Оценки биологического и геологического круговоротов воды и химических веществ в мелиорации сельскохозяйственных земель

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Оценки биологического и геологического круговоротов воды и химических веществ в мелиорации сельскохозяйственных земель

Канд.техн.наук А.Д.Рябцев

На основе системного и структурного анализа деятельности существующих систем мелиорации сельскохозяйственных земель определены интенсивность биологического и геологического круговорота воды и химических веществ, и их влияния на почвенно-мелиоративный режим агроландшафтов.

Мелиорация сельскохозяйственных земель во всех водохозяйственных бассейнах Казахстана связанная с распашкой угодий резко снижала экологическую устойчивость техноприродных систем, что связано, с одной стороны, с уменьшением биологического разнообразия, общих запасов биомассы и химических элементов на пашне (вследствие отчуждения большой части биомассы с урожаем, уничтожения опада в виде степного войлока), с другой - с тем, что культурные растения не обладают достаточной устойчивостью к внешним фактором. А также распашка резко снижает альбедо, что сопровождается увеличением радиационного баланса, количества фотосинтетически активной радиации ФАР и «индекса сухости» М.И.Будыко -. Эти изменения различны в зависимости от типа почв и растительного покрова: сумма активных температур возрастает на 9-15 %, ФАР - на 5-11 %, индекс сухости - на 6-15 % /1; 2; 3/.

Вмешательство человека в естественные природные процессы для коррек-тировки их режима в соответствие с потребностью или режимом возделывания сельскохозяйственных культур всегда нарушают исторически сложившиеся взаимо-отношения в природной среде.

Экологические последствия мелиорации сельскохозяйственных земель в Казахстане не одинаковы для различных почвенно-климатических зон. В лесостепной зоне увеличение радиационного баланса приводит к росту теплообеспеченности и продуктивности и поэтому распашку следует рассматривать как один из видов тепловых мелиораций, обеспечивающих рост биоклиматического потенциала и продуктивности сельскохозяйственных растений. В степной, сухостепной и полупустынной зонах распашка и увеличение радиационного баланса сопряжены с усилением засушливости территории и некоторым снижением продуктивности. Здесь для полного использования биоклиматического потенциала требуется искусственное увлажнение почв с целью компенсации нарушенного распашкой гидротермического режима.

Анализ изменения градиентов температуры и влажности в двухметровом при-земном слое воздуха показывает, что наряду с увеличением суммарного испарения в результате распашки значительно возрастает теплообмен между почвой и атмосферой, что дает основание говорить о возрастании роли внутреннего влагооборота в формировании атмосферного увлажнения.

Орошение земель приводит не только к увеличению влажности почв и приземного слоя воздуха, но и к дальнейшему повышению радиационного баланса за счет снижения альбедо. Таким образом, орошение земель позволяет регулировать гидротермический режим и тем самым в известной мере компенсировать изменение теплового баланса территории.

При рассмотрении изменений водного баланса при распашке земель очень важно оценить основные элементы, которые определяют направленность и интенсивность природных процессов. К их числу относится суммарное испарение, характеризующее биологическую продуктивность, эффективность биологического круговорота и внутреннего влагооборота; поверхностный сток, зависящий от сельскохозяйственного использования земель и влияющий не только на режим и качество поверхностных вод, но и на развитие водной эрозии почв, и вертикальный влагообмен между почвенными и грунтовыми водами, который непосредственно влияет на почвообразовательный процесс, биологический и геологический круговороты влаги и химических элементов. Для оценки всех этих элементов наиболее целесообразно рассматривать совместный баланс поверхностных и почвенных вод, применяя методы математического моделирования влагопереноса /2; 4; 5; 6;/.

Результаты расчетов среднемноголетнего баланса поверхностных и почвенных вод по водохозяйственным бассейнам Казахстана, показывают, что распашка земель изменяет соотношение элементов баланса поверхностных и почвенных вод: в автоморфных условиях при распашке возрастает не только испарение, но и довольно существенно поверхностный сток (таблица 1).

Таблица 1

Баланс поверхностных и почвенных вод по водохозяйственным бассейнам Казахстана

Это свидетельствует об усилении биологического и геологического круговоротов воды и химических элементов. Причем увеличение испарения и поверхностного стока происходит за счет уменьшения интенсивности влагообмена между поверхностными и грунтовыми водами. Последствия таких изменений весьма разнообразны. С одной стороны, в соответствии с изменением теплообеспеченности увеличивается продуктивность почвы в лесостепной зоне и уменьшается в засушливой, с другой - существенно возрастает поверхностный сток, что способствует ухудшению качества речных вод в связи с увеличением числа рассредоточенных источников загрязнения.

Снижение интенсивности влагообмена между почвенными и грунтовым водами, во-первых, уменьшает поступление химических элементов из биологического в геологический круговот, во-вторых, может способствовать развитию процессов засоления и осолонцевания почв в засушливой зоне при гидроморфных и полугидроморфных условиях и высокой степени минерализации грунтовых вод.

При орошении земель в балансе поверхностных и почвенных вод возрастает роль поверхностного стока и влагообмена между почвенными и грунтовыми водами и соответственно снижается испарение (таблица 1).

Основоположник мелиоративной науки А.Н.Костяков отмечал, что основная задача мелиорации земель - управление биологическим и геологическим круговоротами воды и химических вещества. Отмечалось, что вода и химические элементы в природе находятся в постоянном круговороте, причем направленность этих кругово-ротов совпадает. Причина совпадения направлений круговоротов воды и химических элементов заключается в том, что большую часть своего пути последние проходят в виде растворов. При этом, различие в скорости круговоротов объясняется вовле-чением химических элементов в биологические циклы. А.Н.Костяков обращал внимание на необходимость усиления биологического и всеми мерами замедления геологического круговоротов воды и питательных веществ в целях прогрессирующего повышения плодородия и продуктивности почвы, чтобы не допустить снижения экологической устойчивости и экономической стабильности агроландшафтов, а также окружающей среды. При этом комплекс мелиоративных приемов и приемов замедления, то есть режима орошения сельскохозяйственных культур и техники полива, рассматривалось как неразрывное единое целое, в виде технологии орошения.

Для оценки интенсивности и направленности биологического и геологического круговоротов воды и химических веществ в условиях антропогенной деятельности, то есть при мелиорации сельскохозяйственных земель, можно использовать следую-щие интегральные критерии /7; 8/:

- параметр роста биологического кругооборота - , где - относительная продуктивность естественных растений, то есть , здесь - продуктивность естественных растений немелиорированных земель, соответст-вующих влаго и теплообеспеченности географических зон и ландшафтов, ц/га; - потенциальная продуктивность растений или сельскохозяйственных культур соответствующих энергетическим ресурсам географических зон или ландшафтов, ц/га; , здесь - урожайность сельскохозяйственных культур на мелиорируемых землях, ц/га;

- параметры роста интенсивности геологического кругооборота воды определяется по зависимости: /, где и - поверхност-ный сток и влагообмен между почвенными и грунтовыми водами на немелиори-рованных и мелиорируемых землях, м3/га;

- параметры роста интенсивности геологического кругооборота химических веществ расчитаны по формуле :

мелиорация земля круговорот агроландшафт

,

где - минерализация оросительных вод, г/л; - концентрация почвенного раствора, г/л; - предельнодопустимая концентрация почвенного раствора, неоказывающая влияния на рост и развитие сельскохозяйственных культур.

При этом снижение количественных значений гидротермического режима естественных ландшафтов за счет орошения или путем трансформации агроландшафтов, то есть доведения «индекса сухости» - до 1,0 применением орошения - (где - «индекс сухости»; - радиационный баланс, определяющий приток солнечной энергии и количество фотосинтетически активной радиации, кДж/см2 за год; - скрытая теплота парообразования, кДж/см2 за год; - атмосферные осадки, мм; - количество влаги, полученное за счет применения гидротехнических мелиораций, мм; - влагообмен между почвенными и грунтовыми водами (мм), благоприятно оказывают влияние на почвообразо-вательный процесс в условиях близких залеганий пресных грунтовых вод, а в условиях орошения, когда интенсивность инфильтрационных вод увеличивается, как в настоящее время происходит в зоне орошения во многих регионах, нарушается эволюция почвообразовательного процесса, то есть как в гумидных зонах в аридных зонах формируются болота или происходит болото-образовательный процесс, что не допустимо с точки зрения регулирования и управления геологическим круговоротом воды и химических веществ.

Результаты прогнозных расчетов биологического и геологического круговоротов воды и химических веществ на основе среднемноголетнего водного и теплового балансов по водохозяйственным бассейнам Казахстана показывают, что при орошении не только повышается интенсивность биологического круговорота, но и геологического круговорота воды и химических веществ, что нарушает основной принцип мелиорации сельскохозяйственных земель (таблица 2-4).

Таблица 2

Оценка биологического круговорота орошаемых агроландшафтов

по водохозяйственным бассейнам Казахстана

Таблица 3

Оценка геологического круговорота воды орошаемых агроландшафтов

по водохозяйственным бассейнам Казахстана

Таблица 4

Оценка геологического круговорота химических веществ

орошаемых агроландшафтов по водохозяйственным бассейнам Казахстана

Таким образом, изменение направленности и интенсивности геологического круговорота воды и химических веществ, приводит к ухудшению устойчивости агроландшафтов, утраты экологических и производственных функций почвенного покрова.

Снижение экологической устойчивости агроландшафтов означает неизбежное дальнейшее развитие деградациионных процессов и ухудшение состояния сельско-хозяйственных угодий, а следовательно, усиление зависимости сельскохозяйственного производства от антропогенных факторов.

Как видно из таблицы 2, что в результате проведения мелиорации сельскохозяйственных земель по всех водохозяйственных бассейнах будет увеличиваться интенсивность биологического круговорота от 6.3 до 46 раз, особенно их увеличения наблюдается в Арало-Сырдаринском, Шу-Таласском, Балхаш-Алакульском и Урало-Каспийском бассейнах, которые можно рассматривать как положительный эффект от применения антропогенной деятельности.

При этом, как видно из таблицы 3, интенсивность геологического круговорота воды увеличивается от 1.06 до 237 раза, что не желательное явление сохранения экологической устойчивости агроландшафтов. А максимальная интенсивность геологического круговорота воды наблюдается в Арало-Сырдарьинском бассейне, где расположены рисовые оросительные системы.

Усиление интенсивности геологического круговорота воды в результате мелиорации сельскохозяйственных земель, вовлечет в миграцию химических веществ, так как вода и химические вещества в почве находятся в виде растворов, то есть во всех водохозяйственных бассейнах наблюдается их увеличение соответственно интенсивности круговорота воды в результате орошения (таблица 4).

Как видно из таблицы 4, геологический круговорот химических веществ во всех водохозяйственных бассейнах Казахстана, особенно в Арало - Сырдарьинском и Урало-Каспийском бассейнах, где их интенсивность в сравнении с естественными условиями увеличилась до 1000 раз, что показывает, что в результате орошения в геологический круговорот подключаются химические вещества, которые приводят к засолению орошаемых земель.

Слабое стабилизирующее влияние мелиорации сельскохозяйственных земель свидетельствует о том, что применявшиеся вплоть до настоящего времени техно-логии и технологические схемы орошения с экологической и экономической точек зрения молоэффективно, не увязаны между собой и не обеспечивают единую систему рационального природопользования, так как они рассчитаны на создание водоемких производственных систем. При обосновании мелиорации сельскохозяйственных земель из рассмотрения, как правило, выпадают основные свойства ландшафтов и анализ их изменений в процессе хозяйственной деятельности, то есть направленности и интенсивности почвообразовательного процесса в агроландшафтах.

Недостатком традиционных технологий мелиорации земель являются завышенные нормы водопотребления сельскохозяйственных угодий, несовершенная техника и технологии полива, низкий КПД оросительных систем, допускающих усиление геологического круговорота воды и химических элементов, способствующих к изменению направленности и интенсивности потоков вещества и энергии, растительного покрова, грунтового и поверхностного стоков, то есть существующие принципы мелиорации по существу направлены не на ликвидацию причины, а на борьбу со следствиями.

Литература

1. Айдаров И.П., Голованов А.И., Никольский Ю.Н. Оптимизация мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых сельскохозяйственных земель (Рекомендации). - М.: ВО «Агропромиздат», 1990. - 60 с.

2. Айдаров И.П. Регулирование водно-солевого и питательного режимов орошаемых земель. - М.: Агропромиздат, 1985.-304 с.

3. Айдаров И.П. Перспективы развития комплексных мелиораций в России. - М., 2004. - 102 с.

4. Икрамов Р.К. Принципы управления водно-солевым режимом орошаемых земель Средней Азии в условиях дефицита водных ресурсов. - Ташкент: «Гидроингео», 2001. - 192 с.

5. Аверьянов С.Ф. Борьба с засолением орошаемых земель. -М.: Колос, 1978. -288 с.

6. Духовный В.А., Баклушин М.Б., Томин Е.Д., Серебренников Ф.В. Горизонтальный дранаж орошаемых земель. - М.: Колос, 1979. - 255 с.

7. Мустафаев Ж.С., Рябцев А.Д. Математическая модель расчетного мониторинга агроландшафтов. - Тараз, 2009. - 136 с.

8. Мустафаев Ж.С., Есентаева У., Шамшадинова Н. Модель биологического и геологического круговоротов воды и химических веществ // Труды международной научно-практической конференции «М. Ауезов - гений нового времени». - Шымкент, 2007. - С. 209-211.

Размещено на Allbest.ru