Особенности мониторинга осушаемых почв

Особенностью проведения мониторинга при осушении почв является анализ состояния и изменения сопредельных территорий и сред. Учитывается, что при осушении почв происходит опускание уровня грунтовых вод, пересыхание мелких рек, потеря в рыбном хозяйстве, лесном хозяйстве, изменения в качестве грунтовых вод, усиление паводков, развитие водной и ветровой эрозии, дегрессии и регрессии, усиливается опасность возникновения пожаров, происходят существенные изменения почвенного и растительного покрова.

Необходимость комплексного подхода к мониторингу осушаемых почв иллюстрируется следующим примером. При заборе для технических нужд грунтовых вод недалеко от Плещеева озера прогнозировалось опускание уровня грунтовых вод. Это приводило к следующим последствиям: пересыханию рек и потерям в рыбном хозяйстве, потере заливных лугов, опусканию уровня воды в колодцах и к необходимости проведения водопровода, к ухудшению водного режима полей водораздельных пространств и соответственно к падению урожая полевых культур, понижению бонитета лесов и к изменению состава древостоя, к более интенсивному развитию водной и ветровой эрозии, к усилению паводков, к потере биоразнообразия животного и растительного мира, к уменьшению эстетической ценности ландшафтов, к пересыханию части озера, являющегося туристическим центром, к изменению состава грунтовых вод, а, следовательно, к изменению технологии их очистки и т.д.

Тестовое проведение почвенно-экологического мониторинга при осушении почв

(м-б 1:25000)

Изменения свойств почв при их избыточном увлажнении, осушении приведены в учебном пособии «Почвенная экология» (Савич В.И. и др., 2002), а также в работе «Окислительно-восстановительные процессы в почвах, агрономическая оценка и регулирование» (Савич В.И., Кауричев И.С. и др., 1999).

Согласно изложению Кауричева И.С. и Стратанович М.В. (2002), гидрологический (водный) режим почвы определяется коли­чеством поступающей в почву влаги, ее трансформацией в почвен­ном профиле, в связи с воздействием различных сил (сорбционных, капиллярных, гравитационных), количеством динамичных форм во­ды в зависимости от физических и водно-физических свойств почв и расхода на десукцию и физическое испарение.

Факторами формирования гидрологического режима являют­ся:

1) климат, характеризующий водообеспеченность атмосферными осадками и их распределение во времени (весеннее снеготаяние, позднелетние и осенние осадки в районах с муссонным климатом);

2) рельеф, определяющий для конкретной территории дифферен­циацию атмосферной влаги и возможность притока в почвенный профиль грунтовых вод;

3) почвенно-литологические показатели водно-физических и фи­зических свойств (плотность, пористость, аэрация, влагоемкость, во­допроницаемость, водоподъемная способность, водоотдача); их кон­кретные параметры зависят, прежде всего, от свойств почвообразующих пород - их сложения, гранулометрического и минералогическо­го состава и структурного состояния. Эти показатели в вышележащих горизонтах почвы могут в известной степени изменяться (особенно структурное состояние). Но, прежде всего, они определяются составом и свойствами породы, обусловленными ее генезисом. Например, песчано-супесчаные флювиогляциальные и аллювиальные отложения определяют и песчано-супесчаный гранулометрический состав сфор­мировавшегося на этих породах вышележащего почвенного профи­ля; двучленные, породы с резко дифференцированными по грануло­метрическому составу легкими, кроющими и тяжелыми, подстилающими отложениями являются главной причиной дифференциации показателей гидрологического режима и всего почвенного профиля. То же можно сказать и в отношении суглинистых и глинистых пород типа лессовидных, покровных суглинков и ленточных глин.

Кроме того, значение породы в формировании гидрологическо­го режима сформировавшейся на ней почвы определяется и тем, что она, залегая ниже почвенных горизонтов, своими физическими и водно-физическими свойствами оказывает сильное влияние на гид­рологическую обстановку в вышележащих горизонтах их почвенного профиля и, прежде всего, на условия их дренирования.

Поэтому оценка гидрологического режима и степени заболо­ченности почв дифференцируется в зависимости от того, на каких породах сформированы почвы. Для таежно-лесной зоны основными породами являются покровные тяжелые суглинки и глины, лессовид­ные средние и легкие суглинки, моренные суглинки, ленточные гли­ны, двучлены с легкой кроющей толщей с подразделением на мало­мощные (< 0,б м), среднемощные (0,6-1,2 м), песчано-супесчаные, флювиогляциальные отложения, суглинистый аллювий в поймах.

Согласно изложению Кауричева И.С. и Стратанович М.В. (2002), для агрономической (агроэкологической) оценки гидрологи­ческого режима почв по показателям их водно-физических свойств проводятся расчеты запасов влаги (общего запаса влаги - ОЗВ, запа­са продуктивной влаги - ЗПрВ, и др) в профиле почвы на необходи­мую мощность (пахотный слой, корнеобитаемая толща - 0-50 см и т.д.) аэрации, величины водоотдачи и других показателей, характери­зующих гидрологический режим почвенного профиля. Общая фор­мула для расчета запаса влаги следующая: запас влаги (T/ra)=Wdv-h , где W - весовая влажность почвы (%), dv - плотность (г/см³), h - мощность изучаемого слоя почвенного профиля (см). Для пересчета запасов из показателя т/га в мм его умножают на 0,1.

Общий запас влаги (ОЗВ) рассчитывается по формуле: ОЗВ (т/га)= W-dv-h; в мм ОЗВ/10

Запас продуктивной влаги

(ЗПрВ) - ЗПрВ (т/га) = (W- ВЗ) dv∙h, где ВЗ - влажность завядания.

Запас высокопродуктивной влаги (3 Впр В) – ЗВпрВ (т/га) = (W- BPK)∙dv∙h, при этом принимается, что ВРК = 0,7 НВ

Запас недоступной влаги (ЗНВ) 31 IB (т/га) = ВЗ-dv-h

Аэрация рассчитывается по формуле А(%) = Робщ - Wdv;

Аэрация при НВ: А(%) = Робщ - HB-dv

Для технических расчетов при строительстве дренажа необхо­димо знать величину максимальной водоотдачи (МВО) – количество гравитационной воды в толще почвенного профиля, где формируется горизонт аккумуляции гравитационной влаги. МВО рассчитывается по формуле: МВО% = Робщ (или ПВ) - HB∙dv, при выражении в м³

МВО = (МВО% /dv)-h

Для количественной характеристики МВО используют также коэффициент водоотдачи (Кв) - отношение водоотдачи, выраженной в объемных процентах к общему объему почвы (100%) – Кв = ПВ∙НВ/100. Кв - величина безразмерная.

Для минеральных суглинистых и глинистых почв Кв обычно варьирует в пределах 0,04-0,08, для ни­зинных торфяных почв от 0,03 до 0,12.

Кауричевым И.С. и Стратанович М.В. (2002) на примере почв, развитых на маломощном двучлене, ниже рассматривается принципиальная схема анализа гидрологического режима минеральных заболоченных почв по конкретным показате­лям.

Анализ (схема) данных по гидрологической характеристике почв на примере почв, развитых на маломощном двучлене:

1 .Какой ряд почв рассматривается

а) в таблицах представлен генетический ряд почв, развитых на маломощном двучлене (древнеаллювиальные супеси, подстилаемые суглинистой мореной с глубины менее 60 см);

б) почвы располагаются по нарастающей степени их гидроморфности: автоморфные зональные - контактно-оподзоленные - слабо-глееватые - глееватые – глеевые

2. Общие особенности рассматриваемого ряда почв, обуслов­ленные спецификой их литологии (почвообразующих пород)

Общим для рассматриваемого ряда почв являются:

а) контрастная смена кроющей толщи (0-40 см) и подстилаю­щей породы по гранулометрическому составу, что определяет и главные особенности гидрологического режима этого ряда почв;

б) резкие различия в показателях: Кф - верхняя толща обладает очень высокой фильтрацией (Кф >5 м/сут), а нижняя (моренные суг­линки), наоборот, очень низкой (Кф 0,04 м/сут).

Такая низкая водопроницаемость (фильтрация) свидетельствует о том, что подстилающая морена является водоупором.

в) отмеченные особенности механического состава определя­ют резкие различия в показателях воздухоносной порозности (по­ристости аэрации) при ИВ - высокие (вполне благоприятные) в су­песчаной части профиля и резко неудовлетворительные в нижней (в суглинистой морене).

г) отмеченные различия в водно-физических свойствах явля­ются причиной возникновения во влажные годы во всех почвах двухъярусной (или локально ярусной) верховодки. Она может, в силу ука­занных причин, быстро возникать не только весной, но и в вегетаци­онный период при обильных атмосферных осадках.

3. Особенности гидрологического режима в рассматриваемых почвах в зависимости от степени их гидроморфизма (оглеенности).

а) продолжительность верхнего яруса верховодки минимальна, в неогленных почвах до конца апреля и довольно устойчива во влажные годы во всем профиле глеевых почв.

б) только неоглеенные почвы позволяют их использовать без дренажа под все сельскохозяйственные культуры. Однако и на этих почвах возможно во влажные годы и влажные периоды вегетации появление верховодки, отрицательно влияющей на состояние сель­скохозяйственных культур.

в) слабо-глееватые, глееватые почвы без дренажа можно ис­пользовать только под культурные и естественные сенокосы.

Глеевые почвы целесообразно осушать при возделывании всех с/х культур.

Изменение урожая с/х культур при оглеении почв и ценность почв зависят как от степени оглеения, та и от типа почв, выращиваемых культур, условий увлажнения. Это иллюстрируют данные следующих таблиц.

Таблица 76

Изменение ценности почв разной степени оглеения (Муха В.Д., 1994)

Таблица 77

Оценка почв разного гранулометрического состава под озимую пшеницу в

зависимости от условий их увлажнения (Муха В.Д., 1994)

Требования культур к влажности, их устойчивость к анаэробиозису, уровень грунтовых вод, длительность затопления приведены в прилагаемых таблицах.

Таблица 78

Устойчивость культур к затоплению (Муха В.Д. и др., 1994)

Пути оптимизации обстановки

Для уменьшения возможных отрицательных влияний опускания уровня грунтовых вод на биологическую продуктивность с/х угодий рекомендуется:

1. Внесение повышенных доз органических удобрений 12-14 т/га в год для увеличения влажности почв, увеличения доступности влаги, образования структуры, оптимизации питательного режима.

2. Создание на почвах легкого гранулометрического состава на глубине 50-70 см плохо водопроницаемой прослойки для задержания на ней элементов питания и воды.

3. Создание в балках и оврагах небольших плотин и водоемов, задерживающих паводковые воды, для снабжения близлежащих полей водой при их орошении. В первую очередь, для овощных и трав при орошении дождеванием. При этом предварительно необходимо создание водонепроницаемого днища создаваемых водоемов. Это может быть выполнено с использованием полиэтиленовой пленки, чередования слоев песка и глины, запахивание на глубину 20 см соломы и навоза, которые затем вызывают развитие анаэробиозиса, диспергирование почв, уменьшение их водопроницаемости.

4. На болотных почвах необходимо регулирование степени увлажнения до оптимума (50-80% от полной влагоемкости), увеличение доли в севообороте многолетних трав. В противном случае произойдет выдувание и сгорание торфа, и на поверхность выйдет практически бесплодный глеевый горизонт.

5. На дерново-глеевых почвах необходимо обязательно рыхление, внесение органических удобрений, увеличение в первые годы использования доли специально подобранных многолетних трав, т.к. с осушением этих почв они сильно уплотняются, подвижность элементов питания в них уменьшается.

6. Опускание уровня грунтовых вод приведет к увеличению податливости почв к эрозии, как в связи с меньшей водоемкостью верхнего горизонта, так и в связи с изменением базиса эрозии. Поэтому необходимость в таких мероприятиях, как вспашка поперек склона, создание буферных полос из многолетних трав и увеличение доли многолетних трав в севообороте возрастает.

Для повышения плодородия торфяных почв необходимо увеличение их минеральной части (внесение песка, глины, лесса). При этом создаются условия для наилучшей проходимости сельскохозяйственных машин, снижается подверженность почв пожарам и эрозии, улучшается водный режим, продолжительность периода с увлажнением, близким к оптимальному, увеличивается, раньше достигается оптимальная температура почвы, улучшаются агрохимические свойства.