Класифікація зрошувальних вод за небезпекою засолення ґрунтів

Сl‾/SО₄²‾

С, г/л

Клас води: І – придатна для всіх культур і типів ґрунтів; ІІ – придатна для більшості культур і типів ґрунтів; ІІІ – обмежено придатна; ІV – умовно придатна; V – непридатна.

Групи води: ІІІ₁ – ІІІ₄ придатні для зрошення на пісках і легких дренованих ґрунтах для культур з середньою і високою солестійкістю; ІV₁ – ІV₄ – придатні на пісках для культур з високою солестійкістю.

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, промивання 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.

Прогнозування вторинного осолонцювання ґрунту. 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 грунтів, щодо яких буде застосовуватись ця оцінка. Зрошуваний ґрунт і зрошувальна вода утворюють певну систему, яку слід розглядати у цілому.

А. Н. Ніколаєнко (1991) 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 грунтів.

Одна з причин негативного впливу зрошувальної води підвищеної мінералізації на грунти — несприятливе співвідношення в ній катіонів Na, Ca 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.

В результаті розрахунків визначаються межі мінімальної концентрації Са у воді, що потрібна 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 Nа 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 Nа становить 10 % і більше від ємності катіонного обміну (ЄКО) грунту, а концентрації Мg і Са у розчині рівні або Мg перевищує Са.

Отже, рівноважні концентрації Са, що відповідають вихідному і критичному станам ґрунтів, характеризують фізико-хімічні показники 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):

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 з заданими фізико-хімічними показниками не відбувалось збільшення вмісту Nа і Мg в ГВК, тобто не порушувалася рівновага у бік прояву солонцевих властивостей ґрунтів.

Якість води за її дією на ґрунт 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 ґрунт.

До другого класу належить вода задовільної якості: ДК> 0. Зрошення ґрунтів такою водою призводить до збільшення вмісту Nа 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, що вона 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 ґрунт — спричинювати зростання лужності та появу ознак осолонцювання.

Показники оперативного контролю якості води і стану зрошувальних ґрунтів такі: температура води, іонна сила розчину, водневий показник (рН), кальцієвий показник (рСа), натрієвий показник (рNа), вапняковий (рН—0,5рСа) і натрій-кальцієвий (рNа—0,5рСа) потенціали. Показником довготермінового прогнозу придатності зрошувальних вод для зрошення чорноземів півдня України служить коефіцієнт стійкості ґрунтових систем (К), що визначається співвідношенням, в якому враховані всі ці показники.

Відомо, 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. Найпоширені 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 двохступеневій 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 незрошувальних 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 грунти можна виділити такі структурні рівні стійкості ґрунтових систем.

1. Стабільно стійкі ґрунтові системи незрошувальних 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.

Профілактика забруднення ґрунтів зрошувальними водами. 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 і вмістом загального азоту. Стічні води з тваринницьких комплексів, що використовуються для зрошення, повинні мати вологість не менше 95-98%, містити тверді і волокнисті включення розміром не більше 10 мм, а при використанні машин з гідроприводом — не більше 12,5 мм.

Нормуванню підлягають і нітрогенні речовини (концентрації амонію і нітратів), що накопичуються у великих кількостях у грунтах і завдають шкоди навколишньому середовищу. Якщо у воді одночасно містяться амонійні та нітратні солі, їх сумарна концентрація не повинна перевищувати вказаних меж ГДК по одній з них. Допустимий вміст нітратів (N0₂)становить не більше 0,02 мг-екв/л, або 1,0 мг/л.

Контролюються і максимальні концентрації мікроелементів у зрошувальній воді, мг/л:

Мікроеле- мент	Концен- трація	Мікро- елемент	Концен- трація	Мікро- елемент	Концерн- трація
Барій	0,1	Манган	1	Стронцій	7
Бор	0,5	Мідь	1	Сурма	0,1
Бром	0,2	Молібден	0,25	Телур	0,01
Ванадій	0,1	Арсен	0,05	Титан	0,5
Вісмут	0,1	Нікель	0,1	Фтор	1,5
Вольфрам	0,05	Ртуть	0,0005	Хром	0,5
Кадмій	0,001	Свинець	0,03	Цинк	1
Кобальт	1	Селен	0,001

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

Допустимі концентрації інших шкідливих домішок, які можуть міститися в зрошувальних водах, наведені в таблиці.