Экологические проблемы орошения почв

Обновлено: 05.10.2024

Антропогенное воздействие на земли сельскохозяйственного назначения со временем возрастает. Уже в древности усиленная сельскохозяйственная деятельность неоднократно приводила в их деградации, повлекшей за собой гибель целых цивилизаций и превращение ранее плодородных земель в пустыню – как на территории Северной Африки. Воздействие на земли оказывают все виды хозяйственной деятельности человека – сельское хозяйство, строительство, промышленность и транспорт.

Ухудшение состояния почвенного покрова может быть связано как с естественными, так и с антропогенными факторами. К основным последствиям хозяйственной деятельности человека можно отнести: почвенную эрозию, загрязнение, истощение и подкисление почв, их осолонцевание, переувлажнение и оглеение, деградацию минеральной основы почв, их обеднение минеральными веществами и дегумификацию.

Главный вид деятельности, вызывающий негативные изменения в состоянии почвенного покрова – сельское хозяйство. Интенсивное освоение земель повлекло за собой развитие дефляции, а пахота вдоль склона активизирует водно-эрозионные процессы. Орошение часто вызывает вторичное засоление почв. Недостаточное внесение органических удобрений, не компенсирующее потери органических веществ, приводит к дегумификации, нерациональное использование пестицидов – к загрязнению почв. Избыточное внесение минеральных удобрений может вызвать их подкисление, а бессистемный выпас скота – привести к уничтожению растительного покрова, активизации ветровой и водной эрозии, загрязнению почв навозом.

Загрязнение почвенно-растительного покрова тяжелыми металлами, бенз(а)пиреном, нефтепродуктами и сложными органическими веществами связано с выбросами промышленных предприятий и транспорта. Обычно зоны значительного загрязнения имеют небольшую площадь вдоль автодорог, вблизи промышленных предприятий и аэродромов. Загрязнение и подкисление почв также бывает связано с трансграничным переносом тяжелых металлов, оксидов серы и азота.

Почвенная эрозия во многих регионах России является наиболее серьезной проблемой сельского хозяйства. Она включает в себя водную и ветровую (дефляция) эрозию. Г.И. Швебс выделяет земледельческую, пастбищную и техническую эрозию [7]. Интенсивность эрозионных процессов определяется величиной склонового стока, гранулометрическим составом почв, крутизной поверхности, ее задернованностью, глубиной залегания грунтовых вод и базиса эрозии, условиями инфильтрации воды. Водная эрозия является процессом взаимодействия стекающих потоков и почвы, зависит от характера стока, его транспортирующих возможностей, она тесно связана с водностью, морфологическими условиями поверхности и свойствами подстилающих пород [7; с. 84]. Ее начальной стадией является поверхностно-склоновая эрозия.

Капли воды, падающие на поверхность почвы, вызывают разрушение почвенных агрегатов, то есть эрозию почвенной структуры. За счет силы удара капель происходит перемещение вниз по склону мельчайших почвенных частиц. При отсутствии значительных уклонов поверхности перемещения частиц почвы по склону не происходит.

Плоскостной смыв связан с ламинарным движением воды вниз по склону. При этом осуществляется перенос почвенных частиц и их переотложение в нижней части склона в виде делювиального плаща. Активность смыва возрастает с увеличением уклона поверхности. Переходным от плоскостного к линейному смыву является образование эрозионных борозд, то есть множества параллельных размывов на склонах.

По Г.И. Швебсу, овражно-русловая эрозия делится на эрозию, связанную с деятельностью временных водотоков (овражную) и постоянных водотоков (русловую). Наибольшее воздействие на земельные ресурсы оказывает овражная (линейная) эрозия, активно протекающая в зоне степи и лесостепи. Линейная эрозия происходит по схеме: эрозионная промоина – эрозионная рытвина – овраг – балка.

Интенсивность плоскостного смыва неодинакова на различных поверхностях. Так, по данным А.П. Шапошникова, смыва с взрыхленного пара при уклоне до 30– не происходит, при 60 – он составляет 0,01 т/га, при 90 – 1,28 т/га. [7]. Смыв со старопахотных земель больше, в связи с ухудшением водно-физических свойств почвенного покрова. Наименьший смыв фиксируется на задернованных склонах, так как растительность скрепляет частицы почвы, улучшает впитывающую способность почв, увеличивает шероховатость склона и замедляет скорость движения воды. При густой дернине скорость склонового стока обычно составляет не более 0,0015-0,010 м/сек [7]. При такой скорости плоскостной смыв не происходит. Интенсивность эрозии определяется также эрозионной устойчивостью почв, которая, по С.И. Сельвестрову, убывает от мощных черноземов к обыкновенным и выщелоченным черноземам, серым лесостепным и подзолистым почвам.

По данным М.А. Глазовской, с пахотных земель выносится с поверхностным и внутрипочвенным стоком значительно больше химических элементов, чем с целинных водосборов [2]. Обработка почвы снижает связность частиц и, следовательно, противоэрозионную устойчивость.

Однако традиционный взгляд на проблему почвенной эрозии в последнее время подвергается сомнению. Так, по мнению А.И. Скоморохова и Р.А. Кравченко, развитие оврагов – процесс циклический, то есть постоянно чередуются периоды вреза и заполнения. Активный рост оврагов зачастую прерывается аккумуляцией, которая может продолжаться до их полного исчезновения, или прерываться новой вспышкой эрозионной деятельности [4; с. 18].

Ветровая эрозия, или дефляция, так же как и водная, приводит к разрушению почвенного покрова. Важнейшими условиями для ее развития являются: наличие сильных и постоянных ветров; климатических условий с недостаточным увлажнением в течение года или сезона; уничтожение естественной растительности, приводящее к тому, что на поверхность выходит легко развеваемая почва. Дефляция характерна для пустынь, полупустынь, степи и лесостепи. В Воронежской области она временами проявляется в весеннее время, когда почва вспахана и лишена растительности.

Переувлажнение земель также местами является важной проблемой. Его диагностическими признаками по А.Б. Ахтырцеву и Б.П. Ахтырцеву являются: 1) наличие плоского недренированного полого-вогнутого рельефа; 2) отсутствие поверхностного стока; 3) наличие на небольшой глубине водоупора; 4) длительный застой вод; 5) развитие поверхностного или внутрипочвенного оглеения; 6) пестрота почвенного покрова; 7) влаголюбивая растительность; 8) наличие болот [1].

Причины переувлажнения имеют комплексный характер. Во-первых, наличие плоских слабодренированных территорий с затрудненным поверхностным стоком. Климатические и гидрогеологические условия способствуют сохранению на такой территории талых снеговых и дождевых вод, активизируя подъем грунтовых вод. Обычно переувлажнение развивается в случае близости к поверхности слабоводопроницаемых пород, например, глин или тяжелых суглинков, предопределяющих высокий уровень верховодки. К этому может привести также высокая распашка территории и изменение водопроницаемости почв, строительство водохранилищ, развитие орошения на плоских водораздельных пространствах, создание сети лесополос [1]. Значительную роль при этом играет формирование подплужной подошвы, формируемой тяжелой сельскохозяйственной техникой. В результате на глубине около 40 см появляется слой с пониженной водопроницаемостью и фильтрация поверхностных вод в нижележащие горизонты замедляется.

Загрязнение земель происходит в результате проникновения в почвы нехарактерных для нее веществ. Источниками загрязнения являются: промышленность (органические и неорганические отходы, тяжелые металлы); транспорт (нефтепродукты, бенз(а)пирен, тяжелые металлы); коммунально-бытовое хозяйство (твердые и жидкие отходы); сельское хозяйство (пестициды, минеральные удобрения в избыточных количествах, животноводческие стоки).

Наиболее опасным загрязнителем земель являются тяжелые металлы. Их поступление в почву происходит через атмосферу вместе с атмосферными осадками, из почвообразующих пород, в результате техногенного переноса. Накопление тяжелых металлов в черноземах происходит, в основном, в верхней части их профиля в связи с наличием здесь геохимического барьера. На нем за счет биогенной аккумуляции накапливаются: Mg, Na, Sr, Mn, Cu, Zn, Mo, Co, As, Нg, Ba, Pb и другие микроэлементы [5]. Основное поступление тяжелых металлов происходит с выбросами автотранспорта и промышленности, а также с удобрениями и ядохимикатами. В последнее десятилетие ведущее место в этом принадлежит автотранспорту, так как промышленное производство в нашей стране находится в кризисном состоянии, а применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве значительно снизилось.

Значительное негативное воздействие на почвы оказывает их загрязнение органическими и металлоорганическими соединениями связанное, с техногенными выбросами, а также с широким применением пестицидов. Многие из них длительно сохраняются в почвах (от нескольких месяцев до десятков лет), оставаясь токсичными и даже образуя более токсичные метаболиты.

Чрезвычайно опасны и некоторые органические компоненты техногенных выбросов (3,4-бенз(а)перен и др.), относящиеся к канцерогенным соединениям.

Необходимо иметь в виду, что почва, загрязненная токсикантами и их метаболитами, становится источником загрязнения растительных и животных продуктов, атмосферы и природных вод.

Загрязнение почв радиоактивными веществами обусловлено главным образом испытанием в атмосфере атомного и ядерного оружия, которое не прекращено отдельными государствами и на сегодня. Выпадая с радиоактивными осадками, 90 Sr, 137 Cs и другие нуклиды, поступая в растения, а затем в продукты питания и организм человека, вызывают радиоактивное заражение, обусловленное внутренним облучением.

Локальное радиоактивное загрязнение почв может возникнуть при аварийных ситуациях на атомных станциях. Путем подбора культур, применения минеральных удобрений, запахивания верхнего слоя почвы на глубину 40-50 см и других агротехнических приемов возможно устранение неблагоприятных последствий поступления в почву радиоактивных продуктов.

Переуплотнение почв , то есть уменьшение ее межагрегатной и агрегатной порозности и увеличение плотности до 1,4 г/см 3 . Главной причиной этого является использование на полях тяжелой сельскохозяйственной техники, что приводит к образованию подплужной подошвы с повышенной плотностью. Это препятствует свободной инфильтрации влаги в почве и приводит к ее переувлажнению.

Истощение почв связано со снижением доступности элементов минерального питания растений – биофилов: К, Mg, Ca, P и некоторых микроэлементов [6].

Дегумификация – процесс снижения содержания гумуса, особенно гуминовых кислот, который возникает, в основном, как следствие эрозии.

Подкисление почв возникает при внесении в почву избыточного количества минеральных удобрений или выпадении кислотных осадков.

Оглеение почв активизируется при застое вод и приводит к накапливанию восстановленных форм Fe и Mn.

Осолонцевание происходит при увеличении в почвенном поглощающем комплексе доли натрия. При этом повышается степень пептизируемости коллоидов и илистого вещества. Процесс связан с поступлением солей из почвообразующих пород, грунтовых и поверхностных вод при орошении земель

Деградация минеральной основы почв – процесс разрушения почвенных агрегатов и необратимого изменения минерального состава почв. Он протекает в результате потери естественных элементов питания растений, выноса из почвы тонкодисперсных частиц, агролессиваже.

Значительный ущерб также связан с отчуждением земель на несельскохозяйственные нужды связано со строительством и расширением городов и населенных пунктов, промышленных предприятий, дорог, различного вида путепроводов и т.п. Масштабы такого отчуждения весьма велики. В настоящее время под предприятиями, поселениями, транспортными сооружениями и коммуникациями связи находится около 60 млн.га.

Всё о дренаже

Мелиорация почвы производится с целью продуктивности и устойчивости земледелия, сохранение и повышение плодородности земель, формирование структуры земельных угодий.

Экологическая проблематика, связанная с осушением и орошением земель

гидротехническая мелиорация — системы по улучшению состояния неблагоприятного водного режима земли;
агролесомелиорация — лесохозяйственные мероприятия, которые направлены на улучшение гидрологических и климатических условий сельскохозяйственной местности;
культуртехническая мелиорация — система мероприятий направленная на улучшение ландшафтов;
химическая мелиорация — комплекс по улучшению химического и физического свойства почвы, включающий работу по известкованию, гипсованию и фосфоритования почвы с помощью специальных добавок.

Экологические проблемы, которые возникают из-за осушения почвы, можно подразделить на несколько направлений:

проблема осушительных мелиорации;
проблема оросительных мелиорации;
проблема рационального использования торфяно-болотных почв.

Несмотря на то, что мелиорация является комплексом мероприятий по преобразованию почвообразных и микробиологических процессов, регулирует водные, тепловые и питательные режимы. Нельзя допускать сильного осушения земель. Широкомасштабные мелиорации вызывают экологические изменения в почве, а также во флоре и фауне.

Процесс осушения негативно влияет на разнообразие видов растений и животных, которые приспособились в жизни в болотных экосистемах. Большое количество животных попало в красную книгу.

Проблемы влажных грунтов:

неплодородность почвы;
условия для роста плодово-ягодных деревьев не подходят для данного вида почвы;
наличие большого количества комаров.

Влияние мелиорации на землю и растения

Мелиорация приводит к:

усиленной аэрации почвы;
аэробным условиям разложения органических веществ;
поддержанию структуры почвы.

Избавление от лишней влаги на осушаемой территории обеспечит эффективное использование почвы для сельскохозяйственной деятельности. Осушение болот позволяет использовать почву. Она является начальным этапом для развития растений, как музыка для новорожденных, которая влияет на развитие организма.

Самое главное действие осушения — это аэрация почвы. Данное мероприятие понижает средний уровень грунтовых вод, уменьшается амплитуда колебаний, что в положительном ключе влияет на дыхательный процесс растений и повышает температуру в почве. В среднем температура за вегетационный период повышается от 2 до 6-ти градусов.

При повышении аэрации осушение будет благоприятно влиять на условия микробиологических процессов в почве. Анаэробный процесс сменится на аэробный, который будет сопровождаться минерализацией органики. Благодаря этому процессу почва обогатиться необходимыми веществами.

Процесс осушения водянистых болотных почв сможет обеспечить прочность для работы сельскохозяйственной техники.

Количество урожая на осушаемых землях будет намного выше. Урожайность повысится под влиянием мелиоративного полосного рыхления. Интенсивные агротехнологии позволят получать огромное количество урожая.

Какова роль осушения?

Считается, что воздух является плохим проводником тепла в части осушенной почвы. Состояние температуры на поверхностных слоях почвы колеблется в зависимости от времени суток. Днём она сильно нагревается, ночью охлаждается. На освоенных болотах происходят частые засухи, связанные с ранней осенней или весенней порой. Торфяная почва будет намного медленнее прогреваться в этот период.

Внимание! Чтоб подобрать правильную культуру или сорт растения необходимо учитывать климатические особенности и тепловой режим в почве.

Оттаивание торфяных почв происходит следующим образом:

за счёт тёплых подтапливаемых вод оттаивание происходит снизу вверх, закончится до конца схода снега;
почва будет оттаивать и снизу, и сверху, благодаря подогреву грунтовых вод и воздействию солнечных лучей;
оттаивание почвы будет происходить, когда грунтовые воды не поднимаются или отсутствуют.

Осушение также влияет на питательный режим почвы. Мобилизация питательных веществ, например, азота, во время осушения достаточно мала. Одно осушение почвы слабо отразиться на плодородии торфяных почв, что никак не поспособствует сокращению урожая.

Вещества, которые применяются в земле, являются отличным удобрением для растений. По результатам нитрификация в торфяных почвах происходит намного интенсивнее, чем без удобрения.

При достижении полного развития в вегетационный период, вымывания в почве незначительные. Минерализация питательных веществ происходит сразу же и усваивается растениями. Ранней весной и осенью происходит вымывание повышенных размеров из-за подавления микробиологических процессов.

Уменьшить потери можно в том случае, если торфяные почвы будут заняты растительным покровом в безморозный период. Это будет зависеть от структуры посева на освоенном болоте.

Что нужно знать?

Благодаря осушению на болотных массивах создаются оптимальные водный и воздушный режим почвы. При оптимальном режиме, который необходим для сельскохозяйственных культур, тепло, влага и воздух в соотношении создают аэробный процесс.

Процент влаги и содержания воздуха для разных типов растений:

для трав от -15 до 20% воздуха и 80-85% влаги;
для корнеплодов воздух должен составлять 30-40% и влага от 60-ти до 70%;
зерновым необходимо не менее 20-30% воздуха и 70-80% влаги.

Кротовой дренаж применяется на торфяных и тяжёлых глинистых почвах, который сочетается с керамическим или полиэтиленовым дренажем. Такой дренаж будут способствовать разрыхлению и повысит водопроницаемость почвы.

Понижение уровня грунтовых вод, который не достигает поверхности земли, обеспечит влажность почвы для сельскохозяйственных фигур во время вегетационного периода.

Осушение открытыми каналами применяют для регулировки режима почвенно-грунтовых вод. Для предварительной мелиорации используют строительный закрытый канал.

После сооружения дренажных конструкций можно посадить деревья и кустарники в почву для осушения. Многие из растений потребляют огромное количество воды. Растения, которые могут осушить участок это берёза, клён или ива. Из кустарников выделяют калину, бузину и шиповник.

Подводя итоги важно знать, что переизбыток воды в грунте — это не конец. Применение мелиорации поможет осушить землю и сделать её пригодной для выращивания растений. Создать прекрасные условия для роста овощных культур, плодово-ягодных деревьев и кустарников можно с помощью правильно сконструированного дренажа.

Не забывайте постоянно осматривать систему дренажа и очищать её с помощью сильного водного напора. Мусор, ил или грунт может забить трубы конструкции и привести к неисправности конструкции дренажа.

Орошение применяется издавна, чтобы обеспечить повышенный и устойчивый урожай. На 1995 г. площади орошаемых земель в мире составляют около 250 млн. га. Это всего лишь 17% пашни, но они обеспечивают около одной трети всех продуктов земледелия.

Большинство древних цивилизаций основывалось на орошаемом земледелии.

XX столетии, когда площадь орошаемых земель в мире выросла в 5- 6 раз. В начале XX в. площадь орошаемых земель в мире не превышала 40 млн. га. Наиболее интенсивный рост площадей орошения был в 1950-1960 гг., но затем он замедлился, а в некоторых странах, например в США, стал отрицательным. Прирост орошаемых площадей в мире в течение XX в. превысил прирост численности населения и был, таким образом, важным фактором в решении проблемы продовольствия.

Имеется несколько причин современного снижения темпов развития орошения:

высокая стоимость новых проектов, в среднем не менее 1000- 2000 долларов США за гектар;
невыгодность вложения средств в проекты орошения по сравнению с другими областями инвестиций;
дефицит водных ресурсов;
дефицит подходящих земель;
потеря орошаемых территорий вследствие засоления, заболачивания и подтопления почвы;
деградация оросительных систем.

На территории бывшего СССР заметный прирост орошаемых площадей, происходивший в течение 1955-1985 гг. резко остановился во второй половине 1980-х гг., сначала вследствие протестов экологических движений, полагавших, что в конечном итоге гидромелиоративные проекты приносят больше вреда, чем пользы, а затем из-за отсутствия средств вследствие деградации экономики.

Особенности развития орошения и сопутствующие ему проблемы ассоциируются с тремя основными геоморфологическими типами земель (в основном на материале Средней Азии):

а) Высокие и приподнятые подгорные равнины, первые террасы рек.

Обычно они состоят из водопроницаемых отложений, таких как песок или гравий. Поэтому они не нуждаются в искусственном дренаже, а почвы не подвержены засолению. Это районы традиционного устойчивого орошения, существовавшего в течение столетий и даже тысячелетий.

б) Низкие подгорные равнины, межгорные депрессии, вторые и третьи террасы древних озер и рек. Они сложены лессами, суглинками, глинами и не обладают достаточными дренирующими свойствами. Почвы содержат значительные запасы солей. Эти территории нуждаются в искусственном дренаже из-за опасности засоления и заболачивания почв.

в) Морские и внутриконтинентальные дельты, низкие равнины и депрессии, террасы в низовьях рек. Они сложены глинами и суглинками и практически не обладают естественным дренажом. Подземные воды - соленые и залегают близко к поверхности. До начала развития ирригации необходимо промыть почвы и построить глубокий дренаж. В большинстве случаев резервы земель для орошения располагаются именно на таких территориях, что делает новые проекты орошения весьма дорогими, и со значительными сопутствующими экологическими проблемами.

Орошение - это, безусловно, благо для человечества, но одновременно оно приносит серьезные проблемы, прежде всего, геоэкологического характера. Превращение естественного ландшафта в агроэкосистему всегда приводит к очень глубоким преобразованиям состояния и режима территории. Это еще более верно, когда естественный ландшафт превращается в систему орошения, то есть в новую, почти полностью искусственную инженерную систему. Ведущие процессы коренным образом изменяются: вместо малого количества воды, поступающей с атмосферными осадками, что характерно для засушливых областей, поле получает большое количество воды. В результате изменяется основной тип водного режима почвы: вместо непромывного режима, когда воды не промачивают ежегодно почвенный профиль, возникает промывной режим, при котором происходит ежегодное, обычно многократное промачивание почвы.

Изменяются все особенности режима почвы, в том числе условия миграции химических соединений, а затем и физические свойства почвы.

При значительном развитии ирригации не только отдельное поле или оросительная система претерпевают глубокие геоэкологические изменения, но они захватывают речные бассейны, включая такие крупные как Нил, Колорадо, Инд или Амударья.

Опыт показывает, что какая бы территория ни находилась под влиянием орошения, будь это речной (озерный) бассейн, оросительная система, или поле, она приобретает тенденцию к деградации, и требуются постоянные, энергичные меры, поддерживающие ее устойчивость и, таким образом, контролирующие ситуацию. Существует масса примеров этого как из прошлого, так и из настоящего. Природа ничто не отдает бесплатно: чем больше ее нарушаешь, тем больше надо платить за это.

Основная задача ирригации - поддержание оптимальной влажности почвенного слоя для развития растений; орошение, этот главный пользователь воды в мире, забирает до 80% всей используемой воды.

С точки зрения ресурсов, главная проблема состоит в малой эффективности использования воды. Коэффициент полезного действия для поля или оросительной системы есть отношение объема используемой растениями воды к объему забираемой воды. Он сильно варьирует, в зависимости от многих условий, но в целом можно сказать, что обычно к.п.д. находится в пределах 0,4-0,6, часто и того ниже.

Существует много причин неэффективного использования воды. Одна из них, может быть, главнейшая, в том, что цена за воду (если она вообще есть) намного ниже, чем ее социальная стоимость. Во многих случаях и во многих странах вода для орошения бесплатна, или же она ниже даже затрат на поддержание систем орошения, не говоря уже о капитальных затратах. В результате воду не берегут, и чрезмерное расходование воды типично для большинства оросительных систем мира, независимо от типа экономики.

Непропорционально высокое расходование воды, превышающее потребности растений, приводит к неблагоприятным геоэкологическим последствиям.

Главное из них - подъем уровня грунтовых вод вследствие избыточного количества оросительной воды при недостаточно эффективном или отсутствующем дренаже. Это приводит к подтоплению или заболачиванию территории. (При подтоплении уровень грунтовых вод находится очень близко к поверхности почвы, а при заболачивании вода стоит на ее поверхности.)

Кроме того, соли, вымываемые из почвы, вместе с солями, находящимися в значительном количестве в грунтовых водах, оказываются в пределах почвенного профиля, вызывая тем самым чрезвычайно неблагоприятный для земледелия процесс - засоление почв. Предотвращение засоления заключается в обеспечении хорошего дренажа почв, то есть в обеспечении отвода избыточного количества воды. Существуют земли с хорошим естественным дренажом. Обычно это территории традиционного орошения. В остальных случаях необходимо строить инженерные системы дренажа. Для удешевления строительства это не всегда делается, но скупой, как известно, платит дважды, потому что мелиорация засоленных почв обходится дороже, чем первоначальное сооружение дренажа.

Примерно четверть орошаемых площадей мира в той или иной степени засолена, и очень большие территории совершенно выведены из обращения как прошлыми цивилизациями, так и в результате хозяйствования последних десятилетий.

Если главной геоэкологической проблемой ирригации на уровне поля или оросительной системы является проблема заболачивания и засоления почвы, то основной проблемой на уровне речного бассейна является значительное увеличение транспорта растворенных солей. По оценкам Н.Ф.Глазовского, общий перенос солей с дренажными водами с орошаемых полей мира составляет 2 млрд. т в год. Этот перенос стал одним из основных компонентов глобальных био- геохимических циклов. Для сравнения, естественный транспорт растворенных веществ с речным стоком мира составляет 3 млрд. т в год.

При грамотном планировании развития орошения необходимо учитывать вновь возникающие потоки растворенных веществ. Это делается на основе анализа уравнений водно-солевого баланса, современного и проектируемого.

С этой точки зрения, каждая территория уникальна, и перспективное планирование водно-солевого баланса требует междисциплинарных знаний, а управление большими орошаемыми территориями должно быть фактически сочетанием науки и практического опыта.

Развитие орошения, особенно в тропических странах, обычно сопровождается рядом социальных последствий. Одно из наиболее важных - рост болезней, связанных с переносчиками, таких как малярия, шистосоматоз или онкоцеркоз. Другие последствия - это ухудшение качества питьевой воды и заболачивание (подтопление) населенных пунктов вследствие неэффективного управления орошаемыми массивами.

Геоэкологические проблемы орошения указывают на необходимость учета полной стоимости ирригации, которая бы включала не только затраты на строительство и эксплуатацию оросительных систем, но и стоимость ухудшения состояния окружающей среды, затраты на решение экологических вопросов и социально-экономических проблем. Такая полная стоимость, несмотря на очевидные трудности подобных расчетов, помогла бы оценивать действительную эффективность проектов оросительных систем. Таким образом, орошение будет рассматриваться не как привлекательный и недорогой способ увеличения производства продуктов сельского хозяйства, а, как и в случае с сельскохозяйственными химикалиями, как обоюдоострый меч, с которым надо обращаться с осторожностью, потому что он может принести как добро, так и зло.

Анализ антропогенных факторов изменения состояния почв и использования земель мира говорит о том, что педосфера как основа живого вещества Земли, как критическое звено в глобальных биогеохимических циклах, как основной источник продовольствия для быстро растущего населения мира, находится под угрозой. Деградация педосферы - одна из самых серьезных, долгосрочных геоэкологических проблем мира, потому что нигде более разрушение систем жизнеобеспечения Земли не зашло так далеко. Имеются более видимые и более впечатляющие общемировые проблемы, встречаются очень острые локальные проблемы, и они привлекают внимание.

Тревожное состояние ресурсной базы сельского хозяйства можно видеть в большинстве стран мира, от самых богатых и развитых до наиболее обнищавших. Казалось бы, можно полагать, что сельское хозяйство США - это блестящая демонстрация того, что может быть достигнуто при весьма благоприятных природных условиях, умелых, трудолюбивых и предприимчивых фермерах, значительных вложениях со стороны науки и техники в виде постоянно совершенствующихся машин, химикалиев, семян и пр. и благоприятной ситуации на мировом рынке сельскохозяйственных продуктов. И действительно, успехи весьма впечатляющие. Но нужно также помнить, что успехи американского сельского хозяйства идут во многом за счет потерь почвенных ресурсов, то есть вследствие его геоэкологической неустойчивости.

Известно, что половина толщины почвенного слоя штата Айова исчезла за последние 150 лет. Говорят, что один мешок произведен-

ного зерна кукурузы в этом штате уносит с собой вследствие эрозии два мешка почвы. Поэтому достижения в земледелии Айовы все более основываются на технологии и все менее на естественном плодородии почв. Но если столь значительная степень деградации характерна для штата и страны, располагающих высококлассной Службой охраны почв, то что говорить о большинстве стран? Выше приводился пример Индонезии, где весь прирост сельского хозяйства происходит из-за потери плодородия почв, и это не самый худший пример. Об антропогенной деградации почв России и бывшего СССР уже говорилось. Четыре самые крупные сельскохозяйственные страны мира, США, Китай, Индия и бывший СССР, используют несколько меньше половины пахотных земель мира, но потери от эрозии и засоления почв превышают 50% общемировых потерь.

Геоэкологическая неустойчивость агроэкосистем отмечается на всех иерархических уровнях. Существует очень много примеров деградации почв на уровне поля вследствие эрозии, засоления, загрязнения, уплотнения почв. На уровне водосбора проявляются в основном проблемы химического характера, такие как увеличивающийся транспорт растворенных солей реками или рост концентрации нитратов в источниках водоснабжения. На глобальном уровне - нарушения, в основном, в социально-экономической сфере, но природные процессы также испытывают неблагоприятные воздействия. Например, животноводство Нидерландов в значительной степени зависит от производства корнеплодов (ямса, маниоки и пр.) в странах юго-восточной Азии, таких как Индонезия или Таиланд. В результате усиливается разрушение ресурсной базы в странах-производи- телях маниоки вследствие, например, эрозии почв, и возрастает загрязнение воды и почвы в Нидерландах вследствие избытка навоза, превышающего естественную способность его переработки на голландской территории.

Несмотря на продолжающееся ухудшение ресурсной базы сельского хозяйства, растущее население мира должно быть обеспечено питанием. Необходим переход к экологически устойчивому сельскому хозяйству. Стратегия перехода весьма сложна и требует очень больших усилий даже для ее разработки, не говоря уже о выполнении. В сложной системе, какой является сельское хозяйство, элементы стратегии могут быть весьма далеки от состояния почв, но могут привести к желаемым результатам. К ним относятся эффективное управление численностью населения, оптимизация качества питания взамен максимизации объема производства, устранение или снижение государственных субсидий сельскому хозяйству.

Наряду с социально-экономическими элементами стратегии перехода к экологически устойчивому сельскому хозяйству, существуют экологически благоприятные методы ведения хозяйства. Они основаны на минимизации чуждых для природы агротехнических приемов, таких как применение пестицидов или минеральных удобрений. Это так называемое органическое земледелие. Его также называют биологическим, или экологическим (organic, biological, ecological farming). В среднем такой метод ведения хозяйства приносит меньшие урожаи, но их продукты отличаются высокими питательными качествами. Вследствие более высоких цен на такие продукты органическое земледелие может приносить не меньше дохода, чем высокотехнологичное сельское хозяйство.

Однако доля площади, обрабатываемой с применением органического земледелия, не превышает нескольких процентов даже в передовых странах. При этом отмечается определенная, хотя и слабая, тенденция к росту. В качестве переходной, или компромиссной стратегии можно рассчитывать на снижение количества вносимых химических веществ (удобрений и пестицидов), более эффективное их применение, более эффективное управление оросительными системами, разумное ограничение в строительстве новых оросительных систем, применение менее тяжелых машин за более короткое время и пр.

Мы уже приводили пример Нидерландов, где за 10 лет (1983— 1993 гг.) уровень применения минеральных удобрений сократился на 47%, оставаясь при этом все же очень высоким (560 кг/га). При высоком уровне применения удобрений растения слабо реагируют на сверхвысокие дозы, и потому экономичнее снизить интенсивность применения удобрений, получив в то же время несколько более низкий урожай. Меньшая масса применяемых удобрений приводит также к снижению уровня загрязнения окружающей среды (воды и почвы). От этой стратегии еще очень далеко до органического земледелия, но тенденция эта правильная, и она характерна для большинства развитых стран.

Человечество достигло многого в производстве продуктов питания. Но цена была столь высока, что пришлось занимать ресурсы у внуков. Больше занимать нельзя. Более того, пришло время отдавать, и единственный путь к этому - общемировая трансформация сельского хозяйства в духе концепции устойчивого развития.

Ирригация (активное орошение) - это необходимый для земледелия автоматический полив земли, используется для выращивания сельскохозяйственных культур в засушливых районах и территориях, подвергшихся естественному или искусственному осушению почв.
История появления ирригационных систем.

Содержание

Введение……………….
Ирригация……………
История ирригаций………….
Способы ирригаций (орошения) ……..
Современные технологии ирригаций
Осушительная мелиорация
Мелиорация и осушительная мелиорация
Принцип осушения сельскохозяйственных земель
Экологические аспекты
Последствия применения систем ирригаций и негативные аспекты ирригации
Положительные и отрицательные аспекты осушительной мелиорации……………………………………………………………
Заключение……………….
Список использованной литературы

Работа содержит 1 файл

тема3.docx

Мелиорация (улучшение) земель является важной составляющей природообустройства. Мелиорация — это коренное изменение компонентов природы для повышения потребительской стоимости (полезности) земель. Мелиорация приводит к фундаментальному длительному изменению природных условий, сохраняющемуся десятки и сотни лет.

Осушительные мелиорации — это мероприятия, задача которых — регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов избыточно увлажненной территории путем устранения избытков воды в почве для повышения плодородия земель и урожайности сельскохозяйственных культур.

Режим осушения — это поддерживаемый мелиоративными мероприятиями оптимальный водно-воздушный режим почвы. Он характеризуется следующими основными показателями: аэрацией почвы, ее влажностью, нормой осушения, критической глубиной залегания грунтовых вод, допустимой продолжительностью затопления. Оптимизация перечисленных величин ведет к тому, что культурные растения получают оптимальное для них количество влаги, воздуха, тепла и пищи.

Нормой осушения называется глубина, на которую должен быть понижен уровень грунтовых вод от дневной поверхности, чтобы обеспечить оптимальные условия для развития растений. Это одна из важнейших характеристик водного режима.

Оптимальная норма осушения неодинакова в различные периоды развития культурных растений. Обычно различают следующие периоды для определения нормы осушения: предпосевной, начало вегетации, весь период вегетации.

Принцип осушения сельскохозяйственных земель

Принцип осушения сельскохозяйственных земель — это принцип воздействия на факторы увлажнения корнеобитаемого слоя. Он определяет выбор конструкции системы, расположение осушительной сети в плане. В зависимости от пути, по которому вода отводится с осушаемой территории, различают пять принципов осушения. Каждому типу водного питания отвечает свой принцип,

Способ осушения назначают исходя из принципа осушения; каждому принципу может отвечать несколько способов. Таким образом, под способом осушения можно понимать практическое осуществление принципа осушения с учетом технической, хозяйственной и экономической целесообразности. Основные способы осушения следующие:

при атмосферном ТВП — устройство собирателей (каналов), искусственных ложбин, закрытых собирателей, проведение агромелиоративных мероприятий (кротование, рыхление подпахотного слоя почвы, грядова-ние и т. д.);
при грунтовом и грунтово-напорном ТВП — устройство осушителей (каналов), дрен, глубоких каналов, разгрузочных скважин, вертикального дренажа;
при склоновом ТВП — устройство нагорных каналов, проведение противоэрозионных мероприятий на склонах;
при намывном ТВП — регулирование русл рек (спрямление, углубление и др.), регулирование речного стока (устройство водохранилищ, перехват притоков рек каналами и др.), строительство дамб.

В результате осушения понижается содержание влаги в почве, увеличивается аэрация. Изменение водно-воздушного режима влияет на свойства почвы, почвенные процессы протекают в новом направлении. Осушение не просто удаляет избыток влаги, оно изменяет процесс почвообразования и характер почвы.

Осушительной системой называют комплекс инженерных сооружений и устройств, создающих необходимые условия для улучшения водного режима переувлажненных земель. В состав осушительной системы входят: осушаемые земли, регулирующая, ограждающая и проводящая сети, водоприемник, гидротехнические сооружения, дорожная сеть, лесополосы, эксплуатационная сеть.

Осушительная система состоит из следующих элементов:

а) регулирующей сети (осушители, тальвеговые каналы, борозды);

б) проводящей сети (транспортирующие собиратели, магистральные каналы разных порядков);

в) ограждающей сети (нагорные, ловчие каналы);

г) водоприемников (реки, крупные ручьи и озера);

д) гидротехнических сооружений на регулирующей, проводящей и ограждающей сети;

е) дорожной сети с транспортными сооружениями;

ж) противопожарных и природоохранных устройств;

з) осушаемых земель.

Регулирующая сеть (осушители, собиратели, скважины вертикального дренажа) служит для сбора и удаления с территории избыточных поверхностных и грунтовых вод, являющихся причиной переувлажнения территории.

Ограждающая сеть (нагорные и ловчие каналы, дамбы) предназначена для защиты осушаемой территории от поверхностных или грунтовых вод, притекающих извне. Иногда (при склоновом и намывном ТВП) ограждающая сеть выполняет функции регулирующей.

Проводящая сеть (магистральный канал, коллекторы) связывает регулирующую и оградительную сети с водоприемником, транспортирует воду за пределы осушаемой территории.

Водоприемник (река, озеро, балка) служит для приема воды, собираемой с осушаемой территории.

Гидротехнические сооружения ( шлюзы, перепады, смотровые колодцы) предназначены для управления потоком воды при ее отводе или перераспределении.

Дорожная сеть (дороги, переезды, мосты) необходима для беспрепятственного передвижения.

Экологические аспекты
1. Последствия применения систем ирригации и негативные экологические аспекты ирригации
Самое распространенное и неприятное явление при орошении - это засоление почв. В почвах и подстилающих их грунтах много легкорастворимых солей. В результате утечек воды из каналов и подачи на поля чрезмерного количества воды начинает подниматься уровень грунтовых вод. От этого уровня по системе капиллярных пустот к поверхности почвы поступает вода и включается в процесс испарения. Грунтовая вода, промочив толстый слой подпочвы и почвы, выносит к поверхности растворы солей, которые после испарения остаются вблизи или на поверхности почвы. Почва таким путем засоляется, меняет свои свойства и структуру и теряет плодородие. На месте оазиса возникает засоленная пустыня, созданная руками человека. Когда-то в личных владениях царей Романовых в Голодной степи, где управляющие царским имением учинили такой переполив, что быстро превратили в бесплодные солончаки десятки тысяч гектаров земли. Уже в наше время, бездумная ирригация привела к известной всем экологической и социальной катастрофе связанной с использованием в качестве источника пресной воды рек Амударьи и Сырдарьи, которое нарушило питание Аральского моря и привело к его осушению и дальнейшему засолению почв региона.
Нельзя сказать, что ситуация сильно изменилась за прошедшее время, за исключением того, что орошаемая территория сейчас сильно расширилась, и это привело к столь же большому расширению площади заселяемых земель. В целом в России значительная часть орошаемых земель засолена или засоляется. Не лучше обстоят дела и в других странах; в США, например, засолению подвержено около 40% орошаемых земель. Таким образом, из 260 млн. га орошаемых во всем мире земель до 100 млн. га требует проведения мероприятий по рассолению или защите от засоления. Много засоленных земель заброшено. Во всем мире заброшенных из-за ирригации засоленных земель в настоящее время больше чем орошаемых, так как при бездренажном орошении и без использования специального севооборота 70-80% орошаемых земель полностью или частично теряют плодородие. В грунтах подчерноземами практически повсеместно установлено существование 3-5 древних солевых и солонцеватых горизонтов, которые свидетельствуют о прошлых увлажнениях этих территорий. Поэтому переполив и потери воды из оросительных систем на глубокое просачивание - это основная проблема орошаемых черноземах. Подъем уровня грунтовых вод до 2-2,5 м от поверхности приводит к быстрому засолению почвы и выходу ее из земельного пахотного фонда.
В настоящее время считается, что наиболее эффективным решением проблемы засоления почв является хороший дренаж, который позволяет опустить уровень грунтовых вод гораздо ниже уровня залегания корней. При этом ирригационная вода вымывает соли из верхнего слоя почвы, восстанавливая её плодородие.

Оросительное земледелие вызывает целую цепь негативных экологических последствий. Главными из них являются:
- ирригационная эрозия;
- накопление агроирригационного культурного горизонта почв;
- вторичное засоление грунта и почвы;
- заболачивание грунта и почвы;
- загрязнение поверхностных и по дземных вод;
- обмеление рек;
- оседание рельефа местности.
Вторичное засоление — главное последствие орошения земель в условиях аридного климата. Оно связано с подъемом минерализованных грун товых вод к земной поверхности. Грунтовые воды, содержащие соли, начинают при этом интенсивно испаряться, в результате чего почва насыщается избыточным количеством солей. Острая экологическая проблема орошаемого земледелия — загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Это результат полива угодий и использования воды для рассоления почв. Большинство рек, воды которых используются для орошения имеют минерализацию 0,2—0,5 г/л. В настоящее время их минерализация возросла в 10 раз, что привело к росту вторичного засоления. Проблемы засоления почв и вод усугубляются применением минеральных удобрений.

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).

Сводная таблица основных видов и способов мелиорации

Виды меллиорации

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.

Поверхностное, подпочвенное, лиманное орошение, дождевание

Открытый способ, закрытый дренаж, обвалование

Снегозадержание, снегонакопление, уплотнение снега, задержание талых вод

Лесонасождения на полях, горных склонах, орошаемых землях и песках

Кустарниковые и травянистые

Использование псаммофитов и кустарников для закрепления песков

Борьба с эрозией

Регулирование поверхностного стока, выпоса скота, закрепление оврагов, почвозащитные методы

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.).

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.

Читайте также: