Проблема, тесно связанная с экологической - нормирование качества возвратной (дренажной) воды, сбрасываемой с полей орошения, содержащих включения минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов. Она является особенно актуальной для пустынной и полупустынной зон России, где водные ресурсы весьма ограничены и существует опасность их истощения.
Экономия воды в орошаемом земледелии является одной из наиболее ответственных задач водного хозяйства страны. Главный путь ее решения: повышение коэффициента полезного действия (К.П. Д.) оросительных систем, который меняется в весьма широких пределах. Это означает, что в старых мелиоративных системах на пути от источника водозабора до корнеобитаемого слоя орошаемого поля теряется от 65 до 75% воды. Поэтому инженерное переустройство оросительных систем является действенным средством не только экономии воды, но и дальнейшего развития орошаемого земледелия.
Осушение по своей принципиальной основе противоположно орошению. Его существо заключается в отводе избыточной влаги за пределы корнеобитаемого слоя растений с целью улучшения водно-теплового режима почвы и повышения ее плодородия. Осушению подвергаются переувлажненные земли и болота с целью вовлечения последних в сельскохозяйственное производство. Поэтому осушаемые массивы располагаются в зоне избыточного увлажнения.
Высокой заболоченностью отличаются равнинные территории с замедленным водообменном и высоким положением уровня грунтовых вод. Много заболоченных земель и болот имеется на Европейском Севере и Северо-западе (около 60% общей площади). Сильной заболоченностью отличаются Полесье, Мещерская и Костромская низменности. Однако центром мировой заболоченности является Западносибирская низменность площадью в 1,3 млн. кв.км, заболоченность которой составляет около 50%. Болота распространены на территории Якутии, Дальнего Востока. Методы осушения заболоченных земель в принципе мало отличаются друг от друга. Основной метод заключается в понижении уровня грунтовых вод с помощью открытого либо закрытого дренажа. В настоящее время развитие получил более прогрессивный метод осушения - двустороннее регулирование, когда мелиоративная система может использоваться в засушливые периоды - для орошения земель, а во влажные - для отвода избыточных вод через дренажную сеть. Потенциальный фонд для осушения земель в России весьма велик.
Мелиорация земель - активный метод повышения продуктивности земледелия. Наибольший экономический эффект мелиорация земель приносит в том случае, если она проводится в комплексе с хозяйственным освоением земель, включая их химизацию, культурно-технические работы и надлежащий уход за посевами. В 70-е годы при быстром росте осушаемых земель в отдельных районах отмечалась тенденция отставания их хозяйственного освоения, что снижало эффективность мелиорации. В отдельных случаях земли пересушивались (Белорусское Полесье). Внедрение мелиоративных систем двустороннего регулирования позволяет проводить мелиорацию более эффективно.
Неблагоприятные экологические последствия осушения земель заключаются в их переосушении, вследствие чего снижается уровень грунтовых вод в прилегающих территориях и происходит уменьшение величины устойчивого стока в реки, а в ряде случаев на прилегающих территориях наблюдается подсыхание лесов и исчезновение влаголюбивой растительности. Вместе с тем, повышенная густота открытой осушительной сети может привести к повышению весенних максимумов стока на малых реках. На крупных мелиоративных системах наблюдается существенное обеднение растительного и животного мира. Низкое качество осушительной мелиорации может привести к вторичному заболачиванию почвы.
Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся десятки миллионов тонн питательных веществ: азота, калия, фосфора, магния, серы и других, которые необходимо компенсировать. Поэтому внесение в почву органических и минеральных удобрений является важнейшим средством повышения плодородия почв.
Каждый рубль затрат на минеральные удобрения приводит к возрастанию окупаемости, оцениваемой для различных видов сельскохозяйственной продукции от 2 до 5 руб. Особенно эффективно применение удобрений в южных районах страны при выращивании хлопка, сахарной свеклы, плодов, овощей. В этих условиях затраты на внесение удобрений окупаются в течение года. Данные о повышении урожайности приводятся в таблице №7.
Таблица № 7
Повышение урожайности от внесения в почву минеральных удобрений в пересчете на 100% содержания питательных веществ.
| Сельскохозяйственная культура | Прирост урожая на 1 т внесенных минеральных удобрений, т | ||
| Р2О5 | N | Ка2О | |
| Хлопок-сырец | 5-6 | 10-14 | 2 |
| Сахарная свекла (корни) | 50-60 | 100-160 | 40-50 |
| Картофель (клубни) | 40-80 | 120 | 40-60 |
| Пшеница и рожь | 20-25 | 15-20 | 3-4 |
Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях обычно выражают в процентах азота, фосфора и калия. В России из фосфорных удобрений широко применяют двойной суперфосфат (до 50% P2O5), из азотных-карбамид (42-46% N), жидкий аммиак (82,3% N), из калийных удобрений - хлористый калий (50-62% Ка2О), из комплексных удобрений аммофос (10 - 11% N + 46-48% Р2О5), а также новые виды удобрений.
При сбалансированном использовании минеральных удобрений каждый рубль на их производство обеспечивает прибавку урожая на 10 руб. Это достигается при соотношении азота, фосфора и калия в удобрениях 1: 1,1: 0,8. Между тем, структура производства минеральных удобрений пока не соответствует этому соотношению. С улучшением структуры производства и использованием минеральных удобрений должен значительно увеличиться урожай.
Химикаты в земледелии применяются при защите растений от действия вредителей, сокращении потерь урожая при его транспортировке и хранении. Потери урожая от действия вредителей в мире приводятся в таблице №8.
Эксперты ООН оценивают ежегодные потери урожая в 75 млрд. долл., которые складываются из потерь от вредителей (30 млрд. долл.), от болезней растений (25 млрд. долл.) и действия сорняков (20 млрд. долл.). Потери биологического урожая от действия вредителей для различных культур составляют 30-50%. Особенно велики потери биологического урожая для хлопка, картофеля, фруктов и винограда. Необходимость применения пестицидов - химических средств защиты от действия сорняков, вредных насекомых, клещей, болезнетворных грибков вызывается “биологическим взрывом" разнообразных вредителей в мире.
Таблица 8. Годовые потери сельскохозяйственных продуктов в мире от действия вредителей.
| Культура | Урожай, млн. т | Потери, млн. т | Культура | Урожай, млн. т | Потери, млн. т |
| ЗерновыеСахарная свекла | 960-1000 210-250 | 500-510 65-75 | Хлопок (волокно)Фрукты | 11-1266-67 | 5-621-22 |
| Картофель | 270-290 | 125-135 | Овощи | 200 | 78-79 |
| Виноград | 50 | 25-26 |
Пестициды по воздействию на вредителей делятся на следующие группы: гербициды - средство уничтожения сорняков, инсектициды - средство для борьбы с вредными насекомыми, нематоциды - для уничтожения червей, фунгициды - для борьбы с грибковыми и вирусными заболеваниями, бактерициды - для уничтожения возбудителей болезней, дефолианты - средство для удаления листвы. К классу пестицидов относят и ростовые вещества, используемые для ускорения либо торможения роста некоторых растений.
Пестициды широко используются в сельском хозяйстве. По мнению зарубежных исследователей, применение пестицидов позволяет сберечь 50% урожая хлопка, картофеля, фруктов, увеличить на 25% производство мяса, молока и шерсти.
Защита растений позволяет потенциально сохранить 15 млн. т зерна, 10 млн. т сахарной свеклы, 1,4 млн. т хлопка, 10 млн. т овощей. Принося, как и удобрения, огромную пользу сельскому хозяйству, пестициды вызывают нежелательные вторичные экологические последствия: гибель некоторых видов полезных растений, насекомых (муравьев, пчел и др.). Некоторые виды их (например, ДДТ) оказывали вредное воздействие на животный мир и здоровье человека.
В 90-е годы в нашей стране стали широко применяться биологические методы защиты растений, не оказывающие вредных воздействий на здоровье человека и окружающую среду. Они дешевы и высокоэффективны, поэтому перспективны. Внесение минеральных удобрений приводит к их вымыванию из поверхностных горизонтов почвы. Особенно опасны соединения фосфора, обычно попадающие в водоемы в связанном виде вместе с частицами почвы и способные мигрировать на большие расстояния. При многолетнем применении больших доз фосфорных удобрений, в особенности туков двойного суперфосфата, в почве могут накапливаться элементы, обладающие повышенной токсичностью. Внесение повышенных доз калийных удобрений может приводить к изменению соотношения между калием и натрием в пастбищном корме, которое вызывает заболевания скота.
Повышение дозы нитратов в воде неблагоприятно отражается на живых организмах, так как под действием кишечных бактерии они переводятся в нитриты, обладающие повышенной токсичностью. Азот мигрирует обычно в составе водных растворов, проникая в состав как поверхностных, так и подземных вод. Миграция соединений фосфора вместе с азотом, создавая питательную среду для сине-зеленых водорослей и высшей водной растительности, вызывает эвтрофикацию водоемов - загрязнение водоемов биогенными элементами, приводящее к резкому ухудшению кислородного режима водоема и снижению качества воды и, как следствие, к вымиранию рыб. Вода таких водоемов становится непригодной к употреблению в пищу. За последние годы эвтрофикация водоемов получила широкое распространение, особенно в Западной Европе, Японии и США. Поэтому при применении химикатов необходимо принимать меры по предупреждению отрицательных экологических последствий. Одной из таких мер является внедрение капсулированных удобрений в водозащитной оболочке.