CC BY
83
УДК 543.3:631.6 (470-67)
СОЛЕОБРАЗУЮЩИЕ КОМПОНЕНТЫ В КОЛЛЕКТОРНО-ДРЕНАЖНЫХ ВОДАХ
РАВНИННОЙ ЗОНЫ ДАГЕСТАНА
© Ш.К. Салихов, Р.Р. Баширов, А.З. Магомедалиев, Ж.О. Шайхалова
Ключевые слова: соли; катионы; анионы; коллекторно-дренажные воды; Дагестан.
Исследованы коллекторно-дренажные воды равнинной зоны Дагестана. Определено количественное содержание в них основных солеобразующих ионов: катионов - №+, К+, Са2+, Мg2+ и анионов - НС03-, О- , SO42-, N0^. Отмечено повышение минерализации на конечных участках коллекторов в зоне сбрасывания в море за счет увеличения содержания катионов (№+, Ca2+, Mg2+) в среднем на 45,8 % и анионов (О- и SO42-) - на 34 % по сравнению с начальной точкой водосбора.
Водный фонд и водохозяйственный комплекс, представленный совокупностью водохозяйственных систем и сооружений, имеют важнейшее значение для устойчивого развития экономики России и решения экологических, экономических и социальных проблем, в связи с чем охране и рациональному использованию водных экосистем придается огромное значение [1].
Обмен веществ во всех компонентах биосферы (породы, почвы, растения, организмы) совершается в основном через жидкую фазу - почвенный раствор, грунтовые и поверхностные воды. При этом круговорот химических элементов между отдельными компонентами ландшафта происходит главным образом посредством воды, поскольку она связывает в единую систему организмы, почвы, породы, атмосферу и т. д. В этой связи при оценке экологической обстановки функционирования фауны и флоры, качественного состояния почвенного покрова значительное внимание уделяется изучению химического состава природных вод.
Природные воды имеют различный химсостав в зависимости от места отбора проб вод, т. е. состав вод геохимически обусловлен [2-7].
Исследован состав вод коллекторно-дренажной сети Дагестана на предмет содержания в них микроэлементов и тяжелых металлов [8-10], однако не освещен вопрос содержания в них солеобразующих компонентов.
В связи с современным климатическим потеплением и соответствующим повышением потребности в водоснабжении сельскохозяйственных угодий необходимо выявить уровень минеральных компонентов в коллекторно-дренажной сети Северо-Западного При-каспия, химический состав которой оказывает значительное влияние на состав вод Каспия, ихтиофауну, фитопланктон моря, флору и фауну побережья.
Целью настоящей работы является исследование особенностей распределения солеобразуюших компонентов (катионов - №+, К+, Са2+, Мg2+ и анионов -НС03-, С1-, SO42-, К03-) в водах коллекторов и сравнение их концентрации с ПДК.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследована территория равниной зоны Дагестана, где на базе орошения, широкой химизации, мелиорации и механизации возделываются основные сельскохозяйственные культуры (зерновые, овощные, вино-градно-плодовые, бахчевые и т. д.). Кроме того, здесь находится более 60 % природных кормовых угодий для осенне-зимнего содержания овец горных районов республики. Для рационального использования водных ресурсов в сельском хозяйстве (сенокосы, агроценозы, пастбища) на данной территории было создано несколько оросительных систем, построены крупные гидротехнические сооружения, оросительные и кол-лекторно-дренажные сети каналов.
В целях изучения динамики концентрации солеоб-разующих компонентов в воде вдоль трассы коллектора пробы воды отбирали у начала формирования коллектора (у начала водоразбора) и в конце коллектора, на расстоянии 3-5 км до взморья (водосброса), с последующим анализом в них - №+, К+, Са2+, Мg2+, НС03-, С1-, SO42-, Ы03- [11].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Почвенный покров равнинной провинции Дагестана формируется под влиянием природных и антропогенных факторов: сухого полупустынного климата, близкого расположения Каспийского моря, большого объема взвешенных твердых частиц, приносимых водами рек Терека и Сулака, уровня залегания и степени минерализации грунтовых вод, характера использования угодий в сельском хозяйстве, уровня химизации и мелиорации. Характерной особенностью почвенного покрова региона является низкое плодородие, неудовлетворительные водно-физические свойства, значительная засоленность земель, подверженность ветровой эрозии [12]. В природных кормовых угодьях Терско-Кумской полупустыни наблюдается усиление процесса пастбищной и ветровой эрозии, деградация почв и,
1724
наконец, резкое снижение биологической продуктивности пастбищ. В почвах под агроценозами Терско-Сулакской низменности в результате многолетней обработки земель тяжелыми сельхозорудиями, нарушения региональных севооборотов в хозяйствах, отсутствия достаточного количества навоза для обеспечения высокой потребности почв выявлено снижение почвенного плодородия, разрушение гумусного слоя и потери структуры почв.
В климатических условиях данного региона Дагестана возделывание сельскохозяйственных культур без орошения невозможно, и поэтому для рационального использования водных ресурсов для сельского хозяйства (сенокосы, агроценозы, пастбища) на территории Северо-Западного Прикаспия создано несколько оросительных систем, построены крупные гидротехнические сооружения, оросительные и коллекторно-дренажные сети каналов (рис. 1).
Среднее содержание суммы катионов (№+, К+, Са2+, Мg2+) в коллекторно-сбросных водах составляло 400 мг/л и находилось в пределах нормативных показателей (табл. 1). В составе катионов по сравнению с другими компонентами преобладают натрий и магний, что в среднем составляет 76 % от суммы катионов или в 2 раза превышает ПДК. Следовательно, в исследуе-
мых нами коллекторных водах можно ожидать преобладание натрия и магния в катионном составе солеоб-разующих компонентов.
А.И. Перельман [13] указывает, что в ландшафтах, бедных живым веществом, где мало разлагаются растительные остатки, в формировании ионного состава поверхностных и грунтовых вод ведущую роль играет растворение солей почв. В результате образуются различные соли - гидрокарбонатные кальциевые, хлорид-ные, сульфатные. В этом случае среди катионов часто преобладают не Са2+, а №+. Очевидно, этим обстоятельством объясняется высокое содержание катиона Ыа+ в коллекторных водах полупустынных ландшафтов западного Прикаспия Дагестана.
Было обнаружено низкое содержание кальция и, особенно, калия в воде.
По нормативным показателям ПДК [14] в природной воде допускается концентрация калия до 50 мг/л. В водах же наиболее крупных исследованных нами коллекторов оросительной системы найдено в среднем всего лишь 5,0 мг/л калия (колебание 1,7-7,7 мг/л). Это в 10 раз ниже по сравнению с ПДК.
Основным источником катионов и анионов для поверхностных и грунтовых вод материков чаще всего являются не горные породы, а почвы.
Рис. 1. Созданная система орошения на территории Северо-Западного Прикаспия
1725
Таблица 1
Содержание солеобразующих компонентов в коллекторно-дренажных водах равнинной зоны Дагестана, мг/л
Компоненты
Место отбора
начало водозабора | конец водосброса
Колебание
Среднее содержание
ПДК [14]
Катионы
Натрий (№+-' 199 226 12-502 223 120
Калий (К+) 4,7 4,3 1,7-7,7 5 50
Кальций (Са2+) 70 113 34-170 92 180
Магний (М§2+) 61 99 12-177 80 40
Сумма катионов 334,7 442,3 400 390
Анионы
Гидрокарбонаты (НС03-) 229 221 45-365 225 250
Хлориды (С1-) 184 265 28-359 219 350
Сульфаты ^042-) 479 593 45-1070 526 500
Нитраты (К03-) 8,0 7,0 3,1-19 8,0 40
Сумма анионов 900 1086 978 1145
Катионы - натрий и калий - в химическом отношении имеют много общих свойств: они одновалентны, их хлориды и другие соли легкорастворимы, гидраты окислов представляют собой сильные щелочи.
А.И. Перельман [13] отмечает, что в геохимическом отношении они резко отличаются между собой: в природе они присутствуют в различных количествах, концентрации элементов в водах также различны, что обусловлено их кларком. Натрий и калий в определенных условиях господствуют в водах (особенно натрий -главный металл океана, озер). При испарении вод выпадают целые пласты солей, например, озеро Баскунчак с поваренной солью, мощные толщи калийной соли в Приуралье (г. Соликамск).
Калий является одним из ведущих биогенных элементов, играющих важную роль в питании растений. Поэтому, изучая гидрохимический состав поверхностных и грунтовых вод, катион калия представляет интерес не только с точки зрения как солеобразующий компонент в среде, но и как элемент питания для растений в составе знаменитой агрохимической тройки: азот-фосфор-калий (№К). В этой связи целесообразно одновременно рассмотреть уровень содержания калия в почвах зоны орошаемого земледелия республики, где разветвлена широкая сеть оросительной и коллекторной систем.
По результатам исследований [15] в основных типах почв дельты Терека и Сулака в среднем содержится калия до 60-80 мг/100 г почвы. Это означает, что в почвах содержится значительный запас обменного калия, и агроценозы, возделываемые здесь, надолго обеспечены этим элементом. Низкая концентрация катиона калия в коллекторно-сбросных водах, по-видимому, объясняется выносом поливных вод в дренажную систему значительной части воднораствори-мого калия из верхней толщи почвы, которая находится под постоянным напором ирригационных вод. Это подтверждается более высоким уровнем содержания катиона калия в стоячих почвенно-грунтовых водах не орошаемых почв природных кормовых угодий.
Среднее содержание суммы анионов (НС03-, С1-, SO42-, К03-) в коллекторно-сбросных водах составляет 978 мг/л, т. е. на 15 % ниже предельно допустимых показателей [14], принятых для поверхностных вод,
используемых преимущественно в агропромышленном комплексе.
Среди анионов преобладают сульфаты ^042-), на долю которых приходится около 54 % от суммы анионов в коллекторной воде. Обнаружено почти одинаковое количество анионов - НС03- (225 мг/л) и С1-(219 мг/л) в воде, причем сумма их значительно ниже содержания аниона одного сульфата. При этом среди анионов лишь сульфатный анион превышает ПДК (на 5,2 %), и даже суммарное содержание остальных анионов (НС03-, С1-, Ы03-) ниже.
Этот факт свидетельствует о преобладании сульфатного вида засоления почвенного покрова данного региона.
Хлор, как и сера, активный водный мигрант. Вместе с тем известно, что соединения серы (сульфаты) обладают меньшей подвижностью по сравнению с соединениями хлора, следовательно, меньше вымываются из верхних горизонтов почв. Возможно, поэтому в исследованных водах коллекторов величины сульфат-ионов в 2-2,5 раза преобладают над хлорид-ионами.
Надо отметить, что оросительные воды и почвы при взаимодействии друг с другом всегда оказывают взаимное влияние на химический состав. При этом оросительная вода как жидкая среда более существенно изменяется в своем химическом составе.
В этой связи научный и практический интерес представляет исследование процесса рассоления почвенного покрова вдоль дренажной коллекторной системы. Магистральные и отводящие оросительные каналы и дренажно-коллекторная сеть проложены в районе наиболее активного орошаемого земледелия, территория которого засолена в различной степени.
Исследование процесса трансформации анионов вдоль трассы коллекторов показало, что по мере удаления от начала водозабора к зоне сбрасывания коллекторных вод в мере постепенно повышается содержание в водах анионов хлора (на 44 %) и сульфата (на 24 %). Минерализация дренажных вод и уровень концентрации солеобразующих компонентов в водах возрастает с запада на восток, особенно в зоне орошаемого земледелия, достигая максимума в области активного взаимодействия суши и моря.
1726
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При нормальной работе дренажно-коллекторной системы ежегодно поступающие с оросительными водами соли выносятся в море, приводя к устойчивому рассолению грунтовых вод и почвогрунтовой толщи обширной территории агроландшафтов.
Итак, в условиях орошения в формировании химического (ионного) состава дренажных вод ведущую роль играют оросительные воды.
В условиях же сухих степей и пустынь в формировании ионного состава вод, по-видимому, основную роль играют атмосферные воды, химический состав почв, процессы испарения и другие физико-химические процессы антропогенного и природного происхождения.
Следует отметить, что в пробах коллекторно-сбросных вод, отобранных на различных расстояниях от водозабора до взморья, произошли определенные изменения в гидрохимическом составе и степени минерализации вод в коллекторах. На конечных участках коллекторов в зоне сбрасывания в море отмечается повышение минерализации за счет увеличения содержания катионов (Ыа+, Ca2+, Mg2+) в среднем на 45,8 % и анионов (И" и SO42-") - на 34 % по сравнению с начальной точкой водосбора.
Это обусловлено постепенной концентрацией химических веществ в водах коллекторов путем выщелачивания водорастворимых солеобразующих компонентов из почвогрунтов, а также с удобренных и обработанных ядохимикатами полей агроценозов.
На территории интенсивно орошаемых агроланд-шафтов дренажно-коллекторные воды более опреснены и характеризуются преимущественно сульфатным на-триево-кальциевым гидрохимическим составом.
Во-первых, это связано с тем, что под пашню в первую очередь обычно осваивают незасоленные или слабозасоленные луговые или лугово-каштановые почвы, имеющие значительное распространение в Терско-Сулакской дельтовой равнине. Во-вторых, в результате постоянного орошения пахотные почвы промыты от легкорастворимых солей.
В данном случае при наличии дренажно-сбросной сети поверхностные воды, преимущественно оросительные воды, оказывают опресняющее действие на почвогрунтовую толщу, затем и на грунтовую воду.
Выявлено относительно большее содержание легкорастворимых солей в почвах в низовьях, где происходит геохимическая аккумуляция водно-растворимых веществ.
Отличительной особенностью грунтовых вод коллекторов в районе взморья является относительное постоянство гидрохимического состава по сравнению с водами коллекторов агроландшафтов.
Это обусловлено тем, что на динамику концентрации химических элементов ведущее влияние оказывает орошаемое земледелие.
ЛИТЕРАТУРА
1. Водная стратегия агропромышленного комплекса России на период до 2020 года. М.: Изд-во ВНИИА, 2009. 72 с.
2. Абдуев М.А. Химический состав речных вод Азербайджана // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2010. № 8. С. 410-413.
3. Бочаров В.Л., Посредников А.С. Гидрохимия активных солей азота в реках Курской области // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Геология. 2010. № 2. С. 258-271.
4. Гусева Н.В., Копылова Ю.Г. Химический состав природных вод междуречья pp. Юньяхи и Ензорьяхи (восточный склон полярного Урала) // Вестник Томского государственного университета. 2009. № 327. С. 224-228.
5. Панина М.И. Химический состав подземных вод Бескарагайского района Восточно-Казахстанской области // Ползуновский вестник. 2008. № 4. С. 145-148.
6. Форина Ю.А., Шестеркин В.П. Особенности химического состава речных вод восточного макросклона Северного Сихотэ-Алиня // География и природные ресурсы. 2010. № 3. С. 81-87
7. Kulakov V.V., Kondratyeva L.M., Golubeva Y.M. Geological and biogeochemical prerequisites for high Fe and Mn contents in the Amur River water // Russian Journal of Pacific Geology. 2010. Т. 4. № 6. С. 510-519.
8. Баширов Р.Р., Салихов Ш.К., Яхияев М.А., Магомедалиев А.З. Концентрация гумуса и некоторых тяжелых металлов в донных отложениях коллекторов Северо-Западного Прикаспия // Вестник Дагестанского научного центра РАН. 2012. № 45. С. 38-43.
9. Салихов Ш.К., Баширов Р.Р. Микроэлементы в водах и грунтовых отложениях коллекторно-дренажной системы равнинной провинции Дагестана // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2013. Т. 18. Вып. 4. С. 1368-1372.
10. Салихов Ш.К., Баширов Р.Р., Магомедалиев А.З., Гимбатова К.Б., Шайхалова Ж.О. Микроэлементы и тяжелые металлы в воде и донных отложениях коллекторно-дренажной сети Дагестана // Научный журнал КубГАУ. 2014. № 01 (095). С. 875-885.
11. Аналитическая химия. Химические методы анализа / под ред. О.А. Петрухина. М.: Химия, 1992. 400 с.
12. Салманов А.Б., Керимханов С.У. Основные принципы построения систематики и классификации почв Дагестана // Классификация и диагностика почв Дагестана. Махачкала: Дагфил АН СССР, 1982. С. 6-19.
13. Перелъман А.И. Геохимия природных вод. М.: Наука, 1982. 154 с.
14. Гусева Т.В., Молчанова Я.П., Заика Е.А., Виниченко В.Н., Авероч-кин Е.М. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справочные материалы. М.: Эколайн, 2000. 78 с.
15. Магомедалиев З.Г. Калий в почвах Дагестана. Махачкала, 2009. 140 с.
Поступила в редакцию 15 июля 2014 г.
Salikhov S.K., Bashirov R.R., Magomedaliyev A.Z., Shayk-halova Z.O. SALT-FORMING COMPONENTS IN DRAINAGE WATERS OF PLAIN ZONE OF DAGESTAN
The article investigates drainage water plain zone of Dagestan. It was determined by the quantitative the content of the basic salt-forming of ions: of cations - Na+, K +, Ca2 +, Mg2+ and anions - HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-. There was an increase mineralization at terminal hauls collectors in a zone the drop in the sea by increasing the content of cations (Na+, Ca2+, Mg2+) averaged 45.8 %, and anion (Cl- and SO42-) - 34 % compared with initial point of a catchment.
Key words: salt; cations; anions; drainage water; Dagestan.
Салихов Шамиль Курамагомедович, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г. Махачкала, Республика Дагестан, Российская Федерация, научный сотрудник, e-mail: sali-chov72@mail.ru
Salikhov Shamil Kuramagomedovich, Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Scientific Center RAS, Makhachkala, Republic of Dagestan, Russian Federation, Scientific Worker, e-mail: salichov72@mail.ru
1727
Баширов Рашид Радифович, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г. Махачкала, Республика Дагестан, Российская Федерация, старший лаборант, e-mail: pakduik100@mail.ru
Bashirov Rashis Radifovich, Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Scientific Center RAS, Makhachkala, Republic of Dagestan, Russian Federation, Senior Laboratory Worker, e-mail: pakduik100@mail.ru
Магомедалиев Али Заирбекович, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г. Махачкала, Республика Дагестан, Российская Федерация, инженер-исследователь, e-mail: salichov72@ mail.ru
Magomedaliyev Ali Zairbekovich, Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Scientific Center RAS, Makhachkala, Republic of Dagestan, Russian Federation, Engineer-researcher, e-mail: salichov72@mail.ru
Шайхалова Жамилат Омаровна, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г. Махачкала, Республика Дагестан, Российская Федерация, старший лаборант, e-mail: dgkich@mail.ru
Shaykhalova Zhamilat Omarovna, Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Scientific Center RAS, Makhachkala, Republic of Dagestan, Russian Federation, Senior Laboratory Worker, e-mail: dgkich@mail.ru
1728
