Формування меліоративного режиму грунтів в умовах рисової зрошувальної системи із оборотним циклом використання дренажно-скидних вод

В умовах зрошуваних ландшафтів півдня України актуальним є питання розробки екологічного збалансованих систем землеробства, а зокрема таких, що забезпечують одержання високих врожаїв сільськогосподарських культур при збереженні та підвищенні родючості грунтів, охорони навколишнього середовища, поліпшенні гідрогеолого-меліоративного стану земель, економії та покращенні якості зрошувальної води.

Вирощування культури затоплюваного рису призводить до суттєвих змін у грунтоутворюючих процесах та характері гідрогеолого-меліоративного стану агроландшафтів. Під рисосіяння на півдні України відведені головним чином, малопродуктивні підтоплені, засолені та солонцюваті каштанові та темно-каштанові грунти. Вагомий внесок в розвиток рисівництва України внесли: Д.Г.Шапошников, Л.В.Скрипчинська, Б.І.Лактіонов, Т.М.Кириєнко, І.С.Жовтоног, В.Й.Маковський, О.О.Титков, Д.В.Ярмізін, С.М.Гончаров, С.В.Ковальов, А.А.Ванцовський С.М.Коробченко, С.Г. Нусімович, С.М.Каленюк , Ю.М. Грищенко, А.В. Кольцов та інші.

У 80 – 90-ті роки ХХ століття в Україні намітилося зниження урожаїв рису, погіршився екологічний стан в районі рисових зрошувальних систем (РЗС) та в акваторії Чорного моря за рахунок багаторічних скидів дренажних вод, а з ними токсичних складових гербіцидів і пестицидів. Значна частина РЗС вимагала реконструкції.

Одним з перспективних напрямків вдосконалення РЗС може бути впровадження нових закритих чекових зрошувальних систем конструкції к.т.н. Маковського В.Й. (А.С. №1764575, №177602, патент України №2141), (ЗЧЗС-М). Ця система передбачає повне повторне використання дренажно-скидних вод для зрошення. У зв’язку з цим, комплексна оцінка еколого-меліоративної ефективності цієї принципово нової зрошувальної системи є актуальним і має важливе науково-технічне значення, особливо при реконструкції РЗС. Дослідження ефективності ЗЧЗС-М проведені в період 1990-2002 рр. проблемною лабораторією еколого-меліоративного моніторингу ХДАУ і Дослідною станцією рису УААН (В.В.Морозов В.О.Ушкаренко, В.Й.Маковський, Л.М.Грановська, В. Г. Корнбергер, О. В. Морозов, В.А.Пугач та ін.).

Закрита чекова зрошувальна система В.Й.Маковського (ЗЧЗС-М) площею 432 га побудована на території Дослідної станції рису УААН в 1990 р. Система складається їз карт Кубанського типу з мінімальною кількістю автоматизованих вузлів водорозподільників. За винятком господарського каналу Х-13-Р вся зрошувальна мережа закрита. Польові закриті зрошувачі функціонують у подвійному режимі водопостачання та водовідведення. Колекторно-дренажна мережа закрита. Матеріал колекторів – залізобетонні труби діаметром 300 і 400 мм, а дрен-полівінілхлоридні труби діаметром 100 та 150мм. Для профілактичних ремонтів і заміру скиду у гирлі дрен розміщені оглядові колодязі. Міждренна відстань 400-450 м, середня глибина дрен 2.5 м. З метою зниження капітальних витрат і поліпшення екологічного стану мережа водовідведення виконана закритою, а дренажна обладнана ставком детоксикації об’ємом 212 тис. м³. Для акумуляції скидного стоку і змішування дренажної та зрошувальної води побудовано буферний ставок об’ємом 38 тис.м³.

Принциповою відмінністю ЗЧЗС-М від існуючих рисових зрошувальних систем є повне повторне використання дрнежно-скидних вод для зрошення на даній дільниці, забезпечення можливості реалізації водо- та енергозберігаючих технологій водовикористання, а також безгербіцидних і малогербіцидних технологій, отримання екологічно чистої сільськогосподарської продукції. Схема ЗЧЗС-М відрізняється від відомих також тим, що з метою зниження капітальних і енергетичних витрат дільничі та розподільні трубопроводи поєднують функції подачі і скиду води двох суміжних дільниць, в кінцевих точках з’єднані, а дренажно-колекторна мережа виконує функцію відведення тільки дренажного стоку.

Основний метод досліджень при визначенні еколого-меліоративної ефективності зрошувальної системи – комплексний польовий сільськогосподарський дослід у виробничих умовах, в процесі якого проводились спостереження за зміною основних показників меліоративної та екологічної ефективності цієї системи : рівнем, мінералізацією і хімічним складом грунтових вод, вологістю грунту; мінералізацією та хімічним складом дренажної і зрошувальної води, а також змішаної води з буферного ставка, яка використовувалася для зрошення; загальним та токсичним засоленням грунту і грунтоутворюючих порід зони аерації.

Еколого-меліоративна ефективність ЗЧЗС-М визначалась впливом системи на основні показники меліоративного режиму агроландшафту та його екологічного стану : режим та умови формування грунтових та дренажних вод; грунтово-гідрогеолого-меліоративні умови; особливість процесів засолення; урожайність сільськогосподарських культур; вміст у грунті, воді та рослинах залишкової кількості токсичних речовин (гербіцидів, пестицидів та ін.). Дослідження проведені у різні роки забезпеченості атмосферними опадами.

В геоструктурному відношенні дослідна дільниця, як і більшість рисосіючих господарств Краснознам’янського зрошуваного масиву, належить до Причорноморської западини, а в геоморфологічному до Причорноморської акумулятивної рівнини. Гідрогеологічні умови дільниці ЗЧЗС-М характеризуються повсімісним розповсюдженням грунтових вод. Водовміщуючі породи – комплекс четвертинних відкладень (середнє значення коефіцієнту фільтрації 0,3 – 0,6 м/добу). Відносним водоупором є нерозчленовані верхнє-пліоцен-нижнє-четвертинні суглинки важкі, що залягають на глибині 11,4 – 19,3 м. Хімічний склад грунтових вод порівняно сталий-сульфатно-гідрокарбонатного і гідрокарбонатно-сульфатного типу, мінералізація 1-3 г/л. У цілому дослідно-виробнича дільниця ЗЧЗС-М за геологічними, гідрогеологічними, грунтовими і водогосподарчими умовами є типовою для площі рисосіючих господарств Краснознам’янського зрошуваного масиву.

Однією з основних відзнак ЗЧЗС-М є повне повторне використання для зрошення дренажної води в умовах цієї ж системи. За період 1990-2002 рр. вивчена динаміка мінералізації та хімічного складу усіх джерел води, що використовується для зрошення в умовах ЗЧЗС-М : зрошувальної води з каналу Х-13-Р; дренажної води; дренажної води, змішаної із зрошувальною у буферному ставку, яка згідно з технологією, використовувалась для зрошення.

Тип хімічного складу зрошувальної води – сульфатно-гідрокарбонатний, магнієво-кальцієвий, дренажної-сульфатно-гідрокарбонатний, натрієво-магнієвий, у буферному ставку – сульфатно-гідрокарбонатній, кальцієво-магнієвий. За період досліджень тип хімічного складу всіх джерел води суттєво не змінився.

В основу іригаційної оцінки усіх джерел води ЗЧЗС-М покладено ДСТУ 2730-94 "Якість природної води для зрошення", тип хімічного складу води зрошувальної – сульфатно-гідрокарбонатний, магнієво-кальцієвий, дренажної –сульфатно-гідрокарбонатний, натрієво-магнієвий, у буферному ставку – сульфатно-гідрокарбонатний, кальцієво-магнієвий. За період досліджень тип хімічного складу всіх джерел води суттєво не змінився.

Вода буферного ставку, яка формується при змішуванні дренажної та зрошувальної води, може цілком використовуватися для зрошення рису та інших культур, за більшістю іригаційних показників вона відповідає нормативним вимогам : середня мінералізація води-зрошувальної –0,3-0,4, дренажної – 0,7-1,0 з буферного ставка – 0,4 – 0,6 г/л. При тривалому зрошенні цією водою може виникнути небезпека осолонцювання грунтів, тому виникає необхідність періодичного внесення у грунт на ЗЧЗС-М хімічних меліорантів, що містять у собі кальцій.

Середньорічні значення РГВ у невегетаційний період 1,9 –2,0м, що нижче їх критичних значень. Дослідженням на РЗС Краснознам’янського зрошуваного масиву встановлено (Шапошников Д.Г., Хіміч Д.П., Бурим А.В. 1969), що РГВ на початок вегетаційного періоду повинні знаходитися на глибині 1,6-1,7м і нижче. ЗСЗС-М за всі роки досліджень на всіх полях сівозміни забезпечувала зниження РГВ до глибини 1,7-2,3 м на період перед посівом рису (3-я декада квітня). У цей час іде наповнення дренажною водою ставків детоксикації.

Відношення об’ємів дренажної води до зрошувальної при змішуванні їх у буферному ставку складає в середньому від 1 : 3,5 до 1:4. Зрошувальна норма рису за вегетаційний період на ЗЧЗС-М 12800 – 13600 м³/га, що в 2,0 – 2,5 разу нижче у порівнянні із звичайними рисовими системами 20000-30000 м³/га. Це пов’язано перш за все з тим, що на ЗЧЗС-М були відсутні технічні скиди дренажної води в акваторію Чорного моря. Вся дренажна вода після попередньої підготовки в ставках детоксикації та подальшого розчинення із зрошуваною водою в буферному ставку використовувалася на повторне зрошення. У процесі експлуатації ЗЧЗС-М фахівцями Дослідної станції рису УААН здійснювався комплекс агротехнічних та агромеліоративних заходів технології вирощування сільськогосподарських культур, спрямований на отримання екологічно чистої сільськогосподарської продукції.

В основу обгрунтування еколого-економічної доцільності впровадження ЗЧЗС-М покладені принципи, розроблені Інститутом гідротехніки і меліорації УААН (Коваленко П.І., Чалий Б.І., Тишенко А.І. 1991), методика еколого-економічної оцінки, яка використовується при екологічній експертизі проектів (Пустовойт М.А. та ін., 1986), а також галузеві методики визначення техніко-економічних показників (ТЕП) РЗС. Визначено, що за основними ТЕП ЗЧЗС-М має перевагу у порівняні з еталоном – картою Кубанського типу, а також з картою Краснодарського типу. Основні ТЕП ЗЧЗС-М : коефіцієнт земельного використання (КЗВ) – 0,96; коефіцієнт корисної дії (ККД) – 0,96; коефіцієнт використання води (КВВ) – 0,83; строк окупності – 6,5 років В.Й.Маковський. На ЗЧЗС-М економія зрошувальної води в порівнянні із діючими РЗС складає 2,0 – 2,5 рази, значно покращується екологічний стан агроландшафту і морської акваторії.