книги из ГПНТБ / Природно-мелиоративное районирование территории перспективного орошения Нижнего Поволжья

Г Л А В А V

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЧВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОРОШЕНИИ

Несмотря на давность существования орошения в По­ волжье, ни научные, ни производственные организации не ве­ ли наблюдения за состоянием почв большинства оросительных систем.

Первая попытка анализа и обобщения результатов оро­ шения на системах принадлежит академику А. Н. Костико­ ву (1914), который в книге «Очерки по орошению на юге и юго-востоке России» подчеркивает: «Учет старых факторов является весьма необходимым при начале новых планомер­ ных работ по орошению...». Однако в этой работе нет харак­ теристики почвенного покрова и его изменений в результате орошения. В дальнейших работах А. Н. Костикова (1923— 1925), в работах П. Е. Простакова и А. М. Алпатьева (1929) сведений об эволюции почв при орошении также не содер­ жится.

Изучение влияния орошения на почвы орошаемых терри­ торий Поволжья начато в 1932—1933 гг. под руководством В. А. Ковды и И. Н. Антипова-Каратаева и велось непро­ должительное время, до 50-х годов. За это время довольно обстоятельно изучены процессы и условия вторичного засо­ ления и рассоления почв при орошении (Ковда, 1937; Бирю­ кова, 1962, и др.). В монографии И. А. Антипова-Каратаева и В. Н. Филипповой (1955) более обстоятельно изложены'ма­ териалы по изучению темно-каштановых почв под воздей­ ствием 15-летнего непрерывного орошения.

В начале 60-х годов работы по изучению влияния на поч­ венные процессы велись в почвенной лаборатории ВНИАЛМИ под руководством доктора с.-х. наук А. М. Вялого.

С 1969 года Волжским научно-исследовательским инсти­ тутом орошаемого земледелия проводятся в стационарных условиях исследования по изучению влияния орошения на почвенные процессы, потому что несистематические исследо-

314

со

Н *

сл

Физический вид этого выражения определяется способностью почвы поглощать тепло лучистой энергии солнца. Чем выше при прочих равных условиях численное значение показателя нагреваемое™ почвы, тем выше и потенциальная возможность испарения. Вычисленные показатели нагреваемое™ для 10 см слоя: неорошаемая почва—1,13, орошаемая — 0,91; для 20 см слоя: неорошаемая — 1,08, орошаемая — 0,87. Как видно по показателям нагреваемое™, последние стали меньше в орошаемой почве, чем в неорошаемой. Следовательно, в орошаемой почве уменьшилась потенциальная возможность

лением теплообмена будет направление от воздуха к почве, перепад температур будет иметь отрицательный знак и на­ оборот. В. Н. Димо установлено, что численное значение по­ казателя нагреваемое™ почвы (при 20-кратном увеличении) совпадает с величиной затраты тепла на испарение. Для 20сантиметрового слоя неорошаемой почвы — 21,6 кал/см2, оро­ шаемой— 17,4 ккал/см2.

Изменение показателя нагреваемое™ в сторону уменьше­ ния (Н<1) является положительным фактором для жизни растений и для почвенных процессов (будет уменьшаться скорость минерализации органического вещества и увеличи­ ваться скорость гумификации, что должно приводить к уве­ личению массы органического вещества). С. И. Радченко (1966) считает, что отрицательный градиент (перепад) тем­ пературы, когда почва холоднее воздуха, физиологически оптимален для большинства растений.

Сезонная динамика С02 почвенного воздуха и особенно­ сти поведения углекислого кальция. Значение С 02 почвен­ ного воздуха для растений и биохимических процессов в поч­ ве исключительно велико. Действуя на химические компо­ ненты почвы, С 02 повышает их растворимость, улучшает пищевой режим и т. д. Поступление С 02 из почвы в призем­ ный слой воздуха может достигать больших размеров и, как показали исследования Иванова и Коссовича (1946), Мака­ рова (1952), более половины С 02, пошедшей на построение урожая, принадлежит почвенной С 02. Углекислый газ явля­ ется важным фактором химического выветривания и нахо­ дится в равновесии с С 02 почвенных растворов, изменяя их кислотность. Углекислота производит растворяющее действие на ряд труднорастворимых соединений: карбонаты перехо­

317

дят в бикарбонаты, увеличивается растворимость фосфатов. В связи с этим можно предположить, что в периоды интен­ сивного образования СОг в-почве усиливается мобилизация питательных веществ, т. е. переход их в доступные формы. Без знания режима СОг почвенного воздуха нельзя разо­ браться в сезонных миграциях углекислого кальция, кото­ рый играет важную роль в 'почвенных процессах. Изучение сезонной динамики СОг почвенного воздуха в течение 3 лет показало, что наиболее низкие концентрации СОг почвен­ ного воздуха отмечаются в апреле. Причем на дождевании в это время количество СОг меньше, чем на чековом оро­ шении, и почти одинаково по всему 6-метровому профилю. Начиная с мая количество СОг почвенного воздуха возраста­ ет вследствие интенсификации биологических процессов вплоть до сентября, после чего концентрация СОг начинает уменьшаться. Самые высокие концентрации СОг почвенного

С 02 лежат в интервале от 1 до 3,8%-СЗОО до 600 см конценцентрацни СОг’в почвенном воздухе невелики (можнополагать, что СОг в этих слоях абиотического происхождения, т, е. по­ ступает сюда из вышележащих слоев при изменении парци­ ального давления СОг). В неорошаемой светло-каштановой почве самые высокие концентрации СОг почвенного воздуха

этих слоях. Большая часть углекислого газа уходит из почвы в атмосферу в процессе так называемого дыхания. Вследствие этого верхние слои имеют концентрацию СОг порядка 0,1 — 0,5% от объема. После обильных дождей и поливов умень­ шается газообмен с атмосферой. В такие периоды парциаль­ ное давление в верхних слоях делается выше, чем в нижеле­ жащих, в результате чего средняя часть профиля пополняется углекислотой. Зимне-весенние нисходящие токи на фоне низких концентраций С 02 не вызывают потерь углекислого кальция.

При поливах в дождливую погоду во второй половине ве­ гетационного сезона такое распределение концентраций спо­ собствует кратковременному выносу СаСОз в нижележащие слои. Почвенные растворы, передвигаясь вниз по профилю, встречают вое более высокие концентрации СОг и более низ­ кую температуру (см. термоизоплеты), растворяют добавоч­

318

ные количества СаСОз и переносят его до глубины 240— 300 см, где большая часть выпадает в осадок, вследствие изг менения парциального давления углекислого газа (концен­ трация СОг на этих глубинах 0,4—0,81%). В последующее после поливов время начинается восходящее движение поч­ венных растворов также на фоне высоких концентраций СОг, вследствие чего значительная часть углекислого кальция вновь переносится к верхнему максимуму их скопления.

Таким образом, прогрессивного выщелачивания углесолей в орошаемых почвах не должно наблюдаться, в то время как легкорастворимые соли вымываются из почвенного профиля до глубины промачивания. А растворимость СаСОз всего в 10 раз ниже, чем гипса, который переносится к нижней гра­ нице промачиваемого слоя.

Определение верхней границы максимума скопления кар­ бонатов показывает, что в результате 3-летнего орошения гра­ ница их не сместилась .вниз, отмечается лишь сезонная изменчивость. Количественное определение карбонатов свиде­ тельствует о перераспределении их по профилю орошаемых почв с увеличением содержания и верхнем 0,5 м слое. Следо­ вательно, уже с первых лет орошения происходит подъем карбонатов к поверхности. За 11 лет, прошедших после нача­ ла орошения, в светло-каштановых почвах Волгоградской об­ ласти (Среднеахтубинская оросительная система) карбонаты заметно поднялись к поверхности.

Так, в слое 10—20 см количество их увеличилось вдвое, в слое 20—30 см — в 4 раза. Вниз по профилю количество кар­ бонатов в орошаемых почвах становится меньше, чем их бы­ ло до орошения, вследствие перераспределения и передвиже­ ния массы карбонатов к поверхности.

Столь своеобразное поведение углекислого кальция в поч­ венном профиле зависит, как мы видели выше, не столь­ ко от преобладающего направления тока воды, как это про­ исходит с CaS04, NaCl, т. .е. от водного режима, сколько от особенностей распределения СОг почвенного воздуха и его парциального давления (табл. 155). Растворимость же CaS0 4 , NaCl и Na2S04 не зависит от парциального давления СОг почвенного воздуха, все соли, разные до растворимости, концентрируются примерно на одной глубине.

Таким образом, углекислая известь передвигается в почве по своим особым законам, в своей подвижности тесно связа­ на с режимом углекислоты почвенного воздуха и термическим режимом почвы. Как мы уже видели, периодам восходяще-

319

го движения подвешенной влаги' в орошаемых почвах отве­ чают весьма высокие концентрации (в 2—5 раза выше, чем в неорошаемой почве) углекислоты, а следовательно, и углесолей. Благодаря этому, несмотря на большие дозы поли­ пов, карбонат кальция очень устойчив против процессов вы­ щелачивания.

Органическое вещество. У некоторых специалистов сель­ ского хозяйства бытует мнение, что в процессе орошения количество гумуса уменьшается, ухудшается его качествен­ ный состав, и, как следствие, снижается плодородие. Опре­ деление общего содержания гумуса и его группового состава светло-каштановых почв до орошения и после 11 лет ороше­ ния показывает, что в первые 11 лет орошения в верхнем 0— 20 см слое происходит некоторое' уменьшение общего гумуса за счет резкого снижения группы фульвокислот (табл. 156), очевидно, вследствие миграции их е поливными водами вниз по профилю. В это же время несколько уменьшается содер­ жание гуминовых кислот. Это можно, по всей вероятности,

320

объяснить также тем, что в описываемых почвах (до ороше­ ния целинных) еще происходит распад органического веще­ ства после вспашки целины вследствие интенсификации ми­ кробиологических процессов. Этот распад, очевидно, проис­ ходит за счет наиболее мобильной части гумусовых веществ— фульвокислот. В слое 10—30 см орошаемых светло-каштано­ вых почв в течение 11 лет уже заметно увеличение содержа­

ния гуминовых кислот. Отношение ^ г‘- - резко возрастает.

' - ' ф К

Следовательно, орошение уже с первых лет вызывает интен­ сификацию процессов гумусообразования, которое приводит к изменению качественного состояния органической части почв.

Значительным количеством материалов по светло-кашта­ новым почвам (Антипов-Каратаев, 1955) показано, что с увеличением степени увлажнения почв происходит смена ра­ стительных формаций и взаимообусловленная смена стадий почвообразования в сторону лугово-дерновых типов и с уве­ личением содержания органического вещества. А. Д. Щего­ лева (1953) при исследовании лиманов Валуйской станции (светло-каштановые почвы в комплексе с солонцами) устано­ вила, что в результате длительного орошения (более 100 лет) произошло повышение содержания перегноя. За длительный период орошения светло-каштановые почвы превратились в лугово-дерновые почвы, произошло весьма существенное по­ вышение содержания гумуса. Н. Д. Беспалов (1933) при ис­ следовании лимана, расположенного при слиянии рек Торгуна и Водянки на светло-каштановых почвах в комплексе с со­ лонцами, установил, что здесь появился процесс осолодения. Доказательством этого являются данные анализа щелочных вытяжек из почв по методу Гедройца (табл. 157).

Однако осолодение при лиманном орошении вследствие развития луговой растительности перекрывается в значитель­ ной степени развитием дернового процесса, приводящего к накоплению значительных количеств органического вещества, азота и фосфора. Процессы осолодения при длительном ли­ манном орошении отмечаются на светло-каштановых почвах бывшей Тингутинской опытно-мелиоративной станции. Приз­ наки осолодения отчетливо определяются по избытку БЮг в щелочной вытяжке: на глубине 0—10; 10—25; 25—50 см на не­ орошаемых почвах содержание SiC>2 — 0,908; 0,314; 0.538; на орошаемых — 2,227; 1,020; 0,859%. Происходит существенное обогащение почвы органическим веществом — 3,16% против

1,57%, при этом значительно изменилось качество гумуса: увеличилось содержание фракции гуминовой кислоты (до 0,38% вместо 0,14—0,16%). В итоге улучшается структура, увеличивается количество водопрочных агрегатов. В светло-

каштановых почвах Малоузенского стационара посев много­ летних трав при орошении поддерживает начальный уровень гумуса в почве. В орошаемых светло-каштановых почвах в составе обменных оснований увеличивается доля обменного кальция, уменьшается содержание обменного магния (Анти­ пов-Каратаев и Филиппова, 1955; Бирюкова, 1962).

Рассмотренный материал исследований показывает, что орошение светло-каштановых почв в условиях травопольных севооборотов в отсутствии вторичного засоления и заболачива­ ния не вызывает полного разрушения устойчивых соединений почвы, создается некоторая стабилизация в содержании гу­ муса и улучшение его качественного состава и не происходит снижения плодородия.

Влияние орошения на почвенные процессы в темно-кашта­ новых почвах. Описание орошаемых и неорошаемых почв Ершовского района Саратовской области дает следующую картину. В орошаемой почве заметно увеличился по мощности гор. А, почти не именился гор. Вь Однако отчетливо видно из­ менение гумусированности: если в неорошаемой почве окрас­ ка горизонта Bi неравномерная и более светлая, в орошаемой

— однородная и более темная. Горизонт В2 в орошаемой почве более плотный и имеет ореховатую структуру. В целом про­ филь орошаемой почвы более плотный, чем неорошаемой. Под влиянием орошения карбонатный профиль изменяет свои первоначальные очертания. В неорошаемой почве белоглазка обнаруживается в нижней части гор. В2 и отчетливо выра-

322