5.6.3. Якість поливної води і засолення ґрунтів

Кількість і якість зрошувальної води є потужним фактором, який суттєво впливає на стан земель і родючість ґрунтів в процесі багаторічної експлуатації зрошуваної системи. Оцінка води як джерела зрошення є обов'язковим елементом виробничих меліоративних досліджень. Придатність води для зрошення і її вплив на гідрогеолого-меліоративний стан земель обумовлені наступними характеристиками:

– якість води як джерела живлення рослин залежить від солестійкості зрошуваних культур та характеристики грунтових порових розчинів;

– зрошувальна вода є фактором, який впливає на зміну властивостей ґрунту (при цьому слід враховувати властивості ґрунту і вміти прогнозувати зміни, що виникають при взаємодії ґрунту і зрошувальної води).

Слід також оцінювати якість води за екологічними критеріями з метою попередження її можливого негативного впливу на компоненти природного середовища та на здоров'я населення.

Комплексна оцінка зрошувальної води і її вплив на гідрогеолого-меліоративний стан земель повинна розглядати:

– оцінку загальної мінералізації зрошувальної води з точки зору небезпеки вторинного засолення ґрунтів і створення умов, що пригнічують розвиток рослин внаслідок накопичення солей в грунтових розчинах;

– оцінку токсичної дії окремих іонів, що знаходяться в поливній воді;

– вплив зрошувальної води на водопроникність ґрунту (розвиток процесів елювіювання або осолонцювання).

Всі перелічені вище питання розглядаються на основі даних хімічних аналізів, в процесі яких визначається загальний вміст у воді солей (мінералізація в г/л) та вміст окремих іонів: Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, CO₃^--, Cl^-, SO₄^--, [B(OH)₄]^-, NO₃^-, а також за значенням водневого показника рН.

Оцінка загальної мінералізації води в зв'язку із небезпекою засолення ґрунтів. Багаторічний досвід зрошення показав, що придатною для зрошення є вода з мінералізацією 0,2–1,0 г/л. Мінералізація 1–2 г/л небезпечна щодо засолення земель. Вода з мінералізацією 3–5 г/л придатна тільки в порядку виключення на піщаних ґрунтах за умов доброї дренованості і здійснення промивного режиму.

В США вода з мінералізацією меншою ніж 0,2 г/л вважається повністю придатною для зрошення; 0,2–0,5 г/л – придатною за умови створення помірно-промивного режиму зрошення; 0,5–1,0 г/л – придатною для використання на легких за механічним складом ґрунтах за умови доброї дренованості і створення промивного режиму; 1–3 г/л – непридатною, або придатною в дуже обмежених кількостях.

За небезпекою вторинного засолення ґрунтів зрошувальна вода поділяється на три категорії: вода доброї, середньої та поганої якості (табл. 5.17).

Таблиця 5.17. Оцінка якості зрошувальної води за небезпекою засолення ґрунтів (Є.І. Панкова, А.Н. Прохоров, 1985)

Показник	Якість зрошувальної води
	добра (небезпеки засолення немає)	середня (є небезпека засолення)	погана (висока небезпека засолення)
Мінералізація, г/л	<0,45	0,45–1,90	>1,90

Слід відмітити, що у всіх випадках при поливах мінералізованою водою необхідно обов'язково здійснювати промивний режим зрошення. На кожний 1 г/л солей у зрошувальній воді В.А. Ковда (1980) пропонував збільшувати норми промивних поливів на 5–10%. При зрошенні водою лужного складу з мінералізацією 0,5–1,0 г/л, поряд з промивним режимом зрошення слід проводити хімічну меліорацію.

Вимоги до зрошувальної води з урахуванням солестійкості сільськогосподарських культур. При оцінці придатності води для зрошення враховується солестійкість сільськогосподарських культур (табл. 5.18). Зрошувальна вода середньої та поганої якості може використовуватися для поливу переважно середньо- та високостійких культур.

Слід враховувати не лише концентрацію солей, але й їх склад. Навіть для найбільш солестійких культур критичними є концентрації солей в ґрунтах: Na₂SO₄ – 1%, NaCl і Na₂CO₃ – 0,5%. Граничними для люцерни є концентрації солей Na₂SO₄ – 0,07%, Na₂CO₃ – 0,03–0,09%, NaCl – 0,036%.

Хлориди в умовах типової польової вологості затримують ріст пшениці при вмісті хлорид-іона в ґрунті 0,01%, а при вмісті 0,04–0,05% не дають можливості зійти сходам рослин. Лужність токсична в тих же межах: більше 0,05–0,06% НСО₃ або більше 0,01% СО₃ посилюють негативну роль хлоридів. Для пшениці, як і для більшості інших рослин, найбільш токсичними солями є нормальна й двовуглекисла вода, NaCl та нітрати, вміст яких у кількості 0,5–0,7% цілком знищує врожай. Ознаками небезпечного вмісту соди є кількість НСО₃^- понад 0,08% (1,4 м-екв) при рН > 8,3 та СО₃^-- понад 0,001% (0,03 м-екв).

Таблиця 5.18. Солестійкість сільськогосподарських культур (Є.І. Панкова, А.Н. Прохоров, 1985)

Солестійкість культур	Сільськогосподарські культури	Витримують без збитків для врожаю концентрацію солей у водній витяжці ґрунту, г/л
1. Найбільш солестійкі	Ячмінь, овес, бавовник, цукровий буряк, рис та ін.	<4,5–5,1
2. Середні за солестійкістю	Пшениця яра, буряк столовий, соя, капуста, люцерна	<1,3–3,2
3. Низька солестійкість	Плодові (абрикоси, персики, груші та ін.) і городні (цибуля, морква та ін.)	<0,6

Оцінка токсичності для рослин окремих іонів у зрошувальній воді. Різні солі та іони в поливній воді і ґрунті неоднаково небезпечні для рослин, тому слід враховувати вміст у воді окремих найбільш токсичних іонів (натрій, хлор, бор, нітрати), а також загальну лужність (НСО₃^-) та водневий показник рН.

Гранично допустимий вміст Nа⁺ – 3 м-екв, Cl^- – 3–4, [B(OH)₄] – 0,7, нітратів (NO₃^-) – 5 м-екв/100г, величини рН – 6,5–8,4. Вміст в зрошувальній воді іонів Na, Cl і B вище вказаних меж може призвести до їх накопичення в клітинах рослин, викликати опіки листя, особливо при поливах дощуванням в денну спеку. Тому до оцінки якості води, яка використовується при дощуванні, слід підходити більш вимогливо, а поливи рекомендується здійснювати у нічний час.

Оцінка якості води в зв'язку зі зміною водопроникності ґрунтів проводиться із урахуванням загальної мінералізації зрошувальної води та співвідношення деяких іонів в цих водах. За вмістом солей води діляться на 4 категорії: вода низької мінералізації (<0,3 г/л), вода доброї якості (вміст солей – 0,30–0,45 г/л), вода середньої якості (0,30–0,12 г/л) і вода поганої якості (<0,12 г/л). Останні дві категорії здатні викликати порушення мінеральної частини ґрунту і, в зв'язку з цим, сприяти процесу елювіювання та зниження водопроникності.

При оцінці води стосовно небезпеки осолонцювання ґрунтів та зниження водопроникності слід враховувати склад катіонів у воді та мінералогічний склад ґрунтів. Співвідношення катіонів у воді впливає на активність іону Na та на його властивість проникати у грунтовий поглинаючий комплекс, що враховується в американській класифікації показником натрієвого адсорбційного відношення (SAR), який визначається за формулою Гапона:

SAR = , (5.5)

де: Na⁺ , Ca²⁺ , Mg²⁺ – концентрація катіонів солей, м-екв./л.

При SAR< 10 небезпека осолонцювання мала, при SAR = 10–18 – середня, при SAR = 18–26 – висока, при SAR > 26 – дуже висока.

Проведена класифікація не враховує резерви Са²⁺ в ґрунтах, тому і оцінка можливості осолонцювання в ряді випадків буде перебільшеною. Додатковий ефект від наявності резервів кальцію в ґрунтах враховує "вивірене" натрієво-адсорбційне відношення SAR* (С.Я.Сойфер, 1978):

SAR* = [1+(8,4–рНс)], (5.6)

де рНс – розрахункова величина, що враховує суму катіонів Са²⁺ + Mg²⁺ і аніонів СО₃^2- + НСО₃^-.

рНс =(рК₂ – рКс) + р (Са²⁺ + Mg²⁺ ) + рAlк (5.7)

Значення складових формули 5.3 наведені в таблиці 5.19.

При рНс > 8,4 умови для розчину вапна в ґрунті при фільтрації поливної води сприятливі. При рНс < 8,4 спосте-рігається тенденція до випаду вапна з поливної води.

Якщо SAR* < 6 , то осолонцювання не очікується, при SAR* = 6–9 можливе поступове накопичення солей в ґрунті, при SAR* > 9 є небезпека осолонцювання ґрунтів.

SAR може бути зменшене шляхом збільшення концентрації кальцію у зрошувальній воді. В роботах американського вченого Л.К. Стромберга відмічається, що поливні води повинні вміщувати не менше 20 мг/л кальцію для попередження дисперсії ґрунту. За даними Бюро меліорації США, норма внесення гіпсу на 1230 м³ поливної води повинна бути 90–450 кг. З досліджень, що проведені в США, значний інтерес викликає вивчення можливості використання мінералізованої води при поливі дощуванням. Відмічено, що листя здатне поглинати хлор, натрій, бор та інші токсичні для рослин елементи.

Допустимий вміст хлору в зрошуваній воді при поливі дощуванням складає 100 мг/л, натрію – 70 мг/л.

Оцінка якості зрошуваних вод за коефіцієнтом іонного обміну (К) проводиться за формулою:

К = , (5.8)

де S – мінералізація води, г/л;

Сa, Mg і Na – вміст катіонів у воді, г/л.

При К³1 вода вважається придатною для зрошення, при К < 1 – непридатною.

Таблиця 5.19. Таблиця для визначення рНс в залежності від суми катіонів і аніонів [42]

Са+++Мg+++ +Na+, мг • екв./л	pК2-рКс	Са+++Мв++, мг • екв./л	Р (Са+++ Мg++)	СO3 --+НСО3-, мг • екв./л	рАLк
1	2	3	4	5	6
0,5	2,11	0,05	4,60	0,05	4,30
0,7	2,12	0,10	4,30	0,10	4,00
0,9	2,13	0,15	4,12	0,15	3,82
1,2	2,14	0,20	4,00	0,20	3,70
1,6	2,15	0,25	3,90	0,25	3,60
1,9	2,16	0,32	3,80	0,31	3,51
2,4	2,17	0,39	3,70	0,40	3,40
2,8	2,18	0,50	3,60	0,50	3,80
3,3	2,19	0,63	3,50	0,63	3,20
3,9	2,20	0,79	3,40	0,79	3,10
4,5	2,21	1,00	3,30	0,99	3,00
5,1	2,22	1,25	3,20	1,25	2,90
5,8	2,23	1,58	3,10	1,57	2,80
6,6	2,24	1,98	3,00	1,98	2,70
7,4	2,25	2,49	2,90	2,49	2,60

Закінчення таблиці 5.19

1	2	3	4	5	6
8,3	2,26	3,14	2,80	3,13	2,50
9,2	2,27	3,90	2,70	4,00	2,40
11,0	2,28	4,97	2,60	5,00	2,30
13,0	2,30	6,30	2,50	6,30	2,20
15,0	2,32	7,90	2,40	7,90	2,10
18,0	2,34	10,0	2,30	9,90	2,00
22,0	2,36	12,5	2,20	12,5	1,90
25,0	2,38	15,8	2,20	15,7	1,80
29,0	2,40	19,8	2,00	19,8	1,70
34,0	2,42
39,0	2,44
45,0	2,46
51,0	2,48
59,0	2,50
67,0	2,52
76,0	2,54

При розробці меліоративних заходів слід враховувати, що у зоні Сухого Степу, де зрошуються переважно слабко дреновані і безстічні ландшафти з темно-каштановими ґрунтами, міне-ралізація поливної води не повинна перевищувати 0,7–0,8 г/л, а вміст в ній натрію – 25% від суми кальцію і магнію. Дуже важливо, щоб в поливній воді рН був £ 7,5.

В степовій зоні звичайних та південних чорноземів, а також в лісостеповій зоні типових чорноземів вимоги до якості зрошуваної води підвищуються: мінералізація не повинна перевищувати 0,5–0,6 г/л при вмісті натрію не вище 10–15% суми кальцію і магнію та рН = 7. На зрошуваних системах степової зони України, де використовують воду з рН ³ 8,0–8,5, має місце тенденція до збільшення її лужності, що негативно впливає на стан ґрунту, викликає його осолонцювання та олужнювання.

Якщо властивості ґрунту дозволяють порівняно швидко оновлювати грунтовий розчин і грунти не мають сорбційних властивостей, то за частих поливів можливо використовувати води із мінералізацією більше 3–5 г/л, а в окремих випадках – до 8–15 г/л.

Разом з тим, в ряді випадків доцільно використовувати мінералізовані води для промивки солончаків. Солі двохвалентних катіонів мають здатність коагулювати дисперговані ґрунтові частинки і колоїди, збільшуючи таким чином швидкість фільтрації промивної води. Коагулююча здатність мінералізованих вод тим вища, чим менше відношення іонів натрію до кальцію, або натрію до суми лужноземельних катіонів.

За результатами досліджень, проведених в умовах Волгоградського Заволжя, граничний стан натрію у зрошувальній воді складає 50% суми катіонів. Підземні води з великим вмістом натрію можуть бути використані в цих умовах після поліпшення їх якості і попереднього внесення гіпсу в грунт.

Дослідами, проведеними в Україні, встановлено, що вода може викликати осолонцювання ґрунту при вмісті в ній Na⁺ + К⁺ > 65% суми катіонів.

Екологічну оцінку якості зрошувальної води за вмістом окремих мікроелементів та важких металів проводять згідно відомчого нормативного документу ВНД 33-5,5-02-97 [9] (табл. 5.20).

Таблиця 5.20. Оцінка якості зрошувальної води за вмістом мікроелементів та важких металів (мг/л) [9]

Назва елементу	Оцінка якості води
	І клас	ІІ клас
Алюміній	Менше 2,0	від 2,0 до 5,0
Літій	Менше 1,0	від 1,0 до 2,5
Залізо*	Менше 2,0 (0,3)**	від 2,0 до 5,0
Цинк*	Менше 0,5	від 0,5 до 1,0
Марганець*	Менше 0,5	від 0,5 до 1,0
Хром(Сr3+)*	Менше 0,2	від 0,2 до 0,5
Молібден	Менше 0,005	від 0,005 до 0,01
Ванадій	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Вольфрам	Менше 0,03	від 0,03 до 0,05
Вісмут	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Фтор	Менше 0,8	від 0,8 до 1,5
Бор*	Менше 0,2	від 0,2 до 0,5
Селен	Менше 0,01	від 0,01 до 0,02
Нікель*	Менше 0,08	від 0,08 до 0,2
Мідь*	Менше 0,08	від 0,08 до 0,2
Хром (Сr6+)*	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Кобальт*	Менше 0,02	від 0,02 до 0,05
Свинець*	Менше 0,02	від 0,02 до 0,05
Кадмій*	Менше 0,005	від 0,005 до 0,01
Ртуть*	Менше 0,002	від 0,002 до 0,005
Берилій	Менше 0,05	від 0,05 до 0,1
Миш'як	Менше 0,02	від 0,02 до 0,05
Примітки. * Пріоритетна група елементів згідно з ГОСТ 17.1.2.03;
** Для крапельного зрошення.

Багаторічні теоретичні та експериментальні дослідження, проведені вітчизняними та зарубіжними вченими, свідчать про необхідність надійного обґрунтування еколого-меліоративних заходів щодо використання мінералізованих вод для зрошення і промивок в конкретних природно-кліматичних, ландшафтних і водогосподарських умовах. Крім того, важливими є біологічні і медичні аспекти, що пов'язані з багаторічним використанням мінералізованих вод у великих масштабах.

Актуальність проблеми використання мінералізованих вод в сільському господарстві України, як і у багатьох інших країнах, зростає в зв'язку зі збільшенням площ зрошуваних і дренованих земель та об'ємів колекторно-дренажних вод різної якості і ступеня забрудненості мінеральними (нетоксичними й токсичними) солями і отрутохімікатами. Постійно зростає й кількість стічних вод населених пунктів, які у переважній більшості майже не очищуються та не використовуються.

При розробці меліоративних заходів щодо охорони та раціонального використання зрошуваних земель і всіх резервів водних ресурсів для зрошення і промивок, необхідно вивчати динаміку якості кожного з цих джерел води в процесі експлуатації гідромеліоративних систем та очисних каналізаційних споруд. Слід визначати вплив води прогнозної якості на ріст і розвиток сільськогосподарських культур, на структуру, водно-фізичні властивості і родючість ґрунтів, стан навколишнього природного середовища.