sockova_l_m_sirik_v_f_vodnoe_hozy
.pdfхимического состава, соотношения ионов, содержания загрязняющих веществ в оросительной воде.
2. Принцип ' зависимости сохранности, долговечности материалов и надежности функционирования сооружений оросительных систем от химического состава, свойств оросительной полы, содержания взвешенных частиц.
3.Принцип регионального подхода, учитывающий особенности климата, дренированность территории, глубину залегания и химический состав подземных вод, состав и свойства почв, технологию орошения, возделываемые агрофитоценозы.
4.Принцип лимитирующего признака вредности, согласно которому устанавливаются предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воде,
5.Принцип направленного формирования химического состава и свойств оросительной воды с целью оптимизации основных показателей мелиоративного режима почв и обеспечения почв и сельскохозяйственных культур необходимыми микроэлементами.
В соответствии с изложенными принципами разработаны экологические, агрономические и технические критерии оценки качества оросительной воды. Экологические критерии предназначены для оценки качества воды с позиции охраны объектов окружающей природной среды от загрязнения и обеспечения безопасной санитарно-гигиенической и медико-биологической обстановки, а также ввиду тесной взаимосвязи орошаемого земледелия с поверхностными и подземными водами - для оценки качества воды с точки зрения их влияния на поверхностные и подземные воды. Агрономические критерии служат для оценки качества воды с позиции сохранения и воспроизводства почвенного плодородия (предупреждение развития процессов засоления, содообразования, осолонцевания почв, нарушения микробиологического режима), обеспечения необходимого объема (продуктивность, интенсивность развития) и качества сельскохозяйственной
131
продукции (полноценность, добокачественноеть, сохранность). Технические критерии предназначены для оценки качества воды с позиции обеспечения сохранности и долговечности сооружений гидромелиоративных систем, предотвращения развития процессов коррозии, зарастания, биообрастания. Наряду с экологическими, агрономическими и техническими могут быть использованы экономические критерии; в основу оценки качества воды по экономическим критериям может быть положена концепция приемлемою риска. При оценке возможности использования для орошения воды повышенной минерализации и неблагоприятного состава необходимо учитывать затраты на улучшение качества воды, с одной стороны, и ущерб от снижения плодородия почв, урожайности, качества продукции и увеличения затрат водных, материальных и трудовых ресурсов, - с другой. Вели водоисточник содержит токсичные вещее та и их метаболиты, способные мигрировать по звеньям трофической цепи, то при оценке возможности использования его для орошения приоритетными являются экологические и агрономические критерии.
В соответствии с перечисленными критериями разработана система показателей качества оросительной воды, состоящая из двух групп. Первая группа характеризует свойства воды и содержание веществ, необходимых для нормального функционирования агроэкосистсмы (табл. 4.17.); вторая - свойства воды и содержание веществ, оказывающих отрицательное воздействие на функционирование отдельных элементов агроэкосистемы (табл. 4.18.). Состав приоритетных показателей для конкретных регионов подлежит уточнению в соответствии с особенностями природно хозяйственных условий, степени и характера загрязнения водоисточника для орошения. Для показателей первой группы рекомендуется устанавливать оптимальный диапазон и предельно допустимые значения, для второй группы - предельно допустимые значения (ПДК). Разработанные критерии и две группы 'показателей качества оросительной воды, подлежащих нормированию, вошли в ГОСТ 17.1.2.03-90 «Охрана природы. Гидросфера.
Критерии и показатели качества воды для орошения». Наряду с единичными показателями (табл. 4.17., 4.18,) на основе анализа особенностей развитая водно-солевого режима почв при орошении в различных: природных зонах разработаны комплексные показатели для оценки опасности развития процессов хлоридного засоления, натриевого и магниевого осолокцевания и содообразования почв в системе «вода-почва» (табл. 4Л9.).
Таблица, 4.17* Показатели качества оросительной воды первой
___________________ |
ГРУППЫ________________. . . |
|
||||
Показатели |
|
Критерии оценки качества вод |
||||
|
Экологичес |
Агрономиче |
Технические |
|||
|
кие |
• |
|
ские . |
+ |
|
Температура, °С |
|
|
|
+ |
||
Водородный показатель (pH) |
|
-Ь |
• |
|
+ |
+ |
Сумма растворенных веществ, мг/л |
+ |
|
|
+•- |
.+ |
|
Катионы, мг/я |
|
|
|
|
• + |
■+ |
Ка+ |
|
|
|
|
||
К+ |
|
- |
|
|
+ |
- |
Са2+ |
|
- |
|
|
|
+ |
ЯЕЦ* |
; |
+ |
|
|
+. |
+ |
м 82+ |
|
|
|
|
+ |
|
Анионы, мг/л |
|
|
|
|
+ |
. |
СГ |
|
|
|
|
||
БО*2' |
|
- |
|
|
|
|
С032‘ |
|
+ |
|
|
+ |
+ |
НСОз" |
|
+ |
|
|
+ |
+ |
N 03' |
|
+ |
|
|
+ |
|
N 02' |
■ |
+ |
|
|
+ |
+ |
Р043‘ |
|
+ |
|
|
|
4- |
Микроэлементы, мг/л |
|
+ |
|
|
|
|
Марганец |
|
|
|
4- |
+ |
|
Железо |
|
+ |
|
|
|
+ |
Медь |
|
+ |
• |
* |
+ |
- |
Бор |
|
+ |
|
|
+ |
|
Фтор |
|
|
|
+■ |
- |
|
Кобальт |
|
|
|
|
+ |
.• - ••• . |
Цинк |
|
+ |
|
|
4* |
- |
Молибден |
|
|
|
+ |
- |
|
133
Таблица 4.18. Показатели качества оросительной воды второй группы
Показатели
Патогенные микроорганизмы |
. |
+ |
+ ■ |
+ |
Коли-индекс-количество бактерий в 1 л |
|
+ |
+ |
- |
Взвешенные вещества, мг/л |
|
- |
+ |
+ |
ПБКз, мгСЬ/л |
|
+ ' |
+ |
+ |
Фенолы, мг/л |
■■■ +• |
|||
Производные нефти, мг/л |
|
-Ь |
+ |
|
Детергенты |
|
+ |
+ |
+ |
Свинец, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Ртуть, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Кадмий, мкг/л |
|
ь |
+ |
- |
Селен, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Мышьяк, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Хром общий, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Алюминий, мкг/л |
|
+ |
+ |
+ |
Литий, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Бериллий, мкг/л . |
|
+ |
+ |
- |
Вольфрам, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Висмут, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Никель, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Ванадий, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Стронций, мкг/л |
|
+ |
+ |
- |
Радиоактивные вещества |
|
+ |
+ |
- |
Показатели агрессивности, коррозии |
|
- |
- |
+ |
Пестициды |
|
+ |
+ |
+ |
Примечание к таблицам 4,17., 4.18. |
Знак |
«+» |
означает, что |
показатель |
подлежит нормированию, знак «-»- показатель не подлежит нормированию.
Таблица 4.19. Комплексные показатели качества оросительных вод
Показатели |
Для |
оценки |
опасности |
Актуально для зон |
|
|
развития процессов |
|
Полупустынная, пустынная |
||
сг, с ш о / - • |
Хлоридного засоления почв |
||||
Ма','/Са2+ |
Натриевого осолонцевания почв |
Лесостепная, |
степная, |
||
|
Магниевого осолонцевого почв |
сухостепная, полупустынная |
|||
М§2+ /Са2+ |
Степная, |
сухостепная, |
|||
|
Содообразования почв |
полупустынная, пустынная |
|||
(С032" + НСОз) - |
Лесостепная, |
степная, |
|||
|
|
|
|
сухостепная |
|
Примечание к таблице 4.19. Концентрация ионов выражена в мг-экв/л
134
В соответствии с техническими критериями, на основе анализа процессов в системе «вода-сооружение» выделено три группы показателей, характеризующих опасность развития коррозии, образования осадка карбонатов, засорения, закупорки оборудования систем орошения, а также агрессивность воды по отношению к бетону (табл. 4.20.).
Таблица 4.20. Показатели качества оросительной воды, подлежащие
_________нормированию в системе «вода-сооружение»____________
Группа показателей |
Лимитирующий признак |
Показатели |
||
|
вредности |
Водородный показатель |
||
А |
Агрессивность |
воды по |
||
|
отношению к бетону |
Аммоний |
||
|
|
|
|
Магний |
|
|
|
|
Сульфаты |
|
|
|
|
Угольная кислота |
В |
Коррозия |
и |
образование |
Индекс Ланжелье |
|
осадка карбонатов |
Индекс Ризнера |
||
С |
Засорение |
и |
закупорка |
Водородный показатель |
|
оборудования |
|
Сухой остаток |
|
|
|
|
|
Взвешенные вещества |
|
|
|
|
Марганец |
Железо
Сероводород Микробные популяции | Скорость биообрастания
Таким образом, разработаны принципы, критерии, система единичных и
комплексных показателей качества оросительной воды, подлежащих
нормированию, В основу построения системы нормирования качества
оросительной воды положен принцип комплексности оценки качества воды,
но воздействию на почвы, растения и сооружения.
Почвенно-мелиоративная классификация качества оросительной воды
Почвенно-мелиоративные аспекты оценки качества оросительных вод
нашли отражение в трудах В.В.Докучаева, А.П. Костикова, В.А.Ковды, И.П.
Айдарова, Б.А. |
Зимовца, И.П. Антипова-Каратаева, К,М, Кадера, |
|
М.Ф. |
Буданова, |
И.С. Рабочева, Н.Б. Хитрова, Н.Г. Минашиной, |
А.И. |
Королькова, |
И.К. Супряги, E.W. Ililgard, L.V. Wilcox, J.D. Rhoodcs, |
135
L.Bernstein, R.S. Ayers» D.W. Westcott, B.K. llanda, E,M. Eaton, C.A. Bower,
И.Сабольч, K. Дараб. Анализ нормирования качества оросительной воды европейского, североамериканского; индийского, китайского, российского и других научных направлений свидетельствует о сложности процессов взаимодействия оросительной воды и почвы.
Качество оросительной воды воздействует, прежде всего, на систему «почвенный раствор - почвенный поглощающий комплекс» и через эту систему практически на все составляющие мелиоративного режима почв: водный, солевой, пищевой, воздушный, тепловой и микробиологический. В сочетании с режимом орошения и комплексом агротехнических мероприятий качество оросительной воды может рассматриваться как один из основных факторов управления мелиоративным режимом почв, создания оптимальных условий для развития сельскохозяйственных культур и увеличения биологической продуктивности орошаемых земель. В связи с этим в основу построения почвенно-мелиоративной классификации качества оросительных вод представляется целесообразным положить принцип выделения специальною (первого) класса качества воды, характеризуемой благоприятным составом и свойствами, использование которой не имело бы ограничений. Этот класс воды в соответствии с четвертым принципом нормирования может быть положен в основу формирования состава и свойств оросительной воды с целью, оптимизации основных показателей мелиоративного режима почв и обеспечения почв и сельскохозяйственных культур необходимыми микроэлементами.
Для выявления характерных свойств оросительной воды расчет гипотетического состава солей недостаточен, так как отражает экстремальные условия, при которых происходит выпадение солей в осадок. Характерной особенностью растворов электролитов является электролитическое взаимодействие между ионами и возникновение ионных ассоциаций, в большей мере характерных для концентрированных растворов.
136
В сильно разбавленных растворах элементы, определяемые стандартным химическим анализом, представляют собой свободные, несвязанные ионы.
Почвенный раствор - это жидкая фаза ионно-солевого комплекса, находящегося в равновесии с твердой фазой* адсорбированными ионами и парциальным давлением С02 и 0 2. в элементарном объеме почвы. В почвенном растворе формируются свободные ионы Са2+, 1У^2+, На+, НСОз",
СО32“, СГ, 8042\ заряженные или нейтральные лонные ассоциации СаС03°, МёСОэ°, ИаСОз’, СаНСОз, МвНС03*, КаНСОз0, СаБОД М ^ о Д №804\ СаСГ, №01°, а также свободные молекулы ИгО, Н2СО3, СОг раст. Соотношение между свободными ионами и ионными ассоциациями опре деляется константами диссоциации соединений, позволяющими рассчитать реальный состав раствора.
Почвенный поглощающий комплекс (ПИК) состоит в основном из катионов Са2+, М^2+>Ка+, К+, Н+ и реже анионов. По мере увеличения общей засоленности почв доля солей, - содержащихся в ППК, снижается. В незаселенных почвах до 90% всей водно-растворимой минеральной части приходится на почвенно-поглощающий комплекс; в среднё-засоленных почвах содержание поглощенных ионов снижается до 40%. В почвеннопоглощающий комплекс внедряются в основном катионы, анионы находятся в почвенном растворе. Количественным выражением почвеннопоглощающего комплекса служит емкость поглощения или емкость катионного обмена (ЕКО). Величина емкости поглощения зависит от гранулометрического и минералогического состава, содержания и состава органического вещества и характеризует запас обменных поглощенных катионов. Емкость катионного обмена характеризует способность почв противостоять изменению состава обменных катионов под воздействием оросительной воды. Важной особенностью ППК является его влияние на почвенный раствор, изменение его концентрации и осмотического давления.
При воздействии оросительной воды на почвы формируется новый состав почвенного раствора, подверженный изменениям под влиянием
137
суточного колебания температуры оросительной воды (рис. 4.13.) и почвы, упаривания почвенного раствора в процессе эвапотранспирации. При нагревании оросительной воды и почвенного раствора в дневное время суток происходит изменение ионной структуры, снижается активность кальция, а натрия - остается неизменной: в результате проявляется резкое повышение щелочности. При упаривании почвенного раствора в процессе эвапотранспирации также происходит изменение ионной структуры, так как концентрация (растворимость) кальция лимитируется произведением растворимости кальциевых солей, а концентрация натрия возрастает пропорционально, степени упаривания, что определяет повышение щелочности почвенного раствора. Исследования кислотно-щелочного режима оросительных вод и почвенного раствора показали, что величина pH является весьма динамичным показателем как для почв, так и для оросительных вод. Оптимальный кислотно-щелочной режим формируется при pH оросительной воды в диапазоне 6,5 - 8,0 и температуре от 15 до 25° С при поверхностном поливе и 15 - 30° С при дождевании.
Наряду с pH, важнейшие химические особенности оросительных вод определяются общим содержанием растворенных солей, катионами Иа, Са, М§ и анионом НС03. При снижении общей минерализации уменьшается содержание катионов № и Са и увеличивается НСОз", что создаст опасность образования соды. Оросительная вода с очень низкой минерализацией вызывает разрушение минеральной части почвы, что ведет к развитию процессов элювиирования и снижению водопроницаемости почвы. Это обстоятельство предопределяет необходимость регламентирования нижнего предела допустимого содержания солей в оросительной воде; этот предел установлен на уровне 0,2 г/л.
138
30
2&
520
в*0
-7.5
х„о
а* »
о
4 .5
4,0*
з» о
5 |
*? |
^ |
I I |
Х З 1 6 |
X ? X© |
£ 3 |
X. |
3 |
Йрсмя сугок, часы
Рис.413. Суточнаядинамикатемпературы(1),pH (2%содержанияСОз2* (3),Са*(4)иНСОЬ'(5)в оросительнойводе,степнаязона
Примечание. Содержание ионов выражено в мг-экв/л Увеличение минерализации оросительной воды ведет к развитию
процессов засоления почв, повышению осмотического давления почвенного раствора, что создаст неблагоприятные условия для развития сельскохозяйственных культур. В почвах с pH < 7 возрастание концентрации почвенного раствора ведет к десорбции иона водорода и поглощению катионов Са, М§, Ыа. В связи с этим использование воды повышенной минерализации (до определенного предела) для орошения почв Нечерноземной зоны (серые лесные, дерново-подзолистые) способствует увеличению pH, степени насыщенности основаниями, что позитивно отражается на формировании плодородия почв при орошении.
В почвах с высокой емкостью поглощения (черноземы, каштановые) увеличение концентрации почвенного раствора приводит к поглощению ионов № +, М§2+ и десорбции Са2+, с увеличением емкости поглощения почв
139
интенсивность поглощения и Mg2* возрастает. В связи с этим,
использование оросительных вод повышенной минерализации в степной и сухостепной зонах ведет к засолению и осолонцеванию почв, что связано с
высокой емкостью поглощения и внедрением ионов и М§2+ в ППК.
Использование оросительных вод с повышенной минерализацией для орошения почв пустынной зоны обусловлено развитием процессов засоления и, при определенных условиях, магниевого осолонцевания.
Таким образом, допустимый верхний предел общего содержания растворенных солей в оросительной воде (минерализация) определяется двумя основными характеристиками почв: механический состав и емкость поглощения. "Эти характеристики, по-существу, являются интегральными и отражают проницаемость (дренированность), минералогический состав, физико-химические и ионно-обмеяные свойства почв. По механическому составу, емкости поглощения почвы можно объединить в три основные группы: .
. 1. Почвы с тяжелым механическим составом и почвы, имеющие ППК > 30 мг-экв/100 г.
2.Почвы со средним механическим составом и почвы, имеющие ППК 15-30 мг-экв/100 г.
3.Почвы с легким механическим составом и почвы, имеющие ППК <15 мг-экв/100 г.
По мере увеличения емкости поглощения почв и содержания илистой
фракций допустимое содержание солей в оросительной воде снижается. При близком залегании уровня подземных вод (< 3,0 м) допустимая минерализация оросительной воды зависит не только от емкости поглощения
и механического состава почв, но и, как показали исследовании
И.П. Айдарова и А.И. Королькова, от химического состава подземных вод.
Для оценки опасности развития осолонцевания почв часто используются два показателя качества оросительной воды: процентное содержание натрия
от суммы катионов (Иа+/Са2+ + Ка*/Са2+ + М§2+ -Ша+) и натриевое
140