science-review.ru
Ежегодно в мире образуется порядка 300 км3 коллекторно-дренажных вод, в том числе в СНГ – 90 км3, в США – 30 км3, они наносят большой ущерб природе и экономике стран мира [1].
По мере развития орошаемого земледелия в Узбекистане растет сток коллекторно-дренажных вод, объем которых достигает 36–38 км3 в год, из них около 13,5–15,5 км3 ежегодно образуется в бассейне Сырдарьи. Удельный объем дренажного стока, формирующийся на территории Ферганской области, составляет 8,3 тыс. м3/га, а по бассейну Амударьи – от 3,4 тыс. м3/га до 12,7 тыс. м3/га. Поэтому очень важны и актуальны исследование химических и геохимических характеристик коллекторно-дренажных вод и их использование для поливов сельскохозяйственных культур на месте их образования. На сегодняшний день в мировом масштабе приоритетное внимание уделяется исследованиям данного направления, в том числе изучению закономерностей формирования и химического состава, оценке эколого-мелиоративного состояния коллекторно-дренажных вод. Также особое значение придается влиянию минерализованных вод, изучению влияния динамики, аккумуляции и миграции водорастворимых солей.
Целями исследования являются определение направленности процессов почвообразования под влиянием поливов пшеницы минерализованными дренажными водами на орошаемых луговых сазовых среднесуглинистых почвах, а также и коллекторно-дренажными, смешанными водами различной минерализации; определение урожайности пшеницы; вопросы охраны и экономии речных водных ресурсов и других компонентов экосистемы от антропогенного загрязнения.
Материалы и методы исследования
В качестве объекта исследования в 2012 г. выбраны орошаемые луговые сазовые среднесуглинистые почвы, распространенные на территории Кувинского района на границе пустынь и сероземного пояса Ферганской области.
Для посева выбраны сорта пшеницы «Половчанка» и «Андижан-1». Поливные воды – речные, коллекторные из коллектора Агроном, дренажные, которые образуются на месте, и смешанные. Объект с 3 сторон ограничен дренами открытого типа, с севера – коллектором Агроном. Общая площадь составляет 11,5 гектара.
В целях исследований влияния поливов минерализованными водами на свойства среднесуглинистых луговых почв нами в 2015 и в 2018 гг. проведены полевые опыты с 3 повторами и 4 вариантами в одном ярусе. Площадь каждого варианта составляет 114 м2, учетная площадь 112 м2. Опыты проведены согласно «Методике полевых опытов». Агрохимические и агрофизические исследования проведены на основе методических указаний, «Методов агрохимических, агрофизических и микробиологических исследований почв в поливных хлопковых районах» [2].
Статистическая обработка проведена на ЭВМ согласно методике Юлдашева и др. [3]. рисунки, и некоторые математические разработки по программам Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Нами весной и осенью 2015 и 2018 гг. были взяты образцы почв следующего объекта и вариантов полевых опытов.
Вариант 1. Поливы арычной водой нормой 800 м3/га.
Вариант 2. Поливы дренажной водой нормой 800 м3/га.
Вариант 3. Поливы из коллектора Агроном нормой 800 м3/га.
Вариант 4. Поливы смешанной водой нормой 800 м3/га.
Во всех вариантах опыта посеяна пшеница сорта «Половчанка» 3 года подряд. Фенологические наблюдения проведены согласно методике [2]. Во всех вариантах в соответствии с программой брались образцы пахотного и подпахотного горизонтов далее по генетическим горизонтам до уровня грунтовых вод. Кроме того, были взяты пробы арычной и грунтовой, дренажной, коллекторно-дренажной воды во время поливов. В мелиоративной практике минерализованные воды оцениваются в г/л как: пресные < 1; солоноватые 1–5; слабосоленые 5–10; соленые 10–30; сильносоленые 30–80; рассол > 80. Минерализация как дренажных, так и коллекторно-дренажных, смешанных вод, использованных для поливов, колеблется в интервале 2,85–4,80 г/л. (табл. 1.) Они являются опасными с точки зрения засоления почв и относятся к группе «солоноватые», минерализация которых оценивается как ниже 5 г/л.
Таблица 1
Средний химический состав поливных вод, г/л
|
Воды |
ПО* |
НСО3ʹ |
Clʹ |
SO4ʺ |
Ca++ |
Mg++ |
K+ |
Na+ |
|
2016 г. |
||||||||
|
Арычные Дренажные Коллекторные Смешанные |
0,925 4,210 2,850 3,501 |
0,066 0,252 0,220 0,230 |
0,09 0,220 0,120 0,150 |
0,555 1,550 1,305 1,438 |
0,115 0,275 0,258 0,265 |
0,058 0,240 0,165 0,201 |
0,031 0,090 0,071 0,80 |
0,041 0,141 0,131 0,135 |
|
2017 г. |
||||||||
|
Арычные Дренажные Коллекторные Смешанные |
1,105 4,800 3,420 2,810 |
0,072 0,261 0,240 0,220 |
0,08 0,230 0,180 0,140 |
0,630 1,624 1,458 1,544 |
0,120 0,285 0,310 0,265 |
0,068 0,250 0,170 0,211 |
0,035 0,085 0,070 0,072 |
0,051 0,162 0,184 0,152 |
|
2018 г. |
||||||||
|
Арычные Дренажные Коллекторные Смешанные |
0,845 4,02 2,90 3,25 |
0,055 0,240 0,230 0,220 |
0,09 0,235 0,200 0,168 |
0,648 1,718 1,444 1,614 |
0,120 0,280 0,320 0,290 |
0,071 0,245 0,180 0,220 |
0,024 0,084 0,061 0,072 |
0,050 0,172 0,155 0,161 |
Примечание. *плотный остаток.
В процессе испарения грунтовых вод в аридных областях происходит испарительная концентрация солей на поверхности почв. В зависимости от качества и количества солей в грунтовых водах аккумулируются соли, в основном хлориды, сульфаты.
В результате испарительной концентрации в почвах формируются геохимические профильно-зональные провинции, другими словами – галогеохимическая зональность, где выделяются зоны: обызвесткования, огипсования, хлоридно-натриевая, магниевая, соленакопления, в которых на последнем этапе могут аккумулироваться нитраты и нитриты.
С ростом концентрации солей и выпадения слаборастворимых солей изменяется состав почвенных растворов, возникает возможность выпадения сульфатов, к которым можно отнести засоленные почв Центральной Ферганы. В пустынных территориях галогенез проявляется совместно, ему сопутствуют малые осадки. Галогенез усиливается в бессточных котловинах типа Центральной Ферганы. В результате этого все почвы гипсоносны, засолены до нижних горизонтов.
Основным фоном пустынных почв являются сильнозасоленные почвы, породы, грунтовые и поверхностные воды, растения и др. Орошение наряду с положительными воздействиями на продуктивность растений вызывает и отрицательные явления, основывающиеся на возникновении засоления. Основная причина вторичного засоления – это нарушение равновесия в водно-солевом балансе территории за счет дополнительного поступления солей с поливными водами различной минерализации, активации солей, находящихся в почвенно-грунтовых толщах, а самое главное – подъема уровня грунтовых вод. Отсутствие дренажа, ненормированный полив усиливают засоление почв. Также на засоление почв влияет концентрация поливных оросительных вод.
Для создания оптимального поливного режима сельскохозяйственных культур, в том числе пшеницы сортов «Половчанка» и «Андижан-1», необходимо прежде всего определить степень и тип засоления почв-грунтов. Во все годы исследования нами проведены по 3 вегетационных полива и количество, и качество их было близким с учетом этого положения, нами эти данные усреднены для каждого вегетационного периода по годам. Из которых видно, что в этих водах отсутствует нормальная сода. В арычных водах показатели как анионов, так и катионов низкие по сравнению с минерализованными водами (табл. 1).
Содержание гидрокарбонатов в арычных водах колеблется в интервале 0,0055–0,072 г/л, тогда как в минерализованных водах оно составляет 0,220–0,261 г/л. Аналогичная ситуация наблюдается по хлору, сульфатам, а также катионам. Ожидались высокие показатели, характерные для сульфатов, которые в минерализованных водах содержатся в пределах 1,30–1,72 г/л.
Таблица 2
Изменения общей массы солей в 0–100 см слое почвы, т/га
|
Период наблюдения |
Варианты опыта |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Весна 2016 г. |
131,52 |
133,72 |
130,96 |
129,84 |
|
Осень 2018 г. |
149,29 |
187,88 |
182,83 |
171,11 |
|
разница + |
17,77 |
54,16 |
51,87 |
41,27 |
|
разница в кратности |
– |
3,04 |
2,92 |
2,32 |
За период наблюдения с весны 2016 г., т.е. до проведения поливов водой различной минерализации, и до осени 2018 г., после проведения серии поливов речными минерализованными водами, в 0–100 см горизонте почв произошли следующие изменения в количестве общей массы солей (табл. 2).
Приведенные материалы показывают, что наибольшее накопление солей, как и ожидалось, происходит во 2-м варианте, где поливы проведены минерализованной водой с концентрацией 4,2–4,8 г/л, а затем идет вариант со смешанной водой, где концентрация солей порядка 3,8 г/л, а далее – 4-й и 3-й варианты.
Следует особо отметить, что в варианте с речными водами тоже произошло накопление солей порядка 17,8 т/га. Эти изменения можно более четко увидеть на рисунке, где изображены изменения этих солей за период с весны 2016 г. по осень 2018 г.
Изменение общей массы солей, т/га в 0–100 см слое почвы: ряд. 1. Сумма солей весной 2016 г; ряд. 2. Сумма солей осенью 2018 г; ряд. 3. разница между указанными периодами; 1-й, 2-й, 3-й, 4-й варианты опыта
Приведенные на рисунке данные показывают, что плотный остаток в варианте с поливами речной водой с весны 2018 г. по осень 2018 г. изменился в интервале 129,8–133,7 т/га.
В варианте с поливами минерализованной, дренажной водой этот показатель очень существенно изменился за три года полива и колеблется в интервале 149,3–187,9 т/га. Если за три года в 1-м варианте накопилось солей в количестве 17,7 т/га, то во 2-м варианте этот показатель составляет 54,16 т/га, т.е. аккумуляция солей увеличилась почти в 3 раза (3,05 т/га).
В 3-м варианте количество аккумулированных солей за три года полива минерализованной водой составляет 51,9 т/га: по сравнению со 2-м вариантом на 2,3 т/га меньше, по сравнению с 1-м вариантом (полива арычной водой) в три раза больше (3,02 т/га). В варианте со смешанной водой аккумуляция солей увеличилась в 2,4 раза по сравнению с 1-м вариантом. Приведенные данные показывают, что применение минерализованных вод с минерализацией 3,8–4,2 г/л даже на среднесуглинистых почвах приводит к росту засоленности почв.
O засолении черноземов при поливах речными и минерализованными водами в разное время писали многие авторы [4–6]. Орошение сельскохозяйственных культур даже речными и минерализованными водами в условиях черноземов приводит к засолению. Поливы черноземов также приводят к росту объемной массы и обменного натрия солей в почвах, к снижению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции, получаемой с этих почв.
Применение минерализованных вод при орошении оказывает еще более существенное негативное воздействие не только на почвы, но и на экологию [7–9] и геохимию ландшафтно-геохимического профиля. При этом, чем больше минерализация оросительной поливной воды, тем больше потребуется воды для поддержания промывного водного режима. Растворение и передвижение солей происходят с неодинаковой скоростью, которая зависит от ряда факторов, таких как количество растворителя, плотность сложения, толщина почвы, дисперсность, диффузионная способность, обменные и окислительно-восстановительные реакции, биогеохимическое поглощение и миграция солей [10, 11]. Растворимость почвенных солей величина постоянная в чистом виде и зависит от ряда почвенных и водных факторов; температуры среды, концентрации солей в растворе и растворимых газах, от парциального давления СО2 в воздухе, реакции среды, реакции между почвенными солями и почвенным поглощающим комплексом, содержания и качества гумуса, состояния и уровня плодородия и др.
Легкорастворимые соли почти всегда находятся в почвенном растворе. Для качественной и количественной характеристики засоления орошаемых луговых сазовых почв среднесуглинистого механического состава, которые подверглись поливом речной и минерализованной воды, где была посеяна пшеница.
В целом из приведенных данных можно увидеть, что количество солей при поливах увеличивается из года в год, особенно в верхнем 0–100 см слое почв. Наиболее интенсивное накопление происходит во 2-м и 3-м варианте.
Таким образом, несмотря, а такое значительное введение воднорастворимых солей, почвы остаются среднезасоленными, а пахотные слои – слабозасоленными.
Математическая обработка полученных данных по плотному остатку, в которой для 0–100 см слоя почв приведено содержание плотного остатка в тоннах на 1 гектар, характеризуется следующими показателями:
– среднее содержание 114,4 т/га;
– среднеквадратичное отклонение ±56,1;
– коэффициент вариации 49,0.
Полученные данные хорошо коррелируют со средними урожаями пшеницы (41,65 ц/га), коэффициент корреляции положительный и составляет 0,51.
В заключение можно сказать, что, несмотря на достаточно высокие показатели сернокислых солей в изученных вариантах почв, содообразование не произошло из-за недостаточности углерода органических веществ.
Из токсичных солей самое высокое содержание MgSO4 отмечается во 2-м и 3-м, 4-м вариантах, далее следуют Na2SO4, NaCl.
Во втором варианте содержание токсичных солей колеблется в интервале 0,292–0,803 % и находится на границе очень сильно засоленных.
Содержание общей массы солей в 0–100 см слое почвы коррелируется с урожайностью пшеницы сортов «Половчанка» и «Андижан-1». Коэффициент корреляции составляет ± 0,5 при урожайности пшеницы порядка 41,65 ц/га, общем содержание слой 114,5 т/га.
Библиографическая ссылка
Юлдашев Г.Ю., Дармонов Д.Ё. ВЛИЯНИЕ ПОЛИВОВ МИНЕРАЛИЗОВАННЫМИ ВОДАМИ НА СОЛЕВОЙ БАЛАНС ОРОШАЕМЫХ ЛУГОВЫХ САЗОВЫХ ПОЧВ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2020. – № 1. – С. 26-30;URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1180 (дата обращения: 23.11.2024).