3. Природна забезпеченість сільськогосподарських угідь вологою. Дефіцити водоспоживання сільськогосподарських культур

За достатньої кількості теплових ресурсів і високої сонячної радіації, при родючих грунтах сільське господарство степової і частково лісостепової агрокліматичних зон ведеться в умовах несприятливого природного зволоження. Основним фактором, що лімітує тут продуктивність землеробства, є волога.

Оцінку природної забезпеченості території України вологою можна дати за допомогою коефіцієнта зволоження К₃, введеного у практику Інститутом гідротехніки і меліорації УААН. Цей коефіцієнт являє собою відношення суми опадів за вегетаційний період 2Р та активних запасів вологи в метровому шарі грунту на початок вегетаційного сезону W₀ до випаровуваності ЕЕ₀ за той самий період (усі величини в мм):

K₃ = (ZP + W₀):IE₀.

Під терміном "випаровуваність" розуміють потенційно можливе, не лімітоване запасами води, випаровування за існуючих у даній місцевості атмосферних умов. Для розрахунків беруть випаровування з водної поверхні.

Районування території України за усередненим коефіцієнтом зволоження подано на карті рис. 1.1. Як видно з карти, коефіцієнт зволоження змінюється від 1, 0 –1, 1 у районі Карпат до 0, 4–0, 5 на півдні і в Криму. У Південному Степу цей коефіцієнт дорівнює 0, 5–0, 6, у лісостеповій зоні – 0, 6–0, 8. Відповідно у напрямку з північного заходу на південний схід країни посилюється посушливість клімату. При коефіцієнті зволоження 0, 4–0, 5, який спостерігається на території Криму, Донецької, Запорізької, Херсонської та частини Миколаївської областей, природна випаровуваність у 2–2, 5 раза перевищує наявний ресурс вологи (БР + wq), тобто тут маємо сильну посушливість з високим рівнем дефіциту вологозабезпеченості.

На підставі аналізу просторової і часової (за роками) мінли-

вості коефіцієнтів зволоження виконано диференціацію та районування дефіцитів сумарного водоспоживання сільськогосподарських культур за вегетаційний період, які можуть бути використані для розрахунку зрошувальних норм (табл. 1.3).

Характеристику просторової варіації коефіцієнтів зволоження (див. карту на рис. 1.1) слід доповнити також часовою мінливістю цього коефіцієнта, а отже, і дефіцитів водоспоживання, в одних і тих самих пунктах метеорологічних спостережень.

Статистична обробка метеорологічної інформації показує, що коефіцієнт варіації (C_v) одержаних за 30 –35-річний період рядів К'₃ теж змінюється, але в зворотному напрямку, тобто він дещо зростає у напрямку посилення посушливості. Наприклад, якщо для метеостанції Бориспіль С_у = 0, 28, то для умов Дніпропетровська, Асканії-Нової цей коефіцієнт зростає до 0, 35–0, 40. Іншими словами, на півдні більша як сама посушливість, так і мінливість цього фактора.

4. ІРИГАЦІЙНА ОЦІНКА ЯКОСТІ ВОДИ ТА ЗАХОДИ ДЛЯ ЇЇ ПОЛІПШЕННЯ

Водні ресурси України, які використовуються для зрошення, формуються стоками річок, розташованих на території держави, і частково поповнюються підземними, шахтними, стічними водами. На площі 75–77% для поливу використовують прісну воду з мінералізацією менше 1 г/л, на решті площ – мінералізовану із вмістом солей понад 1 г/л.

У прісних водах у складі солей переважають гідрокарбонати кальцію і магнію – 50–60%, сульфати й хлориди становлять решту – 40–50%. У мінералізованих переважають сульфати і хлориди натрію та магнію. Загальна мінералізація і хімічний склад поливних вод характеризуються чітко вираженою сезонною мінливістю. Помітно при цьому змінюються лужні властивості вод, коли водневий показник рН коливається у межах від 7, 4– 7, 9 до 8, 0–8, 7, а інколи й вище, а вміст іонів СО^~ (сода) від слідів до 0, 3–0, 8 мг-екв/л. Важливим критерієм іригаційної оцінки води є співвідношення вмісту кальцію і натрію. У водах з мінералізацією до 1, 0 г/л це співвідношення становить 1, 6–1, 9, а з підвищенням мінералізації воно зменшується до 0, 4–1, 0, і це вже (як і висока лужність) викликає небезпеку розвитку процесів осолонцювання зрошуваних грунтів.

У ґрунтових розчинах реакції обміну визначаються не так концентраціями іонів, як їхніми активностями. У прісних водах частка активного кальцію становить 65–85% загальної концентрації іонів, а натрію – 85–100%, у мінералізованих водах 42– 50 і 85–97% відповідно.

У процесі поливу необхідно контролювати також вміст біогенних елементів (азоту, фосфору, калію) у воді, їхня концентрація в поливній воді може досягти такого рівня, що доцільно вирішувати питання про внесення коректив у дози добрив.

Наявні дані про концентрацію важких металів свідчать, що середній сумарний вміст цинку, кадмію, кобальту, марганцю, свинцю, міді і хрому у поверхневих водах України значно вищий, ніж у річках світу (табл. 2.4). Перевищення над середнім світовим рівнем у водах лісостепової зони становить 3, 3, а степової – 6, 7 раза. Закономірне підвищення сумарної концентрації

Таблиця 2.4. Середні значення вмісту важких металів у воді річок України, мг/л

Елементи	Лісостепова зона	Степова зона	Ріки світу
Цинк	0, 031	0, 136	0, 02
Кадмій	0, 001	0, 004	0, 0002
Нікель	0, 011	0, 019	0, 002
Кобальт	0, 008	0, 025	0, 0003
Залізо	0, 038	0, 033	–
Марганець	0, 021	0, 027	0, 01
Свинець	0, 017	0, 032	0;001
Мідь	0, 004	0, 009	0, 007
Хром	0, 008	0, 022	0, 001
Сума елементів 0, 139		0, 307	0, 042

важких металів спостерігається не лише з посиленням аридизації при переході до степових умов, але й у регіонах з високим рівнем геохімічного фону та поблизу великих промислових центрів з високою емісією елементів.

Більшість малих річок степової зони за рівнем мінералізації води і небезпекою засолення та осолонцювання грунтів непридатні або мало придатні для зрошення. За наявності "малого" зрошення на основі цих джерел необхідно застосовувати попередню підготовку поливної води і вести меліоративний контроль за станом зрошуваних земель.

Оцінку якості поливної води і її придатності для зрошення за агрономічними критеріями виконують відповідно до вимог державного стандарту України ДСТУ 2730–94, розробленого Інститутом ґрунтознавства і агрохімії УААН. Така оцінка включає визначення небезпеки розвитку деструктивних процесів у зрошуваних грунтах, а саме:

засолення грунтів за сумою токсичних солей;

залуження грунтів за рівнем водневого показника рН, вмістом іону СО₃~ і токсичною лужністю;

осолонцювання грунтів за відношенням вмісту лужних катіонів натрію і калію до суми усіх катіонів.

За цим стандартом поливна вода поділяється на три класи придатності для різних груп грунтів:

1 -й клас – придатна. Поливи цією водою супроводжуються деякими змінами іонно-сольового складу грунтів, але ці зміни не призводять до класифікаційно значущого збільшення вмісту солей, суми обмінного натрію і калію та лужності;

2-й клас – обмежено придатна. Використання такої води викликає класифікаційно значущі зміни властивостей грунтів, у тому числі процеси засолення, осолонцювання, залуження і внаслідок зниження родючості. Поливати такою водою можна лише за умови постійного контролю за напрямками ґрунтових процесів та при застосуванні диференційованого комплексу агромеліоративних заходів;

3-й клас – непридатна для регулярного зрошення. Застосування запобіжного комплексу агромеліоративних заходів у цьому випадку економічно і екологічно не виправдане.

Нормування якості поливної води за вмістом важких металів можна здійснювати як і для господарсько-питного, рибогосподарського та інших видів водокористування. За пропозицією Інституту ґрунтознавства і агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН, для цього можна виділити пріоритетну групу елементів згідно з ГОСТ 17.1.2.03 (табл. 2.5). Ці нормативи можуть бути використані для екологічного моніторингу, а також при встановленні плати за воду.

Найбільш поширені у практиці способи поліпшення (або оптимізації) іригаційних показників поливної води полягають у зниженні її лужності (водневого показника рН) та зміни співвідношення катіонів. Зниження рівня рН досягають шляхом підкислення води розрахунковими дозами сірчаної або азотної кислоти. Зменшення осолонцюючої здатності поливної води досягають шляхом зміни відношення суми катіонів натрію і калію до суми усіх катіонів при насиченні води гіпсом, фосфогіпсом або іншими кальцієвими меліорантами. Для прискорення процесу насичення меліорант розмелюють у воді, безперервно розмішуючи на спеціально сконструйованих шнекових установках, і одержане таким чином "молоко" добавляють у поливну воду.

В усіх випадках поливи необхідно поєднувати з комплексом заходів щодо збереження і розширеного відтворення родючості грунту, його екологічної стабільності.

До такого комплексу слід включати:

агротехнічні заходи – запровадження сівозмін з багаторічними травами, застосування збалансованої органо-мінеральної системи добрив, вирівнювання поверхні грунту, обмеження впливу важкої техніки, особливо після поливу, раціональний обробіток грунту;

агромеліоративні заходи – гіпсування, глибоке розпушування грунтів;

іригаційні заходи – розумне обмеження поливних норм, обмеження інтенсивності дощу, відмова від глибоких вологозарядкових поливів, суворий контроль за якістю поливної води і її передполивна підготовка за необхідності;

контроль за рівнем ґрунтових вод, за необхідності – будівництво дренажу.

Неухильне зростання родючості зрошуваних земель забезпечується тільки за високої культури землеробства.

Таблиця 2.5. Нормування якості поливної води за вмістом важких

металів, мг/л

Елемент	Клас 1. Придатна (вміст менше...)	Клас 2. Обмежено придатна (вміст від – до)
Цинк	0, 5	0, 5–1, 0
Марганець	ОД	0, 1–0, 2
Хром С3+	0, 2	0, 2–0, 5
Хром С6+	0, 05	0, 05–0, 1
Бор	0, 2	0, 2–0, 5
Нікель	0, 08	0, 08–0, 2
Мідь	0, 08	0, 08–0, 2
Кобальт	0, 02	0, 02–0, 05
Свинець	0, 02	0, 02–0, 05
Кадмій	0, 005	0, 005–0, 01
Ртуть	0, 002	0, 002–0, 005

5. РАДІОАКТИВНЕ ЗАБРУДНЕННЯ ВОДНИХ ДЖЕРЕЛ ТА МОЖЛИВІСТЬ ВИКОРИСТАННЯ ВОДИ З НИХ ДЛЯ ЗРОШЕННЯ

Одним із наслідків катастрофи на Чорнобильській АЕС є радіоактивне забруднення водного середовища, у зв'язку з чим виникає питання про можливість використання води для зрошення. Якщо взяти до уваги, що понад половину площі зрошуваних земель, а саме 1,4 млн. га із загальної площі зрошення 2,45 млн. га, поливають дніпровською водою, і що саме на Дніпро припадає основна кількість радіоактивного забруднення, то питання про можливість зрошення можна розглядати саме на прикладі дніпровських водосховищ.

Аналіз результатів щорічних досліджень радіаційної ситуації на водосховищах Дніпровського каскаду, які проводить Держводгосп України, показує, що концентрація радіонуклідів у воді поступово зменшується, хоч під час весняних повеней унаслідок змиву радіоактивних елементів із заплав річок у зоні Чорнобильської АЕС спостерігалися короткочасні підвищення рівня радіоактивності. Захисною дамбою на лівобережній заплаві р. Прип'ять вдалося запобігти значному підвищенню радіоактивності води Київського та інших водосховищ на Дніпрі при високих рівнях весняної повені.

Таблиця 2.6. Характеристики радіоактивного забруднення водосховищ Дніпровського каскаду і деяких зрошувальних систем

Об'скт	Роки спостережень	Концентрація радіонуклідів у воді, пКи/л
		цезій-134 + цезій-137	стронцій-90
Київське	1991	1, 1–50	3, 0–64
водосховище	1993	2, 0–13	2, 1–27
	1995	0, 7–8, 0	2, 2–13, 0
	1996	1, 0–10, 0	3, 1-15, 0
Канівське	1991	0, 1–6, 0	1, 2-А8
водосховище	1993	0, 1–7, 9	1, 0–9, 8
	1995	0, 1–1, 9	1, 0–6, 6
	1996	0, 1–3, 5	2, 9–7, 3
Кременчуцьке	1991	1, 0–5, 9	1, 4-13, 0
водосховище	1993	0, 1–2, 1	2, 7–7, 6
	1995	0, 1–0, 6	0, 4–5, 4
	1996	0, 1–1, 5	1, 6–6, 4
Дніпро-	1991	0, 1–1, 0	3, 2–13
дзержинське	1993	0, 1	1, 3–4, 8
водосховище	1995	0, 1–0, 2	0, 3–5, 0
	1996	0, 1–1, 9	0, 2–2, 8
Каховське	1991	0, 1–1, 0	1, 9–9, 3
водосховище	1993	0, 1–1, 1	1, 8–6, 8
	1995	0, 1–0, 7	0, 7–5, 3
	1996	0, 1–0, 6	0, 3–2, 1
Північно-
Рогачицька	1991	од	4, 4–16
зрошувальна	1993	0, 3–1, 2	4, 4
система	1995	0, 1–0, 7	1, 0–2, 4
Зрошувальні системи
Північно-	1991	0, 1–3, 7	2, 6–7, 3
Кримського	1993	0, 1	3, 7–3, 8
каналу	1995	0, 1–0, 7	2, 5–3, 3
Граничне
допустимі рівні	–	500	100

Для довідки: одиниця радіоактивності пікокюрі дорівнює 1, 0 • 10 ^1! Кюрі, одиниця Кюрі Кі дорівнює 3, 7 • 10'° Беккерелів, у свою чергу один Беккерель Бк – це один розпад ядра атома в секунду. Кількісну характеристику радіоактивного забруднення води у водосховищах Дніпровського каскаду та на деяких зрошувальних системах за 1991–1996 pp., за даними Держводгоспу України, наведено в табл. 2.6. З них 1991 р. характеризується дещо підвищеним рівнем радіації унаслідок додаткового змиву радіонуклідів з частково затоплених заплав під час високої повені.

Як видно з таблиці, фактичний рівень радіоактивності води у водосховищах і на зрошувальних системах значно нижче від гранично допустимих.

Радіонукліди цезію (в основному цезій-137, у меншій кількості цезій-134) можуть знаходитись у воді і перемішуватись з нею головним чином у вигляді тонкої зависі, тоді як стронцій завдяки високій розчинності його сполук мігрує в іонній формі. Цим пояснюється різна поведінка цих елементів на шляху вздовж каскаду водосховищ. До 70% сумарного притоку стронцію у Київське водосховище йде транзитом у Чорне море і концентрація його вздовж каскаду майже не змінюється. Навпаки, частинки зависі з цезієм поступово осідають на дно і транзит цього елементу в море становить не більше 20% його притоку, тобто його концентрація вздовж каскаду поступово зменшується.

Дослідження радіоактивності продукції, вирощеної на поливних землях при зрошенні водою з Дніпровських водосховищ, показує, що вміст цезію-137 і стронцію-90 у врожаї зерна та овочів значно нижче граничне допустимих концентрацій. При цьому дещо вищі рівні забрудненості спостерігаються на культурах, останній полив яких проводили ближче до збирання (люцерна, огірки, пшениця).

Яскравою ілюстрацією до питання про можливість зрошення за критерієм радіоактивного забруднення рослинницької продукції, одержаної на поливних землях, є порівняння радіоактивності рису, вирощеного у перші два-три роки після катастрофи та взятого з колекційних проб урожаю 1972 р. Результати аналізу показують, що забрудненість "післячорнобильського" рису за цезієм-137 лише наближалась до рівня цього показника за 1972 р. (відповідно 1, 6 і 2, 4 Бк/кг), а за стронцієм-90 практично відповідала цьому показникові (0, 2–0, 3 Бк/кг). У даному прикладі 1972 р. характерний забороною випробувань ядерної зброї, отже, радіоактивне забруднення усієї рослинницької продукції цього періоду пояснювалось глобальним випадінням радіонуклідів унаслідок випробувань.

Отже, аналіз даних про рівень радіоактивності поливної води і рослинницької продукції при зрошенні свідчить про відсутність проблеми "зрошувати чи не зрошувати". При цьому доречно зауважити, що прийняті в Україні граничне допустимі рівні радіоактивності більш жорсткі, ніж в інших країнах, за винятком Японії.

Проте нагромадження радіонуклідів, принесених з поливною водою, на зрошуваних землях триває, і цей процес потребує контролю.