Якість поливної води та її приховані ризики

У XX ст. зрошення набуло широкого розповсюдження у світі. Нині на планеті зрошують понад 270 млн га, що становить 18% загальної площі ріллі, на яких виробляють 40% обсягу сільськогосподарської продукції, тобто продуктивність одного зрошуваного гектара більше ніж удвічі перевищує продуктивність незрошуваного.

С. Балюк, д-р с.-г. наук,
професор, академік НААН,
Л. Воротинцева, канд. с.-г. наук,
О. Дрозд, канд. с.-г. наук,
Національний науковий центр
«Інститут грунтознавства та агрохімії
імені О. Н. Соколовського»

В Україні, значна територія якої — зони нестійкого і недостатнього зволоження, продовольче та ресурсне забезпечення також значною мірою залежить від наявності, стану та ефективного використання зрошуваних земель. Зрошувані землі розміщені в Україні переважно у степовій та лісостеповій природно-кліматичних зонах. Загальна площа їх (станом на 01.01.2012 р.) становить 2,1 млн га, фактично зрошують щороку 0,5–0,7 млн га.
Зрошуване землеробство є вагомим (до 40%) водоспоживачем у сільському господарстві України. Проте останніми роками, в основному через зменшення водозабору на зрошення, споживання води в цій галузі істотно знижується. При цьому характерним є збільшення частки водовідведення у сумарному водоспоживанні. За такої ситуації першочергового значення для ефективного, екологічно безпечного використання зрошуваних земель, особливо щодо збереження і відтворення родючості зрошуваних грунтів, набувають якість води у джерелах зрошення та її трансформація на шляху від джерела зрошення до поля.
Оцінювання якості зрошувальних вод є однією з актуальних проблем загального і меліоративного грунтознавства як в Україні, так і за її межами. За останні 30 років у цій галузі накопичено значний експериментальний і виробничий матеріал.
Аналізуючи і узагальнюючи вітчизняний і світовий досвід оцінювання якості води для зрошення, можна відзначити одну важливу особливість — поступовий перехід досліджень від простих моделей до більш складних (вода — грунт — рослина). Наприклад, згідно з вимогами ФАО до якості води, SAR води наводили диференційовано, з урахуванням властивостей грунтів, їхнього мінералогічного складу і величини ємності катіонного обміну. За сучасного підходу до оцінювання якості зрошувальної води застосовують більш складну систему зв’язків, що враховує як солестійкість рослин, склад води та грунтів, так і агрономічні, санітарні й гідротехнічні показники.
Агрономічні критерії придатності води для зрошення установлює ДСТУ 2730, згідно з яким нормування якості зрошувальної води здійснюють з урахуванням складу і властивостей грунтів.
Під час оцінювання якості зрошувальної води виділяють три класи її придатності: I клас — придатна, II клас — обмежено придатна, III клас — непридатна.
   Зрошувальна вода І класу — придатна для зрошення без обмежень.
   Зрошувальну воду ІІ класу використовують за умови обов’язкового застосування комплексу заходів запобігання деградації грунтів або поліпшення води до показників І класу.
   Зрошувальна вода ІІІ класу — вода, показники якості якої виходять за межі значень, що встановлені для зрошувальних вод ІІ класу, непридатна для зрошення без попереднього поліпшення її складу.
Оцінювання якості зрошувальної води має охоплювати такі показники: сума токсичних солей в еквівалентах хлору (eCl-), мекв/дм3; величину рН; вміст лужності від нормальних карбонатів (CO32-) і токсичної лужності (HCO3-–Ca2+), мекв/дм3; відношення суми лужних катіонів натрію і калію (мекв/дм3) до суми всіх катіонів (мекв/дм3), %; перевищення концентрації катіону магнію над концентрацією катіону кальцію, мекв/дм3; вміст аніону хлору (Cl-),
мекв/дм3; термодинамічні потенціали; температуру води, °C.
Екологічні критерії придатності води для зрошення установлює
ДСТУ 7286. Оцінювання якості природної води для зрошування за екологічними критеріями здійснюють з метою запобігання можливому негативному впливу на довкілля та здоров’я населення, а саме: змін стійкості ландшафтів і агроландшафтів, санітарно-гігієнічного стану поверхневих та підземних вод тощо. Оцінювання якості поверхневих та підземних вод під час зрошування виконують за показниками, що характеризують хімічний склад, загальноекологічну якість та фітотоксичність, санітарно-токсикологічну та водно-міграційну здатність хімічних елементів і речовин, бактеріологічну забрудненість, вміст радіоактивних речовин.
За даними гідрогеологомеліоративної служби (ГГМС) Держводагентства України, на 70–75% площ зрошуваних земель використовують поливні води з мінералізацією менше 1 г/дм3, на решті — понад 1 г/дм3. При цьому поливну воду з мінералізацією 1–2 г/дм3 використовують для поливу 18–20% площ зрошуваних земель і лише 7–9% їхньої площі поливають водами з мінералізацією понад 2 г/дм3. У прісних водах у складі солей переважають гідрокарбонати кальцію і магнію — 50–60%, решту становлять сульфати і хлориди натрію і магнію. У мінералізованих водах переважають сульфати і хлориди натрію і магнію. Загальна мінералізація і хімічний склад поливних вод характеризуються чітко вираженою сезонною мінливістю. Помітно при цьому змінюються лужні властивості вод, коли водневий показник рН коливається в межах від 7,4–7,9 до 8,0–9,0, а інколи й вище, а вміст іонів CO32- (сода) — від слідів до 0,3–0,8 мекв/дм3.
Важливим критерієм іригаційної оцінки води є відношення вмісту кальцію до натрію. У водах з мінералізацією до 1 г/дм3 це відношення становить 1,6–1,9, а з підвищенням мінералізації воно зменшується до 0,4–1,0 є небезпекою (як і висока лужність) щодо розвитку процесів осолонцювання зрошуваних грунтів.
У грунтових розчинах реакції обміну визначають не стільки концентраціями іонів, як їхньою активністю. У прісних водах частка активного кальцію становить 65–85% загальної концентрації іонів, а натрію — 85–100%, у мінералізованих водах 42–50 і 85–97%, відповідно.
За даними Держводагентства України, останніми роками поливні води I класу застосовували на 30–40% площ зрошуваних земель, ІІ класу — на 50–60 і III класу — на 5–10%. Переважна частина земель, що поливають водою, є непридатною та обмежено придатною для зрошення, знаходиться у Дніпропетровській, Донецькій, Одеській та Херсонській областях.
Зрошення — потужний фактор впливу на грунт і виведення його із системної (квазістаціонарної) рівноваги з метою її подальшої стабілізації на новому, більш високому рівні. З цієї внутрішньої суперечності зрошення, як і інших видів меліорації, випливає, по-перше, системна нестійкість і знижена здатність до саморегуляції грунтів у перші роки після впливу, а по-друге, — обов’язковість наукового обгрунтування прогнозів подальшої еволюції грунтів. Надходження в грунт додаткової до природної вологи відбивається, передусім, на водному й сольовому режимах зрошуваних грунтів, що визначає спрямованість і зміну їхнього біологічного ритму що,  своєю чергою, впливає на трансформацію головних складових частин грунтів — органічної та мінеральної, а також на процеси перетворення й пересування продуктів вивітрювання й грунтоутворення в профілі зрошуваних грунтів. Мінливість грунтів у просторі та часі зумовлена реакцією грунтових режимів у відповідь на склад поливних вод і відповідні зміни гідротермічних умов.
Тривалими дослідженнями встановлено, що з початком зрошення змінюються умови функціонування всіх складових природного середовища, у тому числі відбуваються зміни у спрямованості та швидкості грунтових процесів. Результати цих змін залежать від якості поливних вод та об’ємів подавання води на поля, кліматичних і гідрогеологічних умов регіонів розвитку зрошення, буферних властивостей грунтів, техніки і технологій зрошення, загальної культури землеробства тощо. З-поміж великої кількості різноманітних шляхів еволюції грунтів за зрошення чітко вирізняються три головних:
1. Під час використання для зрошення вод І класу (придатних для зрошення за агрономічними й екологічними критеріями), за високої культури землеробства, у сівозмінах з багаторічними бобовими травами, за застосування науково обгрунтованої системи удобрення має місце окультурення грунтів, підвищення їхньої природної та ефективної родючості завдяки кращій зволоженості, збільшенню вмісту поживних макро- і мікроелементів, підвищенню балансу гумусу та загальної біогенності. Також формуються високопродуктивні агроценози з визначеними параметрами властивостей грунтів. До того ж продуктивність зрошуваних земель вища, ніж незрошуваних, від 2–4 до 7–8 разів залежно від вирощуваних культур. Навіть після припинення зрошення продуктивність цих земель протягом близько 10 років і більше тримається на рівні, вищому за аналогічні незрошувані на 10–20%.
2. Під час використання вод І класу в сівозмінах без багаторічних бобових трав (у т. ч. овочевих), за низької культури землеробства та недостатнього ресурсного забезпечення має місце низка негативних тенденцій, зокрема дегуміфікація, ущільнення, знеструктурення грунтів, але їхня продуктивність зберігається вищою за аналогічні незрошувані грунти.
3. Під час використання для зрошення вод ІІ класу (обмежено придатні для зрошення) і особливо ІІІ класу (непридатні для зрошення за агрономічними й екологічними критеріями) розвиваються деградаційні процеси — засолення, осолонцювання, ущільнення, знеструктурення та злитизація, кіркоутворення, забруднення. За таких умов навіть застосування комплексу агромеліоративних заходів дає можливість лише обмежити, стримати, послабити прояв цих процесів, але не може усунути їх цілком.
Згідно з аналізом еколого-агромеліоративного стану зрошуваних земель, за даними ГГМС Держводагентства України і тривалих стаціонарних досліджень, до найпоширеніших антропогенно спровокованих явищ деградаційного характеру в зрошуваних грунтах відносять:
підвищення рівнів підгрунтових вод різного хімізму і пов’язаний з цим розвиток процесів підтоплення та вторинного (іригаційного) гідроморфізму, наслідком якого є розвиток процесів глеєутворення, злитизації за режиму перезволоження земель;
активізація галохімічних процесів на локальному, регіональному та глобальному рівнях, метаморфізація сольового складу грунтів у напряму підвищення вмісту та активності розчинного натрію, звуження відношення кальцію до натрію.

Головним проявом активізації галохімічних процесів є засолення грунтів, тобто накопичення водорозчинних солей у грунті. Розрізняють:
засолення первинне — природне накопичення солей у грунті внаслідок випаровування грунтових вод, засоленості грунтотвірних порід або під впливом еолових, біогенних чи інших факторів;
засолення вторинне (антропогенне) — накопичення солей у грунті, яке відбувається під впливом штучних змін водного режиму, найчастіше за зрошення. У більшості випадків вторинне засолення спричиняють переміщення водорозчинних солей у профіль грунту з глибших шарів підстеляючих порід і підгрунтових вод або приплив їх з мінералізованими зрошувальними водами;
підлуження грунту — підвищення лужності грунтового розчину під впливом засолонцювання, підгрунтових і зрошувальних вод, сульфатредукції або інших причин. Підлуження, як правило, зумовлене впливом прісних лужних поливних вод гідрокарбонатно-натрієвого складу за низької буферності зрошуваних грунтів проти підлуження, підгрунтових вод содового хімізму, що залягають ближче 3 м від поверхні або процесами сульфатредукції в анаеробних умовах;
осолонцювання зрошуваних грунтів — найпоширеніший процес на зрошуваних землях, який характеризується якістю поливних вод (мінералізацією та відношенням кальцію до натрію), вихідними властивостями грунтів, які визначають їхню протисолонцюючу буферність (вміст карбонатів кальцію, активність іонів кальцію), та глибиною і мінералізацією підгрунтових вод. Зрошення призводить до підвищення вмісту ввібраного натрію від 0,6–1,0 до 1,5–2,0% суми обмінних катіонів за використання прісних поливних вод і до 3–10% — мінеральних.
За даними ГГМС Держводагентства України, останніми роками загальна площа зрошуваних солонцюватих грунтів становить близько 800 тис. га, з них слабосолонцюватих — понад 700 тис. га, середньо- і сильносолонцюватих — близько 90 тис. га. Основні площі зрошуваних вторинно солонцюватих грунтів зосереджені в Донецькій, Миколаївській, Дніпропетровській, Луганській, Одеській областях;
трансформацію мінеральної компоненти грунтів спостерігають під час використання прісних вод протягом понад 15–20 років, а мінералізованих — понад 5–10 років. Зміни полягають у зменшенні (на 10–30%) набрякаючої смектитової фази та появі мінералів гідрослюдисто-монтморилонітового типу; збільшенні (у 1,5–3 рази) вмісту аморфного кремнезему, що свідчить про підвищення гідрофільності колоїдів і може спричиняти погіршення агрофізичних властивостей зрошуваних грунтів, цементування мікроагрегатів і посилення злитизації;
агрофізична деградація — ущільнення, знеструктурення, кіркоутворення та злитизація. Масштаби цих явищ на зрошуваних землях не встановлено через відсутність відповідних служб спостереження. За експертною оцінкою, ці процеси розвиваються переважно на площах, де поширені солонцюваті грунти.
Одним із несприятливих наслідків зрошення є кіркоутворення. Виникнення іригаційних кірок негативно впливає на фізичні властивості грунтів (знижується водопроникність, підвищується щільність, зменшуєть пористість орного шару), призводить до зниження врожайності сільськогосподарських культур в умовах зрошуваного землеробства, зумовлює зміни технології обробітку грунтів, спричинює додаткові витрати на руйнування цих новоутворень. До того ж відносно малопотужні, часто елювійовані й дисперговані шари, які виникають щороку, залучають під час обробітку в орний шар. Щорічне кіркоутворення й залучення дрібноземних кірок в орний шар призводить до накопичення негативного ефекту та деградації цього шару;
забруднення зрошуваних земель важкими металами (ВМ) характеризується існуванням вилугуваного та акумулятивного шарів. За зрошення якісними водами спостерігають деяке зменшення концентрації цих елементів і більш рівномірний розподіл їх, характерний для даного грунту. Використання обмежено придатних і непридатних для зрошення вод за вмістом важких металів в умовах високого техногенного навантаження на агроландшафти спричиняє значне накопичення їхніх рухомих форм у грунтовому профілі, що створює небезпеку подальшого надходження цих токсикантів у рослинну продукцію.
Отже, якість поливної води може істотно впливати на найважливіші показники родючості зрошуваних грунтів, продуктивність сільськогосподарських культур і якість продукції рослинництва, еколого-агромеліоративний стан агроценозів у цілому. Для запобігання негативним наслідкам, які можуть бути спричинені використанням для зрошення вод низької якості (ІІ або ІІІ класів за агрономічними або екологічними критеріями) необхідно застосовувати комплекс заходів.
Cкладовими комплексу є:
 переведення зрошуваного землеробства на адаптивно-ландшафтні, екологічно безпечні (компенсаційні) системи землеробства, що максимально враховують особливості природних ландшафтів, еколого-меліоративний стан зрошуваних земель, спрямованість грунтових процесів і режимів;
 упровадження диференційованої ресурсоощадної системи удобрення;
 відновлення робіт з хімічної меліорації зрошуваних земель і поливних вод;
 планування режимів і способів зрошення сільськогосподарських культур за компенсаційним і адаптивним принципами;
 детоксикація забруднених грунтів; подальше удосконалення системи еколого-меліоративного моніторингу зрошуваних земель.