Водная мелиорация земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе

Стародубцев, Пётр Павлович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Водная мелиорация земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе
ВАК РФ 25.00.26, Землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Автореферат диссертации по теме "Водная мелиорация земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе"

На правах рукописи

СТАРОДУБЦЕВ Пётр Павлович

ВОДНАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ ПРИ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ В ЦЕНТРАЛЬНОЧЕРНОЗЁМНОМ РЕГИОНЕ

25.00.26 - Землеустройство, кадастр и мониторинг земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 7 МАЗ 2012

Воронеж-2012

005043266

Диссертационная работа выполнена на кафедре физической географии Воронежского государственного педагогического университета

Научный руководитель: Смольяшшов Владимир Митрофанович,

доктор географических наук, Воронежский государственный педагогический университет, профессор

Официальные оппоненты: Русинов Павел Сергеевич

доктор географических наук, Воронежский государственный педагогический университет

Крюкова Наталья Алексеевна кандидат географических наук, Воронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Новочеркасская государственная мелиоративная академия

Защита состоится 28 мая 2012 г. в 13.30 на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 при Воронежском государственном педагогическом университете, по адресу: 394043 г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ауд. 408.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан «27» апреля 2012 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 394043, Воронеж, ул. Ленина, 86. Естественно-географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ-212.036.02. Факс: 8 (473) 255 19 49, E-mail: shmykov@vspu.as.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент

В. И. Шмыков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Устойчивое развитие сельскохозяйственного производства в нашей стране возможно, как известно, при эффективном использовании сельскохозяйственных земель и минимальной зависимости их продуктивности от климатических изменений. Добиться этого можно средствами комплексной мелиорации земель, которая включает в себя водную мелиорацию в сочетании с прогрессивной агротехникой, использованием высокопродуктивных сельскохозяйственных культур, органических и неорганических удобрений.

В развитых странах площадь мелиорированных земель сейчас составляет не менее 30%. В нашей стране она никогда не превышала 10%, а во время проведения земельной реформы эта площадь уменьшилась в результате сокращения финансирования мелиоративных работ. Так в 1990 г. мелиорация земель в Российской Федерации проводилась на 11,5 млн. га, или на 9,9% площади пашни; при этом орошалось - 6,1 млн. га и было осушено - 5,4 млн.га. На этих землях тогда производилось до 30% растениеводческой продукции: кормов - 10 млн. т. к е, зерна - 6,0 млн. т., овощей - 5,4, картофеля -1,3 млн. т. Продуктивность орошаемого гектара составляла 4,2-4,6 тыс. к.е., что в засушливые годы в 4-5 раз превышало урожайность на богаре. Однако к 2008 г. площадь мелиорируемых сельхозугодий в стране сократилась до 9,0 млн. га, в том числе орошаемых - до 4,2 млн. га. В настоящее время Департаментом мелиорации Мин-сельхоза России разработана Концепция федеральной программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года», в которой намечается восстановление и развитие мелиорации в нашей стране.

Одним из районов, нуждающихся в мелиорации земель, является центрально-чернозёмный регион, который отличается интенсивным антропогенным воздействием на природную среду и неустойчивым естественным увлажнением земель. Площадь орошаемого земледелия в последние двадцать лет в этом регионе сократилась почти в восемь раз. Орошаемые земли здесь использовались под кормовыми севооборотами и культурными пастбищами, что в значительной степени обеспечивало кормами животноводство. Остальная часть орошаемых земель приходилась на посевы овощей, сады и сенокосы. Поэтому изучение условий восстановления и развития орошаемого земледелия при проведении землеустройства в этом регионе является весьма актуальной задачей.

Целью исследований является оценка условий развития водной мелиорации земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- определить концепцию комплексной мелиорации в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду;

- изучить природные и антропогенные условия проведения водной мелиорации в центрально-чернозёмном регионе;

- провести оценку состояния орошаемого земледелия и возможности его развития в этом регионе;

- определить методы оптимизации орошаемого земледелия в Воронежской

области; п

- рекомендации систем орошения земель при ландшафтно-экологическом землеустройстве в центрально-черноземном регионе.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись.

Объект исследования: земли с. х. назначения центрально-чернозёмного региона, нуждающиеся в проведении водной мелиорации

Предмет исследования - природные и антропогенные процессы, влияющие на условия проведения водной мелиорации в этом регионе.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды российских учёных, посвященные вопросам обеспечения растений влагой и борьбе с засухой: П.А. Костычева, A.A. Измаильского, Г.Н. Высоцкого, В.Г. Ротмистрова, А.Ф. Лебедева, H.A. Максимова, И.Н. Антипова-Каратаева, H.A. Качинского, а также работы, в которых рассмотрены вопросы рационального использования местного стока, механизации и автоматизации поливов: Б.А. Шумакова, Б.Б. Шумакова; создания концепции комплексной мелиорации почв: А.Н. Каштанова, В.Н. Кирюшина, Н.И. Парфёнова, В.Г. Попова, В.Н. Краснощёкова; ландшафтно-экологического землеустройства: М.И. Лопырева, И.П. Здоровцева, Н.Г. Конокотина, В.В. Вершинина, В.Д. Постолова и др. Положения бассейновой концепции, разработанные Р. Хортоном, Строллером-Философовым, Л.М. Корытным и др., явились основой для бассейнового подхода, используемого в наших исследованиях.

Материалы и методы исследования. При написании диссертации были использованы материалы полевых и камеральных исследований автора, литературные источники, фондовые материалы института ЦЧОГипроводхоз, районных комитетов по земельным и водным ресурсам районов Воронежской области. Исследования проводились с использованием методов: анализа и синтеза, бальной оценки, кластерного анализа, главных компонент и экспертных оценок, картографического, сравнительно-географического, статистического, геоинформационного картографирования, анализа литературных источников, а также полевых наблюдений.

Достоверность результатов работы базируется на значительном объеме исходной информации и актуальном картографическом материале, обеспечивается современными способами обработки, анализа и картографирования фактического материала, системном подходе к изучению объекта. Математическая и статистическая обработка данных проводилась при помощи пакетов программ статистического анализа STATISTICA и STATIGRAPHICS Plus, программ WAS 061 «Расчет водно-солевого режима орошаемых земель», «Предварительное определение параметров оросительной системы (ПОПС)» ЦЧРГипроводхо-за, «Модель продуктивности монокультур» МГМИ. Построение ГИС и картографирование производилось при помощи программы Maplnfo Professional 9,5.

онах с неблагоприятными условиями строительства прудов. Проведено обоснование орошения земель в системе бассейнового землеустройства в представительных сельскохозяйственных предприятиях Воронежской области. Разработаны рекомендации по развитию орошаемого земледелия в центральночернозёмных областях. Результаты использованы в учебных курсах «География почв с основами почвоведения» и «Экология почв Среднерусской лесостепи», «Условия возникновения ЧС» ВГПУ.

Основные защищаемые положения:

1. Основные принципы комплексной мелиорации земель при землеустройстве в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду и неустойчивым увлажнением земель.

2. Результаты анализа природных условий проведения орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе.

3. Результаты оценки антропогенной нагрузки на природную среду и состояния орошаемого земледелия в этом регионе в настоящее время.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись на научно-практических конференциях: международной «Бассейновый подход в природопользовании» (Воронеж, ВГПУ 2001 г.), научно-практические Воронежского государственного педагогического университета (Воронеж, ВГПУ, 2005, 2010 гг.), областной краеведческой «Воронежское краеведение: традиции и современность» (Воронеж, Воронежский обл. краеведческий музей, 2008).

Личный вклад автора заключается в сборе, обработке и систематизации данных и картографического материала, использовавшихся при написании работы, в проведении полевых исследований в Воронежской области и в представительных сельскохозяйственных предприятиях; в разработке рекомендаций по развитию орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе, при проведении ландшафтно-бассейнового землеустройства представительных сельхозпредприятий в Воронежской области, в участии в разработке схем ряда оросительных систем в Воронежской области.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 1 монография, 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 116 наименований, 4 приложений. Основное содержание изложено на 215 страницах текста, включая 21 рисунок и 44 таблицы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 1. Основные принципы комплексной мелиорации земель при землеустройстве в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду и неустойчивым увлажнением земель.

Увеличение антропогенной нагрузки на природную среду в Российской Федерации вызвало в настоящее время значительное ухудшение экологическо-

го состояния земельных ресурсов. Для предотвращения деградации земель и устранения их последствий в этих условиях следует проводить комплексную мелиорацию земель. При недостаточном и неустойчивом увлажнении земель в этих регионах в комплекс мелиоративных мероприятий следует включать орошение земель. Всё это позволяет создать систему землеустроительных мероприятий, главной целью которой является рациональная организация территории, предусматривающая максимгшьный учет особенностей природных комплексов - агроландшафтов.

Таким образом, комплексная мелиорация земель должна включать в себя орошение земель и дополнительные природоохранные мероприятия, проводимые на водосборах малых рек или ¡срупных балок, что должно предотвращать развитие негативных процессов, которые могут возникать при поливе земель -ирригационной эрозии почв, карста, суффозии, оползней, загрязнения и подтопления земель. Поэтому при проектировании и строительстве мелиоративных систем в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду рекомендуется учитывать следующие положения:

1. Комплексную мелиорацию земель следует рассматривать в составе землеустройства, проводимого в природно-хозяйственных системах - агроэко-системах, которые находятся на речных водосборах и характеризуются определённым природным комплексом, нарушенным в той или иной степени хозяйственной деятельностью человека. Составление мелиоративных схем, а также разработка рабочих проектов мелиоративных систем должны проводиться в увязке с землеустроительными схемами использования и охраны земель региона и административной области, схемой землеустройства административного района и проектами внутрихозяйственного землеустройства сельскохозяйственного предприятия.

2. При оценке условий проведения мелиорации земель в регионах с интенсивной хозяйственной деятельностью человека необходимо учитывать информацию о величине антропогенного воздействия на природную среду с определением интегральных показателей антропогенной нагрузки, а также последствий хозяйственной деятельности человека. При этом следует использовать сведения об экзогенных процессах на речном водосборе: водной эрозии почв, карсте, суффозии, оползнях, подтоплении, переувлажнении и засолении земель, а также процессах, связанных с хозяйственной деятельностью человека, то есть загрязнении земель, поверхностных и подземных вод.

3. При орошении земель на речном водосборе происходит дополнительное антропогенное воздействие на все компоненты природной среды. Поэтому при эксплуатации мелиоративных систем следует использовать комплекс мелиоративных мероприятий, обеспечивающий защиту почв, поверхностных и подземных вод от негативных воздействий не только на участке орошения, но и на прилегающей территории, то есть на площади речного или крупного балочного водосбора, на котором находится мелиоративная система.

4. В составе мелиоративных работ на речном водосборе необходимо предусматривать оценку состояния сельскохозяйственного водоснабжения и проводить мероприятия по его улучшению.

5. Обязательным условием проведения водной мелиорации является организация постоянных мониторинговых наблюдений за состоянием орошаемых земель, поверхностных и подземных вод, а также сельскохозяйственного водоснабжении, что позволяет оценивать эффективность проведенных мероприятий и вносить необходимые корректировки в ранее принятые решения.

6. При проектировании комплексной мелиорации земель необходимо использовать современные методы сбора и обработки информации о состоянии природной среды, земельных и водных ресурсов: ГИС-технологии и дистанционное зондирование.

Оценка антропогенной нагрузки и последствий хозяйственной деятельности человека, а также состояния земельных ресурсов в регионе проектирования орошения земель зависит от выбора основных показателей. Значимость этих показателей неодинакова и может быть определена методами факторного анализа и экспертных оценок. Состав основных показателей и методики исследований при этом должен соответствовать задачам проводимых исследований.

Экологическая диагностика проводится на основе материалов мониторинга природной среды на речном или балочном водосборе. В результате получается информация о динамике оползневых процессов, карста, овражной и плоскостной эрозии, суффозии и др. Объектом наблюдений являются также процессы подтопления, затопления, заболачивания, засоления земель и изменения минерализации грунтовых вод. Особое внимание при этом уделяется изучению земель с неблагоприятным режимом грунтовых вод.

Гидромелиоративное зонирование региона производится по пригодности земель для орошения. Основными показателями при этом являются природно-климатические условия, особенности почвенного покрова и рельефа, наличие источника воды для полива земель. Задача зонирования состоит в выявлении территорий, различных по условиям орошения земель; цель - в увязке региональных характеристик естественных условий с экологическими требованиями. Классы земель по пригодности с ограничениями их использования определяют в зависимости от: влагообеспеченности почв, водно-эрозионной опасности, переувлажнения, кислотности, засоления, солонцеватости и загрязнения земель.

Природоохранные мероприятия в «Схеме мелиорации» в первую очередь направлены на охрану земельных ресурсов и улучшение состояния водных источников. При этом проводится защита земель от эрозии, засоления и заболачивания, оползневых и карстовых процессов, а также рекультивация нарушенных земель; выделяются охраняемые территории и объекты, устанавливается режим их использования; проводится охрана вод и атмосферы от загрязнения. При защите почв используются организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия.

Таким образом, в районах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду при проектировании мелиоративных систем необходимо, используя бассейновый подход, производить комплексную оценку природных условий, а также определять величину антропогенной нагрузки на природную среду и выявлять последствия хозяйственной деятельности человека.

2. Результаты анализа природных условий проведения орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе.

В состав центрально-черноземного региона входят: Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая, Орловская и Тамбовская области. Его общая площадь составляет 192,4 тыс. км2.

Климат в регионе умеренно-континентальный, с теплым летом и довольно холодной зимой. Абсолютная годовая амплитуда температур воздуха достигает 72-80°С, при абсолютном минимуме -40°С и максимуме +44°С. Годовая амплитуда среднемесячных температур достигает 27-30°. Сумма солнечной радиации составляет 85-100 тыс. кал/см2 в год. В северо-западных районах региона выпадает до 750 мм атмосферных осадков, а среднегодовая температура составляет +4,5°С. На юго-востоке осадков меньше (до 500 мм), а среднегодовая температура выше (+7°). Испарение уменьшается с юго-востока (700 мм) на северо-запад (350 мм). Продолжительность вегетационного периода в среднем составляет 190 дней. Сумма среднесуточных температур выше 10°С колеблется от 2440 до 2930°С. Климат региона отличается непостоянством и значительной изменчивостью по годам и сезонам. Здесь характерны отклонения количества атмосферных осадков от средней нормы, поэтому в характеризуемом регионе периодически отмечаются засухи. Наибольшая опасность их возникновения - на юге Воронежской области. Поэтому при проведении землеустройства территории возникает необходимость в орошении земель.

По рельефу центрально-чернозёмный регион делится на две части. На западе и юго-востоке находятся часто и глубоко расчлененные Среднерусская и Калачская возвышенности с водоразделами, залегающими на абсолютных отметках 200-250 м, а на востоке расположена плоская, слабо изрезанная балками и оврагами Окско-Донская низменность с абсолютными отметками, не превышающими 150-180 м. Вся территория региона расчленена овражно-балочной сетью, густота которой колеблется 0,5 до 2,0 км/км2. Весьма перспективным является строительство прудов, являющихся необходимым элементом мелиоративных систем на Среднерусской возвышенности. Потенциальные возможности по их строительству на Окско-Донской низменности практически исчерпаны, к тому же близкое расположение к поверхности подземных вод повышает здесь опасность переувлажнения земель.

В регионе наиболее распространённым типом почв являются чернозёмы, которые занимают 84,3% территории. Они представлены подтипами выщелоченных, типичных, обыкновенных и луговых чернозёмов, которые имеют мощный почвенный профиль; тёмную окраску, зернистую структуру в большей части гумусового горизонта. В наибольшей степени эти особенности проявляются в типичных чернозёмах. К северу от них нарастают признаки, характерные для гумидных, а к югу - аридных типов почв. Инфильтрационная способность разных типов почв неодинакова. Так, скорость фильтрации серых лесных почв составляет 0,14, а мощных черноземов - 0,51 м/сутки. В целом считается, что орошение не оказывает на данные почвы значительного негативного воздействия при соблюдении соответствующих почвозащитных требований.

В геологическом строении региона принимают участие девонские, каменноугольные, юрские, меловые, третичные и четвертичные осадочные отложения, залегающие на докембрийском кристаллическом фундаменте. Основными рельефообразующими породами на северо-западе региона являются верхнедевонские известняки, выходящие на поверхность по крутым склонам долин и балок. Покровные суглинки имеют здесь незначительную мощность, и практически вся балочная сеть сформирована в известняках, а водоразделы сложены юрскими и верхнемеловыми песками и глинами. Южнее, то есть в центральной части Среднерусской возвышенности, в строении рельефа принимают участие сеноманские, альбские и аптские пески и глины, залегающие на отложениях юрского возраста. На юге региона, то есть на южных склонах Среднерусской возвышенности, основную роль в рельефе играют мела и мергели верхнемелового возраста, обнажающиеся в оврагах, речных долинах и балках, а водоразделы сложены песками и глинами палеогена, а также покровными суглинками. На Калачской возвышенности кроме меловых пород распространены пески и глины каменноугольного возраста, а также средне-верхнедевонские песчаники. Большая часть Окско-Донской низменности покрыта чехлом ледниковых суглинков, мощность которых достигает 60 м. Вдоль западной границы этой низменности прослеживается полоса песчаных террас Дона и Воронежа, где прямо с поверхности залегают четвертичные древнеаллювиальные и флювиогляци-альные пески, ниже которых находятся неогеновые глины.

Водопроницаемость рельефообразующих пород в регионе неодинакова. Наибольшие коэффициенты фильтрации отмечаются у верхнедевонских известняков (10-250 м/сут.), мела и мергелей верхнемелового возраста (1-40), апт-ских песков (10-100), четвертичных и палеогеновых песков (2-6). Покровные суглинки на севере Среднерусской возвышенности имеют коэф. фильтрации 1 -2 м/сут., в центральной части - 0,1-1,0, а на юге - 0,1-3,0 м/сут. Ледниковые суглинки на Калачской возвышенности слабо проницаемы - 0,1-2,0 м/сут., а на площади Окско-Донской низменности практически водонепроницаемы - менее 0,01м/сут. Пруды, построенные в балках, сложенных слабо водопроницаемыми породами практически не теряют воду на фильтрацию, а водопроницаемыми -теряют воду в течении 1-4 месяцев.

В регионе имеется развитая речная сеть, принадлежащая бассейнам рек Дон (75%), Днепр (17%) и Волга (8%). Среднемноголетние модули речного стока на северо-западе региона - 4,5-5,0 л/сек. с км2, а на юго-востоке - от 2,0 до 2,5. В зоне активного водообмена (до глубины 100-150 м), находятся безнапорные грунтовые воды. Естественное питание их происходит на водораздельных пространствах, а сток направлен к местной гидрографической сети, где осуществляется его разгрузка. Особенно близко к поверхности, до трёх метров, грунтовые воды находятся в речных долинах и нижних частях крупных балок. Свойства вод и их объем определяют условия орошения земель.

Таким образом, климат, рельеф, почвенный покров, геологическое строение, гидрологические и гидрогеологические условия, а также экологическое состояние природной среды определяют условия сельскохозяйственного производства и необходимость проведения гидромелиоративных работ. При этом

особенно большую роль играют распределение суммы температур выше +10°С по месяцам в вегетационный период, а также условия атмосферного увлажнения и запас продуктивной влаги в почвах.

Наибольшее количество тепла за период с температурами выше +10°С получают Воронежская и Белгородская области: соответственно, 2679°С и 2549°С. Продолжительность этого периода также больше в этих областях - 155 и 148 дней, а продолжительность безморозного периода больше в Тамбовской области - 159 дней и Воронежской - 158. В период с температурами выше +10°С больше осадков выпадает в Курской (321 мм) и Орловской (301 мм) областях. Наименьший запас влаги в слое почвы 0-20 см в период посева озимых отмечается в Белгородской области (21 мм), Воронежской, Липецкой и Тамбовской (23 мм). Этот запас в слое 0-100 см на начало вегетации растений меньше в Воронежской области (145 мм) и Белгородской (159), а самая большая продолжительность юго-восточных суховейных ветров отмечается в Воронежской области - 56 дней (табл. 1).

Таблица 1

Условия атмосферного увлажнения в вегетационный период и запас продуктивной влаги в почвах центрально-чернозёмного региона

Области Количество осадков, мм Запас влаги в слое, мм Суховеи, дней

Zw IV-V VI VII VIII IX X-XII А Б

Белгородская 251 79 57 61 53 37 107 21 159 33

Воронежская 271 87 56 65 60 39 124 23 145 56

Курская 321 95 67 76 65 45 130 25 155 50

Липецкая 264 77 58 71 52 39 109 23 170 39

Орловская 301 88 71 80 57 45 118 42 213 -

Тамбовская 248 84 49 70 53 47 48 23 172 2

- период с температурой выше +10° С; IV-V - апрель-май; VI - июнь; УП - июль; VIII -август;1Х - сентябрь; Х-ХП - октябрь-декабрь; А - запас продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см в период посева озимых: Б - то же в слое 0-100 см на начало вегетации растений (составлено по данным Г.А. Романенко и др. «Земельные ресурсы России», 1996).

Как установлено, даже в средние по водности годы на большей его части характеризуемого региона могут возникать неблагоприятные условия для произрастания сельскохозяйственных растений, а в засушливые годы происходят значительные потери урожая. Необходимость орошения сельскохозяйственных культур, как известно, определяется естественным увлажнением территории. Зонирование центрально-чернозёмного региона по величине природной влаго-обеспеченности, с выделением пяти зон с разными коэффициентами природной увлажнённости земель Ку было проведено институтами ЮжНИИГИМ и ЦЧО-Гипроводхоз и Воронежским СХИ. Как установлено, в наибольшей степени в орошении земель нуждаются юго-восточные районы Воронежской области, где повсеместно коэффициент Ку меньше 0,5. На юго-востоке Белгородской области, в центральных районах Воронежской и большей части Тамбовской этот коэффициент составляет 0,5-0,6, то есть и в этой зоне также следует проводить

орошаемое земледелие. Лишь в большинстве районов Орловской области и в северной части Курской потребность в орошении земель не столь значительна. Здесь можно рекомендовать дополнительное орошение земель, при котором в наиболее засушливые годы один-два своевременных полива способны значительно увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур (рис. 1).

ше 0,50; 2 - 0,51-0,60; 3 - 0,61-0,70; 4 - 0,71-0,80; 5 - больше 0,80.

(Схема составлена с использованием материалов «Методических указаний по обоснованию проектных режимов орошения сельскохозяйственных культур в ЦЧО», 1988).

Однако при перспективной оценке возможности проведения орошения земель в регионе большую роль играет наличие земель, пригодных для полива, а также достаточного количества и необходимого качества водных ресурсов, которые можно использовать для их орошения. Общая гшощадь сельскохозяйственных угодий в характеризуемом регионе составляет 15280 га; в том числе пашни - 12244, сенокосов - 667, пастбищ - 2152 тыс. га. В результате оценки перспектив развития орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе, проводившейся в 1970-1980 гг., было предварительно выявлено около 6 млн. га земель, пригодных для орошения по почвенным, геоморфологическим и гидрогеологическим условиям, а также по наличию источника воды для полива. Одновременно была установлена возможность использования для орошения около 1,9 км3 вод местного стока. В средние по водности годы общие водные ресурсы характеризуемого региона составляют 26,4 км3. Из них 20,2 км , то есть 77%, являются ресурсами местного стока. В годы 75%-ной обеспеченности, водные ресурсы сокращаются до 14,9 км3, а в наиболее засушливые годы 95%-ной обеспеченности, — до 10,5 км3.

Условия формирования водных ресурсов неодинаковы в разных частях региона. Так, коэффициент стока в Орловской и Курской областях составляет 0,19 и 0,20, а в Воронежской и Белгородской - 0,12 и 0,16 (табл. 2). В характеризуемом регионе естественные ресурсы подземных вод составляют 181 м /сек. Для городского и сельскохозяйственного водоснабжения используется 51 м3/сек. Отбор подземных вод приводит к сокращению речного стока в связи с тесной гидравлической связью подземных вод зоны активного водообмена с речным стоком, поэтому допустимый модуль отбора подземных вод в регионе не должен превышать 0,50 л/сек./км2.

Таблица 2

Водный баланс в центрально-чернозёмных областях, км3

Области Площадь, км2 Осадки Сток рек Испарение Инфильтрация Коэф. Стока

А В V

Липецкая 24,1 15,2 2,55 1,12 1,43 12,6 14,1 0,17

Воронежская 52,4 31,4 3,75 2,77 0,98 27,6 28,6 0,12

Тамбовская 34,3 21,4 3,78 2,89 0,89 17,7 18,5 0,18

Орловская 24,7 17,0 3,47 2,23 1,24 13,5 14,8 0,20

Курская 29,8 20,1 3,88 3,25 0,63 16,2 16,8 0,19

Белгородская 27,1 16,8 2,73 2,21 0,52 14,1 14,6 0,16

По региону 192,4 122,0 20,17 14,43 5,69 101,8 107,4 0,17

А - суммарный речной сток; В - поверхностный сток; V - подземный сток (таблица составлена по данным монографии «Водныересурсы и водный баланс Советского Союза, 1967).

Как видно, центрально-чернозёмный регион, в целом, недостаточно обеспечен водными ресурсами. Особенно это относится к Воронежской и Белгородской областям, в которых в годы средней водности на 1 км" территории приходится лишь, соответственно, 72,4 и 100,8 тыс. м3 речного стока. В наиболее засушливые годы эти показатели уменьшаются до 37,9 и 50,2 тыс. м'/км2. Несколько больше водных ресурсов в Орловской и Курской областях, где в годы средней обеспеченности на 1 км2 территории приходится 140,5 и 130,0, а в маловодные годы - 72,9 и 71,1 тыс. м3/км2. (табл. 3).

Таблица 3

Водные ресурсы центрально-чернозёмного региона в годы разной водности

Области Площадь, тыс. км2 Водные ресурсы в годы разной обеспеченности

50%- ной 75% -ной 90%-ной 95%-ной

А Б А Б А Б А Б

Белгородская 27,1 2,73 100,8 2,00 73,6 1,65 60,9 1,36 50,2

Воронежская 52,4 3,75 72,4 2,62 50,0 2,28 43,5 1,99 37,9

Курская 29,8 3,881 130,0 2,97 99,6 2,41 80,0 2,12 71,1

Липецкая 24,1 2,55 106,0 2,07 86,5 1,73 71,7 1,56 54,4

Орловская 24,7 3,47 140,5 2,00 105,2 2,07 83,8 1,80 72,9

Тамбовская 34,3 3,78 111,0 2,63 76,6 2,01 58,5 1,67 48,6

А - объём, км3; Б - на 1 км2 территории, тыс. км3 (таблица составлена по данным монографии «Водные ресурсы и водный баланс Советского Союза», 1967).

Неравномерное распределения речного стока в регионе определяется неодинаковыми условиями его формирования: количеством атмосферных осадков, величина которых здесь сокращается с северо-запада на юго-восток, и величиной испаряемости, увеличивающейся в этом же направлении. Поэтому в северо-западной части региона модули речного стока составляют 4-5, а на юго-востоке - менее 3 л/с/км2.

В настоящее время основными источниками воды для полива земель в характеризуемом регионе являются пруды (56,0%) и реки (40,3%). Подземные воды используются для этого в небольшом объеме в связи с ограниченностью их ресурсов, а иногда и плохим качеством воды (0,6%). Кроме того, некоторая часть орошаемых земель поливается из русловых водохранилищ, а также сточными водами животноводческих комплексов. Предварительные проработки показывают, что отбор воды из живого тока рек для орошения можно производить в небольшом объёме, так как средние расходы большинства рек в летнюю межень составляют 1-5 м3/с. Лишь реки Дон, Воронеж, Хопер и Сейм имеют большие расходы. Поэтому из рек региона в течение года можно отбирать на полив земель не более 416 млн. м3 воды.

Как видно, для обеспечения водой орошаемого земледелия необходимо производить регулирование местного стока. Однако обычные приемы регулирования можно применять ограниченно. Так, строить водохранилища на реках не всегда целесообразно в связи с большой шириной речных долин, что приводит к затоплению пойменных земель. Использование речных водохранилищ для орошения, к тому же, вызывает дополнительные затраты на транспортировку воды к орошаемым участкам и расход труб. Нельзя рассчитывать также на значительный отбор подземных вод для полива земель в связи с их использованием коммунальным хозяйством и промышленностью. Поэтому в характеризуемом регионе на орошение земель можно отбирать из основных водоносных горизонтов не более 130 млн. м3/год подземных вод.

Вместе с тем, в регионе имеется значительный объём весеннего склонового стока, который составляет около 70% местных водных ресурсов. Объём его в годы средней обеспеченности в регионе составляет 13,4 км3, 75%-ной обеспеченности — 7,5 км3 и 95%-ной - 3,5 км3. В настоящее время в регионе прудами и русловыми водохранилищами зарегулирована меньшая часть этого стока. Так к 1991 г. здесь было построено около 8 тысяч прудов общей емкостью 1,3 км3, но значительная их часть имеет небольшую ёмкость. Распределены пруды в регионе неравномерно, что связано с неодинаковыми условиями их строительства. Так, в Тамбовской области и севере Воронежской существуют для этого наиболее благоприятные геологические условия, так как 95% балок сформированы в слабо водопроницаемых ледниковых суглинках. На севере Среднерусской возвышенности, то есть в Орловской области и в западных районах Липецкой, блочная сеть вскрывает трещиноватые известняки верхнедевонского возраста, поэтому для строительства прудов здесь можно использовать не более 10%. балок - лишь в случае близкого залегания грунтовых вод в нижних их частях. Примерно такие же условия существуют на площади песчаных террас Дона-Воронежа, где строить пруды можно в 25% балок. В центре и

на юге Среднерусской возвышенности, то есть в Белгородской области и южных районах Воронежской и Курской, балками вскрываются трещиноватые мела и водопроницаемые суглинки. Здесь можно использовать под пруды лишь 35% балок - при залегании палеогеновых глин в верхних частях балок, или при неглубоком положении грунтовых вод в нижних их частях. Как видно, в этих условиях прудами в регионе можно зарегулировать лишь часть весеннего стока.

Качество воды для орошения земель в центрально-черноземном регионе должно обеспечивать сохранение естественного плодородия черноземов. Поэтому пригодность вод для полива здесь определяется с учетом: механического состава и ёмкости поглощения почв на орошаемых участках (ППК); минерализации и рН воды; соотношения в воде основных ионов; содержания некоторых микроэлементов; солеустойчивости с.х. культур на орошаемых землях.

Воды весеннего стока, которые в основном используются при поливе земель в этом регионе, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав. Их минерализация составляет 150-250 мг/л, рК=7,0-7,4, содержание натрия - от 0,5 до 16 мг/л. Грунтовые воды, используемые при орошении земель, здесь также обычно являются гидрокарбонатно-кальциевыми. Однако орошение з десь производится на черноземных почвах с тяжелым, средним и легким механическим составом. По минерализации, рН воды и соотношению основных ионов, а также с учетом механического состава почв на орошаемом участке, все воды для орошения черноземов могут быть разделены на четыре класса (табл. 4).

Таблица 4

Требования к качеству оросительной воды в условиях _центрально-чернозёмного региона__

Класс Воды Минерализация воды для полива почв с разной величиной ЛИК Степень опасности негативных процессов

30-60 15-30 < 15 Хлорид-ного засоления, С!' Натриевого осолон-цевания, Саи Магниевого осолонце-вания, Содообразова-ния, (со/'+ясо,")-

Mg2* + Са1*

I <0,5 <0,5 <0,5 <2,0 >2,0 <0,5 < 1,0

II 0,5-0,8 0,5-1,0 0,5-1,0 2,0-4,0 2,0-1,0 0,5-0,6 1,0-1,25

III 0,8-1,2 1,0-1,5 1,0-2,0 4,0-10,0 1,0-0,5 0,6-0,7 1,25-2,5

IV > 1,2 > 1,5 >2,0 > 10,0 <0,5 >0,7 >2,5

Минерализация воды, г/л; ППК - ёмкость поглощения; концентрация ионов, мг-экв/л (Методика оценки качества воды для орошения с.х. культур на чернозёмах в ЦЧО. 1998 г.).

Воды I класса при этом могут использоваться для полива без применения химических мелиорантов на всех видах черноземов. Орошение водой П-1У классов приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур на 550% и требует определенных мелиоративных мероприятий. Поверхностные и подземные воды региона в большинстве случаев по своему качеству относится к первому и, меньше, ко второму классам оросительных вод.

При изучении природных условий центрально-черноземного региона в результате кластерного анализа этих условий на 96 речных водосборах было проведено предварительное районирование региона по условиям проведения мелиорации земель (рис. 2, табл. 5).

Таблица 5

Характеристика районов центрально-черноземного региона с неодинаковыми

условиями проведения мелиорации земель

Район Площадь, тыс. км2 Часть региона, % X, Х2 Хз X, х5

I 36,3 18,8 9,5 1,28 132 60,9 8,8

И 13,1 6,8 6,3 1,28 107 68,0 10,0

III 13,2 6,9 8,6 1,11 146 60,6 5,2

IV 39,9 20,8 6,7 0,97 149 60,0 9,6

V 18,5 9,6 7,8 1,04 108 54,2 10,9

VI 39,8 20,7 2,4 0,96 92 57,0 14,1

VII 21,9 11,3 4,8 0,86 96 53,1 8,5

VIII 9,7 5,1 7,7 0,78 147 57,7 12,2

Х| - инфильтрация атмосферных осадков, %; X;: - коэффициент увлажнения; Хз - средняя глубина базисов эрозии водосборов, м\ X) - распаханность земель, %.; Х5 - облесен-ность территории, %.

Рис. 2 Районы центрально-черноземного региона с неодинаковыми условиями проведения мелиорации земель.

Районы: 1. - Северо-западный; 2 — Западный; 3 - Центральный; 4 - Юго-западный; 5 - Юго-восточный; 6 - Северо-восточный; 7 - Восточный; 8 — Юго-

восточный.

Таким образом, анализ природных условий центрально-чернозёмного региона показывает, что он находится в зоне неустойчивого увлажнения. При этом в орошении нуждаются, в первую очередь, овощные, технические и кор-

мовые культуры. Эффективным является создание «культурных пастбищ», что в значительной степени позволяет укрепить кормовую базу. При поливе чернозёмов, которые являются основным типом почв в регионе, возможны их дегу-мификация и ухудшение водно-физических свойств. Поэтому орошение земель здесь следует сопровождать постоянным мониторингом состояния почв, позволяющим корректировать нормы полива земель. Регион неравномерно обеспечен водными ресурсами для полив'а земель. Это определяется не только неодинаковыми условиями формирования местного стока, связанными с количеством атмосферных осадков и величиной испарения, но и с возможностью регулирования этого стока прудами и водохранилищами. Так, в южных районах, которые особенно нуждаются в орошении земель, существуют трудности со строительством прудов в связи с водопроницаемостью рельефообразующих карбонатных пород. Качество вод местного стока характеризуемого региона обычно удовлетворяет требованиям, предъявляемым к оросительным водам.

3. Результаты оценки антропогенной нагрузки на природную среду и состояния орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе.

В центрально-чернозёмном регионе отмечается значительная антропогенная нагрузка на природную среду, так как он представляет собой индустриально-аграрный экономический район с развитой машиностроительной, горнорудной, металлургической, химической и пищевой промышленностью, а также сельским хозяйством, специализирующимся на производстве зерна, технических культур и животноводческой продукции. При этом антропогенная нагрузка распределяется неравномерно по территории региона. Об этом свидетельствуют результаты кластерного анализа, проведенного на 96 речных водосборах региона по 10-ти показателям антропогенного воздействия, характеризующим: отбор подземных и поверхностных вод; объем сточных вод; использование удобрений и ядохимикатов; регулирование весеннего стока прудами; орошение земель; их облесенность и распаханность; площадь сельхозугодий; проведение агролесомелиоративных мероприятий. В результате были выделены девять классов водосборов, которые отличаются величиной суммарной антропогенной нагрузки и характером антропогенного воздействия на природную среду.

Так I и П классы водосборов характеризуются наибольшей антропогенной нагрузкой. Это водосборы рек Дон и Воронеж, где отмечаются большой отбор подземных и поверхностных вод и самый большой объём промышленно-коммунапьных стоков, при сравнительно малой их распаханности. Значительная антропогенная нагрузка проявляется в III классе водосборов — на водосборах рек Оскол, Северский Донец, Ворскла, Харьков, Короча, Нежеголь и Хопёр, умеренная — в V, VI, VII, и относительно слабая - в VIII и IX классах водосборов. Хозяйственная деятельность человека в регионе часто влияет на ускорение естественных экзогенных процессов, ухудшающих состояние земель: плоскостной смыв почв, овражную эрозию, образование оползней, карста и др.

В результате изучения последствий хозяйственной деятельности человека. в центрально-чернозёмном регионе были определены 9 основных показате-

лей. Применение ровку 96 речных в

метода кластерного анализа позволило произвести группи-одосборов и выделить 9 классов водосборов (табл. 6).

Таблица 6

Основные последствия хозяйственной деятельности человека

Классы водосборов Показатели основных антропогенных последствий

X, Х2 Хз X, Х5 X« х7 X, X,

I 7,1 5,4 90,8 22,1 2,6 28,5 0,45 0,87 2,06

II 21,0 1,5 90,0 19,1 2,9 41.8 0,73 0,75 1,02

1П 3,6 5,0 39,6 5,2 4,5 41,0 0,34 0,33 1,73

IV 3,0 4,1 19,4 3,1 4,5 22,9 0,44 0,36 1,34

V 2,2 2,5 11,5 5,0 7,0 46.0 0,45 0,22 0,58

VI 9,5 2,0 48,2 25,3 3,1 18,9 0,22 0,58 1,51

VII 14,3 2,7 18,5 8,9 3,3 13,6 0,14 0,43 2,18

VIII 20,2 1,3 10,5 1,9 2,9 33,8 0,75 0,73 1,04

IX 4,2 1,5 8,9 6,7 3,1 18,2 0,31 0,51 1,39

Основные показатели: Xi - безвозвратные потери водных ресурсов , мм; - сокращение меженного стока рек при уменьшении площади лесов, раз; Хз - сокращение этого стока при современном отборе подземных вод, %; Х4 - загрязнение поверхностных вод стоками, %; Х5 - загрязнение удобрениями и ядохимикатами, мг/л; X¿ - площадь смытых почв на с.х. угодьях, %; Х7 - овражная эрозия, км/км2; Xg - увеличение подземного стока при полном проведении агромелиоративных и лесомелиоративных мероприятий, мм; Х9 - максимально возможное увеличение подземного стока при фильтрации: га прудов и на полях орошения, мм. Классы водосборов; рек: I - Харьков, Сев. Донец, Сейм, Короча, Ворскла; II - Оскол; Ш -Суджа, Пена, Богучар, Лев. Богучарка, Манина, Челновая, Карачан; IV - Амонька, Клевень, Белая, Айдар, Мамоновка, Валуй, Подгорная, Манина, Криуша, Елань, Токай; V - Ольховат-ка, Чёрная Калитва; VI - Нежеголь, Тускарь, Лесной Воронеж, Воронеж, Хворостань, Ворона; VII - Усожа, Свапа, Битюг, Эртиль, Курлак, Чигла, Хопёр: VIII - Ока, Новля, Рыбница, Неручь, Вязовка, Репец; IX - Вытебеть, Нугрь, Зуша, Илек, Сужда, Пена, Пссл, Семенек, Любовша, Труды, Большая Чернава, Сосна, Тим, Кшень, Одым, Большая Верейка, Красивая Меча, Снова, Ведуга, Девица, Потудань, Тихая Сосна, Усердец, Богучар, Левая Богучарка, Дон, Ранова, Ягодная Ряса, Ряса, Иловай, Польный Воронеж, Матыра, Плавица, Байгора, Ус-мань, Икорец, Осередь, Гаврило, Толучеевка, Серп, Челновая, Цна, Кошма, Большой Ломо-вис, Керша, Лесной Тамбов, Сухая Липовица, Ира, Калаис, Мокрая Панда, Вяжля, Шибряй-ка, Савала. Таблица составлена по материалам 2005 года

Орошение земель оказывает прямое антропогенное воздействие на почвенный покров речного водосбора и может вызывать процессы дегумификации почв. В почвах неорошаемой пашни за более чем 200-летний период использования количество гумуса в верхнем горизонте может снижаться на 1,5-2,0%, а при орошении за 20 лет - на 1,0%, что происходит под влиянием изменения водного режима почв. Это может приводил, к усилению миграции гумуса, или к изменению интенсивности микробиологической деятельности, определяющей ускорение его минерализации. Вовлечение чернозёмов в орошаемое земледелие сопровождается трансформацией их солевого профиля: происходит некоторое нарастание солесодержания в верхней часги профиля и более значимое - в нижней. По всему профилю возможно увеличение содержания натрия и снижение кальция; возрастает содержание сульфат-иона и хлора, одновременно снижается - гидрокарбонат-иона. Всё это создаёт условия для осолонцевания почв.

Площадь орошаемых земель в центрально-черноземном регионе по состоянию на 1991 г. составляла около 380 тыс. га. В среднем по региону орошаемые земли занимали 2,3% площади сельскохозяйственных угодий (табл. 7).

В последние 20 лет в характеризуемом регионе отмечается значительное сокращение площади орошаемых земель, что, по-видимому, связано с резким уменьшением финансирования мелиоративных работ при проведении земельной реформы в Российской Федерации (табл. 8).

Таблица 7

Площади орошаемых земель в центрально-чернозёмных областях

Области Общая площадь, тыс. км1 Площадь с-х. угодий, тыс. rai В том числе площадь пашни, тыс. га Орошаемые С.Х. угодья, тыс. га Доля орошаемых угодий, %

Белгородская 27,1 2109 1637 69 3,3

Воронежская 52,4 4969 3184 135 2,8

Курская 29,8 2423. 1954 47 1,9

Липецкая 24,1 1935 1619 68 3,5

Орловская 24,7 204S 1635 8 0,4

Тамбовская 34,3 2705 2216 53 2,0

В регионе 192,4 16189 12245 380 2,3

Таблица 8

Сокращение площадей орошения в центрально-чернозёмном регионе ___за период с 1991 по 2010 гг._

Области 1991 г. 2000 г. 2010 г.

По отчёту По отчёту по отчету Фактически

Белгородская 69,0 29,6 1,1 1,1

Воронежская 135,4 83,4 73,1 19.1

Курская 47,0 45,4 45,4 8,0

Липецкая 68,0 57,5 55,0 10,5

Орловская 8,0 4,0 1,0 1,0

Тамбовская 53,0 42,4 42,4 7,0

Всего по региону 380,4 262,3 218,0 46,7

Как видно, общая площадь орошаемых земель в центрально-чернозёмном регионе за последние 15 лет по отчёту областных Управлений мелиорации и водного хозяйства сократилась с 380,4 до 218,0 тыс. га, а фактически — до 46,7 тыс. га, то есть в среднем по региону более чем в восемь раз. Особенно резко уменьшилась площадь орошения земель в Белгородской и Орловской областях.

Орошаемые земли в регионе используются преимущественно под кормовыми севооборотами и культурными пастбищами: до недавнего времени кормовые культуры занимали 47% орошаемых площадей, а культурные долголетние пастбища — 48%. Остальная часть орошаемых земель приходилась на посевы овощей, а также на сады и сенокосы. Участки орошения здесь имеют, в основном, площадь от 100 до 300 га; повсеместно используется закрытая оросительная сеть, состоящая из подземных трубопроводов с гидрантами для отбора воды. Подача воды производится насосными станциями, способ полива — дождевание. Для орошения в 1991 г в регионе ежегодно использовалось около 1,1

км3 поверхностных и подземных вод: в Белгородской области - 242 млн. м3, Воронежской - 344, Курской - 103, Липецкой - 211, Орловской - 19 и Тамбовской - 159. Оросительные нормы зависят от климатических условий и особенностей орошаемых сельскохозяйственных культур. На северо-западе региона эти нормы меньше и составляют в среднем 1900-2100 м3/га, а в южных районах они увеличиваются до 3000 м3/га. Во время первых трех поливов, производимых в характеризуемом регионе в мае, июне и июле месяцах, расходуется большая часть оросительной нормы. Исключение составляет только Белгородская область, где в августе на полив приходится 33% оросительной нормы.

Таким образом, в центрально-чернозёмном регионе, где отмечается развитие многих экзогенных процессов, орошение земель является дополнительным антропогенным воздействием на природную среду и может служить причиной активизации карстовых, оползневых процессов и просадки почв в районе мелиоративного строительства. Поэтому на водосборе реки, где намечается такое строительство, необходимо проводить оценку существующей антропогенной нагрузки, выявлять условия развития негативных природно-антропогенных процессов и определять экологическое состояние почвенного покрова и качество воды для орошения земель. В период проведения земельной реформы площадь орошения сократилась почти в восемь раз. В соответствии с «Концепцией развития мелиорации земель России на период до 2020 года» в последующие восемь лет в центрально-чернозёмном регионе намечается восстановление и развитие мелиоративно-водохозяйственного комплекса.

4 Рекомендации систем орошения земель при ландшафтно-экологическом земледелии в регионах с интенсивным развитием негативных экзогенных процессов и недостаточным увлажнением земель.

Можно отметить четыре типа основных технических схем оросительных систем, используемых в Воронежской области:

1-й тип оросительных систем используется наиболее часто. Источником воды для орошения земель являются пруды или малые водохранилища сезонного или многолетнего регулирования, аккумулирующие сток весеннего половодья и дождевых паводков. Забор воды осуществляется через донный водовы-пуск - водозабор, оборудованный на выходе шахтой-оголовком, позволяющим осуществлять отбор воды выше метрового горизонта с рыбо- и сороудержи-вающей решеткой. Насосная станция - стационарная или передвижного типа. Вода после отбора через всасывающий трубопровод из донного водовыпуска подаётся в напорную закрытую стационарную трубчатую сеть. Далее к дождевальным установкам и поливной технике различной модификации.

В качестве примера в работе приводятся описания проектов: 1) Еланьской государственной оросительной системы (Таловский район Воронежской области). Орошаемая площадь 188,4 га, земли используются под кормовой севооборот. Способ полива - дождевание - самый экономичный из существующих. Водозабор осуществляется из пруда в балке Потупкин Лог объемом 2337 тыс. м . На орошаемом участке преобладают покровные глины, что сокращает фильтрацию из пруда. Воды в пруду хватает на все поливы (рис. 3).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: Неорошаемые участки Орошаемые участки □ Пастбища Щр Населенный пункт

Ор.уч, Орошаемый участок. 287.3 его площадь {га) 3 Номер рабочего участка, б^з его площадь (га) (<6,0 Орошаемая площадь (га) Лесополосы

Стационарные трубопроводы проектируемые Насосная станция проектируемая Неподвижная опора ДМ "Фрегат"

Дороги полевые

Рис. 3. Еланьская государственная оросительная система.

2) Оросительная система ЗАО «Острогожсксадопитомник» (Острогожский район Воронежской области). Здесь орошается 123,54 га занятых садом и посадками земляники. Подача воды 11,3 л/с осуществляется из пяти небольших прудов. Способ полива - капельное орошение. Урожайность больше чем на богаре в 2 (по яблоне) - 2,7 (по землянике) раза. Подобные системы орошения рекомендуется использовать в случае наличия крупного водоема, теряющего мало воды на фильтрацию. Это водосборы в VI и VII районов. Здесь возможен подъем уровня подземных вод и переувлажнении земель. Поэтому необходим постоянный мониторинг земель. Орошение должно сопровождаться необходимыми землеустроительными мероприятиями, не допускающими заиление водоема.

Н-й тип также используется довольно часто. Источником воды при орошении земель являются крупные и средние реки, то есть Дон, Хопёр, Битюг, и Воронеж, пойменные озёра реки Дон, а также Воронежское водохранилище, из которых забор воды производится стационарными или передвижными насосными станциями. Затем вода по магистральному трубопроводу подаётся в трубчатую оросительную сеть и к поливной технике, или, при значительной разности высот между водоисточником и орошаемым массивом - в промежуточный регулирующий водоём, откуда она забирается насосной станцией второго подъёма и подаётся в закрытую оросительную сеть и к поливной технике.

В работе находятся разработки проектов 1) Воронежской государственной оросительной системы, водозабор в которую осуществляется из Воронежского водохранилища. Вода по магистральному трубопроводу длиной 6854 м

подается на орошаемые поля занятые овоще-кормовым севооборотом площадью 973,7 га. Орошение проводится 13-ю дождевальными машинами «Фрегат». 2) Оросительная система ЗАО «Дон» Хохольского района (рис. 4). Орошаемая площадь 334,24 га. Вода подается из реки Дон. Полив производится дождеванием. На орошаемых полях, как и в других случаях, отмечается значительное повышение урожайности. Специфика проектов II типов заключается в отсутствии дефицита воды и соответственно необходимости ее пополнения. Но их применение ограничено крупными водосборами (V и частично VII районы).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

Неорошаемые участки Орошаемые участки J¡ Пастбища ЦИ Населенный пункт

Номер рабочего участка. 154 его площадь (га) (65.«) Орошаемая площадь (га)

Лесополосы

Автодороги с покрытием

—— Стационарные трубопроводы проектируемые I Насосная станция

проектируемая д Неподвижная опора ДМ "Фрегат"

Рис. 4. Оросительная система ЗАО «Дон» Хохольского района.

Необходим контроль за развитие карста, оползнеобразования (V район), суффозии (VII район), ирригационной эрозии. Если орошаются участки на реч-

ных террасах, проблем с переувлажнением земель не возникает, но в иных случаях необходим мониторинг этого процесса. Оросительные системы на водосборах сложенных водопроницаемыми породами из-за фильтрации из прудов должны строиться с учетом возможности пополнения прудов подземными водами. Но подобные оросительные системы.

М-й тип применяется мало. Источником воды для орошения земель являются подземные воды, которые отбираются из скважинного водозабора, как правило, линейного типа. По сборному водоводу подземные воды подаются в регулирующий водоём, из которого они уже с допустимой температурой подаются насосной станцией в напорную и распределительную трубчатую сеть и далее к поливной технике. В работе рассмотрена оросительная система ФГУП ППЗ «Большевик» Бобровского района Воронежской области. Существующий пруд, как и многие ему подобные сооружения Воронежской области за счет значительной фильтрации не позволял производить более 2 поливов. Поэтому ниже плотины был создан водозабор из 4 скважин, с дебитом 20 м3/час, позволивший производить орошение кормового севооборота площадью 125,2 га в необходимых количествах. Данный способ является перспективным для 60% всех балочных прудов центрально-черноземного региона. Для нормального функционирования оросительный системы необходимы дополнительные землеустроительные мероприятия по защите водоема от загрязнений, мониторинг карста, локального подъема уровня подземных вод, ирригационной эрозии. Кроме того, повышенное внимание следует уделять качеству оросительных вод во избежание вторичного засоление земель.

1У-Й тип пока применяется мало, но может в дальнейшем быть более актуальным. Используются для полива осветлённые стоки животноводческих комплексов. Из источника чистой воды, то есть пруда, реки, а также ёмкостей с осветлёнными животноводческими стоками, вода и стоки насосными станциями по закрытым трубопроводам подаются в водоём-смеситель. Затем из него, после смешения в расчётных пропорциях, насосной станцией второго подъёма поливная вода подаётся в закрытую стационарную трубчатую поливную сеть и к поливной технике. При этом предъявляются очень серьёзные требования к выбору и обустройству самих полей орошения.

Полученные нами результаты исследований позволяют сформулировать следующие основные выводы и предложения:

1. Комплексная мелиорация земель должна рассматриваться в составе землеустройства, проводимого в агроэкостстемах, находящихся на речных водосборах. Она включает в себя помимо орошения земель дополнительные природоохранные и почвозащитные мероприятия, способные предотвратить развитие негативных последствий, возникающих при поливе земель - ирригационную эрозию почв, карст, суффозию, оползни и подтопление земель.

2. Обязательным условием проведения водной мелиорации является организация постоянного мониторинга состояния орошаемых земель, поверхностных и подземных вод, а также сельскохозяйственного водоснабжении.

3. Анализ физико-географических условий центрально-чернозёмного региона выявил необходимость проведения орошения земель на большей его части. При этом орошение земель должно осуществляться в рамках эколого-ландшафгного землеустройства.

4. Дефицит водных ресурсов в летний период затрудняет проведение орошения земель во многих районах характеризуемого региона, что вызывает необходимость в строительстве прудов, регулирующих весенний сток. В районах, сложенных водопроницаемыми горными породами, можно использовать водозаборы с искусственным пополнением подземных вод.

5. При орошении земель необходимо учитывать величину антропогенной нагрузки, так как само орошение является одним из антропогенных воздействий на природную среду. Оценка производится на уровнях субъекта федерации, административного района и сельскохозяйственного предприятия.

6. В период проведения земельной реформы в центрально-чернозёмном регионе площадь орошения земель сократилась почти в восемь раз. Для восстановления площади орошения до 380 тыс. га и её дальнейшем увеличении в регионе имеются пригодные для полива земли и свободные водные ресурсы.

7. В регионе: используются системы четырёх основных типов орошения земель: 1) из пруда или малого водохранилища; 2) из крупной реки; 3) из фильтрующего водоёма совмещенного с подземным водозабором; 4) осветлёнными стоками животноводческих комплексов. Каждая из оросительных систем имеет свои особенности строительства и воздействия на окружающую среду.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Смольянинов ELM. Концепция развития мелиорации земель Российской Федерации и орошаемое земледелие в центрально-черноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев //Научные ведомости БелГУ. - 2010. - № 2. - С. 34-45.

2. Смольянинов В.М. Водозаборы с искусственным пополнением подземных вод для орошения земель в центрально-черноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев // Известия ВГУ. - 2012. - Я» 1. - С. 54-62.

3. Стародубцев П.П. Создание оросительной системы с искусственным пополнением подземных вод ППЗ «Большевик» Бобровского района Воронежской области [Электронный ресурс] / П.П. Стародубцев, В.М. Смольянинов, А.Я. Немыкин // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - №3. - Режим доступа : http://www.science-education.ru/103-6041, свободный. - Загл. с экрана.

4. Смольянинов В.М. Комплексная мелиорация и орошение земель в центральночерноземном регионе: состояние, условия развотия: монография / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев. - Воронеж : Истоки, 2011. - 179 с.

5. Смольянинов В.М. Состояние и условия развития орошаемого земледелия в центральночерноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев И Известия ВШУ, т. 257. -2011.-С. 144-154.

6. Смольянинов U.M. Условия развития орошаемого земледелия в центральночерноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев // Вестник Воронежского отделения Русского географического общества, т. 10. - Воронеж, 2010. - С. 123-129.

7. Стародубцев П. П. Особенности формирования, стока малых рек Воронежской области / П.П. Стародубцев // Экологические исследования в речных бассейнах. - Воронеж, 2001. -С. 226-229.

* - соответствует списку периодических изданий, рекомендованных ВАК

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение.

1. Мелиорация земель и орошаемое земледелие.

1.1. Этапы развития и современное состояние мелиорации земель в России.

1.2. Типы я виды мелиорации земель.

1.3. Орошаемое земледелие.

1.4. Концепция устойчивого развития се льского хозяйства.

1.5. Ландшафтный и бассейновый подходы в мелиорации.

1.6. Концепция комплексной мелиорации в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду.

1.7. Особенности ландшафтно-мелиоративного проектирования в регионах с интенсивной хозяйственной деятельностью человека.

2. Анализ условий проведения мелиорации земель в центрально-чернозёмном регионе

2.1. Характеристика природных условий.

2.2. Земельные и водные ресурсы, возможность их использования дня орошения земель.

2.3. Предварительное районирование центрально-чернозёмного региона по условиям проведения мелиорации земель.

2.4. Антропогенная нагрузка и негативные процессы, ухудшающие экологическое состояние природной среды и почвенного покрова.

3. Состояние орошаемого земледелия и возможности его развития в центральночернозёмном регионе.

3.1. Площадь орошаемых земель.

3.2. Водозаборы с искусственным пополнением подземных вод. 4. Оптимизация орошаемого земледелия в Воронежской области.

4.1. Оценка природно-хозяйственных условий проведения орошаемого земледелия.

4.2. Современное состояние и перспективы развития орошения земель в области.

4.3. Условия развития орошаемого земледелия на юге Воронежской области.

4.4. Характеристика типичных оросительных систем в Воронежской области. Заключение.

Список литературы. Приложения.

Научное издание

СТАРОДУБЦЕВ Пётр Павлович

УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВОДНОЙ МЕЛИОРАЦИИ ЗЕМЕЛЬ ПРИ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЁМНОМ РЕГИОНЕ

25.00.26 - Землеустройство, кадастр и мониторинг земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Подписано в печать 25.04.2012. Формат 60x84/16. Печать трафаретная. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,39. Заказ 120. Тираж 100 экз.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный педагогический университет» Отпечатано в типографии университета. 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Стародубцев, Пётр Павлович, Воронеж

61 12-11/154

ФГБОУ ВПО

Воронежский государственный педагогический университет

На правах рукописи СТАРОДУБЦЕВ ПЁТР ПАВЛОВИЧ

ВОДНАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ ПРИ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ В ЦЕНТРАЛЬНОЧЕРНОЗЁМНОМ РЕГИОНЕ

Специальность 25.00.26 - землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Смольянинов В.М.

Воронеж-2012

Оглавление

Введение.......................................................................................................................з

1. Мелиорация земель и орошаемое земледелие.....................................................8

1.1. Этапы развития и современное состояние мелиорации земель в России... 8

1.2. Типы и виды мелиорации земель..................................................................14

1.3. Орошаемое земледелие...................................................................................17

1.4. Концепция устойчивого развития сельского хозяйства..............................28

1.5. Ландшафтный и бассейновый подходы в мелиорации.............................32

1.6. Концепция комплексной мелиорации в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду.........................................36

1.7. Особенности ландшафтно-мелиоративного проектирования в регионах с интенсивной хозяйственной деятельностью человека.......................................39

2. Анализ условий проведения мелиорации земель в центрально-чернозёмном регионе................................................................................................................ 55

2.1. Характеристика природных условий...........................................................56

2.2. Земельные и водные ресурсы, возможность их использования для орошения земель....................................................................................................57

2.3. Предварительное районирование центрально-чернозёмного региона по условиям проведения мелиорации земель.........................................................84

2.4. Антропогенная нагрузка и негативные процессы, ухудшающие экологическое состояние природной среды и почвенного покрова...............97

3. Состояние орошаемого земледелия и возможности его развития в центрально-чернозёмном регионе.........................................................................115

3.1. Площадь орошаемых земель.......................................................................115

3.2. Водозаборы с искусственным пополнением подземных вод................;. 117

4. Оптимизация орошаемого земледелия в Воронежской области....................131

4.1. Оценка природно-хозяйственных условий проведения орошаемого земледелия.....................................................................................................................................................................13 ^

4.2. Современное состояние и перспективы развития орошения земель в области..........................................................................................

4.3. Условия развития орошаемого земледелия на юге Воронежской области.

;..............................................................................................................................165

4.4. Характеристика типичных оросительных систем в Воронежской области

Заключение..................................................................................................................................................200

Список литературы.........................................................................................................204

Приложения............................................................................................................222

Введение

Актуальность темы. В настоящее время интенсивная хозяйственная деятельность человека сопровождается во многих регионах мира возникновением природных и техногенных чрезвычайных ситуаций. Поэтому при сельскохозяйственном использовании земель в таких регионах необходимо проводить не только правильную обработку почв и применять систему удобрений, но использовать комплекс эффективных землеустроительных мероприятий, обеспечивающих защиту земель от негативных антропогенных воздействий и сохранение их плодородия.

Как установлено, значительного повышения продуктивности сельхозугодий можно достигнуть лишь средствами комплексной мелиорации земель проводимой при землеустройстве территории. Такая мелиорация включает в себя гидромелиорацию, агромелиоративные и лесомелиоративные мероприятия в сочетании с прогрессивной агротехникой, применением высокопродуктивных сельскохозяйственных культур, расчётных доз удобрений, средств защиты растений, интенсивных и высоких технологий и технических средств, Всё это может обеспечить стабильное и высокопродуктивное производство сельскохозяйственной продукции и решить проблему продовольственной безопасности страны. При этом средствами комплексной мелиорации возможно создать условия для эффективного использования сельскохозяйственных земель независимо от климатических изменений [68,145].

В районах с недостаточным увлажнением земель эффективным мелиоративным мероприятием, которое обеспечивает высокую урожайность сельскохозяйственных культур, является орошение земель. Орошаемое земледелие, при этом, способно в значительной степени стабилизировать сельскохозяйственное производство, что многократно доказано и в нашей стране и за рубежом [150].

В нашей стране площадь мелиорированных земель никогда не занимала более 10%, а в последние годы она сократилась, в связи с уменьшением финансирования мелиоративных работ. Так в 1990 г. площадь мелиорируемых сель-

хозугодий в России достигала 11,5 млн. га, или 9,9% от площади пашни, а к 2008 г. она сократилась до 9,0 млн. га. Кроме того, значителен износ основных фондов оросительных систем, а ввод новых орошаемых и осушаемых земель практически не производится; реконструкция гидромелиоративных систем выполняется менее чем на 10%. В результате произошло разрушение не только производственной, но и непроизводственной сфер мелиоративного комплекса АПК.

До настоящего времени в нашей стране не было концепции развития мелиорации, учитывающей экологическое состояние регионов. По-видимому, в районах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду, необходимы новые подходы к проведению мелиорации земель, в которых бы учитывались требования ландшафтного земледелия, состояние природной среды и земельных ресурсов в районе объекта мелиоративного строительства, величину дополнительной антропогенной нагрузки, оказываемой этим объектом и необходимость дополнительных природоохранных мероприятий.

Целью исследований является оценка условий развития водной мелиорации земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- изучить природные и антропогенные условия проведения водной мелиорации в центрально-чернозёмном регионе;

- провести оценку состояния орошаемого земледелия и возможности его развития в этом регионе;

- определить методы оптимизации орошаемого земледелия в Воронежской области;

Теоретической и методологической основой исследования являются труды российских учёных, посвященные вопросам обеспечения растений влагой и борьбе с засухой: П.А. Костычева, A.A. Измаильского,Т.Н. Высоцкого, В.Г. Ротмистрова, А.Ф. Лебедева, H.A. Максимова, H.H. Антипова-Каратаева, H.A. Качинского, а также работы, в которых рассмотрены вопросы рационального использования местного стока, механизации и автоматизации поливов: Б.А, Шумакова, Б.Б. Шумакова; создания концепции комплексной мелиорации почв: А.Н. Каштанова, В.Н. Кирюшина, Н.И. Парфёнова, В.Г. Попова, В.Н. Краснощёкова; ландшафтно-экологического землеустройства: М.И. Лопырева, И.П. Здоровцева, Н.Г. Конокотина, В.В. Вершинина, В.Д. Постолова и др. Положения бассейновой концепции, разработанные Р. Хортоном, Строллером-Философовым, Л.М. Корытным и др., явились основой для бассейнового подхода, используемого в наших исследованиях.

ческого материала, системном подходе к изучению объекта. Математическая и статистическая обработка данных проводилась при помощи пакетов программ статистического анализа STATISTICA и STATIGRAPHICS Plus, программ WAS 061 «Расчет водно-солевого режима орошаемых земель», «Предварительное определение параметров оросительной системы (ПОПС)» ЦЧРГипроводхо-за, «Модель продуктивности монокультур» МГМИ. Построение ГИС и картографирование производилось при помощи программы Maplnfo Professional 9,5.

Научная новизна и практическая значимость. В диссертации сформулированы основные принципы комплексной мелиорации земель при землеустройстве в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду. Определены природные и антропогенные условий проведения орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе. Рекомендованы водозаборы с искусственным пополнением подземных вод для орошения земель в районах с неблагоприятными условиями строительства прудов. Проведено обоснование орошения земель в системе бассейнового землеустройства в представительных сельскохозяйственных предприятиях Воронежской области. Разработаны рекомендации по развитию орошаемого земледелия в центральночернозёмных областях. Результаты использованы в учебных курсах «География почв с основами почвоведения» и «Экология почв Среднерусской лесостепи», «Условия возникновения ЧС» ВГПУ.

Основные защищаемые положения:

2. Результаты анализа природных условий проведения орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе.

4. Рекомендации систем орошения земель при ландшафтно-экологическом землеустройстве в регионах с интенсивным развитием негативных экзогенных процессов и неблагоприятными условиями строительства прудов. Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись на научно-практических конференциях: международной «Бассейновый подход в природопользовании» (Воронеж, ВГПУ 2001 г.), научно-практической Воронежского государственного педагогического университета (Воронеж, ВГПУ, 2005, 2010 гг.), областной краеведческой «Воронежское краеведение: традиции и современность» (Воронеж, Воронежский областной краеведческий музей, 2008).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 181 наименование, 3 приложения. Основное содержание изложено на 221 странице текста, включая 24 рисунка, 47 таблиц.

1. Мелиорация земель и орошаемое земледелие

1.1. Этапы развития и современное состояние мелиорации земель в России

Мелиорацию земель человек стал поводить практически с тех пор, как начал заниматься земледелием. За многовековую историю при этом накоплен огромный опыт. Так, еще пять тысяч лет назад в Месопотамии, Древнем Египте и Индии на значительных площадях проводилось орошение земель. Однако наибольший размах мелиоративные работы получили в последние два столетия, что связано с необходимостью интенсивного использования освоенных земельных ресурсов с получением максимально возможного объёма сельскохозяйственной продукции. В это время происходит формирование мелиоративной науки.

Слово «мелиорация» - латинское теНогайо, то есть улучшение. Оно появилось в России относительно недавно - в конце XIX столетия, когда под мелиорацией понимали мероприятия, проводившиеся при освоении новых земель, то есть при их осушении, уборке пней, деревьев и кустарника, а также выжигании дёрна. Мелиорацией также считали укрепление песков, строительство прудов, орошение сельскохозяйственных угодий, улучшение солонцов, то есть мероприятия по коренному улучшению земель.

В 1898 г. профессор К.А. Вернер писал: «Под именем мелиорации следует понимать такие улучшения, которые, действуя долговечно, так или иначе, изменяют природные свойств почвы, повышая её производительность». Профессор А.И. Скворцов в 1917 г. даёт своё определение: «Под именем мелиорации (или коренных улучшений) разумеют такие мероприятия, которые изменяют коренным образом природные условия производства, повышая, например, производительность почвы или устраняя известные неблагоприятные влияния климата, и действуют очень продолжительно, долгосрочно» [159].

В конце XIX и начале XX столетий отмечается подъём отечественной агрономической науки, которую, прежде всего, интересовали вопросы обеспечения растений необходимой влагой. В это время В.В. Докучаев и П.А. Костычев создали научные основы почвоведения, разработали способы улучшения влаго-

обеспеченности растений и предложили мероприятия по борьбе с засухой. Работы A.A. Измаильского, Г.Н. Высоцкого и В.Г. Ротмистрова заложили фундамент почвенной гидрологии. А.Ф. Лебедевым были впервые раскрыты формы существования почвенной влаги, а также закономерности её передвижения. К.А Тимирязев определил способы регулирования снабжения водой растений с помощью орошаемого земледелия. Н.И. Вавилов предложил в качестве мер по борьбе с засухой агротехнические мероприятия и орошение земель. Д.Н. Прянишников создал теорию корневого питания растений, которая стала научным руководством применения удобрений при орошении земель. К.К. Гедройц ввёл понятие о почвенном поглощающем комплексе, что определило теоретические и практические пути борьбы с засолением почв. Н.М. Вильяме создал учение о едином почвообразовательном процессе и развивал идеи полива почв дождеванием при подаче воды по закрытой сети [26].

После революции 1917 года правительство России стало уделять большое внимание борьбе с засухой. Решение этой проблемы рассматривалось как общегосударственная и общенародная задача, а орошение земель - как основное средство борьбы с засухой и главное направление интенсификации сельского хозяйства. Принятые решения по этой проблеме позволили уже к 1929 г. превзойти по площади поливных земель дореволюционный уровень. В это время H.A. Максимовым проводились исследования водного режима растений, а также изучение свойств и водного режима разных типов почв И.Н. Антиповым-Каратаевым и H.A. Качинским. Постепенно накапливается значительный материал по водно-балансовым исследованиям. Работами И.А. Шарова и А.Н. Кос-тякова закладывается основа гидромелиорации. К этому периоду относится также организация в России водно-балансовых станций [26, 159].

В 70-е годы прошлого столетия круг вопросов, решаемых мелиорацией, значительно расширился. Так мелиоративные исследования стали проводиться при обосновании природоохранных мероприятий, появились новые дисциплины мелиоративной направленности: мелиоративная география (A.M. Шульгин, B.C.

Аношко), мелиорация климата (Ф.Ф. Давитая, П.И. Колосков). Развитие системного подхода в мелиорации и математическое моделирование природных и антропогенных процессов позволили выйти в эти годы на новый уровень проектирования мелиоративных мероприятий. Очень большой вклад в решение вопросов использования местного стока, механизации и автоматизации поливов, дождевания и подпочвенн

Информация о работе

Стародубцев, Пётр Павлович
кандидата географических наук
Воронеж, 2012
ВАК 25.00.26

Диссертация

Водная мелиорация земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы