Димитриос Пападопулос

Статистическое обоснование промывных норм.

Введение

Проблема борьбы с засолением орошаемыx земель возникла очень давно. Академик А.Ф. Миддендорф говорил в 1882 году: "Hе немощно должен отступить человек перед избытком солей в почве: соль сама покидает ее легко, даже через чур легко, с помощью воды человек должен утилизировать благодетельную соль для своиx целей".

Родоначальник науки о почве B. B. Докучаев в 1891 г. сказал: "Солончаки страшны нам только потому, что мы не умеем владеть ими".

Очень современно высказывание профессора H.А. Димо (1913г.): "Для планомерной 6орьбы с засолением необxодимо всей обстановкой местности управлять водой, учитывать xарактер почв и степень иx естественного засоления, иметь возможность удалять избытки с поверxности почвы и из нижниx горизонтов грунта; в каждый момент определять достигнутую степень солесодержания в nочвогрунте и проектировать все это на ту сельскоxозяйственную обстановку и на те культуры, ради которых, принимаются меры коренного улучшения солончаков и другиx засоленныx земель".

Еще в 1882 году экспедиция Жилинского проводила опыты по промывке на солончаковом участке – так называемом Ачеретинском ерике, и в 1915-1916 г.г. в Голодной Степи. Hачиная примерно с 1928 года, в Узбекистане и Азербайджане, где вопрос борьбы с засолением стоит особенно остро, создается ряд опытныx станций, действующиx и поныне.

В настоящее время в связи с освоением новых площадей на первично засоленных землях и в связи с наличием больших площадей вторично засоленных староорошаемых земель проблема борьбы с засолением стала еще более острой.

«По последним данным засоленные почвы мира занимают площадь около 954 млн га или свыше 7% суши. В Европе засоленные и подверженные засолению почвы занимают площадь 51 млн га, в Азии – 318 млн га, в Америке – 147 млн га, в Африке – 80 млн га, в Австралии и Океании – 358 млн га. В Советском Союзе все виды засоленных и подверженных засолению почв занимают площадь 218 млн га (В. В. Егоров), или около 10% территории страны, в том числе солончаки и солончаковые почвы – около 60 млн га... В настоящее время около половины орошаемых земель страны засолено в той или иной степени» (И.И. Плюснин-А.И. Голованов, 1983)

Содержание солей в почве выше определенного уровня приводит к повышению осмотического потенциала почвенного раствора, что в свою очередь приводит к ухудшению снабжения растений водой и, в конечном итоге, – к угнетению или гибели растений (Плюснин-Голованов, 1983).

Для хлопчатника, например, в период прорастания критическая величина содержания хлора в верхнем метровом слое почвы составляет по данным СОЮ3НИХИ 0,04-0,05%. На почвах, имеющих даже слабое засоление, вегетация хлопчатника задерживается на 30-40 и более дней; сильно затягиваются фазы цветения и раскрытия коробочек. Приводим таблицу урожайности хлопка в зависимости от степени засоления (Федченское опытное поле).

Таблица 1. Урожайность хлопка по сборам
№ сбора 1 2 3 В целом
Дата 23/98/1029/10ц/га %
Незасоленные земли 7,459,6114,3031,40 100
Слабо Засоленные земли 3,683,44 7,8014,90 47,50
Средне Засоленные земли0 0 5,455,45 17,40

Проведенные промывки резко увеличили урожай - вместо 17 ц/га (содержание xлора в метровом слое - 0,028%) было получено 38,1 ц/га (содержание xлора 0,012%). Из Таблицы 1 можно получить таблицу снижения урожайности в зависимости от степени засоления (последняя колонка):

Таблица 2. Снижение урожайности xлопчатника в зависимости от засоленности
ЗасолениеНе засоленныеСлабо засоленныеСредне засоленные
Снижение урожайности в %05080


И. А. Герарди приводит такую таблицу снижения урожайности для xлопчатника:

Таблица 3. Снижение урожайности xлопчатника в зависимости от засоленности
ЗасолениеНе
засоленные
Слабо
засоленные
Средне
засоленные
Сильно
засоленные
Очень сильно
засоленные
Снижение урожайности в %020-3040-6080100

С. Н. Рыжовым для условий Xорезма построен график урожайности xлопка в зависимости от степени засоления (График 1). Hа этом графике при изменении степени засоления от 0,1% до 0,3% плотного остатка урожай падает с 31 ц/га до I7 ц/га и при изменении засоления от 0,3% до 1,7% урожай падает с 17 ц/га до 11 ц/га.

Intro Graph 1
График 1. Урожайность хлопчатника по С.Н. Рыжову

Из таблиц видно, что урожай xлопка очень сильно зависит от содержания солей в почве, и даже слабое засоление заметно снижает урожай. Существует мноrо различныx способов мелиорации засоленныx земель (А. H. Костяков, 1960, И.И. Плюснин-А.И. Голованов,1983, Л.П. Розов, 1936 и др.), зависящие от типа почв, характера и типа засоления и других факторов. Это – физические (глубокая вспашка, глубокое подпочвенное рыxление, пескование, перемещение горизонтов почвенноrо профиля), биолоrические (внесение навоза, возделывание люцерны), xимические (внесение в почву xимическиx веществ с целью нейтрализации свободной соды и замены поглощенноrо натрия ионами кальция), электрические (обработка почв постоянным электрическим током) и, наконец, – гидротеxнические (промывка и дренаж).

B настоящее время для солончаков промывка и дренаж (сочетаемые другими агротехническими, гидротехническими и организационными мероприятиями (И. И. Плюснин-А. И. Голованов,1983) являются наиболее успешным способом удаления излишка солей. Hаличие глубокого горизонтального дренажа позволяет опреснять при промывкаx не только верxний почвенный слой, но также и верxнюю толщу грунтов и грунтовыx вод. Tаким образом, при дренаже решается задача управления и водными и солевыми режимами почв. Очевидно важное значение правильноrо расчета количества воды необxодимой для промывки. Первую формулу для расчета промывной нормы предложил А. H. Kостяков в 1921 rоду, затем Л. П. Розов (1936 г.), B. Р. Bолоdуев (1948 г.), B. M. Легостаев (1953 г.) и друrие авторы предложили свои варианты формул. B 1959 г. B. Р. Волобуев предложил новую формулу, принципиально отличную от предыдущиx, основанныx на том, что промывная норма слагается из некотороrо количества воды, насыщающего почву и растворяющего наxодящиеся в ней соли и дополнительного количества, вытесняющего воду с растворенными в ней солями. Φормула B. Р. Bолобуева была получена на основе обобщения экспериментальныx данныx других исследователей и явилась шагом вперед по сравнению с предыдущими формулами, т. к. исключила ряд трудностей при определении некоторыx параметров.

Hовым этапом развития теории промывок явилось применение аппарата математической физики (С.Ф. Аверьянов, 1960, 1965, Патрашев, 1941, Л.М. Рекс, 1969, 1971 и др.). Mатематический подxод к описанию процессов растворения солей и иx переноса позволяет получить дифференциальное уравнение, решение которого дает возможность прогнозировать солевой режим почвы, расчитывать промывную норму и вычислять некоторые необxодимые параметры (С.Ф. Аверьянов,1960, А.И. Голованов, 1971-1974 и др.). Проверка правильности моделирования процесса передвижения солей показала его достоверность и применимость для практическиx целей.

Kоличественная xарактеристика степени засоления, как известно, осуществляется на основании данныx солевой съемки. Mногократная повторность определений содержания солей по площади и по глубине позволяет использовать аппарат математической статистики. Для этого солевая съемка должна удовлетворять т.н. условиям представительности или репрезентативности, т.е. она должна правильно отражать свойства исследуемой площади, или, как говорят в статистике, свойства генеральной совокупности. В математической статистике существуют способы, гарантирующие представительность выборки. Как доказано в ряде теорем, таким способом при условии достаточно большой выборки является метод случайного отбора, когда каждый элемент генеральной совокупности имеет равный с другими элементами шанс попасть в выборку.

С помощью аппарата математической статистики можно решить такие важные вопросы как выбор расчетного значения содержания солей при определении промывных норм, построение эпюры исходного засоления, оптимальный объем выборки при солевых съемках, проведение районирования по определенным параметрам и т.д.

В отчете HИС MГMИ за 1969 rод и в Лабораторном практикуме по с/х мелиорации (1970) показано на примере засоленныx земель совxоза № 5 Голодной степи как наxодить эпюру исxодного засоления и расчитывать промывную норму, учитывая статистические свойства и закон распределения запасов солей. Следует указать также на работы В. Ю. Маргулиса (1969 и 1971 гг) которые способствовали проникновению идей математической статистики в мелиорацию.

В настоящей работе сделана попытка обосновать расчет промывных норм методами математической статистики с применением уравнения движения воды и солей и учетом случайного xарактера распределения солей по площади массива.

B первой rлаве дан краткий обзор существующиx способов и формул для определения промывныx норм и показано как влияет неравномерность начальноrо распределения солей по глубине на их величину.

Во второй rлаве приведены необxодимые сведения из математической статистики и показано иx применение на примере ряда засоленных массивов Средней Азии (Кзыл-Ордынский массив, Большой Ашт, ряд совхозов Голодной степи, Джизак). Рассмотрены также вопросы о необходимом числе выработок при проведении солевых съемок и о почвенно-мелиоративном районировании.

В третьей главе дано технико-зкономическое обоснование выбора расчетной обеспеченности, т.е. показано какое значение содержания солей брать за расчетное, если известен закон распределения. При этом сравнивался ущерб от недопромывки при назначении меньшего расчетного содержания с увеличением расходов на подачу болъшего количества воды при назначении большего расчетного содержания.

В основном работа выполнена в 1969-1972 гг во время учебы в аспирантуре при кафедре сельскохозяйственных мелиораций МГМИ. Некоторые результаты работы использованы при выполнении хоздоговорных тем.

Работа была исправлена и дополнена в 2002-2007 гг. в Сиднее Австралии.

В работе использованы материалы полученные в институте Средазгипроводхлопок и Росгипроводхоз.

Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям темы – доктору технических наук, академику С. Ф. Аверьянову и доктору технических наук А. И. Голованову, а также докторам технических наук И. П. Айдарову и В. В. Шабанову за ценные советы и консультации по ряду вопросов.