Методические подходы к оценке пригодности территории Обь-Иртышского бассейна для развития орошаемого земледелия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методические подходы к оценке пригодности территории Обь-Иртышского бассейна для развития орошаемого земледелия

И.В. Орлова

Целью исследования является разработка методических подходов к оценке пригодности территории Обь-Иртышского бассейна для развития орошаемого земледелия. В работе использованы материалы Департамента мелиорации Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по наличию орошаемых земель за 2013-2014 гг. и база данных Института водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук. Изучены закономерности современного распространения очагов орошаемого земледелия на территории Обь-Иртышского бассейна. Установлено, что наиболее крупные зоны орошения сосредоточены в шести природных провинциях: Южноприалейской, Кулундинской, Южнобарабинской, Западнобарабинской, Ишимской и Верхнеобской. Проанализированы основные природно-мелиоративные условия, характерные для данных провинций, которые лимитируют развитие здесь широкомасштабных ирригационных систем. На основе эколого-ландшафтного подхода и анализа существующих научных исследований в данной области выявлены и систематизированы основные критерии для оценки пригодности территории для орошения на уровне местностей и групп урочищ с учетом геоэкологических ограничений. Выделено четыре категории пригодности территории: наиболее пригодные; ограниченно пригодные; слабо пригодные и абсолютно непригодные. Предложенный методический подход позволяет выявлять наиболее устойчивые к ирригационным воздействиям земли и оценивать ирригационно-ресурсный потенциал территории с позиций эколого-ландшафтного подхода, что, в свою очередь, способствует предотвращению развития негативных экологических процессов в природных системах при оросительных мелиорациях.

Ключевые слова: орошаемое земледелие, критерии, геоэкологические ограничения, пригодность территории, Обь-Иртышский бассейн.

The aim of the study is to develop methodological approaches for assessing the availability of the Ob-Irtysh basin for the development of irrigated agriculture. The data of the Department of Land Reclamation Ministry of Agriculture of the Russian Federation on the availability of irrigated lands in 2013-2014 and database of the Institute of Water and Ecological Problems, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences were used. The regularities of the current spreading of irrigated agriculture centers on the territory of the Ob-Irtysh basin were studied. It was found out that the largest irrigated areas are concentrated in six natural provinces: Yuzhnoprialeyskaya, Kulunda, Yuzhnobarabinskaya, Zapadnobarabinskaya, Ishim and Verhneobskaya. The main natural and reclamation conditions typical for these provinces, which limit the development of large-scale irrigation systems were analyzed. On the basis of ecological and landscape approach and analysis of the existing research in this field the main criteria for assessing the availability of areas for irrigation at the terrain level and the natural boundaries level taking into account geo-ecological constraints were selected and systematized. The four categories of available areas are selected: the most available; limitedly available; slightly available and absolutely unavailable. The proposed methodological approach allows to identify the most sustainable to irrigation effects lands and to assess irrigation and resource potential of the area from the point of ecological and landscape approach, which, in turn, helps to prevent the negative ecological processes in natural systems at irrigation reclamation.

Keywords: irrigated agriculture, criteria, geo-ecological constraints, territory availability, the Ob-Irtysh basin.

Устойчивое и эффективное развитие сельского хозяйства, ведущегося в засушливых природно-климатических условиях степной и лесостепной зон Обь-Иртышского бассейна, невозможно без использования ирригации. Требования повышения продуктивности и производительности труда в аграрной отрасли в целях обеспечения продовольственной безопасности нашей страны предопределяют необходимость расширения и реконструкции уже имеющихся сегодня площадей орошаемого земледелия. Для этих целей требуется изучение ирригационно-ресурсного потенциала территории, в частности, пригодности земель для орошения. Поэтому разработка методики такой оценки, основанной на эколого-ландшафтном подходе, позволяющем учитывать не только климатические, гидрогеологические, почвенные показатели, но и геоэкологические ограничения, представляется весьма актуальной.

Цель исследования заключается в разработке методических подходов к оценке пригодности территории Обь-Иртышского бассейна для орошаемого земледелия на основе системы критериев, позволяющих определять геоэкологические ограничения и допустимые пределы развития ирригационных систем.

Материалы и методы. Для расчетов использованы материалы Департамента мелиорации Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по наличию орошаемых земель за 2013-2014 гг.

Для анализа природно-мелиоративных условий провинций Обь-Иртышского бассейна (ОИБ) использовалась база данных ИВЭП СО РАН (Института водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук). В качестве основы для определения границ природных провинций и подпровинций ОИБ взята схема физико-географического районирования, разработанная в ИВЭП СО РАН [1].

Основными методами исследования являются сравнительный, аналитический, картографический, а также метод аналогов и системного анализа.

Результаты исследования. Анализ существующих научных подходов позволил выявить природные зоны и провинции ОИБ, в которых различными учеными на основе оценки ряда показателей и ограничений было рекомендовано развитие орошаемого земледелия.

Так, В. С. Мезенцевым, О. В. Мезенцевой и другими было проведено гидролого-климатическое районирование изучаемой территории и выделены главные гидролого-климатические рубежи, разделяющие области избыточного и недостаточного увлажнения [2, 3].

При этом установлено, что «рубеж оптимального соотношения тепла и влаги пространственно выражается изолинией единичного значения коэффициента увлажнения, нулевого дефицита увлажнения и влажности почвы в долях наименьшей влагоемкости, равной единице» и является верхним пределом оптимального увлажнения для большинства сельхозкультур, а нижнему пределу соответствуют изолинии коэффициентов увлажнения 0,65 и влажности почвы 0,60 [3, с. 159-160].

Таким образом, исходя из этих величин, можно утверждать, что с гидролого-климатической точки зрения северная граница зоны, наиболее целесообразной для развития орошаемого земледелия в ОИБ, в засушливые годы проходит по зоне северной лесостепи, а во влажные годы - по зоне средней лесостепи. К такому же выводу приводят и результаты эколого-мелиоративного районирования Западно-Сибирской равнины, выполненные на основе генетико-морфологического подхода, которые позволяют определить северную границу областей активного водосолеобмена с преобладанием привноса солей над их выносом и недостаточно увлажненными почвогрунтами [4]. На основе изученных данных определены гидролого-мелиоративные зоны Обь-Иртышского бассейна [1-4] (рисунок 1).

I - зона постоянно недостаточного увлажнения (сухая степь); II - зона недостаточного увлажнения в средние и сухие годы (степь и южная лесостепь); III - зона переменного увлажнения в средние и сухие годы, оптимального увлажнения во влажные годы (центральная и северная лесостепь); IV - Алтае-Саянская зона переменного увлажнения; V - зона оптимального сочетания тепла и влаги в средние и среднесухие годы
(южная тайга, смешанные и мелколиственные леса); VI - зона избыточного увлажнения в средние и влажные годы (северная и средняя тайга); VII - зона постоянно избыточного увлажнения (тундра и лесотундра)

Рисунок 1 - Гидролого-мелиоративные зоны Обь-Иртышского бассейна (разработано по данным [1-4])

Севернее выявленных границ развивать орошаемое земледелие уже нецелесообразно и неэффективно, что и подтверждается современным распространением орошаемых земель только до Североприаргинской природной провинции (юг Томской области).

Результаты исследований инженерно-гидрогеологических условий развития орошаемого земледелия, а также гидрогеолого-мелиоративное районирование Алтайского края, Новосибирской, Омской и Кемеровской областей в масштабе 1:500000 [5-8] позволили выявить территории ОИБ с простыми, сложными либо непригодными для орошения условиями.

По совокупности таких факторов, как литология, рельеф, мощность зоны аэрации, гидрология, влияющих на просадочность пород, к сложным отнесены Приобская и Присалаирская области развития возвышенных грядово-увалисто-лощинных или полого-увалистых среднечетвертичных равнин разного генезиса, сложенных песчаными, глинистыми и лессовыми породами. Благоприятными являются Тобольская, Ишимская, Кулундинская и Верхнеобская области развития низких, плоских позднечетвертичных террас долин крупных рек и среднечетвертичные аллювиальные равнины, которые представлены преимущественно песчаными и глинистыми породами [9]. орошаемое земледелие обь иртышский

Более крупномасштабные почвенные исследования, основанные на географическом, генетическом и агрохимическом подходах [10-15], способствовали изучению особенностей водных свойств почв, закономерностей удержания и движения почвенной влаги, доступности ее растениям, выявлению групп почв ОИБ однотипных в ирригационном отношении и, таким образом, существенно дополнили и детализировали критерии и ограничения пригодности земель для орошаемого земледелия (таблица 1).

Значительный вклад в оценку пригодности земель для развития орошаемого земледелия внесли также исследования ландшафтной структуры, геоморфологических условий, водно-ресурсного и природно-ресурсного потенциала изучаемой территории [1, 16-18].

Проведенный нами анализ современного распространения орошаемых земель на территории ОИБ позволил выявить специфику их размещения и локализации по природным провинциям и гидролого-климатическим зонам (рисунок 1, таблица 2).

Таблица 1 - Основные ирригационные группы почв ОИБ

Таблица 2 - Распространение орошаемых земель по природным зонам и провинциям ОИБ (2013-2014 гг.)

Как видно из таблицы 2, наиболее крупные массивы фактически орошаемого земледелия ОИБ сосредоточены именно в признанных наиболее пригодных для его развития провинциях: Южноприалейской, Кулундинской, Южнобарабинской, Западнобарабинской, Ишимской и Верхнеобской. Также довольно большие очаги орошения имеются в межгорных котловинах Юго-Восточной Алтайской и Кузнецкой межгорно-котловинной провинциях. Для всех этих территорий характерны схожие природно-мелиоративные условия: выраженная засушливость климата в вегетационный период, равнинный рельеф, наличие пригодных для орошения почв и водных ресурсов, что и предопределило формирование здесь крупных очагов орошаемого земледелия.

Однако недоучет на практике сложности и неоднородности территориальной структуры совместно с несоблюдением оросительных норм и технологий поливов привели к прогрессирующим экологическим проблемам на орошаемых землях: засолению, подтоплению почв, просадке почвогрунтов, подъему засоленных грунтовых вод и, вследствие этого, выбытию многих ценных сельхозугодий из использования.

Длительные наблюдения за изменением черноземов под влиянием орошения показали, что в подавляющем числе случаев (более 90 %) оказывается отрицательное воздействие на общее состояние черноземов [19], и существующая сегодня практика их вовлечения в ирригационное использование требует своего кардинального пересмотра.

Приходит и понимание того, что в лесостепной зоне ОИБ нецелесообразно широкое площадное распространение орошаемого земледелия на регулярной основе. Здесь более оправдано применение циклического орошения на небольших по площади участках территории.

Сложившаяся ситуация привела к пониманию необходимости ужесточения экологических критериев и ограничений, используемых как для оценки пригодности земель под орошение, так и регулирования функционирования ирригационных систем.

Рядом ученых были разработаны и предложены более жесткие критерии и нормативы, ограничивающие область благоприятного экологического состояния почв и земель при ирригационном воздействии, а также определяющие их пригодность к различным способам и режимам орошения [20-24].

Таким образом, следует констатировать, что в настоящее время происходит переосмысление с экологических позиций пригодности земель под орошение даже на признанных ранее благоприятными территориях.

В каждой из природных провинций ОИБ вследствие неоднородности ее территории и сложности природно-мелиоративных условий для развития широкомасштабного орошаемого земледелия имеется ряд лимитирующих ограничений, которые необходимо учитывать с целью предотвращения негативных экологических процессов в природных системах.

Так, в условиях Кулундинской и Барабинской провинций пристальное внимание следует уделять учету слабой естественной дренированности территории, близкому залеганию минерализованных грунтовых вод, гривному или плоско-западинному рельефу, наличию засоленных почв и пород.

Для Верхнеобской провинции наиболее важные ограничивающие факторы - значительная расчлененность и сильные уклоны большей части территории, преобладание в составе подстилающих пород рыхлых лессовидных суглинков, способствующих развитию просадочных явлений.

Ишимская провинция характеризуется очень слабой естественной дренированностью территории, развитием рельефа с микро- и мезопонижениями, тяжелым гранулометрическим составом покровных почвообразующих четвертичных отложений с неглубоким подстиланием толщей водоупорных, как правило, засоленных глин и близким к поверхности залеганием минерализованных грунтовых вод.

Поэтому в целях более полного и детального учета всех факторов, влияющих на пригодность земель для орошаемого земледелия, на основе эколого-ландшафтного подхода и анализа существующих научных исследований в этой области [19, 22-35] нами были разработаны оценочные шкалы ландшафтных и почвенных показателей (таблицы 3 и 4).

Такой подход позволяет на основе нескольких основных ландшафтных критериев (таблица 3) достаточно оперативно выявлять непригодные либо пригодные для орошения крупные массивы земель (на уровне местностей). Вторая же группа почвенных критериев (таблица 4) позволяет детализировать и выявлять более мелкие ареалы пригодных для орошения земель (на уровне урочищ или групп урочищ).

Таблица 3 - Ландшафтные критерии оценки пригодности
использования земель для орошаемого земледелия

Таблица 4 - Почвенные критерии оценки пригодности использования
земель для орошаемого земледелия

При этом нами были учтены более строгие научно обоснованные геоэкологические ограничения.

Таким образом, к первой и второй категориям земель отнесены такие ландшафты, свойства и функции которых предопределяют их относительную устойчивость к ирригационному воздействию и допускают их длительное использование в орошаемом земледелии при условии соблюдения всех необходимых мелиоративных регламентов и режимов.

К третьей категории отнесены признанные ранее пригодными для орошения ландшафты, отличающиеся весьма слабо устойчивыми к ирригационному воздействию свойствами и характеристиками. Их использование для развития орошаемого земледелия следует признать недопустимым вследствие высокого риска развития необратимых негативных экологических процессов.

К четвертой категории отнесены ландшафты, свойства и функции которых абсолютно неприемлемы для использования в орошаемом земледелии.

Данная система показателей была апробирована на примере Благовещенского района Алтайского края, что позволило выявить наиболее пригодные для развития орошаемого земледелия ландшафты (на уровне групп урочищ) и создать основу для дальнейшей оценки ирригационно-ресурсного потенциала его территории.

Выводы

С помощью предложенной системы показателей оценка пригодности использования территории для развития орошаемого земледелия осуществляется с позиций системного эколого-ландшафтного подхода, что позволяет учитывать основные геоэкологические ограничения и предотвращать развитие негативных экологических процессов в природных системах.

Данная оценка является важным этапом научного исследования по выявлению перспективных территорий ОИБ с наиболее высоким ирригационно-ресурсным потенциалом. Выявление таких территорий и развитие на них экологоприемлемых ирригационных систем будет способствовать более устойчивому и эффективному функционированию сельского хозяйства.

Список использованных источников

1 Винокуров, Ю. И. Ландшафтная индикация в эколого-географических исследованиях: монография / Ю. И. Винокуров, Ю. М. Цимбалей; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т водных и экологических проблем. - Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2016. - 258 с.

2 Мезенцев, В. С. Гидролого-климатические основы проектирования гидромелиораций / В. С. Мезенцев. - Омск: ОмСХИ, 1993. - 128 с.

3 Мезенцева, О. В. Метод выделения зоны хозяйственного оптимума увлажнения / О. В. Мезенцева // География и природные ресурсы. - 2009. - № 1. - С. 159-162.

4 Эколого-мелиоративное районирование Западно-Сибирской равнины / В. Н. Михайличенко, Т. Н. Елизарова, В. А. Казанцев, Л. А. Магаева // Сибирский экологический журнал. - 1995. - № 1. - С. 23-37.

5 Кучин, М. И. Подземные воды Обь-Иртышского бассейна (в границах Новосибирской области, Алтайского края и Омской области) / М. И. Кучин. - М. - Л.: Гостоптехиздат, 1940. - Вып. 16. - 306 с.

6 Абрамович, Д. И. Воды Кулундинской степи / Д. И. Абрамович. - Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1960. - 214 с.

7 Бейром, С. Г. Особенности подземных вод по географическим зонам Западной Сибири / С. Г. Бейром // География Сибири в условиях научно-технического прогресса. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1975. - 155 с.

8 Акуленко, Ю. Н. Инженерно-гидрогеологические условия мелиорации на юге Сибири / Ю. Н. Акуленко. - Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1985. - 128 с.

9 Трофимов, В. Т. Основные общерегиональные особенности инженерно-геологических условий / В. Т. Трофимов // Кайнозойские отложения, почвы, мерзлотные и инженерно-геологические условия Западной Сибири: науч. изд-е. - М.: Изд-во МГУ, 1980. - С. 112-119.

10 Агрофизическая характеристика почв Западной Сибири / отв. ред. В. Н. Панфилов. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. - 544 с.

11 Панфилов, В. П. Поведение влаги в почвах и вопросы их орошения / В. П. Панфилов, Н. И. Чащина // Мелиоративные и водохозяйственные проблемы Сибири. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. - С. 102-108.

12 Панфилов, В. П. Проблемы ирригационного освоения земель Южно-Омской оросительной системы / В. П. Панфилов // Мелиорация и водное хозяйство. - 1992. - № 3-4. - С. 9-11.

13 Шапорина, Н. А. К вопросу о стратегии и тактике орошения черноземов в Западной Сибири / Н. А. Шапорина, А. А. Танасиенко // Сибирский экологический журнал. - 2005. - № 5. - С. 801-807.

14 Зайдельман, Ф. Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов / Ф. Р. Зайдельман. - М.: КДУ, 2009. - 720 с.

15 Семендяева, Н. В. Влияние сельскохозяйственного использования на свойства почв Западной Сибири / Н. В. Семендяева. - Новосибирск: Новосиб. гос. аграр. ун-т; СибНИИ земледелия и химизации сельского хоз-ва, 2011. - 168 с.

16 Барышников, Г. Я. Геоморфология гор и предгорий / Г. Я. Барышников, С. Г. Платонова, В. П. Чичагов // Геоморфология. - 2003. - № 1. - С. 108-109.

17 Заносова, В. И. Водно-ресурсный потенциал Западно-Сибирского региона и его роль в устойчивом развитии мелиоративно-водохозяйственных систем АПК (на примере Алтайского края): автореф. дис. … д-ра с.-х. наук: 06.01.02 / Заносова Валентина Ивановна. - Барнаул, 2011. - 35 с.

18 Отто, О. В. Структурный анализ интегрального природно-ресурсного потенциала территории / О. В. Отто, Г. Я. Барышников // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2002. - № 3. - С. 57-60.

19 Турсина, Т. В. Микроморфологическая диагностика устойчивости черноземов при орошении / Т. В. Турсина // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. - 2014. - Вып. 76. - С. 52-73.

20 Айдаров, И. П. Орошение и предупреждение засоления почв / И. П. Айдаров // Мелиорация и водное хозяйство. - 1994. - № 3. - С. 31-34.

21 Парфенова, Н. И. Экологические принципы регулирования гидрогеохимического режима орошаемых земель / Н. И. Парфенова, Н. М. Решеткина; под ред. Б. Б. Шумакова. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1995. - 360 с.

22 Зонирование территории при организации и устройстве орошаемых агроландшафтов / Т. В. Папаскири, А. Ю. Сошников, А. В. Шуравилин, Б. Е. Бондарев // Агро XXI. - 2012. - № 4-6. - С. 24-27.

23 Кузнецова, И. В. Нормативы изменения физических свойств пахотных черноземов лесостепной зоны Европейской России в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования / И. В. Кузнецова, В. Ф. Уткаева, А. Г. Бондарев // Почвоведение. - 2014. - № 1. - С. 71-81.

24 Комплекс мероприятий, направленных на сохранение и восстановление почвенного плодородия при циклическом орошении сельскохозяйственных культур в Волгоградской области / В. Н. Щедрин [и др.]; под ред. В. Н. Щедрина. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2015. - 76 с.

25 Качинский, Н. А. Физика почвы / Н. А. Качинский. - М.: Высшая школа, 1965. - Ч. 1. - 323 с.

26 Зайдельман, Ф. Р. Мелиорация почв / Ф. Р. Зайдельман. - М.: Изд-во МГУ, 1996. - 384 с.

27 Магаева, Л. А. Мелиорируемая толща почв и пород Приобья: строение и особенности функционирования / Л. А. Магаева. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2000. - 111 с.

28 Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий / под ред. В. И. Кирюшина. - М.: Росинфорагротех, 2005. - 794 с.

29 Методы оценки и прогноза агроклиматических и почвенных показателей в агроландшафтах / В. М. Гончаров [и др.]. - Владимир: Рост, 2010. - 172 с.

30 Безруких, В. А. Агроприродный потенциал Приенисейской Сибири: оценка и хозяйственное использование / В. А. Безруких. - СПб., 2011. - 40 с.

31 Кленов, Б. М. К вопросу об экологической устойчивости в современном учении о почвенном гумусе / Б. М. Кленов // Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2012. - Т. 2. - № 3. - С. 148-152.

32 Рожков, В. А. Опыт разработки национальной системы оценки пригодности земель / В. А. Рожков // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. - 2014. - Вып. 76. - С. 33-51.

33 Критерии оценки компонентов агроландшафта, обеспечивающих экологическую устойчивость орошаемой территории / Л. Г. Романова, В. А. Шадских, В. Е. Кижаева, А. Г. Лапшова // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. -2015. - № 1(57). - С. 180-185.

34 Руководство по контролю и регулированию почвенного плодородия орошаемых земель / под ред. В. Н. Щедрина; МСХ РФ, ФГБНУ «РосНИИПМ». - Новочеркасск, 2015. - 141 с.

35 Эволюционные тренды в геохимии степных почв при их длительном земледельческом использовании / Ф. Н. Лисецкий, О. А. Маринина, В. И. Пичура, Ж. А. Буряк, Е. Я. Воробьева // Российская сельскохозяйственная наука. - 2016. - № 5. - С. 32-36.

Размещено на Allbest.ru