ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ЮГА КАЗАХСТАНА

Кирейчева Л.В.¹, Балгабаев Н.Н.², Жигитова С. З.³

¹ORCID: 0000-0002-7114-2706, Доктор технических наук,

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова,

²Доктор сельскохозяйственных наук ,

Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства,

³Докторант PhD,

Таразский государственный университет имени М.Х.Дулати

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ЮГА КАЗАХСТАНА

Аннотация

Наблюдаемое в настоящее время снижение продуктивности орошаемых земель юга Казахстана связано с ухудшением технического состояния инженерной системы (КПД 0,25–0,40), засолением орошаемых земель на площади более 50%, осолонцеванием почв (до 30%), низким содержанием питательных веществ в корнеобитаемом слое и нехваткой оросительной воды в вегетационный период (в пределах 30–50%). Для повышения природно-ресурсного потенциала предлагается  интегрированная модель управления эколого-мелиоративным состоянием орошаемых земель, включающая технологию управления водно-воздушным, солевым и питательным режимами почв, мероприятия по повышению качества оросительной и коллекторно-дренажной воды, а также технологию повышения плодородия почв путем внесения аккордных доз органического вещества и питательных элементов.

Ключевые слова: засоление, осолонцевание, ощелачивание, заболачивание, повышение минерализации воды, рассолонцевание деградированных почв.

Kireycheva L.V.¹, Balgabaev N.N.², Zhigitova S. Z.³

¹ORCID: 0000-0002-7114-2706, PhD in Engineering,

All-Russian Scientific Research Institute of Hydraulic Engineering and Reclamation named after A.Kostyakov,

²PhD in Agriculture,

Kazakh Scientific Research Institute of Water Economy,

³Postgraduate student,

Taraz State University named after M. Kh. Dulati

INCREASE OF ECOLOGICAL AND MELIORATIVE STABILITY OF IRRIGATED LAND OF SOUTH KAZAKHSTAN

Abstract

The current decrease in the productivity of irrigated lands in the south of Kazakhstan is concerned with a deterioration in the technical state of the engineering system (efficiency factor of 0.25-0.40), salinization of irrigated land on an area of more than 50%, solonetzation of soils (up to 30%), low nutrient content in root layer and shortage of irrigation water during the growing season (within 30-50%). In order to increase the natural resource potential the integrated model of management of the ecological and reclamation state of irrigated lands is provided, including the technology of water and air management, salt and nutrient modes of soils, and the measures to improve the quality of irrigation and collector-drainage water, as well as soil fertility improvement by introducing lump dosage of organic matter and nutrients.

Keywords: salinization, solonetzation, alkalization, mire formation, increasing of salt concentration, desalinization of degraded soils.

Актуальность. На юге Казахстана расположены орошаемые земли Алмаатинской, Жамбылской, Южно-Казахстанской и Кызылординской областей. На территории 4-х областей расположены более 90% орошаемых земель Казахстана. В настоящее время значительно уменьшились площади орошаемых земель, не соблюдаются научно-обоснованные агротехнологии и режимы орошения, ухудшается качество оросительной воды. На ирригационных системах юга Казахстана усиливаются деградационные процессы и возрастает дефицит водных ресурсов в вегетационный период. При проведении работ по снижению размеров потерь оросительных вод при транспортировке по каналам не проводятся мелиоративные работы, направленные на рассоление и рассолонцевание почв и утилизацию коллекторно-дренажных вод. Все это привело к изменению мелиоративного состояния орошаемых земель, потере эколого-мелиоративной устойчивости территории и, как следствие, снижению урожайности основных сельскохозяйственных культур. Решить проблему возможно совершенствованием управления мелиоративным режимом.

Цель исследований: Обоснование технологии управления эколого-мелиоративным режимом на орошаемых землях.

Методы и объект исследований. Исследования проводились на оросительных системах южных регионов Казахстана. При проведении работ применялся метод полевых исследований, водного и солевого баланса, физического моделирования процессов массопереноса в корнеобитаемой толще почв.

Результаты и обсуждение. На основании полевых исследований, проведенных в КазНИИВХ, показано, что орошение изменяет структуру водного и солевого балансов территории и приводит к нарушению гомеостаза природной системы, что снижает ее устойчивость, сложившуюся веками в естественных условиях [1, С. 251], [2, С.51-55]. В результате происходит изменение природных процессов в почве, а при неадекватном управлении этими процессами развивается засоление, осолонцевание, ощелачивание, вымыв питательных веществ, заболачивание и повышение минерализации воды. В значительной степени это связано с тем, что в Казахстане из 2,36 млн. га орошаемых земель не используется 1164,3 тыс. га, а регулярно поливается только 1195,7 тыс. га, из которых 93,3% расположены в четырёх южных областях республики: Алматинской 414,3 (34,6%), Жамбылской 163,1 (13,7%), Южно-Казахстанской 398,2 (33,9%), Кызылординской 132,9 тыс.га. В настоящее время почти 50% орошаемых земель развиваются процессы засоления и на 30% осолонцевания [3, С. 40], [4, С. 162]. Наибольшие площади орошаемых земель с сильной и очень сильной степенью засолением расположены на Жалагашском массиве. На данном массиве орошаемые земли с сильным засолением составляют 44,2% от общей площади района или 18810 га. (11,1%) [4, С. 12]. Основными причинами развития деградационных процессов являются  низкий КПД инженерной системы (0,25-0,40), снижение дренированности территории, интенсивный подъем уровня залегания грунтовых вод и повышение их минерализации, а также низкое качество оросительных вод [3].

Управление водно-воздушным, солевыми и пищевыми режимами орошаемых почв достигается эффективным управлением мелиоративным режимом, обеспечивающим создание благоприятных условий для роста и развития растений, и повышением эколого-мелиоративной устойчивости орошаемых земель (рис. 1). Для этого необходимо обеспечить эффективное функционирование мелиоративных систем с целью управления геологическим, биологическим круговоротами воды и химических элементов, включая биогенные, что формирует необходимый мелиоративный режим для повышения продукционного потенциала [5, С. 12-14], [6, С. 152].

Рис.1 – Структура управления эколого-мелиоративным состоянием орошаемых земель

 

Мелиоративное состояние орошаемых земель определяется типом почв, гидрогеологическими и климатическими условиями, качеством оросительной воды, что предопределяет различные параметры пределов регулирования мелиоративных режимов [7, С. 25-49] (табл. 1).

 

Таблица 1 – Пределы регулирования эколого-мелиоративными режимами в различных почвенно-климатических условиях Казахстана

Установление пределов регулирования с учетом природных зон позволяет обосновать различие в проведении необходимых мелиоративных мероприятий для управления мелиоративным режимом орошаемых почв и повышения их продуктивности.

Одним из факторов, ухудшающих мелиоративное состояние - использование на орошение минерализованных вод, что широко применяется в условиях дефицита водных ресурсов в вегетационный период, который составляет от 30 до 50% в зависимости от года, а это приводит к ухудшению мелиоративного состояния и оказывает отрицательное влияние на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур [8, С. 273], [9, С. 163]. При использовании коллекторно-дренажных вод на орошение ограничивающим фактором на юге Казахстана является высокое содержание катионов магния и щелочности (рН), их величины превышают предельно-допустимые значения[10 C. 50-52]. Поэтому были проведены исследования по улучшению качества вод, используемых на орошение, с применением в качестве сорбентов цеолита и фосфогипса. Результаты исследований показывают, что на варианте со 100% цеолитом, концентрация магния составила 0,314 г/л или 81,8% от исходного содержания. С уменьшением использования цеолита происходит повышение концентрации магния в профильтровавшейся воде. При этом максимальная концентрация магния получена на варианте с чистым фосфогипсом (таблица 2).

 

Таблица 2 – Изменение содержания катиона магния в профильтровавшейся воде от нормы цеолита и фосфогипса, г/л/%

 

В результате контакта минерализованной воды со скелетом цеолита происходит поглощение катионов Mg²⁺ и Na⁺ цеолитом. Например, содержание Мg²⁺ при норме цеолита 500 г составило 0,432-0,450 г/л, а средняя минерализация – 0,441 г/л. Сравнительный анализ этих результатов показывает, что катионы Мg²⁺ снизились на 28,8-31,7% относительно исходного содержания [10].

Заключение. Орошаемые земли юга Казахстана характеризуются низким техническим уровнем оросительных систем, почвы в большей части засолены или осолонцованы, имеют низкое содержание питательных веществ, что определяет низкую продуктивность. Для повышения эколого-мелиоративной устойчивости орошаемых земель необходим комплексный подход, включающий снижение непроизводительных потерь воды (повышение КПД до 0,6-0,7), регламентирование режима орошения и применение современной агротехники.

В условиях роста дефицита воды на орошаемых землях и ухудшения их  качества, необходимо совершенствовать методы утилизации грунтовых и коллекторно-дренажных вод, путем их использования на субирригацию,  орошение и промывку засоленных почв. При использовании коллекторно-дренажных вод на орошение и промывку, необходимо проводить мероприятия по улучшению их качества, что возможно при использовании сорбентов (цеолитов). Это позволит улучшить эколого-мелиоративную ситуацию на орошаемых территориях.

Список литературы / References

1. Айдаров И. П. Регулирование водно-солевого и питательного режимов орошаемых земель./И. П. Айдаров. - М. : Агропромиздат, 1985. –304 с.
2. Кирейчева Л. В. Концепция создания устойчивых мелиоративных ландшафтов. /Л. В. Кирейчева // Вестник российской сельскохозяйственной науки. – 1997. – №5. – С. 51–55.
3. Бекбаев Р.К. Технический уровень Голодностепского массива орошения и его влияние на объемы коллекторно-сбросных вод. /Р. К. Бекбаев //Вестник. – 2012. – № 4. – С.40–44.
4. Вышпольский Ф.Ф., Мухамеджанов Х.В. Технология водосбережения и управления почвенно-мелиоративными процессами при орошении. /Ф. Ф. Вышпольский, Х. В. Мухамеджанов. –Тараз: – 2005. –162 с.
5. Кирейчева Л.В. Роль наукоемких технологий при инновационном развитии мелиорации. /Л. В. Кирейчева // Агрохимический вестник. – 2013. – №1. – С. 12–14.
6. Кирейчева Л.В., Юрченко И.Ф., Яшин В.М. Научные основы создания и управления мелиоративными системами в России./ Л. В. Кирейчева, И.Ф. Юрченко, В. М. Яшин. М.: ФГБНУ «ВНИИ агрохимии». – 2017. –152с.
7. Кац Д. М. Влияние орошения на грунтовые воды. /Д. М. Кац. М.: Колос, 1976 – 273 с.
8. Бекбаев Р.К. Моделирование мелиоративных процессов./ Р. К. Бекбаев – Тараз:, ИЦ «АКВА», 2002. – 262 с.
9. Стеблер И. Требование к качеству оросительных вод. /И. Стеблер //Водное хозяйство. – Киев, 1965. –№1. –163 с.
10. Бекбаев Р. К. Технология химической мелиорации солонцеватых почв Казахстана / Р. К. Бекбаев //Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 2003. –№ 8. – С. 50–52.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ajdarov I.P. Regulirovanie vodno-solevogo i pitatel'nogo rezhimov oroshaemyh zemel'.[ Regulation of Water-Salt and Nutrient Regimes of Irrigated Lands.]/I. P. Ajdarov. - M. : Agropromizdat [Agropromizdat], 1985. –304 P. [in Russian]
2. Kirejcheva L. V. Koncepcija sozdanija ustojchivyh meliorativnyh landshaftov.[ The Concept of Sustainable Reclamation Landscapes] /L. V. Kirejcheva // Vestnik rossijskoj sel'skohozjajstvennoj nauki.[Bulletin of Russian Agricultural Science.] – 1997. – № 5. – P. 51–55. [in Russian]
3. Bekbaev R.K. Tehnicheskij uroven' Golodnostepskogo massiva oroshenija i ego vlijanie na ob#emy kollektorno-sbrosnyh vod.[ The Technical Level of the Golodnostep Irrigation Array and its Impact on the Volumes of Waste Waters] /R. K. Bekbaev //Vestnik.[ Newsletter] – 2012. – № 4. – P. 40–44. [In Kazakhstan]
4. Vyshpol'skij F.F., Muhamedzhanov H.V. Tehnologija vodosberezhenija i upravlenija pochvenno-meliorativnymi processami pri oroshenii. [Technology of Water Conservation and Management of Soil Processes During Irrigation.] /F. F. Vyshpol'skij, H. V. Muhamedzhanov. –Taraz: – 2005. –162 P. [In Kazakhstan]
5. Kirejcheva L.V. Rol' naukoemkih tehnologij pri innovacionnom razvitii melioracii. [The Role of Science-Intensive Technologies in the Innovative Development of Land Improvement.] /L. V. Kirejcheva // Agrohimicheskij vestnik. [Agrochemical Herald.] – 2013. – №1. – P. 12–14 [in Russian]
6. Kirejcheva L. V., Jurchenko I. F., Jashin V. M. Nauchnye osnovy sozdanija i upravlenija meliorativnymi sistemami v Rossii.[Scientific Foundations of Creation and Management of Reclamation Systems in Russia.] /L. V. Kirejcheva, I. F. Jurchenko, V. M. Jashin – M. – 2017. – 152 P. [in Russian].
7. Katz D.M. Vlijanie oroshenija na gruntovye vody. [Influence of Irrigation on Groundwater] / D. M. Katz. M.: Kolos [Kolos], 1976 – 273 P. [in Russian]
8. Bekbaev R.K. Modelirovanie meliorativnyh processov. [Modeling of Meliorative Processes]/ R. K. Bekbaev – Taraz:, IC «AKVA», 2002. – 262 P. [In Kazakhstan]
9. Stebler I. Trebovanie k kachestvu orositel'nyh vod. [Requirement for Quality of Irrigation Water] /I. Stebler //Vodnoe hozjajstvo. [Water Management] – Kiev, 1965. –№1. –163 P. [in Ukraine]
10. Bekbaev R. K. Tehnologija himicheskoj melioracii soloncevatyh pochv Kazahstana. [Technology of Chemical Melioration of Alkaline Soils in Kazakhstan] / R. K. Bekbaev //Vestnik sel'skohozjajstvennoj nauki Kazahstana. [Bulletin of Agricultural Science of Kazakhstan] 2003. – № 8. – P. 50–52. [In Kazakhstan]