Последствия дренажа. 
Гидротехнические мелиорации

Допустим, что дренаж уже проведен и нужно ответить на вопрос, каковы же его последствия. Более чем 200-летний опыт России и еще более продолжительный опыт зарубежных стран показывает, что это мероприятие крайне эффективно. Что же происходит в толще почвы при дренаже?

Наиболее известное последствие дренажа — удаление избытка влаги из почвы. Вместо воды освободившийся объем занимает воздух, улучшая аэрацию корнеобитаемого слоя почвы.

В результате удаления избытка влаги ускоряется созревание почвы весной, что приближает начало весенних полевых работ по созданию ландшафтных насаждений. Одновременно выравнивается скорость созревания почвы на отдельных контурах, что также позволяет проводить работы по благоустройству одновременно и в более сжатые сроки.

Ускорение созревания почв тесно связано с тепловыми свойствами дренируемых почв. К тепловым свойствам почв В. А. Ковда относит теплопоглотительную способность, теплоемкость, теплопроводность и др.

Теплоемкость почвы — это способность почвы поглощать тепловую энергию. Теплоемкость почвы можно подразделить на три основных вида: удельную, объемную и эффективную. Теплоемкость почвы С, Дж/(г • К), выражается через приращение теплоты в почве при изменении ее температуры:

где Q — количество теплоты в почве, Дж/(гК); Т — температура почвы, К.

Теплоемкость почвы зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, характера сложения и степени оструктуренности. Для сравнения далее приведена теплоемкость некоторых почв и их основных частей (по В. А. Ковда и В. Т. Трофимову).

Часть почвы

Пески разные…

Глина воздушно-сухая…

Воздух…

Торф воздушно-сухой…

Лед…

Вода связанная…

Вода свободная…

Чернозем…

Серозем…

Краснозем…

Гранит…

Известняк…

Песчаник…

Удельная теплоемкость С, Дж/(гК)

• 0,70…0,84 0,75…0,98 1,02
• 0,8…2,1
• 2,09
• 2,93…4,12 4,12 0,96 0,91
• 1,04
• 0,54…0,79 0,67… 1,04 0,75…0,95

Теплоемкость почвы зависит от степени увлажнения и может быть рассчитана по формуле П. И. Андрианова:

где х — содержание минеральных частиц, %; у — содержание прочно связанной воды, %; W — влажность почвы, %.

По теплоемкости почвы подразделяются на холодные и теплые. Например, глинистые почвы являются более теплоемкими, нагреваются медленнее и считаются холодными. У песчаных почв все наоборот, и они считаются теплыми.

Теплопроводность почвы — это способность почвы передавать тепловую энергию путем теплового взаимодействия между твердыми, жидкими и газообразными частицами. Теплообмен определяется по уравнению термодиффузии:

где Q — поток тепловой энергии, Дж, проводящей через сечение S; X — коэффициент теплопроводности, Вт/(см • К) (знак «-» свидетельствует о убывании температуры; Т — температура слоев почвы, К; Z — глубина слоев почвы, см; S — площадь сечения, см²; t — время, с.

Теплопроводность почв оценивается коэффициентом теплопроводности, который характерен для каждой почвы и каждого горизонта в отдельности.

Далее приведены коэффициенты теплопроводности некоторых частей почвы (по В. А. Ковда и В.Т.Трофимову).

Часть почвы

Воздух…

Торф воздушно-сухой Вода…

Лсд…

Кварц…

Базальт…

Гранит…

Коэффициент теплопроводности X, Вт/(см — К)

• 0,21
• 0,12…0,0014 0,0059 0,021
• 0,029…0,063 0,029…0,043 0,022…0,041

Из приведенных данных видно, что наименьшую теплопроводность имеет почвенный воздух, а наибольшую — минеральные частицы. В свою очередь, плотные почвы имеют большую теплопроводность, а рыхлые и хорошо оструктуренные — меньшую.

Важнейшей ролью дренажа является преобразование закисных процессов в почве в окисные, благодаря чему ранее нерастворимые питательные вещества переходят в растворы и становятся доступными для питания растений. Этот процесс позволяет мобилизовать почвенное плодородие и обеспечить дополнительное питание растений. Таким образом, дренаж регулирует не только водный и тепловой режим переувлажненных почв, но и питательный, делая их более плодородными.

Несколько иная картина складывается тогда, когда осушаемые торфяные и минеральные почвы подвергаются систематической обработке.

Под влиянием осушения уровень грунтовых вод понижается, усиливается аэрация, а сев и посадка производятся на 10… 14 сут раньше (по А. А. Черкасову). Улучшаются условия питания растений минеральными веществами, улучшается структура почвы, активизируются микробиологические процессы. Все это улучшает развитие растений, которые, в свою очередь, воздействуют на почву. Изложенное ранее подтверждается экспериментальными данными, приведенными в табл. 5.1.

Аналогичная картина наблюдается и в дренируемых минеральных почвах, при дренаже которых, в первую очередь, наряду с увеличением аэрации увеличивается коэффициент фильтрации, причем тем сильнее, чем ближе участок почвы расположен к дрене (табл. 5.2).

Осушение активизирует также деятельность низших животных (червей, тысяченожек, клещей и др.), увеличивает их количество и число видов. При этом сокращается количество насекомых и происходит оздоровление местности. В засушливые годы дренаж увеличивает влажность почвы (табл. 5.3).

Изменение содержания питательных веществ в дренированных торфяных почвах (по М. К. Белану)

Таблица 5.2.

Коэффициенты фильтрации дренируемых и не дренируемых минеральных почв

Таблица 5.3.

Влияние дренажа на влажность почвы (по А. А. Черкасову)

Изменение количества бактерий при дренаже (по А. А. Черкасову).

Таблица 5.5.

Изменение порозности почв.

При осушении и окультуривании торфяных почв резко возрастает количество бактерий (табл. 5.4).

Только осушение почв увеличило количество аэробных бактерий в 2,2—28,6 раз, а при окультуривании — еще больше.

Осушение увеличивает и порозность минеральных почв, что видно из приведенных в табл. 5.5 данных.

При увеличении порозности верхних слоев в нижних слоях она немного уменьшилась вследствие осадки и процессов иллювия.

Увеличение пор ведет к снижению наименьшей влагоемкости минеральных почв (по А. А. Черкасову) (табл. 5.6).

А. А. Черкасов утверждает, что обогащение почвы кислородом и повышение ее температуры летом вызывают минерализацию торфа, распад остатков растений, изменение его структуры и спо;

Таблица 5.6.

Изменение влагоемкости почв.

собности адсорбировать воду. В глинистых почвах те же причины обусловливают переход коллоидов из состояния золей в состояние гелей, склеивание гелями почвенных частиц, укрупнение этих частиц и пор между ними, вымывание илистых частиц из верхних горизонтов в нижние и понижение в осушенном слое способности адсорбировать воду. Одновременно осушение вызывает осадку почвы.

Велика роль дренажа в сдерживании, а иногда и прекращении поверхностных видов водной эрозии благодаря переводу поверхностного стока в грунтовый. Существенной является и противооползневая роль дренажа благодаря отводу части воды от подошвы скольжения оползневого тела.