Водная мелиорация земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе Стародубцев, Пётр Павлович

Содержание к диссертации

Введение

1. Мелиорация земель и орошаемое земледелие 8

1.1. Этапы развития и современное состояние мелиорации земель в России 8

1.2. Типы и виды мелиорации земель 14

1.3. Орошаемое земледелие 17

1.4. Концепция устойчивого развития сельского хозяйства 28

1.5. Ландшафтный и бассейновый подходы в мелиорации 32

1.6. Концепция комплексной мелиорации в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду 36

1.7. Особенности ландшафтно-мелиоративного проектирования в регионах с интенсивной хозяйственной деятельностью человека 39

2. Анализ условий проведения мелиорации земель в центрально-чернозёмном регионе 56

2.1. Характеристика природных условий 56

2.2. Земельные и водные ресурсы, возможность их использования для орошения земель 67

2.3. Предварительное районирование центрально-чернозёмного региона по условиям проведения мелиорации земель 84

2.4. Антропогенная нагрузка и негативные процессы, ухудшающие экологическое состояние природной среды и почвенного покрова 97

3. Состояние орошаемого земледелия и возможности его развития в центрально-чернозёмном регионе 115

3.1. Площадь орошаемых земель 115

3.2. Водозаборы с искусственным пополнением подземных вод 117

4. Оптимизация орошаемого земледелия в Воронежской области 131

4.1. Оценка природно-хозяйственных условий проведения орошаемого земледелия 131

4.2. Современное состояние и перспективы развития орошения земель в области 162

4.3. Условия развития орошаемого земледелия на юге Воронежской области 165

4.4. Характеристика типичных оросительных систем в Воронежской области 176

Список литературы 204

Приложения 222

• Орошаемое земледелие
• Земельные и водные ресурсы, возможность их использования для орошения земель
• Оценка природно-хозяйственных условий проведения орошаемого земледелия
• Характеристика типичных оросительных систем в Воронежской области

Введение к работе

Актуальность. Устойчивое развитие сельскохозяйственного производства в нашей стране возможно, как известно, при эффективном использовании сельскохозяйственных земель и минимальной зависимости их продуктивности от климатических изменений. Добиться этого можно средствами комплексной мелиорации земель, которая включает в себя водную мелиорацию в сочетании с прогрессивной агротехникой, использованием высокопродуктивных сельскохозяйственных культур, органических и неорганических удобрений.

В развитых странах площадь мелиорированных земель сейчас составляет не менее 30%. В нашей стране она никогда не превышала 10%, а во время проведения земельной реформы эта площадь уменьшилась в результате сокращения финансирования мелиоративных работ. Так в 1990 г. мелиорация земель в Российской Федерации проводилась на 11,5 млн. га, или на 9,9% площади пашни; при этом орошалось - 6,1 млн. га и было осушено - 5,4 млн.га. На этих землях тогда производилось до 30% растениеводческой продукции: кормов - 10 млн. т. к е, зерна - 6,0 млн. т., овощей - 5,4, картофеля - 1,3 млн. т. Продуктивность орошаемого гектара составляла 4,2-4,6 тыс. к.е., что в засушливые годы в 4-5 раз превышало урожайность на богаре. Однако к 2008 г. площадь мелиорируемых сельхозугодий в стране сократилась до 9,0 млн. га, в том числе орошаемых - до 4,2 млн. га. В настоящее время Департаментом мелиорации Мин-сельхоза России разработана Концепция федеральной программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года», в которой намечается восстановление и развитие мелиорации в нашей стране.

Одним из районов, нуждающихся в мелиорации земель, является центрально-чернозёмный регион, который отличается интенсивным антропогенным воздействием на природную среду и неустойчивым естественным увлажнением земель. Площадь орошаемого земледелия в последние двадцать лет в этом регионе сократилась почти в восемь раз. Орошаемые земли здесь использовались под кормовыми севооборотами и культурными пастбищами, что в значительной степени обеспечивало кормами животноводство. Остальная часть орошаемых земель приходилась на посевы овощей, сады и сенокосы. Поэтому изучение условий восстановления и развития орошаемого земледелия при проведении землеустройства в этом регионе является весьма актуальной задачей.

Целью исследований является оценка условий развития водной мелиорации земель при землеустройстве в центрально-чернозёмном регионе.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

определить концепцию комплексной мелиорации в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду;

изучить природные и антропогенные условия проведения водной мелиорации в центрально-чернозёмном регионе;

провести оценку состояния орошаемого земледелия и возможности его развития в этом регионе;

определить методы оптимизации орошаемого земледелия в Воронежской области;

- рекомендации систем орошения земель при ландшафтно-экологическом землеустройстве в центрально-черноземном регионе.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись.

Объект исследования: земли с. х. назначения центрально-чернозёмного региона, нуждающиеся в проведении водной мелиорации

Предмет исследования - природные и антропогенные процессы, влияющие на условия проведения водной мелиорации в этом регионе.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды российских учёных, посвященные вопросам обеспечения растений влагой и борьбе с засухой: П.А. Костычева, А.А. Измаильского, Г.Н. Высоцкого, В.Г. Ротмистрова, А.Ф. Лебедева, Н.А. Максимова, И.Н. Антипова-Каратаева, Н.А. Качинского, а также работы, в которых рассмотрены вопросы рационального использования местного стока, механизации и автоматизации поливов: Б.А. Шумакова, Б.Б. Шумакова; создания концепции комплексной мелиорации почв: А.Н. Каштанова, В.Н. Кирюшина, Н.И. Парфёнова, В.Г. Попова, В.Н. Краснощёкова; ландшафтно-экологического землеустройства: М.И. Лопырева, И.П. Здоровцева, Н.Г. Конокотина, В.В. Вершинина, В.Д. Постолова и др. Положения бассейновой концепции, разработанные Р. Хортоном, Строллером-Философовым, Л.М. Корытным и др., явились основой для бассейнового подхода, используемого в наших исследованиях.

Материалы и методы исследования. При написании диссертации были использованы материалы полевых и камеральных исследований автора, литературные источники, фондовые материалы института ЦЧОГипроводхоз, районных комитетов по земельным и водным ресурсам районов Воронежской области. Исследования проводились с использованием методов: анализа и синтеза, бальной оценки, кластерного анализа, главных компонент и экспертных оценок, картографического, сравнительно-географического, статистического, геоинформационного картографирования, анализа литературных источников, а также полевых наблюдений.

Достоверность результатов работы базируется на значительном объеме исходной информации и актуальном картографическом материале, обеспечивается современными способами обработки, анализа и картографирования фактического материала, системном подходе к изучению объекта. Математическая и статистическая обработка данных проводилась при помощи пакетов программ статистического анализа STATISTICA и STATIGRAPHICS Plus, программ WAS 061 «Расчет водно-солевого режима орошаемых земель», «Предварительное определение параметров оросительной системы (ПОПС)» ЦЧРГипроводхо-за, «Модель продуктивности монокультур» МГМИ. Построение ГИС и картографирование производилось при помощи программы Maplnfo Professional 9,5.

Научная новизна и практическая значимость. В диссертации сформулированы основные принципы комплексной мелиорации земель при землеустройстве в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду. Определены природные и антропогенные условий проведения орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе. Рекомендованы водозаборы с искусственным пополнением подземных вод для орошения земель в рай-

онах с неблагоприятными условиями строительства прудов. Проведено обоснование орошения земель в системе бассейнового землеустройства в представительных сельскохозяйственных предприятиях Воронежской области. Разработаны рекомендации по развитию орошаемого земледелия в центральночернозёмных областях. Результаты использованы в учебных курсах «География почв с основами почвоведения» и «Экология почв Среднерусской лесостепи», «Условия возникновения ЧС» ВГПУ.

Основные защищаемые положения:

1. Основные принципы комплексной мелиорации земель при землеустройстве в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду и неустойчивым увлажнением земель.

2. Результаты анализа природных условий проведения орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе.

3. Результаты оценки антропогенной нагрузки на природную среду и состояния орошаемого земледелия в этом регионе в настоящее время.

4. Рекомендации систем орошения земель при ландшафтно-экологическом землеустройстве в регионах с интенсивным развитием негативных экзогенных процессов и неблагоприятными условиями строительства прудов.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись на научно-практических конференциях: международной «Бассейновый подход в природопользовании» (Воронеж, ВГПУ 2001 г.), научно-практические Воронежского государственного педагогического университета (Воронеж, ВГПУ, 2005, 2010 гг.), областной краеведческой «Воронежское краеведение: традиции и современность» (Воронеж, Воронежский обл. краеведческий музей, 2008).

Личный вклад автора заключается в сборе, обработке и систематизации данных и картографического материала, использовавшихся при написании работы, в проведении полевых исследований в Воронежской области и в представительных сельскохозяйственных предприятиях; в разработке рекомендаций по развитию орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе, при проведении ландшафтно-бассейнового землеустройства представительных сельхозпредприятий в Воронежской области, в участии в разработке схем ряда оросительных систем в Воронежской области.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 1 монография, 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 116 наименований, 4 приложений. Основное содержание изложено на 215 страницах текста, включая 21 рисунок и 44 таблицы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 1. Основные принципы комплексной мелиорации земель при землеустройстве в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду и неустойчивым увлажнением земель.

Увеличение антропогенной нагрузки на природную среду в Российской Федерации вызвало в настоящее время значительное ухудшение экологическо-

го состояния земельных ресурсов. Для предотвращения деградации земель и устранения их последствий в этих условиях следует проводить комплексную мелиорацию земель. При недостаточном и неустойчивом увлажнении земель в этих регионах в комплекс мелиоративных мероприятий следует включать орошение земель. Всё это позволяет создать систему землеустроительных мероприятий, главной целью которой является рациональная организация территории, предусматривающая максимальный учет особенностей природных комплексов - агроландшафтов.

Таким образом, комплексная мелиорация земель должна включать в себя орошение земель и дополнительные природоохранные мероприятия, проводимые на водосборах малых рек или крупных балок, что должно предотвращать развитие негативных процессов, которые могут возникать при поливе земель -ирригационной эрозии почв, карста, суффозии, оползней, загрязнения и подтопления земель. Поэтому при проектировании и строительстве мелиоративных систем в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду рекомендуется учитывать следующие положения:

5. Комплексную мелиорацию земель следует рассматривать в составе землеустройства, проводимого в природно-хозяйственных системах - агроэко-системах, которые находятся на речных водосборах и характеризуются определённым природным комплексом, нарушенным в той или иной степени хозяйственной деятельностью человека. Составление мелиоративных схем, а также разработка рабочих проектов мелиоративных систем должны проводиться в увязке с землеустроительными схемами использования и охраны земель региона и административной области, схемой землеустройства административного района и проектами внутрихозяйственного землеустройства сельскохозяйственного предприятия.

6. При оценке условий проведения мелиорации земель в регионах с интенсивной хозяйственной деятельностью человека необходимо учитывать информацию о величине антропогенного воздействия на природную среду с определением интегральных показателей антропогенной нагрузки, а также последствий хозяйственной деятельности человека. При этом следует использовать сведения об экзогенных процессах на речном водосборе: водной эрозии почв, карсте, суффозии, оползнях, подтоплении, переувлажнении и засолении земель, а также процессах, связанных с хозяйственной деятельностью человека, то есть загрязнении земель, поверхностных и подземных вод.

7. При орошении земель на речном водосборе происходит дополнительное антропогенное воздействие на все компоненты природной среды. Поэтому при эксплуатации мелиоративных систем следует использовать комплекс мелиоративных мероприятий, обеспечивающий защиту почв, поверхностных и подземных вод от негативных воздействий не только на участке орошения, но и на прилегающей территории, то есть на площади речного или крупного балочного водосбора, на котором находится мелиоративная система.

8. В составе мелиоративных работ на речном водосборе необходимо предусматривать оценку состояния сельскохозяйственного водоснабжения и проводить мероприятия по его улучшению.

5. Обязательным условием проведения водной мелиорации является организация постоянных мониторинговых наблюдений за состоянием орошаемых земель, поверхностных и подземных вод, а также сельскохозяйственного водоснабжении, что позволяет оценивать эффективность проведенных мероприятий и вносить необходимые корректировки в ранее принятые решения.

6. При проектировании комплексной мелиорации земель необходимо использовать современные методы сбора и обработки информации о состоянии природной среды, земельных и водных ресурсов: ГИС-технологии и дистанционное зондирование.

Оценка антропогенной нагрузки и последствий хозяйственной деятельности человека, а также состояния земельных ресурсов в регионе проектирования орошения земель зависит от выбора основных показателей. Значимость этих показателей неодинакова и может быть определена методами факторного анализа и экспертных оценок. Состав основных показателей и методики исследований при этом должен соответствовать задачам проводимых исследований.

Экологическая диагностика проводится на основе материалов мониторинга природной среды на речном или балочном водосборе. В результате получается информация о динамике оползневых процессов, карста, овражной и плоскостной эрозии, суффозии и др. Объектом наблюдений являются также процессы подтопления, затопления, заболачивания, засоления земель и изменения минерализации грунтовых вод. Особое внимание при этом уделяется изучению земель с неблагоприятным режимом грунтовых вод.

Гидромелиоративное зонирование региона производится по пригодности земель для орошения. Основными показателями при этом являются природно-климатические условия, особенности почвенного покрова и рельефа, наличие источника воды для полива земель. Задача зонирования состоит в выявлении территорий, различных по условиям орошения земель; цель - в увязке региональных характеристик естественных условий с экологическими требованиями. Классы земель по пригодности с ограничениями их использования определяют в зависимости от: влагообеспеченности почв, водно-эрозионной опасности, переувлажнения, кислотности, засоления, солонцеватости и загрязнения земель.

Природоохранные мероприятия в «Схеме мелиорации» в первую очередь направлены на охрану земельных ресурсов и улучшение состояния водных источников. При этом проводится защита земель от эрозии, засоления и заболачивания, оползневых и карстовых процессов, а также рекультивация нарушенных земель; выделяются охраняемые территории и объекты, устанавливается режим их использования; проводится охрана вод и атмосферы от загрязнения. При защите почв используются организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия.

Таким образом, в районах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду при проектировании мелиоративных систем необходимо, используя бассейновый подход, производить комплексную оценку природных условий, а также определять величину антропогенной нагрузки на природную среду и выявлять последствия хозяйственной деятельности человека.

2. Результаты анализа природных условий проведения орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе.

В состав центрально-черноземного региона входят: Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая, Орловская и Тамбовская области. Его общая пло-щадь составляет 192,4 тыс. км .

Климат в регионе умеренно-континентальный, с теплым летом и довольно холодной зимой. Абсолютная годовая амплитуда температур воздуха достигает 72-80С, при абсолютном минимуме -40С и максимуме +44С. Годовая амплитуда среднемесячных температур достигает 27-30. Сумма солнеч-ной радиации составляет 85-100 тыс. кал/см в год. В северо-западных районах региона выпадает до 750 мм атмосферных осадков, а среднегодовая температура составляет +4,5С. На юго-востоке осадков меньше (до 500 мм), а среднегодовая температура выше (+7). Испарение уменьшается с юго-востока (700 мм) на северо-запад (350 мм). Продолжительность вегетационного периода в среднем составляет 190 дней. Сумма среднесуточных температур выше 10С колеблется от 2440 до 293 0С. Климат региона отличается непостоянством и значительной изменчивостью по годам и сезонам. Здесь характерны отклонения количества атмосферных осадков от средней нормы, поэтому в характеризуемом регионе периодически отмечаются засухи. Наибольшая опасность их возникновения - на юге Воронежской области. Поэтому при проведении землеустройства территории возникает необходимость в орошении земель.

По рельефу центрально-чернозёмный регион делится на две части. На западе и юго-востоке находятся часто и глубоко расчлененные Среднерусская и Калачская возвышенности с водоразделами, залегающими на абсолютных отметках 200-250 м, а на востоке расположена плоская, слабо изрезанная балками и оврагами Окско-Донская низменность с абсолютными отметками, не превышающими 150-180 м. Вся территория региона расчленена овражно-балочной сетью, густота которой колеблется 0,5 до 2,0 км/км . Весьма перспективным является строительство прудов, являющихся необходимым элементом мелиоративных систем на Среднерусской возвышенности. Потенциальные возможности по их строительству на Окско-Донской низменности практически исчерпаны, к тому же близкое расположение к поверхности подземных вод повышает здесь опасность переувлажнения земель.

В регионе наиболее распространённым типом почв являются чернозёмы, которые занимают 84,3% территории. Они представлены подтипами выщелоченных, типичных, обыкновенных и луговых чернозёмов, которые имеют мощный почвенный профиль; тёмную окраску, зернистую структуру в большей части гумусового горизонта. В наибольшей степени эти особенности проявляются в типичных чернозёмах. К северу от них нарастают признаки, характерные для гумидных, а к югу - аридных типов почв. Инфильтрационная способность разных типов почв неодинакова. Так, скорость фильтрации серых лесных почв составляет 0,14, а мощных черноземов - 0,51 м/сутки. В целом считается, что орошение не оказывает на данные почвы значительного негативного воздействия при соблюдении соответствующих почвозащитных требований.

В геологическом строении региона принимают участие девонские, каменноугольные, юрские, меловые, третичные и четвертичные осадочные отложения, залегающие на докембрийском кристаллическом фундаменте. Основными релъефообразующими породами на северо-западе региона являются верхнедевонские известняки, выходящие на поверхность по крутым склонам долин и балок. Покровные суглинки имеют здесь незначительную мощность, и практически вся балочная сеть сформирована в известняках, а водоразделы сложены юрскими и верхнемеловыми песками и глинами. Южнее, то есть в центральной части Среднерусской возвышенности, в строении рельефа принимают участие сеноманские, альбские и аптские пески и глины, залегающие на отложениях юрского возраста. На юге региона, то есть на южных склонах Среднерусской возвышенности, основную роль в рельефе играют мела и мергели верхнемелового возраста, обнажающиеся в оврагах, речных долинах и балках, а водоразделы сложены песками и глинами палеогена, а также покровными суглинками. На Калачской возвышенности кроме меловых пород распространены пески и глины каменноугольного возраста, а также средне-верхнедевонские песчаники. Большая часть Окско-Донской низменности покрыта чехлом ледниковых суглинков, мощность которых достигает 60 м. Вдоль западной границы этой низменности прослеживается полоса песчаных террас Дона и Воронежа, где прямо с поверхности залегают четвертичные древнеаллювиальные и флювиогляци-альные пески, ниже которых находятся неогеновые глины.

Водопроницаемость рельефообразующих пород в регионе неодинакова. Наибольшие коэффициенты фильтрации отмечаются у верхнедевонских известняков (10-250 м/сут.), мела и мергелей верхнемелового возраста (1-40), апт-ских песков (10-100), четвертичных и палеогеновых песков (2-6). Покровные суглинки на севере Среднерусской возвышенности имеют коэф. фильтрации 1-2 м/сут., в центральной части - 0,1-1,0, а на юге - 0,1-3,0 м/сут. Ледниковые суглинки на Калачской возвышенности слабо проницаемы - 0,1-2,0 м/сут., а на площади Окско-Донской низменности практически водонепроницаемы - менее 0,01 м/сут. Пруды, построенные в балках, сложенных слабо водопроницаемыми породами практически не теряют воду на фильтрацию, а водопроницаемыми -теряют воду в течении 1-4 месяцев.

В регионе имеется развитая речная сеть, принадлежащая бассейнам рек Дон (75%), Днепр (17%) и Волга (8%). Среднемноголетние модули речного стока на северо-западе региона - 4,5-5,0 л/сек. с км , а на юго-востоке - от 2,0 до 2,5. В зоне активного водообмена (до глубины 100-150 м), находятся безнапорные грунтовые воды. Естественное питание их происходит на водораздельных пространствах, а сток направлен к местной гидрографической сети, где осуществляется его разгрузка. Особенно близко к поверхности, до трёх метров, грунтовые воды находятся в речных долинах и нижних частях крупных балок. Свойства вод и их объем определяют условия орошения земель.

Таким образом, климат, рельеф, почвенный покров, геологическое строение, гидрологические и гидрогеологические условия, а также экологическое состояние природной среды определяют условия сельскохозяйственного производства и необходимость проведения гидромелиоративных работ. При этом

особенно большую роль играют распределение суммы температур выше +10С по месяцам в вегетационный период, а также условия атмосферного увлажнения и запас продуктивной влаги в почвах.

Наибольшее количество тепла за период с температурами выше +10С получают Воронежская и Белгородская области: соответственно, 2679С и 2549С. Продолжительность этого периода также больше в этих областях - 155 и 148 дней, а продолжительность безморозного периода больше в Тамбовской области - 159 дней и Воронежской - 158. В период с температурами выше +10С больше осадков выпадает в Курской (321 мм) и Орловской (301 мм) областях. Наименьший запас влаги в слое почвы 0-20 см в период посева озимых отмечается в Белгородской области (21 мм), Воронежской, Липецкой и Тамбовской (23 мм). Этот запас в слое 0-100 см на начало вегетации растений меньше в Воронежской области (145 мм) и Белгородской (159), а самая большая продолжительность юго-восточных суховейных ветров отмечается в Воронежской области - 56 дней (табл. 1).

Таблица 1 Условия атмосферного увлажнения в вегетационный период и запас продуктивной влаги в почвах центрально-чернозёмного региона

Суховеи, дней

w - период с температурой выше +10 С; IV-V - апрель-май; VI - июнь; VII - июль; VIII -август /IX - сентябрь; Х-ХП - октябрь-декабрь; А - запас продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см в период посева озимых; Б - то же в слое 0-100 см на начало вегетации растений (составлено по данным ГЛ. Романенко и др. «Земельныересурсы России», 1996).

Как установлено, даже в средние по водности годы на большей его части характеризуемого региона могут возникать неблагоприятные условия для произрастания сельскохозяйственных растений, а в засушливые годы происходят значительные потери урожая. Необходимость орошения сельскохозяйственных культур, как известно, определяется естественным увлажнением территории. Зонирование центрально-чернозёмного региона по величине природной влаго-обеспеченности, с выделением пяти зон с разными коэффициентами природной увлажнённости земель Ку было проведено институтами ЮжНИИГИМ и ЦЧО-Гипроводхоз и Воронежским СХИ. Как установлено, в наибольшей степени в орошении земель нуждаются юго-восточные районы Воронежской области, где повсеместно коэффициент Ку меньше 0,5. На юго-востоке Белгородской области, в центральных районах Воронежской и большей части Тамбовской этот коэффициент составляет 0,5-0,6, то есть и в этой зоне также следует проводить

орошаемое земледелие. Лишь в большинстве районов Орловской области и в северной части Курской потребность в орошении земель не столь значительна. Здесь можно рекомендовать дополнительное орошение земель, при котором в наиболее засушливые годы один-два своевременных полива способны значительно увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур (рис. 1).

Рис. 1 Зоны центрально-чернозёмного региона с неодинаковой природной вла-гообеспеченностью. Коэффициенты природной увлажнённости (Ку): 1 - меньше 0,50; 2 - 0,51-0,60; 3 - 0,61-0,70; 4 - 0,71-0,80; 5 - больше 0,80. (Схема составлена с использованием материалов «Методическихуказаний по обоснованию проектных режимов орошения сельскохозяйственных культур в ЦЧО»,1988).

Однако при перспективной оценке возможности проведения орошения земель в регионе большую роль играет наличие земель, пригодных для полива, а также достаточного количества и необходимого качества водных ресурсов, которые можно использовать для их орошения. Общая площадь сельскохозяйственных угодий в характеризуемом регионе составляет 15280 га; в том числе пашни - 12244, сенокосов - 667, пастбищ - 2152 тыс. га. В результате оценки перспектив развития орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе, проводившейся в 1970-1980 гг., было предварительно выявлено около 6млн. га земель, пригодных для орошения по почвенным, геоморфологическим и гидрогеологическим условиям, а также по наличию источника воды для полива. Одновременно была установлена возможность использования для орошения

около 1,9 км вод местного стока. В средние по водности годы общие водные ресурсы характеризуемого региона составляют 26,4 км . Из них 20,2 км , то есть 77%, являются ресурсами местного стока. В годы 75%-ной обеспеченности,

водные ресурсы сокращаются до 14,9 км , а в наиболее засушливые годы 95%-

ной обеспеченности, - до 10,5 км .

Условия формирования водных ресурсов неодинаковы в разных частях региона. Так, коэффициент стока в Орловской и Курской областях составляет 0,19 и 0,20, а в Воронежской и Белгородской - 0,12 и 0,16 (табл. 2). В характе-

ризуемом регионе естественные ресурсы подземных вод составляют 181 м /сек. Для городского и сельскохозяйственного водоснабжения используется 51

м /сек. Отбор подземных вод приводит к сокращению речного стока в связи с тесной гидравлической связью подземных вод зоны активного водообмена с речным стоком, поэтому допустимый модуль отбора подземных вод в регионе

*у

не должен превышать 0,50 л/сек./км .

Таблица 2

Водный баланс в центрально-чернозёмных областях, км

Испарение

Инфильтрация

Коэф. Стока

А - суммарный речной сток; В - поверхностный сток; V - подземный сток {таблица составлена по данным монографии «Водные ресурсы и водный баланс Советского Союза, 1967).

Как видно, центрально-чернозёмный регион, в целом, недостаточно обеспечен водными ресурсами. Особенно это относится к Воронежской и Белгородской областям, в которых в годы средней водности на 1 км² территории прихо-

дится лишь, соответственно, 72,4 и 100,8 тыс. м речного стока. В наиболее за-

-з 'у

сушливые годы эти показатели уменьшаются до 37,9 и 50,2 тыс. м /км . Несколько больше водных ресурсов в Орловской и Курской областях, где в годы

*у

средней обеспеченности на 1 км территории приходится 140,5 и 130,0, а в ма-

-з 'у

ловодные годы - 72,9 и 71,1 тыс. м /км . (табл. 3).

Таблица 3 Водные ресурсы центрально-чернозёмного региона в годы разной водности

А - объём, км ; Б - на 1 км территории, тыс. км {таблица составлена по данным монографии «Водные ресурсы и водный баланс Советского Союза», 1967).

Неравномерное распределения речного стока в регионе определяется неодинаковыми условиями его формирования: количеством атмосферных осадков, величина которых здесь сокращается с северо-запада на юго-восток, и величиной испаряемости, увеличивающейся в этом же направлении. Поэтому в северо-западной части региона модули речного стока составляют 4-5, а на юго-востоке - менее 3 л/с/км².

В настоящее время основными источниками воды для полива земель в характеризуемом регионе являются пруды (56,0%) и реки (40,3%). Подземные воды используются для этого в небольшом объеме в связи с ограниченностью их ресурсов, а иногда и плохим качеством воды (0,6%). Кроме того, некоторая часть орошаемых земель поливается из русловых водохранилищ, а также сточными водами животноводческих комплексов. Предварительные проработки показывают, что отбор воды из живого тока рек для орошения можно производить в небольшом объёме, так как средние расходы большинства рек в летнюю ме-

жень составляют 1-5 м /с. Лишь реки Дон, Воронеж, Хопер и Сейм имеют большие расходы. Поэтому из рек региона в течение года можно отбирать на

полив земель не более 416 млн. м воды.

Как видно, для обеспечения водой орошаемого земледелия необходимо производить регулирование местного стока. Однако обычные приемы регулирования можно применять ограниченно. Так, строить водохранилища на реках не всегда целесообразно в связи с большой шириной речных долин, что приводит к затоплению пойменных земель. Использование речных водохранилищ для орошения, к тому же, вызывает дополнительные затраты на транспортировку воды к орошаемым участкам и расход труб. Нельзя рассчитывать также на значительный отбор подземных вод для полива земель в связи с их использованием коммунальным хозяйством и промышленностью. Поэтому в характеризуемом регионе на орошение земель можно отбирать из основных водоносных

горизонтов не более 130 млн. м /год подземных вод.

Вместе с тем, в регионе имеется значительный объём весеннего склонового стока, который составляет около 70% местных водных ресурсов. Объём

его в годы средней обеспеченности в регионе составляет 13,4 км , 75%-ной

обеспеченности - 7,5 км и 95%-ной - 3,5 км . В настоящее время в регионе прудами и русловыми водохранилищами зарегулирована меньшая часть этого стока. Так к 1991 г. здесь было построено около 8 тысяч прудов общей емко-

стью 1,3 км , но значительная их часть имеет небольшую ёмкость. Распределены пруды в регионе неравномерно, что связано с неодинаковыми условиями их строительства. Так, в Тамбовской области и севере Воронежской существуют для этого наиболее благоприятные геологические условия, так как 95% балок сформированы в слабо водопроницаемых ледниковых суглинках. На севере Среднерусской возвышенности, то есть в Орловской области и в западных районах Липецкой, балочная сеть вскрывает трещиноватые известняки верхнедевонского возраста, поэтому для строительства прудов здесь можно использовать не более 10% балок - лишь в случае близкого залегания грунтовых вод в нижних их частях. Примерно такие же условия существуют на площади песчаных террас Дона-Воронежа, где строить пруды можно в 25% балок. В центре и

на юге Среднерусской возвышенности, то есть в Белгородской области и южных районах Воронежской и Курской, балками вскрываются трещиноватые мела и водопроницаемые суглинки. Здесь можно использовать под пруды лишь 35% балок - при залегании палеогеновых глин в верхних частях балок, или при неглубоком положении грунтовых вод в нижних их частях. Как видно, в этих условиях прудами в регионе можно зарегулировать лишь часть весеннего стока.

Качество воды для орошения земель в центрально-черноземном регионе должно обеспечивать сохранение естественного плодородия черноземов. Поэтому пригодность вод для полива здесь определяется с учетом: механического состава и ёмкости поглощения почв на орошаемых участках (ППК); минерализации и рН воды; соотношения в воде основных ионов; содержания некоторых микроэлементов; солеустойчивости с.х. культур на орошаемых землях.

Воды весеннего стока, которые в основном используются при поливе земель в этом регионе, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав. Их минерализация составляет 150-250 мг/л, рН=7,0-7,4, содержание натрия - от 0,5 до 16 мг/л. Грунтовые воды, используемые при орошении земель, здесь также обычно являются гидрокарбонатно-кальциевыми. Однако орошение здесь производится на черноземных почвах с тяжелым, средним и легким механическим составом. По минерализации, рН воды и соотношению основных ионов, а также с учетом механического состава почв на орошаемом участке, все воды для орошения черноземов могут быть разделены на четыре класса (табл. 4).

Таблица 4 Требования к качеству оросительной воды в условиях центрально-чернозёмного региона

Минерализация воды, г/л; ППК - ёмкость поглощения; концентрация ионов, мг-экв/л (Методика оценки качества воды для орошения с.х. культур на чернозёмах в ЦЧО, 1998 г.).

Воды I класса при этом могут использоваться для полива без применения химических мелиорантов на всех видах черноземов. Орошение водой II-IV классов приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур на 5-50% и требует определенных мелиоративных мероприятий. Поверхностные и подземные воды региона в большинстве случаев по своему качеству относится к первому и, меньше, ко второму классам оросительных вод.

При изучении природных условий центрально-черноземного региона в результате кластерного анализа этих условий на 96 речных водосборах было проведено предварительное районирование региона по условиям проведения мелиорации земель (рис. 2, табл. 5).

Таблица 5 Характеристика районов центрально-черноземного региона с неодинаковыми

условиями проведения мелиорации земель

Xi - инфильтрация атмосферных осадков, %; Хг - коэффициент увлажнения; Хз - средняя глубина базисов эрозии водосборов, м; Х₄ - распаханностъ земель, 96.; Х5 - облесен-ностъ территории, %.

Рис. 2 Районы центрально-черноземного региона с неодинаковыми условиями

проведения мелиорации земель. Районы: 1. - Северо-западный; 2 - Западный; 3 - Центральный; 4 - Юго-западный; 5 - Юго-восточный; 6 - Северо-восточный; 7 - Восточный; 8 - Юго-восточный. Таким образом, анализ природных условий центрально-чернозёмного региона показывает, что он находится в зоне неустойчивого увлажнения. При этом в орошении нуждаются, в первую очередь, овощные, технические и кор-

мовые культуры. Эффективным является создание «культурных пастбищ», что в значительной степени позволяет укрепить кормовую базу. При поливе чернозёмов, которые являются основным типом почв в регионе, возможны их дегу-мификация и ухудшение водно-физических свойств. Поэтому орошение земель здесь следует сопровождать постоянным мониторингом состояния почв, позволяющим корректировать нормы полива земель. Регион неравномерно обеспечен водными ресурсами для полива земель. Это определяется не только неодинаковыми условиями формирования местного стока, связанными с количеством атмосферных осадков и величиной испарения, но и с возможностью регулирования этого стока прудами и водохранилищами. Так, в южных районах, которые особенно нуждаются в орошении земель, существуют трудности со строительством прудов в связи с водопроницаемостью рельефообразующих карбонатных пород. Качество вод местного стока характеризуемого региона обычно удовлетворяет требованиям, предъявляемым к оросительным водам.

3. Результаты оценки антропогенной нагрузки на природную среду и состояния орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе.

В центрально-чернозёмном регионе отмечается значительная антропогенная нагрузка на природную среду, так как он представляет собой индустриально-аграрный экономический район с развитой машиностроительной, горнорудной, металлургической, химической и пищевой промышленностью, а также сельским хозяйством, специализирующимся на производстве зерна, технических культур и животноводческой продукции. При этом антропогенная нагрузка распределяется неравномерно по территории региона. Об этом свидетельствуют результаты кластерного анализа, проведенного на 96 речных водосборах региона по 10-ти показателям антропогенного воздействия, характеризующим: отбор подземных и поверхностных вод; объем сточных вод; использование удобрений и ядохимикатов; регулирование весеннего стока прудами; орошение земель; их облесенность и распаханность; площадь сельхозугодий; проведение агролесомелиоративных мероприятий. В результате были выделены девять классов водосборов, которые отличаются величиной суммарной антропогенной нагрузки и характером антропогенного воздействия на природную среду.

Так I и II классы водосборов характеризуются наибольшей антропогенной нагрузкой. Это водосборы рек Дон и Воронеж, где отмечаются большой отбор подземных и поверхностных вод и самый большой объём промышленно-коммунальных стоков, при сравнительно малой их распаханности. Значительная антропогенная нагрузка проявляется в III классе водосборов - на водосборах рек Оскол, Северский Донец, Ворскла, Харьков, Короча, Нежеголь и Хопёр, умеренная - в V, VI, VII, и относительно слабая - в VIII и IX классах водосборов. Хозяйственная деятельность человека в регионе часто влияет на ускорение естественных экзогенных процессов, ухудшающих состояние земель: плоскостной смыв почв, овражную эрозию, образование оползней, карста и др.

В результате изучения последствий хозяйственной деятельности человека в центрально-чернозёмном регионе были определены 9 основных показате-

лей. Применение метода кластерного анализа позволило произвести группировку 96 речных водосборов и выделить 9 классов водосборов (табл. 6).

Таблица 6 Основные последствия хозяйственной деятельности человека

в центрально-чернозёмном регионе

Основные показатели: Xi - безвозвратные потери водных ресурсов , мм; X2 - сокращение меженного стока рек при уменьшении площади лесов, раз; Хз - сокращение этого стока при современном отборе подземных вод, %; Х4 - загрязнение поверхностных вод стоками, %; Х5 - загрязнение удобрениями и ядохимикатами, мг/л; Хб - площадь смытых почв на с.х. угодь-ях, %; Х7 - овражная эрозия, км/км ; Xs - увеличение подземного стока при полном проведении агромелиоративных и лесомелиоративных мероприятий, мм; Х9 - максимально возможное увеличение подземного стока при фильтрации из прудов и на полях орошения, мм. Классы водосборов: рек: I - Харьков, Сев. Донец, Сейм, Короча, Ворскла; II - Оскол; III -Суджа, Пена, Богучар, Лев. Богучарка, Манина, Челновая, Карачан; IV - Амонька, Клевень, Белая, Айдар, Мамоновка, Валуй, Подгорная, Манина, Криуша, Елань, Токай; V - Ольховат-ка, Чёрная Калитва; VI - Нежеголь, Тускарь, Лесной Воронеж, Воронеж, Хворостань, Ворона; VII - Усожа, Свапа, Битюг, Эртиль, Курлак, Чигла, Хопёр: VIII - Ока, Новля, Рыбница, Неручь, Вязовка, Репец; IX - Вытебеть, Нугрь, Зуша, Илек, Сужда, Пена, Псел, Семенек, Любовша, Труды, Большая Чернава, Сосна, Тим, Кшень, Олым, Большая Верейка, Красивая Меча, Снова, Ведуга, Девица, Потудань, Тихая Сосна, Усердец, Богучар, Левая Богучарка, Дон, Ранова, Ягодная Ряса, Ряса, Иловай, Польный Воронеж, Матыра, Плавица, Байгора, Ус-мань, Икорец, Осередь, Гаврило, Толучеевка, Серп, Челновая, Цна, Кошма, Большой Ломо-вис, Керша, Лесной Тамбов, Сухая Липовица, Ира, Калаис, Мокрая Панда, Вяжля, Шибряй-ка, Савала. Таблица составлена по материалам 2005 года

Орошение земель оказывает прямое антропогенное воздействие на почвенный покров речного водосбора и может вызывать процессы дегумификации почв. В почвах неорошаемой пашни за более чем 200-летний период использования количество гумуса в верхнем горизонте может снижаться на 1,5-2,0%, а при орошении за 20 лет - на 1,0%, что происходит под влиянием изменения водного режима почв. Это может приводить к усилению миграции гумуса, или к изменению интенсивности микробиологической деятельности, определяющей ускорение его минерализации. Вовлечение чернозёмов в орошаемое земледелие сопровождается трансформацией их солевого профиля: происходит некоторое нарастание солесодержания в верхней части профиля и более значимое - в нижней. По всему профилю возможно увеличение содержания натрия и снижение кальция; возрастает содержание сульфат-иона и хлора, одновременно снижается - гидрокарбонат-иона. Всё это создаёт условия для осолонцевания почв.

Площадь орошаемых земель в центрально-черноземном регионе по состоянию на 1991 г. составляла около 380 тыс. га. В среднем по региону орошаемые земли занимали 2,3% площади сельскохозяйственных угодий (табл. 7).

В последние 20 лет в характеризуемом регионе отмечается значительное сокращение площади орошаемых земель, что, по-видимому, связано с резким уменьшением финансирования мелиоративных работ при проведении земельной реформы в Российской Федерации (табл. 8).

Таблица 7

Площади орошаемых земель в центрально-чернозёмных областях

Таблица 8
Сокращение площадей орошения в центрально-чернозёмном регионе
за период с 1991 по 2010 гг.

Как видно, общая площадь орошаемых земель в центрально-чернозёмном регионе за последние 15 лет по отчёту областных Управлений мелиорации и водного хозяйства сократилась с 380,4 до 218,0 тыс. га, а фактически - до 46,7 тыс. га, то есть в среднем по региону более чем в восемь раз. Особенно резко уменьшилась площадь орошения земель в Белгородской и Орловской областях.

Орошаемые земли в регионе используются преимущественно под кормовыми севооборотами и культурными пастбищами: до недавнего времени кормовые культуры занимали 47% орошаемых площадей, а культурные долголетние пастбища - 48%. Остальная часть орошаемых земель приходилась на посевы овощей, а также на сады и сенокосы. Участки орошения здесь имеют, в основном, площадь от 100 до 300 га; повсеместно используется закрытая оросительная сеть, состоящая из подземных трубопроводов с гидрантами для отбора воды. Подача воды производится насосными станциями, способ полива - дождевание. Для орошения в 1991 г в регионе ежегодно использовалось около 1,1

км поверхностных и подземных вод: в Белгородской области - 242 млн. м , Воронежской - 344, Курской - 103, Липецкой - 211, Орловской - 19 и Тамбовской - 159. Оросительные нормы зависят от климатических условий и особенностей орошаемых сельскохозяйственных культур. На северо-западе региона

эти нормы меньше и составляют в среднем 1900-2100 м /га, а в южных районах

они увеличиваются до 3000 м /га. Во время первых трех поливов, производимых в характеризуемом регионе в мае, июне и июле месяцах, расходуется большая часть оросительной нормы. Исключение составляет только Белгородская область, где в августе на полив приходится 33% оросительной нормы.

Таким образом, в центрально-чернозёмном регионе, где отмечается развитие многих экзогенных процессов, орошение земель является дополнительным антропогенным воздействием на природную среду и может служить причиной активизации карстовых, оползневых процессов и просадки почв в районе мелиоративного строительства. Поэтому на водосборе реки, где намечается такое строительство, необходимо проводить оценку существующей антропогенной нагрузки, выявлять условия развития негативных природно-антропогенных процессов и определять экологическое состояние почвенного покрова и качество воды для орошения земель. В период проведения земельной реформы площадь орошения сократилась почти в восемь раз. В соответствии с «Концепцией развития мелиорации земель России на период до 2020 года» в последующие восемь лет в центрально-чернозёмном регионе намечается восстановление и развитие мелиоративно-водохозяйственного комплекса.

4 Рекомендации систем орошения земель при ландшафтно-экологическом земледелии в регионах с интенсивным развитием негативных экзогенных процессов и недостаточным увлажнением земель.

Можно отметить четыре типа основных технических схем оросительных систем, используемых в Воронежской области:

1-й тип оросительных систем используется наиболее часто. Источником воды для орошения земель являются пруды или малые водохранилища сезонного или многолетнего регулирования, аккумулирующие сток весеннего половодья и дождевых паводков. Забор воды осуществляется через донный водовы-пуск - водозабор, оборудованный на выходе шахтой-оголовком, позволяющим осуществлять отбор воды выше метрового горизонта с рыбо- и сороудержи-вающей решеткой. Насосная станция - стационарная или передвижного типа. Вода после отбора через всасывающий трубопровод из донного водовыпуска подаётся в напорную закрытую стационарную трубчатую сеть. Далее к дождевальным установкам и поливной технике различной модификации.

В качестве примера в работе приводятся описания проектов: 1) Еланьской государственной оросительной системы (Таловский район Воронежской области). Орошаемая площадь 188,4 га, земли используются под кормовой севооборот. Способ полива - дождевание - самый экономичный из существующих. Во-

дозабор осуществляется из пруда в балке Потупкин Лог объемом 2337 тыс. м . На орошаемом участке преобладают покровные глины, что сокращает фильтрацию из пруда. Воды в пруду хватает на все поливы (рис. 3).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: ^^ Неорошаемые участки ^^ Орошаемые участки ^^ Пастбища [ | Населенный пункт

Ор.уч. Орошаемый участок, 287,3 ^его площадь (га)

js_ Номер рабочего участка,

66,3 _его площадь (га)

[46,0] Орошаемая площадь (га) Лесополосы Дороги полевые

Стационарные трубопроводы проектируемые

Насосная станция проектируемая Неподвижная опора ДМ "Фрегат"

Рис. 3. Еланьская государственная оросительная система.

2) Оросительная система ЗАО «Острогожсксадопитомник» (Острогожский район Воронежской области). Здесь орошается 123,54 га занятых садом и посадками земляники. Подача воды 11,3 л/с осуществляется из пяти небольших прудов. Способ полива - капельное орошение. Урожайность больше чем на богаре в 2 (по яблоне) - 2,7 (по землянике) раза. Подобные системы орошения рекомендуется использовать в случае наличия крупного водоема, теряющего мало воды на фильтрацию. Это водосборы в VI и VII районов. Здесь возможен подъем уровня подземных вод и переувлажнении земель. Поэтому необходим постоянный мониторинг земель. Орошение должно сопровождаться необходимыми землеустроительными мероприятиями, не допускающими заиление водоема.

П-й тип также используется довольно часто. Источником воды при орошении земель являются крупные и средние реки, то есть Дон, Хопёр, Битюг, и Воронеж, пойменные озёра реки Дон, а также Воронежское водохранилище, из которых забор воды производится стационарными или передвижными насосными станциями. Затем вода по магистральному трубопроводу подаётся в трубчатую оросительную сеть и к поливной технике, или, при значительной разности высот между водоисточником и орошаемым массивом - в промежуточный регулирующий водоём, откуда она забирается насосной станцией второго подъёма и подаётся в закрытую оросительную сеть и к поливной технике.

В работе находятся разработки проектов 1) Воронежской государственной оросительной системы, водозабор в которую осуществляется из Воронежского водохранилища. Вода по магистральному трубопроводу длиной 6854 м

подается на орошаемые поля занятые овоще-кормовым севооборотом площадью 973,7 га. Орошение проводится 13-ю дождевальными машинами «Фрегат». 2) Оросительная система ЗАО «Дон» Хохольского района (рис. 4). Орошаемая площадь 334,24 га. Вода подается из реки Дон. Полив производится дождеванием. На орошаемых полях, как и в других случаях, отмечается значительное повышение урожайности. Специфика проектов II типов заключается в отсутствии дефицита воды и соответственно необходимости ее пополнения. Но их применение ограничено крупными водосборами (V и частично VII районы).

о О

Лесополосы

Автодороги с покрытием

Стационарные трубопроводы проектируемые

Насосная станция проектируемая Неподвижная опора ДМ "Фрегат"

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
Неорошаемые участки . .

Орошаемые участки ,

Пастбища Населенный пункт

Номер рабочего участка, его площадь (га) Орошаемая площадь (га)

Рис. 4. Оросительная система ЗАО «Дон» Хохольского района.

Необходим контроль за развитие карста, оползнеобразования (V район), суффозии (VII район), ирригационной эрозии. Если орошаются участки на реч-

ных террасах, проблем с переувлажнением земель не возникает, но в иных случаях необходим мониторинг этого процесса. Оросительные системы на водосборах сложенных водопроницаемыми породами из-за фильтрации из прудов должны строиться с учетом возможности пополнения прудов подземными водами. Но подобные оросительные системы.

Ш-й тип применяется мало. Источником воды для орошения земель являются подземные воды, которые отбираются из скважинного водозабора, как правило, линейного типа. По сборному водоводу подземные воды подаются в регулирующий водоём, из которого они уже с допустимой температурой подаются насосной станцией в напорную и распределительную трубчатую сеть и далее к поливной технике. В работе рассмотрена оросительная система ФГУП ППЗ «Большевик» Бобровского района Воронежской области. Существующий пруд, как и многие ему подобные сооружения Воронежской области за счет значительной фильтрации не позволял производить более 2 поливов. Поэтому

ниже плотины был создан водозабор из 4 скважин, с дебитом 20 м /час, позволивший производить орошение кормового севооборота площадью 125,2 га в необходимых количествах. Данный способ является перспективным для 60% всех балочных прудов центрально-черноземного региона. Для нормального функционирования оросительный системы необходимы дополнительные землеустроительные мероприятия по защите водоема от загрязнений, мониторинг карста, локального подъема уровня подземных вод, ирригационной эрозии. Кроме того, повышенное внимание следует уделять качеству оросительных вод во избежание вторичного засоление земель.

IV-й тип пока применяется мало, но может в дальнейшем быть более актуальным. Используются для полива осветлённые стоки животноводческих комплексов. Из источника чистой воды, то есть пруда, реки, а также ёмкостей с осветлёнными животноводческими стоками, вода и стоки насосными станциями по закрытым трубопроводам подаются в водоём-смеситель. Затем из него, после смешения в расчётных пропорциях, насосной станцией второго подъёма поливная вода подаётся в закрытую стационарную трубчатую поливную сеть и к поливной технике. При этом предъявляются очень серьёзные требования к выбору и обустройству самих полей орошения.

Полученные нами результаты исследований позволяют сформулировать следующие основные выводы и предложения:

1. Комплексная мелиорация земель должна рассматриваться в составе землеустройства, проводимого в агроэкостстемах, находящихся на речных водосборах. Она включает в себя помимо орошения земель дополнительные природоохранные и почвозащитные мероприятия, способные предотвратить развитие негативных последствий, возникающих при поливе земель - ирригационную эрозию почв, карст, суффозию, оползни и подтопление земель.

2. Обязательным условием проведения водной мелиорации является организация постоянного мониторинга состояния орошаемых земель, поверхностных и подземных вод, а также сельскохозяйственного водоснабжении.

3. Анализ физико-географических условий центрально-чернозёмного региона выявил необходимость проведения орошения земель на большей его части. При этом орошение земель должно осуществляться в рамках эко-лого-ландшафтного землеустройства.

4. Дефицит водных ресурсов в летний период затрудняет проведение орошения земель во многих районах характеризуемого региона, что вызывает необходимость в строительстве прудов, регулирующих весенний сток. В районах, сложенных водопроницаемыми горными породами, можно использовать водозаборы с искусственным пополнением подземных вод.

5. При орошении земель необходимо учитывать величину антропогенной нагрузки, так как само орошение является одним из антропогенных воздействий на природную среду. Оценка производится на уровнях субъекта федерации, административного района и сельскохозяйственного предприятия.

6. В период проведения земельной реформы в центрально-чернозёмном регионе площадь орошения земель сократилась почти в восемь раз. Для восстановления площади орошения до 380 тыс. га и её дальнейшем увеличении в регионе имеются пригодные для полива земли и свободные водные ресурсы.

7. В регионе используются системы четырёх основных типов орошения земель: 1) из пруда или малого водохранилища; 2) из крупной реки; 3) из фильтрующего водоёма совмещенного с подземным водозабором; 4) осветлёнными стоками животноводческих комплексов. Каждая из оросительных систем имеет свои особенности строительства и воздействия на окружающую среду.

1. Смольянинов В.М. Концепция развития мелиорации земель Российской Федера-

ции и орошаемое земледелие в центрально-черноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев //Научные ведомости БелГУ. - 2010. - № 2. - С. 34-45.

2. Смольянинов В.М. Водозаборы с искусственным пополнением подземных вод для

орошения земель в центрально-черноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев // Известия ВГУ. - 2012. - № 1. - С. 54-62.

3. Стародубцев П.П. Создание оросительной системы с искусственным пополнением

подземных вод ППЗ «Большевик» Бобровского района Воронежской области [Электронный ресурс] / П.П. Стародубцев, В.М. Смольянинов, А.Я. Немыкин // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - №3. - Режим доступа : , свободный. - Загл. с экрана.

4. Смольянинов В.М. Комплексная мелиорация и орошение земель в центрально-

черноземном регионе: состояние, условия развития: монография / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев. - Воронеж : Истоки, 2011. - 179 с.

5. Смольянинов В.М. Состояние и условия развития орошаемого земледелия в центрально-

черноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев // Известия ВГПУ, т. 257. -2011.-С. 144-154.

6. Смольянинов В.М. Условия развития орошаемого земледелия в центрально-

черноземном регионе / В.М. Смольянинов, П.П. Стародубцев // Вестник Воронежского отделения Русского географического общества, т. 10. - Воронеж, 2010. - С. 123-129.

7. Стародубцев П. П. Особенности формирования стока малых рек Воронежской области /
П.П. Стародубцев // Экологические исследования в речных бассейнах. - Воронеж, 2001.
- С. 226-229.

* - соответствует списку периодических изданий, рекомендованных ВАК

Орошаемое земледелие

В засушливых зонах с недостаточным количеством атмосферных осадков, составляющем менее 500 мм/год, а также в полупустынных зонах, где их количество не превышает 250 мм, необходимо проводить орошение земель. Оно позволяет не только регулировать наиболее важный фактор роста продуктивности сельскохозяйственных растений, то есть количество почвенной влаги, но и повышать содержание в почве доступных питательных веществ, улучшать использование солнечной радиации, ослаблять или полностью устранять отрицатель-ное воздействие засухи и других неблагоприятных атмосферных явлений. Орошение иногда бывает необходимым также в регионах, где осадков выпадает достаточно, но не в том количестве, которое необходимо растениям в период их наиболее высокого водопотребления, то есть в период вегетации.

Необходимость в орошении земель по климатическим условиям определяется показателями увлажнённости территории. В начале прошлого столетия Г.Н. Высоцкий предложил характеризовать её коэффициентом увлажнения, равным отношению годового количества атмосферных осадков к испаряемости. Считается, что при К=1 отмечаются нормальные условия увлажнённости; при К 1 - избыточное увлажнение; а при К 1 - недостаточное.

А.Н. Костяков применил для оценки влагообеспеченности метод водного баланса поля на основе учёта его приходной части, то есть атмосферных осадков, и расходной - стока и испарения. Он предложил формулу; Ко = Ац /Ео,где Ко - коэффициент водного баланса; А - среднегодовая сумма осадков, мм; р - величина поверхностного стока (определяется oпытным путём), мм; Ео- испарение за год, мм.

Это позволило на Европейской части России выделить три зоны увлажнения: избыточного-Ко 1; неустойчивого -Ко=1; недостаточного - Ко 1 [26].

При оиенке условий проведения орошения земель в конкретном регионе кроме климатических условий обычно учитываются; наличие и качество воды для полива, водно-физические свойства почв, геологическое строение региона, особенности рельефа, то есть его расчленённость долинно-балочной сетью, водопроницаемость рельефообразующих отложений, естественная дренирован-ность земель и условия оттока подземных вод.

Для орошения используются поверхностные и подземные воды. К поверхностным источникам воды относятся реки и водохранилища, а также местный сток, зарегулированный прудами. Иногда полив земель производится сточными водами. При использовании поверхностных и подземных вод для орощения учитываются потребности в водных ресурсах городского и сельскохозяйственного водоснабжения, рыбного хозяйства, рекреации и др.

Пригодность воды для орошения определяется; общим содержанием солей в воде; химическим составом воды; механическими и водно-физическими свойствами почвы; содержанием и составом солей в почве; дренированностью территории. Для большинства сельскохозяйственных растений допустимая минерализация воды для поливов не должна превышать 1 г/л [10].

Важнейшим свойством почвы, которая подвергается поливу, является содержание в ней гумуса, который рассматривается не только как источник питания растений, но и как средство поддержания хороших физических, коллоидно-химических и биологических свойств почвы.

Органическое вещество и микробиологические процессы, протекающие в почве, имеют решающее значение в процессе её структурообразования. При этом самым активным фактором создания структуры является наличие коллоидного активного гумуса, который при удалении кальция становится легко подвижным. Однако водостойкость почвенной структуры зависит от пассивного гумуса, который не пептизируется даже после удаления кальция. Органические вещества в большой степени влияют на улучшение трансформационных свойств почвы, то есть на её твёрдость, плотность, удельное сопротивление, биоген-ность и др. Гумус ранее неорошаемых почв в течение длительного времени находится в своеобразном динамическом равновесии. Его состав и содержание отвечают сложившимся биогидротермическим условиям. Однако орошение изменяет такое равновесие, что приводит к разрушению неустойчивых компонентов существовавшего гумуса и переходу его в более устойчивые формы. За счёт увеличения общей биомассы накопление гумуса на орошаемых почвах может превалировать над его разложением, что приводит к увеличению его содержания в почве. Как установлено, орошение способствует активизации биохимических процессов в почве. Одновременно поливная вода, которая периодически создаёт избыточное увлажнение, ослабляет аэробное разложение органических остатков и усиливает их гумификацию. Поэтому на поливных землях образование гумусовых веществ идёт интенсивнее, чем на богаре, и внесение органических удобрений приводит к заметному накоплению перегнойных веществ в почве. Наиболее общая тенденция, отмечаемая многими исследователями, заключается в потере 15-30% общего гумуса в первые годы орошения и дальнейшей стабилизации, или даже некотором увеличении, его количества [12].

Особое значение на орошаемых землях имеет прочность почвенной структуры, которая, в основном, зависит от величины почвенных частиц. Чем меньше диаметр этих частиц, тем выше объёмная масса почвы и ниже её пороз-ность, причём в общем объёме пор большую часть занимают капиллярные поры. Поэтому газо- и воздухообмен в таких почвах начинается тогда, когда они достаточно иссушены и в них не хватает влаги для активной жизнедеятельности микрофлоры и развития растений. Высокая рыхлость почвы, улучшая доступ воздуха, способствует ухудшению водного режима.

Существенным качественным признаком почвенной комковатой структуры является её прочность. Важное производственное значение её было установлено в конце Х1Х-го века П.А. Костычевым, который писал: «Если почва может образовывать комки или принимать комковатую структуру, то с хозяйственной точки зрения весьма важно знать, как долго может сохраняться эта структура при хозяйственных и естественных условиях данной почвы, или, другими словами, важно знать, насколько прочна эта структура» [71]. Он назвал прочность комков «их способностью противостоять размывающему действию воды». Это определение было повторено В.Р. Вильямсом и прочно укрепилось в науке. Высокая прочность структуры имеет особое значение на орошаемых землях. При хорошей её прочности не происходит вторичное засоление земель, полностью используются атмосферные осадки и оросительная вода, уменьшается возможность образования корки, снижается ирригационная эрозия.

Влагоёмкостъ почвы характеризует её способность удерживать влагу. Выделяются наименьшая, капиллярная и полная влагоёмкость. Наименьшая влагоёмкость характеризует количество влаги, которое почва может удержать после стекания гравитационной воды в подвешенном состоянии, то есть без влияния капиллярной влаги. При наименьшей влагоёмкости в почве содержится максимальное количество воды, доступной для растений, так как водой заполнено 50-70% почвенных пор. Полная - характеризует наибольшее количество влаги, которое может находиться в почве, а капиллярная - количество влаги, которое удерживается почвой в капиллярной кайме. Влагоёмкость почвы зависит от механического состава и структуры почвы, а также от содержания в ней гумуса. Суглинистые и глинистые почвы имеют небольшую влагоёмкость по сравнению с почвами супесчаными и песчаными. Структурные почвы, богатые гумусом, способны удержать больше влаги, чем бесструктурные и слабо гумусированные. Наилучшие условия для роста зерновых культур создаются при влажности почвы 30-50%, бобовых - 50-60%, корнеплодов и технических культур - 69-70%, луговых трав - 80-90% полной влагоёмкости.

Инфилътрационные свойства почвы проявляются при неустановившемся процессе движения воды в почве и неполном заполнении водой почвенных пор, под действием гравитационных и капиллярных сил. Как установлено, инфильтрация протекает различно на одном и том же поле при разных способах и технике полива. Рассматривается три стадии инфильтрации: впитывание воды через поверхность почвы, передвижение её в почве и перераспределение влаги в почве по окончании полива. Эти стадии инфильтрации тесно связаны между собой [26]. Между показателями инфильтрации и физическими свойствами почвы существует прямая связь. Почва с хорошо выраженной водопрочной структурой имеет водопроницаемость больше 1,6 мм/мин, а со слабо выраженной и непрочной структурой - менее 0,86 мм/мин [51].

Орошение земель сильно изменяет условия питания растений. При этом нитраты, передвигаясь в зону деятельности корневой системы растений, улучшают их питание. Однако поливы слишком большими нормами вымывают нитраты за пределы этой зоны, и тогда азотное питание растений ухудшается. Растворимые соединения калия и фосфора менее подвижны, однако и они могут вымываться на глубину. В связи с тем, что почва обладает буферностью по отношению к растворимым фосфатам, изменение их концентрации в пахотном слое под влиянием поливов несущественно. Содержание калия в почвенном растворе в зависимости от влажности изменяется заметнее. Орошение земель изменяет и усложняет поступление в растения микроэлементов, особенно при плохой аэрации почв. В этом случае образуются закисные соединения железа, которые препятствуют усвоению растениями бора, меди и некоторых других микроэлементов. Поэтому с учётом изменений питательного режима растений при орошении земель следует предусматривать системуудобрений.

Оптимально увлажнённая почва обычно обладает наилучшей рыхлостью, меньшей твёрдостью и удельным сопротивлением; она слабо распыляется. Со-хранить эти свойства при многолетнем орошении можно в результате применения в севообороте комплекса агротехнических приёмов, соответствующих способов и техники полива, строгого нормирования подачи поливной воды. Завышенные поливные нормы, нарушение способов и техники поливов, отрицательно действуют на физические свойства почвы. При этом увеличивается её плотность, уменьшается водопроницаемость и ухудшается структура почвы, возникает ирригационная эрозия. Наиболее-сильно уплотняется почва и уменьшается её водопроницаемость при поверхностном орошении. Под влиянием дождевания эти свойства изменяются в зависимости от размеров и водопрочности почвенных отдельностей. Они сильно снижаются в почве, сложенной частицами размером 0,25 мм, очень незначительно - при их величине от 0,25 до 1 мм, и практически совсем не изменяются при размере частиц от 1 до 3 мм.

Земельные и водные ресурсы, возможность их использования для орошения земель

Общая площадь сельскохозяйственных угодий в характеризуемом регионе составляет 15280 га; в том числе пашни - 12244, сенокосов - 667, пастбищ -2152 тыс. га [130]. Состав этих угодий в административных областях региона по состоянию на 1995 год показан в таблице 12.

Как отмечалось, почвенный покров в северо-западной части региона - в Орловской области и на севере Курской, представлен оподзоленными серыми лесными почвами. К востоку и юго-востоку, то есть в Курской области, а также Липецкой, Тамбовской, Белгородской и Воронежской, эти почвы последовательно сменяются выщелоченными, обыкновенными и типичными подтипами чернозёмов. А на юго-востоке Воронежской области обыкновенные чернозёмы переходят в южные. Мощностыумусового горизонта чернозёмов - от 60 до 120 см. Количество гумуса в верхнем горизонте колеблется от 4 до 10%. При этом наибольшее количество гумуса - в типичных чернозёмах, а наименьшее - в южных. Черноземы с тяжелым механическим составом имеют ПГЖ 30-60 мг экв/100 г почвы; со средним механическим составом - 15-30 мг-экв.; легким механическим составом - меньше 15 мг-экв./100 г почвы.

В результате оценки перспектив развития орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе, проводившейся в 1970-1980 гг., было предварительно выявлено около 6 млн. га земель, пригодных для орошения по почвенным, геоморфологическим и гидрогеологическим условиям, а также по наличию источника воды для полива. Одновременно была установлена возможность использования для орошения около 1,9 км вод местного стока.

В средние по водности годы общие водные ресурсы характеризуемого региона составляют 26,4 км . Из них 20,2 км , то есть 77%, являются ресурсами местного стока. В годы 75%-ной обеспеченности количество общих водных ресурсов сокращаются до 14,9 км , а в наиболее засушливые годы, то есть годы 95%-ной обеспеченности,-до 10,5 км [23].

В характеризуемом регионе имеется девять основных водоносных горизонтов подземных вод: четвертично-неогеновый, верхнемеловой, сеноман-альбский, альбский, сеноман-альб-аптский, верхнедевонский, верхне-среднедевонский, юрско-девонский, каменноугольный. Естественные ресурсы их составляют 181 мо/сек. Для городского и сельскохозяйственного водоснаб-жения используется 51м /сек. Отбор подземных вод приводит к сокращению речного стока в связи с тесной гидравлической связью подземных вод зоны активного водообмена с речным стоком, поэтому допустимый модуль отбора подземных вод в регионе не должен превышать 0,50 л/сек./км [144].

Условия формирования водных ресурсов в средние по водности годы неодинаковы в административных областях региона. Так, коэффициент стока в Орловской и Курской областях составляет 0,19 и 0,20, а в Воронежской и Белгородской - 0,12 и 0,16 (табл. 13).

Как видно, центрально-чернозёмный регион, в целом, недостаточно обеспечен водными ресурсами. Особенно это относится к Воронежской и Белгородской областям, в которых в годы средней водности на 1 км территории приходится лишь — 72,4 и 100,8 тыс. м речного стока. В наиболее засушливые годы эти показатели уменьшаются до 37,9 и 50,Ттыс. м /км . Несколько больше водных ресурсов в Орловской и Курской областях, где в годы средней обеспеченности на 1 км территории приходится 140,5 и 130,0, а в маловодные годы -72,9 и 71,1 тыс. м3/км2 (табл. 14). Неравномерное распределения речного стока в регионе определяется неодинаковыми условиями его формирования, и, прежде всего осадками, количество которых здесь сокращается с северо-запада на юго-восток, а величиной испаряемости, увеличивается в этом же направлении. Поэтому в северо-западной части региона - в Орловской области, модули речного стока составляют 4-5, а на юго-востоке региона, на юге Белгородской области и юго-востоке Воронежской, они не превышают 3 л/с/км2 (рис. 3).

В годы разной водности особенно неустойчив поверхностный местный сток, тогда как динамические ресурсы подземных вод в маловодные годы сокращаются лишь на 30-35%. Поэтому подземные воды являются наиболее надёжным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения в регионе где их прогнозные эксплуатационные ресурсы составляют 15,14 млн. м /сутки, при среднем для региона модуле этих ресурсов - 0,91 л/с/км .

Самые высокие показатели обеспеченности населения ресурсами подземных вод отмечаются в Орловской области - 2,88 м /сутки на 1 человека. В Воронежской они составляют 1,41, в Белгородской - 1,47 (табл. 15).

В настоящее время основными источниками воды для полива земель в регионе являются пруды (56,0%) и реки (40,3%). Подземные воды используются для этого в небольшом объеме в связи с ограниченностью их ресурсов, а иногда и плохим качеством воды (0,6%).

Кроме того, некоторая часть земель поливается из русловых водохранилищ, а также сточными водами животноводческих комплексов. При оценке перспектив развития орошаемого земледелия в центрально-чернозёмном регионе следует учитывать потребности в воде всех отраслей хозяйства. Предварительные проработки показывают, что отбор воды из живого тока рек для орошения можно производить в небольшом объёме, так как средние расходы большинства рек в летнюю межень составляют 1-5 м3/с. Лишь реки Дон, Воронеж, Хопер и Сейм имеют большие расходы. Поэтому из рек региона за год можно отбирать на полив земель не более 416 млн. м .

Как видно, для обеспечения водой орошаемого земледелия необходимо производить регулирование местного стока. Однако обычные приемы регулирования в регионе можно применять ограниченно. Так, строить водохранилища на реках не всегда целесообразно в связи с большой шириной речных долин, что приводит к затоплению пойменных земель и переносу населенных пунктов.

Использование речных водохранилищ для орошения, к тому же, вызывает значительные затраты на транспортировку воды к орошаемым участкам и приводит к дополнительному расходу труб. Нельзя рассчитывать также на значительный отбор подземных вод для полива земель в связи с интенсивным использованием этих вод коммунальным хозяйством и промышленностью. Поэтому в характеризуемом регионе на орошение земель можно отбирать из основных водоносных горизонтов не более 130 млн. м3/гoд подземных вод.

Вместе с тем, в регионе имеется значительный объём весеннего склонового стока, который составляет около 70% местных водных ресурсов. Средняя продолжительность весеннего половодья, которое начинается в конце марта, -от двух недель до одного месяца. При этом характерно половодье с резким подъёмом воды на 4-7 м и медленным его спадом. Объём весеннего стока в годы средней обеспеченности в регионе составляет 13,4 км , 75%-ной обеспеченности - 7,5 км3 и 95%-ной - 3,5 км3. В настоящее время в регионе прудами и русловыми водохранилищами зарегулирована меньшая часть этого стока. Так к 1991 г. здесь было построено около 8 тыс. прудов общей емкостью 1,3 км3, но значительная их часть (около 60%) имеет небольшие размеры, то есть емкость менее 100 тыс. м . К тому же, большая часть прудов в настоящее время находится в аварийном состоянии и требует ремонта.

Распределены пруды неравномерно по территории региона, что связано с неодинаковыми условиями их строительства. Так, в Тамбовской области и севере Воронежской существуют для этого наиболее благоприятные геологические условия, так как большая часть балок (95%) сформирована в слабо водопроницаемых ледниковых суглинках. На севере Среднерусской возвышенности, то есть в Орловской области и в западных районах Липецкой, балочная сеть вскрывает трещиноватые известняки верхнедевонского возраста, которые прикрыты маломощным слоем покровных суглинков, поэтому для строительства прудов здесь можно использовать не более 10% балок - лишь в случае близкого залегания грунтовых вод в нижних их частях. Примерно такие же условия существуют на площади песчаных террас Дона-Воронежа, где строить пруды можно в 25% балок. В центре и на юге Среднерусской возвышенности, то есть в Белгородской области и южных районах Воронежской и Курской, балками вскрываются трещиноватые мела, мергели и водопроницаемые суглинки. Здесь можно использовать под пруды лишь 30-35% балок, то есть при залегании палеогеновых глин в верхних частях балок, или при неглубоком положении грунтовых вод в нижних их частях. Как видно, в этих условиях в характеризуемом регионе прудами можно зарегулировать лишь некоторую часть весеннего стока. Однако до настоящего времени пруды-в центрально-чернозёмном регионе считаются основным источником воды для орошения земель.

При оценке перспектив развития орошаемого земледелия в центральночернозёмном регионе очень важно определить величину не зарегулированного весеннего стока. Для проведения соответствующих расчётов нами было выделено 96 водосборов малых и средних рек (рис. 4).

Оценка природно-хозяйственных условий проведения орошаемого земледелия

При оценке условий развития орошения земель в Воронежской области, в соответствии с предлагаемой концепцией проведения орошаемого земледелия, вначале необходимо собрать и проанализировать информацию о природных процессах, влияющих на состояние природной среды и качестве земельных ресурсов, структуре земельного фонда и характере использования земель. Затем следует оценивать антропогенную нагрузку на природную среду и последствия хозяйственной деятельности человека, экологическое состояние земель и водных ресурсов. На основе этого выделяются площади, пригодные для орошения земель и обосновывается комплекс" почвозащитных мероприятий, который не-обходимо использовать при поливе земель.

В Воронежской области распространены плодородные чернозёмные почвы и отмечаются благоприятные тепловые ресурсы: сумма температур за период с температурами воздуха вышеЛ0С (155 дней) в среднем по области составляет 2679. Однако здесь существует недостаточная природная увлажнённость территории. Так в этот период в области в среднем выпадает 271 мм атмосферных осадков, а запас продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см на начало вегетации растений не превышает 145 мм.

Большая часть земель области, то есть на площади 20-ти административных районов, находится в зоне неустойчивого увлажнения с коэффициентами природной увлажнённости территории 0,51-0,60, а также в зоне недостаточного увлажнения, в двенадцати районах, где эти коэффициенты не превышают 0,50. Средняя продолжительность суховейных юго-восточных ветров в области составляет 56 дней, что значительно больше, чем в остальных областях центрально-чернозёмного региона. При этом засухи и суховеи практически отмечаются ежегодно, а в каждый третий-четвёртый год они бывают интенсивными. Так, из последних шести лет в южных районах области засушливыми были четыре. Например, в Кантемировском районе в последние годы в летние месяцы выпало менее 20 мм осадков. Их количество в Воронежской области уменьшается с северо-запада на юго-восток, в том же наплавлении отмечается ухудшение природной увлажнённости территории.

Для области характерна значительная неустойчивость выпадения осадков в годы разной влагообеспеченности. По данным Воронежской метеостанции, проводившей наблюдения в последние 85 лет в районе города Воронежа, в наиболее засушливые годы в мае здесь выпадало всего 3 мм атмосферных осадков (1946 г); июне - 7 мм (1960 г); июле - 10 мм (1938 г); августе - 3 мм (1996 г). Однако район г. Воронежа находится в северо-западной части области и характеризуется относительно лучшими условиями увлажнения земель с коэффициентами увлажнённости территории 0,61-0,70. В наиболее увлажнённые годы в мае здесь может выпадать 134 мм (1961 г.); июне - 219 мм (1988 г.); июле - 197 мм (1923 г.): августе - 181 (1928 г.) (рис. 12).

Воронежская область отличается высокой хозяйственной освоенностью и распаханностью земель. Так сельхозугодья здесь занимают 4960 тыс. га, то есть 78% территории; пашня - 3184, или 63%. Больше распахано земель в северных районах - до 71,6%, а меньше - в западных и центральных - 44,3%. Лесами в среднем занято 10,5%, однако местами их осталось значительно меньше. Например, в Эртильском районе - 1,3%; Панинском - 1,1%, Каширском - 4,7%.

Изучение условий возникновения чрезвычайных ситуаций в Воронежской области проводилось в 32 административных районах [136]. При этом учитывались факторы: Х1 - количество земель с крутизной склонов более 5, %: Х2 - содержание гумуса в почве, %; Хз - условия инфильтрации атмосферных осадков, %; Х4- величина весеннего стока, мм; Х5 - облесенность территории, %; Хб -распаханность земель, %. Группировка районов с выделением их классов производилась методом кластерного анализа. При классификации учитывались веса факторов, которые были приняты для Х1 = .0,25; Хг =0,20; Хз = 0,15; Х4 = 0,15; Хз = 0,15; Хб = 0,10. В результате было выделено пять групп точек-кластеров, которые можно рассматривать как районы с разными условиями возникновения чрезвычайных ситуаций (табл. 32, рис. 13).

Выделенные нами районы схожи с природно-сельскохозяйственными зонами Воронежской области, которые часто используются при землеустроительном проектировании. В этих районах могут проявляться почвенно-эрозионные, оползневые, карстовые, суффозионные и просадочные процессы. Особенно интенсивны они на Правобережье Дона и на Калачской возвышенности. В соответствии с Предварительным районированием центрально-чернозёмного региона по условиям проведения мелиорации земель. Воронежская область находится в 3 ,4, 5. 6, 7, 8 районах (см. рис. 5).

Большое влияние на земельные и водные ресурсы оказывает хозяйственная деятельность человека. Антропогенная нагрузка на эти ресурсы в Воронежской области нами изучалась на 34 водосборах малых и средних рек (рис. 14).

Земледелие в характеризуемой области, большей частью зерновое, долгое время оставалось главным видом экономической деятельности её жителей и основным антропогенным воздействием на природную среду и земельные ресурсы. С конца XVII века и до 1914 г. площадь лесов на её территории сократилась на 41,7%. В 30-е годы XIX века в здесь появились посевы подсолнечника и свеклы, а также были построены сахарные заводы.

В советское время на изменение состояния природной среды Воронежской области стали оказывать промышленность и гидротехническое строительство. В 1946-1952 годы в области вступили в строй 13 колхозных гидроэлектростанций, построенных на реках Потудань, Битюг, Усмань и Осередь. В сельском хозяйстве произошло заметное увеличение антропогенной нагрузки на земельные ресурсы. Так, парк тракторов области к 1961 году за 10 лет увеличился на 7 тыс. машин, комбайнов - на 5 тысяч, а замена весенний вспашки под яровые культуры зяблевой пахотой привела к сокращению поверхностного и речного стока. Определённое воздействие на водные и земельные ресурсы стало оказывать также орошаемое земледелие.

К 1951 г. в Воронежской области было построено 2870 прудов, объём воды в которых составлял 153 млн. м , а площадь зеркала - 7510 га. В 1980 г. на орошение земель расходовалось 30-40% используемой в области воды, подавляющая часть которой безвозвратно терялась на испарение. В 1972 г. было построено Воронежское водохранилище [78]. Одновременно в Воронежской области увеличилось внесение на сельскохозяйственные угодья минеральных удобрений и гербицидов; расширилась площадь посевов зерновых и технических культур, а также появились крупные предприятия машиностроения и стройматериалов, заводы по производству синтетического каучука, алюминиевых конструкций и железобетонных изделий. Это в значительной степени изменяло величину и состав антропогенных воздействий на природную среду. Общее нарастание антропогенной нагрузки на водные и земельные ресурсы области продолжалось до второй половины 80-х годов прошлого столетия. В 1989 году в водоёмы области было сброшено 40 млн. м неочищенных сточных вод и более 100 млн. м3 недостаточно очищенных стоков. В конце 80-х и начале 90-х годов воды многих рек области были загрязнены нефтепродуктами. Однако, как известно, при содержании в воде более 0,05 мг/л нефтепродуктов портятся её вкусовые качества, выше 0,5 мг/л- происходит гибель рыбы, а при 1,2 мг/л отмечается общая гибель планктона. В это время в воде многих рек области происходит превышение ПДК по содержанию азота аммонийного. Увеличение концентрации аммонийных, нитритных и нитратных соединений азота создало условия, способствующие эвтрофированию водоемов [146].

Характеристика типичных оросительных систем в Воронежской области

В конце 60-х годов прошлого столетия на территории Воронежской области наметилось быстрое развитие орошаемого земледелия. Проектной документацией в это время предусматривалось создание оросительных систем ин-женерного типа. Строительства объектов орошаемого земледелия определил основные природные факторы, существенным образом влияющие на выполнение данных работ в нашем регионе. К ним можно отнести:

1. Изрезашостъ рельефа овражно-балочной сетью, а также уклоны по-верхности, которые необходимо учитывать при создании единых орошаемых массивов площадью до 500 га на междуречных и межбалочных водоразделах, а также при определении возможности использования дождевания в качестве основного способа полива земель.

2. Наличие источника воды для орошения земель; прудов и водохранилищ, аккумулирующих весенний склоновый сток; больших и средних рек, в которых в годы 95%-ной обеспеченности меженный сток превышает 1,0 м3/сек, что делает возможным производить отбор воды для полива земель; подземных вод, ресурсы и качество которых позволяют использовать их для орошения.

3. Значительный перепад высот между источникош воды и орошаемым массивом, что требует применения машинного подъёма воды насосными станциями, создающими необходимые напоры при работе поливной техники.

В целом можно отметить четыре типа основных технических схем оросительных систем, используемых в Воронежской области:

1-й тип оросительных систем используется наиболее часто. Источником воды для орошения земель являются пруды или малые водохранилища сезонного или многолетнего регулирования, аккумулирующие сток весеннего половодья и дождевых паводков. Забор воды осуществляется через донный водовы-пуск - водозабор, оборудованный на выходе шахтой-оголовком, позволяющим осуществлять отбор воды выше метрового горизонта с рыбо- и сороудержи-вающей решеткой. Насосная станция - стационарная или передвижного типа. Вода после отбора через всасывающий трубопровод из донного водовыпуска подаётся в напорную закрытую стационарную трубчатую сеть. Далее к дождевальным установкам и поливной технике различной модификации.

Примерами этого типа могут являться действующие оросительные системы: «Озёрская ГОС-2» - в Бутурлиновском районе; «Еланская ГОС» - в Таловском; «Кантемировская ГОС-2» - в Кантемировском; «ОС и ИП глав КФХ Тян» - в Бобровском; «ОС в ООО «Сухогаевское» - в Верхнехавском; «ОС в ООО «Продвижение» - в Кантемировском; «ОС в ООО «Логус-Агро» - в Новоус-манском; ЗАО «Острогожсксадпитомник» - в Острогожском; ОС и ООО «Аг-ро-С»- в Панинском районе.

Подобные системы орошения рекомендуется использовать в случае наличия крупного водоема, теряющего мало воды на фильтрацию (в геологическом строении преобладают водоупорные породы). Это водосборы VI и VII районы (рис. 5). Потенциальный риск от орошения здесь заключается в возможности подъема уровня подземных вод и переувлажнении земель. Поэтому необходим постоянный мониторинг этих процессов и строительство в случае необходимости дренажных систем. Орошение должно сопровождаться необходимыми землеустроительными мероприятиями, позволяющими избежать заиление водоема.

Еланьская государственная оросительная система (Таловский район Воронежской области).

Данная оросительная система является одной из типичных для севера Воронежской области (рис. 18). В геологическом разрезе данной территории присутствуют:

1. покровно-делювиальные глины в верхней части тугопластичные, в обводненной части мягко-текучепластичные мощностью 2,5-4,5 м (рг Qn-ш);

2. надморенные глины мягкопластичные мощностью до 2 м.;

3. делювиально-пролювиальные суглинки желтовато-серые от твердых до тугопластичных мощностью до 8 м.

Грунтовые воды в средне-верхнечетвертичных отложениях вскрываются скважинами на глубине 1,2-8 м. Воды залегают в покровно-делювиальных отложениях, их питание - инфильтрационное. Грунтовые воды с минерализацией 1-3 г/л, тип засоления гидрокарбонатно-сульфатный, породы слабо засолены до глубины 5 м. В районе орошения грунтовые воды находятся на критической глубине. Наблюдения, проводимые в районе с 1984 по 2001 г. не выявили изменений в уровне и химическом составе фунтовых вод.

Водоисточником оросительной системы является существующий пруд многолетнего регулирования на балке Потупкин Лог построенный в 1965 г. (рис. 19), входящий в систему водотоков рек Добринка - Савала - Хопер - Дон. Пруд пригоден для орошения в течение всего лета. Общий объем пруда при НПУ 2337 тыс. м3. Площадь зеркала при НПУ - 37 га. Полезная водоотдача 962 тыс. м3. Отметка уровня воды НПУ - 133,8 м. Высота земляной плотины пруда 15,8 м, длина по гребню - 383 м. Водосборная площадь - 25 км2, в то же время такое геологическое строение орошаемого участка требует строительства отсечного дренажа на его границе.

В состав: оросительной системы входит передвижная насосная станция производительностью 92 л/с. Общая длина закрытой оросительной сети 4000 м, в т.ч. стальных труб 200 м, полиэтиленовых диаметром 355 мм - 2340 м, диаметром 280 мм - 1460 м. Полив осуществляется четырьмя дождевальными машинами Фрегат ДМУ-А362-50, работа которых принята 16 ч/сут. (рис. 19), т.к. дождевание наиболее экономичный способ орошения в условиях достаточного количества оросительной воды.

Общая площадь орошения - 188,4 га брутто, 183,9 га нетто. Коэффициент земельного использования 0,98, КПД - 0,97. Расчетная ордината гидромодуля 0,98 л/с/га, средневзвешенная оросительная норма (по результатам многокритериального сопоставления вариантов, выполненного программой ПОПС) - 2600 м /га. Используются орошаемые земли под кормовой севооборот, т.к. в ХП им. Тельмана, для которого составлен проект, наблюдается недостаток производства кормов для собственного поголовья КРС (1596 годов на 2005 г.). В результате работы системы орошения предполагается значительное повышение урожайности 5-ипольного севооборота; 1) однолетние травы; 2-4) многолетние травы 1-2-3 года; 5) кукуруза на силос, чтоповысит рентабельность деятельности и соответсвенно повышение рентабельности производства.

Оросительная система ЗАО «Острогожсксадопитомник» (Острогожский район Воронежской облает).

Отличие данной системы от предыдущей заключается в способе полива -капельное орошение, вместо дождевания. В целом общий принцип функционирования оросительной системы такой же, как и в предыдущем случае. Необходимость в орошении земель диктуется особенностями климатических условий местности - недостаточным количеством осадков в летний период (рис. 1). Геологические условия для строительства прудов в целом благоприятны. Участок до глубины 5-12 м. сложен глинистыми отложениями ранне-среднечетвертичного возраста (Qn-m): суглинками покровными, глинами моренными.

На землях ЗАО «Острогожсксадопитосник» (рис. 18) орошается 123,54 га занятых садом и посадками земляники. Коэффициент земельного использования 0,99. Общее водопотребление 86,5 тыс. м3 или 700 м3/га. Качество воды удовлетворяет требованиям. Согласно расчетам, проведенным с помощью компьютерной программы WAS 0 61, при принятом режиме орошения и ионном составе оросительной воды накопление воднорастворимых ионов и поглощенных катионов происходить не будет, поэтому мелиорация почв не предусматривается.