15.8. Моніторинг як складова системи управління меліоративним режимом зрошуваних ландшафтів

Важливу роль в процесі підвищення ефективності використання зрошуваних та прилеглих дон них земель, експлуатації гідромеліоративних систем відіграють спостереження за характеристиками меліоративного режиму зрошуваних ґрунтів, режимом і балансом ґрунтових вод, засоленістю і осолонцюванням ґрунтів, за агрофізичними властивостями ґрунтів, мінералізацією, хімічним складом зрошувальних та дренажних вод, підтопленням агро ландшафтів і населених пунктів, іншими інженерно-геологічними та грунтово-гідрогеологічними процесами, що відбуваються на меліоративних та прилеглих до них землях тощо.

Ці спостереження необхідно проводити постійно в зв’язку з динамікою кліматичних і водогосподарських факторів, а також зміною екологічних і економічних умов землекористування, грунтово-гідрогеологічного стану, які відбуваються під впливом природних та техногенних факторів. Цей комплекс спостережень, що проводиться на зрошувальних системах називається моніторингом.

Моніторинг – (від лат. monitor – напоминоючий) – спостереження, оцінка і прогноз стану навколишнього середовища в зв’язку з господарською діяльністю людини.

Розрізняють три ступеня моніторингу:

• глобальний біосферний моніторинг;

• регіональний геосистемний або природо господарський;

• локальний біоекологічний, агроекологічний або санітар­но-гігієнічний.

В умовах зрошуваних ландшафтів важливу роль відіграє еколого-меліоративний моніторинг.

„Земельний кодекс України” (2001 р.) визначає основні положення контролю за використанням і охороною земель та їх моніторинг. Завдання державного контролю за використанням і охороною земель полягає у забезпеченні дотримання всіма державними та громадськими органами, а також підприємствами, установами, організаціями і громадянами вимог земельного законодавства для ефективного використання та охорони земель.

Державний контроль за використанням і охороною земель здійснюється Радами народних депутатів, а також Державним комітетом України по земельним ресурсам, Міністерством охорони навколишнього природного середовища України та іншими спеціально уповноваженими на те державними органами.

Контроль стану земель, що використовуються в сільському господарстві, здійснюється гідрогеолого-меліора­тив­ни­ми експедиціями, які працюють в системі облводгоспів під керівництвом Держкомводгоспу України. Гідрогеолого-меліо­ра­тивні експедиції постійно здійснюють контроль стану зрошуваних та прилеглих до них земель, здійснюють їх моніторинг.

Моніторинг земель представляє собою систему спостережень за станом земельного фонду, в тому числі земель, розташованих у зонах радіоактивного забруднення, для виявлення змін, їх оцінки, відведення та ліквідації наслідків негативних процесів.

В систему моніторингу зрошуваних земель входять такі складові частин:

• комплекс спостережень, оцінки і контролю за розвитком грунтово-геологічного процесу для розробки меліоративних заходів і прогнозування еволюції агроландшафту під впливом антропогенних і природних факторів;

• автоматичні робочі місця (АРМ), в основі яких персональні комп’ютери з системним програмно-цільовим забезпеченням;

• наукове забезпечення, основу якого складають:

• теорія розвитку (еволюції) грунтово-гідроге­оло­гіч­ного процесу агроландшафту під впливом зрошення і дренажу;

• теорія розвитку проблем меліоративного режиму з урахуванням особливостей кожного із ландшафтів, що вивчаються: принципи і методи оцінки і прогнозу стану зрошуваних агро ландшафтів, а також функціонування і постійного вдосконалення систем моніторингу.

Основним об’єктом вивчення і управління при створенні моніторингу зрошувальних систем є ландшафтно-меліо­ративна система, яка представляє собою складну, динамічну, природно-техніко-економічну систему, що склада­ється з трьох блоків: природного, технічного і управлінського. Ландшафтно-меліоративна система розглядається як система, що постійно розвивається. При цьому постійно вдосконалюються технічний і управлінські блоки ландшафтно-меліоративної системи, а також відбувається постійний розвиток (еволюція) грунтово-гідрогеологічного та екологічного процесів.

Ландшафтно-меліоративна система представляє собою геотехнічну систему – складне утворення, яка складається з природних і технічних підсистем, тісно пов’язаних між собою, що функціонують як єдине ціле. Взаємозв’язок досягається наскрізними потоками речовини, енергії та інформації, які стійкі у часі і просторі та визначаються технологією виробництва. Функціонування геотехнічної системи визначається як природними, так і потребами суспільства у воді, енергії, тощо. Вплив геосистеми відбувається у зоні її діяльності на довкілля: місцевому кліматі, ґрунтових водах, гідрологічній роботі дренажу, грунтово-рослинному покриві, екологічних показниках.

В умовах зрошуваних ландшафтів України еколого-меліоративний моніторинг здійснюють гідрогеолого-меліо­ра­тив­ні експедиції:

• Одеська (Одеська і Миколаївська області);

• Каховська (Херсонська область);

• Кримська (Автономна Республіка Крим);

• Запорізька (Запорізька область);

• Дніпропетровська (Дніпропетровська і Кіровоградська області).

Моніторинг включає в себе спостереження за основними показниками меліоративного режиму зрошуваних ґрунтів. Під меліоративним режимом розуміють сукупність вимог до регульованих факторів ґрунтоутворення, що забезпечують радикальне поліпшення та подальше підвищення родючості ґрунтів, отримання проектного врожаю певних сільськогосподарських культур.

Основними показниками меліоративного режиму земель є такі:

• допустима середньовегетаційна глибина ґрунтових вод (бажано, у частці від максимальної висоти капілярного підйому);

• граничні значення загальної мінералізації зрошувальної води, відношення в ній іонів натрію і кальцію, рН;

• допустимий вміст в ґрунті загальних і токсичних солей, натрію в ґрунтовому поглинаючому комплексі (ГПК) і рН ґрунтового розчину тощо.

Накопичений досвід за період 25-30-ти річної експлуатації зрошуваних систем на півдні України дозволяє кількісно характеризувати вищевказані показники для степової та сухо степової зони, намітити найбільш раціональні шляхи поліпшення гідрогеолого-меліоративного та екологічного стану зрошуваних ландшафтів. У степовій зоні звичайних та південних чорноземів вимоги до меліоративного режиму найбільш жорсткі. Основним завданням є всемірне скорочення промивного режиму зрошуваного ґрунту та недопущення підйо­му ґрунтових вод.

В зв’язку з цим діапазон регулювання вологості ґрунту повинен підтримуватись в межах 0,65-0,80 НВ, що на фоні глибокого залягання ґрунтових вод забезпечує зменшення глибинного скиду інфільтраційної води до 5 % сумарного випаровування. До необхідних меліоративних заходів відносять також скорочення фільтраційних втрат і будівництво штучного дренажу в умовах слабодренованих та безстічних ландшафтів.

В сухостеповій зоні України зрошуються, найчастіше агроландшафти з темно-каштановими ґрунтами, які характеризуються значною ємністю поглинання, комплексністю ґрунтового покриву, спрямованістю до осолонцювання, як правило, слабодреновані. Основний спосіб поливу – дощування – дозволяє регулювати вологість ґрунту у більш вузькому діапазоні при допустимих межах 0,70-0,85 НВ.

При значній мінералізації ґрунтових вод (від 3 до 15- 20 г/л) недопустиме змикання капілярної кайми з кореневмісним горизонтом та підживлення цього шару ґрунтів і ґрунтоутворюючих порід. Тому першочерговим заходом у сухостеповій зоні України є зниження фільтраційних втрат (створення закритої зрошувальної мережі, каналів з покриттям). Необхідний штучний дренаж, як горизонтальний, так і вертикальний.

До якості зрошувальної води у степовій зоні України пред’являються високі вимоги, особливо у зоні звичайних та південних чорноземів.

При функціонуванні моніторингу необхідно враховувати відповідні критерії меліоративного режиму ґрунтів.

Моніторинг земель, а саме спостереження за зміною рівня, мінералізації та хімічного складу ґрунтових вод, вмістом солей у ґрунтах, ступенем їх осолонцювання, якістю зрошувальної води, проводиться гідрогеолого-меліоративними експедиціями, які регулярно подають у відповідні облводгоспи для практичного використання такі інформацію про стан зрошуваних земель:

• карти глибин залягання рівня ґрунтових вод, їх мінералізації та хімічного складу, які відображають умови водного живлення ґрунтів, визначають строки і умови промивок для виносу солей, конкретні ділянки, що вимагають осушувальних та інших ландшафтно-меліо­ра­тив­них заходів, строк вводу у дію дренажу, режим його експлуатації;

• карти засолення порід зони аерації, які готуються для прогнозування змін засолення ґрунтів на відповідній території, визначення промивних норм, складу сільськогосподарських культур, на цих картах подаються відомості про можливе осолонцювання ґрунтів;

• рекомендації щодо поліпшення меліоративного стану зрошувальних та прилеглих територій.

Основою оцінки стану агроландшафту є порівняння фактичних показників меліоративного режиму з їх допустимими оптимальними значеннями (критеріями). Наприклад, для визначення критичної глибини залягання рівня ґрунтових вод (Н_кр), якщо в розрізі зони аерації мають перевагу середньо- і важкосуглинисті ґрунти.

В умовах вторинного засолення ґрунтів спостерігається зниження врожайності сільськогосподарських культур. Засоленість ґрунтів характеризується трьома показниками:

• ступенем засолення;

• хімічним складом солей;

• глибиною залягання акумулятивних горизонтів.

За ступенем засолення у степовій зоні України поширені, головним чином, незасолені, слабо-, середні та іноді дуже засолені ґрунти.

В процесі еволюції ґрунтових та гідрогеологічних умов під впливом зрошення у степовій зоні України відбуваються поетапні зміни кількісних показників меліоративного режиму. Після вивчення змін кожного з показників меліоративного режиму встановлюють закономірності формування та взаємозв’язок їх в просторі і часі, формується ціле відображення розвитку (еволюції) ландшафту або агро екосистеми, планується стратегія меліоративних заходів, яка повинна бути пов’язана законами природи, розвитком (еволюцією) показників меліоративного режиму, економічними показниками природокористування.

Для кожного ландшафту в системі моніторингу виділяється як мінімум одна дослідна виробнича ділянка – елементарний ландшафт, який представляє собою ділянку, що складена однаковими ґрунтоутворюючими породами, характеризується однаковим рельєфом, умовами залягання і формування ґрунтових вод, на території цьоголандшафту розповсюджений один тип ґрунтів і зберігається однаковий характер рослинних асоціацій. Структура кожного ландшафту описується по єдиній схемі. Для обґрунтування типовості дослідної виробничої ділянки певної території доцільно використовувати два методи:

• ландшафтно-меліоративного районування території;

• імовірнісний метод, розроблений В.В.Шабановим і Є.П. Рудаченком під керівництвом академіка С.Ф. Авер’янова.

При ландшафтно-меліоративному районуванні території для еколого-меліоратив­ного моніторингу можна використовувати:

• схему зональності ґрунтових вод (Д.М. Кац, 1981);

• схему річних норм інфільтраційного живлення ґрунтових вод за рахунок опадів (по А.В. Лебедєву);

• схему забезпеченості рослин вологою (по Д.І. Шашко, 1967);

• меліоративне районування (по С.Л. Миркину, 1960);

• схему природно-меліоративного районування півдня України (по Г.П. Дубинському, 1975);

• схему-карту комплексу заходів по боротьбі з заморозками в різних кліматичних областях (по І.А. Гольцбергу, 1961);

• схему природно-меліоративного районування (по І.П. Чалому, О.М. Шульгіну, 1968);

• ґрунтову карту України (під ред. М.К. Крупського, 1987);

• агрогрунтове районування та картограму якості-боні­те­тів ґрунтів України за ступенем сприяння вирощування зернових і технічних культур (В.К. Кикунов, М.І. Полупан, 1987);

• комплекс карт агроекологічної оцінки земель України для оптимального розташування сільськогосподарських культур (В.В. Медведєв, С.Ю. Булигін, Т.М. Лактіорнов, С.А. Балюк, О.О. Созінов та ін., 1997);

• картування території за ступенем дренованості, за ступенем загального і токсичного засолення порід в зоні аерації та меліоративне районування (А.В. Новикова, 1975), інші види районування території.

Основною функцією ландшафтно-меліоративної системи є забезпечення умов, необхідних для отримання заданого рівня врожайності сільськогосподарських культур певної якості з одночасним збереженням нормативного екологічного стану.

Основними показниками, що оцінюються, в системі моніторингу є характеристики меліоративного режиму: вологість ґрунту; рівень, мінералізація і хімічний склад ґрунтових вод; спрямованість вологообміну між зоною аерації та ґрунтовими водами і його інтенсивність; склад загальних і токсичних солей у ґрунті і ґрунтоутворюючих породах зони аерації, катіонів натрію і магнію у грунтово-поглинаючому комплексі, рН ґрунтового розчину; загальна мінералізація зрошувальної води і співвідношення у ній катіонів натрію, кальцію, магнію і рН.

Обов’язковим в системі еколого-меліоративного моніторингу є комплекс агрохімічних показників родючості ґрунту і характер їх змін (вміст гумусу і його склад, вміст кальцію, азоту, ємність грунтово-поглинаючого комплексу). Врожайність сільськогосподарських культур є одним з основних показників ефективності ландшафтно-меліоративної системи, оцінюється і є показником, який інтегрує дію всього комплексу критеріїв. Поряд з вище переліченими традиційними показниками меліоративного режиму ґрунтів, концепція постійного вдосконалення еколого-меліоративного моніторингу повинна враховувати нові критерії, такі як наявність у ґрунті, зрошувальній воді і рослинах радіонуклідів – цезію, стронцію, важких металів, гербіцидів, пестицидів та інших токсичних елементів.