Донецька гідрогеолого-меліоративна експедиція
Державне агентство водних ресурсів України

Главная | Мой профиль | Регистрация | Выход | Вход
Середа, 26.09.2018, 17:38
Вы вошли как Гість | Группа "Гості"Приветствую Вас Гість | RSS
Меню сайта
Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Форма входа

Екологічні проблеми зрошуваного землеробства (осолонцювання).

Проектна площа зрошення в Україні складає 2,6 млн га. Зрошувані землі розташовані практично в усіх природних зонах і підзонах, але 80 % їх зосереджено в Степу. У структурі ґрунтового покриву зрошуваних земель близько 60 % загальної площі займають чорноземні ґрунти (чорноземи типові, звичайні,, південні, лучно-чорноземні ґрунти) і меншу частину — темно-каштанові та інші.

Водні ресурси України формуються за рахунок стоку річок — Дніпра, Дністра, Дунаю, Сіверського Дінця та інших водних джерел, розміщених на території держави. Частково водні ресурси поповнюються за рахунок підземних і шахтних вод. При цьому за даними Держводгоспу України (1998, 1999), на площі 70—73 % застосовуються прісні (вміст солі — менше 1 г/л) зрошувальні води, на решті площі — мінералізовані (більше 1 г/л), у тому числі з мінералізацією 1—2 г/л на площі 20 % і більше 2 г/л — на площі 8 %.

У прісних водах з мінералізацією до 0,5—1,0 г/л у складі солей переважають гідрокарбонати кальцію і магнію (50—70 %), сульфати й хлориди складають ЗО—50 %. Подальше зростання мінералізації відбувається за рахунок сульфатів і хлоридів натрію та магнію. При цьому хімічний склад поливних вод характеризується чітко вираженою сезонною динамікою, суттєво змінюються лужні властивості вод: величина рН зростає від 7,4—7,9 до 8.0—8,7, вміст іону СО2~3 (сода) від слідів до 0,3—0,8 мекв/л. Механізм цього явища пов'язаний із порушенням карбонатно-кальцієвої рівноваги за рахунок інтенсивних процесів фотосинтезу та динаміки гідротермічних умов (Балюк С.А., Чау-сова Л.О.,1999; Буйлов В.В., Рьісков Я.Г., 1982).

У водах з мінералізацією 0,5—1,0 г/л відношення кальцію до натрію складає 1,6—2,0:1,0, із підвищенням мінералізації це відношення звужується до 0,4—1,0:1,0, що викликає небезпеку розвитку в зрошуваних ґрунтах процесів осолонцювання.

Оскільки в ґрунтових розчинах реакції обміну визначаються не концентраціями іонів, а їхніми активностями, необхідно застосовувати термодинамічні принципи оцінки зрошувальних вод. у прісних вода частка активного кальцію складає 65—86 % від загальної його концентрації, а натрію — 85—100%, в мінералізованих водах —- 42—46 і 85—97 % відповідно (Балюк С.А. та ін., 2000).

За оцінкою Держстандарту України ДСТУ 2730—94, поливні води 1 класу (придатні для зрошення) застосовують на 30—40 % площі зрошуваних земель, 2 класу (обмежено придатні за небезпекою засолення, осолонцювання та підлуження ґрунтів) — на 60—64 % і 3 класу (непридатні для зрошення) — на 6—10 % площі зрошуваних земель. Залежно від природних регіонів оцінка якості поливних вод істотно змінюється. Так, на зрошуваних землях Донецької області (загальна площа зрошення 200 тис. га) близько 60 % усіх поливних вод належить до 2-го класу обмежено придатних для зрошення, 15—20 % — до придатних 1-го класу і 10—15 % — до непридатних для зрошення.

Осолонцювання — це найбільш розповсюджений процес деградації ґрунтів на зрошуваних землях. При цьому необхідно розрізняти природну та вторинну (іригаційну) солонцюватість, що є наслідком збільшення вмісту ввібраних натрію та калію у складі ГВК. Зрошення призводить до підвищення вмісту ввібраного натрію з 0,6—1,0 до 1,5—2,0 % від суми обмінних катіонів за використання прісних поливних вод і до 3—8 % за використання мінералізованих поливних вод. Сумарний вміст Na та К при цьому досягає 3—4 та 5—15 % відповідно (Балюк С.А. та ін., 2000).

Процес вторинного осолонцювання визначається такими факторами:

1 — якістю поливних вод, зокрема:

а) загальною концентрацією лужних катіонів натрію та калію, що містяться в зрошувальній воді;

б) співвідношенням у складі солей зрошувальної води загальних і активних концентрацій катіонів натрію, калію, магнію та кальцію. При цьому спостерігається пряма залежність між відношенням концентрації кальцію до натрію та термодинамічними показниками

менше, ніж у ґрунтових розчинах — розвивається процес іригаційного розсолонцювання;

в) лужністю зрошувальної води, яка посилює солонцевий процес внаслідок зниження розчинності в лужній воді кальцієвих солей та випадання їх в осад;

2 — сольовим складом ґрунту, вмістом солей кальцію та його активністю, які визначають буферність ґрунтів проти осолонцювання (зі зростанням вмісту карбонатів у грунтах інтенсивність сорбції натрію в ГВК зменшується на 25—40 % (Балюк С.А. та ін., 2000);

3 — гранулометричним і мінералогічним складом ґрунту, який переважно визначає ступінь прояву процесу осолонцювання — диспергування, гідрофільність;

4 — органічною речовиною ґрунту, її рухомістю під впливом осолонцювання і стійкістю до процесу осолонцювання;

5 — глибиною та мінералізацією ґрунтових* вод (із посиленням ступеня гідроморфізму та активізації сольових процесів спостерігається подальше зростання вмісту поглиненого натрію);

6 — режимами зрошення, величиною поливної та зрошувальної норм, які визначають в основному швидкість процесу осолонцювання й глибину його розповсюдження по профілю ґрунтів;

7 — кліматичними умовами зрошуваних масивів (з посиленням аридизації інтенсифікуються процеси вторинного засолення й осолонцювання зрошуваних ґрунтів).

Виявлено стадійність процесу сорбції натрію: активне поглинання у перші 2—3 роки зрошення, сповільнення поглинання й установлення квазірівноважного стану на 3—5-й рік зрошення.

Дослідження сольових режимів і модельні експерименти показують, що вже після 2—3-х років поливів вміст обмінного натрію в орному шарі досягає максимальної кількості, величина якої визначається концентраціями та співвідношеннями натрію й кальцію в поливній воді (Балюк С.А. та ін., 2000).

Сезонна динаміка вмісту обмінного натрію залежить від кліматичних умов і режиму зрошення. Як правило, максимальний вміст обмінного натрію спостерігається наприкінці вегетаційного періоду, що пов'язано з надходженням солей з поливними водами та з ґрунтовими розчинами під час літнього випаровування води з ґрунту. Водночас найбільшою мірою негативні наслідки солонцюватості (запливання, кіркоутворення) проявляються у весняний період після теплих вологих зим, коли солі вимито та їх концентрація нижча за поріг коагуляції.

Зі збільшенням вмісту поглинутих натрію й калію має місце перехід частки колощів у пептизований стан і, як наслідок, погіршення агрофізичних властивостей — структурного стану, будови, водопроникності, капілярності; посилення рухомості органічних речовин та погіршення якісного складу гумусу. З підвищенням ступеня солонцюватості посилюються зміни властивостей зрошуваних ґрунтів у негативний бік — зростає величина електрокінетичного потенціалу, ступінь пептизованості мулу, гідрофільності, трансформації та руйнації мінерального й органічного компонентів ґрунтів.

У кінцевому підсумку це призводить до помітного зниження їх родючості і продуктивності сільськогосподарських культур. При цьому припускають, що слабкий ступінь вторинної солонцюватості знижує врожай на 5—20 %, середній — на 20—30 та сильний — на 30—50 % і вище.

Розроблено й обґрунтовано (Балюк С.А. та ін., 2000) мінімальний комплекс діагностичних показників вторинної солонцюватості, що включає вміст обмінного натрію та калію й функціонально пов'язані з ними термодинамічні показники для різних груп ґрунтів за гранулометричним складом та протисолонцювальною буферністю. Буферність ґрунтів проти осолонцювання визначається вмістом карбонатів кальцію та активністю іонів кальцію.

За даними гідрогеолого-меліоративної служби Держводгоспу України (1998, 1999), загальна площа зрошуваних солонцюватих ґрунтів досягає 800 тис. га. Основні їх масиви зосереджені в Донецькій (більше 80 % зрошуваних земель), Миколаївській (більше 60 %), Дніпропетровській (50 %), Одеській (близько 50 %) областях, де використовують поливні води з мінералізацією більше 0,8—1,0 г/л. В Автономній Республіці Крим та Херсонській області розповсюджені також природно-солонцюваті ґрунти.

Необхідність проведення хімічної меліорації зрошуваних ґрунтів зумовлена осолонцюванням (можливе одночасно із вторинним засоленням); агрофізичною деградацією і декальцинацією їх (внаслідок розвитку процесів розчинення й вилуговування резервів кальцієвих солей).

Характер впливу заходів хімічної меліорації на ґрунти проявляється через поліпшення складу ґрунтового розчину в напрямі нормалізації його реакції (рН), поліпшення співвідношення іонів солей у бік переважання нетоксичних катіонів та аніонів, що сприяє попередженню процесів деградації ґрунтів, а саме:

— підвищення вмісту в твердій та рідкій фазах ґрунтів кальцієвих солей перешкоджає процесу вторинного осолонцювання ґрунтів, їх декальцинації, погіршенню мінералогічного складу, виносу з ґрунту поживних мікро- і макроелементів, а також шкідливому впливу на рослини токсичних іонів;

— коагулювальний вплив кальцієвих меліорантів на мулисті частинки ґрунту через насичення кальцієм ґрунтового розчину і ГВК забезпечує підвищення ступеня агрегованості ґрунтових частинок, поліпшення складу структурних агрегатів ґрунту та їхньої ємності й водостійкості;

— поліпшується склад гумусу ґрунту (головним чином у бік підвищення фракції гумінових кислот, що пов'язані з кальцієм), знижується розчинність і рухомість гумусу;

— активізується корисна для сільськогосподарських рослин мікрофлора та зоофауна ґрунту.

Хімічну меліорацію зрошуваних ґрунтів України слід проводити за таких умов:

— за використання зрошувальних вод, що обмежено придатні (2-й клас) за небезпекою вторинного засолення, осолонцювання та підлуження ґрунтів (згідно з ДСТУ 2730);

— за зрошення й промивок від солей будь-якими водами первинно та вторинно засолених ґрунтів, а також за зрошування ґрунтів солонцевих, залишково солонцюватих, вторинно осолонцьованих, декаль- цинованих, що не скипають від соляної кислоти з ненасиченим на кальцій ГВК;

— у разі залягання підґрунтових вод глибше за критичну глибину від поверхні ґрунту.

Комплекси заходів хімічної меліорації та їх параметри залежать від конкретних ґрунтово-меліоративних та організаційно-господарських умов. Для визначення їх слід виконувати додаткові розрахунки економічної ефективності комплексу. До заходів хімічної меліорації зрошуваних ґрунтів України відносять:

— різні фізико-хімічні способи поліпшення якості обмежено придатних природних зрошувальних вод (2-й клас) згідно з ДСТУ 2730. Це, головним чином, обробка води кальцієвими меліорантами типу гіпсу, крейди, вапна, нітрату кальцію, хлористого кальцію та їхніми аналогами з відходів промисловості (фосфогіпс, карбонатні шлами, шлами з комплексним складом меліораційних солей). У результаті поліпшується не тільки якість води, а й ґрунту. Для хімічної меліорації лужних зрошувальних вод найчастіше застосовують мінеральні кислоти з відходів промисловості (переважно сірчана кислота, різні кислі солі), а для кислих — гашене вапно. В останні роки все частіше використовують і такий захід, як обробка води постійним електричним струмом, а також деякими хімічними речовинами, що комплексно діють на воду та ґрунт. Останні містять не тільки меліораційну речовину на зразок простих хімічних солей, а й поживні елементи, полімерні сполуки — структуроутворювачі ґрунту та стабілізатори водних суспензій меліорантів. Застосування таких нових меліорантів регламентовано спеціальними інструкціями;

— усі хімічні меліоранти, що використовуються для поліпшення якості зрошувальних вод, можна вносити в ґрунт безпосередньо в сухому вигляді, що здебільшого зумовлено економічними можливостями й доцільністю (відсутність води в неполивні періоди року, або відсутність потрібного для меліорації води устаткування тощо). Важкорозчинні у воді меліоранти типу крейдяних та вапняних шламів, а також меліоранти з недостатньою розчинністю (гіпс, фосфогіпс) за високих розрахункових доз рекомендується вносити з водою після спеціальної підготовки у вигляді стабільних водних суспензій. Якщо це неможливо з технічних причин, то такі меліоранти, а також природні вапняки, глинисті й піщані породи, мул, сапропелі, сірку, піритні недогарки тощо вносять безпосередньо в ґрунт (дози розраховують із запасом на 2—5 років зрошення);

— меліоративний глибокий обробіток грунтів (плантажних і ярусними плугами та фрезами) із винесенням на поверхню карбонатних та гіпсоносних суглинків і глин, що меліорують ґрунт. Інколи можна робити спеціальне насипання на поверхню ґрунту певного шару меліораційних порід (пісок, суглинок, глина), що привозять з найближчих кар'єрів. Під час вибору цих заходів керуються, насамперед, конкретними ґрунтовими умовами та економічною доцільністю.

Усі заходи хімічної меліорації, а особливо ті, що пов'язані із внесенням у поливну воду й ґрунт меліорантів з відходів промисловості, не повинні призводити до накопичення в ґрунті та підґрунт зони аерації, у ґрунтових і більш глибоких підземних водах, у водоймах та в рослинній продукції токсичних для людини, свійських і диких тварин речовин (вміст важких металів, фтору, радіонуклідів, нітратів, фосфорних та хлорних сполук, мікроелементів, пестицидів має відповідати спеціальним санітарним та екологічним нормам і правилам) [Інструкція..., 1993].

Встановлено, що найбільш поширеними у практиці гіпсовими меліорантами можна поліпшити до несолонцювальної (1-й клас за небезпекою осолонцювання) слабосолонцювальну воду із вмістом натрію та калію (сумарно) не більш як 5—8 мекв/л, а середньосолонцювальну воду — тільки до слабосолонцювальної (Балюк С. А. та ін., 2000).

Меліоративний ефект гіпсу (фосфогіпсу) може бути підвищений за рахунок застосування сірчаної кислоти, хлористого кальцію й нітрату кальцію, але в цьому випадку меліораційним фактором виступають хлор- і нітрат-іони.

У разі застосування меліорантів сумісно зі зрошувальною водою строки їх внесення обумовлені періодом проведення вологозарядкових, передпосівних і вегетаційних поливів. Надзвичайно важливо меліорувати воду в перші фази росту й розвитку сільськогосподарських рослин, а також у періоди найбільш сильного прояву агрофізичної солонцюватості ґрунту, що найчастіше трапляється рано навесні після рясних атмосферних опадів і танення снігового покриву. За проведення спеціальних промивних поливів, спрямованих на вилучення з ґрунтового шару надлишку токсичних і солонцювальних солей, хімічна меліорація води або ґрунту обов'язкова.

Якщо меліоранти вносять у ґрунт у сухому, вигляді, то під ярі культури роблять це після основного обробітку ґрунту. По зяблевій оранці меліорант використовують поверхнево із загортанням боронами з метою уникнення зносу дрібних часток меліоранту вітром. Як правило, рекомендують по зябу вносити меліорант восени, щоб ще до сівби в ґрунті відбулися певні хімічні процеси.

По оранці навесні вносити меліоранти важче через обмеження часу на її проведення. На посівах озимих зернових культур і багаторічних трав оптимальний термін для меліорації — зима і рання весна по таломерзлій поверхні грунту, до боронування. Якщо меліорант вносять щорічно, то всю норму реалізовують за один прийом, якщо в запас на два й більше років, то рекомендується поділити норму й рівними частинами меліорант вносити під оранку, культивацію й поверхнево під боронування. Внесення в запас широко практикують за наявності слаборозчинних хімічних меліорантів. Однак у такому разі поряд із позитивним ефектом (економія у витратах на внесення) є і негативний: протисолонцювальна дія меліорантів знижується внаслідок їх перерозподілу в нижні шари за щорічних глибоких обробітків ґрунту, а також через поступове карбонування гіпсу, що врешті-решт призводить до різкого зниження розчинності гіпсових меліорантів.


Copyright MyCorp © 2018 | Конструктор сайтів - uCoz