Подобные документы
Характеристика климата, рельефа и почвообразующей породы сельскохозяйственных угодий. Способы восстановления земель, нарушенных оврагами. Расчет параметров и технология строительства водоотводящего вала. Сквозная промывка вторично засоленных земель.
курсовая работа, добавлен 16.02.2012
Принципы рационального использования природных ресурсов. Пути сбалансированного природопользования. Использование адаптивно-ландшафтного подхода в реконструкции засоленных почв. Проведение промывки и мелиорации земель. Снижение антропогенного воздействия.
статья, добавлен 02.02.2019
Характеристика основных причин подтопления и переувлажнения сельскохозяйственных земель с учетом особенностей возделывания различных культур. Выбор типовых участков на агроландшафтах с учетом воздействия природных и антропогенных факторов на почвы.
Обоснование срока освоения и окультуривания участка, схемы чередования культур в севообороте. Агротехника сельскохозяйственных культур: подготовка почвы, посев, уход за всходами, уборка урожая. Структура посевных площадей в годы освоения севооборота.
курсовая работа, добавлен 06.01.2015
Особенности производства сельскохозяйственных культур на склонах. Создание высокоэффективной и устойчивой системы склоновых земель. Поддержание многообразия биогеоценозов и оптимального ландшафта. Оценка почвенно-климатических условий склоновых земель.
статья, добавлен 26.07.2018
Определение продуктивных возможностей и обоснование оптимальных методов использования сельскохозяйственных земель. Оценка земель по урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности кормовых угодий. Установление влияния антропогенных факторов.
статья, добавлен 20.07.2018
Проблемы, причины снижения продуктивности орошаемых земель по причинам возникновения и развития засоления почв, ухудшения качества воды. Роль мелиорации в повышении продуктивности засоленных земель, предложения по улучшению их мелиоративного состояния.
статья, добавлен 27.02.2019
Мелиорация земель как комплекс мероприятий, способствующих повышению плодородия почв и созданию оптимальных условий для возделывания всех сельскохозяйственных культур. Принципы разработки данной системы и критерии оценки эффективности ее использования.
статья, добавлен 20.06.2018
Разнообразие земель, систематически используемых для получения сельскохозяйственной продукции. Особенности классификации сельскохозяйственных и несельскохозяйственных земель. Законодательное определение категорий земель. Целевое назначение земель.
реферат, добавлен 21.10.2015
Оценка процессов деградации орошаемых земель ОАО "Малоорловское" Мартыновского района Ростовской области в рамках калибровки сервисов мониторинга сельскохозяйственных земель. Мероприятия по восстановлению полей с высокой интенсивностью этих процессов.
Аннотация
Цель. Оценка экологических проблем и разработка предложений по выявлению, анализу, состоянию засоленных, солонцеватых и солонцовых земель и по их эффективному использованию земель сельскохозяйственного назначения в I агроклиматической зоне Ставропольского края.
Методы. Исследования по мониторингу земель сельскохозяйственного назначения проводились современными методами, включающими в себя как дистанционное зондирование, так и ежегодные локальные обследования по районам I агроклиматической зоны Ставропольского края. На основании этого земли сельскохозяйственного назначения разделили на четыре группы: высокопродуктивные, продуктивные, низкопродуктивные и непродуктивные.
Результаты. Установлено, что территория I агроклиматической зоны более чем на 95% представлена землями сельскохозяйственного назначения и за 16-летний период исследований площадь данных земель увеличилась на 27906 га. Засоление земель носит глобальный характер, так как общая площадь угодий, имеющих степень засоления, составляет 644334 га, то есть более 37% земель сельскохозяйственного назначения в данной агроклиматической зоне уже засолены в различной степени. Кроме этого, здесь широко распространены солонцеватые и солонцовые комплексы.
Выводы. Нами установлено, что для повышения эффективности использования данных земель необходимо их качественное зонирование с последующей разработкой агромелиоративных мероприятий. Данное разделение земель отражает их качественное состояние, степень подверженности различным деградационным процессам, возможность дальнейшего использования земель, комплекс мероприятий по сохранению, восстановлению и охране этих угодий и закрепление соответствующего статуса конкретной зоны на основе разработанного регламента.
For citation:
Loshakov A.V., Klyushin P.V., Shirokova V.A., Khutorova A.O., Savinova S.V. ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF TREATMENT OF SALINE LANDS FOR AGRICULTURAL NEEDS IN THE FIRST AGRO-CLIMATIC ZONE OF THE STAVROPOL TERRITORY. South of Russia: ecology, development . 2019;14(1):105-116. (In Russ.) https://doi.org/10.18470/1992-1098-2019-1-105-116
ISSN 1992-1098 (Print)
ISSN 2413-0958 (Online)
Данной проблеме посвящена обширная научная литература на разных языках. Автор публиковал немало книг и статей, рассматривавших пути преодоления вторичного засоления почв при орошении. Ряд предварительных соображений по этой проблеме высказан выше. В настоящем разделе хотелось бы рассмотреть эту проблему специально.
Искусственное орошение больших территорий представляет собой исключительно могущественное воздействие техники на природный ландшафт. Орошение своим воздействием захватывает толщи земли порядка десятков и сотен метров, оказывает влияние на десятки метров приземного слоя воздуха и сказывается на водном и солевом режиме значительной части бассейна речной системы, на устьевой части реки и на прибрежной части моря. За немногими исключениями, современные оросительные системы в общем строятся и функционируют примерно на том же уровне, что и в Древнем Египте, Вавилоне или Хорезме. Проводящая оросительная сеть каналов обычно сооружается в земле без гидроизоляции. Потери транспортируемой воды в крупных каналах, если они не облицованы, достигает 40-45% водозабора. Вода на полях распределяется с помощью временных небольших каналов и поливных борозд. Почти все оросительные системы берут в свои пределы и распределяет на поля и на пустующие территории огромные количества избыточных масс воды. Все это вместе приводит к тому, что фактический коэффициент полезного действия большинства оросительных систем составляет величину порядка 30-50%. Это значит, что 50-70% воды, поступающей через головное сооружение в оросительную систему, теряется на фильтрацию в каналах, на полях и на затопленных избыточными водами пространствах. Поэтому важнейшим условием предупреждения на оросительных системах вторичного засоления и заболачивания с выпадом больших пространств земель из сельскохозяйственного оборота является прежде всего техническое усовершенствование самих оросительных систем и высокая культура водоиспользования. Вводя усовершенствования в технологию и техническую оснащенность оросительных систем (лотки, гидроизоляция, трубопроводы, дождевальные машины, планирование и точное распределение воды в соответствии с нуждами растений и свойствами почвенного покрова), можно обеспечить коренное улучшение водоиспользования и поднять коэффициент полезного действия до величин порядка 80-85%.
И все же опасность засоления орошаемых почв и заболачивания оросительных систем не снимается даже при улучшенной технологии и оснащенности оросительных систем. Дело в тем, что орошение коренным образом меняет природный водный и солевой баланс территории. Большинство степей и пустынь, как показано вше, естественным дренажем и оттоком грунтовых вод не обеспечено. Поэтому на новых оросительных системах при бездренажном орошении происходит подъем уровня грунтовых вод иногда со скоростью 0,5-1 м и даже 3-4 м в год. Подпочвенные соленые воды подтопляют поверхность, вызывают заболачивание и засоление орошаемых земель. He подвергаются засолению или заболачиванию в течение многих столетий и даже тысячелетий использования лишь такие оазисы, которые обладают хорошим естественным дренажем (свободный отток грунтовых вод), например Ташкентский или Самаркандский.
По сведениям ФАО, не менее 50% площади орошаемых земель мира засолено, дают сниженную продукцию или выпали из земледелия полностью. Ежегодно выпадают из использования сотни тысяч гектаров поливных земель вследствие засоления. По грубым оценкам экспертов, человечество потеряло от засоления многие миллионы гектаров ранее плодородных земель.
По данным Эль-Габали, во всех странах Ближнего и Среднего Востока и Северной Африки (от Афганистана до Марокко и Сенегала) орошаемое земледелие глубоко страдает от засоления почв, вызванного отсутствием или недостаточностью дренажных устройств, от плохого качества поливных вод, от непонимания земледельцем необходимости промывок при освоении засоленных почв и промывного режима при поливах. В бассейнах рек Тигра, Евфрата, Инда Нила засоление орошаемых почв известно уже тысячелетия. Пакистан, Египет, Ирак, Сирия настойчиво ведут борьбу с засолением почв. И тем не менее в последние десятилетия засоленность почв растет и составляет 30-50% (Сирия, Ирак) и даже 80% (Пакистан) орошенной поверхности. Отсутствие дренажных сооружений и неосторожное использование речных или подземных вод повышенной минерализации -главные причины растущей засоленности почв. Это сказалось даже в орошаемых районах Австралии, США, Мексики, Аргентины.
В Австралии (Северная Виктория) засолены почвы на огромной территории (80 тыс. га), и грунтовые воды там имеют часто концентрацию до 10-40 г/л. Пока еще серьезные успехи в мелиорации этих земель не получены. Вероятно, промывка и глубина закладки дрен и и понижение уровня соленых грунтовых вод были недостаточными. Автору лично пришлось видеть в Австралии большие массивы вторично засоленных почв в долине р. Мюррей.
В Патагонском районе Аргентины 40 000 га земель, орошенных в XIX в., ныне на 50% засолены вследствие переполивов, больших потерь воды в каналах и недостаточности дренажа. Были надежды на то, что дождевальные методы орошения, а в последнее время так называемое "капельное орошение" предупредят засоление почв.
Конечно, дождевание многое дает в предупреждении переполивов и заболачивания. Ho там, где почвы и грунты, поливные или грунтовые воды минерализованы, там при дождевании засоление не только не уменьшилось, но продолжает расти. Больше того, вторичное засоление распространилось и захватило речные воды, минерализация которых в зонах орошаемого земледелия неудержимо растет, достигая концентраций 1-2 г/л.
Засоление орошаемых почв приобретает все большую остроту в США. В 60-х годах здесь было около 25-27% всей орошенной площади подвержено вторичному засолении и солонцеватости, что вызывало ежегодные потери порядка 350 млн. долларов. Суммарная цифра, иллюстрирующая общие потери сельского хозяйства Соединенных Штатов от неблагоприятных почвенных и мелиоративных условий, а также недостатков водоиспользования, достигает по данным США. 9 млрд. долларов ежегодно.
Вторичное заболачивание, вторичное засоление и щелочность являются серьезной угрозой продуктивности орошаемого земледелия западной части Соединенных Штатов. Примерно около 4 млн. акров культурных земель западных штатов в настоящее время нуждаются в специальных мероприятиях по устранению отрицательного влияния избыточного переувлажнения и засоленности. В США придают очень большое значение разработке методов сокращения либо ликвидации бесполезной транспирации и испарения влаги из почвы, водоемов и каналов. Дело не только в том, что имеются прямые убытки хозяйству от этих потерь, но крайне увеличивается зависимость урожая сельскохозяйственных культур от бесполезной транспирации и испарения, а в орошаемом земледелии сокращаются площади возможного расширения поливных земель.
В 70-х годах процессы засоления почв и вод в США значительно усилились и распространились. Американские ученые и инженеры подчеркивают в печати и выступлениях исключительную опасность растущей засоленности почв и вод, низкий уровень научных знаний и недостаточное понимание надвигающихся в связи с этим социально-экономических трудностей во многих районах аридной зоны.
Рост засоленности орошаемых почв приобрел практически повсеместный характер. Как старые, так и новые оросительные системы Индии и Пакистана несут тяжелые потери от растущей засоленности почв. В Пакистане правительство вкладывает громадные материальные и трудовые ресурсы в борьбу с засолением почв, охватившим до 80% площади орошения. Строятся десятки тысяч насосных колодцев для водоснабжения и понижения уровня грунтовых вод. Однако отсутствие развитой сети коллекторов и горизонтальных дрен не позволяет решить задачу вывода накопленных солевых масс. Земледелие Пакистана испытывает тяжелые потрясения.
В Ираке проблемы орошения и борьбы с засолением почв носят также крайне драматический, тревожный характер. Древнее междуречье Тигра и Евфрата, колыбель цивилизации народов, территория некогда цветущей природы и ее необычайных богатств, ныне практически почти не имеет плодородных,незаселенных почв. Огромная испаряющаяся способность климата, достигающая 2,5-3,0 тыс. мм в год, геохимическая обогащенность междуречья и древней дельты солями (напорный восходящий приток подземных солевых растворов, горизонтальный принос солей поверхностными, паводковыми, речными и грунтовыми водами), практически полная естественная недренированность междуречья, испарительный водный баланс и тысячелетний накопительный солевой баланс привели к колоссальному содержанию солей в почвах, грунтах, грунтовых водах. Кочевое пастбищное хозяйство и примитивное орошение усилили этот процесс. Засоление почв сплошное; в верхних 0-20 см почвы содержится - 1-10% солей. Грунты имеют 1,5-3% солей, а концентрация солей в грунтовых водах измеряется величинами 5-15, 25-50 р/л и очень часто 75-100 р/л и даже 200 г/л. Лишь 10-15% территории междуречья используются в земледелии.
Правительство Ирака при поддержке других государств и органов ООН приступило к крупным опытным и производственным работам по мелиорации засаленных земель. Горизонтальный (открытый) дренаж глубиною 2-3 м с мездрениями 100-200 м (в зависимости от фильтрационных свойств грунта), капитальные мелиоративные промывки нормами воды по 15-20 тыс. м3/га (слой 15-20 см), обильное орошение сельскохозяйственных растений, культура поливного риса позволяют в первые же годы освоения не только рассолять почвы, но и получать хорошие урожаи. Ho это лишь начало больших производственных работ по мелиорации засоленных земель Ирака.
Сильное засоление орошаемых почв наблюдается на оросительных системах Китая, Ирана, Алжира, Сенегала, Туниса. He изжито засоление орошаемых почв в некоторых районах юго-востока, Закавказья и Средней Азии России. Однако именно в России в период после 1945 г. достигнуты поразительные успехи в борьбе с засолением орошаемых почв в Азербайджане, Узбекистане, Таджикистане и Туркмении.
Процессы засоления на оросительных системах долины р. Вахта (Таджикистан), в Чарджоу и Хорезме (на Амударье - Туркмения), в Голодной степи и Ферганской долине (на Сырдарье - Узбекистан) были остановлены, засоленные почвы расселены и возвращены в культуру. Глубокий горизонтальный дренаж, промывка солей, выборочное применение вертикального насосного дренажа, введение гидроизоляции на каналах и общая культура и дисциплина водопользования явились основой этих успешных мелиораций. В частности, в Таджикистане площадь сильнозасоленных почв, составлявшая в прошлом до 35% орошаемой территории, благодаря мелиорации сократилась к 1972 г. до 9%. Научные данные, относящиеся к этим мелиоративным работам, публиковались в работах автора и других советских ученых, демонстрировались во время Х Международного конгресса почвоведов в 1974 г. IX Международного конгресса по ирригации и дренажу в 1975 г.
Значительный вклад в теорию понимания и практику борьбы с процессами засоления орошаемых почв на основе применения дренажа внесли конгрессы Международной комиссии по ирригации и дренажу.
На конгрессах многократно отмечалась совершенно недостаточное понимание и низкая изученность связи между вторичным засолением почв, минерализацией и глубиной грунтовых вод, а также роль первоначальной засоленности почв. В генеральных докладах на конгрессах комиссии вопрос о дренаже, и его роли в управлении солевым режимом орошаемых почв всегда занимал ведущее место.
К сожалению, положительный опыт в борьбе с заселением орошаемых почв не получил должного распространения. Одна из причин этого - ошибочная позиция американской Лаборатории засоленных почв в Риверсайде (Salinity Laboratory). В течение 25-30 лет эта очень влиятельная лаборатория отвергает многие бесспорные научные положения геохимической теории соленакопления и опыт практики мелиорации. Недооценивается значение уровня грунтовых вод и их минерализации в возникновении и свойствах засоленных почв. Игнорируется ионный состав солей в почвах и солей, находящихся не в растворе (паста), а в осадке. Понятия о критическом уровне и режиме, критической минерализации грунтовых вод отвергаются иди замалчиваются. Вторичное засоление почв приписывается только солям оросительной воды, что имеет лишь третьестепенное значение. Отвергается или не понимается необходимость капитальных мелиоративных (вневегетационных) промывок солей, необходимость снижения уровня и опреснения соленых грунтовых вод с помощью горизонтального дренажа или их отрыва от почвы с помощью насосного вертикального дренажа. Публикации лаборатории Риверсайда обходят все эти вопросы и по существу насаждает и поддерживает антидренажные позиции сторонников "дешевого" бездренажного, промывного орошения. Именно это ведет к переполивам, заболачиванию, засолению.
К этому необходимо добавить стремление повсеместно вводить бездренажную культуру риса, которая нуждается в больших количествах воды, а это вызывает при недостаточном дренаже региональный подъем грунтовых вод. В практике земледелия все еще господствует неспланированность полей, что также вынуждает применять большие поливные нормы, подтопляющие поля. Сказывается низкая культура населения, недостаток национальных кадров агрономов, инженеров, почвоведов.
По всем этим причинам в большинстве стран, вводящих орошение, продолжаются:
а) игнорирование особенностей природной почвенно-геохимической обстановки (минерализованные грунтовые воды, их баланс, засоленность грунтов и почв, неудовлетворительный естественный дренаж);
б) стремление не создавать дренажные сооружения в надежде удешевить этим строительство оросительных систем;
в) переполивы почв, излишний водозабор и большие повсеместные потери воды на полях и в ирригационных каналах (они обычно не облицовывается). Все это в совокупности вызывает повышение уровня грунтовых вод и засоление почв.
Учет площадей засоленных почв в большинстве стран не налажен и часто истинная картина остается неизвестной или же скрывается.
Исходя из научного и производственного опыта различных стран, необходимо назвать следующие важнейшие мероприятия, предупреждающие процессы засоления орошаемых почв и обеспечивающие мелиорацию засоленных территорий.
Основным предупредительным и мелиоративным мероприятием, повышающим КПД оросительной сети и снижающим фильтрацию в оросительных каналах как главную причину катастрофического нарушения вещного баланса местности и подъема грунтовых вод, является облицовка каналов непроницаемыми экранами и сооружение оросительных каналов в закрытых трубопроводах.
Обобщение мирового опыта борьбы с фильтрацией воды в каналах свидетельствует, что лучшим способом (долговечность, стабильность, практическая водонепроницаемость, легкость очистки и т.д.) гидроизоляции на каналах является комбинированное применение полимерных пленок, размещенных в канале, и укладка на них железобетонных плит с заделкой швов. При строительстве новых каналов необходима их предварительная замочка для усадки грунтов.
Полимерные покрытия и мембраны на каналах, несмотря на высокую стоимость, все больше внедряются в орошаемое земледелие США и России. И это оправдывается экономическим эффектом. Толщина полимерных пленок, которые обеспечивают высокую механическую устойчивость и хорошую гидроизоляцию, составляет 0,2-0,8 мм.
Лучше других себя проявили пленки из полиэтилена, поливинилхлорида, этиленвинилацетата, синтетический каучук (бутил), полистрол, плиты из поропласта. Пленка закрывается слоем уплотненного грунта (30-40 см) или железобетонными плитами.
В Голодной степи (Узбекистан) для борьбы с фильтрацией в каналах оросительной сети с успехом применяется "комбинированная облицовка железобетонными плитами по прочной полиэтиленовой пленке". Пленка защищает плиты от агрессивного влияния солей и повышает водонепроницаемость. Плиты гарантируют физическую защиту пленки и совместно с пленкой обеспечивают почти полную водонепроницаемость грунтов.
Внутрихозяйственная сеть каналов должна сооружаться в железобетонных лотках или в трубах (асбоцемент, железо, чугун). Применение закрытых гидроизолированных каналов и трубопроводов повысило КПД до 0,97-0,98 и КЗИ до 0,98 (опыт Голодной степи).
Все эти мероприятия позволяют снять или уменьшить угрозу повышения уровня грунтовых вод и вторичного засоления почв.
Второй мелиоративно-предупредительной мерой на новых оросительных системах, имеющих глубокие грунтовые воды, является своевременное строительство вертикального машинного дренажа для откачки грунтовых вод с тем, чтобы исключить угрозу их поднятия там, где прогноз это подсказывает. Калифорния и Аризона в США именно на этой технической основе смогли избежать подъема грунтовых вод на своих оросительных системах.
Предупредительная роль вертикального дренажа будет особенно эффективна при водопроницаемых грунтах и там, где грунтовые воды не минерализованы и пригодны для орошения. Хороший результат в предупреждении подъема уровня грунтовых вод (иди в снижении их на 1,5-3 м) дало применение вертикального насосного дренажа в Армении и в Голодной степи при закладке одной скважины на каждые 50-100 га. При многослойных, тяжелых грунтах вертикальный дренаж малоэффективен и, несмотря на высокие дебиты скважин не может остановить подъем уровня почвенно-грунтовых вод (гидравлическая разобщенность водоносных горизонтов).
Третьей радикальной мерой предупреждения засоления почв (особенно для освоения уже сильнозасоленных почв) и борьбы с ним является глубокий горизонтальный дренаж и его безупречная работа в сочетании с промывными поливами. Он может быть временным и дополнительным к вертикальному дренажу. Ho он имеет и самостоятельное значение, как средство полной эвакуации солей при мелиорации почв. Если глубокий горизонтальный дренаж сооружен до приближения уровня грунтовых вод к критической глубине, то он включится в работу и остановит дальнейшее движение грунтовых вод к поверхности. Глубину заложения дрен (1,5-3 м) и междрения (75-300 м) варьируют в зависимости от степени засоленности почв, их водопроницаемости, глубины и минерализации грунтовых вод. Это предмет изучения, проектирования и опыта. Так, например, применение учащенного (120-200 м) глубокого (2,5-3,5 м) горизонтального дренажа (открытого и закрытого - полиэтиленовые перфорированные трубы с диаметром 100-200 мм) на лессовых сероземах Голодной степи себя полностью оправдало при необходимости освоения засоленных земель.
Вызывает большие сомнения идея, которая иногда появляется в печати и докладах, о совмещении оросительных и дренажных каналов. Примеры этого встречаются на совершенно пресных опесчаненных дельтовых почвах при машинной (малые водокачки) подаче поливной воды из глубоких каналов (Хорезм, Восточный Китай). Грунтовые воды в этих случаях почти не отличаются от поливных вод. Там, где грунтовые воды засолены, этот метод неприменим.
Многие новые оросительные системы, построенные в разных странах мира,не вышли бы из строя от засоления и заболачивания, если бы они были обеспечены вертикальным и глубоким горизонтальным дренажем и тщательно выровненными (спланированными) полями. Однако, вопреки накопленному ранее опыту, на большинстве оросительных систем это не осуществлялось или же делалось в совершенно недостаточных размерах.
И наконец, и это самое главное, необходимо в наше время строить оросительные системы высокого класса, хорошо оснащенные измерительной техникой, дождевальными машинами, автоматическими устройствами, иметь квалифицированный персонал. Ход мелиоративного процесса должен ежегодно контролироваться и корректироваться. Данные аэросъемки полей, сведения о химизме и гидрологии почв и грунтов,о полученных урожаях должны регулярно и быстро анализироваться и обобщаться.
Далеко не каждый год и не каждый сезон года в степях, пуштах, саваннах является засушливым. Орошение в условиях современного изменчивого климата степей является не основой водопотребления растений (как в пустынях и полупустынях), а дополнительным водоисточником к атмосферному увлажнению (дожди, росы, снеговые воды). Поэтому оросительные системы, создаваемые для условий субаридного климата, должны быть очень мобильными, позволяющими быстро и эффективно управлять водоподачей на поля по мере действительной необходимости в соответствии с условиями погоды и влажности почв.
УДК 631.445.52
- САНИИРИ,
(Каршинский инженерно экономический институт, Узбекистан)
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ
ПОДВЕРЖЕННЫХ ЗАСОЛЕНИЮ
В статье перечислены проблемы и причины снижения продуктивности орошаемых земель по причинам возникновения и развития засоления почв, ухудшения качества воды. На основе анализа ситуации, авторами показана роль мелиорации в повышении продуктивности засоленных земель и даны предложения по стратегии улучшения их мелиоративного состояния.
Problems and causes of efficient lowering of irrigated soils for beginning and developing soil salinity, making worse water quality are enumerated in the article. On the base situation analyze authors showed role of melioration in raising efficiency of salinity soils and are made an offer for strategy of improvement their meliorative state.
В нашем регионе, расположенном в аридной зоне, очень много проблем, связанных с ирригацией и мелиорацией. Орошаемое земледелие представляет собой основу сельского хозяйства региона. На фоне большого разнообразия природных условий орошаемой зоны не удовлетворительное управление водой на различных функциональных уровнях оросительных систем создает множество проблем ухудшающих плодородие почв и качество земель, находящихся в сельскохозяйственном использовании, а также к усугублению экологических проблем, выражающемся в засолении и загрязнении орошаемых почв, грунтовых вод и водных источников.
Орошаемое земледелие в Узбекистане, до начала массового освоения земель, начавшегося примерно с середины прошлого столетия, было приурочено к долинам рек, их первым и вторым террасам и дельтам. Это объяснялось слабыми техническими возможностями водозабора в то время и относительно благоприятными гидрогеологическими и почвенными особенностями территории. Поверхностному засолению были подвержены лишь периферии, так называемых, конусов выноса рек и дельтовые участки древнего орошения.
Основные массивы засолённых почв Узбекистана приурочены к региональным зонам выклинивания подземных вод, даже имеющим относительно малую минерализацию 2 –5 г/л, а также к дельтовым участкам рек и местным понижениям рельефа. Здесь и происходило образование солончаков.
К числу наиболее типичных понижений в степной и пустынных зонах, имеющих значительные площади солончаков, можно отнести Шурузякское и Арнасайское понижения в Голодной степи, Чарагылское и Денгизкульское – В Каршинской степи, а также Тудакульское, Шорсайское и Шоркульские – в Бухарском оазисе.
В условиях засушливого климата, самым мощным и постоянно действующим источником засоления орошаемых почв, является легкорастворимые соли в водах рек. С возрастанием степени использования поверхностного стока рек на орошение, увеличивается аккумуляции их в почвах и подстилающих отложениях. На регулярно орошаемых землях местом аккумуляции солей могут служить микро повышения, являющиеся результатом некачественной планировки поверхности полей, плохо орошаемые или не орошаемые участки, смежные с орошаемыми территориями, а также понижения, к которым существует постоянный приток грунтовых вод с соседних орошаемых территорий.
Орошение полей оказывает решающее влияние на перенос солей в почвах. Оросительная вода является и мощным источником солей для почвы, (поскольку около 80% её расходуется на испарение, а соли остаются в почве) и, одновременно, «транспортёром» их в глубокие подпочвенные слои при регулярном и своевременном проведении поливов. От того, как ведется орошение, насколько оно восполняет природный дефицит влаги почвенного слоя, а не бесполезно, минуя поверхность поля, питает грунтовые воды потерями, зависит хозяйственное благополучие орошаемых земель и экологическое состояние орошаемых территорий . Недостаточное орошение локальных участков всегда приводит к засолению их за счет притока со смежных, хорошо орошаемых территорий.
Условия транспорта солей от гор в сторону водоёмов конечного стока в естественных условиях под интенсивным воздействием орошения и дренажа, резко изменяется, как на локальном, так и региональном уровне. Меняются гидрогеологические процессы на орошаемых территориях и гидрологический режим почв. Это заключается в том, что:
Оросительные каналы мелиоративных систем создают источники сосредоточенного поступления потерь воды в грунтовые воды, формируя тем самым местную их напорность;
Несовершенная техника полива не в состоянии обеспечить равномерное распределение воды по полям, потери воды на полях приурочены к начальным (глубинный сброс) и концевым (поверхностный сброс) участкам борозд, что вызывает локальное засоление почв;
Дренаж в, основном, работает не на отведение оттока вод поступивших на поля, а отводит грунтовые воды, поднявшиеся от потерь из каналов или сбросы с полей. Поэтому он не столько поддерживает баланс солей в почвенном слое на полях, сколько отводит все не производительные потери воды (на% обратно в водоисточники!).
Для формирования водно-солевого режима почвы очень важно, каким путём и как она попадает в неё. Тем не менее, в настоящее время в реальной существующей ситуации сезонное засоление орошаемых земель почти повсеместно происходит не столько за счет качества оросительных, сколько за счет подтягивания солей, растворенных в грунтовой воде, происходящего в результате нарушения поливного режима. При испарении в корнеобитаемую зону из грунтовых вод зачастую привносится больше солей, чем при поливах даже минерализованной водой.
Развитию современных взглядов на методы мелиорации засолённых почв способствовало бурное развитие орошаемого земледелия с середине прошлого столетия. Столкнувшись с проблемами возникновения "вторичного" засоления земель, по большей части исходно засолённых или подверженных засолению, вызванными несовершенством применяемых способов полива и слабой дренированности территорий в начале массового освоения новых земель, учёные и инженеры начали искать способы выхода из создавшегося положения.
Метод промывок затоплением был заимствован из прошлого опыта земледельцев и механически перенесён в новые условия, совершенно отличные по водообеспеченности, степени использования земельного фонда и, самое существенное, по гидрогеологическим условиям.
Сами по себе эти идеи были достаточно разумны, но их осуществление несовершенными методами водораспределения на полях привели, как теперь видно, к катастрофическим последствиям.
Дело в том, что были упущены и не решены две основные, самые сложные и дорогостоящие проблемы - техники полива и отвода солей.
Первая проблема связана с тем, что равномерность распределения воды по полю и строгое нормирование оросительной воды с помощью совершенных средств полива дорого стоит, (хотя и окупается, если рассматривать систему в целом) .
Вторая проблема - нерешенные на региональном и глобальном уровне вопросы отвода дренажно-сбросных вод.
Сброс этих вод, как говорилось выше, попадает, по большей части, обратно в водоисточники, что превращает идею промывного режима орошения почвы в абсурд , поскольку соли отводимые дорогостоящим дренажем с одних массивов, стали источником соленакопления на других.
Эти две проблемы в настоящее время являются ключевыми в мелиорации засолённых земель.
Материалы исследований по Голодной и Каршинской степям и другим регионам свидетельствуют, что часто успех освоения зависит не от начальной глубины и степени опреснения корнеобитаемого горизонта, а от режима орошения и агротехники тех культур, которые возделываются вслед за промывками. Поэтому промывку следует рассматривать не как самостоятельное мероприятие, а как элемент комплексного освоения засоленных земель в увязке с принятыми на эксплуатационный период инженерными решениями. Это позволит оценить приемлемость того или иного способа по условиям минимума затрат материальных и людских ресурсов в расчете на единицу получаемой продукции. При этом, следует, по возможности, обходиться при проведении промывок тем парком механизмов, который имеется в хозяйствах, так как это наиболее экономично.
При дефиците техники, воды и при неудовлетворительном состоянии дренажных систем, такие промывки большими нормами проводятся все меньше и меньше. В сложившихся условиях следует пересмотреть принципы коренных мелиораций, так как проблема засоления становится даже более актуальной, чем ранее, а вопросы реконструкции систем, дефицита воды и материально-технических средств становятся все более проблематичными.
В поисках путей решения проблем мелиорации засоленных почв отечественными и зарубежными исследователями предложены способы более эффективного удаления солей с меньшими удельными затратами промывной воды, позволяющие, используя технически несложные и относительно дешевые приемы распределения воды по поверхности полей, совмещать постепенное опреснение почв с улучшением их водно-физических свойств и плодородия. К ним относятся прерывистые промывки с использованием различных способов полива, в зависимости от водопроницаемости грунтов и рельефа поверхности.
Промывки при этом проводятся отдельными поливами нормой 2-3 тыс. м3/га с интервалами от 3-5 до 10-15 дней и более, в зависимости от метеорологических и организационно-хозяйственных условий. При заполнении свободной емкости интервалы определяются сработкой грунтовых вод дренажем на глубину 1,5-2,0 м. При этом, как показывает опыт, эффект промывки снижается от полива к поливу и после 4-5 полива вынос солей практически прекращается.
Прерывистый режим водоподачи позволяет максимально использовать свободную емкость зоны аэрации для аккумулирования солей, вымываемых из верхних горизонтов, за счет нормирования поливов, тем самым, устраняя необходимость строительства временного дренажа. Наличие свободной емкости обеспечивает равномерное рассоление верхних почвенных слоев по ширине междренья, так как скорость впитывания в этом случае не будет зависеть от расстояния до дрены (в отличие от скоростей фильтрации при полном насыщении свободной емкости).
Сочетание высокой влажности промывной толщи с хорошей дренированностью способствует развитию аэробных процессов в промываемой толще. После опреснения слоя, достаточного для получения всходов, возможен посев культур-освоителей и продолжение промывки, совмещенное с их выращиванием. Особенно целесообразны прерывистые промывки в районах, где ощущается острый дефицит оросительной воды.
В принятых нормах орошения сельскохозяйственных культур для ликвидации сезонного засоления рекомендовано проведение профилактических промывных поливов, которые являются одновременно и влагозарядковыми. Нормы вегетационных поливов, как правило, рассчитаны на то, что в сочетании с влагозарядковыми и профилактическими поливами они будут поддерживать "промывной" режим орошения, когда все соли, поступающие на поле с оросительной водой за год, будут отводиться с грунтовыми водами дренажем. При нарушении нормального поливного режима сельскохозяйственных культур в условиях дефицита водных ресурсов в вегетационный период или по хозяйственным причинам, когда значительную часть жаркого периода вегетации не выращиваются сельскохозяйственные культуры (например, повторные культуры после озимых зерновых), на землях с относительно близкими и минерализованными грунтовыми водами происходит сезонное накопление солей.
Обязательным условием, определяющим эффективность эксплуатационных промывок, является обеспечение дренированности орошаемых земель и нормальное функционирование существующей коллекторно-дренажной сети. Однако дренаж, (горизонтальный, вертикальный и др.), создает лишь условия для нисходящей фильтрации в промываемой толще почвы. Создание надежного и экономичного дренажа обеспечивает определенный мелиоративный фон, но не может само по себе решить задачу борьбы с засолением. Для обеспечения рассоления на фоне дренажа необходимо осуществить промывку или создать промывной режим орошения, соответствующий выбранному мелиоративному режиму сочетанием дренажа, водоподачи и агротехники. Это сочетание определяет взаимодействие оросительных и грунтовых вод и влияет на суммарное водопотребление.
Почвенный слой сравнительно мал по толщине, поэтому поливная вода должна дозироваться так точно и равномерно по площади поля, чтоб создать в корнеобитаемом слое необходимый водный и, особенно, солевой режим. Недоучёт этого обстоятельства, в значительной мере, привёл к тем трудностям, которые наблюдаются на орошаемых землях подверженных засолению в бассейне Аральского моря.
Применение совершенной техники полива может развязать целый узел проблем. Она экономит до 40 % оросительной воды на поле, создает благоприятный водно-солевой режим, повышающий урожайность сельскохозяйственных культур почти вдвое, дает возможность выдерживать необходимые агротехнические требования при выращивании сельхозкультур, предотвращает глубинный и поверхностный сброс воды, обеспечивает равномерность водораспределения по площади поля, что способствует улучшению мелиоративного состояния земель.
Возможные пути выхода из кризисной ситуации.
Тотальная реконструкция оросительных систем, создававшихся столетиями сегодня не возможна, прежде всего, по экономическим причинам. Тем более проблематичен перевод орошения на совершенную технику полива. Что можно и нужно сделать уже сегодня, практически без больших затрат?
Прежде всего, организовать нормирование и упорядочение водопользования, без чего, вообще говорить об эффективном использовании водных ресурсов не стоит.
Продолжить реконструкцию гидромелиоративных систем, там, где это крайне необходимо.
Создать юридические и экономические стимулы для поощрения применения совершенной техники полива, прежде всего для тех условий, в которых уже сегодня можно получить реальную экономию воды и реальную окупаемость затрат.
Уже сегодня применение совершенной техники полива может оказаться рентабельным для отдельных фермеров на системах с большой водопроницаемость почв и дефицитом оросительной воды, поднимаемой насосами. Такая ситуация характерна для орошаемых адыров Ферганской долины и других аналогичных по природным условиям районов.
В настоящее время, как ни странно, недостаточно изучены процессы переноса солей и управления ими именно в почвах . Требуется новая региональная концепция их мелиорации, с учётом экономических условий и экологических последствий при анализе ранее принятых технических решений. В условиях Аральского кризиса, в большой мере связанного с исчерпанием водных ресурсов бассейна при сегодняшнем уровне технического состояния гидромелиоративных систем, эти проблемы становятся жизненно важными для региона. Для оперативного управления этими процессами, прежде всего, должна быть усилена служба мониторинга орошаемых территорий, потенциально опасных для развития процессов вторичного засоления. Развитие этой службы видится в применении технологий дистанционного картирования в сочетании с методами GIS. Кроме того, широкое применение должны найти методы наземного упрощенного оперативного контроля засоления для целей управления засолением почв на конкретных полях в течение вегетации.
Реалии сегодняшнего дня вынуждают искать определенные способы наиболее безвредного для почв и выращиваемых на них растений. Теоретической основой использования для орошения и промывок высокоминерализованных вод является то, что концентрация солей в них значительно ниже, чем в почвенных растворах. Для орошаемых почв оптимальная концентрация солей в почвенных растворах - 3-5 г/л, при 6 г/л наблюдается слабое угнетение роста растения, 10-12 г/л - сильное угнетение, при 25 г/л оно гибнет. Таким образом, воду с содержанием солей до 3-5 г/л теоретически (при условии свободного гравитационного стока и обеспечения непрерывной подачи воды) можно использовать, не причиняя ущерба растениям. Однако на практике следует учитывать следующее: солеустойчивость культуры и фазы развития растений; высокое испарение; недостаточное оперативное контролирование засоления или осмотического потенциала почвы; несвоевременность проведения поливов и низкий уровень их технологии; необеспеченность оттока вод.
В этой связи воду с минерализацией свыше 3 - 5 г/л следует использовать очень осторожно и, как правило, в разбавлении речной водой. Обязательно следует учитывать не только вид орошаемых культур, но и сорта, которые могут оказаться более чувствительны к солям. Применение дренажных вод для покрытия дефицита оросительной воды более перспективно для выращивания солеустойчивых культур (хлопчатник, озимая пшеница).
При использовании на орошение вод повышенной минерализации в почвенном поглощающем комплексе отмечается вытеснение кальция натрием и магнием (на 5-6% от суммы). Установлено, что увеличение содержания поглощенного натрия в почве связано с увеличением степени ее засоления и имеет обратимый характер, т. е. при промывке и орошении обычной речной водой соотношение обменных катионов натрия и магния снижается, а кальция увеличивается. Если опасность процессов осолонцевания почв на рассматриваемой территории при использовании минерализованных вод практически отсутствует, то опасность вторичного засоления почв представляет серьёзную угрозу. Прогнозы использования минерализованных вод на легких почвах (легкие суглинки, супеси и пески), проведенные исходя из условия поддержания не вредящей урожаю концентрации солей в почвенном растворе, показали, что: при минерализации воды 2 г/л норму надо увеличивать на 5-7%; 3 г/л - на 20%, а при 4 г/л - до 30-50%. На средних суглинках даже при минерализации воды 2 г/л подачу воды надо увеличить на 10%. Насколько реальна возможность такого увеличения оросительной нормы, зависит от многих условий, но, прежде всего, от глубины грунтовых вод и от дренированности участка, которая должна обеспечивать отток дополнительных объемов воды.
В республиках Средней Азии свойства почв, качество воды и состав основных сельскохозяйственных культур в большинстве случаев позволяют относительно безопасно применять коллекторно-дренажные воды. Отрицательным последствием может быть, в основном, соленакопление. Вследствие невысоких сорбционных свойств почв и большой доли кальциевых солей в воде и почве процессы осолонцевания почв практически исключаются. Соленакопление, лишь попутно, приводит к увеличению долей обменного натрия и магния в поглощающем комплексе почв. Опыты показывают, что при рассолении эти процессы обратимы, тем не менее, использовать воду с минерализацией свыше 3-5 г/л, не следует. В случае же необходимости их применения, обязательно следует учитывать вид орошаемых культур по солеустойчивости (изменяющейся у некоторых видов по фазам развития), а также водопроницаемость и гранулометрический состав почвы. При этом важно не допускать засоления почв путем подачи дополнительных объёмов воды. При наличии воды и хорошего оттока с поля это можно осуществлять в период вегетации, учащая поливы или завышая нормы "нетто". При недостаточности воды в вегетацию и плохой дренированности, следует промывать почвы в невегетационный период, выбирая для промывки время, когда грунтовые воды наиболее глубоки.
Какие же возможные альтернативы выхода из создавшегося положения в будущем могут быть предложены?
Мы рассмотрели схематично несколько возможных вариантов стратегий развития ирригации в сравнении с существующими условиями (вариант 1). Вариант 2 представляет собой идеи, реализованные в работе , где рассматривалась только частичная реконструкция оросительных систем. Вариант 3 предусматривает применение совершенной техники полива без повышения существующего уровня совершенства ирригационных каналов. В варианте 4 рассмотрены последствия применения совершенной техники полива и повышения существующего уровня совершенства ирригационных каналов до мирового уровня. То есть, вариант 4 является пределом, выше которого при современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур вряд ли можно подняться. Эти расчёты наглядно показывают, какие возможности развития орошаемого земледелия при ограниченном размере водных ресурсов может дать использование совершенных способов полива и реконструкции гидромелиоративных систем.
Заключение.
В работе проанализированы природные и технические причины экологического кризиса в орошаемом земледелии Узбекистана. Поставлен вопрос об изменении концепции мелиорации подверженных засолению земель и предложены варианты выхода из современного положения в перспективе путем совершенствования гидромелиоративных систем различными способами.
1. и др. Расчётные значения оросительных норм сельскохозяйственных культурв бассейнах рек Сырдарьи и Амударьи. Ташкент, «Средазгипроводхлопок», 1970. С.292. 2. Генеральная схема развития орошаемого земледелия и водного хозяйства республики Узбекистан на период до 2015 года. «Водпроект», Ташкент, 2002. 3. Парфёнова Н. И., Решёткина Н. Экологические принципы регулирования гидрогеологического режима орошаемых земель. .1995, 360 с. 4. , Ямнова И. А, Благоволин районирование засолённых почв бассейна Аральского моря (география, генезис, эволюция. М., 19с. 5. , О выборе противофильтрационных и дренажных мероприятий при проектировании оросительных систем. Гидротехника и мелиорация, 1977, № 5, с.44-51.
