Системы водопользования в гумидной зоне

Объект и предмет исследования. Мелиорируемые техногенно загрязненные почвы Рязанской области. Научное обоснование режимов мелиорации, обеспечивающих снижение техногенной нагрузки на агроландшафты и водные объекты. Разработка новых экологически безопасных технологий и технических решений водопотребления и водоотведения в гумидной зоне. Цель исследований – обоснование и разработка научно-методических основ экологически безопасного и экономически эффективного функционирования водооборотных систем водопользования в гумидной зоне. Значимость полученных результатов. Проведено обследование и дана экологическая оценка современного состояния и прогноз экологической ситуации мелиорируемых агроландшафтов гумидной зоны на примере Рязанской области. Определен региональный геохимический фон и разработана градация уровней загрязнения, которые положены в основу оценки степени загрязнения почв региона, и представлены в виде картосхем (рис. 1). В результате проведения экологического аудирования разработаны основные положения экологических аспектов мелиоративной и хозяйственной деятельности и установлено, что валовое содержание цинка, свинца и кадмия превышает предельно допустимые значения в почве отдельных участков. Также разработаны технологии и методы по повышению экологической безопасности функционирования систем водопользования в гумидной зоне.

Рис.1. а) Схема загрязнения территории Рязанской области по средним показателям; б) Индуктивно-логический прогноз загрязнения по максимальным показателям а)б) Zc – суммарный индекс загрязнения по Саету Ю.А.

Установлено, что расчет коэффициента водопотребления сельскохозяйственных культур, в условиях почвенного загрязнения ТМ, следует проводить по зависимости: в формуле где – эмпирические коэффициенты связи биологических коэффициентов с урожаем, полученные опытным путем; – суммарный индекс загрязнения почвы тяжелыми металлами; - эмпирические коэффициенты, – водопотребление; – сумма дефицитов влажности воздуха за расчетный период На основании этих зависимостей были проведены расчеты водопотребления полевых культур для различных уровней загрязнения почвы, а также расчет экономии воды и энергоресурсов (табл. 1). Предложен ряд методов очистки воды, одним из которых является нами опробованный биологический канал (биоканал) (рис. 2).

Наблюдения за гидрохимическим режимом воды на входе и выходе биоканала показали, что общая концентрация загрязнителей в воде понижается на 30–70%. Биоканал по очистке воды дренажного стока может использован при проектировании и эксплуатации водооборотных мелиоративных систем как дополнительное технические сооружение. Адаптивная водооборотная мелиоративная система при этом может работать в трех уровнях: нормальном, допустимом и критическом. Для каждого уровня разработаны агротехнические мероприятия по обеспечению экологически безопасного функционирования систем (табл. 2). На основании проведенных исследований на мелиоративных объектах Рязанской области и обобщения данных ранее проведенных исследований были разработаны «Рекомендации по повышению экологической безопасности систем водопользования в гумидной зоне», которые были внедрены в производство. Внедрение природоохранных режимов и технологий в ЗАО «Московское» Рязанского района на площади 130 гектаров мелиорируемых сенокосов и пастбищ и в АОЗТ «Малинищи» Пронского района на площади 70 гектаров орошаемых лугов позволило увеличить продуктивность травостоя на 19–20% и получить экологически чистую продукцию.

Рис.2. Мелиоративный биоканал а) Поперечный разрез биоканала: в – ширина биоканала по дну; вм – ширина бермы при пропуске бытовых расходов (Qбыт); влоп – ширина бермы при пропуске летне-осенних дождевых паводков; hм – уровень воды в бытовой период; hлоп – уровень воды при пропуске летне- осенних дождевых паводков; hвес – уровень воды при пропуске весенего половодья; m1, m2, m3 – коэффициенты заложения откосов б) Продольный разрез биоканала: 1 – дно биоканала; 2 – нижняя берма; 3 – верхняя берма; 4, 5 – откосы; 6 – бровка; 7, 8, 9, 10 – высшие водные растения; 11 – валик; 12 – уровень воды при пропуске Qбыт; 13 – уровень воды при пропуске Qл-ос.; 14 – максимальный расчетный уровень воды

Таблица 1. Расчет экономии воды и энергоресурсов при использовании параметров режима орошения с учетом загрязнения почвы тяжелыми металлами Показатели Культуры севооборота КартофельЛюпинЗерновые яровые Индекс загрязнения почв тяжелыми металлами Урожайность, ц/га: проектная фактическая рассчитанная по формуле Оросительная норма, м 3 /га: по действующей методике по предлагаемой методике с учетом загрязнения почвы Экономия водных ресурсов, м 3 /га Экономия энергоресурсов, квт.ч на 1 га 21,6425,234,53 Экономия, % 13,621,719,5

Таблица 2. Мероприятия по обеспечению устойчивости экосистемы на различных уровнях функционирования Уровни функционирования экосистемы Характеристика загрязненности Возможности использования мелиорированной территории Предлагаемые мероприятия 1. НормальныйСодержание химических элементов в почве, дренажном стоке на уровне геохимического фона Использование в системе полевых и овоще- кормовых севооборотов Снижение уровня воздействия источников загрязнения экосистемы. Научно обоснованная система удобрений, направленная на повышение плодородия освоенных почв и урожайности сельскохозяйственных культур 2. ДопустимыйСодержание химических элементов в почве, дренажном стоке выше геохимического фона и достигло ПДК Использование в системе полевых и специальных севооборотов Мероприятии, аналогичные первому уровню. Усиление контроля над использованием дренажных вод. Очистка дренажных вод путем высшей водной растительности в биоканале. Совершенствование технологии производства. Химическая, биологическая мелиорация 3. КритическийСодержание химических элементов в почве, дренажном стоке выше геохимического фона в 4–5 и более раз Использование культур – фитосанитаров с последующей их утилизацией. Выращивание технических, бобовых, зерновых культур и многолетних трав на семена с последующей утилизацией пожнивных остатков Проводить санацию почвы путем перемещения верхних загрязненных горизонтов почвы на глубину 30–40 см в сочетании с внесением органических удобрений и извести. Химическая и биологическая мелиорации. Проведение контроля над всеми объектами экосистемы