте реки Аму-Дарьи.

веса. На основании лабораторных анализов он установил, что луго­ вая и лугово-болотная растительность современной дельты реки Аму-Дарьи за апрель — октябрь месяцы израсходует на транспи­ рацию около 16,4 тыс. м3/га воды.

Предполагается, что как на участках периодического затопле­ ния, так и на более или менее влажных суходолах с высоким зале­ ганием уровня грунтовых вод, покрытых влаголюбивой раститель­ ностью, транспирация будет немногим отличаться от участков избыточного увлажнения.

По П. В. Старову (1952 г.) общее количество воды, расходуе­ мое хлопчатником на испарение и транспирацию, распределяется: от всходов до цветения (50 дней) 2,5—3,0 тыс. м3/га\ от цветения до созревания коробочек (60 дней) — 3,6—4,2 тыс. м3/га, в период созревания (40 дней) — 1,2— 1,6 тыс. м3/га. Следовательно, за весь вегетационный период (150 дней) хлопчатник расходует на испа­

108

Г Л А В А VII

ВОДНО-СОЛЕВОЙ БАЛАНС

§ 1. БАЛАНС ПОВЕРХНОСТНЫХ И ГРУНТОВЫХ ВОД

Изучение баланса поверхностных и грунтовых воя орошаемых массивов с учетом природных и водохозяйственных условий -совре­ менной дельты реки Аму-Дарьи решило бы задачу правильной организации и эксплуатации оросительных каналов, определило бы первоочередное направление и -содержание исследований в об­ ласти рационального использования воды в целях дальнейшего развития сельского хозяйства; установило бы закономерности в режиме грунтовых вод под -орошаемыми массивами; нашло бы при­ чины возникновения того или иного режима последних; следова­ тельно, наметило бы способы управления этим режимом, в целях поддержания уровня грунтовых в-од ниже критической глубины и улучшения мелиоративного состояния орошаемых земель. Рацио­ нальное использование воды на орошаемых землях, контролируе­ мое водным балансом, является основой организации водопользо­ вания и мощным средством подъема производительности труда в орошаемых хозяйствах. При этом возможно бережное и экономное использование оросительной воды и снижение себестоимости ее. Появляется возможность дальнейшего расширения орошаемых земель и использования внутренних резервов оросительных -систем; устраняются причины подъема грунтовых -вод , и вызываемого им заболачивания и засоления орошаемых земель и выпадения их из сельскохозяйственного оборота; уменьшаются эксплуатационные затраты.

К сожалению, -вопросами баланса поверхностных и грунтовых вод в современной дельте реки Аму-Дарьи до последнего времени занимались очень слабо и полученные результаты различных авто­ ров при полевых исследованиях не совпадали с фактическими дан­ ными.

Учитывая необходимость разработки этого вопроса для повседневной практической деятельности людей, занимающим-

110