Экологические проблемы водной мелиорации

Курсовая работа по сельскохозяйственной экологии ТЕМА «Экологические проблемы водной мелиорации» Работу выполнила: Студентка Проверила: доцент Новосибирск Оглавление Введение 1 Научные проблемы комплексной мелиорации земель и вод 2 Экологические проблемы орошения и осушения почв 7 2.1

Экологические последствия орошения 2.2 Экологические последствия осушения 3 Проблемы орошения в Новосибирской области 3.1 Влияние орошения на режим грунтовых вод 3.2 Влияния орошения на подвижность фтора в почвах Барабинской равнины 35 Заключение 40 Список использованной литературы 42 Введение Мелиорация — система научно обоснованных организационно-хозяйственных, технических, биологических и

других мероприятий, направленных на улучшение природных условий используемых территорий. Водные мелиорации издревле волновали души людей. Оросительные каналы строили ещё древние египтяне, догадавшись таким способом повысить плодородие почв. Уходящий ХХ век характеризовался бурным развитием мелиораций практически во всех странах земного шара. Если в начале ХХ века площадь орошаемых земель в мире составляла немногим более 80,0 млн.га, то в конце

века она превысила 260,4 млн, что составило более 16% пашня. С этой площади земледельцы собирают более 50% продукции растениеводства. Однако в подавляющем большинстве стран, где мелиорации, особенно орошение, получили свое наибольшее развитие (Индия, Пакистан, бывший Советский Союз, Китай и др.) не был получен тот экономический эффект, который был определен проектами, и он составлял в лучшем случае 60-70% намеченного.

Причин недостижения проектной эффективности от развития мелиораций в различных странах мира очень много, но основной из них является недостаточные знания и учет взаимодействия мелиоративной деятельности человека с природными процессами, В результате этого на мелиорированных землях и прилегающих к ним территориях происходят процессы подъема уровня грунтовых вод, переувлажнения и вторичного засоления земель, водной и ветровой эрозии почв, формируются большие объемы загрязненного солями, удобрениями, пестицидами и

другими ингредиентами коллекторно-сбросного стока. Все это резко снижает эффективность мелиораций и вызывает негативное их восприятие общественностью. В настоящее время эти явления наблюдаются в развивающихся странах, однако они имели место и в развитых странах, где орошение и дренаж интенсивно развивались еще в первой половине 20-го века и эти негативные процессы в 50-60 годы этого столетия удалось приостановить, а в некоторых случаях ликвидировать.

Опыт этих стран говорит о том, что имеются возможности создания мелиоративных систем, обеспечивающих высокую эффективность сельского хозяйства и не вызывающих негативных экологических последствий. Тот же факт, что в ряде развивающихся стран, таких как Индия, Пакистан, Китай, Малайзия и др в силу присущих им климатических условий, без орошения нельзя создать стабильного сельскохозяйственного производства, убеждает в необходимости дальнейшего развития

орошения и дренажа в этих и подобных им странах. В последние десятилетия все ощутимей становится глобальное потепление климата, происходящее в результате парникового эффекта. Это явление приведет к аридизации больших территорий, где ранее орошение было неэффективно, но при потеплении оно станет необходимым для успешного ведения сельского хозяйства. Все это говорит о том, что в развивающихся странах, где наблюдаются наибольшие приросты населения,

для успешного решения продовольственной проблемы в ХХI веке необходимо будет и далее развивать мелиорацию, но на принципиально новом уровне, обеспечивающем высокую и устойчивую эффективность сельского хозяйства и экологическую устойчивость. Мелиорация земель и крупное гидротехническое и водохозяйственное строительство являются мощным фактором воздействия на природную среду. К сожалению, на современном этапе недостаточный учет природных закономерных

процессов и принятие идеи получения максимальной сельскохозяйственной продукции без учета охраны окружающей среды привели в ряде стран и регионов к экологическим кризисным ситуациям. Повышение движения соленых масс в циклах большого геологического круговорота вызывает большую тревогу, так как неизбежны вспышки засоления, а в региональном масштабе угроза устойчивости биосферы. Причины этого не только в водохозяйственной, гидротехнической и мелиоративной деятельности, но и в

распашке целинных земель, выкорчевке лесов и в целом антропогенном воздействии, приводящем к опустыниванию. 1.Научные проблемы комплексной мелиорации земель и вод Под комплексными мелиорациями земель и вод понимается повышение плодородия земель, улучшение качества природных вод и водохозяйственной обстановки путем осуществления комплекса инженерно- технических) агролесомелиоративных, биологических, химических и других мероприятий. На территории

России практически нет районов, где бы не требовалось проведения комплексной мелиорации земель и вод. Даже в таком благодатном природно-климатическом районе, как Краснодарский край с тучными предкавказскими черноземами, значительной суммой активных температур, оптимальным естественным увлажнением, требуется проведение мероприятий по предотвращению водной и ветровой эрозии почв, по улучшению качества поверхностных и подземных вод, используемых для сельскохозяйственного и

коммунального водоснабжения и орошения сельскохозяйственных культур, по улучшению водно-физических свойств почв и т.д. Научную проблематику, обосновывающую целесообразность, состав, объемы комплексных мелиораций земель и вод, определяют следующие два положения. 1. В разных природно-климатических зонах страны состав комплекса мелиоративных мероприятий будет различным как по своей структуре, так и по масштабам осуществления.

2. Проведение этого комплекса, существенно воздействуя на при родные комплексы, приводит к созданию принципиально новых агромелеоративных ландшафтов. Таким образом, состав и объем комплексных мелиораций будет определяться конкретными естественноисторическими условиями района их осуществления и требованиями, которым должен удовлетворять создаваемый агромелиоративный ландшафт. В общем плане создаваемые агромелиоративные ландшафты должны

Удовлетворять трем основным требованиям. Первое требование - экологическая устойчивость, то есть в них не должно быть проявлений вторичного засоления почв, подтопления сельскохозяйственных угодий и прилегающей территорий водной и ветровой эрозии, техногенного и другого загрязнения почв, вод и их деградации недопустимость подъема или опускания грунтовых вод, оползней, просадочных явлений и т.д. Второе требование - социальная устойчивость, то есть агромелиоративные ландшафты должны удовлетворять

всем потребности людей, живущих и работающих в их границах и за их пределами. Это означает, что в них должны оптимально сочетаться Жилой и производственный секторы, богорные и мелиорированные земли, лесные массивы, национальные парки, заповедники и рекреационные зоны. Жилые массивы должны иметь современные социально-культурно-бытовые условия. Третье требование - высокопродуктивная устойчивость

Это означает, что агромелиоративные ландшафты должны обеспечивать по лучение необходимого объема сельскохозяйственной экологически чистой продукции. Это требование выполняется в результате правильного выбора комплекса мелиоративных мероприятий, способствующих созданию и поддержанию высокого плодородия почв независимо от складывающихся и изменяющихся климатических условий каждого конкретного года. 2. Экологические проблемы орошения и осушения почв

Естественные свойства почв различных районов нередко малоблагоприятны для эффективного сельскохозяйственного использования. Многолетняя мерзлота почв северных районов, переувлажненность почв лесной зоны, кислотность подзолистых почв, засоленность почв аридных областей, а также мезо- и микрорельеф отдельных земельных участков (крутые склоны, овраги, наличие валунов, кочек, камней и т. д.) требуют приложения определенных усилий человека по преобразованию естественных свойств не только почвы, но и рельефа, климата, растительности.

Направленное улучшение неблагоприятных свойств природной среды с целью максимально полного использования природно-ресурсного потенциала называют мелиорацией. Сельскохозяйственная мелиорация преимущественно ориентирована на улучшение почвенных, гидрологических и климатических условий сельскохозяйственных угодий и включает орошение, обводнение, осушение земель, противоэрозионные мероприятия, рассоление почв и т. д.

Объектами мелиорации могут быть так же леса, ландшафты, климат, водные объекты, нарушенные земли и др. В связи с этим выделяют различные виды и способы мелиорации (таблица №1) (В.А. Черников 2000). Таблица №1 Сводная таблица основных видов и способов мелиорации Виды меллиорации Подвиды Способы Климатические Микроклиматические, мезо- и макроклиматические Обогрев плантаций дымлением; укрытие; полив; вызывание осадков из облаков; рассеивание облаков; уничтожение

града; вызывание таяния ледников; изменение течения рек; создание гидротехнических сооружений и искусственных водоемов. Водные Оросительные Поверхностное, подпочвенное, лиманное орошение, дождевание осушительные Открытый способ, закрытый дренаж, обвалование Снежные Снегозадержание, снегонакопление, уплотнение снега, задержание талых вод фитомелиорации Лесомелиорации Лесонасождения на полях, горных склонах, орошаемых землях и песках

Кустарниковые и травянистые Использование псаммофитов и кустарников для закрепления песков Земельные Борьба с эрозией Регулирование поверхностного стока, выпоса скота, закрепление оврагов, почвозащитные методы Культурно-технические Уничтожение механических препятствий при обработки почвы, уничтожение дикой растительности, химическая мелиорация неудобных и малопродуктивных земель,террасирование склонов Повышение плодородия обрабатываемых земель Известкование кислых и гипсование засоленных земель, внесение

удобрений, борьба с сорной растительностью, создание мощного растительного покрова Экологически обоснованные мелиоративные работы позволяют одновременно решать существенные вопросы охраны природы и улучшения качества среды. При комплексном ведении мелиоративных работ меняются соотношения всех средообразующих компонентов. Примером может служить мелиорация Колхидской низменности, расположенной в нижнем течении р.

Риони (Черноморское побережье Грузии). Здесь проведен и постоянно поддерживается большой комплекс мелиоративных мероприятий, в том числе и осушение болот, что позволяет получать устойчивые и высокие урожаи субтропических культур. Чаще мелиорации направлены на изменение какого-либо одного компонента экосистемы. Например, мероприятия по созданию новых и улучшению существующих источников получения воды или, наоборот, устранение избыточной увлажненности, регенерации нарушенных процессов самовосстановления природного

качества поверхностных и подземных вод. (Такого рода работы объединяются под общим названием — гидромелиорация.) В целом же, по мнению специалистов, в процессе хозяйственной деятельности необходимо проводить более 35 видов мелиорации. Одна из основных среди них — мелиорация почв, осуществляемая путем искусственного регулирования их водного, воздушного, соленого, теплового, биохимического и физико-химического режимов. Как свидетельствует многолетняя практика, для регулирования и изменения

Пере численных свойств почвы применяется порядка 30 видов мелиорации почв (орошение и осушение, агролесомелиорация и фитомелиорация, пескование глинистых почв и глинование легких и торфяных, гипсование и известкование, внесение поверхностно-активных со единений и т. д.). Каждый вид мелиорации, действуя на основной «мелиорируемый» компонент, оказывает непосредственное иди косвенное воздействие на сопредельные территории и компоненты, что с экологической точки зрения не всегда

желательно, а порой и крайне опасно. Такие нежелательные процессы чаще всего сопутствуют гидромелиорации, являясь преимущественно ее следствием. Это характерно как для осушения, так и для орошения. Данные виды мелиорации обычно кардинально изменяют естественные гидрологические процессы. Масштабность их использования на планете обусловлена тем, что аридные (засушливые) и семиаридные (полузасушливые) земли занимают свыше 50 % поверхности суши. Обладая плодородными свойствами, они испытывают не достаток

влаги. В нашей стране около 75 % пахотных земель расположено в зонах неустойчивого иди недостаточного увлажнения. Мелиорация земель призвана способствовать получению высоких и устойчивых урожаев, повышению плодородия почвы и рациональному использованию земельных ресурсов. К ней относятся: орошение и осушение земель; обводнение пастбищ; регулирование течения рек и поверхностно го стока вод; промывка водой засолен ной почвы; вентиляция почв, плохо проводящих воздух, посредством

подземных дрен; устройство гидротехнических сооружений и валов для предотвращения эрозии почв; удаление промоин и закрепление оврагов; укрепление сыпучих песков облесением, сидерацией и внесением органических удобрений; почво- и полезащитное лесонасаждение; коренное улучшение химико-физических свойств почвы путем известкования, гипсования и внесения органических и минеральных удобрений; устранение солонцовых пятен на полях, пастбищах и сенокосах; корчевание пней, сведение кустарника, уборка валунов и камней

с полей, лугов и пастбищ, уничтожение кочек, выравнивание микрорельефа. Каждый вид этих работ выполняют в зависимости от хозяйственной необходимости и целесообразности с учетом природных условий данной местности. При этом наиболее Полный хозяйственный и экономический эффект мелиорация дает при комплексном осуществлении системы мелиоративных мероприятий. Напри мер, использование минеральных удобрений на полях с повышенной кислотностью почв

обязательно должно сопровождаться известкованием; орошение полей дает должный эффект в сочетании с внесением минеральных и органических удобрений, возделыванием на полях специально выведенных сортов растений, устройством дренаж ной сети при строгом соблюдении норм полива. Изменения водного баланса различных территорий и речного стока под влиянием хозяйственной деятельности, вероятность отрицательных последствий в результате целенаправленных и непреднамеренных отклонений антропогенных

процессов от их сложившейся природной динамики уже давно интересовали исследователей. Основы комплексных водобалансовых исследований, результаты которых позволяют вы явить роль почвенного и растительного покрова речных водосборов в изменении водоносности рек и процессов, определяющих влагообмен в почвах, были заложены В. В. Докучаевым, А. И. Воейковым, А. А. Измаильскм, П. А. Костычевым еще в конце прошлого века.

Последующие работы по изучению проблем орошения (А. М. Алпатьев, А. Н. Костяков, Н.А. Мосиенко, С. И. Харченко, В. В. Шабанов, И. А. Шикломанов, Б. Г. Штепа и др.) (из материала Черников 2000) позволили создать довольно реальную картину возможных экологических изменений при родных комплексов под воздействием орошения. Исследования в области влияния осушительных мелиораций на окружающую

среду, проведенные А. Г. Булавко, К. Е. Ивановым, С. Н. Новиковым, В. В. Романовым, С. Г. Скоропановым, В. Ф. Шебеко и др позволили установить возможность возникновения отрицательных проявлений и последствий. 2.1. Экологические последствия орошения Орошение — один из древнейших способов повышения продуктивности почв, а в настоящее время — одно из важнейших направлений интенсификации сельскохозяйственного производства

в регионах с недостаточным и неустойчивым естественным увлажнениям. Орошаемое земледелие опирается на определенные природные закономерности, которые должны лежать в основе любого комплекса природопреобразующих мероприятий: закон минимума; закон равнозначности и незаменимости факторов роста; закон оптимума; закон взаимодействия (совокупного действия) факторов. Проявления этих законов при проведении мероприятий, направленных на повышение плодородия почвы и продуктивности

выращиваемых культур, изучены и представлены В. Р. Вильямсом как основы научного почвоведения. Применение современных методов исследований на орошаемых массивах, проведение многофакторных стационарных полевых опытов, обеспечивающих комплексный подход к изучению изменений, сопутствующих процессу орошения, а также являющихся его следствием, позволяют установить закономерности, характерные для различных условий аридности.

Полученные к настоящему времени результаты свидетельствуют, что в орошаемом земледелии в связи с интенсивным применением поливов, удобрений и средств защиты растений проявляются новые закономерности во взаимодействии экологических факторов (Лысогоров, 1971, 1981, 1991). Возникает необходимость разработки специальных мероприятий по охране окружающей природной среды. Одно из наиболее опасных последствий орошения — засоление земель (таблица №2) (В.

А. Агроэкология 2000) Таблица №2 Классификация почв по качеству засоления Состояние с/х растений, характеризующихся средней солеустойчевостью Почвы Тип засоления Содовый Хлоридно- содовый Сульфатно-содовый Хлоридный Сульфатно-хлоридный Хлоридно-сульфатный сульфатный Содержание водорастворимых солей в горизонте макс.

Скопления ( слой 0-60) % Содержание водорастворимых солей в слое 0-100 см % Хорошие рост и развития, выподов нет урожай нормальный Не засоленные или слабо- засоленые Слабое угнетение, выподы растений, снижение урожая на 10-20% Слабоза-соленые 0,1-0,2 0,15-0,25 0,15-0,3 0,15-0,3 0,2-0,3 0,25-0,4 0,3-0,6 Среднее угнетение, снижение урожая на 20-25% Средне-засоленые 0,2-0,3 0,25-0,4 0,3-0,5 0,3-0,5 0,3-0,6 0,4-0,7 0,6-1

Сильное угнетение, снижение урожая на 50-80% Сильно-засоленые 0,3-0,5 0,4-0,6 0,5-0,7 0,5-0,8 0,6-1 0,7-1,2 1-2 Выживают единичные растения, урожая практически нет Солончак Ежегодно из-за засоления на планете выпадает из оборота более 300 тыс, га орошаемых земель, а общая площадь засоленных и ставших бес плодными земель достигает 25 млн га. Засоление широко распространено в районах, где издавна использовали орошение (Египет,

Ирак, Индия, Пакистан и др.). Так, в долине р. Нил засолению подвержено 1,2 из 1,7 млн га (бо лее 70 %); в Ираке около 50 % орошаемых площадей; в долине р. Инд 10 из 15 млн га (67 %). В США засоленные массивы занимают более 27 %. В бывшем СССР с 1960 по 1980г. в среднем из каждой тысячи орошаемых гектаров засолялось 184 га (в том числе 141 га пашни). Общая же площадь засоленных земель достигала 3,5 млн га (в том числе более 2,5

млн га пашни), что составляло около 20 % суммарной площади орошаемых земель. К настоящему времени в России в неудовлетворительном состоянии находится 771 тыс. га орошаемых земель, в том числе из-за недопустимой глубины залегания уровня грунтовых вод 325 тыс, га, из-за засоления — 292, из-за одновременного действия обоих предыдущих факторов — 154 тыс. га. Общая площадь учтенных засоленных земель в России составляет 38,4 млн га (19,9 % всех сельхозугодий),

из которых 34 % — пашня и 66 % — солонцы. Засоление почв, как известно, представляет собой повышение содержания в них легкорастворимых солей (карбоната натрия, хлоридов, сульфатов). Если процесс засоления обусловлен засоленностью почвообразующих пород, привносом солей грунтовыми и поверхностными водами, то засоление называют первичным или остаточным. В естественных условиях засолением происходит за счет выпадения солей из засоленных грунтовых вод,

а также в результате эолового привноса извне (моря и океаны, соленые озера). Важным источником солей в ландшафте, в том числе в грумтовых водах и почвах, являются засоленные материнские породы (особенно соляные купола). Некоторое количество солей может поступать в верхние гори зонты почвы с опадом растений-галофитов (солянок). На орошаемых массивах существенным источником солей в почвах могут быть оросительные воды. Один из основных методов оценки процесса засоления — составление соленого

баланса для данной почвы или земельного массива. Баланс представляет собой суммарный запас легкорастворимых солей в почве, равный разности между приходными статьями баланса (поступление солей из грунтовых вод, эоловый привнос солей, поступление солей из оросительных вод и минерализующихся растительных остатков, из удобрений) и его расходными статьями (опок солей из почвы в грунтовые воды с просачивающимися атмосферными осадками, вынос с оросительными водами, выдувание солей ветром с поверхности почвы, вынос солей с урожаем

сельскохозяйственных культур). Принято выделять три типа соленого баланса почв: стабильный (запас солей в почвенной толще не изменяется); баланс засоления (запас солей в почве воз растает); баланс рассоления (запас солей в почвенной толще уменьшается).Неблагоприятное влияние засоления почвы на развитие сельскохозяйственных культур связано не только с повышенным осмотическим давлением почвенного раствора, ухудшением водно- физических свойств почв, особенно в провинциях содового засоления, и не благоприятным соленым составом,

но и с повышенной концентрацией соединений бора, которая может достигать токсичного для растений уровня — 0,3.1,0 мг/л. Наиболее чувствительны к бору почти все плодовые культуры. В солончаках солесодержащие минералы и легкорастворимые соли накапливаются на поверхности почвы, а в автоморфных, полугидроморфных и гидроморфных солонцах — соответственно в нижней, верхней и средней частях почвенного профиля. Присутствие в почвах легкорастворимых солей неблагоприятно влияет на рост

и развитие растений. Большая часть зерновых культур снижает урожайность при электропроводности, составляющей 4 .6 мСм/см. для овощных и плодовых культур эти величины гораздо ниже (1 2 мСм/см). Отрицательное влияние легкорастворимых солей на растения связано с совокупным действием трех различных факторов. Преобладающую роль обычно играет высокое осмотическое давление почвенного раствора, обусловленное возросшим содержанием растворенных солей и приводящее к ухудшению поглощения влаги растениями.

Поэтому на засоленных почвах растения часто страдают от засухи даже при высокой влажности почвы. Еще один фактор, препятствующий нормальному росту растений, — специфическое воздействие ионов Когда в листьях накапливается более 0,5 % Сl. SO4, HCO3, Na, Ca, Mg иногда NO3 и K. Когда в листьях накапливается более 0,5 % Cl или более 0,2 % а (в расчете на сухую массу), происходит обгорание листьев, они приобретают бронзовую

окраску, возникают некрозы. Предполагается, что при высокой концентрации в растворе ионов Nа и С1 в растениях нарушается процесс транспирации. Наиболее чувствительные к хлору растения проявляют признаки угнетения при концентрации С1 в вытяжке из насыщенной почвы, составляющей 5 10 мг* экв/л. Высокая концентрация в почвенном растворе ионов Са приводит к нарушению питания растений катионами

Мg и К, а высокое содержание Nа — катионами Са и Мg Присутствие соды обусловливает щелочную реакцию среды, что препятствует нормальному развитию большинства сельскохозяйственных культур. И наконец, третий фактор, обусловливающий неблагоприятное воздействие легкорастворимых солей на растения, — резкое ухудшение физических свойств почв в присутствии катионов натрия. При этом происходит обесструктуривание почвы, ухудшаются ее водный и воздушный режимы.

Основной мелиоративный прием, направленный на повышение продуктивности засоленных почв, — промывки водой, благодаря которым при наличии дренажа из почвенного профиля удаляются легкорастворимые соли, т. е. соли, растворимость которых более 2 г/л. Из-за низкой водопроницаемости особенно плохо поддаются мелиорации почвы содового засоления, не содержащие гипса. В таких случаях для повышения урожайности сельскохозяйственных культур целесообразен подбор солеустойчивых

видов растений. Зачастую засоление происходит при нерациональном орошении. Этот процесс называют вторичным засолением. Почвы считают засоленными, если они содержат более 0,10 % по массе токсичных для растений солей или более 0,25 % солей в плотном остатке (для безгипсовых почв). Различают много форм засоления и разновидностей засоленных почв. Процессу вторичного засоления могут подвергаться естественно засоляющиеся, остаточно-засоленные, исходно

незасоленные или глубокорассоленные почвы. Основной механизм этого процесса — привнос солей с оросительными водами в растворимом или взвешен ном состоянии и выпадение солей в почвенной толще из минерализованных грунтовых вод, уровень которых при орошении часто поднимается. Последнее явление особенно распространено на равнинных, плохо дренированных территориях. При недостаточном дренаже вторичное засоление может при вести к катастрофическим последствиям.

Из-за большого накопления солей в почвах обширные массивы орошаемых земель становятся непригодными для земледелия и их приходится выводить из сельскохозяйственного использования. В. А. Ковда выделяет следующие стадии процесса вторичного засоления почв, которые генетически связаны между собой и закономерно сочетаются в пространстве: 1) засоление почв вдоль новых каналов; 2) общее засоление орошаемой территории;

3) рассоления староорошаемых территорий при одновременном засолении некоторых внутриоазисных пространств и периферии оазисов. Вторичное засоление почв на орошаемых участках часто сопровождается загрязнением почв тяжелыми металла ми, пестицидами, гербицидами, нитратами, соединениями бора. Все эти вещества в районах интенсивного сельскохозяйственного использования попадают в почву как из оросительных, так и из грунтовых вод. При вторичном засолении происходят существенные изменения многих

химических свойств почв: одновременно с накоплением легкорастворимых солей аккумулируются гипс и карбонаты, оказывающие благоприятное воздействие на физические свойства почв; в неблагоприятную сторону изменяется состав почвенного поглощающего комплекса, в котором ионы Са замещаются ионами Mg и Na возрастает подвижность соединений калия, кремния, железа. Наиболее эффективным способом использования земельных ресурсов в сельском хозяйстве остается орошаемое

земледелие. Орошаемые земли составляют всего 14,3 % общей площади пашни планеты, но на них получают более 40 % всей сельскохозяйственной продукции. В южных районах умеренного пояса и в субтропиках при орошении урожаи плодово-ягодных культур в 2 3 раза, а винограда, овоще-бахчевых и зерновых культур — в 3 .4 раза выше, чем без орошения. Высокая продуктивность орошаемых земель обеспечивается интенсивной природопреобразующей деятельностью человека, которая выражается в наиболее полном использовании термических

ресурсов, а также геохимического потенциала почв и вод. Если первое не приводит к явным экологическим сдвигам, то изменение естественного геохимического потенциала основных при родных ресурсов любого региона закладывает тенденции нарушения эволюционно сложившегося равновесия и обусловливает возникновение экологических проблем орошаемого земледелия. Прежде всего следует учитывать, что даже при достаточном научном обосновании приемов ведения орошаемого

земледелия и соблюдении всех рекомендаций и требований ирригационной и экологической науки и практики расширение орошаемых площадей ведет к заметному росту расхода воды на испарение со всеми вытекающими отсюда последствиями. Необходимо отчетливо представлять, насколько мощным «расточителем» водных богатств является орошаемое земледелие. Большая часть вод, направляемых на орошение, безвозвратно теряется для дальнейшего использования: они испаряются либо почвой, либо растениями.

Результаты исследований, проводившихся в США, свидетельствуют, что 83 % невосполнимых потерь, возникающих при использовании водных ресурсов, приходится на орошаемое земледелие. Суммарный водозабор на орошение по всем регионам планеты составляет примерно 1900 км воды в год. Из этого объема 1500 км теряются безвозвратно. (Однако следует отметить, что понятие «безвозвратно» все же относительно, поскольку испарившаяся влага вовлекается в круговорот воды.)

Среди применяемых в настоящее время приемов интенсификации орошение — один из наиболее действенных способов создания управляемых аграрно-ирригационных ландшафтов. При этом особого внимания требуют вопросы воздействия орошения на почвенное плодородие. Рассматривая возможные негативные последствия, возникающие при орошении, нельзя упускать из виду и такой фактор, как качество поливной воды, К настоящему времени разработана, например, система параметров

допустимости к использованию воды для орошения, которые учитывают степень опасности вод различного состава. (рис. 12.1). Немаловажной причиной засоления почв является поднятие минерализованных грунтовых вод выше определенного критического уровня. Грунтовая вода достигает его при приближении капиллярной зоны к корнеобитаемому слою. Засоление, обусловленное длительным нахождением в корнеобитаемом слое грунтовых вод, часто становится причиной заболеваний подземной части растений.

В связи с этим урожайность сельскохозяйственных культур существенно снижается. Вместе с тем значительное падение уровня грунтовых вод, вызванное дренированием, также приводит к снижению урожайности возделываемых культур. Таким об разом, объективно необходимо поддерживать оптимальный уровень грунтовых вод , т. е. УГВ, дальнейшее снижение которого не приводит к улучшению состояния растений и повышению их продуктивности. Грунтовая вода используется в то же время как дополнительный источник водоснабжения

сельскохозяйственных культур (Лысогоров, 1991). Оптимальный УГВ существенно варьирует в зависимости от типа ночи, степени минерализации грунтовых вод и характера их засоленности, вида возделываемых культур и т. д. Такого рода зависимости обычно устанавливают опытным путем в конкретных природных условиях. Несомненно, что орошение создает предпосылки для улучшения свойств почвы.

Однако реализовать их можно при условии оптимального сочетания полива с комплексом агротехнических приемов (правильное чередование культур в севообороте, рациональная обработка почвы, грамотное применение различных видов удобрений). Засоленные почвы преобладают в засушливых регионах. Однако процесс за соления возможен и при высоком увлажнении. Основная причина ускоренного засоления почв — неправильное орошение, а это возможно во всех при родных

зонах. При необоснованно увеличенных нормах поляна, при потерях оросительной воды из каналов происходят повышение уровня грунтовых вод и подъем растворимых солей по капиллярам почвы. Установлено, что концентрации солей 0,10.0,15 % являются предельными для очень чувствительных к засолению культур; 0,15.0,35 % вредны для большей части культур; 0,35 .0,70 % пригодны для устойчивых культур; более 0,70 % приемлемы для очень устойчивых культур.

При содержании обменного натрия 10 15 % от емкости обменных катионов растения плохо развиваются, более 20.35 % — сильно угнетаются. Урожайность хлопчатника при слабом засолении снижается на 20 30 %, кукурузы — на 40.50, пшеницы — на 50.60 %. На среднезасоленных почвах урожайность хлопчатника уменьшается вдвое; пшеница находится в таком угнетенном со стоянии, что погибает. Для оценки потенциальной опасности вторичного засоления введено понятие о критическом уровне грунтовых

вод, при котором начинается засоление корнеобитаемого слоя почвы, приводящее к угнетению и гибели сельскохозяйственных культур. Критическую глубину залегания грунтовых вод — hкр определяют по формуле: hкр=hmax+α; где hmax — наибольшая высота капиллярного Подъема в исследуемой Почве; α —глубина распространения основной массы корней сельскохозяйственных растений; Опыт показывает, чем выше степень минерализации грунтовых вод, тем с большей глубины идет засоление

почв. В среднем при минерализации грунтовых вод 10 15 г/л критическая глубина их залегания составляет 2,0 .2,5 м. При орошении рекомендуется поддерживать уровень грунтовых вод не выше этой от метки. Для предупреждения вторичного засоления требуется устройство дренажа, проведение полива в строгом соответствии с оросительными нормами, отведение минерализованных грунтовых вод в дренажную сеть, применение полива дождеванием, создание лесных насаждений вдоль каналов.

Преимущества, несомненно, имеет капельное внутрипочвенное орошение. Для удаления солей из почвы проводят многократную промывку пресной водой. На солонцах и солонцеватых почвах (с содержанием более 5 10 % обменного натрия) рекомендуется применять гипсование или отходы от производства удобрений (фосфогипс), а также трехъярусную вспашку для перемешивания солонцового горизонта с карбонатным. Эффективный способ снижения засоленности почв — возделывание на

них растений, способных поглощать 20 .50 % солей в расчете на массу сухого вещества. К таким растениям относятся пырей удлиненный, донник, лядвенец, полевица и др. В районах орошения наглядно про являются катастрофические последствия недоучета экологических связей при неупорядоченном и необоснованном заборе воды из рек каналами. Классический пример тому — пересыхание и гибель Аральского моря, с обнажившегося дна которого на большие

расстояния разносится соляная пыль. К сожалению, накапливается все больше и больше примеров того, что при бесконтрольном использовании орошаемых земель огромные площади их превращаются в бесплодные пустыни. Как свидетельствует исторический опыт, это было присуще почти всем районам орошения. По данным ФАО, засоленные земли встречаются на территории 83 стран мира. Основная причина этих труднопоправимых изменений — нарушение равновесия в динамически сбалансированных

естественных материально-энергетических круговоротах. Нарушение равновесия наблюдается и в отношении питательных веществ орошаемых массивов. Непрерывное поступление к растениям элементов минерального питания сопряжено с увеличением в почве запасов органических веществ, прежде всего гумуса, и активной деятельностью полезных групп микроорганизмов, минерализующих органическое вещество. Оптимальная для микроорганизмов влажность почвы обычно близка

к ее оптимуму для растений, поскольку в природе установилось взаимовыгодное сосуществование тех и других, что подтверждается содержанием микроорганизмов в корнеобитаемом слое почвы. Поэтому создание оптимального для растений водного режима почвы приводит к существенному увеличению численности и активности микроорганизмов. Вследствие этого происходит ускорение процессов разложения органических веществ, в том числе гумуса. Но те же условия способствуют и ускорению новообразования

гумуса, являющегося продуктом жизнедеятельности микроорганизмов в условиях обилия органического вещества и элементов минерального питания. Таким образом, в условиях орошения в почве одновременно протекают два противоположных процесса — ускоренное разложение и активное новообразование гумуса и других органических веществ, и какой из них станет доминирующим зависит от мелиоративных и агротехнических условий (Агроэкология 2000). Многовековую историю образования гумуса обычно рассматривают как дли тельный процесс установления его

равновесного содержания в почве соответственно природным условиям. Установившееся подвижное равновесие постоянного разрушения, освобождающего энергию в кинетической форме и элементы питания для растений, и постоянного новообразования гумуса может быть нарушено и направлено в ту или иную сторону деятельностью человека. Процесс орошения не только приводит к изменению агрохимических свойств почвы, но и оказывает влияние на ее физическое состояние.

Однако гранулометрический состав не претерпевает существенных изменений. В процессе орошения почва несколько обогащается илом, приносимым оросительной водой. Происходит частичное вымывание его из пахотного слоя в более глубокие. Оросительная вода час то смывает мелкие частицы, вызывал эрозию, которая может проявляться даже при небольших уклонах полей, если сила поливной струн значительна.

Кроме того, при этом вымывается гумус и доступные для растений элементы питания, могут быть выведены из строя постоянная и временная оросительные сети. К основным причинам возникновения ирригационной эрозии относят следующие: слабая закрепленность дна и откосов каналов; недостаточная ин фильтрационная способность почв; просадка грунтов, ведущая к нарушению нормального профиля канала; засорение оросительной сети; повышенный расход воды в поливных бороздах

и полосах. Все эти причины вполне устранимы при грамотном подходе к процессу орошения. Гораздо сложнее проблема отвода дренажных вод и их воздействия на поверхностные воды в районе сброса, а также на подземные воды. В среднем КПД оросительных систем во всем мире составляет всего 37 %, что свидетельствует о необходимости всестороннего совершенствования систем и технологий орошения. Упоминавшееся выше капельное орошение, на которое в первой половине 80-х годов в мировом масштабе приходилось

около 420 тыс. га, позволяет значительно снизить расход воды (он на 20 .25 % меньше, чем при обычном дождевании, и на 40 60 % —чем при поверхностном поливе). Применяется и так называемое «кувшинное орошение» (например, в Бразилии, Индии). Принципиально важно, что стремлению расширять оросительные системы все больше противопоставляются вопросы эффективности их функционирования. Б. А. Зимовец и др. (1998) предложили систему экологических

ограничений на антропогенные воздействия, связанные с возможностью деградации почв при орошении. данная система включает экологические ограничения и требования, связанные с возможностью: - деградации физических свойств почв при орошении; -развития засоления, осолонцевания и ощелачивания почв; - подкисления почв; - развития подтопления и заболачивания почв; - развития оросительной эрозии почв; - развития дегумификации почв; - необратимого обеднения минералогического состава почв; - развития загрязнения почв; - неблагоприятного

изменения численности и видового состава биоты в орошаемых почвах. Экологически безопасное функционирование орошаемых агроэкосистем может быть достигнуто только при условии сбалансированного взаимодействия природных и антропогенных факторов с учетом: 1. требуемых гидротермического, воз душного, окислительно-восстановительного и питательного режимов почв в соответствии с фазами развития возделываемых сельскохозяйственных культур или агрофитоценозов;

2. оптимальных агро- и гидромелиоративных нагрузок на орошаемые почвы, не приводящих к деградации последних; 3. необходимых и допустимых агро- и гидромелиоративных воздействий на почвы в естественно или искусственно гидрогеологически и геохимически подчиненных по отношению к орошаемому агроценозу ландшафтах, не вызывающих деградации указанных почв; 4. допустимых изменений гидрологического и геохимического режимов грунтовых и подземных вод (в первую очередь пресных питьевых, различных минеральных вод и иных);

5. нормированных изменений гидрологического и геохимического режимов поверхностных вод в районах водозабора, сброса и последующего транзита коллекторно-дренажных вод, обеспечивающих условия жизни различных гидробионтов и человека; 6. поддержания необходимого или допустимого санитарно-гигиенического состояния всех компонентов данного агроценоза и подчиненных по отношению к нему ландшафтов; 7. сохранения состава основных и уникальных видов растений и животных (поддержание биоразнообразия)

региона, в котором создается орошаемый агроценоз, а также в районах сброса и транзита коллекторно-дренажного стока; 8. технической надежности эксплуатации инженерных систем (Зимовец и др 1998). Для оценки экологической допусти мости возможных воздействий на орошаемые почвы разработаны критерии и параметры нормального и неблагоприятного состояния почв, основанные на сумме агрофизических, физико-химических, биохимических, гидрохимических показателей и показателей эрозионной опасности.

2.2. Экологические последствия осушения Осушение земель возникло вместе с сельским хозяйством. Впервые о нем упоминается в письменных источниках четырехтысячелетней давности. Согласно историческим хроникам уже в период греческой цивилизации переувлажненные земли осушали с помощью постоянной системы открытых каналов. В районах избыточного увлажнения, прилегающих к Северному морю, сооружение осушительных систем начало развиваться в

Х в. В ХVI—ХVII вв. оно нашло применение и в других регионах Европы, где осушали болота и проводи ли водопонижение на территориях, прилегающих к рекам и озерам, а также на приморских низменностях. Воду отводили в водоприемники по открытым каналам. Одновременно проводили работы по устройству защитных дамб в низовьях рек и на побережье морей. В России крупномасштабные работы по осушению болот были начаты в период строительства

Санкт-Петербурга и освоения побережья Финского залива. В 1810 г. в Англии начали производить гончарные дренажные трубки из обожженной глины, что существенно способствовало последующему развитию дренажа. Особенно широкое развитие дренаж получил после создания в 1843 г. машинного пресса для изготовления круглых дренажных трубок. Но вый способ осушения быстро распространился в Австрии,

Бельгии, Германии, России, США, Франции и других странах. —а Общая площадь осушенных земель в мире составляет 160,6 млн. га, или более 11 % мировой площади пашни и много летних насаждений. В бывшем СССР только в земледельческой зоне насчитывалось около 250 млн. га переувлажненных земель, но общая площадь осушенных земель составляла всего 12,5 млн. га. В Европе осушенные земли составляют 70 % всей мелиорированной площади континента.

Осушение болот и заболоченных земель наиболее развито в Великобритании, Венгрии, Италии, ФРГ, Финляндии, Франции, Югославии. В Африке осушенные земли сосредоточены главным образом в Египте, Марокко, Судане. Перспективы развития осушительных мелиораций в мире оцениваются примерно в 220 млн. га. Общий мелиоративный фонд в районах достаточного увлажнения

России составляет 75,3 млн. га. В 38 административных образованиях (области, республики) избыточно увлажненные земли составляют около 30 % общей площади сельскохозяйственных угодий, а в от дельных областях превышают 40 %. Большие работы по осушению земель ведутся в Подмосковье (пойма р. Яхрома). Наиболее нуждаются в осушении земли Нечерноземной зоны, Сибири и дальнего Востока. Любая осушительная система в целом представляет собой комплекс гидротехнических

сооружений и устройств, с помощью которых регулируется водно-воздушный режим болот и заболоченных переувлажненных земель. Методы осушения зависят от типа питания болот. Так, при атмосферном типе питания обеспечивают ускоренный поверхностный стон; при грунтовом — понижение уровня грунтовых вод; при напорном — снижение напора и уровней напорных вод; при грунтово-напорном — понижение уровня напорных и грунтовых вод; при склоновом — перехват потока поверхностных вод; при намывном

— ускорение паводкового стока. Применяют следующие основные методы и технику осушения (Маслов и др 1981): • при атмосферном типе питания — устройство открытой системы каналов, закрытых дрен, кротование, глубокую вспашку и др. в сочетании со строительством каналов; • при грунтовом и грунтово-напорном типе — строительство открытых каналов, закрытых дрен и разгрузочных скважин, вертикальный дренаж; • при склоновом типе — строительство нагорных каналов, противоэрозионные мероприятия на склонах; • при намывном типе — строительство

дамб, обвалование, регулирование русел рек и речного стока (строительство водохранилища, переброска части стока в другие бассейны и др.). Каждый способ осушения характеризуется определенной экологической направленностью, а следовательно, и последствиями, мнения о которых часто бывают неоднозначными, а порой и диаметрально противоположными. Так, в «Полной энциклопедии русского сельского хозяйства», изданной еще в 1902 г находим мнение, представляющее интерес в связи с рассматриваемой проблемой. «От времени

до времени раздаются у нас в общей и специальной печати голоса, считающие осушение болот в особенности на такой огромной площади, как Полесье, вредным. Периодические засухи нашего юга и востока и обмеление р. Днепр ставят даже в зависимость от осушения Полесья. Взгляд этот, однако, не может быть признан справедливым, тем более, что осушение Полесья пока велось настоль ко не интенсивно, что скорее именно теперь реки получат отсюда летом ту

воду, которая раньше стояла над поверхностью болот и частью испарялась бес полезно для рек» настоящее время также имеются сторонники мнения о том, что болота являются важным водоохранным фактором и их осушение приводит к уменьшению речного стока. Формированию такого мнения способствовало то обстоятельство, что первые относительно крупные осушительные работы, проводившиеся в европейской части России, особенно в бассейне Припяти, в последней четверти

ХIХ в. совпали по времени с периодом дли тельной засухи, поэтому засухи и обмеление Днепра связывали в то время с ра ботами по осушению болот. С конца ХIХ в. началось практическое изучение влияния мелиорации на речной сток (А. И. Воейков, К. С. Веселовский, Е. В. Оппоков и др.) работа изложена в Агроэкология 2000. Русские ученые А. д. Брудастов,

А. д. дубах, А. Н. Костяков, Е. В. Оппоков, а позднее и А. В. Огиевский отмечали, что грамотно проведенные осушительные мелиорации благоприятно влияют на сток рек и окружающую среду. По данным академика Е. В. Оппокова, торфяная залежь обладает огромной влагоемкостью, высокой капиллярностью и ничтожно малой водопроницаемостью (коэффициент фильтрации торфяной залежи 0,001.0,005 см/ч). Вследствие этого насыщенный с весны водой торфяник удерживает воду, как губка, и расходует ее

лишь на испарение. После мелиорации болот испарение с них сокращается (примерно на 15 %) при одновременном увеличении годового (примерно на 40 %), особенно меженного (в 2,5 раза), стока с мелиорированных речных водосборов. Предубеждение против осушительных мелиораций, с которым приходится иногда сталкиваться, объясняется односторонним подходом к оценке их влияния. В ряде случаев влиянию осушения необоснованно приписывают маловодье рек, вызванное в первую очередь

дефицитом осадков; Мелиорация болот и заболоченных земель, выполненная на научной основе /с соблюдением технических условий, в целом благоприятно сказывается на речном стоке, особенно на таких важных при использовании водных ресурсов видах стока, как минимальный и меженный, которые существенно увеличиваются. Отмечаемое же ухудшение водного режима а районах мелиоративных работ связано с недостатками в проектировании, строительстве и эксплуатации мелиоративных систем.

Как правило, максимальный сток весеннего половодья и ливневых паводков изменяется мало. Об этом свидетельствуют результаты исследований отечественных и зарубежных ученых, которые были доложены на Международном симпозиуме по гидрологии заболоченных территорий (Минск, 1972). Как известно, до осушения болота горизонты грунтовых и поверхностных вод смыкаются. Над территорией периодически выпадают осадки, пополняющие грунтовые и поверхностные воды.

Часть осадков испаряется. Поскольку согласно многолетним наблюдениям закономерности выпадения осадков после осушения фактически остаются неизменными, целесообразно рассмотреть, как меняется испарение с водной поверхности и болот при снижении уровня воды в результате создания системы осушительных каналов. Академик ВАСХНИЛ С. Ф. Аверьянов (1956) установил, что зависимость интенсивности испарения с поверхности грунтовых вод ( ) от глубины их залегания можно выразить в виде следующей формулы: