Мелиорация. 
Основы природопользования и природообустройства

Мелиорация представляет собой совокупность разнообразных технических, хозяйственных и организационных мер, направленных на улучшение свойств земельных и водных ресурсов путем оптимизации почвенных, гидрологических и агроклиматических условий на объекте мелиорации. Целью мелиорации является устойчивое повышение урожайности сельскохозяйственных культур, а также увеличение прироста древесины в лесных насаждениях, в результате чего повышается общий уровень эффективности использования земель.

Выделяют четыре основных вида мелиорации (рис. 6.1), наиболее распространенный из которых — гидротехническая мелиорация. Гидротехническая мелиорация представляет собой систему мероприятий, направленных на кардинальное улучшение водного режима территории: осушение, орошение, мероприятия по предотвращению эрозии почв и оползней, противопаводковые мероприятия, противоселевые мероприятия.

Осушительные мелиорации проводятся на тех территориях, где наблюдается избыточное увлажнение. Такими территориями могут быть переувлажненные сельскохозяйственные угодья, заболоченные территории, лесные земли, земли иных категорий с устойчивым избыточным увлажнением. В некоторых случаях воду и осушительную систему можно использовать не только для удаления избыточной влаги, но и для орошения этих же земельных участков в засушливый период. В таких случаях систему называют системой двухстороннего действия или осушительно-увлажнительной.

Рис. 6.1. Виды мелиорации.

Для осуществления осушительной мелиорации строят инженерную осушительную систему, основным элементом которой служит регулирующая сеть. Регулирующая сеть может быть представлена как открытыми осушительными каналами, так и дренажными перфорированными трубами (дренами), закопанными в землю на заранее определенную расчетами глубину. В зависимости от этого осушительные системы делятся на системы открытого (с регулирующими каналами) и закрытого (с дренажными трубами) типа. Открытая осушительная сеть, как правило, используется для осушения лесных участков, болот и сенокосов, так как на землях, используемых в сельскохозяйственном производстве, осушительные каналы препятствуют проезду сельскохозяйственной техники.

Важнейшей характеристикой любой осушительной системы является так называемая норма осушения — величина снижения уровня грунтовых вод, при которой обеспечиваются наилучшие условия выращивания (рис. 6.2). Норма осушения определяется тем, какие именно сельскохозяйственные культуры или древесные породы предполагается культивировать на осушаемых землях. Важно не допустить подтопления корневых систем, что может вызвать гибель последних из-за недостаточной аэрации, а следовательно, и всех наземных частей растения. Соблюдение нормы осушения зависит от таких параметров, как расстояние между осушителями, глубина осушителей, тип грунта. Указанные параметры определяют расположение в грунте так называемой кривой депрессии, которая показывает положение уровня грунтовых вод в зависимости от расстояния до осушителя (см. рис. 6.2). Как видно из рис. 6.2, уровень грунтовых вод понижается по мере приближения к осушительному каналу. В нормальном состоянии уровень воды в осушительном канале должен быть минимален. Изменяя глубину осушительных каналов или глубину заложения дрен, а также расстояние между ними, можно эффективно влиять на величину нормы осушения.

Рис. 6.2. Основные параметры осушительной сети.

Осушительные каналы, как правило, располагают параллельно друг другу на расстояниях, при которых будет достигнута необходимая норма осушения. При расположении осушителей важно учитывать направление уклона территории. Для более эффективного перехвата грунтовых вод осушители или дрены располагают под острым углом к направлению уклона местности, что позволяет более эффективно перехватывать поверхностный и внутрипочвенный сток. Вода, собранная осушителями, сначала попадает в собиратели, а из них по каналам проводящей сети в водоприемник.

Для предотвращения поступления вод с прилегающих территорий осушаемый объект ограничивают со стороны расположенных выше земель оградительными каналами.

В большинстве случаев вода из осушительной системы попадает в водоприемник самотеком, но если осушаемая территория расположена ниже уровня водоприемника, то для удаления собранной осушительной системой воды используют насосные системы.

Второй разновидностью гидротехнической мелиорации земель, как указывалось, является орошение. Цель орошения — устранить дефицит влаги в корнеобитаемом слое почвы. Одновременно с улучшением режима питания растений водой и растворенными минеральными элементами орошение способствует снижению температуры корнеобитаемого слоя почвы до оптимального уровня, а также препятствует возникновению в почве опасных концентраций солей. Важные характеристики орошения — поливная и оросительная норма. Оросительной нормой называют суммарный объем воды, расходуемый на полив единицы площади за весь вегетационный период. Поливная норма представляет собой количество воды, расходуемое в течение одного полива. При расчете поливной и оросительной норм необходимо учитывать впитывающую способность почв, что обеспечит полное впитывание всей поступившей во время полива воды и не приведет к поверхностному стоку с орошаемой территории. Поверхностный сток опасен возможностью развития так называемой ирригационной эрозии, приводящей к разрушению верхнего плодородного слоя почвы и в конечном итоге к возникновению оврагов. Избыточный полив может привести и к так называемому вторичному засолению почв. Этот процесс возникает в том случае, когда поливные воды смыкаются с грунтовыми. При этом в почве образуется непрерывный капиллярный столб жидкости, по которому минерализованные грунтовые воды начинают подниматься к поверхности почвы и испаряться. Соли, содержащиеся в воде, остаются при этом в почве, приводя к повышению солености и утрате почвенного плодородия. Поливы следует производить в часы, когда отсутствуют прямые солнечные лучи. Это позволяет воде более равномерно впитываться в почву и снизить потери на испарение. Кроме того, при поливе в жаркое время дня растения могут получить температурный шок, вызванный резким перепадом температур фотосинтезирующего аппарата в процессе полива. В связи с этим у систем внутрипочвенного полива и капельных систем есть определенные преимущества, так как они в меньшей степени привязаны ко времени суток.

Агролесомелиорация представляет собой улучшение почвенногидрологических условий территории путем проведения лесохозяйственных мероприятий. Примерами агролесомелиорации могут быть лесные защитные полосы, закрепление оврагов путем облесения из склонов и другие подобные мероприятия. Эффект закрепления склонов связан с развитием корневых систем деревьев. Именно корневые системы деревьев скрепляют верхний, наиболее уязвимый слой почвы, предотвращая развитие эрозионных процессов. При агролесомелиорации используют те древесные породы, которые по своим биологическим особенностям в наибольшей степени подходят для произрастания на мелиорируемой территории. Агролесомелиорация в определенной степени может использоваться для осушения избыточно увлажненных территорий, так как лесные насаждения способствуют удалению из почвы значительных количеств воды путем испарения через ассимиляционный аппарат деревьев. Кроме того, агролесомелиорация способствует установлению особого микроклимата вблизи защитных лесонасаждений. Снижаются суточные колебания температур, улучшаются условия влагообеспеченности. Защитные лесные насаждения являются также местами гнездования птиц, которые эффективно снижают численность вредителей сельского хозяйства. Особенно ярко проявилась роль агролесомелиорации при освоении целинных земель. Остановить ветровую почвенную эрозию тогда удалось, лишь применив новые способы обработки почвы в совокупности с посадкой лесных полезащитных полос, которые существенно снижали скорости ветра в приземном слое и, как следствие, интенсивность ветровой эрозии.

Химическая мелиорация представляет собой систему мер химического воздействия на почву с целью повышения ее плодородия, в частности путем известкования, гипсования и кислования. В результате химической мелиорации из почвы удаляются вещества и химические элементы, которые тормозят рост и развитие растений.

Известкование почв применяют для снижения уровня кислотности, сводится к внесению в почву извести — карбоната кальция. При этом ионы водорода и ионы алюминия в почве заменяются ионами кальция, что приводит к увеличению значения pH до значений, близких к 7, т. е. к приближению кислотности к нейтральному уровню. Проблема кислых почв в том, что при pH 5,5 не требуется. Известкование проводится не каждый год, а один раз в 5—6 лет.

Гипсование почв сводится к внесению гидрат сульфата кальция (CaS0₄-2H₂0). Гипсование проводится в том случае, когда уровень pH больше 7, т. е. когда почва проявляет щелочную реакцию. Такая ситуация складывается на засоленных почвах, которые из-за избытка ионов натрия становятся практически непригодны для выращивания большинства сельскохозяйственных культур. При внесении гипса содержание так называемого обменного натрия в почве существенно снижается, что делает почву более пригодной для возделывания сельскохозяйственных культур. Гипс на засоленных почвах вносят, как правило, в начале или в конце вегетационного периода.

Кислование почв проводится путем внесения в почву разбавленных минеральных кислот, таких как серная и соляная. Для кислования часто применяют отработанные электролиты, содержащие минеральные кислоты и прочие кислые отходы химической промышленности. Кислование необходимо в первую очередь для восстановления засоленных почв, например содержащих избыток соды и поэтому проявляющих щелочную реакцию среды с уровнем кислотности, достигающим pH = 11. Широкое применение в качестве кислователя нашел такой отход производства серной кислоты, как фосфогипс (уровень pH = 2,5—3).

Культуртехническая мелиорация подразумевает улучшение условий для возделывания земель. Этот вид мелиорации сводится к следующим основным мероприятиям: уборка камней, освобождение земель от зарослей древесно-кустарниковой растительности, срезание мелких неровностей, планировка территории и первичная обработка почвы, глубокое рыхление почвы, разравнивание валов, засыпка ям. При планировке территории учитывают характер будущего ее использования. Если предполагается создание системы орошения, то для обеспечения движения грунтовых вод и равномерности распределения влаги по орошаемой территории предусматривают небольшой общий уклон участка. Планировка территории, в свою очередь, подразделяется на капитальную и эксплуатационную. Капитальная планировка проводится при первичном хозяйственном освоении территории и сопровождается существенными земляными работами со срезкой и перемещением на отдельных участках всего плодородного слоя и части материнской породы, что ведет на таких участках к практически полной утрате плодородия. Утраченный плодородный слой, впрочем, со временем восстанавливается в ходе естественных процессов и благодаря мелиоративным и агротехническим мероприятиям. Эксплуатационная планировка сводится к устранению мелких нарушений, возникающих в процессе эксплуатации земельного участка. Примерами таких нарушений могут быть появляющиеся камни, ежегодно выдавливаемые из земли вследствие ее замерзания в зимний период, неровности, связанные с проездом сельскохозяйственной техники и прочих транспортных средств и т. д.

Помимо мелиорации земель существует и мелиорация водных объектов. К таким видам мелиорации, в частности, относится рыбохозяйственная мелиорация водных объектов. Порядок ее проведения изложен в Приказе Минсельхоза России «Об утверждении Порядка проведения рыбохозяйственной мелиорации водных объектов», а необходимость проведения такой мелиорации закреплена в ст. 44 Федерального закона «О рыболовстве и сохранении водных биологических ресурсов». Рыбохозяйственная мелиорация — совокупность мероприятий по созданию в водном объекте условий, оптимальных для рационального использования и сохранения водных биоресурсов, а также аквакультурного производства.

Работы по проведению рыбохозяйственной мелиорации осуществляются как государственными организациями, так и частными и физическими лицами. Тем не менее в любом случае перечень и общий план проведения этих мероприятий должны быть утверждены в Росрыболовстве. Планирование рыбохозяйственной мелиорации должно проводиться с привлечением квалифицированных в данной области специалистов.

Рыбохозяйственная мелиорация может проводиться по четырем основным направлениям (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Основные направления рыбохозяйственной мелиорации.

Углубление дна позволяет увеличить запас воды в водоеме, что особенно важно в зимний период. Когда водоемы покрыты льдом, ухудшается снабжение воды атмосферным кислородом, в результате чего рыба и другие аэробные организмы водоема начинают испытывать нехватку кислорода. В результате в таких водоемах к концу зимнего периода концентрация кислорода может упасть ниже уровня 4 мг/л, что может привести к возникновению заморов рыбы, в результате которых популяции отдельных видов могут быть полностью утрачены. Увеличение глубины водоема позволяет увеличить объем водной массы и, соответственно, количество растворенного кислорода, что увеличивает шансы рыбы на выживание в зимний период. Кроме того, большая глубина водоема исключает сквозное промерзание водоема. Большая глубина полезна и в летнее время. Прогреваясь на мелководье, вода теряет растворенный кислород вследствие снижения его растворимости. Поэтому в мелких водоемах во время жаркой погоды также могут происходить заморы рыбы из-за недостаточного содержания кислорода в воде. При значительной глубине вода в придонных слоях даже летом остается холодной и способна удерживать большее количество растворенного кислорода.

Удаление излишнего количества водной растительности также оказывает положительное влияние на популяцию рыб. Удаление нежелательной растительности может проводиться механическим путем с использованием специальных механизмов для срезания водорослей. Перспективным способом предотвращения зарастания водных объектов является их зарыбливание растительноядными видами рыб, способными активно поедать водоросли (например, белый амур и толстолобик) и за короткое время очистить водоем от избыточного количества водорослей. Поэтому они активно используются для поддержания пропускной способности ирригационных систем и судоходных каналов. Примером успешного использования травоядных рыб для очистки ирригационных систем может служить очистка от тростника и водорослей Каракумского канала при помощи толстолобика и белого амура. При этом помимо основной задачи — восстановления пропускной способности ирригационной системы — было получено значительное количество высококачественного мяса рыбы.

Зарастание мест нагула препятствует развитию молоди рыбы. С одной стороны, водная растительность является кормом для обитающих в водоеме гетеротрофных организмов, в том числе и для рыб. Но с другой стороны, при бурном развития водной флоры происходит накопление на дне отмерших частей растений, для разложения которых используется растворенный в воде кислород, что приводит к понижению его концентрации в воде. Водоросли затрудняют движение водных масс в водоеме и способствуют созданию застойных зон, что в конечном итоге может привести к заболачиванию водного объекта. Особенно большой вред чрезмерное развитие водорослей наносит водным путям, затрудняя судоходство, и оросительным системам, так как водоросли затрудняют водоток по каналам, чем увеличивают затраты на транспортировку воды. Кроме того, избыточное содержание органики в водоеме приводит к снижению качества воды, а именно к снижению прозрачности, появлению запаха и прочим негативным изменениям органолептических свойств. Эти изменения могут негативно сказаться на развитии популяций многих чувствительных к качеству воды рыб^[1].

Удаление из водоема малоценных и хищных видов рыб эффективно для обеспечения роста поголовья хозяйственно ценных видов водных биоресурсов. Малоценные виды рыбы потребляют значительную часть кормовых ресурсов водного объекта, ограничивая таким образом возможности роста популяций, являющихся основным объектом промысла. Кроме того, хищные и малоценные виды могут нанести существенный урон численности популяций ценных видов рыб за счет поедания икры и молоди рыбы.

Изменение профиля дна позволяет улучшить условия воспроизводства рыбных запасов благодаря созданию зон, пригодных для нереста. Изменяя профиль дна, можно создавать новые и восстанавливать нарушенные нерестилища. Профиль дна воздействует на движение водных масс и на многие другие параметры, оказывающие влияние на жизнедеятельность водных биоресурсов, и в первую очередь рыб. Примером рыбохозяйственной мелиорации, связанной с изменением профиля дна, может быть сглаживание неровностей дна на мелководье, что в случае сезонного падения уровня воды в водном объекте препятствует изоляции оставшейся на мелководье рыбы от основной части водоема и гибели этой рыбы. Мероприятия по возвращению отрезанной от основного водоема части рыбы также относятся к рыбохозяйственной мелиорации.

• [1] Приказ Минсельхоза России «Об утверждении Порядка проведения рыбохозяйственной мелиорации водных объектов».