Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

Рис 145 Схемы профилей выработанных торфяников

при

различных способах добычи

торфа (А

1рутнев, 1963)

—

после ручной добычи торфа, 2

—

после фрезерной добычи с выработкой бровки

каналов, 3

—

после машинно-формовочной выработки,

4 —

после добычи способом

«гидроторфа».

а — остаточный торф, б

—

минеральная порода, подстилающая торф, в — вода,

—

остатки пней

1) торфяники, выработанные вручную;

2) торфяники, выработанные фрезерным способом. Эти карь-

еры имеют слабоволнистую поверхность. После рекультивации,

как правило, удобны для посева сельскохозяйственных культур;

3) торфяники, выработанные машинно-формовочным спосо-

бом. Площади таких выработок имеют сильно изрезанную поверх-

ность, причем остаточный торф с древесной растительностью в

виде узких всхолмлений чередуется с глубинными впадинами, от-

куда вычерпывалась торфяная масса. Такие карьеры сильно засо-

рены пнями, а узкие всхолмления быстро зарастают древесной рас-

тительностью. Осушение, корчевка пней, планировка поверхности

в условиях машинно-формовочной разработки торфяного карьера

связаны с существенными затратами;

4) торфяники, выработанные способом «гидроторфа». Этот

способ предполагает гидромеханические разрушения торфяной за-

лежи струей воды, подаваемой на поверхность под напором с по-

мощью насосов и брансбойтов («гидроторф»). Торфяная суспензия

траспортируется затем по трубопроводам на поля сушки. Тщатель-

но спланированные и хорошо дренированные поля разделены зем-

376

ляными валиками на чеки. Они затапливаются торфяной суспен-

зией слоем 20-30 см. После удаления воды в результате испарения

и фильтрации сухая масса торфа режется на брикеты.

На месте месторождений, разработанных способом «гидротор-

фа»,

обычно возникают озера, постоянно заполненные водой. Для

возделывания сельскохозяйственных растений карьеры «гидротор-

фа» мало пригодны. Их используют главным образом для посева

водяного риса, разведения рыбы и водоплавающей птицы (Трут-

нев,

1963). Производство рекультивационных работ в значительной

мере предопределен и особенностями водного режима отработан-

ного торфяного месторождения. Для условий лесной зоны евро-

пейской части России выделяют шесть основных типов водного ре-

жима выработок: залитые водой, частично залитые водой, перио-

дически затопляемые, сильно увлажненные, увлажненные, сухие

или нормально увлажненные. Первые четыре типа выработок при

рекультивации нуждаются в проведении осушительных работ. Ув-

лажненные выработки можно осваивать под луга и лесоразведение.

Сухие или нормально увлажненные фрезерные поля, как правило,

сразу вовлекаются в сельскохозяйственном производстве.

Независимо от принятой технологии добычи торфа основным

условием для рекультивации плодородия почв выработанного тор-

фяного месторождения является сохранение слоя торфа мощно-

стью не менее 70 см. В равной мере это относится к массивам вер-

ховых болот, поскольку очень часто в процессе их естественной

эволюции глубокие горизонты залежи образуют низинные торфа.

Ускоренная сработка слоя торфа, оставшегося после заверше-

ния эксплуатации месторождения, особенно опасна при его под-

стилании песком. Такие массивы должны использоваться только в

качестве высокопродуктивных зеленых (луговых) угодий.

Все месторождения, подлежащие рекультивации, испытываю-

щие переувлажнение (т.е. залитые, частично залитые, периодиче-

ски затопляемые, сильноувлажненные и увлажненные), необходи-

мо дренировать. В этой связи следует отметить, что все переувлаж-

ненные месторождения перед началом добычи торфа на удобрение,

подстилку, топливо и сырье должны быть осушены открытой

сетью, состоящей из магистральных, коллекторных и картовых ка-

налов. Следует учитывать, что вышедшие из-под добычи поля в ре-

зультате извлечения тем или иным способом торфа и снижения

гипсометрического уровня поверхности обладают осушительной

сетью, параметры которой не обеспечивают водный режим, необ-

ходимый для выращивания сельскохозяйственных культур.

В наиболее сложных условиях предусматривают прежде всего

работы по реконструкции или строительству новой осушительной

сети, которая должна отвечать по своим параметрам требовани-

ям проектируемого сельскохозяйственного использования терри-

377

тории. Затем выполняют целесообразные культуртехнические ме-

роприятия, связанные с устранением выемок, удалением кустарни-

ка, малоценного леса, разравнивание валов раскорчеваний древе-

сины и др.

Обязательным условием рекультивации является планировка

поверхности осушенного месторождения. Дальнейшие работы обу-

словлены характером использования территории.

Рекультивация позволяет создать на нарушенной площади раз-

ные виды угодий. Например, неглубокие карьеры с песчаным суб-

стратом можно использовать под лесопосадки, не применяя значи-

тельных масс удобрений. При внесении минеральных и органиче-

ских удобрений рекультивируемую площадь можно использовать

для размещения многолетних трав и создать, таким образом, пло-

дородные культурные сенокосы и пастбища. Если же на поверхно-

сти защитного слоя торфа нанести потенциально плодородный гу-

мусированный почвенный мелкозем, то вновь созданная пашня

будет пригодна для размещения всех районированных сельскохо-

зяйственных культур. Различным видам использования земель со-

ответствуют разные объемы рекультивационных работ и затраты на

их выполнение.

Особое внимание при рекультивации почв выработанных тор-

фяников следует уделять системе удобрений, направленной на со-

здание и повышение их плодородия. На торфных почвах с рН 5,0 и

ниже перед внесением удобрений необходимо известкование, обо-

гащение минеральными компонентами (песком, супесью) пахот-

ного горизонта. Обычно эти почвы бедны калием, в них невелико

содержание доступного азота, мало содержания аэробной микро-

флоры. Поэтому при рекультивации необходимо внесение органи-

ческих удобрений (прежде всего навоза), запашка соломы, значи-

тельных масс минеральных удобрений (N90, P90, Ki80 и т.д.). Не-

редко нецелесообразна пахота с оборотом пласта, и предпочте-

ние должно быть отдано в этом случае поверхностной обработке

дисковыми боронами на глубину 7-8 см (Трутнев, 1963). При этом

не происходит глубокой заделки слоя пахотного горизонта, наибо-

лее обогащенного микроорганизмами. После выполнения работ

по восстановлению плодородия деградированных торфяных почв

карьеров на них может возделываться широкий набор сельскохо-

зяйственных культур. Так, на торфяных рекультивированных нейт-

ральных или насыщенных щелочно-земельными металлами почвах

могут возделываться капуста кочанная и кормовая, морковь, кормо-

вые бобы, горох, картофель, многолетние злаковые травы.

На кислых в исходном состоянии торфяных почвах (в первые

шесть лет) выращивают овес, горох, горохо-овсяную смесь, злако-

вые травы, картофель, а затем по мере окультуривания овощ-

ные (кормовые бобы, корнеплоды и др.) и многолетние бобовые

травы.

378

9.8. ДВУСТОРОННЕЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

ВОДНОГО РЕЖИМА ОСУШАЕМЫХ ПОЧВ.

ВИДЫ ШЛЮЗОВАНИЯ

Осушение обеспечивает сброс избыточной гравитационной

влаги в критические периоды, например, в предпосевной период,

в период выпадения обильных летних осадков во время вегетации

и т.д. Однако между этими критическими фазами, лимитирующи-

ми процесс сельскохозяйственного производства, существуют и

периоды интенсивного иссушения поверхностных корнеобитае-

мых горизонтов. Очевидно, дренажная система, как бы совершенна

она ни была, не может уменьшить дефицит почвенной влажности.

Последнее негативно отражается на плодородии почв, вызыва-

ет снижение урожайности сельскохозяйственных растений из-за

недостатка влаги в зоне избыточного увлажнения.

И.С. Васильев (1950) впервые показал, что в зоне избыточного

увлажнения на суглинистых дерново-подзолистых почвах всегда

имеет место летняя засуха, которая в пределах европейской терри-

тории страны в годы разной обеспеченности осадками может про-

должаться в течение 2—5 недель. Поскольку под влиянием осуше-

ния водный режим заболоченных почв оказывается близким или

тождественным режиму автоморфных почв, осушенные почвы так-

же могут характеризоваться наличием такого периода, когда влаж-

ность пахотного горизонта оказывается ниже предельной поле-

вой влагоемкости или нижней границы оптимального диапазона

для развития растений (т.е. ниже влажности разрыва капиллярной

связи).

Очевидно,

этот*

период недостатка влаги на легких почвах

может оказаться еще более продолжительным, чем на почвах су-

глинистого состава. Особенно отчетливо дефицит влаги проявляет-

ся при использовании осушенных почв под многолетние травы.

Поэтому нередко в зоне избыточного увлажнения на осушенных

гидроморфных почвах оказывается целесообразным дополнитель-

ное увлажнение сельскохозяйственных культур. При этом следует

иметь в виду, что если на минеральных почвах оно важно для соз-

дания благоприятных условий развития растений, то на торфяных

почвах дополнительное увлажнение (субирригация) необходимо

для сохранения самих почв.

В связи с рассмотрением задач регулирования водного режима

минеральных гидроморфных почв следует коротко остановиться на

возможности их переосушки при мелиорации. Переосушка в этом

случае может проявляться двояко. Прежде всего следует иметь в

виду те последствия, которые связаны с резким изменением физи-

ческих свойств торфяных почв при глубоком осушении и примене-

нием неправильной агротехники (внедрение пропашных, ликвида-

ция травосеяния и др.).

379

Задача такого осушения, как известно, заключается в глубоком

понижении уровня грунтовых вод, при котором наступает отрыв

капиллярной каймы от осушаемой толщи торфа, его интенсивное

иссушение и обезвоживание. Неблагоприятные последствия при-

менения этого способа осушения в лесостепной и южнотаежной

зонах подробно были рассмотрены выше. Они проявляются, в ча-

стности, в ускоренной сработке торфа, эрозии почв, бесполезной

для растений потере огромных масс азота, пожарах на торфяниках,

необратимой коагуляции органических коллоидов и, как следст-

вие,

в частичной или полной потере плодородия почв.

Отрицательные последствия такой пересушки, свойственной

только органогенным почвам, рассмотрены в работах Б. Такке

(1930),

СВ. Хугхаудта (1950), Ф.Р. Зайдельмана (1960), И.Н. Скрын-

никовой (1961), П.А. Левицкого (1972) и др. Осушение минераль-

ных почв не может послужить причиной такого неблагоприятного

в сельскохозяйственном отношении изменения их свойств. Но ин-

тенсивное дренирование подчас вызывает слишком быстрое сни-

жение уровней верховодки и неоправданное нарастание темпов ис-

сушения корнеобитаемых горизонтов в условиях нерегулируемого

действия дренажа. В этом смысле можно признать вероятность пе-

реосушки и минеральных гидроморфных почв. Опасность такой

переосушки, как следует из изложенного, относительно невелика

на тяжелых подзолистых почвах, поскольку их аккумулирующая

емкость значительна.

Вместе с тем нерегулируемый сброс верховодки из крупнопори-

стых структурных пойменных почв поверхностного заболачивания и

быстрое снижение уровня грунтовых вод на более легких подзоли-

стых и других почвах могут привести к резкому ухудшению режима

влажности. Подтверждением этому служит нередко наблюдаемое

ухудшение видового состава и снижение урожайности ценных вла-

голюбивых трав на суходольных

лугах,

в поймах и на песчаных водо-

разделах после интенсивного осушения. Предотвратить переосушку

этих дренированных почв можно путем регулирования дре-

нажного стока, дождевания и субирригации.

Если установлена экономическая целесообразность орошения,

то при реализации инженерных мероприятий по регулированию

водного режима почв необходимо тщательно учитывать тесную

связь между способом ирригации, с одной стороны, генезисом,

составом почв и гидрогеологическими условиями — с другой.

Поскольку отдельные способы орошения были рассмотрены ранее,

ниже будет дан анализ почвенно-гидрологических условий объек-

тов осушения, определяющих выбор способов дополнительного

увлажнения. При рассмотрении этих вопросов следует исходить из

того,

что для дополнительного увлажнения автоморфных почв

зоны избыточного увлажнения могут быть использованы практиче-

ски все рассмотренные выше способы орошения.

380

Для осушенных гидроморфных почв в настоящее время при-

меняют преимущественно следующие способы дополнительного

увлажнения: 1) дождевание; 2) регулирование дренажного стока;

3) регулирование уровня грунтовых вод (субирригация); 4) прика-

тывание.

Дождевание на осушенных почвах может применяться

всегда, независимо от их генезиса и причин заболачивания. При

этом, однако, следует иметь в виду, что на торфяных почвах южно-

таежной подзоны европейской части России нередко при глубо-

ком залегании грунтовых вод дождевание приводит к су-

щественному ускорению темпов биохимического

разложения органического вещества. Поэтому в таких услови-

ях дождевание следует проектировать только в сочетании с регули-

руемым шлюзованием (см. ниже).

Следует подчеркнуть и еще одну особенность дождевания куль-

тур на осушенных почвах. Здесь опасен не только недополив, но и

особенно переполив растений. Вместе с тем разработка долгосроч-

ных графиков полива в условиях зоны избыточного увлажнения

является весьма сложным, практически не решаемым мероприяти-

ем в связи с неустойчивостью погодных условий. Последующие

после полива дождеванием обычными нормами (200—300 м

/га)

дожди могут вызвать вторичное избыточное увлажнение поверхно-

стных горизонтов. Поэтому в этой зоне полив осушенных почв

должен производиться по суточному дефициту влаж-

ности. В этом случае полив малыми нормами (5—8 мм,

50-80 м

/га) часто оказывается наиболее целесообразным в агро-

экологическом и водохозяйственном отношениях.

Регулирование дренажного стока, или преду-

предительное шлюзование, направлено на замедление

темпа стекания части гравитационной влаги из почвенного профи-

ля в виде дренажного стока. Оно осуществляется путем перекрытия

открытой сети и крупных коллекторов шлюзами и задвижками.

Необходимо подчеркнуть, что, во-первых, регулирование дренаж-

ного стока — мероприятие пассивное. В период летней межени в

шлюзованной сети каналов будет неуклонно происходить опуска-

ние грунтовых вод. Во-вторых, применение этого приема ограни-

чено крупнопористыми почвами грунтового или поверхностного

заболачивания, содержащими значительные объемы гравитацион-

ной влаги (например, песчаными и супесчаными почвами болот-

но-подзолистого типа, глинистыми агрегированными зернистыми

пойменными, торфяными и др.). На плотных почвах поверхност-

ного заболачивания, например на тяжелосуглинистых и глинистых

оглеенных подзолистых почвах, в связи с низкой активной пороз-

ностью и незначительным объемом пор, занятых гравитационной

водой, мероприятия по регулированию дренажного стока оказыва-

ются малоэффективными или нецелесообразными вообще.

381

Более благоприятная обстановка по регулированию водно-

го режима почв складывается в условиях увлажнительного

шлюзования. Этот способ осуществляется на массивах, за-

болоченных грунтовыми и напорными водами. Он позволяет на

протяжении всего вегетационного периода поддерживать грунто-

вые воды на расчетных уровнях, необходимых для почв и растений.

Однако масштабы применения этого способа незначительны, так

как случаи заболачивания почв напорными водами в гумидной

зоне ограничены.

Важное значение при дополнительном увлажнении осушенных

почв имеют мероприятия по активному регулированию

уровня грунтовых вод (регулируемое шлюзование, обеспе-

чивающее эффект субирригации).

Такой способ дополнительного увлажнения осуществляется на

почвах, в исходном состоянии заболоченных грунтовыми водами.

Это,

как правило, легкие почвы, тяжелые почвы на близко залега-

ющем к поверхности водоносном горизонте, а также органогенные

почвы. Наряду с увлажнением минеральных и торфяных почв регу-

лируемое шлюзование резко подавляет темпы биохимического раз-

ложения торфа и способствует сохранению органических почв при

их целесообразном сельскохозяйственном использовании на неоп-

ределенно долгий срок. Регулируемое шлюзование обеспечивает

активное изменение уровня грунтовых вод (в том числе и их подъ-

ем в засушливый период) путем подачи воды в шлюзованные от-

крытые каналы осушительной сети, в коллекторную сеть, а из

нее

—

в дренажные линии.

Вода поступает в проводящую и осушительную (регулирую-

щую) сети из внешних водоисточников

—

рек, водохранилищ и др.

в результате ее перекачки

насосами. Поэтому особен-

но легко субирригация осу-

ществляется в польдерах. При

высокой водопроницаемости

почв и подстилающих пород

вода поступает в грунтовой

поток непосредственно из

дрен, постепенно повы-

шая его уровень. При этом

вначале формируется вогнутая

депрессионная кривая, кото-

рая по прошествии опреде-

ленного срока выравнивается

и устанавливается на уровне

или выше дрен (рис. 146). Ес-

ли,

однако, водопроницае-

мость почв невелика, то воз-

ггв

рЦрена

ггв^

день

Здень

день

ВО

100

120

Н.см

О 2,5- 5,0 2,5 О

Расстояние

от

дрены,

Рис.

146. Схема изменения депрессион-

ных кривых во времени при регулируе-

мом шлюзовании торфяных маломощ-

ных почв, подстилаемых песком в ре-

зультате инфильтрации воды по дренам

382

из

о,

в в

аа

*•«

§1

о я

•8

о.

•e

се

2 и

из

•е

383

Рис.

147. Прикатывание пахотного горизонта осушенных торфяных почв для

восстановления капиллярной связи поверхностных и подпахотных слоев поч-

венного профиля весной

можность активного подъема уровня грунтовых вод исключена. В

этом случае регулирование влажности с помощью субирригации

невозможно (табл. 48).

Однако эффект такого дополнительного увлажнения может

быть резко усилен путем устройства в осушаемых почвах (мине-

ральных или торфяных) густой сети кротовин с небольшими рас-

стояниями между ними (2—4 м).

Прикатывание

—

уплотнение поверхностных горизонтов

торфяных почв (главным образом в весенний период) на осушен-

ных массивах. Необходимость этого мероприятия в связи с регули-

рованием водного режима пахотного горизонта осушенных торфя-

ных почв объясняется тем, что в зимний период за счет перегонки

пара из нижних теплых слоев к поверхности в нижней части пахот-

ного слоя на границе с подпахотными горизонтами происходит на-

копление льда (Скрынникова, 1961). Лед отрывает пахотный гори-

зонт от нижележащей монолитной и влагонасыщенной толщи тор-

фа, нарушая его подпитывание по капиллярам корнеобитаемой зо-

ны.

Прикатывание торфяных почв перед посевом восстанавливает

нарушенную капиллярную связь между пахотными и подпахотны-

ми горизонтами, улучшает водоснабжение сельскохозяйственных

растений. Прикатывание производят весной специальными водо-

наливными катками. На осушенных торфяных почвах этот прием

осуществляют ежегодно (рис. 147).

ДРЕНАЖ ЗАБОЛОЧЕННЫХ

ПОЧВ ПРИ ЛАНДШАФТНОМ И

• ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Выше были изложены общие сведения о применении дренажа

для оптимизации свойств и режимов почв

условиях сельско-

ле-

сохозяйственного производства. Однако осушение почв служит не

только сельскому и лесному хозяйству, но оно необходимо и при

других видах использования переувлажненных территорий, в част-

ности при ландшафтном и гражданском строительстве.

При помощи осушения создается жизненное пространство,

необходимое для существования человека во всех сферах его дея-

тельности.

В этой связи следует подчеркнуть, что принципы оптимиза-

ции свойств и режимов заболоченных почв остаются общими. Од-

нако частные аспекты, несомненно, имеют особенности, которые

в значительной мере определяются требованиями приватного

хозяйства.

10.1.

ОСУШЕНИЕ ПОЧВ ДЛЯ САДОВ

И ЯГОДНИКОВ

10.1.1.

В КАКИХ СЛУЧАЯХ НУЖНО ОСУШАТЬ

ПОЧВЫ ДЛЯ САДОВ И ЯГОДНИКОВ

Заболоченность почв

—

один из важнейших факторов, ограни-

чивающих возможность использования их в фермерском и садо-

водческом хозяйствах.

Особенно внимательно следует относиться к устранению из-

быточного увлажнения почв при их подготовке к размещению се-

мечковых садовых деревьев с глубокой корневой системой. В Не-

черноземье широко распространены яблоневые сады. Яблоневые

деревья с глубокой корневой системой (2—3 м) чувствительны к

оглеению почв и их заболоченности. При подготовке почвы для та-

кого сада важно обратить особое внимание на изучение морфоло-

гии почв глубоких (2-2,5 м) разрезов, поскольку почва сохраняет в

своей «памяти» следы периодического избыточного увлажнения в

виде пятен или горизонтов оглеения. Существенно и то, что, не-

26 - 2099

385