Экологические последствия оросительных мелиорации
Орошение, как и крупные водохранилища, вносит глубокие изменения в свойства ландшафтов и водных объектов на значительных территориях. Оно влияет на режим и объем стока рек, так как связано с изъятием поверхностных и грунтовых вод. Классическим примером выступают реки Амударья и Сырдарья, которые до начала периода интенсивного орошения выносили в Аральское море 56 км3воды ежегодно, а к концу 80-х годов сток не превышал 10 км3, причем в некоторые годы практически полностью вода разбиралась на орошение.
Следствием этого стало сокращение площади Аральского моря с 66,5 тыс. км2 в 1960 г. до 37 тыс. км2 к 1987 г. За этот период уровень моря упал на 14 м. Причины и сущность Аральской экологической катастрофы проанализированы Н. Ф. Глазовским (1991).
Орошение формирует новую гидрографическую сеть. Так, протяженность оросительных систем в СССР достигала 700 тыс. км, а длина коллекторно-дренажной сети в аридной зоне – около 200 тыс. км, что в 10-15 раз больше длины основных рек этой зоны. В результате сброса дренажных вод образовались новые обширные водоемы – озера Сарыкамыш, Айдаркуль и др. На «рукотворных» озерах предполагалось создать интенсивное рыбное хозяйство, но высокое содержание пестицидов и минеральных удобрений в водах делают невозможным развитие этой отрасли.
Интрузии морских вод в эстуариях. Зарегулирование и уменьшение стока рек вызывает интрузию морских вод в эстуарии. Этот процесс характерен, например, для Днепровского лимана – устья Днепра. В результате происходит засоление грунтовых вод и почв дельты, повышается содержание в них ионов хлора и натрия.
Изменение климата. Орошение приводит к перестройке структуры теплового баланса. Возрастают затраты тепла на суммарное испарение, которое нередко превосходит энергетические ресурсы региона (затраты тепла на испарение больше величины радиационного баланса). Компенсация энергии осуществляется за счет адвективного фактора. В результате в летнее время температура воздуха понижается на 2-4°, а относительная влажность воздуха возрастает на 10-20%. Специфика местного климата оазисов была изучена еще в середине XX в. С. А. Сапожниковой.
Изменение уровня грунтовых вод, вторичное засоление и осолонцевание почв. Проекты строительства оросительных систем нередко не предусматривали создание коллекторно-дренажной сети, из-за чего повышение уровня грунтовых вод – типичное явление на массивах орошения и прилегающих территориях. В наибольшей степени этот процесс развит в Узбекистане, Туркмении, на юге Украины, а в РФ – в низовьях Дона, на Северном Кавказе.
Наибольшую тревогу вызывает состояние черноземов в районах орошаемого земледелия. Опыт эксплуатации крупных оросительных систем показал, что в результате потерь воды на фильтрацию из земляных каналов, распределителей и временных оросителей происходит подъем уровня грунтовых вод со скоростью 3-4 м/год. Растениями используется лишь 15-20% количества воды, которое забирается в головных частях оросительной системы. При орошении черноземов исходный автоморфный непромывной водный режим сменяется полуавтоморфным промывным при глубине грунтовых вод 2,5-5 м и даже гидроморфным при глубине 1,0-2,5 м. В районах, где в подстилающей четвертичной толще имеются погребенные солевые прослои, соли постепенно подтягиваются к поверхности и засоляют верхние горизонты.
Хотя по мнению ведущих почвоведов массового вторичного засоления в РФ при орошении не существует, однако настораживают многочисленные случаи локального вторичного засоления почв, которые связаны с различными местными факторами: использованием для полива минерализованных вод, слабой естественной дренированностью почвенно-грунтовой толщи, наличием линз солей и т.д. Вторичное засоление черноземов зафиксировано на юге Украины, в Ростовской и Волгоградской областях, в Ставропольском и Краснодарском краях.
В качестве важной предупредительной меры против вторичного засоления является расчет при проектировании критического уровня грунтовых вод (КУГВ), который был предложен Б. Б. Полыновым. Это глубина залегания грунтовых вод, при которой начинается процесс засоления верхних горизонтов почвы, к которым приурочен корнеобитаемый слой растений. Накопление солей приводит к их гибели. Значение КУГВ – функция механического состава пород, который определяет высоту капиллярного поднятия, климатических условий, исходной минерализации поливной воды. Как правило, это глубина 2-2,5 м, а для лессовидных средних и тяжелых суглинков она возрастает до 3-4 м. С ростом минерализации вод для полива КУГВ также возрастает. Стадии развития вторичного засоления рассмотрены В. А. Ковдой.
В случае когда в оросительных водах в значительных количествах присутствуют бикарбонаты натрия, может происходить осолонцевание почв.
Применение удобрений на орошаемых землях и широкое использование различных гербицидов и дефолиантов (до 54 кг/га) приводит к загрязнению почв, формирует химический состав дренажного стока. Повторное использование этих вод без предварительной очистки, как правило, невозможно.
Изменение запасов гумуса и физических свойств почв. На орошаемых черноземах запасы гумуса после 20-30-летней их интенсивной эксплуатации сокращаются на 20-30%. Происходит увеличение подвижности гумуса и меняется соотношение гуминовых и фульвокислот в сторону роста доли последних. Снижается окислительно-восстановительный потенциал почв.
При орошении каштановых почв наблюдаются два разнонаправленных процесса. Увеличение поступления мертвой органики способствует увеличению запасов гумуса, а активная деятельность макрофлоры вызывает более ускоренную минерализацию органического вещества. По данным Г. Г. Бабаева, в Азербайджане в сероземно-луговых темных почвах за 20-25 лет орошения содержание гумуса снизилось с 3-3,5 до 1-2%.
При поливах черноземов их структура приобретает пылеватое строение. На поверхности после просыхания образуется плотная слитая корка. Процесс слитообразования сказывается на газовом режиме черноземов; в первую очередь происходит возрастание парциального давления углекислого газа и нарушение карбонатного равновесия. В пахотном и подпахотном горизонтах почвы становятся глыбистыми, происходит изменение агрегированности, разрушаются наиболее агрономически ценные агрегаты, возрастает объемный вес верхних горизонтов и меняется общая пористость на 5-10%.
Вблизи каналов происходят глубокие преобразования в растительном покрове и особенно животном мире. Наблюдается замена псаммофильной растительности гидрофитной и фреатофитной. Наблюдается заметное увеличение продукции наземной фитомассы. Так, в зоне влияния Каракумского канала прирост наземной фитомассы увеличился в 17 раз (Л. М. Граве). При распашке и обводнении земель в аридных районах Средней Азии исчезает пятнистый полоз, тушканчики Северцова и малый, корсак, серый ворон, длинноногий еж, резко сокращается численность черепахи, гребнепалого геккона и линейчатой ящурки. Снижается численность, но возрастает плотность животного населения на нераспаханных участках. Однако наибольшие изменения происходит в результате осушения дельт рек, в частности Амударьи.
В связи с возрастающими объемами проведения оросительных мелиорации в мире экологические последствия от них носят уже не локальный и даже не столько региональный, как крупномасштабный характер.