Содоустойчивость – это способность почвы активно противодействовать появлению соды в почвенном растворе при орошении минерализованными водами или близком залегании грунтовых вод, содержащих натрий. Устойчивость почв к содовому засолению зависит от количества и качества солей в почве, емкости поглощения, состава поглощенных оснований, гранулометрического состава почв, степени окисленности минеральных и органических соединений почвы, наличия кислот и других соединений, вступающих в реакцию с содой. По Бобкову В.И., при слабой содоустойчивости почв содовое засоление может наблюдаться в первые годы орошения. На почвах с высокой содоустойчивостью соду трудно обнаружить даже в течение ряда лет, вследствие ее нейтрализации соединениями почвы. Однако, если своевременно не принять меры к предотвращению содообразования, содоустойчивость почв ослабляется, и плодородие почв снижается. Содоустойчивость выражается в мг-экв поглощенной соды на 100 г почвы. В несодоустойчивых почвах поглощается до 10 мг-экв соды на 100 г почвы (это солонцовая и солончаковая почвы, а также малогумусные песчаные и супесчаные с низкой емкостью поглощения).
В очень слабо содоустойчивых почвах показатель содоустойчивости 10-20 мг-экв/100 г. Это, в основном, солонцовые почвы, в которых периодически появляются ионы СО32- и почти полностью отсутствуют водорастворимые соли двухвалентных катионов. В слабосодоустойчивых почвах показатель содоустойчивости равен 20-35 мг-экв/100 г. Это, в основном, несолонцеватые и слабосолонцеватые почвы с достаточно высокой емкостью поглощения, содержание в почвенном профиле, содержащие в своем профиле гипс и другие водорастворимые кальциево-магниевые соли. Почвы со средней содоустойчивостью имеют показатель содоустойчивости 35-50 мг-экв/100 г почвы. К ним относятся солонцеватые почвы или отдельные горизонты почв, имеющие высокую емкость поглощения и содержащие много гипса и водорастворимых кальциево-магниевых солей. Такой содоустойчивостью обладают также кальциевые и магниевые солончаки и ненасыщенные основаниями почвы. Почвы с высокой содоустойчивостью имеют показатель содоустойчивости более 50 мг-экв/100 г почвы. К ним относятся несолонцеватые почвы или отдельные горизонты, обладающие очень высокой емкостью поглощения, с очень большим содержанием водорастворимых кальциево-магниевых солей, а также почвы, ненасыщенные основаниями.
Следует отметить, что большая емкость поглощения почвой соды еще не свидетельствует о возможности орошения такой почвы минерализованными водами, содержащими много натрия. Чем больше поглощается почвой натрия, тем больше его там и накапливается и тем вероятнее последующие неблагоприятные изменения –физических свойств почв, тем труднее последующее улучшение свойств почв. Это наглядно проявляется при сравнении последствий орошения минерализованными водами почв легкого и тяжелого гранулометрического состава.
Развитие эрозии
Орошение почв сопровождается развитием ирригационной эрозии. При дождевании происходит разрушение структуры почвы, в основном, за счет кинетической энергии падающих капель. При поливе по бороздам происходит разрушение почв за счет потенциальной энергии стекающей воды. Почвы разного гранулометрического состава и различных почвенных типов в неодинаковой степени устойчивы к развитию эрозии. На практике, в основном, оценивают и учитывают в проектах устойчивость почв к ирригационной эрозии под действием потенциальной энергии движущейся по склону воды. С учетом свойств почв и рельефа, выбирают технологически приемлемые углы наклона поливных борозд, длину борозд и скорость потоков воды.
4. Особенности мониторинга орошаемых почв
Особенностью проведения мониторинга при орошении почв является обязательная оценка способов полива, состава поливных вод (их засоление и загрязнение), учет норм полива и продолжительности орошения. Так, например, при орошении дождеванием существенные изменения происходят в слое 0-50 см, а при орошении напуском – в слое до 100-150 см. Приходится сочетать локальный мониторинг с региональным, так как изменениям подвергаются не только неорошаемые участки в пониженных элементах рельефа, но также участки в нижнем течении рек, в которые сбрасываются оросительные воды. В ряде случаев происходит выклинивание оросительных вод и на значительном расстоянии от орошаемой территории, что связано с гидрологией участков. Учитывают, что при орошении происходят существенные изменения биоты, почв, растительности, рельефа, геологического строения, водной и воздушной среды. При этом происходит подтопление сопредельных территорий, поднятие уровня грунтовых вод, наблюдаются просадки, карстовые явления, динамические сдвиги и т.д., возникают новые геохимические барьеры. В водной среде увеличивается количество кальция, железа, марганца, алюминия, калия, нитратов, углерода, пестицидов и т.д.
Следует прогнозировать вспышку щелочности при поливах и усиление сульфатредукции и резкое повышение концентрации сероводорода. В воздушной среде увеличивается концентрация углекислого газа, аммиака, сероводорода, метана, ацетилена и ряда других газов. В почвах происходит засоление, осолонцевание, потеря структуры, увеличение восстановленности почв с образованием Fe2+, Mn2+, увеличивается подвижность железа, алюминия, марганца, сероводорода, углекислого газа, происходит заиливание почв, увеличение их липкости и вязкости.
Следует отметить, что разные способы орошения, орошение в разных по гидротермическому режиму районах и на разных почвах приводит и к неодинаковому изменению свойств почв, состава почвенного воздуха и грунтовых вод. Поэтому и параметры, оцениваемые при мониторинге орошаемых почв, в разных районах будут отличаться. Нет смысла оценивать содержание водо-растворимых солей в таежно-лесной зоне или сероводорода при отсутствии в почве соединений серы. Вряд ли можно ожидать увеличения содержания алюминия, марганца, железа в грунтовых водах при поливе песчаных почв и т.д.
5. Экологические ограничения при выборе способов орошения почв»
Способы орошения в значительной степени зависят от свойств почв, рельефа, уровня грунтовых вод и их состава, климатических условий, состава поливных вод. Как указывается в работе «Агроэкологическая оценка земель …» (2005), при орошении засоленных почв важное значение имеет выбор способов орошения и их комбинаций. Известные способы орошения (поверхностное, дождевание, аэрозольное или мелкодисперсное, внутрипочвенное, субирригация, капельное) имеют определенные преимущества и недостатки, которые следует учитывать сообразно мелиоративным и климатическим условиям.
При всех видах поверхностного орошения — напуском по полосам, бороздам или затоплением вода движется по поверхности почвы.
Преимущество полива по полосам, применяемого на культурах узкорядного, сплошного сева и при влагозарядковых поливах, заключается в том, что равномерный слой воды, покрывающий поверхность почвы, не вызывает перераспределения солей, их миграции к неполитым участкам поверхности. Недостаток этого способа — коркообразование, разрушение структуры, ирригационная эрозия.
Полив по бороздам, применяемый для орошения пропашных культур, плодовых насаждений и виноградников, наиболее экономичен по сравнению с другими видами поверхностного орошения, поскольку позволяет применять значительно меньшие поливные нормы и не требует больших объемов планировочных работ. Он не вызывает столь интенсивного разрушения структуры почвы, как полив по полосам. Недостаток его — выпотевание солей на гребнях поливной борозды, что приводит к страданию растений, особенно проростков.
Наиболее древний способ орошения — полив затоплением применяют для возделывания культур, устойчивых к затоплению, а также для влагозарядки, промывки почв от солей. Этот способ прост, высокопроизводителен, обеспечивает равномерное покрытие поверхности почвы водой, благодаря чему происходит равномерное оттеснение солей в глубокие слои почвы.
Серьезные его недостатки — высокие поливные нормы, опасность быстрого подъема уровня грунтовых вод, развитие анаэробных процессов, ухудшение физических свойств почв.
Данный способ является основным при возделывании риса. При этом на сильнозасоленных почвах с коэффициентом фильтрации менее 0,5 см/сут. применяется режим укороченного затопления, при котором всходы не затапливают. На почвах с коэффициентом фильтрации более 2 см./сут. практикуют прерывистое затопление с интервалом 5-6 суток.
Большими достоинствами характеризуется способ полива растений с применением механизированных дождевальных агрегатов. При дождевании достигается строго нормированная подача воды, не требуется слишком тщательная планировка поверхности почвы, отпадает необходимость устройства выводных и распределительных борозд, повышается коэффициент земельного использования. Недостатки дождевания: неравномерность полива в ветреную погоду и при повышенных поливных нормах, возникновения стока, эрозии. Дождевание нельзя использовать для влагозарядки и промывки засоленных почв. В сухостепных и аридных районах не обеспечивается глубокое промачивание почвы, возникает необходимость увеличения числа поливов, затрат энергии.
Орошение дождеванием даже при небольшой минерализации воды при частых поливах может вызывать засоление почв. Поэтому в сухостепной и полупустынной зонах дождевание сочетают с поверхностным орошением.
Первое используется для проведения вегетационных и освежительных поливов, второе — для влагозарядковых поливов и промывки почв от водорастворимых солей.
Довольно распространенным видом орошения является, так называемая, субирригация — регулирование уровня грунтовых вод на мелиоративных системах с помощью шлюзов. Все большее развитие получают аэрозольное, капельное, внутрипочвенное орошение. Последнее, однако, не применимо на засоленных почвах с близким залеганием минерализованных грунтовых вод.
При капельном орошении также возможно вторичное засоление почвы. Накопление солей происходит по периферии контура увлажнения в результате капиллярного влагопереноса.
Вовлечение засоленных почв в активный сельскохозяйственный оборот путем орошения приводит к сложным их изменениям, которые носят как положительный, так и негативный характер. Общим для всех орошаемых массивов является подъем уровня грунтовых вод. Интенсивность этого процесса зависит от мелиоративных условий, конструкции оросительных систем и характера их эксплуатации. В условиях технически несовершенной водопроводной и распределительной сети при неупорядоченном водопользовании и несоблюдении поливных норм и режимов орошения, скорость подъема уровня грунтовых вод может достигать 1-2 м/год, в то время как при дождевании в условиях закрытой оросительной сети скорость их подъема не превышает 0,2-0,6 м/год.
Вторичное засоление — главная причина неудач при орошении земель в полуаридных и аридных районах земного шара. Оно возникает в результате перемещения к поверхности водорастворимых солей из глубоких слоев почвообразующих и подстилающих пород и грунтовых вод или в результате орошения минерализованными водами. Оно может быть связано и с притоком минерализованных грунтовых вод с вышерасположенных орошаемых массивов.
Угроза вторичного засоления возрастает по мере повышения уровня грунтовых вод и степени их минерализации.
Уровень грунтовых вод, при котором происходит накопление солей в верхних горизонтах почв, приводящее к угнетению и гибели сельскохозяйственных растений, называется критическим.
Этот уровень зависит, прежде всего, от водоподъемной способности грунтов и изменяется, в зависимости от гранулометрического состава, преимущественно, в пределах 1,5 до 3,5 м. При этом наиболее высокой способностью к капиллярному подъему воды характеризуются средние суглинки, особенно лессы (до 3,5 — 4 м); в тяжелосуглинистых породах она снижается до 2 м, в тяжело-глинистых до 1,5 м, в песчаных и супесчаных до 0,5 — 1,5 м.
Критический уровень грунтовых вод зависит также от их минерализации. Чем она выше, тем с большей глубины грунтовые воды могут вызывать засоление почв.
Опасность вторичного засоления возрастает по мере усиления засушливости климата. По данным Зимовца Б.А., при глубине грунтовых вод 1,0-1,5 м и минерализации 3-5 г/л ежегодная прибавка солей в верхнем метровом слое южных черноземов и темно-каштановых почв не превышает 0,03-0,05%, с увеличением минерализации до 7-10 г/л прибавка солей возрастает до 0,07-0,09%.
Для подзоны каштановых и светло-каштановых почв темпы сезонно-годового соленакопления более высокие: при том же уровне и минерализации грунтовых вод они достигают 0,0-0,07%. В то же время, в гидроморфных каштановых почвах многолетняя и сезонно-годовая активность соленакопления остается в 2-3 раза ниже активности соленакопления в гидроморфных почвах сероземной зоны, особенно при глубине грунтовых вод 2-3 м.
Если для регулирования солевого режима орошаемых черноземных и каштановых почв в полугидроморфных условиях можно использовать дождевание, то в пустынных условиях оно не обеспечивает оптимизации водно-солевого режима орошаемых почв ни в автоморфных, ни в гидроморфных условиях, особенно при минерализованных грунтовых водах (5-10%). При близком их залегании к поверхности (2-3 м) за вегетационный период в корнеобитаемом слое накапливается свыше 0,3% солей. Для удаления избытка солей требуется дополнительный влагозарядковый полив поверхностным способом.
Относительно слабая активность сезонно-годового соленакопления в корнеобитаемом слое орошаемых почв сухостепной зоны позволяет использовать субирригацию при пресных и слабоминерализованных грунтовых водах и удовлетворительном их оттоке.
При необеспеченном естественном оттоке грунтовых вод оптимизировать водно-солевой режим глубокозасоленных черноземных и каштановых почв в гидроморфных условиях возможно только на основе инженерного дренажа.
В целом критические параметры солевого режима, зависящие от перечисленных факторов, должны устанавливаться для конкретных условий на основе практического опыта.
Реальная опасность вторичного засоления пахотного слоя черноземных, каштановых почв и солонцов существует при очень слабом естественном оттоке минерализованных грунтовых вод (более 5-7 г/л), залегающих на глубине 1,0-1,5 м и выше. Вторичные солончаковые почвы и солончаки формируются, прежде всего, в богарных вторично гидроморфных условиях, которые наблюдаются на периферии орошаемых массивов, вблизи открытых оросительных каналов, не имеющих защитных средств от инфильтрации.
Солевой режим орошаемых почв в большой мере определяется способами и режимами орошения соответственно глубиной промачивания при орошении. Различают мелкое промачивание — до 0,5 м, среднее промачивание — до 1,0 м и глубокое — более 1,0-1,5 м. При этом глубина промачивания влияет не только на оценку водно-солевого режима корнеобитаемого слоя, но и на гидрогеологическое и геохимическое состояние ландшафта.
При поверхностных способах полива, обеспечивающих, как правило, глубокое промачивание почв, создается промывной режим орошения. В условиях открытой оросительной сети происходят большие потери на инфильтрацию, и при отсутствии дренажа наблюдается подъем уровня грунтовых вод и увеличение их минерализации.
На фоне дренажа интенсивный промывной режим орошения приводит к другим неблагоприятным последствиям. Они связаны с большим расходом пресных поливных вод, активизацией процессов миграции солей из древних аккумуляций, законсервированных в глубоких слоях зоны аэрации, поступлением этих солей в общий гидрогеохимический сток, ухудшением качества речной воды в нижних частях бассейнов рек. Промывной режим орошения на фоне интенсивного дренажа нередко приводит к ощелачиванию почв и грунтовых вод за счет десорбции обменных натрия и магния. При промывном водном режиме почти повсеместно наблюдается ухудшение свойств почв, связанных с разрушением и потерей органического вещества, гипса, карбоната кальция, дезагрегацией структуры почв, уплотнением пахотного и подпахотного горизонтов, выносом питательных элементов.
Иначе складывается водно-солевой режим при дождевании из закрытой оросительной сети, при котором почвы промачиваются на глубину не более 0,5-1 м. В результате орошения широкозахватной техникой с поливной нормой не более 350-450 м3/га в глубокозасоленных черноземных и темно-каштановых почвах формируется непромывной водный режим, обеспечивающий сохранение природных запасов солей на глубине 2 м и более. Периодически промывной водный режим формируется лишь в лугово-черноземных и лугово-каштановых почвах, расположенных в микропонижениях, через которые осуществляется потускулярное (очаговое) пополнение грунтовых вод.
В совокупности задач, которые приходится решать при эксплуатации ирригационных систем в районах массового орошения все более обостряется проблема утилизации дренажного стока, которая ранее не возникала при локальном орошении. Пока что она остается нерешенной ни в технико-экономическом, ни в экологическом аспектах, хотя разрабатываются различные варианты решений, в том числе: сброс минерализованных вод в местные понижения; отвод их в море; закачка в глубоко залегающие водоносные слои; использование на промывку и освоение солончаковых почв; очистка и опреснение, в том числе на атомных станциях.
Важнейшим условием орошения является оптимальное качество оросительной воды. При оценке пригодности воды для полива учитывается опасность засоления, осолонцевания почв, подщелачивания, загрязнения токсичными веществами.
Успех мелиорации засоленных почв зависит от характера их использования в мелиоративный и последующий периоды. Определяющую роль в данном отношении играет выбор культур и технологий их возделывания. Растения облегчают проведение мелиорации уже на начальном этапе. Реставрация засоления на промытых почвах чаще наблюдается в тех случаях, когда после промывки они остаются неосвоенными. При отсутствии значительного растительного покрова усиливается перенос солей к поверхности промытой почвы. Угроза этих вторичных процессов особенно велика, если в почве сохраняется значительное остаточное засоление. В тех случаях, когда необходимо промыть сильнозасоленную почву, опреснение которой не может быть достигнуто в течение одного промывного сезона, применение специальных культур — осваивателей особенно важно. При этом, помимо затенения поверхности почвы, существенную роль играет разрыхляющее действие корневой системы, улучшение структуры почвы, фильтрационной способности.
Сильное воздействие на водно-солевой режим и физические свойства почв оказывает культура многолетних трав, особенно люцерны. Она благоприятствует значительному ускорению мелиоративного процесса. Благодаря высокой транспирации (10000-18000 м3/га) на полях с хорошо развитой люцерной в течение вегетационного периода уровень грунтовых вод часто на 70-100 см ниже, чем на соседних полях с пропашными культурами.
В качестве культуры — осваивателя, на недопромытых почвах нередко используется подсолнечник, обладающий высокой солеустойчивостью. Он развивает большую массу, потому хорошо затеняет поверхность почвы и улучшает ее свойства. При использовании орошаемых засоленных почв следует стремиться к максимальному сокращению периода, в течение которого почва остается без растительного покрова, поэтому там, где невозможно получить два урожая, следует практиковать пожнивные культуры.
Учитывая повышенную уплотняемость почв при орошении, необходимо предусматривать в системе обработки почвы глубокие вспашки и рыхления.
В качестве важного мелиоративного мероприятия, своего рода «биологического дренажа» следует рассматривать посадку 2-3-рядных лесополос вдоль всех постоянных элементов оросительной сети. Лесные насаждения расходуют большое количество грунтовых вод на транспирацию. Один гектар насаждения древесных пород может транспирировать 10000-20000 м3/га грунтовых вод. Лесополосы вдоль оросительных каналов снижают уровень грунтовых вод на 1 м и более, создавая уклон их к каналу. Кроме того, полосные лесонасаждения уменьшают скорость ветра, ослабляют физическое испарение влаги с поверхности почвы, уменьшают сухость воздуха.
Выбор древесных пород производится с учетом степени засоленности почв.
Длительное использование почв в условиях орошения оказывает существенное влияние на их эволюцию и агрономические свойства. В зависимости от исходного состояния почв, режимов орошения и технологий возделывания сельскохозяйственных культур изменяется их мелиоративное состояние.
При орошении черноземных, каштановых и других почв с глубоким засолением в ирригационно-автоморфных условиях с использованием кондиционных оросительных вод в условиях высокой культуры земледелия, применения органических и минеральных удобрений, травосеяния и сидерации существенных изменений в генетических признаках этих почв не происходит. Компенсация недостатка воды и питательных веществ орошением и удобрениями определяет значительное повышение их производительности. Примеры высокоэффективного использования орошаемых почв достаточно многочисленны, особенно в районах с высокой ирригационной культурой населения.
При различных нарушениях ирригационно-агротехнического комплекса в автоморфных почвах происходит снижение содержания гумуса, питательных элементов (в связи с высоким урожаем и потерями в результате нисходящей миграции), уплотнение почвы, но эти изменения находятся в пределах их генетических характеристик.
Иначе складывается эволюция почв при близких и минерализованных грунтовых водах, а также использовании поливных вод повышенной минерализации. В ирригационно-гидроморфных условиях, не обеспеченных дренажом, в черноземных, каштановых и других почвах формируется новый солевой состав, который отражается не только на родовых, но и типовых признаках. Эти почвы переходят в категорию солонцово-солончаковых. В зависимости от состава и концентрации грунтовых и поливных вод и климатических условий длительность этих преобразований составляет от 2-3 до 8-10 лет.
Сильно снижается производительность почв в результате ощелачивания. В качестве критического уровня, начиная с которого существенно снижается урожайность культур и требуется мелиоративные мероприятия, считается величина общей щелочности 1,4 мг-экв/100г почвы, в том числе токсичной 1,0 мг-экв/100 г.
В условиях щелочной реакции в орошаемых почвах усиливаются потери органического вещества.
При поверхностных способах полива наблюдается заметное повышение плотности почвы. По данным А.Г. Бондарева, на почвах каштаново-солонцового комплекса оно прослеживается до глубины 1,0-1,5 м при наибольших изменениях (на 0,2-0,4 г/см3) на глубине 0,3-0,9 м. При орошении дождеванием увеличение плотности почвы отмечено на глубине до 40-60 см. На уплотнение орошаемых почв наряду с физико-химическими процессами сильное влияние оказывает давление ходовых систем сельскохозяйственной техники.
Специфический характер ухудшения почв связан с периодическими переполивами, когда формируется застойно-промывной водный режим с частой сменой аэробных и анаэробных условий. В результате развивающихся элювиально-глеевых процессов происходит вынос оснований, подкисление среды, повышение дисперсности органического вещества, происходит деградация черноземных и каштановых почв.
Особый путь эволюции претерпевают почвы с высоким исходным засолением, особенно солончаки. Под влиянием комплекса ирригационно-агротехнических мероприятий в них формируются новые режимы свойства, постепенно приближающие их к зональным орошаемым почвам. Однако при нарушении мелиоративных режимов происходит довольно быстрая реставрация процессов засоления, особенно в ирригационно-гидроморфных условиях.
Создание оросительных систем на засоленных почвах часто имеет неблагоприятные экологические последствия, связанные с тем, что дренажный сток транспортирует в водоприемник большие количества солей, различных токсичных соединений (остатков пестицидов и их дериватов, тяжелых металлов). Происходит повышение концентрации солей в водах водоисточников, их эвтрофикация.
В связи с этим весьма актуальна проблема сокращения дренажного минерализованного стока с оросительных систем. Она может быть решена прежде всего путем пересмотра поливных норм, опреснения поверхностных горизонтов способом вмывания, усиления роли биологического дренажа и другими средствами.
Карпенко Н.П. (2005) отмечает, что при действии нескольких факторов деградации на систему чаще отмечается наличие эффектов синергизма. В этом случае функция отклика представляется в виде: У = b0 + ΣbiXi + Σbij XiXj + ΣbijXi2 + …
Ниже приведена таблица почвенно-мелиоративной характеристики качества оросительных вод по степени их минерализации.
Таблица 82
Почвенно-мелиоративная классификация качества оросительной воды
(Каштанов А.И. и др.)
| Классы качества воды | Минерализация воды (г/л) для орошения почв | Оценка качества воды по степени опасности развития процесса | |||||
| с тяжелым мехсоставом и/или ППК > 30 | со средним мехсоставом и/или ППК 15-30 | с легким мехсоста-вом и/или ППК < 15 | засоления | осолонцевания | содообра-зования | ||
| Cl- | Na+ Ca2+ | Mg2+ Ca2+ | (CO32-+HCO3-) – (Ca2++Мg2+) | ||||
| I — неопасный II — малоопасный III — умеренно опасный IV опасный | 0,2-0,5 0,5-0,8 0,8-1,2 > 1,2 | 0,2-0,5 0,6-1,0 1,0-1,5 > 1,5 | 0,2-0,7 0,7-1,2 1,2-2.0 > 2,0 | < 2,0 2,0-4,0 4,0-10,0 > 10,0 | < 1,0 0,5-1,0 1,0-2,0 > 2,0 | < 1,0 1,0-1,5 1,5-2,5 > 2,5 | < 1,0 1,0-1,25 1,25-2,5 > 2,5 |
*) концентрация ионов выражена в мг-экв/л
В нижеследующей таблице приведена характеристика качества оросительных вод по содержанию в них тяжелых металлов.
Таблица 83
Классификация тяжелых металлов и других элементов по степени опасности
их содержания в воде для орошения (Каштанов А.Н. и др., 2001)
| Классы | Характеристика классов | Показатели | ПДК в оросительной воде, мг/л | Лимитирующий признак вредности | |||
| ФТ | Т | ВМ | СТ | ||||
| малоопасный умеренно опасный опасный | стронций алюминий литий железо* цинк* марганец* хром (Cr3+) молибден* ванадий вольфрам висмут фтор бор* селен никель медь* хром (Cr6+) кобальт* свинец кадмий ртуть мышьяк | 7,0 5,0 2,5 5,0(0,3)*3 1,0 0,2 0,5 0,01 0,1 0,)5 0,1 1,0 0,3-3,0 0,02 0,2 0,2 0,1 0,05 0,03 0,01 0,005 0,05 | 1*1 2.1.1 2.1.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 1.2.3 1.2.2 3.2.1 3.2.1 1.2.2 3.3.2 3.3.2 2.3.3 3.3.2 | 3.2.2*2 3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 1.2.3 2.3.3 1.2.3 3.2.2 2.1.1 3.2.2 2.1.1 3.2.2 2.3.3 |
*)ФТ – фитоопасный, Т – транслокационный, ВМ – водно-миграционный, СТ – санитарно-токсичный
* — микроэлементы; *1 – индекс опасности: 1 – малоопасный, 2 – умеренно опасный, 3 – опасный; *2 – 3.2.2 – индекс опасности для орошения соответственно кислых, нейтральных и щелочных почв; *3 – для капельного орошения
Орошение, безусловно, изменяет солевой профиль почв, их свойства, структуру микробоценозов и, в целом, все свойства, процессы и режимы почв.
Критерии благополучного состояния почв и ландшафтов при мелиорации приведены в работе «Агроэкологическая оценка земель …» (2005)
Таблица 84
Критерии благополучного экологического состояния почв и ландшафтов
| Показатели | Природная зона | ||||
| лесостепная | степная | сухостепная | полупустынная | пустынная | |
| содержание гумуса в почве, % | 2-3 | 5-7 | 3-4 | 2-3 | 1,5-2,0 |
| плотность почвы, г/см3 | 0,10-0,18 | ||||
| степень засоления почвы, % | 0,1-0,3 | 0,1-0,3 | 0,2-0,3 | 0,3-0,4 | 0,3-0,4 |
| рН | 6-7 | 7,0-7,5 | 7-8 | 7,5-8,0 | 7,5-8,3 |
| окислительно-восстановительный потенциал | 450-600 | 400-600 | 350-500 | 350-450 | 350-450 |
| степень осолонцевания | |||||
| содержание обменного Na+ в % от ЕКО | < 3 | ||||
| поглощенного Mg2+ в % от ЕКО | < 15 | ||||
| кальциевый режим, отклонение от природного, % | < 5 | ||||
| глубина до грунтовых вод, м | 4-5 | 8-10 | 5-7 | 5-6 | 4-5 |
| пределы регулирования влажности почвы, доли НВ | 0,7-.0,9 | 0,7-0,8 | 0,7-0,85 | 0,7-0,85 | 0,7-0,9 |
| отношение оросительной нормы к осадкам | 0,1-0,2 | 0,3-0,5 | 0,6-1,0 | 1,5-2,0 | – |
| оросительная норма М, мм | 60-100 | 130-270 | 400-590 | 500-670 | 690-880 |
| минерализация поливной воды, г/л | 1-2 | 0,5-0,7 | – | – | |
| нисходящий ток воды, мм | 40-60 | 30-40 | 40-80 | 80-100 | 100-110 |
| ирригационное питание на уровне грунтовых вод, доли М | 0,08-0,1 | 0,1-0,15 | 0,20-0,25 | 0,25-0,50 | 0,25-0,50 |
| инфильтрационное питание, доли М | 0,05-0,25 | 0,05-0,08 | 0,08-0,13 | 0,13-0,20 | 0,13-0,20 |
| отношение дренажного стока к питанию грунтовых вод | 0,68-0,95 | 0,75-0,93 | 0,85-0,91 | 0,80-0,87 | 0,80-0,87 |
| влагообмен между почвой и грунтовыми водами, доли испарения | 0,05-0,1 | 0,05-0,1 | 0,05-0,1 | 0,05-0,15 | 0,10-0,15 |
| допустимые пределы изменения УГВ, м | |||||
| подзоны: бессточная | 0,3-0,5 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | – |
| дренированная | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 1,0-1,5 | 1-3 | – |
| интенсивно дренированная | 1-3 | 1-2 | 1,0-1,5 | 1.3 | – |
Показатели благополучного экологического состояния почв приведены в следующей таблице.
Таблица 85
Показатели благоприятного экологического состояния почв
| Ландшафтно-географические зоны | Нисходящий поток – q, мм | Экологически благоприятные оросительные нормы (при среднемноголетних осадках и сохранении R*=(0,9-1,1) | Степень засоления почв, С,% | Экологически допустимые глубины уровня грунтовых вод, м | Содержание гумуса, % | Пределы регулирования влажности корнеобитаемого слоя почвы в долях НВ | рН | Окислительно-восстановительный потенциал, Eh |
| лесостепная | 40-60 | 60-100 | 0,1-0,3 | 4-5 | 2-3 | 0,7-09 | 6,0-7,0 | 450-600 |
| степная | 30-40 | 130-270 | 0,1-0,3 | 8-10 | 5-7 | 0,7-0,8 | 7,0-7,5 | 400-600 |
| сухостепная | 40-80 | 400-590 | 0,2-0,3 | 5-7 | 3-4 | 0,7-0,85 | 7,0-8,0 | 350-500 |
| полупустынная | 80-100 | 500-670 | 0,3-0,4 | 5-6 | 2-3 | 0,7-0,85 | 7,5-8,0 | 350-450 |
| пустынная | 100-110 | 690-880 | 0,3-0,4 | 3-4 | 1,5-2 | 0,7-0,9 | 7,5-8,3 | 350-450 |
При анализе экологических последствий мелиораций учитывают следующие элементы (факторы) геосистемы.
Таблица 86
Типизация элементов геосистем для анализа мелиоративных воздействий
| Компонент геосистемы | Элементы (факторы) геосистемы |
| 1. земли, почвы | 1.1. земельные угодья 1.2. свойства почв 1.3. засоление и загрязнение почв 1.4. заболачивание почв 1.5. вынос солей с дренажными водами 1.6. сработка и сгорание торфяной почвы 1.7. эрозия почвы |
| 2. поверхностные воды | 2.1. меженный режим рек 2.2. режим половодий 2.3. регулирование речного стока 2.4. водный режим пойм 2.5. водный баланс 2.6. загрязнение вод |
| 3. подземные воды | 3.1. понижение уровней грунтовых вод 3.2. подъем уровней грунтовых вод 3.3. подтопление земель 3.4. засоление грунтовых вод 3.5. ресурсы подземных вод 3.6. качество и загрязнение подземных вод |
| 4. атмосферный воздух | 4.1. загрязнение воздуха 4.2. запыление и задымление 4.3. загрязнение токсичными веществами 4.4. климат приземного слоя |
| 5. животный мир | 5.1. места обитания и размножения животных 5.2. миграция животных 5.3. редкие и новые виды фауны 5.4. рыбные ресурсы 5.5. охотничьи ресурсы |
| 6. растительность | 6.1. мелиорируемые земли 6.2. флора прилегающих земель 6.3. редкие (реликтовые) территории 6.4. водная растительность 6.5. биоразнообразие |
| 7. рельеф и литологические условия | 7.1. овраги 7.2. абразия и переработка берегов 7.3. оползни, карст 7.4. переформирование русел и дейгиш 7.5. деформация грунтов |
| 8. санитарно-эпидемиологическая обстановка | 8.1. питьевая вода 8.2. очаги болезней 8.3. экология и распространение болезней 8.4. контроль болезней 8.5. болезни животных |
| 9. социально-экономическая структура | 9.1. население, инфраструктура 9.2.экономические показатели 9.3. региональное развитие 9.4. рекреационные ресурсы |
Влияние орошения на экологические взаимосвязи в биогеоценозах в обобщенном виде приведено в следующей таблице.
Таблица 87
Влияние водохозяйственных объектов и орошения на экологические типы
взаимосвязи гидрогеохимических потоков геологического (ГК) и биологического
(БК) круговоротов
| Экологические типы взаимосвязи гидрогеохимических потоков между ГК и БК | Характеристика взаимосвязи гидрогеохимических потоков между ГК и БК | Влияние на гидрогеохимический режим ландшафтов и бассейнов | Влияние на почвообразование |
| экологически благоприятный (близкий к естественному) | сохраняется близкая к естественной ритмика гидрогеохимических потоков с отклонениями до 10% от 30-40 летних ритмов | сохраняется близкой к естественной структуре и ритмике водно-солевых балансов | почвообразовательные процессы сохраняются близкими к естественным, повышается плодородие и продуктивность орошаемых почв |
| экологически допустимый | вынос химических веществ и питательных элементов из БК в ГК в пределах 10-20% амплитуд естественных 30-40 летних ритмов, а также возможно сезонное поступление солей из ГК в БК | сдвиг в структурах водно-солевых балансов в пределах 10-20% амплитуд 30-40 летних естественных ритмов | возможны местные процессы деградации почв на площади до 10% |
| экологически предельно допустимый (обратимый) | нарушение природных связей между ГК и БК достигает 20-50% амплитуд 30-40 летних ритмов | сдвиги в структурах водно-солевых балансов достигают 20-50% амплитуд 30-40 летних природных ритмов | прогрессирующая деградация почв с охватом 10-50% почвенного покрова мелиорированных земель с распространением на прилегающие земли |
| катастрофический (необратимый) | интенсивный вынос веществ из БК в гидрогеохимические потоки ГК, превышающие 50% амплитуд 30-40 летних ритмов | полное разбалансирование гидрогеохимических потоков при нарушениях структур водно-солевых балансов (более 50% амплитуд 30-40 летних ритмов) | деградация более 50% почвенного покрова на орошаемых и прилегающих к ним землях |
Оценка состояния при орошении экосистем с учетом возможного экологического риска приведена в таблице 88.
Таблица 88
Оценка состояния геосистем с учетом возможного экологического риска
(в долях единицы)
| Иерархический уровень геосистемы | Экологические риски | Величина прием-лемого риска Rприем | Состояние геосистемы с учетом величин экологического риска |
| экологически безопасное (устойчивое) R< Rприем | экологически опасное (неустойчивое) R³ Rприем | экологически кризисное R> Rприем | |
| региональный | риск площадного развития опасных экологических процессов | 0,05 | 0,2 |
| локальный | риск площадного развития подтопления | 0,1 | 0,3 |
| риск площадного развития процессов вторичного засоления | 0,05 | 0,25 | |
| риск площадного развития осолонцевания (слабоосолонцован- ных почв) | 0,15 | 0,30 | |
| риск площадной деградации почв (по физическим свойствам и содержанию гумуса) | 0,02 | 0,20 |
Обобщенные данные о степени подтопления земель с учетом типов режимов почвообразования зональных почв приведены в работе «Агроэкологическая оценка земель …» (2005) (таблица 89).
Таблица 89
Степень подтопления земель с учетом типов режимов почвообразования
зональных почв
| Природные типы гидрогеологического режима | Степень подтопления при глубинах грунтовых вод, м | |||||||
| неподто-пленные | слабое | среднее | сильное | очень сильное | ||||
| лесостепная зона – черноземы выщелоченные и оподзоленные | ||||||||
| автоморфный | 6-7 | 5-6 | 4-5 | 3-4 | 2-3 | |||
| субавтоморфный | 5-6 | 4-5 | 3-4 | 2-3 | 1-2 | |||
| автоморфно-гидроморфный | 4-5 | 3-4 | 2-3 | 1-2 | ||||
| лугово-черноземные почвы | ||||||||
| субгидроморфный | 2-3 | 1-2 | ||||||
| степная зона — черноземы и темно-каштановые почвы | ||||||||
| автоморфный | 9-10 | 8-9 | 7-8 | 6-7 | 5-6 | |||
| субавтоморфный | 8-9 | 7-8 | 6-7 | 5-6 | 4-5 | |||
| автоморфно-гидроморфный | 6-7 | 5-6 | 4-5 | 3-4 | 2-3 | |||
| черноземно-луговые почвы | ||||||||
| субгидроморфный | 4-6 | 3-4 | ||||||
| лугово-черноземные почвы | ||||||||
| 3-4 | 2-3 | 1-2 | ||||||
| сухостепная зона – каштановые почвы | ||||||||
| автоморфный | 8-9 | 7-8 | 6-7 | 5-6 | 4-5 | |||
| субавтоморфный | 7-8 | 6-7 | 5-6 | 4-5 | 3-4 | |||
| автоморфно-гидроморфный | 6-7 | 5-6 | 4-5 | 3-4 | 2-3 | |||
| каштановые луговые почвы | ||||||||
| субгидроморфный | 4-6 | 3-4 | ||||||
| лугово-каштановые почвы | ||||||||
| гидроморфный | 3-4 | 2-3 | 1-2 | > 1 | ||||
| полупустынная зона – светло-каштановые, комплексные солонцеватые почвы | ||||||||
| автоморфный | 7-8 | 6,5-7 | 6-6,5 | 5,5-6 | 5-5,5 | |||
| субавтоморфный | 6-7 | 5,5-6 | 5-5,5 | 4,5-5 | 4-4,5 | |||
| автоморфно-гидроморфный | 5-6 | 5-5,5 | 4,5-5 | 4-4,5 | 3,5-4 | |||
| субгидроморфный | 4-5 | 4-4,5 | 3,5-4 | 3-3,5 | 2,5-3 | |||
| гидроморфный | 3-4 | 3-3,5 | 2,5-3 | 2-2,5 | 1-2 | |||
| пустынная зона – бурые почвы | ||||||||
| автоморфный | 7-8 | 6-7 | 5-6 | 4-5 | 3-4 | |||
| субавтоморфный | 6-7 | 5-6 | 4-5 | 3-4 | 2-3 | |||
| автоморфно-гидроморфный | 5-6 | 4-5 | 3-4 | 2-3 | 1-2 | |||
| солонцеватые | ||||||||
| субгидроморфный | 4-5 | 3-4 | 2-3 | 1-2 | < 1 | |||
| засоленные | ||||||||
| гидроморфный | 3-4 | 2-3 | 1-2 | < 1 | ||||
6. Проведение почвенно-экологического мониторинга при орошении почв
Изменение почв и особенности мониторинга при поливе засоленными водами
Целесообразна разработка комплексных экологических требований к оросительным системам, предотвращающих подтопление, заболачивание, осолонцевание, засоление, загрязнение почв, повышение минерализации, ухудшение состава, загрязнение поверхностных вод, ухудшение функционирования водных и наземных экосистем на ландшафтном и региональном уровнях.
Реальные, критические и оптимальные показатели структурного состояния орошаемых почв приведены в работе «Агроэкологическая оценка земель …» (2005), ссылка «Экологические требования к орошению почв России», РАСХН (1996).
Таблица 90
Реальные, критические и оптимальные показатели структурного состояния
орошаемых почв в пахотном горизонте
| Показатель | Черноземы | Каштановые почвы | ||||
| Значение | ||||||
| реальное | крити-ческое | оптимальное | реальное | крити-ческое | оптимальное | |
| содержание агрегатов при сухом рассеве, % < 10 мм 10,0-0,25 мм | 30-50 20-60 | > 40 < 40 | 10-20 60-80 | 30-70 30-70 | .> 50 < 40 | 10-30 70-80 |
| пористость агрегатов (5-7 мм), % | 36-40 | < 38 | 42-44 | 35-40 | < 36 | 40-42 |
*) имеются в виду орошаемые черноземы обыкновенные и южные тяжелосуглинистые.
При орошении определенные требования предъявляются и к почвам, и к оросительным водам.
Схема оценки качества поливных вод в системе почва – растение — окружающая
среда
1. Качество поливных вод и их влияние на растения, в разной степени устойчивые к засолению и осололнцеванию
↓
2. Оценка качества поливных вод с учетом их влияния на почву
↓
(корректировка с учетом устойчивости растений к засолению и осолонцеванию почв)
↓
3. Оценка качества поливных вод с учетом их влияния на породу и засоленные воды и возможности перераспределения солей к поверхности
↓
4. Оценка качества поливных вод с учетом их действия на другие компоненты экологической системы с учетом возможности нарушения экологического равновесия
↓
5. Корректировка оценки качества поливных вод с учетом необходимых норм и доз полива, экологической эффективности орошения
Согласно данным Каштанова А.Н. и др. (2001), при неопасном классе качества воды оросительная вода не оказывает неблагоприятного влияния на почву, воды, урожай и качество продукции. При малом классе опасности воды возможно негативное влияние вод, выражающееся в снижении урожая с/х культур с малой солеустойчивостью (на 5-10%), при недостаточной дренированности территории возможно засоление почв. При умеренном классе опасности воды для орошения происходит снижение урожайности культур средней и слабой солеустойчивости на 10-25%. Без предварительной мелиорации воды и почв неизбежно развитие процессов засоления, натриевого и магниевого осолонцевания и содообразования. При высоком классе опасности воды для орошения наблюдается снижение урожайности культур слабой и средней солеустойчивости до 25-50%. Наблюдается сильное неблагоприятное влияние таких вод на плодородие почв. При использовании подобных вод необходима мелиорация почв и воды. В то же время, возможно использование таких почв для орошения солеустойчивых культур на легких, песчаных почвах с предварительным обоснованием и оценкой эколого-экономического ущерба. Возможность орошения почв определяется и содержанием в поливных водах тяжелых металлов
Ниже приведены данные об устойчивости к засолению и осолонцеванию.
Таблица 91
Степень засоления почв и урожайность растений (Базилевич И.И., Панкова Е.И.)
Степень засоления почв : Состояние растений :Урожай, % от устойчивого на
: :незасоленных почвах
незасоленные хорошее 100
слабозасоленные слабо угнетенное 80
среднезасоленные угнетенное 50
сильнозасоленные сильно угнетенное 30
очень сильнозасоленные очень сильно угнетенное или полная гибель 0-10
Таблица 92
Предельно допустимые для плодовых культур количества щелочных солей
в слое 50-100 см (Иванов, 1966)
| Порода | Подвой | Содержание щелочных солей, мг-экв/100 г | |||
| общая щелоч- ность – НСО3 | Na2CO3 | NaHCO3 | Mg(HCO3)2 | ||
| черешня яблоня груша слива | черешня дикая яблоня дикая груша алыча | 0,60 0,80 1,00 | недопустимо недопустимо менее 0,05 | недопустимо менее 0,20 менее 0,25 | менее 0,20 менее 0,20 менее 0,25 |
Таблица 93
Допустимая солонцеватость для различных культур в единицах электро-
проводности, ММО/см (Словцова Г.А., 1972; Дречпе Х., 1967)
| Культура | Электро- проводность | Культура | Электро- проводность |
| пшеница овес рис сорго, кукуруза хлопчатник овощные культуры устойчивые: свекла, спаржа, шпинат среднеустойчивые: томат, капуста спаржевая, кочанная, цветная, салат, сахарная кукуруза, картофель, батат, перец, морковь, лук, горох, тыква, огурец | 4,5-10 4,9 13,2-14,0 10-11 более 10 4-10 | рапс, сахарная свекла клещевина абрикос апельсин инжир, яблони, гранат, персик, виноград неустойчивые: редис, сельдерей, овощная капуста | менее 4 |
Таблица 94
Предельно допустимые концентрации солей в почвах, отводимых под плодовые
насаждения, мг-экв/100 г (Неговелов, 1965)
| Соль | Глубина слоев, в см | |||
| 0-100 | 100-160 | 160-200 | 200-300 | |
| хорошие — для всех плодовых культур сульфаты хлориды удовлетворительные — для всех пород сульфаты хлориды удовлетворительные – для косточковых по- род, кроме черешни; неудовлетворительные – для семечковых сульфаты непригодны для плодовых насаждений сульфаты | < 2,0 < 0,3 2,0 0,3 > 2,0 > 2,0 | < 2,0 < 0,3 2,0 0,3 2,0-2,5 > 3,0 | < 2,0 < 0,3 2,0 0,3 2,0-3,0 > 5,0 | < 2,0 < 0,3 2,0-3,0 0,3-0,5 3,0-3,5 > 5,0 |
Таблица 95
Агрономическая солеустойчивость растений (Ковда В.А.)
| Неустойчивые | Среднеустойчивые | Устойчивые |
| полевые культуры фасоль овощные культуры редис, сельдерей кормовые травы клевер ползучий, лисо- хвост, клевер гибридный клевер луговой, крово- хлебка маленькая фруктовые груша, яблоня, апельсин, грейпфрут, слива, миндаль, абрикос, персик, лимон кустарники калина, роза, фейхоа | рожь, пшеница, сорго, соя, бобы конские, кукуруза, рис, лен, под- солнечник томат, капуста, салат-латук, перец, морковь, лук, горох, тыква, огурец донник белый, желтый, райграс многолетний, кострец, канареечник клубненосный, волоснец безостый, клевер земляничный, паспалум расширенный, суданская трава, люцерна, ежа сборная, бутеноя голубая, овсяница луговая, канареечник тростниковидный, лядвенец большой, костер безостый, донник индийский гранат, фига, инжир, оливковое дерево, виноград туя восточная, можжевельник, лан тана, пикаканта, питтоспорум, ксилосма | ячмень, сахарная свекла, рапс, хлопчатник столовая свекла, спаржа, шпинат, капуста листовая споробус, солончаковые травы, бескильница, бер- мудская трава, пырей вы- сокий, хлорис, кострец, волоснец канадский, пырей американский, овсяница высокая, лядвенец рогатый финиковая пальма олеандр, лисохвост буты- лочный |
Таблица 96
Влияние щелочности на урожай пшеницы (Зимовец Б.А.)
Степень щелочности: рН(Н2О) :Токсичная щелочность: Биологический :Потери урожая
: : НСО3-Са),мг-экв/100г: урожай пшеницы: %
: : : ц/га :
нещелочные < ,5 < 0,7 25-30 0
слабощелочные 7,5-8,5 0,7-1,0 20-25 0-20
среднещелочные 8,6-9,0 1,1-1,6 15-20 20-40
сильнощелочные 9,1-9,5 1,7-2,0 10-15 40-60
очень щелочные > 9,5 > 2,0 >10 > 60
Таблица 97
Относительная устойчивость растений к обменному натрию (по Ковде В.А. и др.)
| Неустойчивые | Среднеустойчивые | Устойчивые |
| фасоль, кукуруза, кострец безостый, яблоня, груша, черешня, абрикос | морковь, клевер, паспалум, овсяница высокая, салат-латук, овес, лук, редис, рожь, райграс итальянский, сорго, шпинат, томат, пшеница, вика | люцерна, ячмень, свекла, свекла сахарная, свинорой, хлорис, житняк гребенчатый, пырей высокий, пырей сизый рис, донник, суданская трава житняк широколистный, во- лоснец, регнерия волокнистая, айва |
Таблица 98
Группировка с/х культур по солеустойчивости и солонцеустойчивости для
степной зоны Северного Казахстана и Западной Сибири (Кирюшин В.И., 1976)
| Степень устойчивости | Солеустойчивость | Солонцеустойчивость |
| очень сильная сильная средняя слабая очень сильная сильная средняя слабая | многолетние травы пырей бескорневищный ячмень короткоостый, донник желтый и белый пырей сизый, волоснец ситниковый, сибирский, регнерия, люцерна пестрогибридная, синегибридная, житняк, костер эспарцет однолетние травы горчица ячмень просо кормовое, пшеница, могар, просо зерновое, овес сорго, суданская трава | донник белый и желтый волоснец сибирский, пырей сизый, бескорневищный люцерна пестрогибридная, сине- гибридная, желто-гибридная, рег- нерия, житняк, костер эспарцет горчица, ячмень овес, просо зерновое, могар, судан- ская трава пшеница, сорго |
Устойчивость растений к затоплению приведена в следующих таблицах.
Таблица 99
Относительная устойчивость растений к затоплению (по Валькову В.Ф.)
| Неустойчивые | Слабоустойчивые | Устойчивые |
| люцерна клевер ползучий клевер земляничный донник белый овес пырей | яблоня кострец овсяница луговая ежа сборная слива райграс многолетний тимофеевка лядвенец рогатый лядвенец узколистный пырей тонкий | канареечник тростниковидный клевер гибридный клевер белый паспалум расширенный овсяница высокая груша рис затопляемый лядвенец большой |
Таблица 100
Устойчивость растений к анаэробиозису (Фокеева)
| Повышенные требования к содержанию О2 | Средняя устойчивость | Относительная устойчивость |
| картофель, томаты, хлопчатник, подсолнечник, люпин, бобовые | лен, горчица | злаковые, рис, гречиха |
Таблица 101
Допустимое количество дней затопления (*) и переувлажнения (**) отдельных
культур (по Воронову С.П., Валькову В.Ф., Ellis)
| Культура | Допустимое количество дней |
| донник белый люцерна средняя житняк гребневидный костер безостый овсяница луговая пырей мелкоцветковый тимофеевка луговая канареечник тростниковидный клевер красный, овсяница красная тимофеевка, мятлик, мышиный горошек лисохвост, костер, полевица белая канареечник, бекмания люцерна при низкой температуре при высокой температуре | 9-12 ** 10-14 ** 10-17 ** 24-28 ** 21-25 ** 31-35 ** > 40-49 ** 40-49 ** 5-10 * 12-15 * 15-25 * 30-40 * 2-3 |
На практике анаэробиозис почв и развитие процесса оглеения характеризуется величинами Eh, rH2, появлением в почве токсичных концентраций сероводорода, углекислого газа, метана, ацетилена, появлением в почве токсичных концентраций подвижных форм железа, алюминия, марганца. Значительное снижение качества почв наблюдается при Eh менее 200 мв; rH2 менее 20, содержании О2 в почвенном воздухе менее 5%; содержании СО2 – более 7%. Критическое содержание в почвах углекислого газа приведено в следующей таблице.
Таблица 102
Критическое для растений содержание в почвах СО2 (Блэк К.А., Стратанович М.В.,
Крутилин К.С.)
| Содержание СО2 в почвенном воздухе | Агрономическая оценка |
| До 1% > 1,5% > 6,5% 5-6% 2-3% 3-4% > 4% | оптимум для культур подавляется рост корней у фасоли и подсолнечника подавляется рост корней у овса и ячменя критическое содержание для многолетних трав критическое содержание для картофеля критическое содержание для озимой пшеницы критическое содержание для овощей |
В значительной степени определяет плодородие почв и наличие в них подвижных форм Fe2+, Al3+, Mn2+.
Таблица 103
Критические пределы А1 в почве для с/х культур (по Авдонину Н.С., 1965)
| Культура | Количество А1 (мг/100 г), снижающее урожай на | |
| 25-50% | 50-100% | |
| овес кукуруза ячмень пшеница яровая лен-долгунец гречиха клевер красный люцерна северная люпин желтый свекла столовая свекла сахарная кормовые бобы | 11-14 7-8 7-8 8-10 8-10 6-7 5-6 4-5 6-7 3-4 3-4 7-8 | 19-18 8-10 8-10 190-12 10-12 8-10 7-8 5-6 7-8 4-5 5-6 8-10 |
Высокой устойчивостью к подвижному А1 обладают тимофеевка луговая, овес; средней устойчивостью – люпин; очень чувствительны к А1 – клевер красный, люцерна.
Токсичное влияние А1 на растения отмечается при содержании его 1-2 мг-экв/100 г в вытяжке 1м КС1 и более 3-5 мг-экв/100 г в вытяжке 0,02м СаС12 при наличии в почвенном растворе более 9 мкМ А1 (Edmeades D.C., 1983), при содержании подвижного алюминия более 7 мг/100 г. Veldkamp J. Предлагает следующую градацию содержания А1 от емкости поглощения (в вытяжке 1м КС1): более 60 – очень высокая; 40-60 – высокая; 25-40 – средняя; 10-25 – низкая; менее 10% — очень низкая. Следует отметить, что содержание подвижного алюминия в почвах рисовых полей достигает 200 мг/100 г почв, что, естественно, неприемлемо для других выращиваемых сельскохозяйственных культур.
Дата добавления: 2015-11-18; просмотров: 307;
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Орошение
Оценка пригодности воды для полива
-
Орошение или ирригация- система мероприятий по искусственному увлажнению почвы с целью создания благоприятных условий для роста и развития растений.
-
Орошение, увлажняя почву, оказывает на нее многофакторное воздействие
-
В настоящее время орошение значительно продвинулось на север (создание ДКП- долговременных культурных пастбищ)
Источники воды для полива
Основное требование к поливным водам- все воды не должны ухудшать свойств почв
Речные воды
-
Наличие твердого стока – речного аллювия:
-
Р.Аму-Дарья в паводок – 4-10 кг/м3Р.Риони – 4-6 кг/м3
-
Сибирские реки – 0,1-0,2 кг/м3
-
После строительства вх содержание твердого стока уменьшается
-
В результате длительного орошения водами, обогащенными минеральными частицами формируются ирригационный нанос (ирригационные почвы)
Воды озер и водохранилищ
-
Стабильнее речных вод, а их химический состав подвержен закономерным зональным изменениям
-
Летом – увеличение минерализации, изменение щелочности за счет смещения равновесия карбонат-иона.
-
В аридной зоне воды местных степных рек, озер могут быть использованы после их мелиорации в большинстве случаев
Подземные воды
-
Широко используются для орошения- в развитых странах используется до 45% поливных вод.
-
В СНГ-10%
-
Недостатки – низкая температура, нередко высокая минерализация.
-
С севера на юг растет минерализация подземных вод
Морские воды
-
Среди химических элементов и соединений преобладают-
-
CL-55%
-
Na- 30%
-
SO4-7%
-
Mg-3,7%
-
Содержание солей в океане – 33-37г/л
-
Используются морские воды только низкойминерализации (Балтика – 6-8г/л) только травы и на легких почвах, в других случаях только после опреснения.
Оценка пригодности воды для полива
-
Качественные и количественные тесты воды для полива
-
Визуальный и органолептический анализы(запах, пузырьки, цвет, состояние биоты)
-
Взвешенные твердые элементы в поливной воде
-
Растворенные вещества в поливной воде
Визуальные тесты
-
Гнилостный запах, пузырьки – сероводород, метан, аммиак- результат анаэробного брожения
-
Цвет воды: – желто-коричневый- перегнойные и органические вещества; зеленовато-голубой- двухвалентное железо; голубой- свободная сера
-
Наличие живых организмов –рыб, пресмыкающихся
-
Растения- осока, ситник, камыш – свидетельствуют о процессах анаэробиоза- ухудшении качества воды
Растворенные вещества в поливной воде
-
При оценке пригодности воды надо учитывать:
-
Качественный состав солей
-
Опасность засоления
-
Возможность осолонцевания
-
Карбонатного подщелачивания
Анализ растворенных веществ в поливной воде
Минерализация вод для целей орошения:
-
1г/л — всегда опасна для полива
-
(Для коммунальных нужд минерализация 1г/л – пресные)
Шкала минерализации вод (г/л) для коммунальных нужд
Пресные 80
Качественный состав солей, токсичность солей
Соль Na2CO3 ,NaCl,NaHCO3 ,Na2SO3
Токсичность 10 3 3 1
Все хлориды и все соли натрия вредны , особенно вредна нормальная сода (Na2CO3).
Соотношение катионов (по И.Н.Антипову- Каратаеву)
Ca+Mg/Na7 очень опасна, а в почвах с рН4 мгл – всегда непригодны
Проблемы качества воды и пригодности
ее в использовании
Т. В. Овчинникова, Т. В. Ашихмина
К разработке критериев оценки качества вод и пригодности их использования для питьевого вооснабжения и в промышленном производстве приступили лишь в 60-е годы XIX столетия. Особое внимание этому уделяли русские гигиенисты — А. П. Доброславин, Ф. Ф. Эрисман, Г. В. Хлопин и, Г. Драгендорф . Благодаря их работам сложилось представление о том, что основная задача санитарно-химического исследования вод заключается в разграничении постоянно и временно присутствующих в воде веществ, а также в разработке местных норм качества воды. В этот период гидрохимические исследования велись по следующим направлениям: санитарно-химическая оценка пригодность вод питьевого назначения и определение степени их загрязненности (исследование рек и грунтовых вод); оценка пригодности вод в бытовом отношении, а также для целей промышленности и транспорта — в качестве основных критериев оценки выступали величины минерализации и жесткости. Гидрохимические исследования поверхностных вод суши при этом стали рассматривать как самостоятельное научное направление, Гидрохимической лабораторией (ныне Гидрохимический институт) был издан журнал «Гидрохимические материалы». Исследования рек проходили по направлениям: изучение химического состава рек как источников бытового водоснабжения; оценка качества вод в плане их использования в орошении и в гидротехническом строительстве. Кроме указанных прикладных гидрохимических исследований, с созданием сети государственных научных институтов начинают проводиться исследования, в частности, с целью выявления изменчивости гидрохимических параметров во времени и антропогенного воздействия на изменение состава речных вод. Этим вопросом впоследствии занимался целый ряд исследователей — О. А. Алекин, Л. В. Бражников, Н. Я. Авдеев, В. И. Рогожкин и др.
Позднее определённое внимание стало уделяться качеству вод, используемых для орошения земель, при оценке которого следует учитывать агрономические, технические и экологические критерии . При этом агрономические критерии определяют качество воды для орошения по ее воздействию на урожайность сельскохозяйственных культур и качество сельскохозяйственной продукции; а также на почвы, с целью сохранения их плодородия и предотвращения процессов засоления, осолонцевания, содообразования и нарушения биологического режима. Технические критерии определяют качество воды для орошения по воздействию на сохранность и эффективность эксплуатации гидромелиоративных систем. Качество воды для орошения с учетом обеспечения безопасной санитарно-
гигиенической обстановки на данной территории, а также охраны окружающей среды, определяют экологические критерии .
В настоящее время показатели качества воды для орошения подразделяют на две группы. Показатели первой из них характеризуют свойства воды для орошения и содержание веществ, необходимых в определенных количествах. Это температура, С°, рН, катионы (мг/дм3): Ка+, К+, Са2+, КНД Mg2+ и анионы (мг/дм3): С1-, SO42-, СО32-, НСОз-, Ш3-, Ш2-, РО43-; а также микрокомпоненты (мг/дм ): марганец (Мп), железо общее ^е), медь (Си), бор (В), фтор кобальт (Со), цинк (7п) и молибден (Мо) (табл. 1) .
Микроэлементы контролируют содержание хлорофилла в листьях, участвуют в процессах дыхания и азотного обмена. Обеспечение растений необходимым количеством микроэлементов повышает урожайность культур на 20 % при росте качественных показателей продукции: белка до 0,33,1 %; сырого протеина на 0,3-2,6; клейковины — 1,8-5,4 % .
Таблица 1
Показатели качества оросительной воды
№ Основные показатели ДВ № Основные показатели ДВ
1 Железо общее, Fe 0.3 17 Бериллий, Ве 0.0002
2 Цинк, 7п 1.0 18 Свинец, РЬ 0.03
3 Медь, Си 1.0 19 Кадмий. Сd 0.001
4 Бор, В 0.5 20 Селен, Se 0.001
5 Фтор, F 1.5 21 Ртуть, ^ 0.0005
6 Марганец, Мп 0.2 22 Вольфрам, Wo 0.05
7 Кобальт, Со 0.1 23 Сурьма, Sb 0.05
8 Молибден, Мо 0.25 24 Титан, Т 0.1
9 Алюминий, А1 0.5 25 Барий, Ва 0.1
10 Стронций, Sr 7.0 26 Бром, Вг 0.2
11 Литий, Li 0.03 27 Олово. Sn 0.2
12 Ванадий, V 0.1 28 Висмут, Wi 0.1
13 Хром. Сг^ 0.5 29 Нитраты, N0 45.0
14 Хром, Сгъ 0.05 30 Нитриты, N0 3.8
15 Никель, № 0.1 31 Коли-индекс, количество бактерий в 1 л 1000
16 Мышьяк, As 0.05 32 Эпидемиологически опасные возбудители гифа, паратифа, сальмионелы, яйца гельминтов Полное отсутствие
Примечания: ДВ — допустимая величина.
Содержание микроэлементов в экологически благоприятных водоисточниках, как правило, колеблется в пределах 0,00Ш-0.0Ш мг/л .
При этом задача обеспечения растений микроэлементами заключается в дополнительном обогащении ими оросительной воды сверх их фонового содержания.
Показатели второй группы отражают свойства воды для орошения и содержание веществ, оказывающих при определенных условиях отрица-
3 3
тельное воздействие. Это взвешенные вещества (мг/дм ), БПК5 (мгО2/дм ),
3 3 3
фенолы (мг/дм ), производные нефти (мг/дм ), свинец (мкг/дм ), ртуть
3 3 3 3
(мкг/дм ), кадмий (мкг/дм ), селен (мкг/дм ), мышьяк (мкг/дм ), хром об-
3 3 3 3
щий (мкг/дм ), алюминий (мг/дм ), литий (мг/дм ), никель (мг/дм ), стронций (мг/дм ), радиоактивные вещества и пестициды .
Допустимая минерализация оросительных вод определяется различными методами . Так, в формуле Израэльсена она прямо пропорциональна содержанию солей в почве, плотности почвы, мощности увлажняемого слоя и обратно пропорциональная мощности слоя этой воды:
с=^
Ы
Однако качество поливной воды зависит не только от общего количества растворенных веществ, но и от соотношения основных химических компонентов. Наиболее вредными для растений считаются соли натрия: Ка2С03, №С1, №НС03, NaSO4, а соединения кальция (кроме Са^2) — безвредны. Поэтому, при оценке вод для орошения необходимо определять соотношение
Са + Ыg
N ‘
предложенное Антиповым-Каратаевым.
Требованиями к качеству воды для орошения земель в Курской области должна в первую очередь учитываться необходимость сохранения естественного плодородия черноземов. При этом нельзя допускать развитие процессов осолонцевания, содообразования и засоления. Основными показателями степени опасности развития процессов засоления, осолонцевания и содообразования при орошении земель являются: концентрация хлора, соотношения
Са2+
и
Иа + Ыg 2+ + Са 2+
а также разность
(С032~ + ИСО~) — (Са 2+ + Ыg 2+).
Как установлено, натрий и магний разрушают структуру и ухудшают водно-физические свойства почв, а карбонат и бикарбонат натрия и магния обладают высокой токсичностью. Повышение содержания натрия и магния
в оросительной воде приводит к их накоплению в почвенно-поглощающем комплексе и десорбции кальция в почве.
По минерализации, рН воды и соотношению основных ионов, а также с учетом механического состава почв на орошаемом участке, все воды, которые можно использовать для орошения черноземных почв могут быть разделены на четыре класса (табл. 2).
Воды весеннего стока, которые в основном используются для полива земель в Курской области, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав. Их минерализация составляет 150-300 мг/л, рН — 7,0-7,4, содержание натрия -от 0,5 до 16 мг/л . Грунтовые воды, используемые при орошении земель, здесь также являются гидрокарбонатно-кальциевыми.
Таблица 2
Требования к качеству оросительной воды в Курской области
Класс воды Минер при ра Ш! ализация воды 1зной величине К почвы, г/л Степень опасности негативных процессов
30-60 15-30 1.2 > 1.5 > 2.0 > 10.0 < 0.5 > 0.7 > 2.5
Воды I класса при этом могут использоваться для полива без применения химических мелиорантов на всех видах черноземов. Орошение водой 11-1У классов приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и требует определенных мелиоративных мероприятий.
Как установлено, в Курской области поверхностные и подземные воды в большинстве случаев по своему качеству относятся к I и, в меньшей степени, II классу оросительной воды, что свидетельствует о пригодности использования их для орошения . Орошение производится на черноземных почвах с тяжелым механическим составом и ППК 30-60 мг-экв/100 г почвы; со средним механическим составом и ППК 1530 мг-экв/100 г почвы; с легким механическим составом и ППК меньше 15 мг-эка/100 г почвы.
При оценке влияния качества оросительной воды на урожайность сельскохозяйственных культур необходимо учитывать степень солеустой-чивости этих культур. При этом можно использовать математические методы прогноза урожайности и изменения водно-солевого режима почв под влиянием качества оросительной воды (табл. 3).
Таблица 3
Солеустойчивость сельскохозяйственных культур
Сильная Средняя Слабая
Свекла сахарная Люцерна Груша
Свекла кормовая Лен Персик
Репа Томаты Слива
Капуста кормовая Сарго (зерно) Яблоня
Дикая рожь канадская Рожь (зерно) Виноград
Пырей Овес Чернослив
Донник белый Клевер Черная
и желтый желтый смородина
Рейграс многолетний Малина
Овсяница Клубника
Суданская трава Горох
Рожь калифорнийская Сельдерей
Соевые бобы Капуста
Горчица Сладкая кукуруза
Просо Клевер белый
Подсолнечник Клевер шведский
Ячмень Клевер красный
Кукуруза Фасоль
Рис
Пшеница
При недостаточно хорошем качестве этих вод используются методы улучшения их химического состава, то есть разбавление, опреснение, а также химическая мелиорация. Для оценки пригодности оросительной воды следует также использовать математические методы прогноза изменения водно-солевого режима почв при поливе.
При недостаточно хорошем качестве этих вод используются методы улучшения их химического состава, то есть разбавление, опреснение, а также химическую мелиорацию.
Выводы
1. Нормирование показателей качества оросительной воды следует осуществлять в соответствии с агрономическими, техническими и экологическими критериями, с учетом: особенностей климата региона, состава, свойств и емкости поглощения почв, дренированности территории, химического состава воды, используемой для орошения земель, солеустойчиво-сти сельскохозяйственных культур и технологии орошения.
2. Требованиями к качеству воды для орошения должна учитываться необходимость сохранения естественного плодородия черноземов. При этом нельзя допускать развитие процессов осолонцевания, содообразова-
ния и засоления. При этом для большинства сельскохозяйственных культур допустимая минерализация воды не должна превышать 1г/л.
3. Воды весеннего стока, которые в основном используются для полива земель в Курской области, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав. Они относятся к I классу оросительной воды; их минерализация составляет 150 -300 мг/л, рН — 7,0-7,4, содержанием натрия — от 0,5 до 16 мг/л. По остальным показателям превышение допустимых величин не отмечается, что свидетельствует о пригодности большинства этих вод для орошения земель.
4. Соблюдение всех требований, предъявляемых к качеству вод при орошении земель в Курской области, позволит сохранить плодородие почв и получить урожаи сельскохозяйственных культур в 3-4 раза выше, чем на богарных землях.
Библиографический список
1. Безднина С. Я. Качество воды для орошения, принципы и методы оценки. М.: «Рома», 1997. — 186 с.
2. Воронин Н. Г. Орошаемое земледелие. М.: Агропромиздат,1989. — 336 с.
3. ГОСТ 17.1.2.03-90 Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения.
4. Маслов Б. С. Мелиорация в системе земледелия //Мелиорация и водное хозяйство, 1992. — № 3.
5. Смольянинов В. М., Стародубцев П. П. Комплексная мелиорация и орошение земель в Центрально-Черноземном регионе: состояние, условия развития. — Воронеж: Истоки, 2011. — 179 с.
Температура поливной воды. Низкая или высокая температуры почвы, а также поливной воды неблагоприятно влияют на рост и всасывающую деятельность корней растений, и жизнедеятельность микроорганизмов, ухудшая снабжение растений питательными веществами, главным образом азотом.
Известны случаи, когда летом при быстром и резком охлаждении корней, особенно молодых растений, происходит так называемое явление температурного «шока». Оно проявляется в увядании и даже опадении листьев. Это может произойти при поливе холодной (артезианской, колодезной, горной) водой днём, когда почва и растения сильно нагреты солнцем.
При температурном «шоке» поступление воды в корни временно сокращается, что при высокой транспирации плохо отражается на растении. Ухудшается использование корнями питательных веществ и их синтез.
Оптимальная температура почвы для роста и жизнедеятельности корней большинства, плодовых и ягодных растений находится примерно в пределах 15…25°, следовательно, температура поливной воды должна быть близка к этим величинам.
При поливе не следует использовать воду непосредственно из глубоких артезианских скважин, так как она имеет температуру 8…10°. Такую воду надо предварительно прогреть в специальном бассейне или резервуаре; обычно используют ёмкости вместимостью достаточной для непрерывного запаса тёплой воды. В большинстве случаев ёмкости укрепляют на металлических или кирпичных опорах на высоте или устанавливают на наиболее высоком месте участка. При этом воду из неё можно подавать самотёком по основному трубопроводу и затем по ответвлениям на каждый индивидуальный участок. В жаркие дни вода в ёмкостях нагревается до 23…25°.
Качество поливной воды. Качество оросительной воды зависит также от содержания в ней взвешенных частиц или наносов и водорастворимых солей.
Речная вода обычно содержит небольшое количество водорастворимых солей, но нередко имеет большое количество взвешенных частиц. Грунтовые воды часто бывают высокоминерализованные. Вода из водохранилищ по этим показателям обычно занимает среднее положение.
Для определения наличия в воде солей необходимо провести химический анализ в местной агрохимлаборатории. Вредное действие различных солей на растения и почву неодинаково. На хорошо проницаемых почвах и при отсутствии близкорасположенных грунтовых вод допустимым считается следующее содержание солей: соды Na2СОз — меньше 1 г/л; поваренной соли NaCl — меньше 2 г/л; глауберовой соли Na2SO4— меньше 5 г/л. Если в оросительной воде эти соли присутствуют одновременно, то указанные выше пределы снижают.
В некоторых областях для полива используют шахтные воды, которые представляют собой откачиваемые и сбрасываемые на поверхность почвы предприятиями угольной промышленности подземные воды. Общее количество таких вод в стране составляет около 100 миллионов м3 в год.
Шахтные воды имеют повышенное содержание солей, причём неоднородного химического состава и минерализации. По химическому составу шахтные воды разнообразны: хлоридные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные, сульфатные. Из общего их объёма половина имеет минерализацию 2…4 г/л. Особую группу составляют кислые воды (рН 2,5…5,0), которые считаются непригодными для орошения, но их можно смешивать со щелочными для нейтрализации кислой реакции.
Допустимое качество оросительной воды не постоянно, а зависит от целого ряда факторов: климатических условий, водно-физических свойств почвы, величины оросительной нормы, глубины залегания, химического состава и минерализации грунтовых вод, а также от породно-сортового состава орошаемых культур.
Опыт использования шахтных вод для орошения сельскохозяйственных культур имеется в России. Считается, что вода с содержанием минеральных солей 1,2…2,1 г/л пригодна для орошения.
К снижению плодородия чернозёмных почв применение шахтных вод не приводит. Но орошать минерализованными водами надо осторожно, так как могут быть случаи засоления и осолонцевания почв, особенно при ненормированных поливах. При хорошей дренированности орошаемой территории применение шахтных вод не вызывает ухудшения почв.
Следует заметить, что вода из шахт может отличаться по химическому составу. Поэтому, чтобы узнать, как и чем её нейтрализовать, необходимо сделать химический анализ воды в агрохимической лаборатории.
Положительной стороной использования шахтных вод является то, что они содержат микроэлементы, необходимые для роста и развития растений, не требуется больших капитальных вложений на строительство насосных станций, так как вода в большинстве случаев подаётся из шахт по трубопроводам под напором. Аккумуляция в прудах-накопителях шахтной воды улучшает её ирригационные качества за счёт разбавления атмосферными осадками и водой из других источников.