Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Принципы и технологии экосистемного водопользования в мелиорации
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель
Автореферат диссертации по теме "Принципы и технологии экосистемного водопользования в мелиорации"
РГ6 им
2 9
ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДШАТЕЯЬСКЗЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ И МЕЛИОРАЦИИ Ш. А. Н. КОСТИКОВА '( ЕНШГиМ )
На правах рукописи
ЕЕЗДНИНА СВЕТЛАНА ЯКОВЛЕВНА
ПРИНЦИПЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭКОСИ СТЕННОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В МЕЛИОРАЦИИ
Специальность СВ. 01.02 - ыелиорзция и орошаемое
земледелие
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических нзук
ШСКЕА 1995
Работа •внп'щдтга 20. Всероссийской ордена Трудового. .
Красного Знамени нзутао-исследовательской - иясдпуте
гидротехники и мелиорации им. А.Н.Косйкова
Научный консультант - доктор геилсго-ШЕерапппягскнх
наук, зрофессор, Зас^укенЕй ирригатор Усбеаютана . Решазкаяа Н.М.
Официальные пплпнеам: - • доктор технических лзух, црз^еюср, ,
дэйстнитаивый: «дет Академик . ацйиоаяиствешд наук . ИсшгйыЕов Г.Х.,
- 'доктор шаойзхозяйатваЕзшх.Еаук.-■ . . • .'Зимонец Е.А.
- доктор технических, .наук, ■ Киретаёва Л.Е.-
Бздущаг оргазкаацЕЯ ИЦ . СШЗЕВДПРОЕКТ. .
Зщкга состоится 1005 г, в 40 -^сз
ва'запздаыш диссертационного.- совета Д 022.05.01 ю Всероссийском научно-иссдэдоватетскш институте гидротехника -.и ишю-- . • рации им. А. Н. Костикова на адресу: 127550, г.ХЬзсква, ух Большая • Акадешзелкая, 44. . •
С диссертацией исино ознакомиться з .биЕжнсте1:а..зшстЕтутг.
Автореферат разослаа /У. МЛЛ- 139,а г.
Ученый секретарь диссертационного сонета; 'к: т. к.
35. С. Зйшгузвснгя
' ' - 1 -
.ВВЕДЕНИЕ ¿ктуадьнесть пройдены. В современных условиях нарастающей антропогенной взгрузки на щиродные ландшафта и водные зкосисте- ... ш, загрязнения и деградации земель" и водных источников определяете значение в афере дентельноста человека приобретает' исподь- ■ гоазние зкосистешого подхода в качестве концептуальной основы природопользования. Естественные водные ресурсы является вазней-еглм компонентой биосферы, форшрущим среду обитания человека, и производственны! ресурсом, пбттял'аащиг незаменимыми-готребитель-скеме свойствами . При ухудшении качественного состава воды сни- . .жаегср устойчивость экологической а:схеш, нарушается нормальное ее фунмзтнгтсваннг. КЬшяексное использование и охрана годных ресурсоа до последнего времени рассматривались как отдельные направления и:ы2дпзазий и деятельности. К водным, экосистемам < сформировалось отношение как к водному объекту для водопользования, зодопотреблевия и зодоотведения. Водоохранная деятельность, нацеленная на борьбу со следствиями локальных загрязнений, ■ реа- . лизуется со ьнзщйелйшм отставанием от прирсиоразрушагщего производства. В созрсиенных условиях нарастащего загрязнения по-зерхностп-х вод, дефицита годы .по количественным ж качественный . 'показателя.; необходимо формирование новых подходов .к решения проблемы полешь зсвэкш л охраны водных- ресурсов. Драдсаатигается . . целесообразным объединение этих двух направлений -а единое - эко-снсхемное водопользование с целью' управления в вдиеои технолога- . ческа» процессе потреблением, использованием и отведением ноды о -учетом зкашпгаеских. требовании и ограничений, ориентации на причины анптдичаскЕС .нарушений _й предупреждение загрязнения водных экосистем.
Водные мелиорации,, осугцествляемые.с целью сохранения, воспроизводства плодородия почв' и получения необходимого сырья и про- . дуктоз питания, вшичааа; з производственный процесс такие вахней- . иге компоненты акпспптеми как почву, воду и растения, .тесно спя- . ясняка ьохсками воды, анергии и нещестн. Ориентация зкосистемного яодзюльзаганЕ;: на причина экологических нарушили и предупрелде-гсгрнаненыя -годных-экосистем надвигает ряд .приоритетных направлений гкз-зйлйаногп водопользования в.. ыелшрации,. вкдвчашцих
N . '
зкологазяцпэ процесса производства сельскохозяйственной продукции
на,.че.тарпруеиах. землях,. воспроизводства плодородия ноче, подопо-,. .
требленш, раашов орошения, технологии полива и водоатведения. Качество оросительной воды является важнейшим фактором экологизации яеречппдзаяьк процессов, 'так как влияет ла формирование и функционирование почвенной .бшты, процессов засоления, осолон- -Ц522НИЯ, содообрагоЕаяшг л загрязнения почв,, в'одспотреблеяие, формировать урохая а качеств^. сеяьскахоаяйственвои продукции. Ечесте с таг, качество оросительной вади влияет на сохранность и долговечность сооружений оросительных систем. Оценка качества ' ' оросительной воды по шверашвзщш и . соотношению катионов в настояв^е вреаа является недостаточной. Необходима- разработка системы нормирования качества оросительной вода,- вкшчалцей единые научно-методические принципа, критерии и систему оценки' качества оросительной воды по воадейсгвш па почвы, растения и сооружения. Учитывая загрязненность ряда водоисточников .для орошения ы опасность в связи с ami загрязнения.почв.и сельскохозяйственной продукции, важным- представляется в системе нормирования отравить опасность содержания в .оросительной, водз.тяжелых. металлов, пестицидов и других, загрязняющих веществ. Экологизация ео-доотведения -в мелиорации свяаана с .решением- проблеш даашиза-цаи,. очистки, ковдициониршаши-й-.рационального -использования кштакгорно-дренажных вод. 'Кпллегаорво-дренаяныа- воды гидрше- ■ ■ лиоратанвых СЕСтеа. содерках повышенное .количество., совей, ■ бшге-еов, пёстицвдов, тяжелых металлов и других загрявнязидия Еецеств. Сброс дренажных вод в водные экосистемы приводит к загрязнения вода, наруиениа биологического разнообразия водзой экосистемы,. аяти'втпто биоародукгиЕНОсти, ¿ормировянтэ .аоа .экологического кризиса. Использование ддя; .орошешш.: крйлекторно-древззнах вод, ве соответствуй^ требованиям к качеству .оросительной воды, дри20-- дат к засолены, осолонцеваниа. й .загрязнению. почв, снижезиз мяк.-" робшлагичесЕзи активности и,, соответственно, плодородна почв. Вместе о тем, использование высокпаинерализовавЕЫХ. и-загрязнен-• шпс колл-актсфлЬ-дранлиыа. вод ведёт к вагряакеяиз-.подгенЕЫх'... вод (источников пвтьевого водоснаОйквия),.снижению •уроаайЕостя и качества седьсшгозяйственной продукции до уровня непригодной для ' употребления.. Наряду, о мероприятиями. по . минимизации. о&ьема и загрязненности коллекгорно-дреназЕых вод, а.лгузльвой является разработка методов и технологий очистки, газвдпцисвированпя и ВЕутрисштсшш'о иссольаааапия. кодлегсгорно-дрензшах. вод для орошения и других далей. Таким образом, потребительская, ориентз-
ция ясдользонэтия водных, земельных и биологических ресурсов ео-досборных бзссезшоз. ландшафтов и водных экосистем вызвала негативные экологические последствия. Загрязнение, деградация земель и водных источников, нарастание дефицита воды по количественным а качественным показателям, формирование зон экологического кризиса определяет необходимость переориентации водопользования с потребятакьского аспекта на экосистемный. В связи с изложенным, £ормирсвзние концептуальной основы, научно-теоретических принципов зкосисте!дгсго водопользования представляет актуальную науч-куп прабле:<у. а рет-ние двух важнейших* направлений зкосистемного • водопользования в мелиорации - создание системы экологического вормировация щчестзз оросительной воды и технологии регулирования химического состава коллекторно-дренажных вод, имеют валкое практическое значение.
Дедшю исследований является создание научно-методических ч основ, теоретических принципов зкосистемного Еодстльгования и разработка системы нормирования качества оросительных вод, технологии регулирования химического состава шллэкторно-дренажных вод как зажнэйших направлений экпсиотемного водопользования з мелиорации.
Для реализация укзанной цели были поставлены следующие аада-
чи:
- разработать Акцепцию У принципы и прноритетвнэ'направления гкоскстемкого водопользования;
- выявить источники загрязнения и пути водной миграции загрязняющих веществ з процессе функционирования гидромелиоративных систем;
- разработать экологические и технологические ограничения в системах "вода - растение", " вода - почва", "вода - сооружение";
- разработать научно-методические принципы регламентирования, критерии и систему оценки качества еоды для □решения;
- разработать технологию биохимической очистки и регулирования химического состава коллекторво-дренажых вод;
- рз^работахь принципы конструирования и модификации сооружений по биохимической очистке и регулированию химического состава коплекгерно-дренажных зод.
Нэтодологил исследований . В сснозу теоретических' исследований к разработок полсиены труды В.й.Вернадского, Е.Е.Докучаева, Е.Р.Зильяыса, А. К.Костякога, работы С. О. Аээрзяновз, Б.А.Шумакова, .
E.Б.Шумакава, К.П. Айдарова, В.А.Хонды, Н.М.Решеткиной, А.И.Гсшо-ванова, О.Г.Граиматикзти, Д.М.Кацз, В.СЛЛаслова, В.В.Егорова, A.M.Каштанова, Б.А.Зиыовца, Д. Ф. Шульгина, Л.М.Рекса, Г.В.Воропа-эва, Т.Х.Исмайьшова, Н. В.Морозова, А.В.йранцева, Б.П. Строганова, Н.И.Шевяковой, й.Сабольч, К.Дараб, P., S> Avers, М. Bursa,
F.M. Eaton, B.K.Hsnda, A.Kloke, W.E. Lang-el i ег и др.
Методологической основой работы является применение системного
и экспертно-аналитического подходов для анализа водопользования в мелиорации, водной миграции гагрязняшуК веществ а процессе функционирования гидромелиоративных_ систем, влияния ячества оросительной воды на почвы, растения, сооружения и согдания системы экологического нормирования качества оросительной зоды. Теоретические предпосылки развитая биохимических процессов a водной среде, экспериментальные натурные и лабораторные доследования полажены е основу разработки технических ресений, технологий и сооружений по регулировании химического состава и внутрисис-"5¡¿ному использовании коллектарно-дрекахных еод.
Научная котсопа работы заключается е созднеии научно-метс- ' дическнх основ, теоретических принципов акосистемного еодополь--гования,- разработке системы нормирования качества -оросительной зоды и технологии регулирования химического состава коллектор-во-дренажных над.'
В работе впервые разработаны:
1. Структура зкосистеиного водопользования (цель, концепция, принципы, задачи, научные направления);
2.Научно-методические принципы регламентирования, критерии, система оценки и классификации качества воды для ороээкия:
- Почвенно-мелиоративная классификация оросительных вод;
- Классификация оросительных вод для культур различной солэ-устойчиюсти;
- Классификация тнжелых металлов и другие элементов-по степени опасности их содержания в оросительной воде;
- Классификация пестицидов го степени опасности их содержа-' вия в оросительной воде, почве, растениях;
• - Классификация оросительных еод по степени опасности воздействия нз сооружения.
■ 2.Новая технология■ биохимической очистки и регулирования химического состава коллекторно-дрекяаных вед .
4. Принципы конструирования и кодификации сооружений по per1/-
дироззнио химического состава коллекторно-дренажных вод.
Денвость для практики заключается з разработке системы нормирования качества оросительной зоды, . позволяядэй оценить водоисточник для орошения в соответствии с экологическими, агрономическими и техническими критериями. . .
Нзучно-методзтаеские принципы нормирования, критерии а систе-мз показателей, подлежащих нормирования, вошш в международный и государственный стандарт, норштиЕЯо-методические дсзс/мента.
Нсные технологии регулирования химического состава коллэк-торно-дренажных вод, разработанные на'оснсзе комплексирования методов биохимической, физико-кимшэскай очистки и кондиционирования зады , позволяют предотвратить загрязнение годных экосистем, кслшэзоватъ колггктерно-дреяатаыэ воды для орягения и получить дополнительна сельскохозяйственную продукцию. -
Рналгязциа работа. Методические положения, принципы, критерии и система показателей качества оросительной воды, подлежащих гормярозаяив, ислотагозакы при составлении ГССТ 17.1.2.02-90 (СТСЭВ 5457-88) "Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показате--ди качества воды для орошения". Методика оценки 'качества рроси-тельЕОЙ зэды-использована при разработке "Рекомендаций по оценке качества воды для орошения сельскохозяйственных культур, 1934; "Требований к качеству воды для орошения", 1990; _ Руководящего, документа "Экологические критерий оценки качества ирригационных вод Украины", 1994.
Методика и система оценки качества оросительной воды использованы в проектных и нзучно-исследовательских институтах: Еолго-водпроекг, ЦЧа.Пшроводхоз, Дёкпшроводхоз, КиргкгптроЕодхоа, Г.тлвнечерноземъсдстрой, КазНИИЕХ, Егмелиорзция, АгНИИ водных . проблем, Укряжгипроводхоз, Ежгипроводхоз, ШШГйД, Туркмекгип-роводхоз, Армгнпроводхоз, ВНИИ сельскохозяйственного использования мелиорированных земель, Асграхаягипроводхоз, Дальгидровод-хоа, Глагдальводстрой, ДальНИИМ, Казшгипроводхоз, СибНКИГиМ, Тулнаг; гзодпроекг, Рерганагяпроногргоа, Лентркзггиправодхсг, Казахский сельскохозяйственный институт, УкрНИИГнЫ, ?,Ьлдгидровод-хог, Сегказгшзроводхоз, УкрНИИПА.
Техпгисгия бисосазтзесшй очистки и, конструкции сооружений по регулировании химического состава колдэктерво-дргяажных ' вод использованы А/о ^"ВолгоЕОДПраект" в "Схеме отведения и использования сточных и коллекторно-дрека1яшх вод за территории меэзду-
(
рачья Дона-Волги-Терека и Кубани и мероприятий но снижению их отрицательного влияния на экологию" (1292 год).
Апробация работа. Результаты работы доложены и обсуждены за международных конгресса, всесоюзных, международных и отраслевых соЕес^аниях, основными из которых является: "Есессаозное совегцаняг "Охрзна речных вод от загрязнения дрензжно-сбросными водами" ( Ашхабад , 1982); Есесспанае совещание "Методы моделирования нем-нений при перераспределении водных ресурсов" (Новосибирск, 19S2); Всесоюзное совегсуздз по мелиоративной гидрогеологии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведении (К.Кахозкз, 1984); Всесоюзный симпозиум "СоЕремэнныэ проблемы прогнозирования и контроля качества воды водоемов" (Таллин, 1925); Научная конференция "Научные основы гигиены окружэщэй среды" (Койулети, 1985); Всессэаное совез^аниэ "Плодородие черноземов в связи с интенсификацией их лспсльаоЕЗЕИя" (Одесса, 1985); научный семинар "Изменение геологической среды при мелиорации земель и методы ли прогноза" (Mocscaa, 19S7); Есэсоюзное совещание "Качество зоды для срошания" (Адма-Ата, 1983); Международная конференция "Проблемы качества питьевой воды" (Шскза, 1939); Международный ии-поаиум "Генезисv мелиорация и управление плодородием засоленных и солонцовых почв" (Волгоград, 1991); Всероссийское совещание "Экологические основы орошаемого земледелия" (Москва, 1922); Международный конгресс "Вода:экология и технология" (Москва, 1994). ■
Публикации. Результаты исследований опубликованы в ?7 печатных работах.
На защиту выносится:
1. Нзучно-методтеские основы и принципы зкосистемзого во- • допользования.
2. Принципы регламентирования, 'Критерии, показатели, система оценки и классификации качества воды для орошения:
- почвенно-ыелюршианая классификация оросительных вод;
- классификация оросительных вод для культур различной cose--устойчивости;
- классификация .тяжелых металлов и'другие элементов по'сге-,пени опасности их содержания в оросительной воде;
- классификация пестицидов по степени опасности их содержания в оросительной воде, почве, растениях;
- классификация оросительных зод по степени опасности рое-
действия на сооружения.
3.'Нозгя технология биохимической очистки и регулирования хи-шпеского состзва колдекторно-дрензжнш вод.
4. Принципы конструирования и модификации сооружений по регулированию химического состава коллекгорно-дренажных еод.
Автор выргдаат искреннюю признательность акздешяу'Российской Академии сельскохозяйственных наук Б.5.Шумакову, профессору Н.М.Реиеткиной, профессору О.Г.Грзшатккнхй за ценные консультации и замечания, коллега« В.А.Брауну, р.И.Куприянову, Е.В.Овчин-внкоеой, й.А.Жолдзкозу за постоянное внимание к работа, помсщь и поддержку.
№НА 1. ЗШСОЛЕЕКИЕ АСПЕКТЫ ВОДШИШЗШАКИЯ И ЕЦЦООТВЕДЕНИЯ В МЕЛИОРАЦИИ. КОНЦЕПЦИЯ й ¿РЙНЩШЫ ЗШСИСТЕМНОГО ВЦЩШЬЗСВАНИЯ
Выполненный авторам ' анализ водопользования показал, что распределение водных ресурсов по территории России крайне неравномерно л не соответствует численности населения, рзааещетво промышленных а сельскохозяйственных объектов. На бассейны Азозского и Каспийского морей, где прожигает свыше £0£ населания страны и сосредоточен основной промышленный и сельскохозяйственный" потенциал, приходится менее 8Х годового объема речного стен. Сель с-ям хозяйством ежега-пго забирается из водных объектов окаю 37 .куб.км свеж»? воды, что составляет 332 от общего объема забграемой еоды. Сельскохозяйственное, зодоотведевие составляет 15 гс/б. км или более 4ЕЖ всех загрязнённых сточных вод, сбрасываемых в водные экосистемы. В 1992 году в. сельскохозяйственном водопользовании для орошения земель на влоцади 6,3 млн.га израсходовано 15,4 куб.км воды. Объем коллектсрно-дренажных вод составил 9,9 куб.км. В результате сброса загрязняющих веществ аоды основные рек России загрязнены нефтепродуктами, тяжелыми металлами, аммонийным, нит-ритным и зитратвым азотом, пестицидами, фенолами, сульфатами, хлоридами, СПАВ.
В России в настоящее время формируются ряд регионов, где высокая концентрация населения, пристенного и сельскохозяйственного производства привела к резкому ухудшен® экологической обстановки^ так как сопротивляемость природных комплексов антропогенному воздействию либо исчерпала, либо близка к
- а -
этому состоянию. Антропогенные нагруаки в этих регионах превышают допустимые значения, создавая критическую ситуацию, при которой возникает1 слабокомпенсируемые и необратимые изменения ландшафтов, нарастает угроаа истощения или утраты водных, земельных и биологических ресурсов. К числу таких регионов относятся Кузбасс, Уральский регион, Калмыкия, Северный Каспий, Азо-во-Черноморский регион, Среднее Поволжье, Прикамье и некоторые • другие. В связи с ростом водозабора и безвозвратного потреблена воды, увеличением сброса загрязненных сточных вод ухудшилась экологическая ситуация в бассейнах рек Волги, Каш, Оки, Кубани, Ангары и других рек.
Загрязнение поверхностных и подземных вод, нарастание дефицита зады по количественным и качественный показателям, формирование зон запряженной экологической ситуации определяют необходимость формирования новых подходов к решению проблемы водопользования. В .сложившемся водопользовании как "использовании водны:', объектов для удовлетворения лпбых нужд населения и народного хозяйства" (ГОСТ 17.1.1.01-77) преобладает потребительский аспект. Водоохранная деятельность, нацеленная на борьбу со следствиями локальных загрязнений, реализуется со значительным отставанием от природораарушащего производства. Наряду с модернизацией очистки сточных вод, важным представляется основное-внимание уделить совершенствовании и экологизахцш основ производства продукции и применяемых технологий использования воды как главных источников экологических нарушений.
Использование вод и охрана вод до последнего времени рассматривались как отдельные направления исследований и деятельности. Это сформировало отношение к водной экосистеме как к водному объекту для водопользования, недопотреблении и водоотведения, что привело к загрязнении еоды, нарушению структурной и функциональной целостности водных экосистем .
Использование и охрана годных ресурсов - взаимосвязанные и взаимообусловленные направления деятельности человека, злшаз-351е на процесс формирования водной экосистемы. В связи с этим представляется целесообразным объединение этих двух направлений в единое - акосистемное водопользование с приданием зхому направленна ковах целей и аадач. Переориентация водопользования с • потребительского аспекта на знесистемный отражает функции вода •как средства и необходимого условия оптимального фувкционироЕа-
- 9 - .
зея экосистемы водосборного бассейна, ландшафта и водной экосистемы. Экосистема водосборного бассейна рассматривается как единое, природное целое, бассейн крупных рек - как единый комплекс экосистем с.границами на фиаико-географической основе.
Концепция зкосистемного водопользования ориентирована на экологизацию использования водных, земельных и биологических ресурсов, снижение безвозвратного иодопотреблейия, предупреждение загрязнения годных экосистем в процессе производства продукции, водопользования и водоотведения. Под экслотиаацией автор понимает г-зррекциэ и формирование вещественно-энергетических и информационных штоков в соответствии с экологическими ограничениями н требованиями. В соответствии с целъв и концепцией автором сформулированы принципы зкосистемного водопользования применительно к субъектам содохозяйствеяного комплекса в пределах водосборного бассейна или ландшафта С рис.1).
На сельское хозяйство, как на отрасль, связанную с обустройством лзздшафтоз, обработкой, орошением, осушением земель и производством продуктов питания, возлагается особая ответственность за экологически безопасное функционирование ландшафта и связанной с ним еодной экосистемы. Обработка почв, внесение удобрений и пестицидов на значительных по площади территориях, придают особенно сложный, рассредоточенный характер источник1/ сельскохозяйственного загрязнения, затрудняющий контроль и уд-; равнение процессами мигращш и накопления опасных веществ, Осно-зой зкосистемного водопользования в сельском хозяйстве является совершенствование и экологизация основ производства сельскохозяйственной продукции, агротехнологий, внесения удобрений и пестицидов, реяимов орошения,технологии полиез ( б.5.Шумаков, 1994). ■
Водные мелиорации яедяштся одним из крупнейших потребителей воды, окзгывеот воздействие на природные процессы и формирование потоков воды, химических элементов и соединений. Труды основоположника мелиоративной науки А. Н. Костикова, работы С.Ф.Аверьянова,. Е.А.Ковды, А. Шумакова, Б.Б.Шумакова, Н.М.Решеткинои, О.Г.Грзммзтикатя, Д.М.Хацз, И.П.Айдарова, Б.С.Маслова, А.И.Каш-тзноЕа, А Л". Голованова, В.В.ШабаноЕа, В.В.Егорова, Л.М.Рекса, В.А.Зимозца п других ученых посвящены создании научных основ мелиорации, воспроизводства плодородия лочв, теории влаго-, соле-переносз, динамики подземных вод, научных основ дренажа .орошаемых и еоуэаемых земель. Однако зкстенсийикация сельского хозякс- -
«
ЦЕЛЬ
КОНЦЕПЦИЯ
ПРИНЦИПЫ
ПРИОРИТЕТЫ, коиштош экссж -ТЕМНОГО Ёолотть-ЭОЕАШЯ в шда -
РАЦИИ
-
задачи
НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ (МЕРОПРИЯТИЮ
экосистем нон водопользование
Рисунок I.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ И СОХРАНЕНИЕ «УИНШЮНАЛЫЮЙ И' СТРШУТНЭЯ ПЕКСТНОСТИ КШОСЮРШ БАССЕЯЮВ. ЛАНДШТОВ И 'ВМИВД ЗЮСИСТЕЫ
Зашопгзамг использования водных, земельных,' Сиологическях ресурсов ,
емянле Сеавоаврагного еодопотреОления, предупреждение загрязнен« »одни* экосистеи
а процессе производства продукции, водопользовании и водоотведенйя
Представление ЗЕБ как единой систеш.в леди которой оеупгстнляется ея коордоа-шя кдтедь-косте « интересов СЕК
Предупреждение ааг-рязвевий -веотьеиде-мая часть ШП и технологии повод ьаования
ВОДЫ
X
X
Платность водопользования ¡т всех евк «еаа-гисто от фзри собственное!»
X
Изъята ЕВ «з гиарогео химического оборота ва основе 8ан-
КНУТЫХ И 11»
луэамкиутьп систем вод» пользования
Создание экодогичеекд безопасных ИИ на экономической, правовой | законодательной основе
Шенка вуихшга-рования £ЕБ, БЭ, ' сва в со-ответст-вхк с ако-лагически-м нормами
X
Восстаиоые-ние и сохранение функци овальной х структурной целостности водных экосистем
Обеспечение СШ водой в нудной ооъеме, режиме и качестве
X
Экологизация ШОТ на Ю и вослроизподства шодородня почв
г:
Экологическое нормировавие
1
МОНИТОРИНГ
Слитое удедь них затрат води
Сохранение и по-
ВШ!5-
Н»в плодородия поч»
Преду-прех-
девие
затри»
вевия
ВОЧВ ВОДЫ, рас те-В.1Я
Регулирование
ПОТОПИ
воды, химических адемеи-тов к аеиеств
Свзлаяие высокопродуктивных, экологически устойчивых мелиорирован-вых вгро-даямнфтол
Взрмиро-ванив ЩВ на са'шк, поверхности!» и подземные ьоди. растеши
Норны ПДО вред ких веществ в яочде, оросительной воде растениях
Петею ваблвде-|кг ва* «арамет-раии среди ж сс-мл
Диаглостиро-нне рал них этапов сов-реждэния мелиорированных агролан-двгфгов и водных ' экосистем
Сиеяка экологической устойчивости мелиорированных агродаяд-вайов и водных экосистем
Регламентирование воздействий на мелиорировав вые агро-даидшафгы и годные экосистем!/
Сяшсение ивтенсивноети погокод воды.и типических элементов в яро-цессв ЛЯ! аа Ш Снижение безэозвратногр водолотреблиниа Предупрехдение загряэведии лочз, с/д просукщц я ьодных экосисте« швнкизашя инфиль- . трааяояных потерь ва ороеаеыых аемдях из каяалов.водохраниднц 1!ин11'.мэацня воздействия дренаяш систем на природнуи среду
Создание экологически устойчивых, безопасных и высокопродуктивны! мелиорировать« вгро-лаядаг^ов
Асодогиза-
Ш ППОП
на Л.
вн5сеияя
удоОреана,
мдароэде-
ме.чтов.
ПЕСТИШ1Д0В
Оптишза-ция рэхи-мов оро-
ЮНИЯ » технологии подина с/* кулкур
Экологическое яормм-рование ПДВ «а медиоЬи-ров&чные егролаядав-(гги и вед-йые а кос истомы
Нзрмхро-
вмшв
качества
орос»-
те.тыыд
¡1 колле-
кторто-
др^наж-
них пол
Регулирование II-ничесгого состава, оросите льны* а кол лекторно-дренажнше ¡он
Соадаиив замкнутих и полузамкнутых св
с изъятием ЭВ иа гид-рогео'линн-ческого кс/гоборога
Создание акоиоиических, оравових и законодатель-вых механизмов реализации экоеистемного водопадьзо-ннл
Создание мониторинга воды, почв,
растения и сооружений
- и -
тва, ориентация на получение гарантирований, высоких урожаев сельскохозяйственных культур, недоучет значимости природных условий и процессов , направленность мероприятий на борьбу со следствиями, а с причинами экологических нарушений' привели к снихенкв п^гдородия почв, урожайности и качества сельскохозяйственной продукции, ннгряэненип подземных и поверхностных вод.
А.Н.Костиков н фундаментальном труде "Основы мезЕорзцпй"'определил задачи мелиорация как "... управление направлением и скоростью геологического и биологического круговоротов воды и вольных питательных элементов в целях- прогрессивного повышения плодородна лота" / стр. 14/. Управление любой материальной субстанцией молет быть осуществлено только определенным воздействием или комслекоаг воздействий. Под воздействием позплгется единовременный шч 1х;р1'одичэс;пзл акт, либо постоянный процесс приноса звш ижьяткг лгйюй материальной субстанции по отнозениа к окружа- .. Ецей среде, 1!<!л?торироваянкй агроландшафт находится под влиянием природных и антропогенных воздействий. К природам« воздействиям относятся ззогзцпонша процессы большого геологического круговорота, ояре;.,"..: - ицяе функциональные бкагеоритмы мелиорированного агроландзафта. Экстремальные природные явления в вндэ засух, заморозков, летней, бурь и других явлений, оказывают кратковременное, усиленное ¿оздеиствке, способное выгнать структурные и функциональные нарушения келиорированного агроландяафта. Антропогенны? воздействия ( агротехнические, шлиоратпзныэ, водохозяйс-тзезсз-1») предназначены для смягчения неблагоприятна! природных воздействий, формирования новой структуры и функциональных свойств мелиорированного вграляндяэфта с цельп воспроизводства плодородия почв и першения биопродуктивности." Одним из валней-иих условий ¡формирования структурной и функциональней целостное-' ти мелиорированного агроландшафта является зкосистемное водо-полг човнниэ.
. Ос.-овные приоритеты концепции, задачи и научнна направления зкоснст/много водопользования в мелиорации разработаны автором и нредстаЕленн на рис. 1.
Выполненный автором анализ научив; направлений зкосистемно-го водопользования позволяет более подробно остановиться на двух направлениях, лояззцк в основе процесса зкологигацаи водных не- ' лиоргцяй:
1. Регламентирование и оценка качества оросительной вода;
2. Регулирование химического состава и внутрисистемное использование даалекгорво-дрэяааошх вод.
Научные основы регламентирования и оценки качества оросительной- зоды заложены В. В. Докучаевым, А. Н. Костиковым, Е.А.Ков-1 дой, F.Hilgard, L.Richsrds, F.M. Eaton и во второй воловине двадцатого столетия сформировалось несколько направлений исследовании: североамериканское, европейское, индийское) китайское и совет сете. Для североамериканского направления характерно комплексное изучение влияния качества оросительной воды на почвы, растения и сооружения, водопотребление и урожайность сельскохозяйственных культур. В Канаде используются результаты американского направления и , кроме того, нормируются пестициды. Для европейского направления характерна разработка стандартов ва качество оросительной воды (Чехословакия, Польша,. Венгрия, Румыния, Германия): нормируется общее содержание солей, отдельных ионов, учитывается солеуотокчщость культур, нормируются аагряз-зяпдце вещества. Индийское направление уделяет значительное внимание ослеустойчивости сельскохозяйственных культур и минерализации оросительной вода. Разработаны классификации оросительных вод во йравцзш, Алаире, Израиле, стандарт в Китае. Для созетско-. га направления исследований качества оросительной еоды характерным является изучение почвевно-келиоративйых' аспектов. Разработаны классифжации А. К. Костикова, Е.А.Ковды, й.С.Рабочева, А.М.Можэйкз, Т.К.Воротника, М.Ф.Еуданова, И.Н.Антипова-Карагзе-га, Г.М.Кадера, И.Н.Гоголева, Т.Н.Хохленко, С. А. Даша, П.И.Ку-коба, Л.А.Чаусовой, И.П. Айдарова, АЛ-Королькоза, Б.А.Здаовца, Н.В.Хитрова. Для почвенно-ыелиоративвой оценки качества оросительной вода разрабатываются методы математического моделирования (И.П.Айдаров, 1935, Я.А.Пачепский, 19S8, Л.М.Рекс, А.М.Яки-ревич, 1SS7). Наряду с развитием научных направлены! ло нормиро-. ваяив свойств, состава воды и математическому моделировании, выполняется, зксперзыеитальше Ьсследования по изучению влияния качества оросительной воды Еа почвы.
Выполненный автором анализ регламентирования .и оценки га-честза просительной воды в рааличзых странах свидетельствует о том, что качество оросительной воды является одним из заннейшк факторов, злиящих Еа-процесс формирования плодородия почв, развитие процессов эассшеаня, асолснцеваяия, содообрзаования (В.В. Докучаев,. ' А. Н.Костяков, В.А.Ковда, К.П.Айдаров, Е.А.Зимовец,
Л.М.Рекс, A.îT-Голозанов, И.Н.Антипов-Каратаев, К.М.Кадер, М.Ф. Буданов. E.W.Hilgard, L.V.«iicox, J:D.Rhoadss, L.Esmstcin, E.S.Ayers, E.V.Westcott, B.K.Handa, F.M.Eaton, C.A.Bower, YLE.Lsnrelisr и др. ), загрязнения почв С H.В. Алексеев, К.Рзуце, С.Кырстя, A.Kloke- Г.А.Гармад, Н.Г.Зырин к др.). Качество оросительной зоды OKSSitBafT влияние на недопотребление, зодоотведе-ние, разим рзботы ^рзнаяа и химический состав дренажных еод СВ.А.Ковда, И.П.Айдаров, E.S.Ayers, А.У.Усмэнов и др.), урожайность к качество сельскохозяйственной продукции (R.S. Avers, kl 3. Алексеев, К.Рзуце, А.У.Усианов; Н.Г.Зырин, K.Hosoda, Г.А.Ггфмзп и др.), сохранность и долговечность материалов, узлов :: з делам сооруяекй гидромелиоративных систем С М.Г.Э/рба, р..5.Ауег5, W.E. Lan gelier ндр. ). Таким образом, влияние качества оросительной воды ка почвы, растения, сооружения, шдаемкыэ воды, химический состав древачсзых зод и , соответственно, водные •• экосистемы :шдвигает научное направление по нормированию качества оросительной воды з одно на захнейших направлений, экосистем-ного водопользования з мелиорации.
Коллекторко-дренажный сток гидромелиоративных систем содержит повышенное количество солей, биогенов, пестицидов, тяжелых мстзлзсз и других химических злементоз и соединений.' Зона влияния горизонтального дренажа на потоки воды и химических элементов ■ распространяется на глубину, разную 2-4- глубинам*аашкекия дрен. Зона злияния вертикального дренажа распространяется на глубину 100-150 и. Углубление дренажа, сокращение расстояний между дренами, увеличение инфильтрации оросительных зод и атмосферных осадков способствует уветачениа зоны миграции и, соответственно, объему выносимых солей и загрязиящих веществ в годные экосистемы. Оптимизация режимов орошения сельскохозяйственных культур, технологии полива, МИЕК4ИВЗЦКЯ ивфильтрацкоЕных потерь ва орошаешх землях, из каналов, водохранилищ создает предпосылка для сокращения дренажного стока до 8-10Z водоподачи. Наряду с реализацией мер по злнимиззщи объема и загрязнения дренаянога стока'важными гредстанлянтся исследования и разработка теоретических основ и технологий очистки и регулирования химического состава дренааякх еод с цэльи безопасного сброса, е водные экосистема или внутрисистемного использования для оршзеЕия сельскохозяйственных КУЛВТур.
Таким, образом, постановка и структуризация проблемы зкосис-
темного- водопользования в мелиорации обозначила актуальность научных направлении исследований по созданию системы экологического нормирования и оценки качества оросительных еод, технологии регулирования химического состава и внутрисистемного использования коллекторно-дренажных вод. .
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МИГРАЦИИ ЗАГРШНЯВДК НЩПТГЕ ПРИ
ФУНКЩШРШАНШ гидраЕлиоРА'гавных СИСТЕМ.
Выполненный автором анализ источников загрязнения в процессе функционирования гидромелиоративных систем показал, что внесение удобрений, пестицидов, микроэлементов, обработка поче, поверхностный и кпллекзорно-древааньш сток, a Tarase оросительная псдз яеляит-ся источниками поступления солей и загрязняющие вадеств в почву, растения, поверхностные и подземные воды. Азотные удобрения, попадая з почву, испальзушся растениями частично: коэффициент "использования азотЕых удобрений составляет около 50Z, часть теряется из почвы в виде газообразных продуктов (15-20)Х, потери за счет вымы-зания составляит 2D-25Z. Потери фосфора стандартных оргсфосфорных удобрений с дреназашми ведами превышает 0,25-0,50 кг/га фосфора в год. Фосфорные удобрения, a tárese удобрения с использованием орто-фасфорной кислоты нвляится наиболее значительны!.»! кат. по набору, так и .по- концентрации примесей тяжелых, металлов. Суперфосфат содержит кадмий, хром, кобальт, медь, свинец, никель, ванадий, панк. Пр" внесении суперфосфата (SO. кг/га по фосфору) одновременно в почву поступает 11,3 г/га меди, 55,Б г/га свинца, 1,0 г/га кадмия (АЛ-Вайменова, Т.Н.Квашина, 19В-3 г.). Для производства фосфорных удобрений используется апатитовый концентрат, содержащий кроме оксида пятизалентЕого фосфора до 2,5 X свободного фосфора, а также фтор, стронций, лантакиды, иттрия и другие нлемекты. С каэдой тонной двойного суперфосфата в лочяу вносится до 80 кг фтора, скало 2D0 кг аммофоса ы 120 кг простого суперфосфата. В простом, суперфосфате обнаружены (Саго J., 1934) такие тяжелые металлы, как кадмий (50... 170 мг/ет), хром (Б5...243 мг/кг), кобальт (до SQ мг/кг), медь (4...79 мг/кг), свинец (7...S2 иг/кг), никель (7...22 мг/кг), ванадий (70... 180 мг/кг), цинк (50...1430 мг/кг). В составе простого суперфосфата в почву поступает стабильный стронций; в Хибинском апатите его содержание достигает 27... Вместе с те;.!, суперфосфат со-
д-ргит до 1,52 фтора, комплексные удобрения - 0,5.-.1,02 , фосфо-пшс содержит в пидз второстепенных примесей до 102. оксидов марганца. стронция, з том числе до 32 редкоаемельных элементов . Установ--ено, что с ооньскпхоаЕнотвешшх угодий в поверхностные и подземные водн поступает окаю £02 внесенного ааота, S2 фосфора. Пестициды, . :'спол1.?у£ше в процессе производства сельскохозяйственной продукции, предстзвляпт Апологически высокоактивные вещества. Являясь ягоеитши для пег- .деленной формы лизни, пестициды предстэаляат ап-зогооть для человека, животных и полезных микроорганизмов. Особуя опасность представляет устойчивые, труднорзалагаеше пестициды. Ус-таиогленэ CEaicti.T. ,1ЯВ2), что в среднем около 32 используемого инсектицида является дейстзупцим, остальные S7Z теряются, то есть поступают в почву, растения и другие компоненты агроэкпеистемы. Кс- пользуемая часть гербицидов составляет 5-4QX. Пестицида, попавшие в почву, онаэываат токсичное действие на состав и числезность микро-'' организмов и, соответственно, на направленность и интенсивность микробиологических процессов. Некоторые пестициды в своем составе содержат тяжалыэ металлы: ртуть, цннк, меда, хгжвго и др. В составе гранозана содержание ртути достигает 75, Б2 от массы соединения. Медь и шнк являются составной частью фунгицидов (И. В. Алексеев, 1987).
Загрязнение атмосферы и, соответственно, атмосферных' осадков' опасными злэмэктал! ' и соединениями оказывает негативное влияние на водные экосистемы, ¿людородиэ почв и качество сельскохозяйственной продукции на ратаоянки десятков и сотен километров от источников загрязнения. На орошаемых землях дополнительным источяеком загрязнений является вода для орошения, используемая из изгрязненных водных объектов. Л, наконец; весьма значимым источником загрязне- . ний являются кпллекторно-дренажные воды гидромелиоративных систем, содеряапрэ повышенное количество солей, биогенов, пестицидов, тяжелых металлов и ' других загрязняпцих зецеств я представляхицих опасность для почв, подземных -вод и сельскохозяйственных культур при использозаниг. их для орошения, а также для водных экосистем -при сбросе загрязненных коллекторно-дреЕзжных вод; Загрязнение атмосферы и, соответственно, атмосферных осадков, водных экосистем и -очз- изменяет кзчетатчшое- состояние, трофических связей и .окружающая среды в системе вод^-почва-микреоргангамы-выеззие растения-жизот-нне-человек-биосшерз.ч По мере прохождения ззеньез этой системы ааг-рязкгшщке . земства накапливаются,, трансформируются, разлагается.
теряют л приобретал! токсичность. При определенных концентрациях и условиях аагрязнящие вещества нарушает структурнуа и функциональную целостность как отдельных звеньев, так и системы в целом.
Накопление аагрягкяпщих веществ зависит от почвенно-клиыэти-ческих услагий, механического состава и водопроницаемости почв.' Бо мере увеличения-аридаости и смены водного режима от промывного к
V
непромывкоыу потенциал накопления вагряанящих^веществ возрастает. Опасность загрязнения почв сдабоподвижньши токсичными элементами возрастает от песчаных к глинистым и илистш почвам, с низкой проницаемостью 15 еысокш водоудерживащей способностью. В зависимости от содержания гумуса -и минералогического состава лочв изменяется степень опасности накопления токсичных элементов, которые находятся в слабоподвигной форма . В группу тяяелых металлов входят микроэлементы: железа, цинк, марганец, молибден, медь, кобальт, имеюцие позитивное внаяение и получившие наавание микроэлементов,- обусловлэн-зое теш концентрациями, в которых они необходима растениям. Микроэлементы являится в основзом функциональными элементами, входят в состав ферментов, витаминов и других биологически активных веществ, катализируют процессы синтеза органических соединений. Однако при определенных концентрациях микроэлементы становятся токсичными.
Для тяжелых металлов характерна переменная валентность, такая растворимость рх гидроокисей л способность образовывать комплексные соединения. Тяжелые металлы удерживазтся почвой благодаря.формировании комплексных соединений с гумусом, обменной адсорбции поверхности глин и гумуса, а также формированию нерастворимых соединений, особенно при восстановлении. В еочвэевом растворе тяжелые металлы встречаются а ионной и а связанной форме. Почва облздает выраженной катионной поглотительной способностью и благодаря атому удерживает положительно заряженные ионы металлов, что способствует их вакопле-вш. На подвижность металлов в почве оказывает влияние рН почвы: железо, марганец и- алжминий в кислой среде находятся' в подвижном состоянии, а при нейтрализации переходят в нерастворимые гвдрокся-ды. Молибден. и хрш при нейтрализации почвы становятся подвижными, а в слабокислой и щелочной, среде образует растворимые соли молибденовой и хромовой кислот. Миграционная способность металлов нзменя- ,. ется е зависимости от окислительно-восстановительных условий в-почве:- цинк, медь, никель, кобальт подвикны в условиях окисления и слабо ¡мигрируют в среде с преобладанием процессов восстановления. Накопление тяжелых - металлов-в растениях оказывает -токсичное' действие на человека и животных.
Почвенный покров представляет важнейший компонент биосферы, играет роль фиаико-хияяеского и биологического поглотителя и нейт-рзлигзтора многих химических соединений; детоксирузщие свойства почвы азагсят от содержания органического углерода, рЯ среды, емкости поглощения, ряда других факторов и имеют определенный предел.-Накопление в почве такснчньк'веществ'оказывает ннгиблрукщее действие на ^икрооргазиамы, что снижает плодородие почвы и опасно из-за зоамсккостн перехода препарата в контактирующие среды: воздух, растения, поверхностные и подземные воды. ^Остаточное количество экзогенных химических веществ в биомассе растений переходит, в последующе звенья трофятаескнх цепей: продукты земледелия - человек, корма . - животные - человек. Одним из источников поступления различных химических веществ в дочву и растения являются оросительные воды, поэтому нормирование и регулирование их качества имеет важное практическое аяачевие наряду с проблемой охраны почв и годных экосистем от загрязнения.
В процессе функп^тонкровзния гидромелиоративных систем формируются потока алементов и соединений, интенсивность которых зависит от комплекса природных и хозяйственных условий. Автором разработана пршцкшЕлъзая схэма массопереноса при функционировании гидромелиоративных систем (рис. 2), позволяющая выявить водно-миграционные пути переноса солей, тяжелых металлов, биогеков, пестицидов и других загрязняющее Еедесгв. В "центра1 схемы показаны водоисточник для орошения (1), гидромелиоративная система (2) и водоприемник (3). Нередко водоисточником й водоприёмником является одна река. . Состояние водоисточника определяется уровнем экологизации промышленных, коммунально- бытовых, гидроэнергетических, сельскохозяйственных и других объектов ( А, В, С, С), расположенных выше по тег ченнза от места водозабора. Источникам?! загрязнения почв и сельскохозяйственной продукции' на орошаемых землях яеляются атмосферные осадки (4), система земледелия (внесение удобрений, пестицидов, лшкроалемеятоз и др.) на орошаемых и сопредельных-территориях (6), а тгкяе иодгеьякэ води (7). Второй и третий источник загрязнения являются регулируемыми. Управляемыми являются также процессы загрязнения подаемшх вод и траяслокация токсических веществ из • почвы в растения. Ж, наконец, ■ процесс формирования дрензкного стока на ершаемых землях является также управляемым процессом. Сложность атих процессов и приемов управления з научном и технологическом аспектах очевиднз; уровень их реиения и реализации будет определять
__- ia - - • PnCyH0Jt Z.
I ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА МАССОПЕРЕНОСА
В ПРОЦЕССЕ <|эУНКЦМаН!'1РОВАН1'КЗ
ГадрОМЕЛИОРАВШНЫХ СИСХНИ •
из
Шi
обозначения:
2 гвдромшюратиеная сжтема' 4 атмосферные . осадки
1 водоисточник аля орошения 3 водоприемник
5 сельскохозяйственные растения s . сельскохозяйственный источник поступления солей. михрозлементов.
биогеноз. ш7тицидоз. • тяжелых металлов 7 подземные воды
а промышленные сбьекты
в коммунально - еытозые • обьекты
с сельскохозяйственные объекты
и гидроэнергетические сбьекты. ' водный транспорт
водно -миграцианнье пути ПЕРЕНОСА солей. микроэлементов . и токсических веществ
1-2 каналы {открытые. закрытые!
2-3 дрены, ^коллектора. поверхностный стой 2-5 транслокацйя s растения
2-7 миграция в подземные воды
4-1. 4-2! 4-5 атмосферные осадки \
6-5. 6-2. 6-3 поступления в процессе проведения
сельскохозяйственных работ 1-7 3-7 массоперенос в процессе взаимодействия поверхностных и подземных. вод
а - 1. • в - 1 с - 1. d - 1 массоперенос в системе водопотребления и ,' а-3 8-3 С-3 d-3 водоотведения промышленных. коммунально-бытовых сельскохозяйственных и гидроэнергетических qsbektgb
л пункты регламентирования поступления солей . и токсических зеществ i
Ú сооружения по управлению качеством воды
- ВОДА ДО ОЧИСТКИ - ВОДА ПОСЛЕ ОЧИСТКИ '
степень экологизации гидромелиоративных систем, -возможность получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции и предотвра-_ щения загрязнения водных экосистем коллекторно-дренажным стоком.
Еаинейтм направлением в'решении проблемы экологизации гидромелиоративных систем является нормирование и регулирование поступления и отведения солей и загрязняющих веществ. Поступление загрязняющих веществ а процессе производства сельскохозяйственной продукции регламентируется научно-обоснованными дозами и технологией внесения удобрений, микроэлементов и пестицидов, заменой остротоксичных препаративных фора менее токсичными, экологически чистыми. Этот аспект проблемы в работе не рассматривается, так как представляет самостоятельную, сложную проблему агрохимического и агроэкслогическсго направления. Не рзссматриваэтса также в работе научные и технологические аспекты минимизации дренажного стока (Л.В.Хирейчеза, 1933), замены технического дренажа биологическим, которые являются предметом специальных исследований.
Регламентирование поступления солей и загрязняющих веществ с оросительной зодой в почвы, растения и подземные еоды представляется возможным на основе нормирования предельно-допустимого содержания вредных примесей в годе для орошения, технических решений и технологий регулирования химического состава воды в соответствии с ькологическнми_ нормами. На рисунке 2 показаны возможные места расположения сооружений по управлении качеством воды. Если- водоисточник (1) нэ отвечает требованиям, предъявляемым к качеству оросительной воды, то сооружение предусматривается на канале, подводящем воду к орошаемым гемлям. Если дренажные вода не отвечают требованиям к годе, предназначенной для орошения или сброса в вод-нуа экосистему, сооружение предусматривается на дренах или коллекторах.
Таким обра-юм, опасность миграции и накопления загрязняющих веществ в зоде,. почве, растениях определяет необходимость формирования новых подходов к конструировании гидромелиоративных систем на основе нормирования качества оросительной воды, регулирования 'хими- . ческого состэза и внутрисистемного использованием "кпллакторко-дре-вахных вод.
ГЛАВА 3. ЕЖЯНИЕ КАЧЕСТВА ОРОСИТЕЛЬНОЙ ВОДЫ НА ШВДОРЦДИЕ ЮТВ Й ^БСДСШТРЕКЛЕНИЕ.
Исследовании процессов формирования, регулирования и оптимиза-
С.
ции ладно-солевого режима почв лосвяшены работы К.К.Гедройцз, А.Н. Костикова, С.®.Аверьянова, Н.Н.Веригина, В.А.Ковды, И.П.Айдарова, Л.Л.Розова, • В.В.Егоровз, Б.А.Зимовца, А.И.Голованова, ЯЛ/.. Рекса, Я.А.Пачепского, Э.А.Соколенко к других ученых. Рзарабо-таны подали сложных почвенно-мелиоративных процессов, теоретические ■основы влаго- и солелереноса в почвах, а также ""основы управления водно-солевым режимом орошаемых' земель в степной, сухостедной и пустынной зонах. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов влаго- и солепереносз в естественных условиях и при орошении являются основой для разработки почвенЕО-зкологи-ческнх и цзчвенно-мелиоратиЕШх требований к качеству оросительной воды - одного из важнейших факторов формирования почвообразовательных процессов в условиях орошения. Оросительная вода воздействует на систему "почвенный раствор - почвенный поглодавщий комплекс", изменяет слшигшееся равновесие обменных процессов и в зависимости от нового качественного состояния ионно-солевого комплекса почв формируется среда для развития сельскохозяйственных культур.
Внзр.ттрнши автором анализ "формирования водно-солевого режима почв в рзаличных природных зонах наказал, что при орошении дерново-подзолистых почв южно-таежной зоны и серых лесных почв лесостепной зоны особенности формирования водно-солевого 'режима почв с учётам качества оросительной воды определяются в соответствии с ие-насыщенностью почв основаниями, необходимостью улучшения пищевого режима и регулирования рН среды. Снижение рН почв ниже 4,8-5,0 сопровождается превращением алюминия и марганца в растворимые токсичные формы, фи использовании оросительной воды с рН 6,5-8,2 увеличение концентрации почвенного раствора ведет к десорбции иона водорода и поглощению конов Са2+,М£2+, Иа+, что в определенных пределах способствует повышению плодородия почв. Особенностью развития солевого режима шчз степной и сухостепной зон является осолонцевание почв и образование' соды, выраженное в значительной мере в сухостепной зоне, фи орошении черноземов степной и каштановых почв сухостепной зоны развиваются процессы осолонцевания, ■ содообразованин и засорения шчв. Кальций является аффективным коагулянтам, натрий . и магний разрушают структуру и ухудкалт еодно- физические свойства почв; карбонат и бикарбонат натрия и магния обладают высокой токсичностью. Увеличение . минерализации орослтельной воды способствует доглщешш ионов натрия и магния и десорбции кальция; интенсивность этих процессов возрастает по мере увеличения емкости
поглощения почв. Для почв полупустынной и пустынной зон характерна насыщенность основаниями и слабая щелочнзя реакция среды. При освоении почв в ззтсморфных- условиях при наличии промывного режима орошения формируется сульфзтный и хлоридно-сульфатный тип засоления, что связано с низкой растворимостью и слабым выщелачиванием гипсз. В гидршорфных условиях при недостаточной дренированности развивается процессы сульфзтно-хлорвдного и хлоридяого засоления и магниевого осолонцевания. Натриевого осолонцевания почв при наличии гипса. практически не наблюдается. Таким образом, при орошении в различных природных зонах развиваются процессы засоления, осолонцевания и со-дообразования почв. Интенсивность и характер этих процессов в значительной мере зависит от минерализации и химического состава оросительной воды. Увеличение в почвеино-поглощэшцем комплексе обменного натрия приводит к разрушения структуры почв и ухудшению зодно-физических свойств. Ион магния окагнвает неблагоприятное воздействие на почвы при содержании в почзенно-поглощзшщем комплексе более 302. (ЛП.Айдаров. 1985> Т.П.Глухова, 19В9). В описании процессов влияния иона магния на почвы испольаушса понятия "магниевого осолонцевания" (А.М.Мозкейко, 1357) и "магниевой слитизации" (Т.П.Глухова, 1939). Выполненный авторш анализ' многочисленных исследований, роли обменного магния в почвообразовательных процессах позволяет использовать понятие "магниевого осолонцевания". Основные ■ противоречия- в описании процессов влияния катиона магния на развитие почвообразовательных процессов свяганы с тем, что магний легче, чем натрий входит е почвенно-доглощащий комплекс, а вытесняется труднее. Осолонцовывзщее действие -магния связано с большей его гидраткроЕанЕОстьн по сравнения с кальцием, способностью сникать устойчивость почв к Вилочному гидролизу и ттпямт1тят* гидрофильность /
почвенных коллоидов (Н.ПЛанов, 1974). Под воздействием ызгния лег. вышается общая биологическая активность и активность гидролитических ферментов, усиливаптся процессы минерализации и трансформации органического вещества, увеличивается количество микроскопических грибов, оклзывзщих влияние на развитие биохимических процессов, разложение органических веществ, дащих кислые продукты. Под воздействием магния резко увеличивается подвижность гумуса, изменяется соотношение гуниновых и фульвокислст в сторону увеличения фульвокислот, то есть гумус приобретает свойства гумуса солонцеватых почв. Под воздействием катионов магния происходит интенсивная зермикулитизация гидросладистого материала. Т!птч магния внедряются
-222 ' кристаллическую решетку гидрослюды, взмещая межслоевой калий. Процесс вермикулитигации гядрослвд ведет к повышению гидратирован-вости илистой части почвы. Катион натрия не выаывает вермикулитиаа-ции, но интеесивно пелтиаирует почвенные колллоиды и в результате усиливает аффект действия магния •( В. Д. Муха,- 1984). . Таким образом, сочетание магния с натрием ведет к развитию специфического осолон-цевания 'почв, в основе которого развиваются процессы пептивации почвенных коллоидов и формирования высокодисперсной минеральной части при вершгкулитизации гидрослвдистого материала. При содержании магния более 402 от емкости обмена в почвах развивается магниевая слитизацпя, объемная масса увеличивается до 1,5-1,6 г/см3, скорость фильтрации снижается в 3-4 раза (Т.П.Глухова, 1989). По данным Сабольч И. и Дарзб К. (1982 ) токсичность ионов магния выше, чем токсичность ионов натрия той же концентрации. Увеличение содержания катиона магния в почленно- поглощающем комплексе при орошении обусловлено в значительной мэре химическим составом оросительной . воды, составш и свойствами почв. В связи с зтим, при оценке качества оросительной воды представляется необходимым специально отразить требования к содержания иона магния в воде для орошения.
Соли, находящееся в твердой фазе, оказывают влияние на солевой рехим почв и развитие растений. Соотношение солей, находящихся в твердой и нидкой фазах, зависит от степени й типа засоления почв. Слабозасоленнне почвы сульфатного и гидрокарбонатно-сульфатного типа засоления в почвенном растворе содержат" до 50-802 общего содержания солей, а при сульфатно-хлоридном и хлоридно-сульфатном до 60-1С50л. В лодкой фазе орошаемых почв находится 100% хлоридов и большая часть сульфата натрия. Выполненный авторам анализ растворимости солей, миграционной подеижвости, влияния на почву, почвенную биоту и растения позволил автору построить "Классификацию сшей по токсичности в почве", выраженной в баллах . Характерной особенностью этой классификации является то, что карбонат магния, имеющая рН - 11,47, наряду с карбпндтш дятртта отнесен к высокотокоичшм . солям; степень токсичности карбоната магния оценена в 10 баллов.
Поступление солей с оросительной водой ведет к накоплению их в _ почве , нарушению равновесия в системе "почвенный раствор - почвенный поглощзщий комплекс", нарастанию осмотического давления почвенного раствора и снижению урожайности сельскохозяйственных культур. .Для отведения, солей сверхдспустимсго содержания . за пределы корз-обитаемого слоя требуется дополнительная подача воды в про-
цессе промывного режима орошения, проведение промывок почв или сочетание этих мероприятий.
Экспериментальные исследования по изучению влияния минерализации оросительной воды на нормы водопотребления при орошении и урожайность сельскохозяйственных культур в различных природных зонах были предусмотрены автором при осуществлении координации исследова- • ний в рамках задания 01.02.02 Государственной программы научно-исследовательских работ (1386-1990 гг.) по проблеме 01.02 "Разработать Единуи систему нормирования водопользования в орошаемом земледелии страны". ' Экспериментальные исследования выполнены в Казахстане (Р.К.Кайдарова), Киргизии (А.С.Кармаячук), Узбекистане (А.У.Усмаиоз) , на Северном Кавказе (В.П.Пальцев), Вкном Урале (Ю.Н.Антошенков), Крыму (И.К.Супряга).
Выполненный автором анзлиз результатов экспериментальных исследований показал, что с увеличением минерализаци оросительной воды возрастает Еодопотребление и снижается урожайность сельскохозяйственных культур. В Казахстане и Узбекистане исследования включали рааличные варианты использования для орошения воды с минерализацией от 0,5 до 4,0 г/л для трех типов строения почвенного профиля (легкого, среднего и тяжелого механического состава), трех вариантов поддержания степени засоления метрового слоя почв ( незаселенным, на уровне слабого и среднего засоления). При орошении риса, лацервы и ■ кукурузы -в Казахстане, -хлопчатника, люцерны и кукурузы в'Узбекистане увеличение водопотребления при орошении водой с минерализацией 4,0 г/л составило 40-902 по сравнении с вариантом использования воды с минералиаациен 0,5 г/л. В Киргизии увеличение Еодопотребления ври использовании оросительной воды с минерализацией 3,0 г/л составило 272. Срооительныз системы Уральского региона проектируют на год 752 обеспеченности увлажнения, то есть на срэднесухой год. Рас-. ' четы оросительных норм не учитывают качества оросительной воды и злияния минерализации оросительной воды на недопотребление. Экспериментальные исследования показали, что при орошении костра безостого Еодопотребление при минерализации оросительной воды 2,5 г/л з 2 раза." выше, чем при минерализации 0,5 т/ж, для пшеницы и кукурузы - па 20-602, клевера - на S02. В условиях Северного Кавказа исследования зависимости водопотребления от минерализации оросительной воды выполнена для культуры риса. Исследования показали,- что при орошении риса водой«с минерализацией 2,0 - 2,5 г/л водопотребление увеличивается на 35-402"' по сравнению с вариантом орошения водой с
минерализацией 0,5 г/л.
Таким образом, при использовании для орошения воды с минерализацией более 0,5 г/л возрастает водопотребление; степень увеличения недопотребления зависит от минерализации оросительной воды,. технологии орошения, дрэнированности, глубины залегания и -химического состава подземных вод, механического состава--почв, необходимости поддержания заданного уровня засоления почв, згрофитоценоза. К факторам, регламентирующим увеличение водопотребления при использовании минерализованных вод для ороления относятся состав и свойства почз, допустимая интенсивность промывного режима орошения, соле-устойчывость сельскохозяйственных культур, технология орошения.
Качество оросительной воды окааыгает непосредственное (при дождевании), опосредованное (при поверхностном орошении) и комбинированное (при затоплении) влияние на рост и развитие сельскохозяйственных культур. Выполненный автором анализ многочисленных -результатов отечественных и зарубежных исследований показал закономерное снижение урожая различных культур при увеличении минерализации оросительной воды .' Были отобраны данные опытов, з которых применялись блиакие: оросительная норма, режим орапгення и комплекс агротехнических мероприятий . К анализу привлечены опыты, проведенные в различных почвенно-мелиоративных условиях. Продолииталчность опы-тое Ьт 2 до' 5 лет," 'количество вариантов'изменялось dt 2'до 4, 'рене 5-8 в трех повторностях. Анализировалось 95 вариантов использования минерализованных вод для орошения хлопчатника (А.У.Усманов, Р.Й.Пз-ренчик, 1939). Минерализация оросительной воды изменялась от 0,5 до 5,0 г/л по плотному остатку, по типу - от сульфатного до сульфат-но-хлоридного. Почвы преимущественно слабозасаленные с различной степенью плодородия, дренированные как горизонтальным, так и вертикальным дренажом. По мере роста минерализации урожай' снижается на 4,5; 11,5 и 311 соответственно по группаи минерализации использо-занной воды - 1-2, 2-4 и 4-6 г/л. Рис и кормоше культуры, входящие в рисовый севооборот, но сравнению с хлопчатником являются менее солеустойчиаыми, особенно в начальной стадии развития, поэтому снижение урожая отмечалось при сравнительно низкой минерализации оросительной воды. Относительное снижение урожая риса на 10, 25 и 502' отмечалось при использовании оросительной воды с минерализацией 2, 2. 4 г/л, кормовых культур (люцерны, кукурузы) - соответственно 2,4; 4,5 и 8,5 г/л. При сражении риса, люцерны к кукурузы на силос водой с минерализацией 4 г/л снижение урожайности достигло 80-85%
по сраа^зниш с вариантом использования воды с минералиазцией 1, Ог/л ( Р.К.Кайдарова, 1930). На Нкнси Урале (Й.П.Антшенкпв) снижение урожая при использовании оросительной воды с минерализацией 2,5 г/л установлено для 11 культур, наиболее распространенных в этом регионе; снижение составило 40-802 по сравнению с вариантом использования воды с минерализацией 0,5гУл.
Наличие загрязняпцих веществ в оросительной воде и почве ведет подавлении вегетативного развития растений, сокращению плодоношения, ' снинеккю урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. При содержании'в почве 250 мг/кг свинца урожай риса снижается за 201 (Нозос!а К., 1942), а при содержании в почве 400-600 ыг/кг с-инца растения испытывают токсичное действие (ЭйЬцуа М., 1978). Замедление роста клевера, риса, гречихи, сои, картофеля, ячменя отмечается при содержании в почве 40-Ю мг/кг свкнпз. (ТЛатуата, 1377). Медь ухудшает водно-физические л химические свойства почв; в почве возрастает объем подвижной фракции гумуса (фульвокислот), гидролитическая кислотность. При увеличении концентрации меди в почве в 10 раз (от 50 до 500 от/кг) урожай риса снижался в 5 раз (Уашайа К., 1974). Кадмий является одним иа самых вредных тяжелых металлов, так как заметное увеличение его содержания в продуктах и кормах опасно для здоровья человека, и животных. Щи концентрации кадмия в почве 10 кг/га урожай чувствительных культур заметно снижается (йЛ^еНпеэ, 1375).
Автором систематизированы тяжелые металлы и другие элементы, пестициды, нитраты ьо степени воздействия на почвы, растения, организм животных и человека, построены ряды фитотоксичности. Тяжелые металлы яелявтся прстоплазматическимй ядзми. Из путей поступления тяжели*, металлов в растения наиболее аяачимьми является: апоплаама-тический и стплааматический . Апоплззматический путь осуществляется по принципу диффузии и потока воды с растворенными в ней веществами. Этим путем могут поступать в растеши ненужные для нормального метаболизма элементы. Симпяазматический путь носит избирательный харзжгер. Вредные соединения и ионы не перераспределяются в растении этим путем, так как блокируются з момент поступления в плазму. В вегетативные части растений иоеы металлов постулата апоплаамати-ческим путем, в репродуктизные - сиышгагматическии. Биологический фильтр симшгазми защищает растения от ненЕнтролируемаго накопления токсичных веществ. В^свяан с изложенным в большей степени тяжелые металлы накапливаются в корня:'., затем идут стебли и листья, и нако-
вец, семена, клубни л корнеплоды. Кадмий и цинк накапливайся в ге-зератианых органах растений (Ю.Е.Алексеев, 1987). Растения наиболее чувствительны к наличии в воде вредных Ееществ в периоды прорастания семян и на ранней стадии развития. ¡Еитотоксичность тяжелых металлов проявляется . различными путями: медь и ртуть ингибируют активность ферментов, с органическими молекулагли образуют комплексные соединения, способные проникать через клеточные ^лембраны. Ряд тяжелых металлов конкурируют с необходимыми для растений микроэлементами: литий конкурирует с натрием, нарушает его Еазкнейпую функциональную роль,- барий н стронций замещают кальций, кадмий замешает цинк. Подвижность тяжелых металлов в значительной мере зависит от рН почвы. В кислых почва* (рН < 6,5) проявляется токсичность железа, лития , цинка, марганца, никеля, алюминия," а при рН> 6,5 токсичность этих элементов снижается. Токсичность молибдена, селена, хрома возрастает с увеличением рН. Интенсивность поступления тяжелых металлов в растения с оросительной еодой зазисит от технологии орошения. При дождевании интенсивность поступления выше, чам при позерхностнш поливе.. При поступлении череа корневые системы металлы вначале адсорбируются на поверхности корня, затем проникают в ткани растений и вступают в биохимические реакции.
Поступление пестицидов в почву и растения о оросительной водой происходит -при ■ загрязнении водоисточников и при использовании'для орошения коллекторво-дренажных еод, особенно с рисовых полей. Пестициды с пониженной растворимостью (менее 0,1 мг/л) обладают высокой способностью к накоплению. Пестициды легко поглощаются . растениями ив песчаных почв; в почвах, обогащенных органическим вещество!!, процесс поглощения.становится менее интенсивным. ■
Выполненная авторш .систематизация- фитотокснчности,. зранслока-ции и накоплении загрязняющих веществ, влияния на качество сельскохозяйственной продукции свидетельствует о необходимости нормирования зтих веществ в оросительной годе и совершенствования методов," технологий, предупреждавши поступление загрязняющих веществ в почву, воду и растения.
ГЛАВА 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ Л ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ В СИСТЕМАХ .'
"ВСДА-РАСГЕНИЕ",' "ВОДА-ПОЧВА", "ВОДА-СООРУЖЕШЕ" ' . Экологические 'ограничения'в системе "вода-растение" обусловлены устойчивостью сельскохозяйственных культур к солям и загрязняю-
щим,- веществам. Существование достаточно гна'пыых различий по сале-устойчивости сельскохозяйственных растений и устойчивости к затряз-няпщвл веществам является основанием для систематизация культур по этим признакам и формирования 'соответствующих требований к оптимальная содержала оогеЛ и загрязняющих веществ в горнеобитаемой зоне и качеству оросительной воды . '
Негативное влзляие солей почвенного раствора- на растение состснт прежде ьсаго в повышении осмотического дзвлениз. В результате этого процесса ослабляется поступление воды в растение, а при высоком осмотичасгом давлении - прекращается. Наступает так называемая физиологическая засуха, - которая замедляет или полностью прекращает рост и развитие растений, вызывает IX гибель [Б.П.Строганов, • 1952). В условиях орошения платность корнеобятаамога слоя почвы изменяется от полива до полива: после полива она близка к предельной нолевой злагоемкости, а затем содержание елзги в почве уменьшается,, а концентрация солей в почвенном растворе и, соответственна, осмотическое давление при одном и том же содержании солей в почзе -увеличиваются. Наряду с созокулЕыи действием солей в почве и ороси-тельЕой воде на физиологические процессы з растениях оказывают влияние отдельные ионы хлора, натрия и бора, сульфат-ион. Если'листья хсрзсо адсс-рбируит соли и отдельные ионы, то салеустоичивооть при капельном орсиании заметно снижается. Травянистые растения, устойчивые к хлору я натрию при поверхностном срошении^" могут • сильно повреждаться лрл. дождевании.
Устойчивость растений к загрязняющим веществам зависит от фазы роста, глубины проникновения корней, продолгительзостл вегетационного периода и обеспеченности рзстении элементами питания. Выполненный автора;-: анализ устойчивости растений к солям, отдельным нонам, вагряаняЕщим ьецестзам свидетельствует о необходимости нормирования предельно-допустимого содержания солей, бора, ионсш натрия, хлора и загрягняащих-веществ в воде для орошения.
Экологические ограничения в системе "вода-почва" рагработаны автором на основе фор>«йровакия системы показателей оптимального ме- . . лиоративного режик.А дочз. Впервые понятие о мелиоративных режимах введено Н-М-Раьеткиной (1555 г.). Вопросам оптимизации мелиоративных режииов посзящегы работы И.П.Айдарова, А.Л.Голованова, А.И.Ко-родылЕа, П. Н. Никольского. Автор под мелиоративным режимом понимает совокупность и взаимосвязь еодного, солевого, пищевого, воздушного,
тылового имикробиологического режимов почв. Система, показателей ' оптимального мелиоративного режима - почв разработана автором и содержит одттягоные^ пределы регулирования 19 показателей вйдяого, солевого, ПЕцэвого, теплового, воздушного и микробиологического режимов почв лзевой, лесостепной,' степной, сухостепноы и пустынной природных зон. Модель почвы с оптимальным мелиоративным режимом может служить основой мероприятий, направленных "на^ сохранение и повышение плодородия почв, высокую продуктивность4 и рентабельность различных факторов интенсификации земледелия. Шесте с тем, показатели мелиоративного режима характеризуют ограничения в системе "вода-почва" и могут служить основой для определения системы мер воздействия на почву.
Выполненный авторш анализ развития процессов в системе "во-да-соору^енла" показал, что качество оросительной воды влияет на долговечность и работоспособность насосно-силового оборудования, водораспределительной сети, узлоз, маханиамов, водовыпускных устройств и, в целом, на эффективность и надежность функционирования оросительных систем. В последние годы широкое развитие получили прогрессивные способы орпаения - дождеваниеi внутршючвенное; капельное, синхронно-импульсное и азрозольше. Го мере усложнения системы распределения воды и конструкции водовыпусков требования к составу и свойствам воды возрастают. При использовании для-орошена маломинералнзованных вод возникает опасность развития коррогин металлов; старость этого процесса обусловлена химическими реакциями, а также температур™ и скоростью двкэнш еоды, давлением в система орошения. ксдолъгованяи еод с дозыдегнт содерйнгэм солей' вез-никает опасность формяровзиш на оборудовали:! корковых наростов .ьз ила, карбонатов, делена к бкомаосв. Вода подземных и некоторых поверхностных источников модет о;сааыгать корродирующее воздействие на бетонные конструкции оросительных сиотеи. При ксволъгоааник маленп-нералкговакнй воды с низкой карбонатной жесткостью или зпды, содержащей угаануа кислоту, формируется зыцелачизазща:-; коррозия, при которой водз растворяет в бетоне взвесть. Кониоосшенаал коррозия формируется з результате реакции обмана мззэду цепочными катионам п воде (калька, магний, калий, агд-аяин) и легкорзстворю.ъгщ соединениями в составе отвердевшего бетона. Под ноздействнем сульфатов,
• /
содержащихся в воде, образуются соединения, ¿лиимащяз больший а&ь-ем. чем исходные тяшнепы цемента. Е результате появляются внутренние налрзаЕия, рааруиахцаэ бетон вел?дзтзиз разбухания. Налбо-
лее сильное агрессивное воздействие проявляв! сульфаты магния и аммония, так как в дополнение к взаимодействию с содержащимися а бетоне гидратами окислов алшиния и кальция, они разлагают гидрзтиро-занные сялихаты кальция. В присутствии нитратов действие сульфата аммония усиливается. Системы орошения подвержены засорению и закупориванию различными ингредиентами в составе оросительной воды физи-; веского, химического и биологического характера. К физически факторам откосятся взвешенные вещества; весок, шг, глина, органические материалы. Взвешенные вещества являются основной причиной засорения при использовании для орошения воды из поверхностных источников. К химическим факторзм засорения и аакупориваниа относятся" осаждение солей: карбонатов кальция и.магния,- сульфатоз кагвщя, гидроксидов, ' оксидов, карбонатов,- силикатов и сульфидов тяжелых металлов, а так-ае фосфатов, додо^чмиачных растворов железа, цинка, кеди, марганца. К биологическим факторам засорения и закупоривания относятся.бактет рил и водоросли в виде волокон, микробных отложений, личинок. При избыточном содержании е воде питательных веществ ( азота и фосфора), оптимальной температуре зодоросли быстро размножаются, забизая трубопроводы, вестли и дождевальное оборудование (R.S. Avers, 19S5).-
~ Наиболее распространенной причиной засорения и закупорки является выпадение в осадок карбонатов и сульфатоз кальция и магния, . фосфатов, 'переход двухвалентной 'формы железа в' трехвалентную при окислении. Прогнозирование формирования осадка кальциевых солей или коррозионных процессов возможно с использованием индекса Ланжелье ( VJ.Langrelier, 19S6).
ПркчиЕой засорения может быть формирование внутри системы микробной массы (икфсорганизмы типа бактерий, грибов, водорослей, различных личинок) ^ри взличш в воде, органических вея^еств, железа, сероводорода . В результате размножения серных бактерий образуется белая желеобразная слизь, представляющая наиболее опасную форму закупоривания унклх меси1 системы орошения. При концентрации железа, разлей 0,4 иг-зкв/л к выше формируется нитчатые железобактерии, которые в заде коричневей слизистой массы закупоривает узкие места и водознпускяые отверстия систем орошения. Биологический кальмотаж формируется при наличии в воде железо- и марганцевых бактерий, со-, дергетии железа з заменой форме более 2 етЛ ( R.S.Ayers, 1935).
Выполненный автором анализ процессов в системе "вода - сооружение" свидетельствует' о необходимости формирования специальной . зетэл нормирования качества оросительной воды в соответствии с тех-
ническош критериями по взвешенным веществам, индексу Ланжелье, рК, сухому остатку л другим ингредиентам, провоцирующим укрупнение мелкодисперсных частиц, их осаждение в трубопроводах и закупорку водо-вынусков.
ГЛАВА Б. ПРИНЦИПЫ РЕГЛАМЕНОТШАШЯ И СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОРОСИТЕЛЬНОЙ ЕОДЫ
Нормирование качества води дли орошения тесно связано с нормированием качествз воды в водоеме (источник орошения), нормированием химических элементов и соединений в почве и растениях (объект орошения), а таюхе лицевых продуктах растительного происхождения (продукция- орошаемого земледелия). Вместе с тем, нормирование качества оросительной воды представляет самостоятельное направление научил-: исследований, палучивдээ в последние годы развитие в различны:: странах. Сложность проблемы нормирования глчсства орссительпой воды заключается в том, чг-о на формирование процессов в система;', "вода-растение", "вода-почва-растение" ,"вода-почва-подземная вода", "года-сооружение" оказываит влняниа особенности климата, дренирован-нссть территории, состав, свойства и' емкость поглощения почв, глубина залегания и химтоеокш состав подземных вод, усте&азсс.:* сэльскшоаайотвешшх культур Кг^соаям и аагрядЕяоцдм вещества.1:, технология орошения к химический состав, свойства и загрязненность оросительной воды. Качество оросительной воды является ваянейшзм фактором экологически безопасного йгакцаонвровайия гадрсмалиоразивак систем, так как влияет на недопотребление, формирование макро- и микробиологической активности почвенной бкоты, процессов засоления, осолонцензння, содообрааования и аагрязненин почв, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции (глага 3), сохранность и долговечность сооружений оросйтельвой системы (глава 4). В соответствии с нэлпкенным в основу нормирования качества воды для оро-■ пения положены рааработаные авторш принципы :
1. Принцип Еавнсамости плодородия почв, водапатребления, урожайности и качества сельскохозяйственной продукции от сеойств еоды, химического состава, соотношения ионов, содержания сагрязннащих ве-. щесть в оросительной воде.
2. Принцип зависашости сохранности, дош'оевчес-сти материалов и в цалом сооружений оросительных систем от химического состава, свойств оросительной воды, содержания вавепалзьк веществ.
3. Принцип регионального подхода, ушпыгащий. особенности кли-
мата, гидротермический режа;, дренираванность территории, глубину залегания л химический состав подземных вод, состав и сзойстза поче, технологию орошения, возделываемые згрофятоценозы .
4. Принцип лимитирующего показателя вредности, согласно кото-разу устанавливаются предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воде.
5. Принцип направленного формирования химического состава и свойств оросительной воды с целью оптимизации основных показателей мелиоративного режима шчв и обеспечен^ почв и сельскохозяйствен- ■ пых культур необходимыми микроэлементами.
В соответствии с изложенными принципами автором разработаны зкшсгичеояиэ, агропоигтснкэ и технические критерия щепки качества сросЕГ'егьной' веди . Экологические критерии предназначены для оценки качества-воды о-поашвш охраны объектов сктзужзщей вредней, среды от загрязнения ~л обеспечения безопасной санитарло-гигиени--ческой и медико-Ск-злепмесп^сй обстановка, а такие введу тесной вза-лаЕсвззл оролаемого земтадвдж: о поверхностными и шщг&таа вацзт - для сценки качества во^ч с точки зрения их влияния на поверхностнее и подземные воды. Агрономические критерии служат для опенки качества воды с позиции еекрЕгрчги .ч косзфоягводсява почвенного плс-^огздш (предупреждение раязатая процессов -вссления,. содообразова-ни'л, осолонцеванья почв, нарушения. )длфобЕолсгического режима), обеспечения необходимого объема (продуктивность, интенсивность развития) и качества сельскохозяйственной .продукции (полноценность, доброкачественность, сохранность). Техтшчесгае крптерзл предназначены для оценки качества воды с учетом влияния на сохранность и долговечность элементов гЕдромелиоративных систем с целью предотвращения развития процессов коррозия, -зарастания, бкообрастания и т.д.
В соответствии с перечисленными критериями автором разработана'"-система показателей качества орехзятэльнай вода, состоящая- из двух< групп. Первая грухша характеризует свойства води, н • содержание веществ, необходимых для нормального функционирования агрсзкссастемы; вторая - свойства воды а содержание веществ,.. оказываниях отрицательное воздействие на функционирование. отдельных элементов агроэ-kocjictcis. Состав приоритетные показателей второй группы для. конкретных регионов- подлежит уточнению в соответствии с особенностями природно-хогяйственных условий, степени а характера загрязнения водоисточника для орошения. Регламентирование показателей первой группы осуществляется из условия.биологической полноценности ороси-
тельной годы (рекомендуемый и допустимый диапазон значений), вторая группа - предельно допустимые значения (ДЦК). Разработанные авторш критерии и две труппы показателей качества оросительной воды, под- .." лежащих нормировании, вошли в ГОСТ 17-1.2.03-90 (СТСЗВ в457-83)"Ох- ' . рана природы. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения Г Наряду с единишыми показат елями на основе аналига' осо- ' бенностей развития водео-солевого режима почв при орозенни в различных природных вонах автором разработаны комплексные показатели для оценки опасности развития процессов хлоридного азсолеш^:, натриевого и магниевого осолонцевания • почв. В соответствии .с техни- . ческими критериями, на основе аналига процессов в системе "¿о- "' да-сооружение" (глава 4) авторам наделено три группы показателей, характеризующих опасность развития коррозии, образование осадка карбонатов, засорения, закупорки оборудования систем капельного орошения, а также агрессивность воды по отношению к бетону . Тачим образом, автора}« разработаны принципы, критерии, система единичных и комплексных показателей качества оросительной воды, подлежащих нормированию. В основу построения системы нормирования качества оросительной воды залажен принцип комплексности оценки качества во- ■ ды по воздействию на почвы, растения и сооружения.
При воздействии оросительной воды на почвы формируется новый состав почвенного растора, подверженный изменениям под влиянием суточного колебания температура оросительной воды и почвы, упаривания почвенного раствора в процессе эаапотранслшращш. При нагревании оросительной еоды и почвенного раствора в дленное гремя суток происходит изменение иокнпй структуры, снижается активность- кальция, а .. натрия - остается неизменной: в результате проявляется резкое повышение целочиости. При упаривании почввеного раствора в процессе звапотранспирацан такз;э происходит изменена ионной структуры, так как концентрация ( растворимость) кальция лимитируется проканедени-ем растворимости кальциевых шлей, а концентрация т^тр"" вограотает пропорционально степени упариваши, что обуславливает повышение целочиости почвенного раствора.. Таким образам, исследования кислотно-основного режшз оросительных вод и почвенного раствора покзаали. . Сй.Н.Гаголев, Т.Н.Хохленко, 1989), что величина £Н является весьма динамичным показателем как для лгов, так и для оросительных вод. .• Оптимальный кислотно-щел-очной ■ режш формируется при рН оросительной воды в диапазоне 6,5-8,0 и температуре от 15 до 23' С при поверхностном поливе и 15-20*0 при дождевании .. Наряду с .рН, важнейшие
химический особенности оросительных вод определяются общим содержанием растворенных солей, катионами Яа, Са, М£ и анионом НСОЗ. При снижении общей минерализации уменьшается содержание катионов На и Са и увеличивается КС03- , что ссадает опасность образования соды. . .Оросительная вода с очень низкой минерализацией'вызызает разрушение ..' минеральной части почвы, что ведет к развития процессов злювиирова-яия и снижения водопроницаемости почв. Это обстоятельство предопределяет необходимость регламентирования еижнэго предела допустимого содержания солей з оросительной воде; этот предел установлен авторам на уровне 0,2 г/л . Увеличение минерализации ороситальной воды более 0,5 г/л ведет к развитию процессов засоления почв, повышению осмотического давления, что соадает неблагоприятные условия для развития сельскохозяйственных культур . В почзах с рН<7 увеличение концентрации почвенного раствора ведет к десорбции лона Еодорода и поглодэЕИН! ионов Са2+, )!а-г. в связи с этим использование воды "
повышенной шшералиаациа (до определенного предела) для орошения почв нечерноземной зоны ( серые , лесБые, дерново-подзолистые) способствуют увеличению рН, степени капышэнняостп основаниям:*, что позитивно отражается ва формировании плодородия лочз прл орошении.
В почвах с высокой енкг.отькэ поглощения (черноземы, каштановые) увеличение конценгрэцж-! почвенного раствора приводят 'с поглощению ' 'зозоа и десорбции -о увеличением атасти поглощения
почз иктезскеность помщезяз Па+ и Мг2+ возрастает. В связи с 2t.il, гсагашювашш оресаюяайяс ■вод позкгазной. мквгрзлпзацна в степной п суясстепЕсй зонах ведет к ззсолешнз, осолснцезашя и узе-'лтненна рН, что связано с зксской еиностаз псгл-щения тс гягдргшгем з.оноз 31 в ПК. Есшазоааяиз оросительвих вед с повышенной . зсшйрзлгзгдг.ей для срсгения шчв пустынной зоны обусловлено рззаи-. за процессов аассвэзая и при определенных условия;: магниевой сгк-тезацец.
Такш образом, досустгшй зерхгой предел с£цего ссдгрзззкя растворенных солей в оросительной годе (мзнерзлизация) определяется двумя "основными характеристиками почв: механический состав и емкость' поглощения. Эти хзрактергптаки, по-сутцеству, являются интегральными а ограгаоз прешщзаисена (дрениролалность), минералогический состав, фиаикп-химдчасгаэ и иояяо-гсймэяньн свойства почв. До ¡механическая составу и емкости поглщеЕия почвы можно объединить в три основные группа:
'1. Почвы с тяхелым механическим составом и почвы, имеацяе ШЖ>30 мг-зкв/1С0 г.
2. Почвы со средаим механическим, составом и сочны, имеющие ПЕК 15-30 мг-эке/100 г.
3. Почвы с легким механическим составом и почвы, имащие ППК < 15 мг-экв/100 г. ' ч
Учитывая различную роль катионов Na+, Mg 2+, Са 2+ в почвооб-разовзтельных процессах при орошении, для оценки опасности развития натриевого и магниевого осолонцевнния почв автора,: использованы эквивалентные соотношения концентраций Езг/Са К? 2+/Са 2+ з оросительной воде. Выражение соотношений катионов чгрев концентрацию, а не через ионную активность обусловлено что коэффициенты активности двухвалентных катионов ( Са 2+, Мг 2-:-) ар:: повышении концентрации соли уменьшатся гораздо быстрее, чьы одновалентных катионов, в частности Na +. Отношение концентраций ионов в эначи-тельно меньшей мере зависит от концентрации солей, чем активность или концентрация отдельно ваятых катионов з том яз.диапазоне значений концентраций солей . По характеру и степени воздействия оросительной воды на почвы авторам выделано 4 класса качества оросительной воды, отражающие опасность развития лроц-.ссоз общего и хлорид-наго засоления, натриевого (Na +/ Са 2+) и магниевого ( Ifg 2+УСа 2+) осолонцезания и ссщообраапвзния. Бримонеанэ оросительной еоды ] класса не. имеет ограничений, использование годы II, III, IY классов обусловлено ограничениями, количество которых возрастает к IY классу ( табл. 1, -2). • • -• -
Дзш прогнозирования водно-солевого режима почв с учетом качества оросительной воды автором совместно с Е.А.Брауном выполнен численный эксперимент с. использованием модели WAS-jfel Л.М.Рекса и А.М.Якиревиеа (1SB7). Цель эксперимента - изучить влияние ороси- . тельной еоды различных классов качества.(табл.1) на ионно-солевой комплекс обыкновенных черноземов в автоморфных условиях Высокого Сыртозого Заволжья. Прогноз выполнен для десятилетнего периода орошения пятипольеого зернобобового двухротациовного севооборота .
На оснований результатов численного эксперимента иохно сделать, следующие выводы. По мере ухудшения качества сросительной воды даже при наличии промывного водного режима, возрастает опасность развития процессов общего засоления, натриевого и, особенного, ыагкиеЕО-2 го осолонцевания при невысокой степени исходного засоления почв. Промывной характер водного режима не обеспечивает сохранение благоприятного солевого режима почв и не мояет служить средства,! сохранения высокого плодородия почв при орошении. С увеличением мине-
Таблица X.
почазшо-МЕЛИОРАТИВНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОРОСИТЕЛЬНЫХ вод
3 s о о и С ■ •X. , ; минерализация вояы,г/л 'для орошения пона ouehka воды по степени опасности ■ • развития npousccoa
о тяжелым механичао-ким • с оста-" □ ом и почв, имеющих .п.рк>зо со средним мвханичес-ким cùcta-ООМ M почв. имеющих ППКЛ5-30 с легким механическим соста- хлоридного засоления t НАТриеаого осолонис- вания (иагниесэого осолонце пдииа содоовразо- _ оания
вом и поча имеющих ППК <15 сГ . NcT Саг+ Cda+ [СО^+НСО"]-(Саа+ + Mqat)
1 л о.а-о.в о; 2 -0,7 ■ < 2,0 < О.S «l.O
.11 - ■ t'' ' , 'l о,5-о.а ' 0,Б-1.0 О, У-1.2 2,0-4,0 о,5- l.O 1,0-1,5 l.O — 1,25
III ô.a-ri;.2 i.o-i.s 1,2-2.0 ¿1.0-10.0 l.O- 2,0 I,S -2.S 1,25-2.5
IV >.1.2 ; , > 1, 5 >Ю. О >2,0 > 2, S > 2, S
Примечание! 1. КониЕнтРАиия ионов выражена в мг-ока/л.
, 2. ППК-емкость поглощения почз □ мг-экв')ООг почвы.
Таблица ¡5.
ХАРАКТЕРИСТИКЕ КЛАССОВ ОРОС1/ГПЕЛЫ-ЮМ ВО.Д.Ы!
КЛАССЫ ВОДЫ ХАРАКТЕРИСТИКА
КЛАСС I Оросительная вода не оказывает неблагоприятного влияния на плодородие почв , урожайность м качество, сельскохозяйственной продукции. поверхностные и подземные роды. Не требуется ограничения состава сельскохозяйственных культур .
КЛАСС 11 орои'гт&пьная вода не оказызапу неблагопрм -ятного влияния на качество сельскохозяйственной nPQnyiCUl'UI. поверхностные и подземные ео-ды. При недостаточном дренироеанности возможно засоление почв; снижение урожайности культур славой солеустойчивости до 5—Ю7. . Для удаления солей сверхдопустимого уровня содержания о ПОЧВЕ tpegvetch умеренный промывной режим орошения при обеспеченной дренироваиности. СПаД!'1ахьны1'1 комплекс me -лиоративных мероприятий.
КЛАСС III * Оросительная пода оказывает неблагопрмят-ное влияние на плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур : сните- ■ hme урожайности культур слабой и средней солеустойчивости до JO—2Е V.. Без предварительной мелиорации воды и поч£3 неизбежно развитие процессов ■ засоления, натриегзого и магниевого осоломцеваиия и содообразованип поча. Необходимо регулирование рН оросительной воды, обогащение кальцием. Требуется промывной режим орошения при обеспеченной дремырованносгты, интенсивность которого дол:кка БЫТЬ ytboaha со свойствами и составом почв. Требуется ограничение, состава сельскохозяйственных культур и специальный комплекс «»¡глыаратионых мероприятий . \
КЛАСС IV Оросительная вода оказывает неблагоприятное влияние на плодородие поча, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции; снм:кение • урожайности культур слабой и средней солеус-тойчмвости до 2S-ВО У.. Требуется мелиорация почв и ооды. Вода непригодна без предварительного изменения ее качестогнмсго состава или без прсведен1-1я специаьны/с исследований влияния ее на качество сельскохозяистсенной продукции, на плодородие почо и другие природные <1»а1сторы.
рализации оросительной воды и ухудшением ее состава нрсслеживается вынос кальция из ППК и замещение его натрием и магнием, что ведет к развитии процессов натриевого и магниевого-осолонцевэния лочв.
Выполненный автором анализ солеустойчизости сельскохозяйственных культур в различных странах дозволил построить градацию культурных растений по группам солеустойчивости. Выделено четыре группы ' культур: очень сильно устойчивые,. сильноустойчиЕые, среднеустойчи-вые, слабоустойчивые. Результаты этих исследований положены автором в основу построения "Классификации оросительных вод для культур различной солеустойчивости" (рис.. 3). £ыделено четыре основные . группы воды для орошения сельскохозяйственных культур различной солеустойчивости, обеспечивающие потенциал урожайности на уровне 1001 (А), 100-752 (Б), 75-502 (В), 50-0Х (Г). Сельскохозяйственные культуры характеризуются 8-10 кратным диапазонам устойчивости, что позволяет существенно расширить приемлемый для орошения диапазон мизе-, ралнващш оросительной воды, если нет ограничений по почвах.
Наряду с солеустойчивостью сельскохозяйственных культур весьма значимой характеристикой является устойчивость к бору. Для некоторых культур содержание бора в оросительной воде порядка. 0,2 мг/л является необходимым, а при 1-2 мг/л для ряда культур представляет опасность. Негативное• воздействие, бор оказывает практически на все. культуры, однако ряд культур обладают определенной бороустойчи-еостью (Н.Бигап, 1973).
Таким образом процессы, происходящее в системе "вода - растение", "вода - почва - растение", _и оказывающие влияние-на продуктивность растений, обуславливают необходимость оптимизации состава ■ и свойств почв, нормирования качества оросительной воды с учетом состава- и свойств почв (табл., 1,2), солеустойчивости сельскохозяйственных культур (рис. 3), а также устойчивости к тяжелым метал-, лам," пестицидам и другим .загрязняющим веществам.
В связи с тем, что в России исследований по нормированию загрязняющих веществ в оросительной воде не проЕодклось, автором в основу построения- классификации загрязняющих веществ положен анализ свойств, миграции, транслокации я накопления этих веществ в различных средах (главы 2, 3)-, а тагсг.э результаты исследований нормирования загрязни«,их веществ в почве и растительной продукции. Авторам совместно с И.А.Жалдаковым ( 1*389) разработана схема экспериментальных исследований нормирования загрязняющих веществ в ороситель-
к х и
а «
о я
о а
о с.
Рисунок 3.
Группы кудмур по солеуегойчивости
КЛАССИФИКАЦИЯ ОРОСИТЕЛЬНЫХ ВОД ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КЛ.ЬТУР РАЗЛИЧНОЙ „СОДЕУСТОЙЧИВОСИ
из
- группы воды для. орошвяия культур различной солеустойчивости. обес-
,_ печивающие потенциал увояайности
|—В— на уровне: ЮС# у75% (Б),
КЗ
75%...5С$ (В),
Подгруппы воды для орошения культур различной солеустойчивости:
Ат, 3|, Гц- - очень сильноустойчквюс; А2, Б;,, В2, Г£ - скльноуотойчилых;
¡•'Бз! Бз<
Г_ - среднеуотойчивых;
А^, Б^, В^, Г'^ - слзбоустойчивых.
ней воде по фитотоксическоыу, трннслокащояномуводно-миграционному и санитарно-токсическому показателям-вредности. На основе выполненных экспериментов автором совместно с И.А.Иплдэковым установлена предельно-допустимая концентрация кадмия по фитотоксическому показа-тела вредности (0,01' мг/л). ■ ■
Выполненный авторш анализ нормирования загрязняющих веществ, з оросительной воде в различных странах , сеойств 14 тяжелых металлов и восьми элементов, процессов миграции, трансформации и трзнслока-ции загрязняющих вещеста позволили автору разработать " Классификацию тяяелых металлов и других элементов по степени опасности в воде для орошения" (табл. 3). Выделено три класса:'I - мэлоопэсные, II - умеренно опасные, III - высоко опасные. Предельно допустимые концентрации токсических элементов установлены по четырем лимитирующим показателям вредности:
1. ¡Еитотокоический - способность оказывать негативное воз- •■ действие на всхожесть, рост и развитие растений, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.
2. Транслскационный - способность поступать в растительную продукцию и накапливаться в ней выше допустимых пределов.
3. Водно-миграционный - способность мигрировать по почвенному профилю и зэгряакять подземные и поверхностные воды. ..
4.'Саш1тарно-токсический - способность оказывать токсичное действие на почвенную биоту и плодородие почв.
В классификации оценка опасности по приведенным лимитирующим показателям Ередности Еыполнена по трехбальной системе: I - малоопасные, 2 - умеренно опасные, 3 - высоко опасные. ■ Индексы опасности разработаны с учетом рН почеы.
Нормирование содержания пестицидов особенно актуально при использовании для орошения каллекторно-дренажных вод. Выполненный авторш анализ миграции, траволокации и накопления пестицидов в растениях , свойств 25 пестицидов, наиболее широко испольауемых в России, для которых разработаны ПДК в почве и растениях, позволили разработать "Классификацию пестицидов по степени опасности в веде для оршенпя, почве и растениях " (табл. 4) . Взделено три класса пестицидов: I - малоопасные, II - умеренно опасные и III - высоко опасные по четырем лимитирующим показателям вредности:, фитотокси-.- . ческому, тракслокациояному, водно-миграционному л санитарно-токси-, ческому.
Аэот является для растений питательным вещестиом и Еесьма под-
Таблица 3.
КЛАССИФИКАЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ В ВОДЕ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ
Слассы Характеристика классов Наименование элементов цда. в оросительной '»«^р/л Лимитируюциа- показатели ТОКСИЧНОСТИ
•жр ; т вм СТ
I ШЛО-ОПАСНЫЕ Стронций ЛлшшшИ Литий 7,0 5,0 !ХЛ 2.1.1 2.1.1 2 I I 3.2.2*> 3.2.1 2 21 I I
п\ умеренно опасные ч) Железо ' Цинкх) Марганец*' Хром (Сг3+) Молибден*' Ванадий . Вольфрам Висмут Фтор Бор*) Селен 5 (0,3)х> 1,0 0,2 0,5 0,01 0,1 ' 0,05 .0,1. 1,0 0,3-3,0х 0,02 ' 3.2.1 3.2.1 3.2.1 1.2.2 1.2.2 2 2 2 3.2.1 ^3.2.1 • 1.2.2 т зх): 2 2 .2 2 2 2 2 2 3 3.2.1 1 3.2.1 3.2.1 2 1.2.3 2.3.3 I I 3 ■ 3 1.2.3' 2 2 2 . 2 2 2 2 2 2 3 2
III высоко ОПАСНЫЕ Никель • • •. Медьх) Хром (С*^) Кобальт*' Свшец Кадмий Ртуть Бериллий Мышьяк ' 0.2 0,2 0,1 0,05' 0,03 0,010,005 0,1 0,05. ' -3.3>2 3.3.2 2.3.3 3.3.2 3 з 3 ' 3 "3 ■ 3 ■ 3 3 3 3 Зх); 3 2 3 3.2.2 2 .2.1 2.1.1 * 3.2.2 "3.2.2 2 •2.3.3 3 ■ 3 . 3 3 3 3 : 3 ; 3 2 :
Лимитирующие показатели токсичности:
ФТ - фитотоксический; Т - транслокационный;
БМ - водно-миграционный; СТ - санитарно-токсический
индексы опасности: I - мало опасные; 2 - умеренно опасные; 3 - высоко опасные
3.2.2 - индексы опасности соответственно для орошения кислых, нейтральных к щелочных почв
Накопление в генеративных органах растений
В скобках для капельного орошения
В зависимости от бороустойчивосги сельскохозяйственных культур В микродозах необходимы для растений (микроэлементы)
КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕСТИЦИДОВ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ В ВОДН ДЛЯ ОРОШЕНИЯ ПОЧНЕ И РАСТЕНИЯХ
Классы Характеристика . классов 1!« именованна пестицидов ют в оросительной воде, нг/л Хииити-рущил показатель № в почве*'1, «г/кг Пеосис-тснтиссть 9 почв?*'1, мае. в растениях кг/кг Терсис-тент-ность а раеадни-юг .нес
' I ШО ОПАСНЫЕ Дадтал 'Дилер Поиа&рбгцин Прсметрин Тркхлорацгтет ютркя Цкн&З 1,0 0,1 2,0 3.0 5,0 0,03 ' ,Т Т ВТ, т И, т И ' т, ст 0.1 0,5 0,6 0.5 • 0,2 0,2 4-6 4 - 6 1-6 3-4 J * 2-6 да 1,0 3,0 - продукты растительного происхождения 0,15-вкногрзд,картофель; 0,2-тоиаты и др.овоци.сахашая 1,0.- овеци, фрукты, ягоди не допускается - морковь; 0,1 - овощи» картофель 0,01 - оваца, фрукты, верно 0.6 - фрукты, овощк; 1,0 - эерноше ыенев • I
II УЫЕРЕКНО ОПАСШЕ ' 2,4-Д минная _ сшш Далапон . Карбофос. Просакид Скмазкн $рес1лан Хлорофос План (ордрам)" Рогор 0,2 2,0 0,05' 0,1 0,02 1.0 0,05 0,07 0,03 Т, Ш • т, ст I, ш $1, С1 ВТ, т, ст ст т, ш т, ст т, вц.ст 0,25 0,5 '. 2,0 1,5 хя 0,2(0,01? 0,1 0,5 0,9 ■ 0,3 I - 1,5 6 - 12' до 3 6-12 до ,12 6 - 12 • до 3 2-6 Б -'12 не доцусхастся-все пицегае продукт 1,0 - Фрукта, виноград, овещк 1,0-ова11и,<Ерукты^1р.растител1ша продукт; 3,0-виноград - . 0,3 - рис 0,05'- вияоград; 0,2 - йухта; 1,0 - гериовдэ 0,5 - лук, ыор<овъ, капуста 0,1 - зелень, капуста, фрукта; 0,2 - другие оводи 0,2 - рис. 1.0 - Фрукта, цитрусоше, картофель, овяци, зерновые 1-3
III ВЫСОКО ОПАСШЗ Лтрезин Г ек с с х.- э рз ут с к с: да ПЖСпслюслор-кшфан) ПШполкхлор-пккен) 0,5 0,01 0,1 0,005 0.2 И, т,сг И, т.ст И, т,ст И.Т.СГ ВГ.Т.СТ ■ г 0,5(0,01) 0,5 0,1 0,5 0,5 1&30 • до'24 до 144 '6-24 6-24 0,1 - аерловае, фрукты, овецн не допускается - виноградная сок; 0,01 - виноград 0,02 - зерно хлобшх алаков; .0,1-«ертофель.сахарная свекла не допускается - зедеша гсрсаск; 0,1-квртофгхь, сах.свекл на допускается - картофель, сахарная свекла, горох' более 3
Севни Метофос Гелтахлор ' ГХЦР Гранозан 0.1 0,02 0,05 ' 0,02 0,0001 И, т,ст И, т ВТ, т.ст 4Т, Т.СГ ЙТ, Т,СТ 0.05 0.1 0,05 0.1 0,1 ДО. 12 до.З до 36 6-18 до. 24 • не допускается - пледа.лгеда,кукуруза,слева хлопчатника не допускаются - все пицевые продукт ие долускатся - все пищевые продукт 0,2 - эерноше; 0,5 - картофель; овещи ие допускастся - все пнщёвае продукты *
I
х)1 - по ГОСТ 17.4.1.02-еЗ "Охрана природ!. Почи.Классификация химических веществ для контроля загрязнения". х)2 - по Тигиеническм иорматибек содеркания-пестицидоа в окружащей среда и пщешх продуктах", 19Е0. Ди*итирущие показатели: йТ-фитотоксическиЯ^.Т-тренсдокационныИ; Ш-водно-ша'рапнонныЯ; СТ-£ашгтярно-тоис1гчесяиЯ х)3 - в сксСках ШК по фитотсксичеисму лккиткруетег/ показателе ' . I
ПЕК - предельно-долусттая ■ концентрация
тинптмм элементом, определяющим потенциал гагряанения почв, годы и растений. Наиболее доступными азотсодержащими формами нелявтся нитраты и аммоний, но в оросительной воде чаще всречаются. нитратные формы. Для растений ванным показателем является общее содержание '. азота (11) независимо от форш. : нитратной (K03-N) > гшонийной .' (NH4-N), органической (opr-N). Концентрация гота в оросительной воде, равная 5 мг/л, оказыгает неблагоприятное влияние на чувствительные к азоту культура. С увеличением содержания азота такие культуры как сахарная свекла и виноград могут сродсниать рзаниваться, но за . счет снижения продуктивности и сахаристости.. У зерновых культур : чрезмерный вегетативный рост способствует полегании растений. При . повышенной концентрации азота в Оросительной воде или при чрэзмер- "". ном его внесении -с удобрениями, • в организме растений накапливаются .! нитраты, которые .нэ ■ могут вступить в метаболизм к превратиться в полезные белковые соединения. Азот, накопившийся в различных органах растений в виде нитратных солей, делает их непригодными к потреблении человеком и животными. Накопление нитратов происходит -в основном в зеленых органах растений, поэтому особув важность приобретает нормирование нитратов при производстве овощей и фуража, потребляемых в свежем виде. Необходимость нормирования нитратов, содер- .. держащихся в воде и растительной продукции, объясняется тем, что в результате их редукции образуются нитриты, способные в свои очередь образовывать в процессе эндогенного синтеза ааота яитрозоачины, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами . Следует отметить, что содержание в воде ааота в' количестве более Б мг/л стимулирует рост водорослей, что приводит.к закупорке труб ирригационно-... .. го оборудования (R.S.Ayers, 1985). Выполненный автором-анализ процессов в системе "вода-сооружение" (глава 4) позволил автору" гыде-.. лить три группы показателей качества оросительной воды ( А, В, С ), подлежащих нормирования . .Первля.трулна (А) характеризует показатели агрессивности воды по шнпшевию .к бетону. Вторая группа (В).. .. включает показатели, характеризующие опасность развития коррозии и образования.труднорастворимых" карбонатов. "В третью группу (С)' входят локатели, характеризупцае опасность засорения капельных ороон- .. тельных систем. Эти три группы показателей автором положены в dcho- - I зу построения "Классификации оросительных-вод по степени опасности . воздействия на сооружения" ( табл. 5). Выделено три класса качества . ! оросительныой воды: I - малосшаоные, И - умеренно опасные,- III -высоко опасные. .
Таблица - б.
КЛАССИФИКАЦИЯ ОРОСИТЕЛЬНЫХ ВОД ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СООРУЖЕНИЯ
П О К А 3- А Т Е Л И С В 0 Й С 1 В И СОСТАВА ВОДЫ
ГРУША ' А*)1 ГРУППА В*) 2 ГРУППА С*)3
КЛАССЫ ВОДЫ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАССОВ ВОДЫ рн СУЛЬФАТЫ мг/л МАГНИЯ МГ/Л ЛИШИМ мг/л УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА МГ/Л ИНДЕКС ЛАНЖЕРЬЕ РН СУХОЯ ОСТАТОК мг/л ВЗБЕШЕННЫЕ ВЕЩВ-СТВА мг/л МАРГАНЕЦ мг/л ЗКЕ-ЛЕ-30 мг/л СЕРОВОДОРОД мг/д МИКРОБ НЫЕ популяции СКОРОСТЬ БИО-ОВРАС-СТАНИЯ Г/М2 100 Ч
ед. ■ к р ед.
Г МАЛО ' ОПАСНЫЕ >6.5 <200 <100 <15 <15 0 • 0 <7 <500 50 (<30)*)4 <0,1 <0.1 <0,5 <10000 <0,5
II • УМЕРЕННО ОПАСНЫЕ , 6.55,5 200600 100800 15- оО 15- за 0- (-0,5) 0- (+0.5) 73 6002000 50100 0.11,5 0,11.5 0,52,0 1000050000 0.5
III ВЫСОКО ОПАСНЫЕ <5,5 >600 >300 >80 >50 <(-0,5) >(+0,5) >8 >2000 >100 >1,5 >1,5 >2,0 >50000 >0.5
*) 1 ГРИША А - показатели агрессивности воды по отношению к бетону.
К
*)2 ГРУППА В - показателя, характеризующие опасность развития коррозии Оз) и образования
о
труднорастворимых карбонатов Об). *)3 ГРУППА С - показатели, характеризующие опасность засорения капельных оросительных систем. *)4 в скобках для самэрегулируемьос капельниц.
Таким образа!, автором разработаны принципы нормирования, критерии., едизияные и комплексные показатели, система -оценки- качества оросительной воды из пяти классификаций по воздействии на почвы, . растения и сооружения.
ГЛАВА, 6. НОВЫЕ ТЕХН0Ж1ГШ1 ЭКОСИСТЕМНОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
Коллекторно-дренажные воды. гидромелиоративное систем содержат -повышенное количество солей, биогеноз, тяиелих металлов, пестицидов и других загрязняющих веществ. Использование минерализованных и загрязненных, дренажных вод для оршения Еедет к снижению плодородия почв, урожайности, росту водопотреблевия., Сброс коллекторно-дрез;аж-ных вод в водные экосистемы нарушает структурную и функциональную • целостность водных экосистем, вещественно-энергетические экологические сеяэи с ландшафтом, водосборным бассейном.' Наряду с минимизацией объема и загрязненности коллекторно-дрена-шых вод, актуальной является рзаработка технических решений, технологии очистки, регулирования уяшгодпупт состава и внутрисистемного использования кол~-лекторно-дренаэшых вод.
Выполненный авторам анализ . различных методов и технологий очистки воды, знерго-, труде- и финансовых затрат предопределяет необходимость поэтапного решения проблемы счистки коллекторно-дре-. нахных вод. и ее реализации. • На перкам этапе целесообразно отдать ' - предпочтение шлоэаергоеыким, недорогим сооружениям на модульной основе, способным снизить содержание токсичных Езщесхв до требуемого уровня. Этим условиям отвечают биохимические методы очистки кол- .• лекторно-дренакных вод (А.Б.ь£знцев, Л.©.Лукина, Н.Н.Смирнова, ' '. Н.В.Морозов, П.П.Крсткезич, -ХО.Эйнор, С.В.Столъбарг, А.С.Еоронкин,..'". К.Л.Гупзл и др). Однако очищенная вода монет потерять сзойотез .полноценной, кондиционной воды, пригодной для оршения сельскохозяйственных культур. Для восстановления продуктивных свойств води, предназначенной для орошения,, предусматривается кондиционирование воды, включающее аарацию,. регулирование рН, эоаичусяг/в,мелиорацию, ... а также внесение необходимых микроэлементов. Таким образом, комп- ! лексирование биохимических методов очистки с методами кондиционирования воды поаволяет перейти к технологии регулирования химического состава коллекторно-дренажных вод и конструированию соответствующая, сооружений. ," .
К технологии регулирования химического состава коллектор- . но-дреззяных вод автором сформулированы экологические требования. Первое экологическое требование заключается в том, что технология должна обеспечить , снижение загрязняющих веществ до такого уровня, чтобы поступление их остаточных количеств в водные объекты зе • превышало содержания этих веществ в суммарном выражении предельно допустимых концентраций" гагрязнящнх веществ для конкретных водопользователей. При использовании дренажных вод для орсшшния, они должны отвечать требованиям, предъявляемым к качеству оросительной зады. Второе экологическое требование - технология не должна окагывать неблагоприятного Еоадейстьия на объекты.окружащей среды (подземные воды, еочеы, животные). Третье экологическое требование-заключается з необходимости осуществления безотходной технологии навлекаемых из • воды аагрягнялщих вен^отв с целью изъятия их из гидрогеохимического круговорота в пределах гидромелиоративной системы. Вместе с тем сформулированы два технических требования. Первое требование заключается в том, что технология доляэа гибко реагировать на изменение объема'и химического состава коллекторяо-дренажных вод! Второе требование - технология должна быть шлогнергоемкш, технически и финансово доступной.
В соответствии с изложенными требованиями разработана технология регулирования химического состава кшшекторно-дренанных вод на основе тчплексировазшя штэдов биохимической, фианко-хиаической очистки и кондиционирования. В этом состоит принципиальное отличие разработанной технологии от известных разработок. Вместе о тем, технология биохимической очистки построена иа сочетании очистительной способности высией водной растительности (гидршакрофитов), трав," аналогичных свойств, грунтов и микроорганизмов. В этом состоит -новизна, технологии биохимического регулирования химического состаза коллекторно-дренажных год, разработанной агтаром совместно с 0.И.Куприяновым (Патент РФ 15 2001887 от 23.апреля 1991 года). Разработанная .технология положена в основу конструирования биохимического комплекса "ШЖШ".
Сооружения по регулировании химического состаза коллектор-но-дренззных вод конструируются з вависимости от объема, динамики химического состава и степени загрязнения воды. В связи с тем, что эти показатели изменятся в процессе эксплуатации гидромелиоративных систем, „комплекс сооружений целесообразно разрабатывать на-блочно-модульнш принципе компановки. Вместе с тем, орошаемые земли
- 43 -
и дрензхнын сто:, как правило, рассредоточены ва больших удалена ох источников анергии.. В сеяви с нтш, сраруз&евш во регулированию хкьшческого состава коллега орно-дренажных вод целесообразно рассредоточить во территории, ва собирать коэт.иекторно-дознанный сток в-больших-объемах. Реализация превентивных мероприятий го минимизации дренаазого стока, рояэнаэ я предотвращению ватрязвертаз почв в процессе сельскохозяйственного производства (внесение удсб-. рений, пестицидов, мшфозламенгов и др.), лоавожят конкретизировать требования к праигводЕгелькосяи сооружена:!. Васокал -стоимость знер-. ГШ, особенности колдзкзо^о-до^ааных зод предопргде-
лши поиск мадознергезшяк' зехнолзтей. -Ьай&оггв приемлемым с этой точки вренЕн лглгехсл вартр.кт, когда вода поступает в сооруизнзе а. распределяется во пладзди самотеком аа счет уклона. В конструкции сооружения целесообразно предусмотреть ■. вогшжзаоть • копою заьавдя стандартные сборных злежнтов. Конструктивные элементы цедесообрзз-
• но объединить в блоки, Ешюлнтцке определенную функцию во рэгули- . рс-вакпп .химического состава кошиекторзогдренкяньас вод. Это повеолит... путем отключения из» подключения отдельных блоков гибко реагировать-' ва изменения количеств н ячества воды.- Отвод вода целесообразно
-■ осуществлять самотеком - это наиболее экономичное .решение. Одгзко в несбхсдаыых" случаях- возшкен отвод водн соотгехствущпми механизмами как. в водные объекты, так и в лруда-нахиизьди с цальв ш использования. для рроаэния в других целей. . ;
Б соответствии с изложенным, азторш сформулированы принципы конструирования биоинженэрных сооружений по регулированию хзаш-
• ческою состава кшЕКторао-дргнатвс'Еэз;
I- Системный принцип, согласно котаршу сооружение конструируется как. алемант пздромедшратнвной- систеш," тесно .связанной потс-када воды, эагргии и различных веществ с системой земледелия и ао-дыоалйствевЕОй системой. - •
2. Принцип формирования внутренней экосистемы сооружения как основы для принятия инаанерньк -решений.. -
3. Принцип управления^ функционированием экосистему сооруженлл посредством р-ех улароваииа процессов гшгрзщгк, деструкции, аккумуляции, сорбцзи, трансформации а утилизации токсаяеазпс ведеств.
Следовательно, конструирование энэсшгемн сооружения и управление ее йувкционировайием должно-ооуцествляться о учетам взаимодействия с другими экосистемами (принцип 1), путем целенаправленного выбора технологических решений (принцип 2) таким ¿.брагам, чтобы
. - 47 -
процессы детоксикации гзгрязнязощкх веществ (принцип 3) обеспечивали нормативное качество воды.
В соответствии с налаженными принципами автором совместно с О.И.Куприяновым разработаны три модификации сооружений биохиыи-• чаемого регулирования химического состава коллекторно-дренажных еод гидромелиоративных систем. Наиболее подробно н работе рассмотрена зтооая модификация сооружения "ЗШШ1-2М", предназначенная для очистки ксшщкторно-дренажных вод в устьевой части коллектора (Рис.4). "ЕИОКС-М-ЗМ" состоит из двух последовательно расположенных блоков: первый блок предназначен для фнзико-хишческого регулирования, зто-рой - для. биохимического регулирования химического состава воды. 3 блоке биохимического регулирования предусмотрена специальная филъ- • трацконно-пэреливная плотина, аадернованная травами, которая делит второй блок на две секцзя. Регулирование химического состава воды во втором блоке осуществляется биоценозом выспей водной раститель; ности (гидромакрофитоз)а такке аналогичных свойств грунтов филь- . трационно-перелиЕной нлотины и микроорганизмов, развивающихся на рыхлоулсханных субстратах грунта тела плотины. - На гребне и надвод-'ных откосах шильхрагркнно^перелизЕой плотины предусмотрена одерноэ- -ка травами, которые яелязтся естественным геохимическим барьером для многих ззгрязнгюшдх вещестз. Травы участвует в процессе регулирования' "качества "воды только при режиме перелива. Для интенсификации процесса очистки аегду первым и вторым блоком л после второго блока предусмотрены водосливы-аэраторы. Рабата второго -блока предусмотрена н 3-х реяимах : режим бкофильтрации, Ёильтращюнно-пере-ливной режим, ражим сброса. Возможность работы второго блока в нескольких режимах позволяет гибко реагировать на изменение расхода, очищаемой воды и степени ее загрязнения. 3 работе приведены технические, технологические характеристики и экологические.' показатели "ЕИ0ЖЙ-2М". ..
Третья- модификация сооружения . "БЙОКШ-Э.!" разработана для регулирования химического состава коллекторно-дренажных вод, пред-.. . назначенных для орошения я других целей. Первые два блока "КО- -КОМ-НУ" аналогичны двум блокам "БШКШ-2Ы". В системе "БИОХШ - 2М" .: предусмотрен третий блок - блок химического регулирования качества 'воды для обеспечения благоприятного состагл. и свойста воды, предназначенной для'орошения (кондиционирование воды). В блока 3 предусмотрена химическая мелиорация воды различила! реагентами для окончательного регулирования рН, содержания карбоната, бикарбоната
- 48 -
ВОДООХРАННОЕ
Рисунок 4.
СООРУЖЕНИЕ " БК/НЖОМ - 2м"
ПЛАН
1- блок -визжо-химического регулирования кячестза воды
- иак БИОХИМИЧЕСКОГО регулирования качества воды
1 - коллектор
2- пздспри.емнж '
3- филырациснно-псреливкая плотика
4- ВОДОС/ИВ-АЭРАТОР
5- СьрЬиНОЙ труеопршод
б - задвижки сбросного трубопровода "7- сороудерживающая решетка 8- СЛУЖЕБНЫЙ мостик э- бермы
ИЛИСТЫЙ ПЕСОК
ПЕСОК
ПЕСОК ГР; ВЕЛИСТЫЙ
тп ГРДВ'ли
шз песчашс ¡ш ¡ж*
— ТЫй ^. КРУПНОМ
Шраститель- ,к гидромакрс кый грунт фиты
кыи грунт ^ч травы
натрия, соотношения натрия и кальция, магния и кальция, содержания полезных микроэлементов. С этой цельи в блоке 3 предусмотрена емкость с доаирующим устройстном для подачи реагентов, а также устройство для создания гидравлического прыжка и гашения его, что •обеспечит эффективное перемешивание реагентов с еодой. Между вторым , и третьим блоками и после третьего блока, предусмотрены водосли- . зы-взраторы. Еода после третьего блока поступает в аккумулируицув емкость, для последующего целевого использования.
Опытно-производственный модельный эксперимент поставлен' автором с цалъп исследования эффективности, уточнения технических решений, полаженных в основу конструирования "ЕШКШ-2М". Весной 1993г. была заножена натурная модель "ШЖ0М-2М" на землях опытного хозяйства "Полного", располажеяного в Рянанской области. Эксперимен- . тальные исследования .Енполнепы автором- совместно с 0.51. Куприяновым. В строительстве модели л наблюдениях за эффективностью работы моде- . ли принимали участие В.А.Мажайскии й Й.А.Тамин, К.Н.Евсенкин. Мо- 4 даль сооружена в устье открытого коллектора второго порядка (1-1-Щ -мелиоративной системы "Тинки-П". Первый блок имеет длину 17,5 м, глубину от 1,5 до 2,5 и, ширину от 1,0 до 2,0 м. В начала первого блока установлен трапецеидальный еодослив с тонкой стенкой из стального листа. Мгкду первым и вторым блоком установлен еодослив- аэратор,- выполненный из стального листа в виде -гребенки- с • зубьями размером 0,1 х 0,1 м, разведенными V-образно на 0,03м. Второй блок имеет длину 50,0 м, ширину по дну 1,0 м, глубину 1,5 м. Коэффициент заложения откоса а - 2. На расстоянии 36 м от водосли-Еа-аэратора расположена ось фнлътряцшнло-перетонной платины иа. .' кишнообламочного известняка, которая делит второй блок на две секции. Гребень плотины покрыт дерном. Высота плотины 0,8 м, ширина по гребню плотины - 0,7 м. Залояение откосов 1:2. При толщине слоя воды менее 0,6 м вода фильтруется сквозь тело плотины, более 0,6 м вода не только фильтруется через тело плотины, но и частично переливается через гребень плотины. В копце второго блока установлен треугольный водослив-аэратор с тонкой стенкой из стального листа, который служит для аэрации потока и измерения расхода воды. Расстояние от выходного Еодослиза до трубы-переезда - 23
Для контроля урсшня и отбора проб грунтовых вод перпендикулярно оси коллектора разбурен створ из 4-х екзазшн по две скважины с каждой стороны модели; расстояние менду скважинам 9,0 м, расстояние первой екзазтаы от уреза воды - 0,0 м, глубина сквазош - 1,5 м. '
- БО
Наблюдение аа уровнем грунтовых вод выявило поступление грунтовых' вод з иодель. Расход еоды на входе в модель составляет 2,2 л/с=к, на выходе - 2,5 л/сек.. В-конце yssz ±292f. во вторам блоке были высажены ксрЕезищ^рогога уакшшагнзго в тростника. обч::н-аьенного. В конце сектнбря проросло около 201 .корневпц тростника обнкно энного SOS рогоза узксшктЕсго. Талибана слон вода в первой с второй сакцш второго блока поддерживались |шльтрзцйанчо-парглкв20п ггохивой у. выходным водосливом на уровне 0,5 - 0,6 к, что является опгшадьЕоЗ : толщиной для роста и развития тростника п porosa.
Результаты химического анализа воды пк^алго, что в ¿¿г.г 1534 г . пролазало снижение аммонийного азота е*. COZ, в ¿¡юна сил-
хавке на 1002 нитратного, ЕпзригЕаго acora л фосфора, натрия ra 552, яелега - 552 . В нале, августе сзнтябрй результаты анэлгэг. также показали снкхение содержания загряаансзцк веществ. Таким образам, модель устьевого водоохранного сооружения "ЕКОКОМ-2М" ва вто- . рои год работы показала достаточно высокув эффективность технологии и ааложевЕкк в сооружение тахнических решений по очистке дренгшиго стока от нитратного, нитрктного азота, фосфора, аел&за и друг:и ве-цеств. Исследование эффективности кодели. продолжается, так как биогеоценоз модели развивается и очистшельевя способность нарастает. На разработанную авторш 'совместно с O.K.Куприяновым технологиа, . технические ранения . и сооружение "£И0К££:-'2Ы" получен "Патент Но . 2D018S7" от 23 апреля 1991 • года .и медаль ВВЦ от 13.10.9ir. Ко 35-Н. .
Для регулирования химического состава коллекторно-дренажих ' : вод ш^ет быть использована третья мпдгфзсациз сооружения "EÍ0- : КСК-ам". Улучшение химического состава дренажнл: вод моаег быть . достигнуто добавлением различных реагентов. Экспериментальные исследования показали , что добавлением азотной кислоты можно пол-востьа вывести карбонат- и гядрйкзрбакат-швы из воды, заменив. их • элементом питания растений (анион Шз) и наряду со сыкениеи с&цел минерализации добиться значит ел!'Ного снижения рН воды. Из' испытанной сзрии реагентов наиболее ззпактпвной является кальциевая селитра ГСаСМОз)2*4Н203- Этническая мелиорация дренажной вода Са(К0а>£ . выаывает значительное снижение показателя рН, отношений. 'Ав^/Са^, JágHVCa.++, об2рЯ минерализация при этом увеличивается, однако это происходит за счет нетоксичных солей. Следящим по эффективности . является (CaSD^S^Q), который хакжа позволяет уменьшить относительное содержание в воде натрия. Суперфосфат не оказал га воду . мелиорирующего действия . Ь'спальаоваяие извести и друт»г< реагентов
может снизить остаточные количества пестицидов, бкогенов и других токсических элементов и соединений. Елок III может быть использован также для внесения нолезных для растений микроэлементов.
Таким' образом, внутрисистемное использование коллекторно-дрэ- . нажных вод для орошения после очистки и кондиционирования позволяет получить дополнительную сельскохозяйственную) продукция, предотвратить загрязнение водных экосистем.- Разработанное новые технологии и технические решения наряду с экологизацией процесса производства сельскохозяйственной продукции и тачнолпгии использования вода на основе экологического нормирования могут служить осноеой экосистем-ного водопользования в мелиорации.
ОСНОВНЫЕ внрпттн
1. Сформулированы концептуальные положения, научно-методи- " ческие основы и теоретические принципы экосистемного водопользования. Переориентация водопользования с потребительского аспекта на зкссистемный отражает фунюии воды как средства и необходимого условия оптимального функционирования экосистемы водосборного бассейна, ландшафта1 2 водной экосистемы. Концепция экосистемного водопользования ориентирована на экологизацию использования водных, . земельных и биологических ресурсов, снижение безвозвратного водо-потребления, предупреждение загрязнения водных экосистем в процессе производства продукции, водопользования и водоотведения. Основные принципы экосистемного водопользования заключаются в следующем:
- представление экосистемы водосборного бассейна как единой системы, в пределах которой осуществляется координация деятельности и интересов всех субъектов водохозяйственного комплекса;
- предупреждение и устранение загрязнений должны предусматриваться как неотъемлемая ' часть процесса производства продукции и технологии использования воды;
- экономические 'принципы "потребитель платит" и "загрязнитель платит" должны быть ориентированы на хобудительннэ мотивы, направо ленные на предупреждение загряанения ландшафтов и.водных экосистем в процессе производства продукции и технологии использования воды;
- оценка футпнптлттарггаяття экосистемы водосборного бассейна, вещной экосистемы и субъектов водохозяйственного комплекса должна осуществляться в • соответствии с экологическими ограничениями и требованиями.
Приоритетные концептуальные положения экосистемного водопользования н мелиорации вклачаат акплотиаациз процесса. производства сельскохозяйственной продукции на иелиорщуемых землях и воспроизводства плодородия почв, экологическое нормирование и ¿¡'.шнториЕГ-Определены и разработаны два важнейших - направления экосистемаого водопользования в мелиорации - создание системы экологического нормирования качества оросительных вод и технологии регулирования химического состава кшшекгорно-дреназных вед.
- 2. Выявлены глобальные, региональные (энесгстгмЕце) к лог-али-ныэ (внутрисистемные) источники аагрзнзния почв,, ноды. растений и пути миграции загрягняищих веществ з прочзоое. фузЕЦиезит-ования гид- • ромелиоративных систем.. Систематизированы потенциалы . г^г-рлонешк, подвижности в почве я ' накопления в- растениях тякельк металлов и других элементов. Опасность последствий миграции и накоплении ззг-ряанишрн веществ в воде, почве, растениях определяет неоЗходшость формирования новых подходов к конструировании гидромелиоративных систем с учетам качества потребляемой и отводимой воды.
2. Установлено влияние качества оросительной_ водн не развитие-процессов засоления, ооолонцевания, . содообрааоЕания и аогряанения почв. . Еыявлена на основе ' систематизации исследований негативная роль магния в почвообразовательных процессах л развитие специфического ооолонцевания почв при сочетании магния с натрием. Анализ исследований роли магния в почвообразовательных, процессах, свидетельствует о необходимости нормирования. его содержания в воде для орошения.
4. Установлено влияние минерализации оросительной воды на во-допотребление и Ёодоотведениег -при использовании для' орошения воды.-с минерализацией более 0,5 гУл возрастет вэдопотреблениг и водоот-зедение. Установлено влияние минерализации и химического состава оросительной веды на урожайность и качеотш сельскохоаяйстЕенной продукции. Систематизация процессов транслокации и накопления' загрязняющих- веществ в растениях свидетельствует о необходимости нормирования этих веществ в воде для орошения.
5. Разработаны экологические и технологические ограничения в системах "вода - растение", " вода г .почва", "вода - сооружение". В. системе " вода - почва" необходимо учитывать изменение .и - степень нарушения оптимального.мелиоративного режима почв, включающего водный, солевой, пищевой, воздушный:,, тепловой и микробиологический.
Разработаны оптимальные значения для 13 показателей мелиоративного режима почв лесостепной,. • степной, сухостепной, полупустынной и пустыниой природных зон. В системе "вода - растение" установлены ' значения предельно допустимого содержания'солей в оросительной воде. и в ' почве в зависимости от солеустойчивости растений, содержания бора, натрия, хлора, тяяалых металлов, пестицидов и других загряа- . пящей веществ в зависимости ат устойчивости растений к избыточному содержанию этих веществ и чувствительности ■ к недостатку полезных микроэлементов. В системе "вода - сооружение" в зависимости от технологии орошения,-. используемых- материалов для сооружений оросительных систем, .установлены'значения, показателей агрессивности воды. . по отношении к бетону, ш'сазатёлей коррозии, образования карбонатов, биообрастэния и засорения.
В. Разработаны принципы регламентирования, экологические, аг-" рономнческие, технические критерии и система оценки качества оросительной воды из пяти классификаций: •
- ПЬчвенЕО-ыелиорагЕВная классификация качества оросительных
вод;
- Классификация оросительных зод для культур различной соле, устойчивости; . . , ..........-
- Классификация тяжелых металлов и других элементов по степени опасности их содержания в оросительной ладе;
- Классификация пестицидов по степени опасности их содержания в оросительной воде, почве, растениях;
- Классификация оросительшх вод по степени опасности воздействия на. сооружения.
Разработанная система оценки качества оросительной воды позво- ■ ляет на стадии проекта оценить водоисточник для орошения по степени опасности воздействия на почвы, растения, подземные воды и сооружения. .
7. Разработана новай малозвергоемкая .технология счистки и регулирования химического состава коллекторно-дренажных вод на основе. камштенсирования методов физико-химической,, биохимической очистки н кондиционирования воды, включащее химическую ыелиорацш, реагент-нуп обработку, обогащение полеаными микроэлементами.
8. Сформулировать принципы конструирования биоинженерных сооружений по очистке и регулировании химического состава коллектор, но-дренажных вещ: .
- системный принцип, ■ согласно которому сооружение конструируется как элемент гидромелиоративной системы , тесно связанной пото-
хами энергии, воды и различных веществ с системой земледелия и водохозяйственной системой;
- принцип формирования внутренней экосистемы сооружения как основы для принятия инженерных решений;
'- принцип управления футтктртгцтурп-ва?и°м экосистемы, сосрукания посредством регулирования процессов миграции, деструкции, аккумуляции, сорбции, трансформации и утилизации загрязняющих веществ.
Конструирование экосистемы сооружения должно осущестг.литься с. учетом взаимодействия с другими экосистемами (принцип 1) путем не- ■ ленацразлэннзго выбора. технических и технологических решений (принцип 2) тай, чтобы процессы детокЕккацни загрязняющих веществ (принцип 3) обеспечивали нормативное качество воды.
а. Разработаны три-модификации сооружений по.. биохимической очистке и регулированию химического состава коллекторно-древаякж . вод на основе блочно-модульной компановки элементов сооружений ("ЕЮКШ - 1М", "И10КШ - Ж, "2ШКШ - 3i" ),-обеспечивающей гиб-
• кое управление процессом регулирования химического состава при кэде-нянщемся расходе и степени загрязненности коллекторно-дренажных вод.-Выполнены'экспериментальные исследования эффективности модели 'ШО-КШ - 2М" (1933 - 1394 гг.). На второй год работы модель показала . достаточно вксокгую эффективность заложенных в сооружение технических решений по очистке дренажного бтока:"" снижение нитратного, нитритного агата, фосфора составило 1D0Z, натрия - B5Z, железа -552. Лабораторные исследования, выполненные с целью изучения влкя- -ния извести на процесс деструкции хлорофоса, показали эффективность-использования извести в качестве реагента.
ID. Выполненные теоретические.и экспериментальные исследования ( модельные е лабораторные) позволяет в едином технологическом про-
• цессе осуществлять очистку; регулирование, химического ■ состава, внутрисистемное использование коллекторно-дренажных вод для ороле- . ния, получение-дополнительной продукции я предупреждение загрязнения водных экосистем.-'- Разработанные новые технологии и технические решения, наряду с экологизацией процесса производства „сальскохо- " зяйственной продукции и технологии использования . воды на основе экологического нормирования могут служить основой экосистемного во-... дсшояьэозания в ыедшорапик.
По теме диссертации опубликовано 77 работ общим объемом . около 30 авторских листов, из них лично соикатела принадлежит 27 авторских листов. Основные из них следующие:
1. Натурные исследования динамики минерализации дренажных вод в аридной зоне. - Сб. научн. тр. ВШИГиМ, вып. 3, М„, 1975. (В соавт.).
2. Прогноз динамики минерализации стока горизонтальных дрен. // Хлопководство, 1976, № 3. (В соавт.).
3. Вопросы исследований динамики минерализации дренажных вод. - Тез. докл. Ш межвед. совещ. по вопросам прогноз, гияро-геол., инж.-геол. и почв.-мелиср. условий, вып. II, М., 1976. (В соавт.).
4. Приближенный прогноз динамики минерализации дренажных вод. - Сб. научн. тр. института "Средазгипроводхлопок", вып. 7, Ташкент, 1976.
5. Гидрохимический режим подземных воц в зоне влияния магистрального канала. - Сб. научн. тр. В/О "Союзводпроект", вып. 46, 1976. (В соавт.).
6. Вопросы расчета водного и солевого режимов. - В кн. "Вертикальный дренаж", М., Колос, 1978.
7. Использование"минерализо'ваншх вод для орошения. - В кН. "Вертикальный дренаж", М., Колос, 1978.
8. Рекомендации по использований дренажных вод для орошения сельскохозяйственных культур (для условий Волгоградского Заволжья). - ВНИИГиМ, Ы., 1978. (В соавт.).
9. Динамика почвенно-мелиоративкых процессов и вопросы применения вертикального дренажа в Волгоградском Заволжье. - Сб. научн. тр. ВШИГиМ, М., 1979. (В соавт.).
10. Геофильтрационное строение Ершовского опьттно-производст-венйого участка вертикального дренажа. - Сб. научн. тр. ВНу'ИГкМ, Н., 197Э. ■ ' . ..
11. Прогноз динамики-минерализапии стока. // Хлопководство, 1979, № 12. 1
12. Регулирование мелиоративного рззгима орошаемых земель. -Тез..докл. 1У меявед. совещ. по мелиор. гидр., иге*, геол. и мелиор. почвов., Ашхабад, 1980. (В соавт.).
13. Классификация минерализованных вод по степени их пригодности для орошения. // Гидротехника и мелиорация, 1982, № 6.
14. Вертикальный дренат в Сыртозсм Заволжье. // Гидротехкика
у, мелиорация, 1982, $ 10. (В.соавт.).
15. Исследование вертикального дренажа на Низких Сыртах. -Сб. научн. тр. ВгЖГиМ "Вопросы обоснования мелкораци? г, охрана природы", 1982. (В соавт.).
,16. Вопросы прогноза химического состава дренагных вод. -Сб. научн. тр,. ВНЖГкМ "Вопросы обоснования мелисрацкй и охрана природа", 1982.
IV. Вопросы прогноза динамики химического составь дренажного стока на массивах нового орошения. - Тез. Зсесоюзн. научн. совец. "Методы моделирования изменений природных условий при перераспределении ресурсов", АН СССР, Сибирсксз отделение, Новосибирск, 1982. (В соавт.).
18. Проблема использования дренажных вод з По ч.луье. // Гидротехника и мелиорация, 1983, Р 6. (В соавт.),.
19. Современнные требования к качеству оросительных вод. -Научн. тр. расшир. засед. секции ВАСХНИЛ по теме "Охрана речнкс вод от загрязнения дренажно-сбросными стоками", Аахабад, 1982.
20. Рекомендации по оценке качества вода для орошения сельскохозяйственных культур. - ВНИИГкМ, М., 1983.
21. Критерии и показатели рационального мелиоративного режима. - Научн. тр. расшир.. засед. секции .ВАСХШЛ по теме "Повы-
- шение эффективности рассоления-и освоения трудно»гзлио>;ируемБК ■ земель", Душанбе, 1983.
22. Принципы районирования территории по условиям использо- . вания дренажных вод для орошения. - Тез. докл. совещ. "Методика инженерных изысканий для целей мелиораций в аридной зоне", Душанбе, 1983.
23. Использование минерализованных вод для орошения сельскохозяйственных культур. - Сб. тр. ШВД № 3 "Научно-технический прогресс в мелиорации", 1984. (В соавт.).
24. Формирование-рационального мелиоративного режима в различных природных зонах. - Тез. докл. У Всесоьзн. созещ. по мелиор. гидрогеол., инж. геол. и мелиорат. почвов., часть II, Н.Каховка. 1984.
25. Комплекс мероприятий при освоении земель северо-западной части Чуйской долины.'- Сб. научн. тр. ВНИИГиМ "Перспективнее способы и технологии оротения земель", М., 1984. (В соавт.).
26. Рекомендации по оценке качества воды для орошения сель' скохозяйствённых-культур, ВКИИГиМ, М., 1984.
27. Требования к качеству оросительных вод. - Гр. У конгр. МАВР, Брюссель, 1985.
23.. Проблема разработки нормативов качества воды для сельскохозяйственных ивлей. Докл. УП Всесоюзн. симпозиума "Современные проблемы прогнозирования и контроля качества воды водоемов",-Таллин, 1985. (В соавт.).
29. Структура и показатели мелиоративного режима. - Тез. докл. УШ делегатского съезда ЕОП, Ташкент, 1985.
30. Использование высокоминералинованных вод в сельском хозяйстве. - Докл. научн. конференции "Научные основы гигиены окружасщей среды", Кобулетя, 1985.
31. Качество воды в сельскохозяйственном водопользовании. // Гидротехника и мелиорация, I9B5, № 7.
32. Нормирование качества води для сельскохозяйственного производства. // Гидротехника и мелиорация, 1986, № 1.
33. Критерии и.показатели качества воды для сельскохозяйственных целей. // Вестник сельскохозяйственной науки, 1986, Р 4.
34. О регламентировании качества воды для сельскохозяйственных целей.'// Водные ресурсы, 1986, № 4. (В соавт.).
35. Оптимальные параметры мелиоративного регима почв. // Гидротехника" и мелиорация, 1986, '¿П.
36. Проблема регламентирования качества воды для орсгаения черноземов. // Вестник сельскохозяйственной науки, 1987, № В.
37. Оценка качества вода для орошения. - Тез. докл. Всесоюзн. научн. совещ. "Совершенствование методов надзора за мелиоративным состоянием орошаемых земель и оценки влияния водных мелиораций на окружающую среду", Ашхабад, 1987.
.38. Требования к качеству оросительной воды. // Water International, 1987, т. 12, i," I. .
39. Регламентирование качества воды для сельскохозяйственного водопользования. - Сб. нзучн. тр. В/О "Сопзводпроект" "Проблемы опреснения минерализованных вод для сельскохозяйственного водоснабжения", 1988.
40. Принципы и метода оценки качества воды для орошения. -Тез. докл. Всесоюзн. научн. совещ. "Качество воды для орошения", Алма-Ата, 1988.
41. Нормирование токсикантов в веде для орошения: состояние и перспективы. - Сб. научн. тр. ВНИИГиМ "Рациональное ис- ' пользование и охрана мелиорируемых земель", М., 1988. (В соавт.).
42. Экологические аспекты регламентирования качества воды. -Сб. научн. тр. ВНШ1Гий1 "Рациональное использование и охрана мелиорируемых земель", М., 1988.
43. Стандартизация регламентирования качества оросительной вопн. - Тез. докл. УШ делегатского съезда' ВОЯ, Еовосибирск, 1989.
44. Экологизация развития мелиорации и водного хозяйства. -Тез. докл. Всесоюзн. научн.-технич. конференции "Повышение зсгс-еч-тквности использования водных ресурсов в сельском хозяйств;", Ковочеркасся, 1939.
45. Состояние и перспективы исследований проблемы реггамен-тирования качества вода для орошения. - Докл. Всесоазн. науч.:-. совещ. "Биологические, экономические и экологические основы нормирования водопользования в орошаемом земледелии", Днепропетровск, 1989.
46. О качестве оросительной воды. // Мелиорация и водное хозяйство, 1989, № 3. (В соавт.).
47. Экологические аспекты развития мелиорации и водного хозяйства. // Мелиорация и водное хозяйство, 1989, # 3.
(В соавт.).
48. Экологические аспекты регламентирования качества воды для орошения. Сов.-амер. научно-технич. конференция. Сборник докладов советских - специалистов. М., 1969.
49. Принципы и методы сценки качества волы для .орошения. // Мелиорация к водное хозяйство, 1989-, № 8.
50. Проблема регламентирования качества води для орошения черноземов. - Сб. научн. тр. Почвенного института им. В.В.Докучаева "Влияние орстения минерализованными водами на плодородие черноземов", М., 1989.
51. Формирование химического состава и экологкче'ские аспекты использования дреназгных вод. - Тез. дскл. Всессззк. конференции "Проблемы использования дренажно-сбросных, минерализованных вод ГМС в народном хозяйстве", Волгоград, 19Ё9.
52. Состояние и перспективы нормирования качества вода для орошения. - Тез. докл. Всесоюзн. совец. "Методология экологического нормирования", Харьков, 1990.
53. Требования к качеству воды для орсиения. - ВКИИРиМ, М.,
1990.
54. ГОСТ 17.1.2.03-90 (СТ СЭВ 6457-Б8) "Охрана природа. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения".
- 55. Регламентирование и улучшение качества оросительной воды. - Сб. научн. тр. "Повышение качества оросительной веды", Агропроыиздат, 199.0.
56. Принципы регламентирования качества оросительных вод. -Дохл. Меядунар; симпозиума по генезису, мелиорации и управлению плодородием засоленных и солонцеватых почв, Волгоград, 1991.
(В соавт.).
57. Качество воды для орошения. - Еаучн. тр. межвуз. коорд. Совета по использованию сточных вод, Сб^. П, вып. 2 "Сточные веды и использование их в сельском хозяйстве", Ал/а-Ата, 1991.
58. Проблема экологизации мелиоративно-водохозяйственных систем. // Мелиорация и водное хозяйство, 1991, № 3. (В ссавт.).
59. Using Drainage Water for Irrigation. // 1CID BULLETIN, 1591K2.
60. Качество воды в сельскохозяйственном водопользовании: проблемы и решения. - Сб. научн. тр. ВНЖГиМ "Проблемы водного хозяйства", т. 85, M., 1992.
61. Технологические аспекты экологизации водопользования
в орошаемом земледелии. - Сб. научн. тр. ВКИЙГиМ "Проблемы водного хозяйства", т. 85, М., 1992. (В соавт,).
62. Система* "ВИСКОМ" биохкыической-'очистки возвратных'вод*. -Патент РФ» 2001887, "Роспатент", 1993. (В соавт.).
63. Система экологического нормирования качества воды для орошения.'// Мелиорация и водное хозяйство, 1994, № 4.
64. Принципы экологического нормирования веществ в воде для орошения. // Аграрная наука, 1994, $ 5.
65. Принципы биохимического регулирования качества коллек-торно-дренажных вод. // Доклады РАСХН, 1994,.№ 6. (В соавт.).
66. Экологические аспекты нормирования и регулирования качества воды для орошения. - Тр. междунар. конгресса "Вода: экология и технология", том I, M., 1994..
67. Экосистемное водопользование: исследования и разработки. // Мелиорация и водное хозяйство, 1995, № I. (В соавт.)'.
-
Безднина, Светлана Яковлевна
-
доктора технических наук
-
Москва, 1995
-
ВАК 06.01.02
- Система поддержки принятия решений при планировании водопользования в управлениях оросительных систем
- Рациональное водопользование на оросительных системах Ростовской области
- Обоснование эксплуатационных режимов работы оросительных систем (на примере Саратовского Заволжья)
- Рациональное водопользование на оросительных системах Новосибирской области
- Совершенствование водопользования на оросительных системах Нижнего Дона с учетом мелиоративной обстановки
