ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ МИНЕРАЛОВ ДЛЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНО-ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В АРИДНОЙ ЗОНЕ

По свидетельству римского писателя и ученого Плиния Старшего, известково-глинистые породы использовали для мелиорации почв еще в 1 в. нашей эры земледельцы Британских островов-тогдашней окраины Римской империи. Российские ученые В.З. Блисковский и Д.Д.Минеев сделали вывод, что: “При внесении в почву измельченных пород, по-видимому, улучшаются также ее физические свойства, уменьшается испарение влаги” [1,с.189]. Как видно, они предполагали лишь возможность повышения эффективности использования влаги. Также они подчеркивают: “По инициативе Н.П.Петрова в 50-х годах испытывалось влияние на урожайность хлопка некоторых углистых сланцев Узбекистана. В этих сланцах содержание гумуса (0,65−2,45%) и основных питательных элементов (азота−0,02−0,23%, Р₂О₂−0,21−0,28%, К₂О−0,84−155%) низкое. Внесение этих сланцев в очень большой дозе (10 т/га) повысило урожай на 11,3−14,5 %. [1, с. 183-184].

Наше исследование относится к области водного и сельского хозяйства, в частности, к способам улучшения водно-физических, физико-химических, термодинамических и энергетических свойств зоны аэрации. Известно множество способов, однако они лишь незначительно изменяют физические свойства почвы, в частности, теплопроводность.

Предлагаемое техническое решение направлено на уменьшение испарения с поверхности почвы за счет повышения теплофизических свойств природных мелиорантов. Практически всеми прогнозно-климатическими моделями общей циркуляции атмосферы AOGCM_s прогнозируется общее летнее иссушение почвы …при глобальном потеплении−за счет резкого роста эвапотранспирации [4, с.95 ].

Данная задача уменьшения физического испарения с поверхности почвы  связана с энергетической потерей почв за счет скрытой теплоты парообразования, равной 0,6 ккал/см (данные И.П. Айдарова из работы [6, с.38]) и увеличения транспирации, улучшения водно-физических и энергетических свойств почв, уменьшение инфильтрации в системе «вода-почва», регулирования оптимального соотношения тепла и влаги, взаимосвязи поверхностных и грунтовых вод решается способом мелиорации почв [7]. Он включает внесение в почву природного мелиоранта, например вермикулита, поглощенный комплекс которого предварительно насыщается кальцием и в последующем механически перемешивается с почвой, причем перед внесением в почву вермикулит вспучивают обжигом при температуре 700−1000⁰С с последующим дроблением до размера (диаметра) гранул 0,1−5,0 мм. Кроме того, в качестве природного мелиоранта вносят в почву вспученный обжигом при температуре 900−1100⁰С перлит, который используют самостоятельно или в смеси с вермикулитом. Кстати, наиболее широко перлит развит среди продуктов палеоген-четвертичного вулканизма, к области которого относится юг Узбекистана. Также с учетом местных возможностей можно использовать каолинит и бентонит.

Разработанный способ в качестве существенной операции, взаимосвязанной с другими технологическими приемами, предполагает вспучивание мелиорантов обжигом при определенных температурах. Вспучивание  мелиорантов связано с резким (взрывным) увеличением давления водяного пара на поверхность пластинок (вермикулит) или выделением его пузырьков в разжиженном стекле, а также с отталкиванием отрицательно заряженных структурных элементов, претерпевших дегидратацию. В случае вермикулита происходит быстрое разбухание  отдельных индивидов вдоль оси С, и притом настолько значительное, что образуются червеобразные столбики или нити (отсюда и название минерала от лат. Vermiculus − червячок). Вспучивание резко уменьшает плотность мелиорантов, повышает их объем и улучшает теплоизоляционные свойства (за счет множества воздушных прослоек в индивидах и пузырьков в стекле). Достаточно указать, что если один из лучших природных теплоизоляционных материалов асбест имеет коэффициент теплопроводности 0,17−0,46 Вт/(м³.град), то у вспученных вермикулита и перлита он меньше в 3−10 и более раз.

Теплофизический эффект добавок вспученных вермикулита и перлита к почвенному слою изучен экспериментально.

В качестве моделирующего устройства использован металлический ящик призматической формы при размерах граней  0,5 х 0,5 х 0,7 м. В нижней части ящик снабжен отверстиями с патрубками для заполнения и слива воды и гнездами для установки термометров. Через верхнее окно ящик заполняли почвой сероземного типа, которую насыщали водой, а затем давали возможность ей стекать до образования слоя полной водонасыщенности не более 0,2 м. На почвенный слой размещали мелиоранты слоем мощностью 0,03 м (фракционного состава 5−10,0; 0,1−5,0 и менее 0,1 мм). Таким образом, подготовленное моделирующее устройство охлаждалось в холодильной установке промышленного типа при температуре –18⁰С до полного замерзания свободной воды (замерзание фиксировалось показателями термометров). Затем ящик извлекался из холодильной камеры и подвергался подогреву электри-ческой лампочкой мощностью в 500 Вт с расстояния 0,1 м от верхнего окна. Фиксировалось время повышения температуры замерзающего слоя до 5 и 10⁰С.

Из рассмотрения экспериментальных данных видно, что добавка вспученных мелиорантов практически в два раза снижает  теплопроводность почвы (при большей мощности слоя мелиоранта теплофизический эффект будет выражен еще более ярко). При этом наиболее эффективна фракция с размером гранул 0,1−5,0 мм. Из экспериментальных данных также видно, что если для повышения температуры обводненного слоя до +5⁰С требуется 35−39 ч, то дальнейшее повышение ее до +10⁰С происходит всего за 14−16 часов. Это связано с тем, что значительные количества тепла потрачено на фазовый переход “лёд−вода”  и  за счет этого увеличилось время нагрева почвы до +5⁰С.

Вспученные мелиоранты, кроме того, способствуют более полному удалению карбонатных солей и повышению содоустойчивости почв. Это достигается за счет того, что вспученные вермикулит и перлит обладают более высокой обменной емкостью по сравнению с невспученными.

Данный способ промышленно осуществим ввиду широкого распрос-транения вермикулита и перлита в природе и простой технологии их подготовки к использованию.

Опыт применения (даже каолина и перлита) мелиорантов в хозяйстве “Шуртан” Гузарскогорайона Кашкадарьи показал существенный эффект на рост зерновых культур. При этом на обычных рядах высота в несколько раз (20−30 см) меньше, чем на опытных участках. Естественно, это произошло за счет увеличения вегетационного периода на 10−15 дней, что повысило урожайность колосовых  на 25−30%.

В аридной зоне крайне необходимо их использовать при капельном орошении садов, виноградников и хлопчатника. Оптимальные дозы для однолетних растений − 50−100 м³ /га, для многолетних − вдвое больше, вносить примерно 1 раз в 10 лет. Во-первых, они уменьшают физическое испарение,  во-вторых,  абсорбируют влагу и сокращают фильтрационные свойства почво — грунтов зоны аэрации. По данным  специалистов, наиболее резкие колебания влажности почв наблюдаются на глубине 0−30 см, где запас влаги в ноябре−декабре составляет в среднем 1250 м³/га, а в июле−августе  − только 630 м³/га.

Как известно, главное предположение в руководствах основывается на том факте, что не менее 15% использованной воды для орошения просачивается ниже корневой зоны [8, с.15]. Поэтому, помимо поверхностного использования, мелиоранты необходимо размещать на определенной глубине (до 50 см) с целью аккумуляции выпавшей влаги и поднимающейся  грунтовой воды (ГВ) за счет субирригации и постепенной отдачи с растворенными элементами корням растений. По оценкам С.Ш. Мирзаева, при субирригации происходят значительные непродуктивные потери водных ресурсов за счет испарения ГВ, которые составляют 40 м³/с [3, с.60]. Однако, добавка 0,5−1% вермикулита предотвращает слеживаемость удобрений [2, с.44] и уменьшает физическое испарение поверхностных и  ГВ.

В основном минералы состоят из зольных элементов (Si, Mg, Са, К). В свое время еще Ю.Либих (1840) сделал вывод, что все эти элементы (зольные) также необходимы для жизни растений, как углерод и вода, свет и тепло[1, с.6]. Профессор Я.В. Самойлов (1914) предложил их называть “агрономическими рудами”[2, с.5].А.Л.Яншин и М.А.Жарков [9, с.6] называли их «рудами плодородия». Позже (1986) ученые В.3.Блисковский и Д.А. Минеев назвали их “камнями плодородия” [1, с.4].

Поэтому, в – третьих, они улучшают структуру почвенной среды, в – четвертых, учитывая, что корни  растений занимают влажные зоны по профилю почвы, а хорошо развитая корневая система является важной предпосылкой для повышения эффективности использования воды и они более чувствительны к жаре, чем листья [5, с.74], обеспечивают корням растений благоприятный водный и воздушный режим, они конденсируют почвенную влагу (абсорбируют) и постепенно отдают ее корням растений вместе с растворенными микроэлементами − повышается засухоустойчивость растений, способствуют аэрации почвы, её разуплотнению, повышая тем самым ее общую биологическую активность с целью восстановления биопотенциала и повышения продуктивности.

Анализ результатов экспериментально-теоретических прецизионных исследований показал, что предлагаемые природные мелиоранты способствуют:

− уменьшению физического и увеличению продуктивного (транспирацию) испарения и соответственно продуцированию растений;

− уменьшению дозы вносимых удобрений, восстановлению и повышению плодородия почв;

− повышению водоудерживающей способности почв;

− абсорбированию влаги и сокращению фильтрационных свойств почво-грунтов зоны аэрации;

−улучшению структуры почвенной среды, от чего почвы становятся более связными, вследствие чего уменьшается ветровая и водная эрозия;

−обеспечению корням растений благоприятного водного и воздушного режима, аккумулированию влаги и образованию «микробассейнов», постепенной отдаче влаги корням растений вместе с растворенными микроэлементами;

− повышению засухоустойчивости и общей биологической активности;

−повышению эффективности использования водных и энергетических ресурсов (эксергии).

Список литературы:

1. Блисковский В.З., Минеев Д.А. Камни плодородия. − М.: Недра, 1986. − 213 с.
2. Блисковский В.З., Киперман Ю.А. Агрономические руды. − М.: Знание, 1987. − 48 с.
3. Джуманов Ж. Х., Чертков Ю. Т., Джуманов А.Х. Подземные воды – резерв для орошения фермерских хозяйств Ферганской долины // Материалы Респ. научно – практ. конф.− Ташкент: АН РУз., 2009. – С. 59 – 63.
4. Коломыц Э.Г., Сурова Н.А. Прогноз влияния глобального потепления на ресурсы почвенной влаги в маргинальных лесах Среднего Поволжья // Водные ресурсы. – М.: 2010. Т. 37. – № 1. – С. 89 –101.
5. Кошкин Е.И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур.-М.: Дрофа, 2010.- 638 с.
6. Парфенова Н.И., Исаева С.Д., Рыбина Н.Н., Бондарик И.Г. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод при мелиорации и экологическая устойчивость природных систем // Мелиорация и водное хозяйство. – М.: 2009. – № 5. – С. 35 – 38.
7. Патент РУз № 4539. Способ мелиорации почв / Мурадов Ш.О., Хамраев Н.Р., Валуконис Г.Ю., Романенко В.П. // Официальное известие. – Ташкент:1997.– №3.
8. Танджи К.К., Караджи Ф. Орошение маргинальными водами: Краткий обзор. // Сб. науч. трудов. Материалы международного семинара ИКАРДА. – Тараз, ИЦ АКВА, 2002. – С.15 –28.
9. Яншин А.Л., Жарков М.А. Руды плодородия. М.: Советская Россия, 1985.- 160 с.[schema type=»book» name=»ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ МИНЕРАЛОВ ДЛЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНО-ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В АРИДНОЙ ЗОНЕ» description=»В период глобального и регионального изменение климата учащаются засухи в аридных зонах, в связи с чем разработана технология использования природных минералов с целью повышения эффективности использования водно-земельных ресурсов путем понижения физического (повышения эксергии) и повышения продуктивного испарения (транспирации), уменьшения инфильтрации воды (перколяции).» author=»Мурадов Шухрат Одилович, Тураев Улугбек Муртазоевич, Рустамов Жавохир Ботиралиевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-27″ edition=»euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)» ebook=»yes» ]