Сельскохозяйственные культуры выдерживают как определенный уровень грунтовых вод, так и определенную влажность почв, длительность затопления. Так, например, при посадке сада уровень грунтовых вод должен быть на 1,5-2.0 м ниже поверхности земли. В дальнейшем, уровень грунтовых вод необходимо поддерживать на следующей глубине: для плодовых – 2,0 м; для крыжовника – 1,5 м; для малины – 1,0-1,5 м; для земляники – 0,6-0,7 м. Оптимальная глубина для сенокосов 50-70 см; для пастбищ – 80-90 см (Андреев Н.Г., 1973). Допустимый уровень грунтовых вод меняется как для отдельных культур, так и в зависимости от периода вегетации. Минимальная глубина понижения уровня грунтовых вод определяется и свойствами почв и их гранулометрическим составом, уровнем гумусированности, наличием в почвенном растворе и грунтовых водах токсичных соединений.
Различные сельскохозяйственные культуры выдерживают и определенный период затопления водой (который также зависит от температуры и химического состава вод, фазы развития растений). Так, картофель выдерживает затопление до 6 часов, а бекмания – до 42 дней. При проведении осушения разработаны сроки отвода избыточных вод из корнеобитаемого слоя почвы. Отдельные сельскохозяйственные культуры предъявляют и различные требования к влажности почв, что также является критерием для осушения почв.
По данным Скоропанова С.Г. (1977), затраты на осушение достигают 1,5-2,0 тыс. рублей на 1 га (в ценах 1975-1977 г.г.), что обеспечивает развитие совершенной осушительной сети, гарантирующей высокую продуктивность земель (до 70-80 к.ед. с 1 га). Однако, это обеспечивается только при внесении 350 кг/га действующего вещества NPK. Данные бонитировочной оценки показывают, что осушенные торфяники оцениваются в 70-80 баллов, суглинистые почвы – в 60-70 баллов, а песчаные – в 30-35 баллов.
Проблемы, возникающие при осушении почв, связаны, в основном, с тремя группами вопросов: 1) не все почвы могут быть осушены с технической точки зрения; 2) недостаточно хорошо установлен критерий необходимости осушения почв, что приводит к осушению таких земель, которые не нуждаются в этом мероприятии; 3) в ряде случаев экономическая эффективность осушений невелика, что связано как с несовершенством технологий и нарушением правил, так и с не комплексным подходом к повышению плодородия почв; 4) осушение, в ряде случаев, сопровождается нарушением экологических ситуаций в месте проведения работ и в сопредельных территориях.
Осушение почв затруднено и, в ряде случаев, невозможно при большой плотности и малой водопроницаемости почв, при отсутствии условий для сброса излишних вод. В ряде случаев, почвы являются избыточно увлажненными в отдельные периоды сезона, и при строительстве нерегулируемых осушительных систем они оказываются в сухие годы недостаточно увлажненными. Критериями необходимости осушения являются избыток воды в почвенном профиле и близкий к поверхности уровень залегания грунтовых вод, а также степень оглеения и оторфянения почв. В то же время воды с благоприятным химическим составом не оказывают на растения негативного влияния. Например, избыток воды после дождя, близкий уровень грунтовых вод в прирусловой части поймы, когда воды богаты кислородом и не содержат восстановленных продуктов.
В глинистых почвах избыточное увлажнение приводит к увеличению в почвенном растворе подвижных токсичных для растений соединений марганца, алюминия, железа, а в песчаных почвах этого не наблюдается. При развитии анаэробиозиса при низких значениях окислительно-восстановительного состояния в почвах, обогащенных сульфатами, образуются токсичные для растений соединения сероводорода. В почвах, где содержание серы очень невелико, опасность образования таких соединений мала. Таким образом, в одних почвах при их избыточном увлажнении, помимо избытка воды, образуются токсичные продукты, а в других нет. К сожалению, существующие методы оценки необходимости осушения почв эти вопросы не учитывают.
Для повышения эффективности осушения оно должно сопровождаться проведением комплекса мероприятий по повышению плодородия почв и урожайности с/х культур. Однако, на практике этого часто не наблюдается, что и приводит, в ряде случаев, к низкой эффективности осушительных мероприятий. Следует отметить, что экологически и в длительной перспективе экономически более выгодно подбирать пути сельскохозяйственного использования почв, в соответствии с адаптационными возможностями выращиваемых на них культур. Лучше для почв определенной степени гидроморфности подобрать свои культуры, типы сельскохозяйственного использования. Осушение почв приводит к коренному изменению не только свойств почв, но также протекающих в почвах и ландшафтах процессов и режимов. Такая коренная перестройка природы не остается без негативных последствий. Всегда выгоднее познать законы природы и их использовать, чем переделывать природу, в соответствии со своими требованиями к ней.
Осушение и интенсивное сельскохозяйственное использование осушенных торфяных почв при сохранении их в первозданном виде – задачи, практически неосуществимые (Бурлей В.Р., Вознюк С.Т.). К экологическим последствиям осушения почв относят следующие: интенсивную минерализацию органической части в почвах легкого гранулометрического состава, их подкисления, вынос дренажных элементов с грунтовыми водами. В органогенных почвах – это обезвоживание органического вещества, его гидрофобизация, минерализация торфа при образовании значительных количеств NO3, NH4. При уменьшении степени гидроморфизма происходит переход Fe3+ в Fe2+, Mn4+в Мп2+. С одной стороны, это приводит к уменьшению их токсического влияния на растения, однако, в нейтральных почвах – к дефициту железа и марганца для растений.
При минерализации торфяных почв происходит ежегодное уменьшение мощности торфяного слоя от 1 до 12 см (в среднем 2-3 см). Ежегодные потери органического вещества при этом составляют 6-7 т/га с пашни и 36 т/га с лугов и пастбищ (Владыченский А.С., 1997). После мелиорации болот испарение с них сокращается примерно на 15%, при одновременном увеличении годового (на 40%), особенно меженного (в 2,5 раза) стока с мелиорированных речных водосборов.
Однако для разных почв и в зависимости от степени и длительности осушения изменения свойств почв отличаются. Так, в результате длительного осушения (20 лет) перегнойно-торфяной железистой почвы зольность пахотного слоя возросла до 26%, плотность почвы увеличилась до 0,4 г/см3, плотность твердой фазы – до 1,86 г/см3, пористость уменьшилась до 80%, полевая влагоёмкость – до 73-65%. Водопроницаемость изменялась по профилю от 7,7.10-8 до 1,2.10-5 м/сек (Винокурова В.М., 1984).
Осушение и глубокое рыхление глеевых и глееватых дерново-подзолистых почв на лессовидном суглинке вызывало уменьшение на 0,2-0,4 г/см3 объемной массы, увеличение на 10-15% общей порозности, снижение на 4-6 кг/см2 твердости, возрастание на порядок коэффициента фильтрации (Гельцер В.Ю., 1983). По данным автора, это привело к сокращению численности и зоомассы мезофауны. В частности, численности люмбридид на 30-50%, численности насекомых в 1,5 раза, численности дождевых червей в 7-11 раз. В то же время наблюдалось заселение иллювиальных горизонтов почв простейшими (жгутиконосцами, инфузориями), усиление общей микробиологической активности. Изменение свойств почв при осушении зависит от длительности осушения.
Таблица 15
Водно-физические свойства торфяно-болотных почв в зависимости от
длительности осушения (Гетов Л.В., 1963)
Показатель : Неосушенное : Длительность осушения, годы
: болото :---------------------------------------------------------------
: : 5-7 : 25-30 : 75-80
степень разложения, % 25 и менее 30-35 35-40 40-50
зольность, % 4,1-7,1 8,2-9,3 9,5-10,2 10,4-12,0
удельная масса, г/см3 1,48-1,54 1,55-1,57 1,57-1,58 0,20-0,26
объемная масса, г/см3 0,09-0,13 0,15-0,17 0,18-0,21 1,59-1,61
коэффициент фильтрации,
n.10-4см/сек 1,27-7,43 3,82-21,3 6,07-36,6 70,3-166,0
При отборе вод происходят следующие изменения: опускание уровня грунтовых вод, уменьшение стока в реки и поверхностного стока, опускание уровня водоносных горизонтов и их емкости, перехват вертикального и горизонтального миграционных потоков, подток из водоносных горизонтов соседних районов, ускорение миграции вниз по профилю за счет стока, ускорение стока с поверхности в связи с осушением верхнего горизонта. Прогноз изменения обводненности территории определяется количеством отбираемой для технических и хозяйственных нужд воды, гранулометрическим составом почв и пород, их коэффициентами фильтрации и высотой капиллярного поднятия, скоростью отбора воды, приходными и расходными статьями водного баланса используемых водоносных горизонтов.
Для оценки экологических последствий водозабора и опускания уровня грунтовых вод учитывают следующие составляющие: 1) опускание уровня грунтовых вод и уровней воды в колодцах, необходимость и стоимость подведения водопровода или углубления водозаборных скважин; 2) изменение почвенного покрова территории в связи с уменьшением степени ее гидроморфизма; 3) изменение плодородия почв; 4) ухудшение развития древесной растительности; 5) пересыхание малых рек, гибель рыбы, ухудшение состояния пойменных лугов; 6) уменьшение урожайности сельскохозяйственных культур в связи с нарушением микроклимата территории; 7) усиление развития водной и ветровой эрозии; 8) изменение качества вод и необходимость замены технологических линий по их очистке.