CC BY
88
Проблемы качества воды и пригодности
ее в использовании
Т. В. Овчинникова, Т. В. Ашихмина
К разработке критериев оценки качества вод и пригодности их использования для питьевого вооснабжения и в промышленном производстве приступили лишь в 60-е годы XIX столетия. Особое внимание этому уделяли русские гигиенисты - А. П. Доброславин, Ф. Ф. Эрисман, Г. В. Хлопин и, Г. Драгендорф [2]. Благодаря их работам сложилось представление о том, что основная задача санитарно-химического исследования вод заключается в разграничении постоянно и временно присутствующих в воде веществ, а также в разработке местных норм качества воды. В этот период гидрохимические исследования велись по следующим направлениям: санитарно-химическая оценка пригодность вод питьевого назначения и определение степени их загрязненности (исследование рек и грунтовых вод); оценка пригодности вод в бытовом отношении, а также для целей промышленности и транспорта — в качестве основных критериев оценки выступали величины минерализации и жесткости. Гидрохимические исследования поверхностных вод суши при этом стали рассматривать как самостоятельное научное направление, Гидрохимической лабораторией (ныне Гидрохимический институт) был издан журнал «Гидрохимические материалы». Исследования рек проходили по направлениям: изучение химического состава рек как источников бытового водоснабжения; оценка качества вод в плане их использования в орошении и в гидротехническом строительстве. Кроме указанных прикладных гидрохимических исследований, с созданием сети государственных научных институтов начинают проводиться исследования, в частности, с целью выявления изменчивости гидрохимических параметров во времени и антропогенного воздействия на изменение состава речных вод. Этим вопросом впоследствии занимался целый ряд исследователей - О. А. Алекин, Л. В. Бражников, Н. Я. Авдеев, В. И. Рогожкин и др.
Позднее определённое внимание стало уделяться качеству вод, используемых для орошения земель, при оценке которого следует учитывать агрономические, технические и экологические критерии [1, 3, 5]. При этом агрономические критерии определяют качество воды для орошения по ее воздействию на урожайность сельскохозяйственных культур и качество сельскохозяйственной продукции; а также на почвы, с целью сохранения их плодородия и предотвращения процессов засоления, осолонцевания, содообразования и нарушения биологического режима. Технические критерии определяют качество воды для орошения по воздействию на сохранность и эффективность эксплуатации гидромелиоративных систем. Качество воды для орошения с учетом обеспечения безопасной санитарно-
гигиенической обстановки на данной территории, а также охраны окружающей среды, определяют экологические критерии [3].
В настоящее время показатели качества воды для орошения подразделяют на две группы. Показатели первой из них характеризуют свойства воды для орошения и содержание веществ, необходимых в определенных количествах. Это температура, С°, рН, катионы (мг/дм3): Ка+, К+, Са2+, КНД Mg2+ и анионы (мг/дм3): С1-, SO42-, СО32-, НСОз-, Ш3-, Ш2-, РО43-; а также микрокомпоненты (мг/дм ): марганец (Мп), железо общее ^е), медь (Си), бор (В), фтор кобальт (Со), цинк (7п) и молибден (Мо) (табл. 1) [3, 5].
Микроэлементы контролируют содержание хлорофилла в листьях, участвуют в процессах дыхания и азотного обмена. Обеспечение растений необходимым количеством микроэлементов повышает урожайность культур на 20 % при росте качественных показателей продукции: белка до 0,33,1 %; сырого протеина на 0,3-2,6; клейковины — 1,8-5,4 % [2, 4].
Таблица 1
Показатели качества оросительной воды [1, 3]
№ Основные показатели ДВ № Основные показатели ДВ
1 Железо общее, Fe 0.3 17 Бериллий, Ве 0.0002
2 Цинк, 7п 1.0 18 Свинец, РЬ 0.03
3 Медь, Си 1.0 19 Кадмий. Сd 0.001
4 Бор, В 0.5 20 Селен, Se 0.001
5 Фтор, F 1.5 21 Ртуть, ^ 0.0005
6 Марганец, Мп 0.2 22 Вольфрам, Wo 0.05
7 Кобальт, Со 0.1 23 Сурьма, Sb 0.05
8 Молибден, Мо 0.25 24 Титан, Т 0.1
9 Алюминий, А1 0.5 25 Барий, Ва 0.1
10 Стронций, Sr 7.0 26 Бром, Вг 0.2
11 Литий, Li 0.03 27 Олово. Sn 0.2
12 Ванадий, V 0.1 28 Висмут, Wi 0.1
13 Хром. Сг^ 0.5 29 Нитраты, N0 45.0
14 Хром, Сгъ 0.05 30 Нитриты, N0 3.8
15 Никель, № 0.1 31 Коли-индекс, количество бактерий в 1 л 1000
16 Мышьяк, As 0.05 32 Эпидемиологически опасные возбудители гифа, паратифа, сальмионелы, яйца гельминтов Полное отсутствие
Примечания: ДВ - допустимая величина.
Содержание микроэлементов в экологически благоприятных водоисточниках, как правило, колеблется в пределах 0,00Ш-0.0Ш мг/л [2].
При этом задача обеспечения растений микроэлементами заключается в дополнительном обогащении ими оросительной воды сверх их фонового содержания.
Показатели второй группы отражают свойства воды для орошения и содержание веществ, оказывающих при определенных условиях отрица-
3 3
тельное воздействие. Это взвешенные вещества (мг/дм ), БПК5 (мгО2/дм ),
3 3 3
фенолы (мг/дм ), производные нефти (мг/дм ), свинец (мкг/дм ), ртуть
3 3 3 3
(мкг/дм ), кадмий (мкг/дм ), селен (мкг/дм ), мышьяк (мкг/дм ), хром об-
3 3 3 3
щий (мкг/дм ), алюминий (мг/дм ), литий (мг/дм ), никель (мг/дм ), стронций (мг/дм ), радиоактивные вещества и пестициды [3].
Допустимая минерализация оросительных вод определяется различными методами [1,5]. Так, в формуле Израэльсена она прямо пропорциональна содержанию солей в почве, плотности почвы, мощности увлажняемого слоя и обратно пропорциональная мощности слоя этой воды:
с=^
Ы
Однако качество поливной воды зависит не только от общего количества растворенных веществ, но и от соотношения основных химических компонентов. Наиболее вредными для растений считаются соли натрия: Ка2С03, №С1, №НС03, NaSO4, а соединения кальция (кроме Са^2) — безвредны. Поэтому, при оценке вод для орошения необходимо определять соотношение
Са + Ыg
N '
предложенное Антиповым-Каратаевым.
Требованиями к качеству воды для орошения земель в Курской области должна в первую очередь учитываться необходимость сохранения естественного плодородия черноземов. При этом нельзя допускать развитие процессов осолонцевания, содообразования и засоления. Основными показателями степени опасности развития процессов засоления, осолонцевания и содообразования при орошении земель являются: концентрация хлора, соотношения
Са2+
и
Иа + Ыg 2+ + Са 2+
а также разность
(С032~ + ИСО~) - (Са 2+ + Ыg 2+).
Как установлено, натрий и магний разрушают структуру и ухудшают водно-физические свойства почв, а карбонат и бикарбонат натрия и магния обладают высокой токсичностью. Повышение содержания натрия и магния
в оросительной воде приводит к их накоплению в почвенно-поглощающем комплексе и десорбции кальция в почве.
По минерализации, рН воды и соотношению основных ионов, а также с учетом механического состава почв на орошаемом участке, все воды, которые можно использовать для орошения черноземных почв могут быть разделены на четыре класса (табл. 2).
Воды весеннего стока, которые в основном используются для полива земель в Курской области, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав. Их минерализация составляет 150-300 мг/л, рН - 7,0-7,4, содержание натрия -от 0,5 до 16 мг/л [5]. Грунтовые воды, используемые при орошении земель, здесь также являются гидрокарбонатно-кальциевыми.
Таблица 2
Требования к качеству оросительной воды в Курской области [1, 5]
Класс воды Минер при ра Ш! ализация воды 1зной величине К почвы, г/л Степень опасности негативных процессов
30-60 15-30 <15 Хлоридного засоления, СГ Натриевого осолон-цевания, Са2+ т+ Магниевого осолонцева-ния, Mg 2+ Mg2+ + Са2+ Содообразования (С02+ НСО.3-)- -(Са2++ Mg2+)
I < 0.5 < 0.5 < 0.5 < 2.0 < 2.0 < 0.5 < 1.0
II 0.5-0.8 0.5-1.0 0.5-1.0 2.0-4.0 2.0-1.0 0.5-0.6 1.0-1.25
III 0.8-1.2 1.0-1.5 1.0-2.0 4.0-10.0 1.0-0.5 0.6-0.7 1.25-2.5
IV > 1.2 > 1.5 > 2.0 > 10.0 < 0.5 > 0.7 > 2.5
Воды I класса при этом могут использоваться для полива без применения химических мелиорантов на всех видах черноземов. Орошение водой 11-1У классов приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и требует определенных мелиоративных мероприятий.
Как установлено, в Курской области поверхностные и подземные воды в большинстве случаев по своему качеству относятся к I и, в меньшей степени, II классу оросительной воды, что свидетельствует о пригодности использования их для орошения [5]. Орошение производится на черноземных почвах с тяжелым механическим составом и ППК 30-60 мг-экв/100 г почвы; со средним механическим составом и ППК 1530 мг-экв/100 г почвы; с легким механическим составом и ППК меньше 15 мг-эка/100 г почвы.
При оценке влияния качества оросительной воды на урожайность сельскохозяйственных культур необходимо учитывать степень солеустой-чивости этих культур. При этом можно использовать математические методы прогноза урожайности и изменения водно-солевого режима почв под влиянием качества оросительной воды (табл. 3).
Таблица 3
Солеустойчивость сельскохозяйственных культур [5]
Сильная Средняя Слабая
Свекла сахарная Люцерна Груша
Свекла кормовая Лен Персик
Репа Томаты Слива
Капуста кормовая Сарго (зерно) Яблоня
Дикая рожь канадская Рожь (зерно) Виноград
Пырей Овес Чернослив
Донник белый Клевер Черная
и желтый желтый смородина
Рейграс многолетний Малина
Овсяница Клубника
Суданская трава Горох
Рожь калифорнийская Сельдерей
Соевые бобы Капуста
Горчица Сладкая кукуруза
Просо Клевер белый
Подсолнечник Клевер шведский
Ячмень Клевер красный
Кукуруза Фасоль
Рис
Пшеница
При недостаточно хорошем качестве этих вод используются методы улучшения их химического состава, то есть разбавление, опреснение, а также химическая мелиорация. Для оценки пригодности оросительной воды следует также использовать математические методы прогноза изменения водно-солевого режима почв при поливе.
При недостаточно хорошем качестве этих вод используются методы улучшения их химического состава, то есть разбавление, опреснение, а также химическую мелиорацию.
Выводы
1. Нормирование показателей качества оросительной воды следует осуществлять в соответствии с агрономическими, техническими и экологическими критериями, с учетом: особенностей климата региона, состава, свойств и емкости поглощения почв, дренированности территории, химического состава воды, используемой для орошения земель, солеустойчиво-сти сельскохозяйственных культур и технологии орошения.
2. Требованиями к качеству воды для орошения должна учитываться необходимость сохранения естественного плодородия черноземов. При этом нельзя допускать развитие процессов осолонцевания, содообразова-
ния и засоления. При этом для большинства сельскохозяйственных культур допустимая минерализация воды не должна превышать 1г/л.
3. Воды весеннего стока, которые в основном используются для полива земель в Курской области, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав. Они относятся к I классу оросительной воды; их минерализация составляет 150 -300 мг/л, рН - 7,0-7,4, содержанием натрия - от 0,5 до 16 мг/л. По остальным показателям превышение допустимых величин не отмечается, что свидетельствует о пригодности большинства этих вод для орошения земель.
4. Соблюдение всех требований, предъявляемых к качеству вод при орошении земель в Курской области, позволит сохранить плодородие почв и получить урожаи сельскохозяйственных культур в 3-4 раза выше, чем на богарных землях.
Библиографический список
1. Безднина С. Я. Качество воды для орошения, принципы и методы оценки. М.: «Рома», 1997. — 186 с.
2. Воронин Н. Г. Орошаемое земледелие. М.: Агропромиздат,1989. - 336 с.
3. ГОСТ 17.1.2.03-90 Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения.
4. Маслов Б. С. Мелиорация в системе земледелия //Мелиорация и водное хозяйство, 1992. — № 3.
5. Смольянинов В. М., Стародубцев П. П. Комплексная мелиорация и орошение земель в Центрально-Черноземном регионе: состояние, условия развития. - Воронеж: Истоки, 2011. — 179 с.
