3.1.4. Приклади розробки технологій меліорації ландшафту

В процесі оволодіння навичками розробки меліоративних технологій важливими етапами є ознайомлення із прикладами новітніх технологій, які впроваджуються у сільськогосподарське виробництво. Кожна новітня технологія, меліорації ландшафту, яка вміщує "ноу-хау", є оригінальним проектом, але існують також загальні принципи і методи розробки технологій комплексної меліорації та екосистемного водокористування [139]. Розглянемо два приклади меліоративних технологій.

1) Технологія вирощування рису із врахуванням вимог охорони навколишнього середовища.

Технологія розроблена вченими Інституту рису УААН і Херсонського ДАУ [143]. Технологія як система і проект вміщує такі складові:

Вступ (загальна характеристика технології).

1. Агроекологічні умови вирощування рису та його біологічні особливості.

2. План водокористування господарства.

3. Сівозміни.

4. Меліоративний стан рисової зрошувальної системи та засоби його поліпшення.

5. Підготовка грунту по попередниках.

6. Вирівнювання грунту.

7. Система живлення.

8. Сорта рису.

9. Сівба рису.

10. Режим зрошення.

11. Система захисту рослин.

12. Насінництво.

13. Збирання урожаю.

14. Організація робіт та оплата праці.

15. Технологічна карта.

2) Технологія вирощування овочевих культур із використанням крапельного зрошення

Узагальнені технології, що розроблені в Україні вченими Інституту гідротехніки і меліорації УААН, Інституту південного овочівництва і баштанництва УААН, Інституту землеробства південного регіону УААН [145] та ін. для вирощування томатів, огірків, перця солодкого, цибулі ріпчастої, озимої цибулі, пізньої і кольорової капусти, моркви, цукрової кукурудзи та кабачків [144]. Технології вирощування овочів вміщують, в основному, такі види робіт:

1. Вибір ділянки. Біологя культур.

2. Підготовка грунту. Попередники.

3. Система добрив.

4. Висадка розсади.

5. Доглядання посівів.

6. Боротьба із бур'янами.

7. Боротьба із шкідниками.

8. Хвороби рослин.

9. Сортовий склад рослин.

10. Режим зрошення рослин.

11. Збирання урожаю.

Завданням на самостійну роботу до розділу 3.1 є підготовка реферату, в якому надається узагальнення і аналіз вищеописаних, а також інших меліоративних технологій, визначення їх мети, задач, технологічного процесу, умов впроваджнення, оцінки їх ефективності, перспектив розвитку і вдосконалення. Визначити наскільки в розглядаємих меліративних технологіях відображений алгоритм розробки технологій меліорації ландшафту. Сформулювати свій варіант алгоритму розробки меліоративної технології для одного із видів ландшафтних меліорацій (див. с.20), продовжити свій реферат.

3.2. Обґрунтування необхідності меліорації зрошувальної води і боротьби із вторинним засоленням

3.2.1. Вплив якості зрошувальної води на засолення і осолонцювання грунтів

Кількість і якість зрошувальної води є потужним фактором, який суттєво впливає на стан агроладшафту і родючість грунтів в процесі багаторічної експлуатації зрошуваної системи. Оцінка води як джерела зрошення є обов'язковим елементом виробничих меліоративних досліджень. Придатність води для зрошення і її вплив на гідрогеолого-меліоративний стан земель обумовлені наступними характеристиками:

• якість води як джерела живлення рослин залежить від солестійкості зрошуваних культур та характеристики ґрунтових порових розчинів;

• зрошувальна вода є фактором, який впливає на зміну властивостей грунту (при цьому слід враховувати властивості ґрунту і вміти прогнозувати зміни, що виникають при взаємодії ґрунту і зрошувальної води).

Слід також оцінювати якість води за екологічними критеріями з метою попередження її можливого негативного впливу на компоненти природного середовища та на здоров'я населення.

Комплексна оцінка зрошувальної води і її вплив на гідрогеолого-меліоративний стан земель повинна розглядати:

• оцінку загальної мінералізації зрошувальної води з точки зору небезпеки вторинного засолення грунтів і створення умов, що пригнічують розвиток рослин внаслідок накопичення солей в ґрунтових розчинах;

• оцінку токсичної дії окремих іонів, що знаходяться в поливній воді;

- вплив зрошувальної води на водопроникність грунту (розвиток процесів елювіювання або осолонцювання).

Всі перелічені вище питання розглядаються на основі даних хімічних аналізів, в процесі яких визначається загальний вміст у воді солей (мінералізація в г/л) та вміст окремих іонів: Са⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, СОз^--, СI^-, SO₄^--,[B(OH)₄]^-, NO₃^-, а також за значенням водневого показника рН.

Оцінка загальної мінералізації води в зв'язку із небезпекою засолення ґрунтів. Багаторічний досвід зрошення показав, що придатною для зрошення є вода з мінералізацією 0,2-1,0 г/л. Мінералізація 1-2 г/л небезпечна щодо засолення земель. Вода з мінералізацією 3-5 г/л придатна тільки в порядку виключення на піщаних грунтах за умов доброї дренованості і здійснення промивного режиму.

В США вода з мінералізацією меншою ніж 0,2 г/л вважається повністю придатною для зрошення; 0,2—0,5 г/л — придатною за умови створення помірно-промивного режиму зрошення; 0,5-1,0 г/л - придатною для використання на легких за механічним складом ґрунтах за умови доброї дренованості і створення промивного режиму; 1-3 г/л — непридатною, або придатною в дуже обмежених кількостях. За небезпекою вторинного засолення ґрунтів зрошувальна вода поділяється на три категорії: вода доброї, середньої та поганої якості (табл. 3.1.).

Слід відмітити, що у всіх випадках при поливах мінералізованою водою необхідно обов'язково здійснювати промивний режим зрошення. На кожний 1 г/л солей у зрошувальній воді В.А. Ковда (1980) пропонував збільшувати норми промивних поливів на 5-10%. При зрошенні водою лужного складу з мінералізацією 0,5-1,0 г/л, поряд з промивним режимом зрошення слід проводити хімічну меліорацію. Важливою задачею подальших досліджень є встановлення залежності ціни поливної води від її якості в різних ландшафтно меліоративних умовах.

Таблиця 3.1. Оцінка якості зрошувальної водії за небезпекою засолення ґрунтів (Е.И. Панкова, А.Н. Прохоров, 1985)

Показник	Якість зрошувальної води
	добра (небезпеки засолення немає)	середня (є небезпека засолення)	погана (висока небезпека засолення)
Мінералізація, г/л	<0,45	0,45-1,90	>1,90

Вимоги до зрошувальної води з урахуванням солестійкості сільськогосподарських культур. При оцінці придатності води для зрошення враховується солестійкість сільськогосподарських культур (табл. 3.2). Зрошувальна вода середньої та поганої якості може використовуватися для поливу переважно середньо- та високостійких культур.

Слід враховувати не лише концентрацію солей, але й їх склад. Навіть для найбільш солестійких культур критичними є концентрації солей в ґрунтах: Na₂SO₄ - 1%, NaCl і Na₂CO₃ - 0,5%. Граничними для люцерни є концентрації солей Na₂SO₄ - 0,07%, Na₂CO₃ - 0,03-0,09%, NaCl - 0,036%.

Таблиця 3.2. Солестійкість сільськогосподарських культур (Е.И. Панкова, А.Н. Прохоров, 1985)

Солестійкість культур	Сільськогосподарські культури	Витримують без збитків для врожаю концентрацію солей у водній витяжці ґрунту, г/л
1. Найбільш солестійкі	Ячмінь, овес, бавовник, цукровий буряк, рис та ін.	<4,5-5,1
2. Середні за солестійкістю	Пшениця яра, буряк столовий, соя, капуста, люцерна	<1,3-3,2
3. Низька солестійкість	Плодові (абрикоси, персики, груші та ін.) і городні (цибуля, морква та ін.)	<0,6

Хлориди в умовах типової польової вологості затримують ріст пшениці при вмісті хлорид-іона в ґрунті 0,01%, а при вмісті 0,04-0,05% не дають можливості зійти сходам рослин. Лужність токсична в тих же межах: більше 0,05-0,06% НСО₃ або більше 0,01% СОз посилюють негативну роль хлоридів. Для пшениці, як і для більшості інших рослин, найбільш токсичними солями є нормальна й двовуглекисла вода, NaCl та нітрати, вміст яких у кількості 0,5-0,7% цілком знищує врожай. Ознаками небезпечного вмісту соди є кількість НСО₃" понад 0,08% (1,4 м-екв) при рН > 8,3 та СО₃" понад 0,001% (0,03 м-екв).

Оцінка токсичності для рослин окремих іонів у зрошувальній воді. Різні солі та іони в поливній воді і ґрунті неоднаково небезпечні для рослин, тому слід враховувати вміст у воді окремих найбільш токсичних іонів (натрій, хлор, бор, нітрати), а також загальну лужність (НСО₃^-) та водневий показник рН.

Гранично допустимий вміст Na⁺ - 3 м-екв, СI^- - 3-4, [В(ОН)₄] - 0,7, нітратів (NO₃ ^- ) - 5 м-екв/100г, величини рН - 6,5-8,4. Вміст в зрошувальній воді іонів Na, СІ і В вище вказаних меж може призвести до їх накопичення в клітинах рослин, викликати опіки листя, особливо при поливах дощуванням в денну спеку. Тому до оцінки якості води, яка використовується при дощуванні, слід підходити більш вимогливо, а поливи рекомендується здійснювати у нічний час.

Оцінка якості води в зв'язку зі зміною водопроникності ґрунтів проводиться із урахуванням загальної мінералізації зрошувальної води та співвідношення деяких іонів в цих водах. За вмістом солей води діляться на 4 категорії: вода низької мінералізації (<0,3 г/л), вода доброї якості (вміст солей - 0,30-0,45 г/л), вода середньої якості (0,30-0,12 г/л) і вода поганої якості (<0,12 г/л). Останні дві категорії здатні викликати порушення мінеральної частини грунту і, в зв'язку з цим, сприяти процесу елювіювання та зниження водопроникності.

При оцінці води стосовно небезпеки осолонцювання грунтів та зниження водопроникності слід враховувати склад катіонів у воді та мінералогічний склад грунтів. Співвідношення катіонів у воді впливає на активність іону Na та на його властивість проникати у ґрунтовий поглинаючий комплекс, що враховується в американській класифікації показником натрієвого адсорбційного відношення (SAR), який визначається за формулою Гапона:

(3.1)

де: Na⁺, Са ⁺ , Mg ⁺ - концентрація катіонів солей, м-екв./л.

При SAR< 10 небезпека осолонцювання мала, при SAR = 10-18 - середня, при SAR = 18-26 - висока, при SAR > 26 - дуже висока.

Проведена класифікація не враховує резерви Са²⁺ в грунтах, тому і оцінка можливості осолонцювання в ряді випадків буде перебільшеною. Додатковий ефект від наявності резервів кальцію в ґрунтах враховує "вивірене" натрієво-адсорбційне відношення SAR* (С.Я.Сойфер, 1978):

(3.2)

де рНс - розрахункова величина, що враховує суму катіонів Са²⁺ + Mg²⁺ і аніонів СО₃² + НСО₃^-.

(3.3)

При рНс > 8,4 умови для розчину вапна в ґрунті при фільтрації поливної води сприятливі. При рНс < 8,4 спосте­рігається тенденція до випаду вапна з поливної води.

Якщо SAR* < 6 , то осолонцювання не очікується, при SAR* = 6-9 можливе поступове накопичення солей в ґрунті, при SAR* > 9 є небезпека осолонцювання ґрунтів.

SAR може бути зменшене шляхом збільшення концентрації кальцію у зрошувальній воді. В роботах американського вченого Л.К. Стромберга відмічається, що поливні води повинні вміщувати не менше 20 мг/л кальцію для попередження дисперсії ґрунту. За даними Бюро меліорації США, норма внесення гіпсу на 1230 м³ поливної води повинна бути 90-450 кг. З досліджень, що проведені в США, значний інтерес викликає вивчення можливості використання мінералізованої води при поливі дощуванням. Відмічено, що листя здатне поглинати хлор, натрій, бор та інші токсичні для рослин елементи.

Допустимий вміст хлору в зрошуваній воді при поливі дощуванням складає 100 мг/л, натрію - 70 мг/л.

Оцінка якості зрошуваних вод за коефіцієнтом іонного обміну (К) проводиться за формулою:

(3.4)

де S - мінералізація води, г/л; Са, Mg і Na - вміст катіонів у воді, г/л. При К>1 вода вважається придатною для зрошення, при К < 1 - непридатною.

При розробці меліоративних заходів слід враховувати, що у зоні Сухого Степу, де зрошуються переважно слабодреновані і безстічні ландшафти з темно-каштановими грунтами, міне­ралізація поливної води не повинна перевищувати 0,7-0,8 г/л, а вміст в ній натрію - 25% від суми кальцію і магнію. Дуже важливо, щоб в поливній воді рН був < 7,5.

В степовій зоні звичайних та південних чорноземів, а також в лісостеповій зоні типових чорноземів вимоги до якості зрошуваної води підвищуються: мінералізація не повинна перевищувати 0,5-0,6 г/л при вмісті натрію не вище 10-15% суми кальцію і магнію та рН = 7. На зрошуваних системах степової зони України, де використовують воду з рН > 8,0-8,5, має місце тенденція до збільшення її лужності, що негативно впливає на стан грунту, викликає його осолонцювання та олужнювання.

Таблиця 3.3. Таблиця для визначення рНс в залежності від суми катіонів і аніонів [134]

Ca+++Mg+++ +Na+, мг*екв./л	pK2-pKс			Са+++Мв++, мг • екв./л	Р (Са+++ Mg++)		СОз +НСО3, мг • екв./л	pALK
1	2			3	4		5	6
0,5	2,11			0,05	4,60		0,05	4,30
0,7	2,12			0,10	4,30		0,10	4,00
0,9	2,13			0,15	4,12		0,15	3,82
1,2	2,14			0,20	4,00		0,20	3,70
1,6	2,15			0,25	3,90		0,25	3,60
1,9	2,16			0,32	3,80		0,31	3,51
2,4	2,17			0,39	3,70		0,40	3,40
2,8	2,18			0,50	3,60		0,50	3,80
3,3	2,19			0,63	3,50		0,63	3,20
3,9	2,20			0,79	3,40		0,79	3,10
4,5	2,21			1,00	3,30		0,99	3,00
5,1	2,22			1,25	3,20		1,25	2,90
5,8	2,23			1,58	3,10		1,57	2,80
6,6	2,24			1,98	3,00		1,98	2,70
7,4	2,25			2,49	2,90		2,49	2,60
8,3		2,26	3,14			2,80	3,13		2,50
9,2		2,27	3,90			2,70	4,00		2,40
11,0		2,28	4,97			2,60	5,00		2,30
13,0		2,30	6,30			2,50	6,30		2,20
15,0		2,32	7,90			2,40	7,90		2,10
18,0		2,34	10,0			2,30	9,90		2,00
22,0		2,36	12,5			2,20	12,5		1,90
25,0		2,38	15,8			2,20	15,7		1,80
29,0		2,40	19,8			2,00	19,8		1,70
34,0		2,42
39,0		2,44
45,0		2,46
51,0		2,48
59,0		2,50
67,0		2,52
76,0		2,54

Якщо властивості ґрунту дозволяють порівняно швидко оновлювати ґрунтовий розчин і грунти не мають сорбційних властивостей, то за частих поливів можливо використовувати води із мінералізацією більше 3-5 г/л, а в окремих випадках — до 8-15 г/л.

Разом з тим, в ряді випадків доцільно використовувати мінералізовані води для промивки солончаків. Солі двохвалентних катіонів мають здатність коагулювати дисперговані грунтові частинки і колоїди, збільшуючи таким чином швидкість фільтрації промивної води. Коагулююча здатність мінералізованих вод тим вища, чим менше відношення іонів натрію до кальцію, або натрію до суми лужноземельних катіонів.

За результатами досліджень, проведених в умовах Волгоградського Заволжя, граничний стан натрію у зрошувальній воді складає 50% суми катіонів. Підземні води з великим вмістом натрію можуть бути використані в цих умовах після поліпшення їх якості і попереднього внесення гіпсу в грунт.

Дослідами, проведеними в Україні, встановлено, що вода може викликати осолонцювання ґрунту при вмісті в ній Na⁺ + К⁺ > 65% суми катіонів.

Екологічну оцінку якості зрошувальної води за вмістом окремих мікроелементів та важких металів проводять згідно відомчого нормативного документу ВНД 33-5,5-02-97.

Таблиця 3.4. Оцінка якості зрошувальної води за вмістом мікроелементів та важких металів (мг/л)

Назва елементу	Оцінка якості води
	І клас	II клас
Алюміній	Менше 2,0	від 2,0 до 5,0
Літій	Менше 1,0	від 1,0 до 2,5
Залізо*	Менше 2,0 (0,3)**	від 2,0 до 5,0
Цинк*	Менше 0,5	від 0,5 до 1,0
Марганець*	Менше 0,5	від 0,5 до 1,0
Хром(Сг3+)*	Менше 0,2	від 0,2 до 0,5
Молібден	Менше 0,005	від 0,005 до 0,01
Ванадій	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Вольфрам	Менше 0,03	від 0,03 до 0,05
Вісмут	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Фтор	Менше 0,8	від 0,8 до 1,5
Бор*	Менше 0,2	від 0,2 до 0,5
Селен	Менше 0,01	від 0,01 до 0,02
Нікель*	Менше 0,08	від 0,08 до 0,2
Мідь*	Менше 0,08	від 0,08 до 0,2
Хром (Сг6+)*	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Кобальт*	Менше 0,02	від 0,02 до 0,05
Свинець*	Менше 0,02	від 0,02 до 0,05
Кадмій*	Менше 0,005	від 0,005 до 0,01
Ртуть*	Менше 0,002	від 0,002 до 0,005
Берилій	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Миш'як	Менше 0,02	від 0,02 до 0,05

Примітки. * Пріоритетна група елементів згідно з ГОСТ 17.1.2.03;

** Для крапельного зрошення.

Багаторічні теоретичні та експериментальні дослідження, проведені вітчизняними та зарубіжними вченими, свідчать про необхідність надійного обґрунтування еколого-меліоративних заходів щодо використання мінералізованих вод для зрошення і промивок в конкретних природно-кліматичних, ландшафтних і водогосподарських умовах. Крім того, важливими є біологічні і медичні аспекти, що пов'язані з багаторічним використанням мінералізованих вод у великих масштабах.

Актуальність проблеми використання мінералізованих вод в сільському господарстві України, як і у багатьох інших країнах, зростає в зв'язку зі збільшенням площ зрошуваних і дренованих земель та об'ємів колекторно-дренажних вод різної якості і ступеня забрудненості мінеральними (нетоксичними й токсичними) солями і отрутохімікатами. Постійно зростає й кількість стічних вод населених пунктів, які у переважній більшості майже не очищуються та не використовуються.

При розробці меліоративних заходів щодо охорони та раціонального використання зрошуваних земель і всіх резервів водних ресурсів для зрошення і промивок, необхідно вивчати динаміку якості кожного з цих джерел води в процесі експлуатації гідромеліоративних систем та очисних каналізаційних споруд. Слід визначати вплив води прогнозної якості на ріст і розвиток сільськогосподарських культур, на структуру, водно-фізичні властивості і родючість грунтів, стан навколишнього природного середовища. На основі оцінки іригаційних показників зрошувальної води розробляються заходи щодо її меліорації.