• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Боротьба із забрудненням ґрунтів зрошувальними водами

Масштаби зрошення та площі зрошуваних земель у світі безперервно зростають. За даними РАО, 1986 р. у світі зрошувалось понад 200 млн. га, що становить 16 %загальної площі ріллі. Проте не завжди зрошувальні сільськогосподарські меліорації супрово­джуються позитивним ефектом.

Прорахунки у проектуванні, недостатнє врахування екологіч­них чинників, низька якість зрошувальних вод при дефіциті вод­них ресурсів у багатьох випадках негативно впливає на ґрунтовий покрив. Особливо швидко негативні зміни відбуваються у ґрунтах степової зони, де в умовах зрошення утворюються мінералізовані підґрунтові води, які стрімко піднімаються до критичного рівня (за 8 - 10 років з глибини 15 - 20 до 1,5 -2,5 м). Інтенсивно розви­ваються процеси заболочення, осолонцювання та засолення.

Зрошення мінералізованими водами передбачає особливу не­безпеку. Наприклад, наявність соди у зрошувальній воді обумовлює складні фізико-хімічні, мінералогічні та фізичні наслідки, що не­гативно впливають на ґрунтовий покрив. Ґрунтовий вбирний ком­плекс насичується увібраним натрієм на 50 - 70 % ємності катіон­ного обміну. Реакція ґрунтового розчину зростає до рН = 9 - 10.

Придатність води для зрошення оцінюють за такими показниками.

1. Небезпека натрієвого осолонцювання. Оцінюється співвідношен­нями катіонів Ка⁺/Са²⁺ та Nа/(Са⁺ + Мg²⁺), які не повинні пере­вищувати відповідно 1 та 0,7. Якщо ці показники вищі, то воду для зрошення слід піддавати гіпсуванню або розводити прісною водою. Тут і в подальшому вміст катіонів наведено у мг-екв/л.

2. Небезпека магнієвого осолонцювання. Визначається віднос­ним вмістом у воді магнію, перевищення якого впливатиме на грунт несприятливо.

3. Лужна небезпека. Оцінюється вмістом залишкового бікар­бонату натрію: NаНСОз = (НСО₃^- + СО₃^2-) - (Са²⁺ + Мg²⁺). Для ґрунтів степової зони цей вміст не повинен перевищувати 1,25 мг-екв/л. Токсичність карбонату натрію (Nа₂СО₃) виявляється при концентраціях в 4 рази менших, ніж бікарбонату натрію. Вода з вмістом залишкового карбонату натрію менше 0,3 мг-екв/л при­датна для зрошування всіх типів ґрунтів, при вищій концентрації воду необхідно нейтралізувати кислотою. Вважають, що при рН понад 8 вода обов'язково потребує кислування.

4. Небезпека засолення ґрунтів. Оцінюють за масовою концен­трацією (мінералізацією) зрошувальної води та за хлорним показ­ником. За придатністю до зрошен­ня воду ділять на п'ять класів. Вода першого класу при­датна для всіх культур і типів ґрунтів. Вода другого класу може використовуватись для більшості культур і ґрунтів, але при наяв­ності дренажу. Воду третього класу рекомендують застосовувати на легких ґрунтах при забезпеченні промивного режиму зрошен­ня, проминання прісною водою у період між поливами з ураху­ванням солестійкості культур. Використання води четвертого класу дуже обмежується: за умов дотримання вимог, перелічених для води третього класу, ця вода потребує розведення та хімічного поліпшення. Воду п'ятого класу використовувати для зрошення недоцільно.

Для зрошення чорноземів південних і каштанових ґрунтів придатні лише води першого і частково другого класу. Воду тре­тього класу можна застосовувати лише на легких ґрунтах.

Для прогнозування вторинного осолонцювання ґрунту використовуються наступні методи:

Метод А.Н. Ніколаєнка.Вторинне осолонцювання - це розви­ток солонцевого процесу переважно на чорноземах, спричинений зрошенням. З точки зору небезпеки розвитку вторинного осолон­цювання принциповим недоліком існуючих методів оцінки при­датності води для зрошення є те, що вони не враховують власти­востей конкретних ґрунтів, щодо яких буде застосовуватись ця оцінка.Зрошуваний грунт і зрошувальна вода утворюють певну систему, яку слід розглядати у цілому.

А.Н. Ніколаєнко пропонує критерії оцінки якості зро­шувальних вод, що виведені з розгляду іонообмінних рівноваг між катіонами зрошувальної води та ґрунтового вбирного комплексу. Ці критерії визначають хімічним складом зрошувальної води і фізико-хімічними властивостями ґрунтів.

Одназ причин негативного впливу зрошувальної води підви­щеної мінералізації на ґрунти - несприятливе співвідношення в ній катіонів Na, Са і Мg. При зниженому вмісті Са у воді щодо Na або Мg, останні можуть вбиратися ґрунтовим вбирним комплек­сом (ГВК) і витісняти Са, що призводить до натрієвого чи маг­нієвого осолонцювання ґрунту. Несприятливе співвідношення ка­тіонів можна змінювати, збільшуючи концентрацію Са в зрошу­вальній воді розчиненням відповідної солі.

Для опису рівноваги системи з трьох катіонів (Na, Са, Мg) слід використати такі рівняння:

; (3.16)

Якщо концентрації іонів Nа, Са, Мg у воді дорівнюють С_Na, С_Са, С_Мg, то при режимі зрошення можна допустити, що С_рНа = С_Na. Підставивши ці значення в рівнянні (3.16), виразимо значення рівноважної концентрації Са відносно іонів Na і Mg:

(3.17)

(3.18)

Кожна з формул (3.17) і (3.18) визначає мінімальну концентрацію Са у воді, потрібну для збереження початкової рівноваги катіонів у ГВК. Якщо з двох значень вибрати більше, то воно ха­рактеризуватиме концентрацію Са в зрошувальній воді, нижче якої відбуватиметься збільшення вмісту катіонів Na чи Мg або їх обох водночас внаслідок витіснення іона Са з ГВК.

Допустима межа зменшення вмісту Са в зрошувальній воді визначатиметься співвідношенням катіонів у ГВК, при якому виявляються солонцеві властивості ґрунтів. Автор пропонує назвати цей стан критичним. Згідно з дослідними даними, такий стан для більшості ґрунтів спостерігається, коли увібраний Na становить 10 %і більше від ємності катіонного обміну (ЄКО) ґрунту, а концентрації Мg і Са у розчині рівні або Мg перевищує Са.

Виходячи з цих умов, автор наводить формули для розрахунку рівноважних концентрацій Са, що відповідають критичному стану ґрунту:

(3.19)

Отже, рівноважні концентрації Са, що відповідають вихідному і критичному станам ґрунтів, характеризують фізико-хімічніпо­казники ґрунту і катіонний склад води. Їх можна прийняти за стан­дартні, відносно них можна проводити оцінку якості зрошувальної води. З цих двох рівноважних станів за початок відліку вибираємо той, що відповідає найбільшій концентрації Са.

Найбільше із одержаних значень може служити характеристи­кою якості води. Позначимо цей показник ДК (дефіцит Са зро­шувальної води):

ДК = max {∆C_Ca(Na), ∆C_Ca(Mg)}. (3.20)

Фізико-хімічний зміст даного показника полягає в тому, що він дорівнює концентрації іона Са або його солі (в мг-екв/л), яку слід додати до зрошувальної води, щоб при зрошенні ґрунту із зада­ними фізико-хімічними показниками (N_Na, N_Ca, N_Mg, N_Na-Ca, N_Mg-Ca) не відбувалося збільшення вмісту Na і Мg в ГВК, тобто не пору­шувалася рівновага у бік прояву солонцевих властивостей ґрунтів.

Якість води за її дією на грунт можна розділити на три класи.

Перший клас відповідає воді доброї якості: ДК < 0. Зрошення водою цього класу не спричинює негативних змін ґрунту, при ДК < 0 вода має меліорувальний вплив на грунт.

До другого класу належить вода задовільної якості: ДК > 0. Концентрація Са в зрошувальнійводі задовольняє співвідношенню:

> > (3.23)

Зрошення ґрунтів такою водою призводить до збільшення вмісту Na і Мg в ГВК, але не призводить до появи солонцевих ознак ґрунту.

До третього класу належить вода з ДК > 0 і таким співвідно­шенням хімічного складу води і фізико-хімічних показників ґрунтів:

0 < ≤ (3.24)

Вода цього класу непридатна для зрошення, тому що її використання призводить до розвитку осолонцювання у ґрунтах.

Щоб зробити воду придатною для зрошення, тобто перевести з третього до другого класу, потрібно збільшити в ній концентра­цію іона Са.

Метод І.М. Гоголєва та Т.І. Хохленко.Основною вимогою до якості зрошувальних вод є те, щоб ці води не руйнували ґрунто­вих систем того чи іншого таксономічного рівня. Автори вихо­дять з термодинамічних уявлень про природу іонообмінних про­цесів між зрошувальною водою і ґрунтом, а також ґрунтовим роз­чином і ГВК. Метод стосується, головним чином, чорноземів півдня України. Якість зрошувальних вод повинна забезпечувати відносну стійкість ґрунтових систем чорноземів, а також підви­щення родючості ґрунтів. Ці води не повинні мати несприятливої післядії на грунт - спричинювати зростання лужності та появу ознак осолонцювання.

Показники оперативного контролю якості води і стану зро­шувальних ґрунтів такі: температура води, йонна сила розчину, водневий показник (рН), кальцієвий показник (рСа), натрієвий показник (рNa), вапняковий (рН - 0,5рСа) і натрій-кальцієвий (рN - 0,5рСа) потенціали.

Показником довготермінового прогнозу придатності зрошу­вальних вод для зрошення чорноземів півдня України служить коефіцієнт стійкості ґрунтових систем (К), що визначається співвідношенням

. (3.25)

Автори методу звертають увагу на те, що для кожного гене­тичного типу ґрунтів характерне певне співвідношення одно- та двовалентних катіонів, що визначає сутність ґрунтоутворення. Зі зміною цього співвідношення може змінитися і спрямованість процесу ґрунтоутворення. Саме тому при зрошенні чорноземів слід враховувати не лише загальну мінералізацію зрошувальних вод і кількісні показники кальцію та натрію в них, а й реальні співвідношення катіонів у реальних системах грунт - вода, що виражаються через натрій-кальцієвий потенціал. Найпоширеніші на півдні України чорноземи з високою ємністю катіонного обміну (25 - 35 мг-екв/л). Особливістю всіх чорноземів є їх насиченість кальцієм і дуже низький вміст увібраного натрію.

Кальцій у степовій зоні - це своєрідний геохімічний «дик­татор». Згідно з термодинамікою ґрунтових процесів, чорноземи мають дуже високий енергетичний рівень іонного обміну, при якому сорбція натрію теоретично неможлива. Під час взаємодії зрошувальних вод з чорноземами слід враховувати різні енерге­тичні рівні іонного обміну у двоступеневій системі: зрошувальна вода - ґрунтовий розчин - ГВК. Згідно з другим законом термо­динаміки, будь-яка відкрита система прагне до термодинамічної рівноваги, як до межі свого розвитку.

У слабомінералізованих водах значення натрій-кальцієвого потенціалу практично не виходить за межі їх коливань у незрошуваних чорноземах. Тому використання цих вод не приводить до різких змін у стані ґрунтових систем, як це буває при зрошенні чорноземів водами підвищеної мінералізації.

На основі багаторічних режимних досліджень дії зрошуваль­них вод на чорноземні ґрунти автори пропонують виділити такі структурні рівні стійкості ґрунтових систем.

1. Стабільно стійкі ґрунтові системи незрошуваних чорно­земів автоморфних ландшафтів.

2. Стійкі ґрунтові системи, утворені при взаємодії зі зрошу­вальними водами придатної якості.

3. Умовно стійкі системи. Може бути незначне відхилення показників зрошувальних вод від показників ґрунтових розчинів (К = 0,7 - 0,9), яке можна усунути за певних умов.

4. Слабко стійкі системи. Зрошувальна вода істотно змінює параметри ґрунтових систем (К = 0,4 - 0,6).

5. Нестійкі системи (К < 0,4). Утворюються під час взаємодії ґрунтів з водами низької якості, що призводить до різких і незворотних змін у ґрунтових системах, зокрема до осолонцювання, втрати структури тощо. При існуючих методах очищення такі води не придатні для зрошення.

Для визначення показника довготермінового прогнозу К ко­ристуються іон-селективними електродами. рNа—0,5рСа для ґрунту визначають у ґрунтовій пасті при повній вологомісткості ґрунту.

Велика екотоксична небезпека виникає при зрошенні стічними водами. Залежно від походження та умов формування виділяють три групи стічних вод: господарсько-побутові, промислові і тва­ринницькі.

Придатність стічних вод для зрошення оцінюють за хімічним складом.

Нормуванню підлягають і нітрогенні речовини, що накопичу­ються у великих кількостях у ґрунтах і завдають шкоди навко­лишньому середовищу. Допустимі концентрації амонію і нітратів в зрошувальних водах наведені у табл. 3.21.

Якщо у воді одночасно містяться амонійні та нітратні солі, їх сумарна концентрація не повинна перевищувати вказаних у таб­лиці меж по одній з них. Допустимий вміст нітратів (NО₃^-) стано­вить не більше 0,02 мг-екв/л, або 1,0 мг/л.

Нижче наведено максимальні концентрації мікроелементів у зрошувальній воді, мг/л (ГОСТ 17.4.3.05—86):

Для супіщаних і піщаних ґрунтів вказані кількості зменшу­ються на 20 - 30 %.

У випадку, коли зрошувальні води містять декілька шкідли­вих речовин з однаковим обмежувальним показником, сума відно­шень концентрації кожної речовини до відповідної ГДК не по­винна перевищувати одиниці.

Для поліпшення складу зрошувальних вод у відповідності з вказаними вимогами застосовують комплекс заходів: розведення чистою водою; нейтралізацію; механічне чи фізико-хімічне очи­щення та ін.

Таблиця 3.21 - Допустимі концентрації амонію та нітратів у зрошувальних водах для суглинкових і глинистих ґрунтів

Як попереджувальні заходи при зрошенні слід застосовувати обмеження водоподавання і зменшення фільтрації в зрошуваль­них каналах. Не можна допускати порушень йодного балансу місце­вості, слід усувати загрозу підняття рівня підґрунтових вод і забез­печувати їх безпечне відведення за умови підвищеної мінералі­зації. Запорукою правильного зрошення служить автоматизованекерування ним.

Читайте також:

1. Агровиробничі групування ґрунтів господарства
2. Агрофізична деградація ґрунтів
3. Антифеодальна боротьба селянства України: гайдамаччина, опришки, коліївщина
4. Антифеодальна боротьба українського народу
5. Антропогенне забруднення ґрунтів
6. Апарати керування пневматичними приводами.
7. Біомоніторинг ґрунтів
8. Бонітування ґрунтів: діагностичні ознаки та складання шкал бонітування ґрунтів.
9. Боротьба Директорії за відродження УНР. Занепад Української державності.
10. Боротьба доброго начала зі злим
11. Боротьба з корупцією
12. Боротьба з кризою

Переглядів: 843