Для анализа истории развития орошения требуется рассмотрения следующих вопросов:
1. Оценки особенностей региональных природных систем и потребности в орошении и других мелиоративных мероприятиях.
2. Обобщения имеющегося опыта орошения земель.
3. Оценки наиболее эффективных с точки зрения природообустройства путей решения проблемы использования водных и земельных ресурсов.
4. Анализа принимаемых в различное время решений и соответствия их требованиям природообустройства.
Только в этом случае возможен объективный анализ истории развития орошения в различных регионах страны, включающий оценку обоснованности принимаемых решений и последствий их реализации.
Использование системного подхода при оценке особенностей региональных природных объектов позволяет ограничиться анализом основных системных свойств, состава и взаимодействия отдельных компонент и зависимости их от средообразующих факторов. Такой анализ предусматривает использование обобщающих показателей, характеризующих основные свойства, как отдельных компонент, так и объекта в целом. К числу основных свойств природных систем относятся: структура (строение), открытость, целостность и функционирование.
Структура (строение) и целостность природных систем определяется горизонтальной и вертикальной организацией, то есть геоморфологическими, орографическими и геоботаническими условиями, отражающими географическую зональность и представляющими объект как совокупность потоков вещества и энергии. Для анализа этих свойств природных систем могут быть использованы уравнения теплового, водного и геохимического балансов и баланса органического вещества. Анализ структуры и целостности природных систем позволяет оценить общую направленность и интенсивность процессов поступления и расходования вещества и энергии в системе и отвод за ее пределы.
Для определения среднемноголетних элементов регионального водного и солевого балансов должны быть использованы уравнения связи водного и энергетического балансов и результаты геохимических исследований.
В настоящее время существует много методов оценки состояния отдельных природных систем, наибольшее распространение из которых получили методы, основанные на анализе соотношения осадков, испаряемости, суммы активных температур и дефицита влажности воздуха. Не останавливаясь на анализе достоинств и недостатков всех предлагаемых методов, отметим, что для характеристики климатических условий природных систем наиболее подходящим (хотя и не единственным) является «радиационный индекс сухости», предложенный Григорьевым А.А. и Будыко М.И., в основу которого положено отношение радиационного баланса деятельной поверхности к количеству тепла, необходимого для испарения годовых осадков:
Он отражает совокупность основных средообразующих факторов, как для автоморфных
так и для гидроморфных условий
где Ic - радиационный индекс сухости;
R - радиационный баланс, кДж/см2 в год;
Ос - годовая сумма атмосферных осадков, см;
L - скрытая теплота парообразования, кДж/см3 год на 1 см слоя воды;
Е г - испарение с поверхности грунтовых вод, см.
Величина Ic характеризует связь энергетического и водного балансов (энергию Солнца, испарение и влагообмен с грунтовыми водами), т.е. основные факторы, определяющие гидрогеологические и геохимические условия.
Преимуществом этого показателя, являющегося одновременно и обобщающей характеристикой приземного слоя атмосферы, состоит в том, что Ic дает представление о балансе тепла и влаги, позволяет оценить тип водного и солевого режимов почв, интенсивность биологических процессов и, самое главное, зависимость почвенно-мелиоративных геоботанических и геохимических условий от этого параметра.
При использовании Ic учитывается идея показателя увлажненности Докучаева. Последнее обстоятельство является очень важным, поскольку дает возможность выявить основные факторы, лимитирующие плодородие почв. Не менее важным является также возможность учета хозяйственной деятельности (орошения) на формирование гидротермических условий
где Ic – индекс сухости в условиях антропогенного воздействия;
W – дополнительное поступление влаги в результате орошения земель или осуществления агролесотехнических мероприятий, см;
R1 – радиационный баланс в измененных условиях, кДж/см2 в год.
где R0 и R1 – величины радиационного баланса до и после распашки и освоения земель, кДж/см2 в год;
А0 и А1 – альбедо в естественных и измененных условиях, в долях от единицы.
Величины испарения, поверхностного и подземного стока определяются из выражений (в относительных величинах):
Для автоморфных условий:
Для гидроморфных условий
где Е а, Е г - испарение в автоморфных и гидроморфных условиях, мм;
Ос -сумма атмосферных осадков, мм;
ga, g r - влагообмен между почвенными и нижележащими горизонтами, мм;
th, ch и sh - гиперболический тангенс, косинус и синус;
Δ и Δкр –глубина залегания и критическая глубина грунтовых вод.
При изучении динамических свойств рассматриваемой природной системы решающую роль играет функционирование, отражающее механизм формирования и развития системы. Это свойство вытекает из представления о том, что связь между компонентами внутри системы значительно устойчивее, чем связь между сопредельными системами. Специфику системы определяют в основном свойства и взаимодействие отдельных компонент природы. Таким образом, для оценки функционирования, как свойства природной системы, необходимо знать обобщенные характеристики основных компонент и связи их между собой и средообразующими факторами.
Обобщенные (интегральные) показатели отдельных компонент природных систем должны отвечать следующим основным требованиям:
универсальности, то есть возможности характеризовать основные свойства каждой компоненты;
интерпретируемости с точки зрения экологии, экономики и управления;
связи с основными средообразующими факторами.
К основным средообразующим факторам, определяющим формирование почвенно-мелиоративных и экологических условий природных систем, следует отнести, в первую очередь, ресурсы солнечной радиации и естественного увлажнения.
|
Рис. 2.1. Факторы почвообразования (А), водно-физические (Б) и физико-химические (В) свойства почв [17]:
I - гумидная зона; II - степная зона; III - сухостепная зона; IV - пустынная зона;
1 – отношение R/LOc
2 - отношение ежегодного опада к биомассе;
3 - энергия почвообразования;
4 – содержание частиц < 0,001 мм;
5 - влажность почв;
6 - аэрация почв;
7 - содержание водопрочных агрегатов;
8 - доступность питательных элементов;
9 - отношение гуминовых кислот к фульвокислотам;
10 - величина ППК;
11 - содержание гумуса;
12 - величина рН
Обобщенными показателями для растительности, как элемента природной системы, могут служить биоразнообразие и биопродуктивность. И тот, и другой показатель связаны с «индексом сухости» (Ic); максимальные значения биоразнообразия и биопродуктивности в природных условиях соответствуют значениям R = 1,0 -1,2.
Индекс биоразнообразия, учитывающий число видов растений, характеризует экологическую устойчивость и определяется как
Биологическая продуктивность растительности определяется фотосинтетически активной радиацией, коэффициентом ее использования растениями и калорийностью сухого остатка вещества
где 
- относительная продуктивность;
Б и Бо- продуктивность и потенциальная продуктивность, т/га;
ФАР – величина фотосинтетически активной радиации, мДж/га;
h - коэффициент полезного использования ФАР растениями (h=0,005…0,03);
q – калорийность сухого органического вещества. q = (18…20)·103 мДж/т;
a1 – коэффициент, характеризующий состояние растительности;
A = 3 –коэффициент пропорциональности.
В качестве обобщающего показателя для почв может быть использован «индекс плодородия почвы», характеризующий как «естественное», так и «экономическое» плодородие:
где S - индекс плодородия, характеризующий относительное плодородие почв, баллы; GГ и GФ - запасы гуматного и фульватного гумуса, т/га; N, Р, К- относительное содержание элементов минерального питания, в долях от максимального их содержания в почве; Н г - гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г; а 2, b, γ, а 3- коэффициенты пропорциональности: а2 =0,011 га/т; b = 8,5; γ= 5,1; a3=4 мг-экв/100 г.