книги из ГПНТБ / Марков Е.С. Мелиорация пойм нечерноземной зоны

Г л а в а IV

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО И ПИТАТЕЛЬНОГО РЕЖИМОВ ЗАБОЛОЧЕННЫХ ПОЙМ

Теоретические обоснования необходимости регулирова­ ния водного и других режимов осушаемых земель разра­ ботаны А. Н. Костиковым. Чем интенсивнее используются заболоченные пойменные земли, тем интенсивнее требуется осушение их.и тем резче выявляется необходимость регули­ рования водного режима, увлажнения поймы.

Как избыток, так и недостаток влаги в почве приводит к неудовлетворительному развитию растений, низким и не­ устойчивым урожаям.

Регулирование водного режима пойм достигается сле­ дующими мероприятиями: изменением сроков, глубин, пло­ щадей и продолжительности весеннего паводкового затоп­ ления; прекращением летнего паводкового затопления; пе­ рехватом или подачей на пойму поверхностных и грунтовых вод, лоступающих с водосбора; понижением или подъемом уровня грунтовых вод; подачей воды на пойму из рек, во­ дохранилищ, озер в разные фазы развития культур и про­ изводства сельскохозяйственных работ; выполнением на водосборах соответствующей агротехники, лесомелиора­ ции и строительством гидротехнических сооружений по перераспределению поступления поверхностного и грун­ тового стока на пойму с водосбора.

Одновременно с регулированием водного режима сле­ дует регулировать питательный режим пойм внесением удоб­ рений и созданием условий для отложения содержащихся в поверхностных и грунтовых водах питательных веществ.

Проведение гидромелиоративных, культуртехнических и агротехнических мероприятий на пойменных землях спо­ собствует регулированию содержания в почве воды, тепла, воздуха, пищи. Процессы снабжения растений элементами их роста постепенно превращаются из стихийных в управ­ ляемые человеком.

В. Р. Вйльямс считал, что придание почвам прочной ком­ коватой структуры не разрешает еще вопроса снабжения

171

растений в потребных количествах водой, элементами золь­ ной пищи и минеральным азотом.

Водный и другие режимы заболоченных пойм должны регулироваться в течение всего года, так как вегетационный период зависит часто от остальных периодов года.

Потребление растениями воды определяется целым ком­ плексом условий, к которым относятся: содержание в почве воды, воздуха, тепла и питательных веществ и распределе­ ние их по почвенному профилю; состав в севооборотах куль­ тур, фазы их развития, мощность корневой системы и пла­ нируемый урожай; количество выпадающих осадков и их распределение во времени, уровни стояния и расходы грун­ товых вод, направление, сила и продолжительность дейст­ вующих ветров, влажность воздуха, испарение и транспирация растений и т. д.

Результаты опытных исследований и производственного применения разных способов регулирования водного ре­ жима пойменных земель показывают положительное воз­ действие регулирования на плодородие почв и повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Регулирование водного режима в условиях пойм нечер­ ноземной зоны сложное мероприятие. В засушливой зоне орошение и регулирование количества воды и сроков ее подачи находятся полностью в руках человека, так как осадков в период вегетации выпадает очень мало и они не играют роли. В зонах избыточного и неустойчивого увлаж­ нения решающая роль принадлежит осушению, без которого нельзя интенсивно использовать заболоченные поймы. Ме­ роприятия по увлажнению здесь носят временный характер и в некоторые годы совсем не требуются, так как грунтовые воды и атмосферные осадки в вегетационный период могут обеспечить растения необходимой влагой. Увлажнение бла­ готворно влияет на получение высоких урожаев в за­ сушливые годы-, но оно бесполезно и даже вредно в «сырые» годы, когда нужно отводить избыточную воду с поймы.

При проведении увлажнения на поймах необходимы на­ иболее совершенные и быстродействующие по отводу избы­ точных вод осушительные системы, так как возможны случаи, когда после или во время интенсивных поливов на­ ступают периоды затяжных дождей или ливней. Если по­ строить систему без учета отвода воды, поданной для увлаж­ нения поймы, то сельскохозяйственные культуры пострада­ ют от избытка влаги.

172

Увлажнительные мероприятия следует проводить с уче­ том _типа увлажняемых пойм. Для. одинаковых культур в одной и той же климатической зоне методы увлажнения, сроки поливов, оросительные и поливные нормы будут различны при разных типах пойм.

При проектировании мероприятий увлажнительного ре­ жима на поймах необходимо определять их экономическую эффективность и целесообразность, а не только прибавку урожая вообще, так как последняя может не оправдать за­ траты при некоторых сложных условиях.

Большое значение имеет не только общее количество подаваемой воды, но и своевременная подача ее с учетом индивидуальных особенностей и условий роста сельскохо­ зяйственных культур. Выбор сроков и норм поливов ока­ зывает большое влияние на развитие растений, повышение урожайности и на улучшение их качества (например, увели­ чивается содержание белка в злаковых травах и клевере).

Существенное значение имеют выпадающие в вегетаци­ онный период осадки, продолжительность и сроки паводко­ вого затопления, подпитывание почвы грунтовыми водами, климатические условия.

Выбор расчетных норм и сроков полива в избыточно увлажненной зоне очень сложен, а опытных данных мало или вообще нет. От правильного их определения зависит проектирование пропускной способности мелиоративных систем, обеспеченность водоприемника расходами воды для увлажнения, количество увлажняемых площадей и ус­ тановление целесообразности строительства водохранилищ на реке и притоках. Поливная норма зависит от воднофизических свойств почвы, возделываемых культур, тем­ пературы воздуха и почвы, фаз развития растений, глу­ бин залегания грунтовых вод, почвенной влажности и т. д.

Использование грунтовых вод для увлажнения почвы в вегетационный период возможно только после соответ­ ствующих исследований химического, биологического сос­ тава, температуры воды и почвы. На это обычно не обраща­ ют внимания при шлюзовании каналов и дрен, особенно при так называемом предупредительном шлюзовании. Час­ то поступающие с водосбора грунтовые и грунтово-напор- ные воды бедны кислородом, имеют низкую температуру, содержат в избытке железо, известь, и их нельзя сразу использовать для увлажнения.

На пойменных землях следует предусматривать исполь­ зование речных и грунтовых вод, а при недостатке — стро-

173

ительство водохранилищ на реке и притоках или переброску воды из других рек, в зависимости от типов пойм и природ­ ных условий отдельных участков. При этом одинаково своевременно нужно сбрасывать избыточную и подавать недостающую воду.

Увлажнение пойм проводят с помощью инфильтрации воды из реки, притоков, нагорных, ловчих, тальвеговых, магистральных и других каналов и закрытой осушительной сети путем шлюзования и подъема уровней; подпочвенной подачи воды извне по кротовым и трубчатым дренам; оро­ шения дождеванием, когда вода подается из реки, притоков, водохранилищ или перебрасывается из других рек самоте­ ком или насосными станциями. Поступление стока на пойму с водосбора регулируют путем лесопосадок, глубокой вспашки почвы, террасирования. Эти мероприятия прово­ дят раздельно или совместно, в зависимости от условий пойм и их водосборов.

Режим увлажнения заболоченных пойм нечерноземной зоны не получил еще необходимой разработки. Пока нет работ, объективно оценивающих применяемые способы ув­ лажнения, оросительные и поливные нормы, сроки и про­ должительность поливов сельскохозяйственных культур, используемых дождевальных машин на поймах разных ти­ пов нечерноземной зоны. Однако это имеет первостепенное значение при проектировании осушителыю-увлажнитель- ных систем в связи с необходимостью строительства шлю­ зов, водохранилищ, насосных станций, трубопроводов.

Теория расчета оросительных и поливных норм разра­ ботана А. Н. Костиковым. Оросительная норма, то есть количество воды, подаваемое в почву за вегетационный период, рассматривается им как разница между водопотреблением растений и доступными сельскохозяйственным культурам запасами воды в почве:

М = Е—Р0— AW,

где М — количество воды, которое должно быть дано куль­ туре за период вегетации, или оросительная норма;

174

Е —уг м3 /га, где у— урожайность данной культуры, ц/га;

е— коэффициент потребления воды, м3 на 1 ц урожая.

Сповышением плодородия почвы водопотребление уве­ личивается медленнее, чем возрастает урожай. Зависимость урожая от водопотребления постоянно уточняется для кон­ кретных условий. Величина поливной нормы в вегетацион­ ный период выражается зависимостью:

залегания грунтовых вод вследствие капиллярного подпи­ тывания почвы. Продолжительность межполивных перио­

определяется по опытным данным для каждой культуры при конкретных природных условиях, агротехнике и уро­ жайности. Сроки и число поливов увязываются' с фазами развития растений. При выпадении в межполивной период

175

осадков (Р) в поглощаемой почвой форме длина межпо­

а — коэффициент стока.

Межполивной период увеличивается также при исполь­ зовании воды из запасов почвы и из грунтовых вод. При установлении поливных норм определяют не только коли­ чество и распределение осадков в течение вегетационного периода, но и запас влаги в почве.

По А. Н. Костикову, поливной режим составляют для лет определенной обеспеченности, используя следующие данные:

общее водопотребление культуры для создания требуе­ мого урожая (Е=уе) и его изменения в течение вегетацион­ ного периода;

испарение влаги почвой £ 0 и его изменение во времени; естественные запасы влаги в активном слое почвы Н

к началу вегетационного периода данной культуры; количество и распределение атмосферных осадков, по­

ступающих в почву в вегетационный период и в течение года;

динамику суточного потребления влаги данной культу­ рой по фазам развития ее при определенной агротехнике и урожайности;

мощность активного слоя почвы, требующей увлажне­ ния к началу вегетационного периода и в различные фазы развития данной культуры, и запас воды в этом слое, отве­ чающий • потенциальной влагоемкости почвы;

нижние пределы доступной для культур влаги в актив­ ном слое в разные фазы развития растений.

Следует отметить, что агробиологи пока не могут дать гидротехникам величины запасов влаги в почве в разные, фазы развития культурных растений в естественных усло­ виях осушаемых заболоченных пойм нечерноземной зоны,"

впочве которых должен создаваться оптимальный водный

идругие связанные с ним режимы, обеспечивающие полу­ чение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Еще менее известен термический режим почвы за­ болоченных пойм, необходимый растениям в разные фазы их развития. Производственный опыт пока также мал. Поэтому изучение водного, термического режимов в природных ус-

176

ловиях пойм приобретает в настоящее время первостепен­ ное значение при проведении как осушительных, так и увлажнительных мероприятий на поймах.

При увлажнении на заболоченных поймах следует учи­ тывать подпитывание почвы грунтовыми водами. Степень участия этих вод в увлажнении почв не одинакова для разного типа пойм: наиболее выражена она на поймах грунтово-напориого и грунтового питания.

Приказом Министерства мелиорации и водного хозяйст­ ва СССР (№ 13 за 1968 г.) для повсеместного применения рекомендован биоклиматический метод расчета водопотребления сельскохозяйственных культур, предложенный А. М. Алпатьевым. Метод основан на вычислении испаря­ емости по дефициту влажности воздуха и приравнивании его оптимальной потребности растений во влаге.

Водопотреблеиие (или суммарное испарение за расчет­

и фаз ее развития.

Значение К изменяется от одной фазы вегетации к дру­

Предложен способ биологических кривых, представляю­ щих собой ряд коэффициентов К, изменяющихся от декады к декаде. Коэффициент биологической кривой определяют делением валового расхода (величины суммарного испаре­ ния Е) за межфазовый период на сумму дефицитов влаж­ ности воздуха 2d по формуле

А2d •

Биоклиматический метод А. М. Алпатьева — один из наиболее простых и удобных для расчета суммарного испа­ рения за весь период вегетации и его интервалы.

В разные по осадкам и испаряемости годы изменяются сроки и количество поливов. По биологическим кривым в проектные режимы орошения вносят поправки по при­ ходным (осадки, грунтовые воды) и расходным (суммарное

177

года только по 75%-ной обеспеченности осадками в течение теплого периода не соответствует требованиям получения ус­ тойчивых высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Применение биологического метода затруднено вслед­ ствие отсутствия значений опытных коэффициентов био­ логической кривой. Рекомендуется учитывать подпитыва­ ние почвы грунтовыми водами, но методы его определения не даны. Формулы не включают компоненты влажности почвы, что завышает водообеспеченность.

Суммарное испарение при любом увлажнении почвы можно рассчитать методом теплового баланса по уравнению

F_R—P А/

L ' Д/ + 0,64Д/'

где R — радиационный баланс деятельной поверхности;

Р— поток тепла в почве (воде);

—разность средней температуры между последую­ щими и предыдущими измерениями по двум

глубинам — 0,5 и 10 см;

178

М. И. Будыко рекомендует определять потребности рас­ тений во влаге по величине испарения с предельно увлаж­ ненной поверхности или испаряемости, вычисленной по отношению'радиационного баланса (R0) к скрытой теплоте испарения (L):

С. И. Харченко предлагает гидрометеорологический тепловоднобалансовый метод определения оросительных норм, учитывающий взаимосвязь элементов водного и теплового баланса, влагообмен в зоне аэрации и биологические осо­ бенности (фазы) развития растений.

Для применения гидрометеорологического метода в ши­ роких масштабах нужна специализированная воднобалансовая и агрометеорологическая сеть на орошаемых землях.

В американской практике применяется способ опреде­ ления водопотребления Блейни и Кридла. Учитывается связь суммарного испарения с метеорологическими элемен­

где /{„ — эмпирический коэффициент, зависящий от вида культуры;

Р— продолжительность дневных часов в данном ме­ сяце, % от годовой их суммы;

t° — среднемесячная температура воздуха, °С.

Для условий США имеются таблицы, номограммы для различных культур в разных районах страны.

Проверка этого способа (С. И. Харченко, М. С. Азарий) показала, что для декадных и месячных интервалов времени он неприменим, так как при расчете месячных величин суммарного испарения получаются ошибки в сторону завы­ шения (в среднем в 2 раза), особенно при низких значениях суммарного испарения.

Метод СевНИИГиМ сводится к расчету оросительной нормы по режиму единичных засушливых периодов, к ко­ торым относятся периоды в 10—15 дней без осадков или с осадками менее 5 мм в сутки. Период в 16—22 дня при­ нимается состоящим из двух, в 23—28 дней — из трех, более 29 дней — из четырех единичных засушливых пери­ одов. По продолжительности вегетации подсчитывают еди­ ничные засушливые периоды. Зная число единичных засуш­ ливых периодов и поливную норму, определяют ороситель­ ную норму для данной культуры. Для восполнения потерь

179

влаги на испарение за один единичный засушливый период следует давать один полив.

Расчет проводится по числу единичных засушливых периодов для года 75%-ной обеспеченности. Для получения средних расчетных данных при проектировании необходимо знать величины суточного количества осадков за 15—20 лет. Сроки поливов назначают в середине засушливого периода, после 5—7 жарких дней без осадков или с осадка­ ми менее 5 мм в сутки.

Этот метод не учитывает влажность почвы, выращивае­ мые культуры и другие факторы, от которых зависит по­ ливной режим. По-видимому, он применим лишь для осу­ шенных пойм аллювиального и делювиального питания, на которых увлажнение почвы после паводкового затопле­ ния вызывается в основном атмосферными осадками.

ЛитНИИГиМ проводил сравнение фактических полив­ ных норм, определяемых из почвенных условий и сроков полива, назначаемых по содержанию влаги в почве, с рас­ считанными по методике единичных засушливых периодов. В 10 случаях из 14 количество фактических и расчетных периодов совпадает. Не получено полного совпадения лишь для культурных пастбищ, так как поливы назначали в зави­ симости от стравливания.

В ЛитНИИГиМ способ единичных засушливых пери­ одов признан основным для определения поливного режима сельскохозяйственных культур. Построены графики зави­ симости числа поливов от различной обеспеченности полив­ ных периодов единичными засушливыми периодами, опре­ делены оросительные нормы и число поливов для четырех

концентрации выжатого клеточного сока, выраженных в процентах сухого вещества. Сосущая сила, осмотическое давление и концентрация клеточного сока листьев являются показателями потребности растений в воде и характеризуют связь с транспирацией, фотосинтезом, ростом и урожаем. Они изменяются от степени насыщения клеток водой, влаж­ ности почвы и наличия удобрений. Н. С; Петинов приво­ дит значения предельных величин сосущей силы клеточного сока листьев различных растений в течение вегетации и влажности почвы для определения сроков полива растений.

180