Малые реки в бассейне Чебоксарского водохранилища
(по материалам ИГ РАН)
Водоохранные мероприятия

В данном блоке приведена общая концептуальная схема формирования рекомендаций по разработке и применению водоохранных мероприятий на примере пилотных водосборов. Для выбора конкретных мероприятий и обоснования их максимальной эффективности предлагается следующий алгоритм на примере водосбора р. Кудьмы.

  1. Для всего водосбора определятся структура выноса биогенных элементов по всем рассматриваемым источникам загрязнения и ландшафтам.
  2. На водосборе реки выделяются подводосборы с высоким суммарным среднегодовым выносом биогенных веществ (соединения азота и фосфора) с ранжированием на диффузные и точечные источники загрязнения. Ранжирование подводосборов по величине выноса биогенных веществ дает представление о водоохранных мероприятиях, которые могут быть рекомендованы для фрагментов с высокой массой выноса.
  3. Для подводосборов проводится ранжирование выноса биогенных элементов в процентах по всем источникам загрязнения и ландшафтам.

Структура выноса биогенных веществ с водосбора р.Кудьмы, %

Структура выноса биогенных веществ (азота минерального и фосфора минерального) с подводосборов р. Кудьмы, т

Структура выноса биогенных веществ (азота минерального и фосфора минерального) с подводосборов р. Кудьмы, %

Водоохранные мероприятия, направленные на сокращение диффузного загрязнения можно разделить на две группы:

  1. технологические (предназначены для реализации в населенных пунктах и животноводческих комплексах);
  2. агролесомелиоративные (предназначены для реализации на сельскохозяйственных угодьях).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
А. Городские и сельские населенные пункты

Водоохранные мероприятия в городских населенных пунктах заключаются в создании и модернизации существующей ливневой канализации, оборудованной очистными сооружениями.


Схема септика

Для снижения диффузного загрязнения от сельских населенных пунктов, особенно расположенных в водоохранных зонах, является использование септиков, различной мощности.



Б. Животноводческие комплексы.

Поскольку животноводческие комплексы, где образуется большой объем жидких и твердых отходов, зачастую не предоставляют информации о технологических процессах - необходим отдельный контроль за выносом биогенных веществ с их территорий. При обнаружении высоких концентраций биогенных веществ в стоке около животноводческих комплексов нужно рекомендовать применение наилучших доступных технологий (НДТ) по утилизации этих отходов и приготовлению высокоэффективных удобрений для использования в растениеводстве (приготовление гомогенизированного навоза (эффективность - 85-95%), компостирование навоза (55-65%), механическое разделение стоков (40-70%).


АГРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
В. Сельскохозяйственные поля

Для сокращения диффузного выноса загрязняющих веществ с сельскохозяйственных полей используют ряд наиболее эффективных мероприятий. Они предусматривают либо снижение поступления биогенных веществ на водосбор, либо задержание и утилизацию биогенных веществ на водосборе до попадания в водный объект. К первой группе относится оптимальное использование минеральных и органических удобрений, ко второй: создание кулис из высокостебельных растений и применение минимальной безотвальной обработки почвы с осени с обязательным ее мульчированием растительными остатками, создание лесополос по контуру полей, усиленных валом – канавой. Величина диффузного загрязнения водных объектов с территории сельскохозяйственных полей напрямую зависит от интенсивности весеннего склонового стока. Склоновый сток образуется на стокоформирующей поверхности склона с различной водопроницаемостью мерзлой почвы. К основным факторам, определяющим ее водопроницаемость, а также интенсивность и объем впитавшейся воды, относятся влажность и глубина промерзания почвы к началу снеготаяния.

В свою очередь, глубина промерзания почвы связана с мощностью снежного покрова на конкретном участке склона. Таким образом, основная цель ряда водоохранных мероприятий на сельскохозяйственных полях – это снегозадержание, т.к. снежный покров позволяет снизить промерзание почвы и, соответственно, склоновый сток.

Установка для точечного внесения удобрений

Для получения достаточно высоких урожаев сельскохозяйственной продукции и сохранения почвенного плодородия используются минеральные и органические удобрения. При избыточном количестве вносимых в почву удобрений около 50% усваивается культурными растениями, а 50% - вымывается талыми и дождевыми водами. В настоящее время объем внесения этих удобрений существенно сокращен, но по массе выноса биогенных веществ доминирует удобряемая пашня.

Для оценки необходимого объема внесения этих удобрений в настоящее время используются два подхода.

Первый – проводятся несколько расчетов выноса биогенных элементов при различных дозах, сроках и способах внесения удобрений. За оптимальный принимается тот вариант, при котором вынос этих веществ – минимальный, а полученная урожайность – максимальная.

Второй подход основан на принципах точного или прецизионного земледелия, сущность которого заключается в разработке детальных цифровых агрохимических карт полей. Вся информация передается на спутник, с которого осуществляется управление внесением удобрений. Спутниковый сигнал принимает наземная система GPS. Таким образом, на каждый участок поля вносится только тот объем удобрений, который необходим той или иной сельскохозяйственной культуре при минимальном формировании диффузного стока.


Лесополосы

Лесополоса активно снижает поверхностный плоскостной сток, образующийся во время снеготаяния или сильных ливней, активизирует процессы почвообразования, активно переводит поверхностный сток в подземный. Лесополосы поглощают избыток биогенных веществ, выносимый с полей.

Существует несколько видов лесополос, наиболее эффективными в результате многолетних исследований признаны лесополосы, расположенные, как и валы-террасы, по горизонтали и усиленные по нижнему краю водопоглощающей канавой с валом. Такая конструкция позволяет использовать не только увеличивающееся впитывание воды в почву в лесополосе за счет происходящих здесь благоприятных, по сравнению с пашней, почвенных процессов, но и дополнительно удерживать определенный объем воды в канаве и перед ограждающим валом. Кроме того, в лесополосе, после прекращения сельскохозяйственной обработки активизируются естественные процессы почвообразования.

Варианты совмещения лесной полосы с гидротехническими сооружениями

Однако лесополосы - это долгосрочный проект, их эффективность возрастает постепенно, а для достижения деревьями зрелости могут потребоваться более 10 лет. Необходим тщательный подбор пород деревьев и дальнейший уход за ними. Так, множество лесополос, посаженных еще в 50 – годы прошлого века, находятся в крайне неблагоприятном состоянии. Во многом это обусловлено неправильным подбором древесных пород. Гидрологическая эффективность лесных полос, усиленных валом – канавой, по снижению склонового стока, а, следовательно, и выноса загрязняющих веществ, составляет 40 – 60 %.


Создание кулис из высокостебельных растений после уборки урожая (кукурузы, просо, горчица и др.) является одним из приемов нетрадиционного земледелия и служит альтернативой механическому снегозадержанию. Кулисами служат либо нескошенные ряды растений, либо собранные травы (скошенные), складируемые рядами высотой около 0,5 м перпендикулярно уклону (предполагаемому движению стока). Расстояние между рядами 2-4 м. Применение кулис из высокостебельных растений направленно на увеличение высоты и запасов воды в снежном покрове и за счет этого уменьшения глубины промерзания почвы в зимний период.

Снегозадержание с использованием кулис из высокостебельных растений

Распределение снежного покрова при создании кулис из высокостебельных растений

Важным обстоятельством является создание кулисами благоприятного гидротермического режима почвы сразу же после установления устойчивого снежного покрова. Снижение пространственной неоднородности высоты снежного покрова и глубины промерзания почвы обеспечивает создание на склонах малых водосборов более однородных условий для поглощения талых вод. Это приводит к более равномерному впитыванию воды на всем склоне, а не на его отдельных участках, как это имеет место при естественном залегании снежного покрова или при применении снегозадержания. Более равномерное увлажнение почвы на всем склоне оказывает благоприятное влияние на снижение диффузного загрязнения водных объектов, развитие сельскохозяйственных культур, снижение изреженности и неоднородности посевов и, в конечном итоге, их урожайности. Гидрологическая эффективность по сокращению выноса биогенных элементов оценивается в 40 %.


Еще одна нетрадиционная агротехнология, которая находит все большее применение в сельском хозяйстве по снижению диффузного загрязнения – это минимальная безотвальная обработка почвы с обязательным ее мульчированием растительными остатками (соломой и др.). Эти остатки защищают плодородный слой почвы от губительного воздействия ветра и водных потоков, а почвенную влагу – от непродуктивного испарения. Эти приемы земледелия, являясь природоохранными, способствуют более эффективному использованию различных видов энергии, сохраняют топливо, существенно уменьшают потребность в орошении, увеличивают отдачу питательных веществ, снижают расходы на удобрения и зависимость от пестицидов широкого спектра действия. Одна из задач мульчирования почвы осенью заключается в снижении глубины промерзания почвы до практически талого состояния, в результате чего формирующийся на водосборе талый сток практически весь переводится в ресурсы почвенных и грунтовых вод и исключается диффузный вынос загрязняющих веществ.

Мульчирование

Зависимость весеннего склонового стока от мощности слоя мульчи из соломы (результат многолетних экспериментов на сельскохозяйственных угодьях лесостепной зоны)

Гидрологическая эффективность мульчирования почвы с осени на снижение диффузного выноса оценивается в разных источниках от 30% до 80 %.