Эколого-мелиоративные проблемы орошаемых земель голодностепского массива

Значительные объемы технологических потерь воды в оросительной сети и на полях орошения неизбежно приводят к засолению и осолонцеванию орошаемых земель и загрязнению водных источников.

Анализ развития орошаемого земледелия в Казахстане показывает, что при сложившейся тенденции устойчивого сокращения водных ресурсов и ухудшения их качества,  проблемы экономного  расходования  воды на  орошение  приобретают не менее важное значение, чем использование дополнительных источников орошения  (подземных и дренажно-сбросных вод). Например, во второй половине ХХ века сельско- хозяйственными культурами использовалось только 40-45% забираемой воды из оросительных систем, а остальная часть расходовалась на фильтрацию, испарение и сброс[1, 2]. Значительные объемы технологических потерь воды в оросительной сети и на полях орошения неизбежно приводят к засолению и осолонцеванию орошаемых земель и загрязнению водных источников.

Аналогичная картина наблюдается и в Махтааральском районе Южно- Казахстанской области. В зависимости от климатических условий и вида возделываемых культур каждый гектар в Махтааральском районе должен получать от 5 до 8 тыс м3/га воды. Однако в настоящее время фактические размеры водоподачи на орошаемые земли меньше, чем требуемые оросительные нормы.

Эффективность орошения главным образом предопределяется техническим уровнем оросительной системы, т.к. неудовлетворительное техническое состояние оросительных систем и орошаемых земель неизбежно приводят к переполиву или не дополиву сельскохозяйственных культур. В результате этого резко ухудшается почвенно- мелиоративное состояние орошаемых земель, замедляются темпы роста сельскохо- зяйственных культур и снижение продуктивности орошаемого гектара.

На основе количественных показателей КПД магистральных и межхозяйственных каналов, внутрихозяйственной оросительной сети, техники полива устанавливается КПД оросительной системы или коэффициент использования воды (КИВ) на орошаемых землях (отношение объемов накопления воды в корнеобитаемом слое почв к водозабору из источников орошения). Согласно данным Южно-Казахстанской ГГМЭ, КПД магистрального канала Достык изменяется в пределах 0,8-0,85 [3]. Средневзвешанный КПД систем межхозяйственных и внутрихозяйственных каналов по Махтааральскому массиву составляет 0,69, Жетысайскому – 0,71, Асык-Атинскому – 0,57 (таблица 1)

Таблица 1 – Показатели КПД оросительной сети в Махтааральском районе 

        Показатели КПД оросительной сети в Махтааральском районе

Установлено, что в условиях Махтааральского района, при поливах сельскохозяйственных культур потери воды на сброс, испарение и инфильтрацию доходят до 30% от размеров водоподачи на поле. Следовательно, КПД элементов техники полива составляет 0,7. Используя данный параметр, расчетным путем определены показатели КПД оросительной системы по массивам и в целом Махтааральскому району (таблица 2).

Таблица 2 – КПД оросительной системы по массивам орошения и Махтааральскому району

 КПД оросительной системы по массивам орошения и Махтааральскому району

Выход из строя СВД и ухудшение технического состояния КДС привело к снижению дренированности орошаемых земель, что не обеспечивает отвод инфильтрационных вод за пределы массивов (таблица 3). Например, в 2008 году, при объеме потерь воды 426,5 млн. м3 или 3073 м3/га, объем отведенных коллекторами вод составил 158,6 млн.м3.. В результате объем не отведенных инфильтрационных вод составил 267,9 млн. м3 или 1931 м3/га. Аналогичная ситуация имеет место и в 2009 году.

Таблица 3 – Объемы дренажно-сбросных вод 

Объемы дренажно-сбросных вод

В условиях Голодностепского массива главным фактором, оказывающим влияние на эколого-мелиоративное состояние орошаемых земель являетсяуровень залегания и минерализация грунтовых вод. Обобщение имеющихся материалов показало, что прекращение работы скважин вертикального дренажа и ухудшение технического состояния открытых коллекторов предопределило интенсивный подъем уровня грунтовых вод (таблица 4).

Таблица 4 - Распределение орошаемых земель по глубине залегания грунтовых вод, тыс.га/% от общей площадей

  Распределение орошаемых земель по глубине залегания грунтовых вод, тыс.га/% от общей площадей

Сравнительный анализ приведенных данных показывает, что с уменьшением дренированности территории происходит снижение площадей орошаемых земель с уровнем залегания грунтовых вод более 2 м. В 1994 году, когда работали СВД, площадь орошаемых земель с глубиной более 2 м составляла 93,7%, а в настоящее время - 47,5%.

Пределы использование грунтовых вод на субирригацию и их влияние на эколого-мелиоративное  состояние  орошаемых  земель  зависят  от  их      минерализации.

Анализ имеющихся материалов показывает, что снижение дренированности орошаемых земель оказывает влияние не только на уровень грунтовых вод, но и на  их минерализацию.

В период работы СВД и КДС в полном объеме, площадь орошаемых земель с пресной грунтовой водой (до 3 г/л) составила 54,9% от общей площади орошаемых земель (таблица 5). В дальнейшем, с выходом из строя СВД и ухудшением технического состояния КДС, произошло снижение площадей орошаемых земель с пресной грунтовой водой, и в 2009 г составила 25,2%. 

Таблица 5 – Распределение орошаемых земель по минерализации грунтовых вод, га

 Распределение орошаемых земель по минерализации грунтовых вод, га

Из представленных материалов видно, что в 1994 году площадь орошаемых земель с минерализацией 3-5 г/л и более составила 56727 га или 45,1%, а в 2009 году – 103813 га или 74,8%.

Снижение дренированности орошаемых земель, подъем уровня залегания минерализованных грунтовых вод, а также высокая минерализация оросительной воды с низким качеством приводит к усилению деградационных процессов в корнеобитаемом слое почв (рисунок 9). Мониторинг за изменением физико-химических свойств орошаемых почв, выполненный Южно-Казахстанской гидрогеолого-мелиоративной экспедицией, показал, что под воздействием антропогенных (систем орошения) и природных факторов происходят качественные и количественные изменения в структуре корнеобитаемого слоя почв. В частности большими темпами изменяется органо- минеральный состав почв, особенно солевой режим, находящийся в функциональной зависимости от технического состояния оросительных систем и их водообеспеченности, режима грунтовых вод и орошения.

Опыт эксплуатации оросительных систем показывает, что динамика солевого режима почв зависит не только от технического состояния оросительной и коллекторно- дренажной сети, но и технологии орошения, водообеспеченности орошаемых земель. В таких случаях эффективность орошаемого земледелия зависит от водности источников орошения, технического состояния оросительной сети, технологии орошения, культуры земледелия (агротехники, ротации сельхозкультур, системы удобрений) и совершенства службы эксплуатации оросительных систем. Поэтому в сложившейся ситуации на орошаемых землях Голодностепского массива, несоблюдение технологии полива сельскохозяйственных культур, низкого технического состояния оросительных сетей и КДС, нерабочих СВД, роста минерализации оросительных вод произошло усиление темпов протекания деградационных процессов (рисунок).

Сравнительный анализ степени засоления почв, отобранных с различных мест орошаемых земель Голодностепского массива в 1982-1987 г и 2005-2009 года показалусиление темпов протекания процессов засоления почв.

 Засоленные и солонцеватые почвы

Рисунок  -Засоленные и солонцеватые почвы 

Результаты исследований КазНИИВХ, проведенных в 80-егоды прошлого века показали, что в 72% проб отобранных в различных местах Голодностепского массива, содержание токсичных солей и ионов хлора не превышали порог токсичности, а в 13% пробах – почвы имели слабоезасоление, в 8% - среднее и на 5% проб - сильное.

Для характеристики солевого режима орошаемых земель Казахстанской части Голодной степи в таблице 6 приведено содержание общих запасов солей, запасов токсичных солей и ионов хлора.Результаты исследований показали, что увеличение токсичных солей в верхнем 0-40 см слое по Голодностепскому массиву составляет всего 1,9 т/га.

 Таблица 6 – Изменение запасов солей в корнеобитаемом слое за период с 1985 по 2009 гг 

 Изменение запасов солей в корнеобитаемом слое за период с 1985 по 2009 гг

Из приведенных данных видно, что в корнеобитаемом слое почв интенсивно накапливаются ионы хлора, которые являются наиболее токсичными элементами. При этом установлено, что в 0-40 см слое их запасы возросли в 2 раза или на 1,2 т/га. В 0-100 см слое их запасы возросли на 81% или на 2,5 т/га. Причиной быстрого накопления токсичных хлоридов является близкое залегание грунтовых вод, их легкорастворимость и низкая сорбционная способность. Накопительный характер солей в корнеобитаемом слое почв предопределил рост площадей засоленных орошаемых земель (таблица 7).

Таблица 7 – Динамика степени засоления почвогрунтов (в слое 0-100 см) по административным районам   за период 1995-2008г.

 Динамика степени засоления почвогрунтов (в слое 0-100 см) по администра- тивным районам   за период 1995-2008г.

В условиях орошения одной из причин ухудшения почвенно-мелиоративного состояния орошаемых земель является осолонцевание почв, поэтому рассмотрена динамика катионного состава ППК за 25 лет (таблица 8) 

Таблица 8 – Почвенно-поглощающий комплекс почв Голодностепского массива

 Почвенно-поглощающий комплекс почв Голодностепского массива

Сравнительный анализ приведенных данных показывает, что в корнеобитаемом слое почв протекают процессы магниевого осолонцевание почв. При этом анализ 25 летних данных показывает снижение запасов катиона кальция в 0-60 см слое на 1,2 мг-экв, натрия на 0,23 мг-экв, а катионы магния  увеличились на 1,2 мг-экв.

Таким     образом,     результаты     анализа     почвенно-мелиоративного    состояния орошаемых земель Голодностепского массива показали:

  • ухудшение физического состояния почв;
  • снижение дренированности орошаемых земель;
  • подъем уровня грунтовых вод выше критических глубин;
  • засоление почвы;
  • осолонцевание почвы;
  • возможность использования коллекторно-сбросных вод на орошение и промывку.

В сложившейся эколого-мелиоративной ситуации в Голодностепском массиве орошения показывает, что проблему устойчивого развития орошаемого земледелия можно решить путем:

  • технического перевооружения оросительной сети и сооружений;
  • улучшение физико-химических свойств почв (рыхление, рассоление, рассоло- нцевание, внесение органических и минеральных удобрений);
  • усовершенствование и внедрение водосберегающих технологий орошения;
  • усиление дренированности орошаемых земель;
  • утилизация грунтовых и дренажно-сбросных вод путем использования их на орошение и субирригацию;

Повышение водообеспеченности орошаемых земель и утилизации грунтовых вод можно достичь путем согласования режима работы дренажа (вертикального, горизонтального) с режимом орошения, т.е. путем интегрированного управления поверхностными и грунтовыми водами. Например, расширение диапазона работы горизонтального дренажа, путем строительства подпорных сооружений, создаст условия для интегрированного управления поверхностными и подземными водами, увеличения водообеспеченности орошаемых земель за счет использования фильтрационных вод на субирригацию. Эти процессы лучше регулируются на фоне вертикального дренажа за счет согласования режима его работы с глубиной залегания грунтовых вод.

К сожалению, методам интегрированного управления поверхностными и грунтовыми водами не уделялось должного внимания, поэтому противофильтрационные мероприятия чаще использовались в тех местах, где их эффективность невелика, а в местах острой необходимости они обычно не применялись. По этой причине работы по реконструкции оросительных систем не обеспечивали предполагаемого уровня экономии воды и роста урожайности возделываемых культур, а сама идея экономии воды себя дискредитировала, так как не улучшала состояния орошаемых земель.

  • На слабозасоленных и склонных к засолению орошаемых землях, где минерализация грунтовых вод возрастает до 5 г/л и становится слабопригодной для растений, проблему экономии воды следует решать преимущественно за счет повышения КПД оросительной сети и техники полива.
  • На засоленных землях, где минерализация грунтовых вод превышает 5 г/л и становится физиологически непригодной для растений, уровень грунтовых вод в течение вегетационного периода необходимо поддерживать глубже зоны влияния капиллярной каймы, т.е. ниже 2,5 м от поверхности земли. На таких землях нормы дренирования (естественные, искусственные) находятся в прямой зависимости от КПД оросительной сети и техники полива, а капиталовложения на противофильтрационные мероприятия следует определять за минусом затрат, которые необходимо вкладывать на выполнение работ по повышению работоспособности дренажа, утилизации дренажно-сбросных вод.

На современном этапе эксплуатации оросительных систем, когда водность источников орошения стабильно снижается, особенно в бассейнах трансграничных рек, а инвестиции ограничены, проблему устойчивого развития орошаемого земледелия целесообразно решать, прежде всего, за счет использования финансовых средств на малозатратные мероприятия, которые обеспечат экономию воды и качественное улучшение орошаемых земель. Во всех случаях технические решения по изменению существующего уровня КПД оросительной сети и техники полива, использованию грунтовых вод на субирригацию и работы дренажа должны приниматься на  основе анализа степени засоления почв, режима грунтовых вод, технического состояния оросительной сети, дренированности (естественной, искусственной) орошаемой территории, культуры земледелия и т. д.

Разработка системы мероприятий по улучшению физико-химических свойств почв и повышение водообеспеченности орошаемых земель требует исследование:

  • процессов влаго-и   солепереноса    при    изменении   параметров    технологии орошения, промывок;
  • установление размеров потерь на каналах и орошаемых землях, динамику уровня залегания грунтовых вод;
  • установление параметров солеотдачи почв, чеков и разовых промывных норм при промывках засоленных почв;
  • установление процессов ионообменной сорбции при изменении норм внесения химических мелиорантов и минерализации воды;
  • установление пределов использование грунтовых вод на субирригацию;
  • установление пределов использование коллекторно-сбросных вод на орошение и помывку с учетом степени засоления почв;
  • оптимизировать параметры и режим работы СВД и КДС; Разработать ресурсосберегающие технологии:
  • орошения сельскохозяйственных культур;
  • рассоления засоленных почв;
  • химической мелиорации солонцеватых и щелочных почв;
  • использование грунтовых вод на субирригацию;
  • коллекторно-сбросных вод на орошение и промывку;
  • разработать мероприятий по повышению КПД оросительной системы.

 

Литература

  1. Вышпольский Ф.Ф., Мухамеджанов Х.В. Технологии водосбережения и управления почвенно-мелиоративными процессами при орошении. – Тараз, 2005. -162 с.
  2. Вышпольский Ф.Ф., Бекбаев Р.К., Мухамеджанов Х.В., Бекбаев У.К. Совершенствование метода расчета расхода грунтовых вод на эвапотраеспирацию //Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана, 2003, № 8. -С. 44-47.
  3. Отчет о мелиоративном состоянии орошаемых земель Южно-Казахстанской области за 2009 год. Шымкент, 2010. - 90 с.
Фамилия автора: Бекбаев Р.К., Жапаркулова Е.Д.
Год: 2013
Город: Алматы
Яндекс.Метрика