Экологические последствия орошения почв

	УДК 631.111.3

Экологические последствия орошения почв степной зоны

Рассматриваются последствия, как положительные, так и отрицательные орошения почв, на примере степной зоны.

Орошение – это искусственное увлажнение почвы для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяй¬ственных культур. Для подачи воды на поля строят оро¬сительные системы. Необходимый водный режим почвы на орошаемых полях создается и регулируется оросительной системой, т. е. совокупностью гидротехнических и других сооружений для орошения земель. Основными задачами этого комплекса сооружений являются: регулирование источника орошения и забор из него удовлетворительной по качеству воды в требуемом количестве; транспортировка воды от водозабора до полей, перевод воды на полях из состояния сосредоточенного водного потока в состояние почвенной влаги; отвод за пределы орошаемого района избыточных поверхностных вод [4].

Степная зона отличается недостаточным количеством осадков и сильной изменчивостью их во времени, поэто¬му урожаи сельскохозяйственных культур здесь сильно колеблются. Орошение в этой зоне, дополняя естествен¬ные осадки, позволяет получать ежегодно высокие уро¬жаи технических, кормовых, зерновых и овощных куль¬тур. Для степной зоны характерны также суховеи. Сильно увеличивая испаряемость, длительные суховеи (20—30 дней за период вегетативного развития зерновых культур) в условиях присущего этой зоне недостатка осадков приводят к резкому снижению влажности почвы [1].

Особенности степной зоны:

• континентальность и связанная с нею крайняя неустойчивость климата, выражающаяся в резких изменениях как естественной увлажненности, так и температурных условий;
• высокая подверженность засухам и суховеям;
• устойчивая тенденция в уменьшении влагообеепеченности в направлении с запада на восток [5]

Орошение почв является мощным фактором воздействия на природные экосистемы. При достаточно ясных положительных результатах возникает ряд негативных экологических последствий:

• вторичное засоление почв, приводящие к снижению продуктивности земель либо к полной ее потере (ежегодно в мире теряются сотни тысяч га за счет бездренажного орошения, фильтрационных потерь из каналов, повышенной минерализации поливной воды);
• осолонцевание (проявление солонцовых свойств) и солитизация почв;
• образование растущих соляных водоемов в местах сброса дренажно-коллекторных вод;
• резкое ухудшение качества речных вод в результате сброса в них дренажно-коллекторных вод;
• засоление и деградация ландшафтов в низовьях рек вследствие большого водозабора в верховьях;
• загрязнение поверхностных и подземных вод избытком солей, минеральных удобрений (в том числе нитратами), пестицидов, ядохимикатов;
• дефицит водоснабжения, особенно питьевого, на больших территориях;
• загрязнение токсикантами местообитаний дикой фауны, особенно перелетных водоплавающих птиц, ведущее к исчезновению видов;
• распространение болезней среди населения, как живущего непосредственно среди орошаемых территорий, так и в местах сброса дренажного стока;
• загрязнение нитратами сельскохозяйственной продукции вследствие усиленного применения азотных удобрений на орошаемых полях;
• необратимые гидрологические и гидрогеологические изменения, в частности исчерпание подземных водных ресурсов, местами сопровождающееся просадочными явлениями в грунтах;
• формирование неблагоприятных социально-экономических последствии [3]

С развитием орошаемого земледелия выдвигаются экологические проблемы. Главная из них — борьба с вторичным засолением почв, которое возникает при неумеренном орошении и высоком уровне грунтовых вод. Решение этой проблемы возможно при разработке и внедрении научно обоснованных норм полива применительно к конкретным климатическим и гидрологическим условиям территорий. Борьба с засолением почвы актуальна и в глобальном масштабе. Засоление почвы происходит почти на половине орошаемых земель мира. При осуществлении широких мелиоративных мероприятий в зоне степей следует иметь в виду, что новообразование грунтовых вод здесь происходит значительно быстрее, нежели в зонах полупустынь и пустынь. [2]

Степная зона отличается недостаточным количеством осадков и сильной изменчивостью их во времени, поэто¬му урожаи сельскохозяйственных культур здесь сильно колеблются. Орошение в этой зоне, дополняя естествен¬ные осадки, позволяет получать ежегодно высокие уро¬жаи технических, кормовых, зерновых и овощных культур. Однако, наряду с положительными результатами, возникают негативные экологические последствия. С распространением орошения степи, резко увеличились площади земель, потенциально подверженных засолению. Происходит обводнение земель, заболачивание почв, оседание рельефа.

Источник

Экологические последствия орошения

Орошение всегда ведет к коренному изменению гидротермического режима почв и территории, поскольку:

— создается бездефицитная водообеспеченность растений;

— возрастает относительная влажность и снижается температура в при­земном слое воздуха в период вегетации растений;

— уменьшается перепад температуры в почве — летом понижается, зи­мой повышается.

Все эти мероприятия в сочетании с применением удобрений и средств зашиты посевов резко повышают продуктивность растений с улучшением качества продукции.

Вместе с этим длительное орошение может привести кнеблагоприят­ным экологическим последствиям, в частности, происходитвторичное за­соление земель, которое формируется за счет подъема водорастворимых токсичных солей и водой из пород при глубоком промачивании почв пресными поливными водами или за счет проведения поливов засолен­ными водами. Засоление сопровождается следующими негативными последствиями:

— при содержании в почвенном растворе водорастворимых солей 0,3% происходит отравление полезной биоты почвы и растений вследствие нарушения обмена веществ;

— резкое повышение осмотического давления почвенного раствора за­трудняет потребление растениями воды даже на влажных почвах;

— насыщение почвы водорастворимыми солями Na+, С1-,SO_4-2, гидро­карбонатами(НСО_3-), иногда нитратом и калием К+ разрушает агре­гатные элементы почвы, что повышает объемную массу сухой и вяз­кость влажной почвы, снижает водо- и воздухопроницаемость почвы, повышает удельное сопротивление и глыбистость почвы при ее обра­ботке. Особенно опасно содовое засоление, т. к. сода является силь­ным токсикантом.

Один из основных способов экологической оценки процессов засоления-рассоления за какой-либо промежуток времени — составление балан­са солей в корнеобитаемом слое почвы прямыми физико-химическими спосо­бами. Различают 3 типа солевого баланса:

— стабильный баланс — когда общий запас солей не изменяется;

— баланс засоления — запас определенных солей возрастает;

— баланс рассоления — запас этих солей уменьшается.

Другой неблагоприятный, хотя и менее вредный, фактор —солонцевание почв, который проявляется при содержании Na от 3-5% до 10-15% от суммы обменных катионов почвенно-поглощающего комплекса (ППК).

Причины солонцевания — низкое содержание в почвенном растворе свободного Са+ и засоление натрием (Na+), который поднимается с вос­ходящими токами воды из глубинных горизонтов с солью при система­тическом промачивании почвогрунтов.

Главный недостаток солонцов — плохие физические свойства почвы (вы­сокая вязкость, плотность, низкая водо- и воздухопроницаемость). Но эти неблагоприятные свойства менее выражены, чем на засоленных почвах.

Другое негативное последствие непродуманного орошения почв — их заболачивание, когда происходит смыкание поверхностных вод с грунто­выми водами в результате избыточных поливов и больших потерь воды на инфильтрацию из грунтовых вод, каналов и оросителей. При этом резко ухудшается воздушный режим почв, усиливаются анаэробные вос­становительные процессы с накоплением токсичных закисных соедине­ний (Fe, Al, Pu и т. п.), резко возрастает подвижность и токсичность имеющихся в почве солей тяжелых металлов. При наличии глубинных соленосных горизонтов заболачивание ведет к сильному засолению почв. Земледелие на заболоченных участках невозможно.

К числумер по предотвращению и устранению засоления, солонцевания и заболачивания относятся:

— умеренный режим орошения (не более 65—70% НВ 1 ) только для слоя почвы, расположенного выше залегания соленосных горизонтов. Это обусловлено тем, что при более высокой влажности верхних незасоленных слоев идет миграция воды в нижние засоленные горизонты с последующим подъемом водорастворимых солей с восходящим то­ком воды;

— строительство оросительных систем только с закрытой подачей воды (металлические или пластиковые трубы);

— строительство дренажа для глубокой промывки засоленных почв;

— применение гипса для подкисления почв и вытеснения кальцием в поч­венный раствор натрия и магния, с последующей промывкой почвы вегетационными поливами;

— облесение орошаемых участков быстрорастущими древесными поро­дами (тополь серебристый и др.);

— возделывание солеустойчивых культур с глубокопроникающей стерж­невой структурой (люцерна, донник, сорная суданка).

Источник

Воздействие орошения на окружающую среду — Environmental effects of irrigation

В экологические последствия орошения связаны с изменением количества и качества почвы и воды в результате орошения и последующих воздействий на природные и социальные условия , в речных бассейнах и вниз по течению от схемы орошения . Эффект связан с изменением гидрологических условий, вызванным установкой и эксплуатацией оросительной системы.

Среди некоторых из этих проблем — истощение подземных водоносных горизонтов из- за чрезмерной разработки . Почва может быть чрезмерно орошена из-за плохой равномерности распределения или использования отходов воды, химикатов и может привести к загрязнению воды . Чрезмерный орошение может вызвать глубокий дренаж из-за повышения уровня грунтовых вод, что может привести к проблемам засоления ирригации, требующим контроля уровня воды с помощью той или иной формы подземного дренажа земли . Однако, если почва орошается, это плохо контролирует засоление почвы, что приводит к увеличению засоления почвы с последующим накоплением токсичных солей на поверхности почвы в областях с высоким испарением . Это требует либо выщелачивания для удаления этих солей, либо метода дренажа для удаления солей. Орошение соленой или высоконатриевой водой может повредить структуру почвы из-за образования щелочной почвы .

СОДЕРЖАНИЕ

Прямые эффекты

Схема орошения забирает воду из грунтовых вод, рек , озер или суши и распределяет ее по определенной территории. Гидрологический , или прямые, эффекты делают этого включают снижение вниз по течению потока реки, повышенное испарение в орошаемой площади, повышение уровня в грунтовых вод в качестве подземных вод в области увеличиваются , и течь увеличились в орошаемой площади. Точно так же ирригация оказывает немедленное воздействие на обеспечение влаги в атмосфере, вызывая атмосферную нестабильность и увеличивая количество дождевых осадков с подветренной стороны, или, в других случаях, изменяет атмосферную циркуляцию, доставляя дожди в различные подветренные районы. Увеличение или уменьшение орошения является основной проблемой в исследованиях осадков , которые исследуют, как значительные изменения в доставке испарения в атмосферу могут повлиять на количество осадков с подветренной стороны.

Косвенные эффекты

Косвенные эффекты — это те, которые имеют последствия, для развития которых требуется больше времени, а также могут быть более продолжительными. Косвенные эффекты орошения включают следующее:

Косвенные эффекты заболачивания и засоления почвы проявляются непосредственно на орошаемых землях. В экологические и социально — экономические последствия занять больше времени , чтобы это произошло , но может быть более далеко идущие последствия .

В некоторых оросительных схемах для полива используются колодцы . В результате общий уровень воды снижается. Это может вызвать добычу воды , проседание земли / почвы и, вдоль побережья, вторжение соленой воды .

Площадь орошаемых земель во всем мире составляет около 16% от общей площади сельскохозяйственных угодий, а урожайность орошаемых земель составляет примерно 40% от общей урожайности. Другими словами, орошаемая земля производит в 2,5 раза больше продукции, чем неорошаемая земля. В этой статье мы обсудим некоторые экологические и социально-экономические последствия орошения.

Неблагоприятные воздействия

Уменьшение речного стока

Уменьшение стока реки вниз по течению может вызвать:

• уменьшение затопления вниз по течению
• исчезновение экологически и экономически важных водно-болотных угодий или паводковых лесов
• снижение доступности промышленной, коммунальной, бытовой и питьевой воды
• сокращение морских маршрутов. Забор воды представляет серьезную угрозу Гангу . В Индии плотины контролируют все притоки Ганга и направляют примерно 60 процентов речного стока на орошение.
• уменьшенные возможности ловли рыбы. Река Инд в Пакистане испытывает дефицит из-за чрезмерного забора воды для сельского хозяйства. Инд населен 25 видами земноводных и 147 видами рыб, из которых 22 не встречаются больше нигде в мире. Здесь обитает исчезающий дельфин реки Инд , одно из самых редких млекопитающих в мире. Популяции рыб, основной источник белка и систем жизнеобеспечения многих сообществ, также находятся под угрозой.
• сокращение сброса в море, что может иметь различные последствия, такие как прибрежная эрозия (например, в Гане ) и вторжение соленой воды в дельты и устья (например, в Египте , см. Асуанская плотина ). Текущий забор воды из реки Нил для орошения настолько велик, что, несмотря на свои размеры, в засушливые периоды река не достигает моря. Аральское море потерпело «экологическую катастрофу» в связи с перехватом речной воды для орошения.

Увеличение подпитки подземных вод, заболачивание, засоление почв.

Увеличение пополнения запасов подземных вод происходит из-за неизбежных потерь на глубокую просачивание в системе орошения. Чем ниже эффективность полива, тем выше потери. Хотя довольно высокая эффективность орошения, составляющая 70% или более (т. Е. Потери 30% или менее), могут возникать при использовании сложных методов, таких как дождевание и капельное орошение , или при хорошо управляемом поверхностном орошении , на практике потери обычно составляют порядка 40%. до 60%. Это может вызвать следующие проблемы:

• повышение уровня грунтовых вод
• увеличенные запасы грунтовых вод, которые могут быть использованы для орошения, коммунальной, хозяйственной и питьевой воды путем откачки из колодцев
• проблемы заболачивания и дренажа в селах, сельскохозяйственных угодьях и вдоль дорог — с в основном негативными последствиями. Повышенный уровень грунтовых вод может привести к сокращению сельскохозяйственного производства.
• неглубокие водные горизонты — признак того, что водоносный горизонт не может справиться с подпиткой грунтовых вод, вызванной глубокими просачивающими потерями
• там, где уровень грунтовых вод неглубокий, количество поливов сокращается. В результате почва больше не выщелачивается, и возникают проблемы с засолением почвы.
• Известно, что застой грунтовых вод на поверхности почвы увеличивает заболеваемость болезнями, передаваемыми через воду, такими как малярия , филяриатоз , желтая лихорадка , денге и шистосомоз (Bilharzia) во многих областях. Затраты на здравоохранение, оценка воздействия на здоровье и меры по смягчению воздействия редко являются частью ирригационных проектов, если вообще являются.
• для смягчения неблагоприятных последствий мелководных таблиц и засоления почвы, некоторых форм грунтового вод контроля , борьбы с засолением почвы , дренаж и дренажной системы необходимо
• когда дренажные воды проходят через профиль почвы, они могут растворять питательные вещества (на основе удобрений или встречающиеся в природе), такие как нитраты, что приводит к накоплению этих питательных веществ в водоносном горизонте грунтовых вод. Высокий уровень нитратов в питьевой воде может быть вредным для человека, особенно для детей младше 6 месяцев, поскольку он связан с «синдромом голубого ребенка» (см. Метгемоглобинемия ).

Снижение качества воды в нижнем течении реки

Из-за дренажа поверхностных и подземных вод на проектной территории, воды которых могут быть засолены и загрязнены сельскохозяйственными химикатами, такими как биоциды и удобрения , качество речной воды ниже проектной территории может ухудшиться, что делает ее менее пригодной для промышленных, муниципальных и бытовое использование. Это может привести к ухудшению здоровья населения.
Загрязненная речная вода, попадающая в море, может отрицательно повлиять на экологию вдоль побережья (см. Асуанская плотина ).

Естественный вклад наносов может быть устранен путем задержания наносов за плотинами, которые имеют решающее значение для водозабора на орошение поверхностных вод. Седиментация — важная часть экосистемы, которая требует естественного потока речного стока. Этот естественный цикл рассеивания наносов пополняет запасы питательных веществ в почве, которые, в свою очередь, определяют средства к существованию растений и животных, которые зависят от наносов, переносимых вниз по течению. Преимущества тяжелых отложений седиментации можно увидеть в больших реках, таких как река Нил. Осадки из дельты образовали гигантский водоносный горизонт во время сезона наводнений и удерживают воду на заболоченных территориях. Водно-болотные угодья, которые создаются и поддерживаются за счет отложений в бассейне реки, являются средой обитания для многих видов птиц. Однако сильные отложения могут снизить качество воды в нижнем течении реки и усугубить наводнения в верхнем течении. Известно, что это происходило в водохранилище Санмэнься в Китае. Водохранилище Санмэнься является частью более крупного антропогенного проекта плотин гидроэлектростанций под названием «Проект трех ущелий». В 1998 году неопределенные расчеты и тяжелые наносы сильно повлияли на способность водохранилища должным образом выполнять свою функцию защиты от наводнений. Это также снижает качество воды в нижнем течении реки. Переход к массовым оросительным установкам для удовлетворения большего количества социально-экономических требований идет вразрез с естественным балансом природы, поэтому используйте воду прагматично — используйте ее там, где она есть.

Затронутые водопользователи ниже по течению

Водопользователи, расположенные ниже по течению, часто не имеют юридических прав на воду и могут стать жертвами развития ирригации.

Скотоводы и кочевые племена могут обнаружить, что их земельные и водные ресурсы заблокированы из-за новых разработок в области орошения, без обращения в суд.

Перехват речной воды для целей орошения может серьезно повлиять на возделывание сельскохозяйственных культур в период паводков и спада.

• В Белуджистане , Пакистан , разработка новых небольших ирригационных проектов истощила водные ресурсы кочевых племен, ежегодно путешествующих между Белуджистаном и Гуджаратом или Раджастаном , Индия.
• После закрытия плотины Кайнджи , Нигерия , было потеряно от 50 до 70 процентов посевных площадей в низовьях рек, пострадавших от наводнения.

Утраченные возможности землепользования

Проекты ирригации могут уменьшить возможности рыбной ловли коренного населения и возможности выпаса скота. Скот давление на остальных землях может значительно возрасти, поскольку вытеснили традиционные скотоводческие племена должны найти свое пропитание и существование других, выбивание пастбищ может увеличиться, после серьезной эрозии почвы и утраты природных ресурсов . Manatali резервуар , образованный Manantali плотины в Мали пересекает пути миграции скотоводов и уничтожил 43000 га саванн , вероятно , приводит к перевыпасу и эрозии в других местах. Кроме того, резервуар разрушен в 120 км 2 из леса . Истощение подземных водоносных горизонтов, вызванное подавлением сезонного цикла паводков, наносит ущерб лесам ниже по течению от плотины.

Разработка подземных вод скважинами, просадка земель

При более грунтовом вод откачивается из скважин , чем пополняется, хранение воды в водоносном горизонте не быть добыто и использование этой воды больше не является устойчивым. При понижении уровней становится труднее извлекать воду, и насосы будут изо всех сил пытаться поддерживать расчетную скорость потока и могут потреблять больше энергии на единицу воды. В конце концов, добыча подземных вод может стать настолько сложной, что фермеры могут быть вынуждены отказаться от орошаемого земледелия.
Вот некоторые известные примеры:

• Сотни трубных колодцев, установленных в штате Уттар-Прадеш , Индия, при финансировании Всемирного банка, имеют рабочие периоды от 1,4 до 4,7 часов в день, тогда как они были спроектированы для работы 16 часов в день.
• В Белуджистане , Пакистан , разработка артезианской скважины ирригационных проектов было за счет традиционных Qanat или Карез пользователей
• связанное с грунтовыми водами проседание земли из-за добычи подземных вод произошло в Соединенных Штатах со скоростью 1 м на каждые 13 м, когда уровень грунтовых вод был понижен
• Дома в Гринс-Байу недалеко от Хьюстона , штат Техас , где произошло проседание от 5 до 7 футов, были затоплены во время шторма в июне 1989 года, как показано на рисунке.

Моделирование и прогноз

Влияние ирригации на уровень грунтовых вод, засоление почвы и соленость дренажных и подземных вод, а также эффекты смягчающих мер можно моделировать и прогнозировать с помощью моделей агро- гидросолености, таких как SaltMod и SahysMod.

Тематические исследования

1. Сообщается, что в Индии 2,19 миллиона человек страдают от заболачивания оросительных каналов. Также было сообщено, что 3,47 млн ​​га серьезно засолены,
2. На равнинах Инда в Пакистане более 2 миллионов гектаров земли заболочены. Было обследовано 13,6 миллиона гектаров земли в зоне общего командования, в результате чего выяснилось, что 3,1 миллиона гектаров (23%) были засолены. 23% из них было в Синде и 13% в Пенджабе . Более 3 миллионов га заболоченных земель были оборудованы колодцами и дренажами за миллиарды рупий, но цели рекультивации были достигнуты лишь частично. Азиатский банк развития (АБР) утверждает , что 38% орошаемых площадей в настоящее время затоплена , и 14% поверхности слишком соленой для использования
3. В дельте Нила в Египте дренаж устанавливается на миллионы гектаров для борьбы с заболачиванием, возникшим в результате массового многолетнего орошения после завершения строительства Высокой плотины в Ассуане.
4. В Мексике из 3 млн га орошаемых земель 15% засолены, а 10% заболочены.
5. В Перу около 0,3 млн га из 1,05 млн га орошаемых земель страдают от деградации (см. Орошение в Перу ).
6. По оценкам, примерно одна треть орошаемых земель в основных ирригационных странах уже сильно пострадала от засоления или, как ожидается, станет таковой в ближайшем будущем. По нынешним оценкам, Израиль составляет 13% орошаемых земель, Австралия — 20%, Китай — 15%, Ирак — 50%, Египет — 30%. Засоление, вызванное орошением, наблюдается как в больших, так и в малых ирригационных системах.
7. По оценкам ФАО, к 1990 году около 52 млн га орошаемых земель потребуют установки улучшенных дренажных систем, большая часть которых будет подпочвенным дренажем для контроля засоления.

Уменьшение дренажа ниже по течению и качества грунтовых вод

• Качество дренажных вод ниже по течению может ухудшиться из-за вымывания солей, питательных веществ , гербицидов и пестицидов с высокой соленостью и щелочностью. Существует угроза превращения почв в засоленные или щелочные . Это может негативно повлиять на здоровье населения в конце бассейна реки и ниже по течению от оросительной системы, а также на экологический баланс. Аральское море , например, серьезно загрязнено дренажные водами.
• Качество грунтовых вод ниже по течению может ухудшаться так же, как и дренажные воды ниже по течению, и иметь аналогичные последствия.

Смягчение побочных эффектов

Орошение может иметь различные негативные последствия для экологии и социально-экономического развития , которые можно смягчить несколькими способами. Сюда входит размещение ирригационного проекта в месте, которое сводит к минимуму негативное воздействие. Вместо создания нового ирригационного проекта можно повысить эффективность существующих проектов и улучшить существующие деградированные пахотные земли . Использование дождевания и микроорошение систем снижает риск заболачивания и эрозии . Там, где это практически возможно, использование очищенных сточных вод делает больше воды доступной для других пользователей. Поддержание паводковых потоков ниже по течению от плотин может гарантировать, что соответствующая территория будет затопляться каждый год, поддерживая, среди прочего, рыболовство .

Отсроченное воздействие на окружающую среду

Часто требуется время, чтобы точно предсказать влияние, которое новые оросительные системы окажут на экологию и социально-экономическое состояние региона. К тому времени, когда эти прогнозы станут доступны, значительное количество времени и ресурсов, возможно, уже было израсходовано на реализацию этого проекта . В этом случае менеджеры проектов часто меняют проект только в том случае, если влияние будет значительно больше, чем они первоначально ожидали.

Пример из Малави

Часто ирригационные системы считаются крайне необходимыми для социально — экономического благополучия, особенно в развивающихся странах . Один из примеров этого можно продемонстрировать из предложения по схеме орошения в Малави . Здесь было показано, что потенциальные положительные эффекты предлагаемого ирригационного проекта «перевешивают потенциальные отрицательные воздействия». Было заявлено, что воздействия будут в основном «локализованными, минимальными, краткосрочными, возникающими на этапах строительства и эксплуатации Проекта». Чтобы помочь смягчить и предотвратить серьезные воздействия на окружающую среду, они будут использовать методы, сводящие к минимуму потенциальные негативные воздействия. Что касается социально-экономического благополучия региона, то не будет «перемещения и / или переселения, предусмотренных во время реализации проектной деятельности». Первоначальные основные цели ирригационного проекта заключались в сокращении бедности, улучшении продовольственной безопасности, создании рабочих мест на местном уровне, увеличении доходов домохозяйств и повышении устойчивости землепользования.

Благодаря тщательному планированию этот проект оказался успешным как в улучшении социально-экономических условий в регионе, так и в обеспечении устойчивости земли и воды в будущем.

Источник