Введение к работе
1.1. Актуальность тесті. Проблема охраны орошаемых почв от эрозии становятся все более актуальной. Ирригационная эрозия, котс-г» рея является одной из форм проявления водной эрозии, распространена практически во всех районах орошаемого земледелия. Развитие ирригационной эрозии сопровождается уменьшением плодородия-почв, снижением урожаев сельскохозяйственных культур, размывом каналов, заилением водохранилищ и др. Под воздействием ирригационного смыва в почвенном профіте эродированных почв происходит сокращение мощности гумусовых горизонтов, потеря элементов питания растении, резко снижается запасы продуктивной влаги и питательных веществ, ухудшаются водно-физические, агрохимические и биологические свойства- почв.
В предгорной зоне Южного и Юго-восточного Казахстана почти 2 млн. га орошаемых земель подвержены ирригационной эрозии. Почти все поливные земли в Алматинсхой, Таддккорганской, Заамбылской и ; Ежно-Казахстанской областей ъ результате смкьа почв ежегодно теряют плодородный слой почвы и значительную часть /20-30$/ урояая.. В связи с этим разработка мер борьбы с ирригационной эрозией почв и воспроизводства их плодородия имеет большое научное и практическое значение.
Несмотря на значительные достижения в разработке почвозащитного земледелия и прпемоЕ повышения плодородия эродированных почв, » ирригационная эрозия изучено слабо. Недостаточно рассмотрены генетические особенности эродированных почв, их фкзика-химичесниа свойства и режимы, не разработана классификация почв,'пути повышения плодородия почв и их противоэрозионной устойчивости. Необходима дальнейшая разработка количественных критериев, позволяющих рассчитывать противозрозионные мероприятия к объективно выбирать из них наиболее приемлемые для тех или иных почв. Такой подход должен опираться на теории, которая может дать строгое количествен-г ное выражение процесса ирригационного смыва почв.,В настоящее вре«л мя теория ирригационной эрозии почв в Казахстане находится еще на стадии разработки.
Актуальность проблемы определяется со слабой изученностью теоретических к практических аспектов защиты почв от ирригационной эрозии.
1.2. Цель к задача исследований. Цельв диссертации явилась разработка научных основ защиты орошаемых поча от ирригационной эрозии.
,2
Для решения поставленной пели потребовалось решить следующие задачи:
1. Систематизировать природные фактори, способствующие дроцес-
су ирригационной эрозии.
-
Уточнить диагностику и методы картирования эродированных почв.
-
Обосновать вротивоэрозиокную стойкость почв, как теоретпчес-
кий критерий применения почвозащитных мероприятий.
-
Выявить закономерности взаимодействия почвы с по. -..ом воды и связи противоэрозионной стойкости с другими свойствами почв.
-
Установить количественные показатели противоэрозионной стойкости /размывающей скорости потока/ для орошаемых почв предгорий Казахстанского Тянь-Шаня и разработать допустимые /по условию ие-размываемостк почвы/ величины расходов воды в поливные борозды.
-
Изучить влияние структурообразователой на повышение противоэрозионной устойчивости эродированных почв.
7. Определить интенсивность смыва, объем сброса поливной воды, химический состав твердого стока в зависимости от крутизны местности, п" величины поливной струи.
- 8. Раскрыть почвозащитную роль люцерны на почвах разной степени эрсдированности.
9. Разработать научные основы повышения плодородия почв, подверженных ирригационной эрозия.
1.3. Объекты исслеяовакий. Объектом исследования послужил поч-
вэнккй покров разного генетического типа.
Полевые исследования проводились летом при поливах на сероземах обыкновенных Алматинской, Талдыкорганской областей, на светлых сероземах Алматинской, йкно-Казахстанской областей, на серо-корпчкеЕнх почвах Кжнс-Казахстакской области, на лугово-серозем-иых почвах Жамбылской области, на темко-каатановкх, светло-каштановых почвах Алыатккской области.
1.4. Методика исследований. Трудности изучения поверхностного
смыва в естественных Условиях и невозможность охвата всего много
образия природных факторов требует моделирования процесса эро.-их.
Диссертационная тема выполнялась путем экспедиционных, стационарных /на опытных и ключевых участках/ и лабораторных исследований.
Для характеристики почв опытных участков заложены разрезы. Изучалась свойства почв к их роль в противоэрсэиснноп стойкости. Уклон местности определяла нивелировкой сшітнкх учассксБ.
Интенсивность выноса почвенных частин прк поливе по бороздам учитывался путем отбора пробы воды на мутность. Кутность воды определилась по пробам, отбираемым в конце борозды, через 5, 15, 30, 60, 120, 240, 1440 мин. -Наносы отфильтровывали, высушивали к взвешивали.
По объему воды, ушедшей в сброс к средневзвешенной величине твердого стока определяла количество почвы, вынесенной за пределы орошаемого поля. Вес смытой за пределы псля почвы с 1 га определяли по формуле: n _ Qi '10000 u" Ь'й
где: Q - вес смытой почвы, т/га; Qj- потеря почвы из одной борозды, т; L - длина борозды, м; й. - ширина междурядья, м.
В продуктах смыва определялись: механический состав методом пипетки с обработкой плрофосфатсм натрия, гумус по методу И.Б.Тюрина, валовой азот - по Кьельдало, подвіжнна формы фосфора и калия -по Б.П.Мачпгпну.
Расход воды учитывали в течение всего опыта с помощью треугольных водосливов Токсона в головной к коїщевой частях опытного участка. Скорость течения воды в бороздах определяли при помощи яркого. красителя в верхней, средней к юаней частях поливной борозды в 10-ти краткой повторности.
Определение допустимых донных скоростей водного потока в бороз
де, вкио которых происходит прспесс скква, проводилось по методике
М.С.Кузнецова /1981/. :
Сбразпн отложшпейся почвенной массы отбирали в учетных бороз- дах на следующих отрезках по длине борозды 50, 75, 100, 150 и п т.д. прк расходах 0,5, 0,8, 1,0 п 1,2 л/с и уклонах О.С05, 0-007, 0,01, 0,02 с заранее удо.зеняых полиэтиленовых салфеток, в трехкратной повторности после полива.
Для изучения динамики изменения водопрочносты агрегатов по элементам склона в верхней, средней и низшей частях отбирались образны с глубин 0-10 и Ю-20 см до и посла поливов.
Опыты по искусственному структурообразошнки проводились с препаратами К—4, K-S п ПГК+АА на серо-коричневых почвах к сероземах светлых. Повторность трехкратная.
В наших опытах величина смыва Ъочв при поливе по полосам определялась прк проведении влаго'зарядковых полипов удельными расходами 10, 15 л/с при покоив специально изготовленных металлических штырей длиной 2С0 мм и диаметром 4 мм. Штыри устанавливались на полосо длиной 50 м через 2 м вдавливались до уровня поверхности зом-
4. ли на расстоянии 1 и от валякоБ и по центру.
После проведения полива по показаниям этих шкал устанавливались величина смыва псчвы. По полученным .данным определяли величину эрозии по формула: ^Е S ht* ' Ы
гда: W- объем смытой почвы, ы3; w - площадь 50-метрового участка полосы, м ; htn~ сло* смытой почвн, м; п - общее число замеров смы-ва.
Образны почв для микробиологического анализа еоввсєх вариантах опыта отбирали с горизонта 0-10 см до и поело полива. Микробиологические анализы были вшіолненн в биохимической лаборатории Института почвоведения ІІАН КС, кандидатом биологических наук Мендошевым А.
Бо всех образцах устанавливались следующие группы микроорганизмов: шммокЕфкнкрувдие бактерии, развивающиеся на мясопентскном агаре; актиномшаты, ка крахмало-ашиачном агаре; грибную
Для изучения влияния различной продолжительности полива на основные показатели поверхностного стока и эрозии почз определялись с помощью доздевальных катин "Фрегат", ДДН-70, ДДЛ-1С0Ы. Основные параметри ирригационной эрозии устанавливались на стоковых площадках размером 1x1 м ограниченные металлическими рамами, заглубленными на 5-Ю см в почву.
В процессе доздевания определялись: интенсивность дождя, крупность капель, поливная норма, величины твердого и хшдкого стоков.
Диаметры капель измерялись с помощью фильтровальной бумаги, пропитанной мартавдевокислш калием. Такая бумага л/чие гасит силу удара падающих капель и тем самим снижает возможность их дробления. 1 ней остаются четкие, хорошо сохраняющиеся отпечатки. Для их измерения используется простая и удобная палетка, представляющая собой две линии, образующие острый угол, вычерчиваемая тушью ка кальке. Палетка накладывается так, чтобы линии, образующие угол, были касательными к круговой границе пятна. Ка линией наносятся деления, соответствующие тарировочным значениям диаметров капель доадя. При расчетах, связанных с оценкой воздействия капель доадя на поверхность почвы, обычно используются данные скорости их падения в м/с. Ее определение может быть сделано по формулам различных авторов /Сласткхин, 1980; Швобс, 1974/. Дяя расчета энергетических характеристик дождя использовалась формулы ГЛі.ііівебса /1974/.
Такш образок, для характеристики интенсивности развития ирри-
5 гаїїЕокной эрозии почв приняты наиболее распространенные методы исследования.
1.5. Теоретический вклад и научная новизна. Впервые применены пркнпкпы гидромеханики к анализу процессов эрозии орошаемых почв с учетом особенностей взаимодействия водного потока с почвой. Выявлен механизм проявления ирригационной эрозии на орошаемых почвах е связи с сочетанием условий рельефа, и различных способов полива на склоновых землях.
Количественно охарактеризована противоэрозионная стойкость основных типов орошаемых почв предгорной зоны Казахстанского Тянь-Шаня. Показала применимость к прсдгср:пг.: sc*:2Ci! уравнения ра'?'-вающей скорости потока, выведенного ранее Li.С.Кузнецовым /19S1/ для равнинных почв.
Дака зависимость водопрочности структуры почв от содержания гу-мтса, карбонатов, физической глины и длительности последействия люперн.ч. Показана роль трехлетней лшерны как агротехнического приема, резко сокращающего процессы ирригационной эрозии, потери' питательных веществ в почва. Разработана противоэрозионная техно- -логпя полива.
Установлено влияние полимеров-структурообразователей на проти-воэрозискную стойкость орошаемых серо-коричневых почв, светлых сероземов и рекомендованы допустимые расходы еоды в поливные борозды.
На основе результатов исследований разработана система мероприятий по защите почв от эрозии и повышению продуктивности орошаемых земель.
На защиту выносятся следующие положения:
принцип гидромеханического подхода к репеняю проблемы механизма эрозии почв, в основе которого леаит выявление закономерностей движения водного потока я взаимодействия его на поверхность почвы при орошении;
диагностические признаки орошаемых почв в различной степени эродкрованности и их физические к хишлесккэ свойства;
эрозконно-мелЕОратйвноа районирование срошаемкх кочв предгорий Казахстанского Тянь-Шаня - основа зональной дкффервипшші почвсзгдпткюс мероприятий.
Практическая г-зтаость работы з'акяотзотся в том, что на оснозе полученных результатов по противсэроэаоиной стойкости почв раесчп-таны допустимые /по условна квразюваемости почв/ расходы вода в полквнкз борозды на разных уклонах к дана оценка зф|вктхвности ряда мероприятий" по их повышения /введение кормовых севооборотов.
6 ї
применение раэнкх доз Еоликеров-структурообразователей, предварительное увлажнение верхней части поливных борозд малыш, расходами воды/. Полученные данные но раэшваюапм скоростям потока для почв Казахстанского Тянь-Шаня могут быть использованы при проектировано водозадерживающих валов, всдоотводящпх каналов и буферных травяных полос.
Разработанные диагностические показатели смытых орошаемых почв могут использоваться при проведении почвенно-эрозионных исследований.
Апробация габоты. Основные результаты исследований докладывались на Республиканской научно-практической конференции "Проблемы интенсификации земледелия в Казахстане" /Кокчетав, 1985/; на Всесоюзном совещании "Почвозащитная технология полива и разработка мероприятий по повышению надежности противопаводковой защиты" /Пущине 1987/; на координационном совещании "Составить почвенно-эро-зионную.карту СССР, разработать прогноз развитая эрозионных проыес-сов почвы" /Москва, 1988/; на 8 делегатском съезде Всесоюзного общества почвоведов /Новосибирск, 1SS9/; на Республиканской научно-технической конференции "Использование достижения научно-технического прогресса в области охраны природы Казахстана" /Алыа-Ага, 1990/; на Республиканской научной конференции "экология и охрана почв засушливых территорий Казахстана" /Алма-Ата, 1991/; на Республиканской научной конференции "Почва - проблемы и решения" /Душанбе, 1991/; на Всесоюзной научной конференции "Эрозисведение: теория, эксперимент, практика" Досква, 1991/; на научно-практической конференции "Географические проблемы Алтайского края" /Барнаул, 1991/.
Публикашш, Основные результаты диссертации изложены в 32 публикациях .
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, внводов и предложения производству, списка литературы из названий, в том числе зарубежных авторов. Работа изложена на с траншах машинописне ~о текста, иллюстрирована 71 таблицей, 17 ри-сукками.