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)

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 єконцентрації 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)

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 ґрунтівпроводиться 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]

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)

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.