Изменение химического состава грунтовых вод при орошении

разделив на прибавку урожайности, получим энергетическую оценку продуктивности Еп , Дж/кг. Суммарная энергия дозирования 10 г ^п + 3Си + 1Со + 1Мо) = 114,5 + 84,1 + 38,3 + 66,1 = 303,0 кДж. Таким образом, величина Епр для кукурузы равна 302,5, для сои -825,2 Дж/кг.

Этот пример демонстрирует возможность применения энергетического подхода для оценки продуктивности различных культур при применении различных технологий.

1. Николаенко А. Н. Тяжелые металлы и микроэлементы в природных и техногенных процессах. - Алматы: Алеем,

2002. - 109 с.

2. Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - Т. 2, 3.

3. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве / А. Н. Никифоров [и др.]. - М.: ВИМ, 1995. - 95 с.

4. Посыханов Г. С. Долгодворов В. Е. Энергетическая оценка технологии возделывания полевых культур. - М.: МСХА, 1995. - 89 с.

Материал поступил в редакцию 14.11.13. Николаенко Александр Николаевич, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Тел. 8 (496) 6-170-226

УДК 502/504 : 541.4 : 551.495 : 631.413.3

Ш. О. МУРАДОВ, Р. А. ЭШАНКУЛОВ, У. Р. ПАНЖИЕВ

Каршинский инженерно-экономический институт, Узбекистан

ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТОВЫХ ВОД ПРИ ОРОШЕНИИ

Изложены принципы изменения химического состава водных ресурсов юга Узбекистана. Доказано преобладание вод сульфатного типа, хлоридный и гидрокарбонатный типы являются продуктами их метаморфизации. Результаты позволяют регулировать направленность процессов изменения химического состава вод в желательном направлении.

Водные и земельные ресурсы, метаморфизация, осолонцевание.

There are stated the principles of chemical composition changing of water resources. There is demonstrated the prevalence of water sulfate type,chloride and hydrocarbonate types are the products of their metamorphization. The results allow regulating the direction of changing processes in the water chemical composition in the desired direction.

Water and land resources, metamorphization, alkalinization.

Еще в 1956 году А. И. Бунеев от- постоянным. Природные воды, взаимо-

мечал, что под влиянием орошения действуя с породами, водами иного со-

происходит метаморфизация ионно- става, газами, минерализованным орга-

солевого комплекса пород, сопровожда- ническим веществом и живыми орга-

емая изменением степени и типа низмами, изменяют как свою минера-

засоления пород зоны аэрации и лизацию, так и содержание химических

грунтовых вод [1]. элементов. Эти изменения, обусловли-

Проблема метаморфизации хими- вающие переход от одного химического

ческого состава природных вод далеко типа вод к другому, и составляют сущ-

не нова. Однако в гидроэкологии мето- ность процессов метаморфизации. дика анализа метаморфизации еще не Для изучения особенностей ме-

нашла широкого применения. Химиче- таморфизации подземных вод широко

ский состав природных вод не остается используют солевую диаграмму

3' 2014

S

О. К. Кашкарова. Более эффективными в некоторых случаях оказываются совмещенные солевые треугольники, предложенные Г. Ю. Валуконисом, так как они позволяют различать сульфатную и магниевую ветви метаморфизации.

С целью выяснения закономерностей метаморфизации грунтовых вод орошаемых земель региона использован обширный гидрохимический материал (около 1000 определений), накопленный в Западно-Узбекистанской гидрогеологической экспедиции.

По югу Узбекистана (включая Кашкадарьинский и Сурхан-Шерабад-ский бассейны) на отдельной солевой диаграмме О. К. Кашкарова систематизированы результаты тех анализов грунтовых вод, которые относятся к гидрокарбонатному и хлоридному химическому типам. В части катионов карбонатный тип вод характеризуется пестрым составом с преобладанием иона натрия. Зато в анионной части резко преобладает НСО-3. Комплексные точки этих анализов занимают центральную часть квадрата, так называемые «содовые» воды.

На катионных и анионных треугольниках воды хлоридного типа тяготеют к вершинам Na+ и С1-, т. е. создается впечатление, что они своим существованием в значительной мере обязаны растворению и накоплению в растворах хлористого натрия (с последующим обменом натрия на кальций и магний поглощенного комплекса пород).

На второй диаграмме таким же образом систематизированы результаты анализов грунтовых вод сульфатного типа. Уже по количеству точек видно, что воды этого типа являются преобладающими в районе исследований. Эта диаграмма также позволяет сделать вывод, что описанные гидрокарбонатный и хлоридный типы в данном случае представляют продукт далеко зашедшей метаморфизации вод сульфатного типа в обратном или прямом направлениях.

В Кашкадарьинском бассейне ка-тионный состав грунтовых вод сульфатного типа весьма пестрый. Содержание

га)

иона Ыа+ в них достигает 96, Са2+ - 78, Ма2+ - 63 % экв. Наиболее типичная область характеризуется следующим ионным составом: Ыа+ - 50, Са2+ - 30, Мд2+ - 20 % экв., т. е. по своей подвижности катионы представляют следующий ряд (в порядке убывания подвижности): Ыа+ > Са2+ > Мд2.

Среди анионов преобладает хлор. Его содержание достигает 98 % экв. На втором месте - сульфат-ион. Типичное его содержание не превышает 10... 70 % экв., хотя встречаются и пробы почти со 100%-м содержанием сульфат-иона. Содержание гидрокарбонат-иона не превышает 5.10 % экв. Геохимическую подвижность анионов можно охарактеризовать следующей последовательностью (в порядке убывания подвижности): SO2-4 > С1 > НСО-3.

В Сурхан-Шерабадском бассейне катионный состав грунтовых вод сульфатного типа весьма пестрый. Содержание иона Ыа+ в них достигает 98, Са2+ - 78, Мд2+ - 68 % экв. Наиболее типичная область характеризуется следующим ионным составом: Ыа+ - 50, Са2+ - 30, Мд2+ - 20 % экв., т. е. по своей подвижности катионы представляют следующий ряд (в порядке убывания подвижности): Ыа+ > Са2+ > Мд2+.

Здесь также среди анионов преобладает хлор. Его содержание достигает 98 % экв. На втором месте - сульфат-ион. Типичное его содержание не превышает 96 % экв., хотя встречаются и пробы почти со 100%-м содержанием сульфат-иона. Содержание гидрокарбонат-иона доходит до 60 % экв., лишь в единичных случаях повышаясь до 90 % экв. Геохимическую подвижность анионов можно охарактеризовать следующей последовательностью (в порядке убывания подвижности): SO2-4 > С1->> НСО-3. Из сопоставления анионного и катионного треугольников следует, что химический облик грунтовых вод данного типа определяется солями Ыа-^04, ЫаС1 и CaSO4. Сравнивая диаграммы, видим, что в пределах квадратных полей точки анализа вод всех гидрохимических типов в значительной мере взаимонакладываются. Это является еще одним доказательством

3' 2014

генетического единства подземных вод тере метаморфизационных процессов

хлористого, сульфатного и гидрокарбо- получаем при анализе совмещенных

натного типов. солевых треугольников (диаграмма

Дополнительные сведения о харак- Г. Ю. Валукониса) (рисунок).

Ка,НСО„

Ыа2804

СаБО,

М§(НСОа)2

М§С12

а б

Совмещенные солевые треугольники грунтовых вод Кашкадарьинского (а) и Сурхан-Шерабадского (б) бассейнов: 1 - грунтовые воды верхнего и среднего природно-водо-хозяйственного района; 2 - грунтовые воды нижнего природно-водохозяйственного района; 3 - поверхностные воды

Они показывают, что метаморфи-зация водных ресурсов происходит по сульфатной ветви (99 % всех анализов). Это объясняется преобладанием в составе подземных вод и в составе ионно-солевого комплекса пород сульфатных солей натрия, кальция и магния - в подчиненных количествах. Поля точек анализов грунтовых вод всех природно-водохозяйственных районов (ПВХР) полностью взаимонакладываются, следовательно, тенденция их метаморфи-зации одна и та же. Однако точки анализа вод верхнего и среднего ПВХР и

3' 2014

подрайона в большей мере сдвинуты по направлению к солевой линии Na2SO4 -MgSO4. Это свидетельствует о том, что при длительном орошении происходит метаморфизация грунтовых вод в обратном направлении. В то же время основная масса точек при этом не выводится за пределы треугольного поля Na2SO4 - MgSO4 - Мд(НСОд)2, т. е. гидрохимический тип подземных вод в целом не меняется, хотя для локальных участков и характерно появление очагов с подземными водами содового типа.

Еще в большей мере в обратном

направлении сдвинуты точки анализов поверхностных вод Кашкадарьинско-го бассейна. Почти все они концентрируются в пределах треугольного поля: - MgSO4 - Мд(НС03)2.

Теория метаморфизации полностью применима к водным ресурсам юга Узбекистана. Установлены основные гидрохимические типы грунтовых вод. Преобладающим гидрохимическим типом является тип сульфатных вод. При метаморфизации таких вод в прямом направлении формируются воды хлоридного типа, при метаморфи-зации в обратном направлении - гидрокарбонатного типа. Метаморфизация протекает по сульфатной ветви. При орошении земель преобладает тенденция к метаморфизации грунтовых вод в обратном направлении, однако при этом фигуративные точки в основном не выводятся за пределы сульфатного поля. По степени возрастания мета-морфизации в обратном направлении природные воды можно расположить в следующем порядке: грунтовые воды верхнего природно-водохозяйственно-го района - грунтовые воды среднего и верхнего природно-водохозяйственного подрайона - природные воды нижнего природно-водохозяйственного района.

В будущем не исключено появление на юге Узбекистана локальных очагов содового засоления почв. В подтверждение прогнозов В. А. Ковда отмечает: « ... исследования в последние десятилетия убедили нас, что основной фактор содового засоления почв - присутствие неглубоких слабоминерализованных щелочных подземных вод с концентрацией солей от 0,5... 0,7 до 3...5 г/л. Испарение этих вод через капиллярную кайму ведет к содовому засолению почв [2].

Как видно из диаграмм, в верхнем природно-водохозяйственном районе Сурхан-Шерабадского бассейна уже отсутствует хлоридный тип грунтовых вод, незначительное количество сульфатного и превалирует карбонатный. По данным анализа грунтовых вод хозяйства Амир Темура Шахрисабзского района (2009), являющегося репрезентативным участком Кашкадарьинско-го бассейна, также появился гидрокар-

бонат магния, т. е. прогрессирует мета-морфизация в обратном направлении.

Выводы

По степени возрастания метамор-физации в обратном направлении природные воды можно расположить в следующем порядке: поверхностные и грунтовые воды верхнего ПВХР - грунтовые воды среднего и подрайона верхнего ПВХР - грунтовые воды нижнего ПВХР.

Рассмотренные закономерности составляют теоретическую основу для прогнозов осолонцевания почв и грунтов при орошении.

Намечается общая тенденция приближения состава вод к гидрокарбонатно-натриевому типу, так как после полного исчезновения сульфата натрия на смену ему могут прийти гидрокарбонаты натрия, а основное средство против соды - сульфат кальция - в этих водах почти отсутствует.

Появление на юге Узбекистана локальных очагов содового засоления почв не исключено. Однако геологические запасы хлористых и сульфатных солей здесь настолько значительны, что при существующих масштабах выноса их ирригационно-дренажными водами возможно появление в будущем наиболее токсичных для растений очагов нового засоления почв не ранее чем через 3-5 лет.

5-

1. Бунеев А. Н. Основы гидрогеохимии минеральных вод осадочных отложений. - М.: Медгиз, 1956. - 227 с.

2. Ковда В. А. Проблемы опустынивания и засоления почв аридных регионов мира. - М.: Наука, 2008. - 415 с.

Материал поступил в редакцию 03.06.13. Мурадов Шухрат Одилович, кандидат технических наук, доцент Тел. 8 (99875) 221-18-21,8 (99891) 56141-33

E-mail: m.oikos@mail.ru, m.oikos@rambler.ru

Эшанкулов Равшан Абдуразакович,

старший преподаватель

Тел. 8 (99875) 221-18-21

E-mail: m.oikos@mail.ru, ravshan_ecogis@

yahoo.com

Панжиев Улугбек Рстамович, старший

преподаватель

Тел. 8 (99875) 221-18-21

E-mail: m.oikos@mail.ru

3' 2014