Регулирование мелиоративных режимов агрогеосистем различного уровня, агроэкологические риски и ограничения

Предлагается (157) выделять четыре иерархических уровня геосистем в соответствии с масштабностью влияния мелиорации, для которых необходимо предусматривать агроэкологический анализ, мелиоративные и экологические прогнозы: сублокальный, локальный, региональный и бассейновый.

На сублокальном уровне следует рассматривать процессы в системе почва - зона аэрации - грунтовые воды. В территориальном плане это поле, элементарный почвенный ареал или точка. Именно на этом уровне происходит формирование почвенно-мелиоративных процессов, формирование водно-солевого режима пород зоны аэрации и, в ряде случаев, режима грунтовых вод. Основными режимообразующими факторами здесь является водоподача на орошение, дренаж, другие мелиоративные мероприятия, а также вид сельскохозяйственной культуры. Для прогнозирования могут использоваться сельскохозяйственные модели.

На локальном уровне процессы рассматриваются в пределах геоморфологических структур одного порядка. Формирование природных процессов происходит под воздействием гидромелиоративных систем или их частей. Основным воздействующим фактором являются каналы, орошение и дренаж. Анализ формирования природно-мелиоративных процессов должен учитывать горизонтальную составляющую потоков.

На региональном уровне процессы рассматриваются в пределах гидрогеологических структур. Рассматривается взаимодействие и взаимовлияние отдельных гидромелиоративных систем, их воздействие на экологические условия территорий

Бассейновый уровень предусматривает анализ изменений природных процессов под влиянием гидромелиоративных систем в пределах бассейнов рек.

С позиций ландшафтного подхода первые два уровня охватывают внутриландшафтные процессы, на сублокальном уровне рассматриваются вертикальные потоки вещества и энергии, а на локальном уровне добавляется латеральная составляющая. Региональный и бассейновый уровни охватывают ландшафты в целом или взаимодействие нескольких ландшафтов.

В соответствии с экологическими требованиями все мелиоративные мероприятия должны регламентироваться определенными пределами допустимых изменений свойств почв и агроландшафтов.

За экологически допустимые критериальные ограничения приняты пределы наилучшей сбалансированности влаги, тепла и питательных элементов, а также исключение перехода режима почвообразования из автоморфного в гидроморфный, снижение солеоборотов. Отклонение составляющих водного баланса от среднемноголетних значений не должно превышать 25 – 30%.

Сельскохозяйственная и мелиоративная деятельность должна быть направлена на интенсификацию биологического круговорота и сдерживание ускорения геологического круговорота.

Как правило, не следует переводить природный автоморфный режим в гидроморфный. Под действием увлажнения дополнительного к природному, особенно черноземов и темнокаштановых почв, происходит ухудшение водно-физических и физико-химических свойств и структуры, падение окислительно-восстановительного потенциала, изменение рН и др. Создание гидроморфного режима почвообразования способствует развитию вторичного засоления, осолонцевания, уплотнения и др. негативных явлений. Дополнительное к природному увлажнение почв происходит под влиянием подъема уровня грунтовых вод и с поступлением оросительной воды.

Оросительные и поливные нормы, количество поливов, способы и техника их проведения с экологических позиций должны максимально снижать водообмен нисходящего потока оросительных вод в виде инфильтрационных потерь на полях орошения и фильтрационных потерь из каналов всех порядков. Экологическое требование - исключение больших объемов нисходящего потока оросительных вод - обусловлено тем, что этот поток служит главным условием развития неблагоприятных явлений, ухудшения плодородия почв, создания экологически кризисных ситуаций на локальных объектах и в регионах. Увеличение величины нисходящего потока или коэффициента инфильтрации (отношение инфильтрационного питания к объему поданной на орошение воды) наблюдается с ростом оросительных норм, которые зависят от способа полива (нормы-брутто).

Снижение инфильтрационного питания возможно, если поливные нормы рассчитывать с учетом водоудерживающей способности данного типа почв и подстилающих пород. К концу вегетации весь запас оросительной воды должен быть израсходован на питание растений для улучшения аэрации почвы, ее теплофизических характеристик.

Высота капиллярного увлажнения грунтовых вод зависит от мехсостава пород. В условиях испарительного режима грунтовых вод эта высота стабилизируется скоростью испарения, зависящей от давления пара, определяемого равновесной влажностью пористой среды и ее температурой.

Исходя из экологических требований, при назначении допустимых глубин грунтовых вод (таблица 8.38.), сохраняющих благоприятную направленность процессов формирования плодородия почв, учитывается не только степень накопления токсичных солей в почве, как было ранее, когда допускался испарительный режим грунтовых вод, но и степень развития негативных процессов при гидроморфизме.

На локальном уровне экологическая ситуация на орошаемом поле, массиве оценивается по показателям изменения структурного состояния почв, степени вымыва питательных веществ и гумуса, кальциевого режима, воздухоемкости, степени увлажнения, осолонцевания, засоления, качества оросительной воды, взаимосвязи биологического и геологического круговоротов.

Естественный природный фон зональных почв автоморфного ряда (черноземы, темнокаштановые и каштановые) при орошении повышенными нормами сдвигается в сторону гидроморфизма с негативными эколого-мелиоративными последствиями: постепенным ухудшением их водно-физических свойств и потерей плодородия (засоление, осолонцевание, выщелачивание кальция, потери гумуса, слитизация и другие). Эти явления развиваются не только на орошаемых, но и на прилегающих к ним землях, особенно в понижениях, охватывая территории, значительно превышающие собственно орошаемые массивы.

Природные ландшафтно-географические зоны по соотношению поступающей солнечной радиации и выпадающих атмосферных осадков имеют качественные различия с точки зрения устойчивости биологической продуктивности биогеоценозов. Мелиоративное воздействие, и в целом, техногенное влияние отражается на них по разному. Наименее устойчивы почвы тундровой зоны с недостатком тепла и излишней влагой, в связи с этим имеющих низкую активность биохимических процессов, медленную самоочищаемость. Ландшафты таежной зоны более устойчивы, благодаря более мощному растительному покрову, а повышенные осадки способствуют вымыву из почв растворимых и подвижных загрязняющих веществ. Почвы лесостепной зоны сформировались в наиболее благоприятных условиях гидротермического режима. Черноземы лесостепной и степной зон имеют высокое плодородие, но при переувлажнении или промывном режиме орошения теряют устойчивость, применение тяжелой техники приводит к переуплотнению почв. Оптимальные значения структурного состояния почв показаны в таблице 8.39.