 |
Щиенко И.В. Рациональное природопользование, или где брать воду растениям в засушливых районах. Метод Н.Ф. Лукина
|
|
|
|
Rational environmental use, or where to take water for plants in aroid areas.
Method of N. F. Lukin
В статье описан механизм накопления влаги в «самом большом пресном резервуаре» – в атмосфере, а также результаты исследований выдающегося советского учёного Н. Ф. Лукина по повышению урожайности в засушливых районах.
Ключевые слова: вода, пар, атмосфера, конденсация, влагообмен, баланс, почва, засуха, сельское хозяйство.
The paper concerns the mechanism of water accumulation in “the biggest fresh water reservoir” – atmosphere. The research results of the outstanding soviet scientist N. F. Lukin are considered. He explored the way to increase crop yield in dry areas.
Keywords: water, steam, atmosphere, condensation, hydrological cycle, balance, soil, drought, agriculture.
Старший научный сотрудник Таджикской лесной опытной станции, кандидат сельскохозяйственных наук Николай Федорович Лукин утверждает: «Животворная влага рядом, вокруг нас, даже в раскалённый полдень в центре любой из великих пустынь. Она – в воздухе, буквально над каждым сантиметром поверхности. По никем не оспариваемым данным, в земной атмосфере содержится в виде пара, тумана, капелек дождя и кристалликов снега от тринадцати до пятнадцати тысяч кубических километров воды, то есть на целый порядок больше, чем во всех реках земного шара (1200 куб. км). Происхождение этой влаги объясняет элементарная физика: над поверхностью любой жидкости, в том числе воды, всегда содержится её пар, большею частью в количествах, насыщающих воздух» [1].
У любого здравомыслящего человека возникает мысль: почему бы не брать недостающую воду из атмосферы? Вот пример из физики: если поставить в комнате стакан с водой, а потом начать интенсивно осушать воздух в каком-либо углу, влажность в комнате отнюдь не уменьшится. По крайней мере, до тех пор, пока не испарится вся вода из стакана. Парциальное давление пара будет всегда стремиться к равновесию, сохраняться неизменным, побуждая молекулы воды устремляться к тому месту, где идёт поглощение, тут же восполняя убыль.
|
|
|
Абсолютно это же самое происходит и в масштабах всей планеты с той лишь разницей, что осаждаемая вода не выносится куда-то вовне, а остаётся во всё той же единой системе.
«Между поверхностью жидкости и её паром происходит постоянный и весьма интенсивный обмен молекулами. Подсчитано, что при комнатной температуре через квадратный сантиметр поверхности воды за одну секунду в обе стороны проносится 1021 молекула. Внешне этот бурный поток ничем себя не выдаёт в силу своей двусторонности. Но если вылетает молекул больше, чем возвращается, вода испаряется. Если соотношение обратное, происходит конденсация пара. Если каким-либо способом пар над водой изымать, то он немедленно будет возобновляться: над водой всегда будет столько пара, сколько нужно для равновесного обмена молекулами.
Водяной пар стремится занять возможно больший объём, как и все газы, и образует глобальную паровую оболочку, обладающую тяжестью и собственным парциальным давлением. Он содержится в атмосфере буквально над каждым квадратным сантиметром земной поверхности. Связанный с ней постоянным обменом молекул, он является составной частью земной гидросферы и может иссякнуть лишь тогда, когда вся гидросфера будет израсходована.
Отсюда следует бесспорный вывод: через атмосферу Земли проходит прямой канал – водовод к необъятным и неисчерпаемым водным ресурсам земной гидросферы. Количественное содержание воды в ней в десять раз больше, чем во всех реках земного шара. Скорость передвижения воды в атмосфере также на порядок, если не больше, выше, чем в реках. Кроме того, для рек, протекающих в атмосфере, рельеф местности существенного значения не имеет, так как водяной пар, будучи газом, может всей своей массой устремиться к тому месту, где снизится парциальное давление» [1].
|
|
|
Поэтому делаем вывод: как возобновляемый и непрерывный поток парообразная влага атмосферы, по самым осторожным оценкам, во много раз превосходит глобальный речной сток нашей планеты и заслуживает самого пристального внимания.
Но как подобраться к этому каналу – водоводу? Можно ли брать из него воду? Как? И в каком количестве? Как и чем направить его течение на пользу людям?
Величина паровой оболочки Земли, или содержание водяного пара в атмосфере, управляется температурным режимом атмосферы и подстилающей поверхности (и воды, и суши). Она подчиняется принципу подвижного равновесия и, в соответствии с динамикой температур, находится в постоянном движении и изменении как в пространстве, так и во времени. Парциальное давление водяного пара в атмосфере – упругость водяных паров, достигая в тропиках 30-40 миллибар, в полярных широтах падает до сотых долей, что обусловливает постоянное перемещение пара из тропиков к полярным областям. Как и с какой скоростью движется пар, мы ещё не знаем. Но при таких перепадах в давлении атмосферы в целом возникают разрушительные ураганы. В настоящее время этот пространственный влагообмен никем ещё не изучен. Но о его наличии свидетельствует факт уменьшения солёности мирового океана от широт тропических, где преобладает испарение, к широтам полярным, где преобладает конденсация. На это же указывает и превышение годового стока рек полярных и приполярных областей над годовым количеством осадков, выпадающих в бассейнах их водосборов. Конденсация происходит настолько быстро, что холодная вода и ледяной покров успевают поглощать не только пар, поступающий диффузным путём за счёт перепада собственного парциального давления, но и пар, приносимый ветрами с влажным воздухом. Воздух в полярных широтах основательно «просушивается», и поэтому дующие отсюда ветры всегда приносят засуху.
Для Средней Азии наибольший практический интерес представляет пространственный влагообмен между долинами и холодными вершинами гор. Тёплый воздух, поднимаясь по склонам гор, охлаждается и отдаёт часть своей влаги либо облакам, либо конденсируясь на холодных поверхностях. Подтверждением существования этого влагообмена служит наличие вблизи горных вершин многочисленных водных источников, вытекающих из развалов каменных глыб и осыпей.
|
|
|
Важно подчеркнуть, что сток горных рек формируется не только за счёт атмосферных осадков и таяния ледников. Ледники в наших горах – это природные конденсаторы, перехватчики парообразной влаги, работающие круглый год. Поверхность ледников и снежников, как правило, всегда выстывает быстрее и сильнее проносящихся над ними масс воздуха. Активнейшим поглощением водяного пара они буквально высушивают воздух до очень низких пределов влажности. Из каждых восьми литров воды, стекающей с ледников, семь получены за счёт конденсации пара в холодное время года и выпадения снега. А вот каждый восьмой литр – это сиюминутная конденсация пара, отдающего теплоту парообразования на растапливание льда.
Поверхность холодной воды в определённых условиях также способна поглощать пар из воздуха в большей степени, чем испарять сама. Озеро Байкал, например, за счёт этого явления получает ежегодно два кубических километра конденсата. Поэтому вода в нём более пресная, чем во всех трехстах реках, в него впадающих.
С восходом солнца почва нагревается сильнее атмосферы, прозрачной для большей части солнечного спектра. В системе наступает диспропорция в распределении энергии, которую она стремится уравновесить путём отвода тепла из почвы в атмосферу. Часть его отводится усиливающимся при повышении температуры инфракрасным излучением, а часть идёт на испарение воды. Продолжая излучение с наступлением ночи, почва остывает быстрее атмосферы, возникает новая диспропорция – теперь уже из-за недостатка энергии в почве.
Образно говоря, между почвой и атмосферой происходит постоянное силовое соревнование в перетягивании каната. А канатом в нём выступает водяной пар.
Звенья технологической цепи от водохранилищ до осадков, облаков и туманов хорошо изучены и задействованы по мере возможности. Однако наименее изученным и не оценённым по достоинству осталось последнее перед гидросферой звено – водяной пар атмосферы. А ведь именно он – истинный прародитель всей пресной воды на Земле от облаков до наземных и подземных водохранилищ. История спора учёных о происхождении пресной воды уходит в глубь тысячелетий, однако в поле их зрения так и не попал главный влагообмен природы – непрерывно идущий двусторонний процесс молекулярного обмена на границе вода – пар в воздухе.
|
|
|
Количественное соотношение молекул воды и пара находится всё время в постоянном подвижном равновесии и управляется температурой воздуха.
По данным метеостанции Душанбе (Таджикистан), в середине лета парциальное давление водяного пара меняется в течение суток на 7 миллибар, что соответствует 70 миллиметрам водяного столба. Откуда же берётся такое количество влаги? Схема происходящего примерно такова: днем солнечное тепло нагревает землю, и влага отводится в виде пара в атмосферу из всего газопроницаемого почвенного слоя. Ночью процесс идёт в обратном направлении. Почва сильно остывает – перепад дневной и ночной температур может составлять 50-60° С, и атмосферный пар возвращается обратно. В условиях Таджикистана, где Лукин ставил свои опыты, суточный, влагообмен между трёхметровым слоем грунта и атмосферой составляет летом 40-60 миллиметров водяного столба.
Влага в почве – это постоянный поток, уровень которого определяется и регулируется температурным режимом. Следовательно, чтобы перевести часть влаги из атмосферы в почву, нужно отвести от неё эквивалентное по теплоте парообразования количество тепла. Сделать это можно либо увеличением отражающей способности, либо покрыв почву слоем материала, плохо проводящего тепло в глубину. На практике это достигается поддержанием верхнего слоя почвы 5-7 см в постоянно рыхлом (без корки) состоянии, мульчированием (покрытием) ее поверхности различными малотеплопроводными материалами: древесными опилками, сухой травой, соломой, кусками толя, шифера и т. д. Размер обрабатываемой площадки для кустов, саженцев и молодых деревьев высотой до 5-6 м должен быть не менее 2 X 2 м. Для более высоких и развитых деревьев эта площадка увеличивается до 3 X 3 м.
Мульчирование почвы улучшает её водно-воздушный режим, и поэтому полезно абсолютно для всех растений. Для индивидуального садоводства на мелкоземлистых почвах наиболее практичен теплоотводящий экран из полиэтиленовой плёнки, покрытой слоем почвы толщиной 3-5 см.
Ни цвет, ни толщина плёнки никакой роли не играют; просто новая и более толстая плёнка прослужит дольше. Необходимо помнить, что закрывать плёнкой сплошь весь участок (без просветов) нельзя – почва будет задыхаться. Прозрачная плёнка, просто постеленная на почву, даст парниковый эффект. Это ловушка для тепла. Засыпав пленку слоем почвы, мы получим противоположный эффект. Всё тепло поглощает и усиленно излучает покровный слой почвы. Плёнка же тепло вглубь почвы пропускает плохо. Это и есть ловушка, но не для тепла, а для парообразной влаги.
|
|
|
Лишь пустынные растения с помощью мощной корневой системы успевают выбрать за ночь из почвы достаточное количество влаги, чтобы перенести дневную жару и солнечную радиацию. Впрочем, бесполезным он был не везде и не всегда. В сухом, маловодном Крыму древние греки парообразную влагу конденсировали на склонах гор в грудах щебня, сильно остывающих за ночь, и отводили её по керамическим трубам в жилые кварталы. Остатки таких водоводов или влаго-конденсаторов найдены вблизи Феодосии, Керчи, Евпатории [2].
Задача заключается в том, чтобы задержать в почве ночную влагу и напоить растения, не способные выжить в засушливом климате.
Путь её решения очевиден: нужно отвести часть солнечного тепла, и тогда атмосфера заменит его эквивалентным количеством тепла, заключённого в паре. Как этого добиться, человечеству, оказывается, тоже известно достаточно давно. С глубокой древности китайские крестьяне покрывают почву в неполивных садах слоем гальки. Да и в нашей стране в некоторых районах Крыма выращивают виноград, засыпая землю щебенкой. В своих экспериментах в Душанбе Н. Лукин покрывал десятисантиметровым слоем гальки приствольные круги под деревьями диаметром 2 метра, и этого хватало, чтобы деревья нормально росли без полива, галька снижала температуру на поверхности почвы на 20-25° С. В каждом метровом слое замульчированного таким образом грунта содержание влаги увеличивалось на 50-55 миллиметров водяного столба. А белого пенопласта для получения того же эффекта понадобилось лишь 1-2 сантиметра.
Дальнейшие эксперименты показали, что мульчирование приствольных кругов молодых деревьев грецкого ореха полиэтиленовой пленкой ускоряло их рост в 2-2, 5 раза. Через пять лет деревья имели высоту 5, 5 метра. Контрольные – лишь 3, 5 метра. Яблони увеличивали урожай на 10-15 килограммов. Без единого полива в засушливых условиях Душанбе выращивались такие влаголюбивые растения, как хлопок, помидоры и даже капуста.
Да, помидоры в Каракумах не вырастут. Но вырастить в пустыне вместо одного саксаула четыре, вместо одной верблюжьей колючки десять можно вполне. А из этого следует возможность увеличения поголовья, допустим, овец, для которых в тех местах верблюжья колючка большую часть года служит основным кормом, или, в конце концов, просто закрепление песков, то есть существенное улучшение экологической обстановки.
Сегодня методику Лукина используют некоторые хозяйства Таджикистана. Используют вполне успешно, но широкого применения, несмотря на все усилия автора, она пока не нашла. Метод прост и дёшев на изумление: не требуется рыть каналы, незачем вести масштабные мелиоративные работы, в общем, тратить отпущенные на земельное благоустройство громадные деньги. Но есть надежда, что метод Николая Федоровича Лукина поможет возродить издавна кормившие людей земли в Средней Азии и Казахстане, в Поволжье и Крыму, повсюду, куда пришёл самый страшный из всех дефицитов – дефицит воды, которую мы тратили с такой бездумной щедростью.
Список литературы
1. Лукин Н. Ф. Поливать… воздухом / Н. Ф. Лукин // Звезда Востока. – 1987. – № 1. – С. 152-162.
2. Лукин Н. Ф. Урожай без полива / Н. Ф. Лукин // Наука и жизнь. – 1990. – № 6. – С. 67-69.
Сведения об авторе
Щиенко Ирина Викторовна, заместитель директора, МАУДО «Центр детского творчества» г. Оренбурга, член Оренбургского общественного движения «Возвращаем воду в реки».
About author
Schiyenko Irina Victorovna, deputy director, “Center of children creative activity”, Orenburg, member of public movement “Returning water to the rivers”.
УДК 556. 18: 627. 8
Евстифеева Т. А.
Evstifeeva T. A.
|
|
|
