автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Экологические основы защиты земельных и водных ресурсов в условиях высоких антропогенных нагрузок

Р Г Б ОД

- 8 НК^ 4," ?В На правах рукописи

СОХРОКОВ АНАТОЛИИХАЗРИТОВИЧ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ЗЕМЕЛЬНЫХ И ВОДНЫХ РЕСУРСОВ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ

АНТРОПОГЕННЫХ НАГРУЗОК (на примере кабардино-балкарской республики)

Специальность: 05.14.16 - "Технические средства и методы защиты окружающей среды"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург-1998

Работа выполнена на кафедре инженерных мелиорацнй, гидрологии и охраны окружающей среды Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РФ, д.т.н, профессор Михалев М.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

чл. кор. РАСХН Штыков В.И. доктор географических наук, профессор Литовка О.П.

доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Добрынин С.Н.

Ведущая организация: "Севкавгипроводхоз"

Защита состоится /6 и ЮМ Я 1998 г. в /¿Г часов на заседании диссертационного Совета Д.063.38.09 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, ПГК, ауд. 411.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря Совета по указанному адресу.

Автореферат разослан " " иЛ-СХЗ- 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, канд. техн. наук, профессор

В.Т. Орлов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Последние десятилетия характеризуются снижением площади земельных угодий, пригодных для сельскохозяйственного производства, практически во всех регионах страны. В целом по Российской Федерации за последние 25 лет они уменьшились на 33 млн.га. Причем площадь пашни снизилась на 18 % и составляет всего 0,87 га на одного жителя. Причины этого явления заключаются в деградации почв вследствие отсутствия или невыполнения землепользователями комплекса защитных мер, особенно при проведении мероприятий, связанных с высокими антропогенными нагрузками на природные объекты - мелиорации, механизации, химизации.

Деградация почв выражается в разрушении их структуры, в резком снижении мощности плодородного слоя вследствие водной и ветровой эрозии, а также содержания гумуса в результате его минерализации. Значительны площади засоленных, переувлажненных и заболоченных земель. Отмечается деградация почв из-за значительного повышения их кислотности, загрязнения вредными веществами.

Опасность загрязнения поверхностных вод высока при несоблюдении требований почвоохраны в условиях широкого применения гидромелиорации, интенсивного развития эрозионных процессов.

Повышение объемов безвозвратного забора воды, в том числе и на цели мелиорации, выдвигает проблему предотвращения загрязнения и истощения ресурсов рек (особенно малых) в разряд важных задач, требующих скорейшего разрешения.

Проблемы защиты от загрязнения и истощения поверхностных и подземных вод, от качества которых зависит мелиоративное состояние орошаемых земель, особенно актуальны в условиях индустриализации агропромышленного комплекса.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью разработки экологических основ, принципов и методов защиты земельных и водных ресурсов в условиях высоких антропогенных нагрузок. Работа выполнена в рамках научно-технической программы "Экология и охрана природы Российской Федерации" (1991-1995 гг.).

Цель диссертационной работы - научное обоснование и разработка принципов и методов защиты земельных и водных ресурсов АПК в условиях высоких антропогенных нагрузок, обеспечивающих сохранение природных ресурсов при удовлетворении потребностей населений в сельскохозяйственной продукции требуемого ассортимента и необходимого качества в рамках стратегии устойчивого развития, провозглашенной на конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.).

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

- анализ современного состояния и разработка методов защиты земельных и водных ресурсов АПК в условиях мелиорации, механизации и химизации производства;

- анализ и оценка степени антропогенного воздействия регионального АПК на земельные и водные ресурсы (на примере Кабардино-Балкарской республики);

- разработка принципов построения технологии управления земельными и водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства;

'- эколого-мелиоративное районирование территории КБР с целью обоснования мероприятий по защите земель и водных объектов;

разработка технологии автоматизированной комплексное оценки состояния водно-земельных ресурсов на базе полнофункциональной геоинформационной системы Кабардино-Балкарской республики (ГИС КБР);

- обоснование комплекса мероприятий по оптимизации мелиоративных процессов и режимов, обеспечивающего защиту земельных и водных ресурсов в региональном АПК;

- оптимизация мелиоративных процессов и режимов как метода защиты земельных и водных ресурсов в региональном АПК;

- построение методики определения транспортирующей способности воздушного потока;

- разработка методики оценки ущерба сельскому хозяйству от негативных последствий хозяйственной деятельности и экономической эффективности мероприятий по защите земельных и водных ресурсов.

Предметом исследования являются инженерно-технологические и эколого-мелиоративные принципы и методы защиты земельных и водных ресурсов.

В качестве объектов исследования выступают земельные и водные ресурсы Кабардино-Балкарской республики, обеспечивающие функционирование регионального агропромышленного комплекса.

Выбор предмета и объекта исследования обусловлен спецификой регионального развития, возрастанием антропогенных нагрузок на земельные и водные ресурсы в условиях высокой плотности населения и индустриализации сельскохозяйственного производства.

Методы исследований. В процессе выполнения работы осуществлялось последовательное применение системного подхода к поиску путей и методов решения проблемы защиты земельных и водных ресурсов от негативного воздействия антропогенных факторов. Для решения поставленных в работе задач использовались теоретические и экспериментальные методы.

Методологической основой исследования явились труды отечественных и зарубежных ученых по вопросам природопользования, инженерно-технологической и эколого-мелиоративной защиты земельных и водных ресурсов, данные статистики об arpo- и природно-климатических особенностях территории Кабардино-Балкарской республики, ее земельно- и водно- ресурсном потенциале. В работе использованы материалы всероссийских и международных конференций и семинаров по вопросам эффективности природопользования, нормативно-инструктивные материалы, федеральная и территориальные программы по региональному использованию и охране земельных и водных ресурсов.

Экспериментальные исследования проведены в лабораторных и натурных условиях на действующих оросительно-обводнительных системах.

Научная новизна работы заключается в обобщениях, обосновании и разработке принципов и методов защиты земельных и водных ресурсов в условия высоких антропогенных нагрузок, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Получены новые результаты:

- сформулирована концепция управления земельными и водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства;

- выполнена аналитическая оценка степени антропогенного воздействия регионального АПК на земельные и водные ресурсы;

- проведено эколого-мелиоративное районирование Кабардино-Балкарской республики с учетом комплекса природных факторов и изменений экологической обстановки;

- разработана полнофункциональная геоинформационная система Кабардино-Балкарской республики (ГИС КБР);

- созданы методы оптимизации мелиоративных процессов и режимов на орошаемых землях.

Личный вклад автора состоит в разработке общего подхода к решению поставленных задач; обосновании выбора методов исследований и непосредственном участии в проведении экспериментов; в теоретической обработке полученных результатов; формулировке научных положений и выводов; в создании новых технологий, внедрении их в практику защиты земельных и водных ресурсов.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные технологии и методы позволяют эффективно решать проблемы защиты земельных и водных ресурсов, подверженных воздействию высоких антропогенных нагрузок.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается использованием современных методов анализа и обобщения данных экспериментальных исследований и натурных наблюдений, включая ГИС-технологии; статистических методов обработки результатов и оценки ошибок измерений.

На защиту выносятся следующие положения:

- концепция управления земельными и водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства;

- принципы управления земельными и водными ресурсами в условиях высоких антропогенных нагрузок;

- технология защиты земельных и водных ресурсов, подверженных антропогенному воздействию;

- геоинформационная система Кабардино-Балкарской республики (ГИС КБР);

- метод нормирования искусственного орошения;

- обоснование технологии полива дождеванием;

- модель процесса ветровой эрозии почвогрунтов;

- методика расчета транспортирующей способности воздушного потока.

Внедрение результатов работы. Сформулированная концепция и разработанные принципы защиты земельных и водных ресурсов в условиях высоких антропогенных нагрузок положены в основу деятельности природоохранных служб Кабардино-Балкарской республики. Основные результаты работы используются Министерством природных ресурсов охраны окружающей среды и КБР при обосновании и реализации инженерно-технологических и эколого-мелиоративных мер по защите земель и водных ресурсов республики.

Технология автоматизированной комплексной оценки земель принята Государственным комитетом по землеустройству КБР для ведения земельного кадастра и осуществления мониторинга земель.

Карты районирования территории республики по опасности проявления водной и ветровой эрозии, построенные с применением ГИС-технологии, используются Министерством сельского хозяйства и продовольствия КБР.

Методы нормирования искусственного орошения и обоснования технологии полива дождеванием применяются проектными и водохозяйственными организациями (Севкавгипроводхоз, Чегемское управление О ОС, Урванское управление ООС и др.) при проектировании и эксплуатации ирригационно-мелиоративных объектов.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе КБГСХА при выполнении курсовых и дипломных проектов по специальности "Мелиорация, рекультивация и охрана земель". Основные результаты и положения работы вошли в разработанный и читаемый автором спецкурс "Эколого-

мелиоративное состояние и охрана земель и водных ресурсов Кабардино-Балкарии".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (г.Ташкент, 1983 г, 1984 г, 1985 г), на VI и VII научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ВНПО "Радуга" (г.Коломна, 1987,1989гг.), на республиканской научно-практической конференции ученых и специалистов ( г.Нальчик, 1988 г), на научно-технической конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов Северного Кавказа" (г.Новочеркасск, 1988 г), на научно-технической конференции "Наука-производству" (г.Нальчик, 1989 г), на региональной конференции по мелиорации (г. Ставрополь, 1988 г), на научно-практических конференциях КБГСХА (г.Нальчик, 1995, 1996, 1997, 1998 гг.), на региональной конференции по проблемам охраны окружающей среды (г.Нальчик, 1998 г.), на совместном заседании кафедр "Инженерных мелиорации, гидрологии и охраны окружающей среды" и "Экологических основ природопользования" СПбГТУ (г. Санкт-Петербург, 1998 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 работ, в том числе в центральных журналах, межвузовских сборниках и ведомственных изданиях. Получено 1 авторское свидетельство на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложении и списка использованной литературы, включающего 333 наименования.

Работа содержит 305 страниц машинописного текста, 37 рисунков и 44 таблицы.

Автор выражает признательность научному консультанту, заслуженному деятелю науки и техники РФ, д.т.н., профессору Михалеву М.А., заведующему кафедрой ИМГиООС СПбГТУ, д.т.н., профессору Арефьеву Н.В., за ценные советы и всестороннюю помощь при выполнении данной работы.

Содержание работы

Введение. Обоснована актуальность работы, а также новизна полученных результатов, сформулированы цели и задачи исследований. Показан личный вклад, практическая значимость диссертационных исследований, изложены основные результаты и положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об использовании результатов исследований и апробации работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния и рассмотрены теоретические основы методов защиты земельных и водных ресурсов в условиях повышенных антропогенных нагрузок. Введено понятие "природно-ресурсный потенциал" и рассмотрены методы его интерпретации в современных условиях.

Исследованию экологических аспектов природопользования посвящены работы Васильева Ю.С., Хрисанова Н.И., Федорова М.П., Литовки О.П., Беличен-ко Ю.П., Аначина В.А., Loucks D.P., Stedinger J.R., Somlody L. и др.

Процессы природопользования и последствия преобразования окружающей среды могут рассматриваться только в рамках единого системного подхода. Но в полной мере его практически трудно осуществить, поэтому среди множества взаимодействующих элементов следует приоритетно выделять те, которые определяют основные особенности и закономерности происходящих процессов.

Техногенный фактор воспроизводства новой окружающей среды должен согласовываться с ассимиляционным потенциалом природы. Здесь, как максимум, необходимо достижение эколого-ресурсного равновесия с наивысшим экономическим эффектом от природопользования. Преобразуемая геосистема, в отличие от

естественной, становится для человека объектом регулирования и целенаправленного комплексного территориального управления. Значит, структуры природы и производств должны иметь минимум взаимоисключающих элементов функционирования.

Известно, что мелиорируемые геосистемы экологически неустойчивы и поэтому требуется разработка комплекса управляющих мероприятий с целью оптимизации их функционирования. Вопросы оптимизации функционирования мелиорируемых агроландшафтов рассмотрены в работах И.П.Айдарова,

A.И.Голованова, М.Т.Гончара, В.М.Ивонина, Р.М.Орлова, В.МЛрегобчука,

B.И. Штыкова и др.

Комплексную информацию о состоянии и динамике агрогеосистем можно получить в результате исследований мониторингового плана.

Однако, в настоящее время не существует единого подхода к организации агроэкологического мониторинга, в том числе и мониторинга мелиорируемых земель. В то же время экологическая ситуация и необходимость обеспечения населения качественным продовольствием требуют разработки концепции мониторинга мелиорируемых земель. Ниже предлагается концептуальная модель, которая рекомендуется к использованию на уровне конкретных регионов.

Мелиоративная система (как система геотехническая) - это целое производство, связанное с землей. Основным объектом воздействия и основным средством производства здесь является почва. Вследствие того, что почва находится на контакте трех сред: атмосферы, литосферы и гидросферы (при участии биоты), здесь протекают биогеохимические реакции и превращения, характеризующиеся высокой активностью, многообразием и сложностью, а также происходит синтез специфичных соединений. Кроме того, почвенный покров выступает в роли первичного аккумулятора для разнообразных загрязнителей, поступающих в ландшафты. Это может служить источником деградации почв с потерей ими санитарной функции, способности обезвреживания загрязнителей. Поэтому главным объектом мониторинга мелиорируемых земель является почва. В целом же необходимо учитывать все компоненты мелиорируемых геосистем. Исследования осуществляются в системе: атмосфера - почва - почвообразующие и подстилающие грунты зоны аэрации и первого водоносного горизонта - воды (поверхностные, грунтовые, дренажно-коллекторные) - растения - микроорганизмы - высшие представители биоты.

По комплексу решаемых задач и многоцелевому назначению мониторинг мелиорируемых земель подразделяется на общий, локальный и полигонный (стационарный). При этом анализу подвергается три группы показателей изучаемых объектов: краткосрочные, долгосрочные изменения и ранняя (упреждающая) диагностика. Все они должны быть подчинены следующим целям:

- получение достоверной репрезентативной информации о состоянии сельскохозяйственных угодий и тенденциях их трансформации;

- оценка изменения плодородия почв при различной деятельности окультуривания и способах, методах агро-и гидромелиоративного воздействия;

- нахождение методов прогнозирования хода развития агрогеосистем;

- отыскание способов и методов предупреждения негативных процессов и явлений;

- разработка приемов локализации, нейтрализации и ликвидации неблагоприятных последствий освоения земель;

- выполнение кадастровых оценок земельного фонда для проведения земельной реформы;

разработка экологичных технологий окультуривания земель (почво -, энерго-, ресурсосберегающих);

- предотвращение загрязнения и истощения ресурсов, динамически связанных с агроландшафтом территорий и акваторий;

- создание благоприятных ( с устойчивым развитием), динамически равновесной среды обитания.

При осуществлении мониторинга мелиорируемых земель используются следующие методы:

- дистанционное зондирование с использованием разновременных материалов аэрофотосъемок и космических съемок, их дешифрование и нахождение индикационных признаков и показателей по ключевым участкам;

- составление каталога дешифрованных эталонов для различных типов почв, различных физико-геологических процессов;

- организация полевых маршрутов по геоморфологическим профилям и ключевым участкам с подтверждением и уточнением индикационных признаков, отбором проб и образцов для аналитических испытаний;

- применение фондово-монографических, камеральных, аналитических и картографических материалов;

- организация стационарных (на полигонах) исследований по разработке экологически безопасных технологий мелиоративного земледелия;

- создание постоянно пополняемой базы данных для оперативного слежения за изменениями в агроландшафтах и внесения корректив в ход их развития.

Совокупное привлечение данных дистанционных исследований и результатов длительных экспериментов (обладающих наибольшей информативностью) по количественным связям позволит сформировать исходный материал для системного анализа состояния мелиорируемых земель, оперативного принятия обоснованных решений по целенаправленному управлению процессами в геотехнических системах.

Мониторинг мелиорируемых земель создает основу не только для анализа изменения свойств почв под влиянием техногенных нагрузок, но и формирования технико-технологических и эколого-экономических принципов защиты земельных и водных ресурсов, а по сути - организации рациональных форм природопользования с широким привлечением ГИС-технологий.

Во второй главе излагаются результаты анализа состояния земельных и водных ресурсов Кабардино-Балкарской республики и оценка проводимых агроэко-логических мероприятий по их защите.

Вопросы состояния земельных и водных ресурсов республики рассматриваются в работах К.Н.Керефова и Б.Х.Фиапшева, А.Д.Кушхова, Э.Н.Молчанова, М.Б.Моттаева, М.Х.Хачетлова и др.

Общая площадь всех земель Кабардино-Балкарской республики в настоящее время составляет 1247 тыс.га.

Сельскохозяйственные угодья составляют 766 тыс.га.

По отдельным видам угодий эта площадь распределена следующим образом:

- пашня - 322,4 тыс.га;

- пастбища - 359,8 тыс.га;

- сенокосы - 65,8 тыс.га;

- многолетние насаждения - 18,0 тыс.га

Почвенный покров республики отличается большим разнообразием. Однако, значительную часть площади сельскохозяйственных угодий занимают выщелоченные черноземы (33,3 %) и предкавказские карбонатные черноземы (19,3 %).

Орошаемых земель в республике -131 тыс.га.

Качественное состояние значительной части угодий не может быть признано удовлетворительным и имеет устойчивую тенденцию к ухудшению. На территории республики около 409 тыс.га сельскохозяйственных угодий подвержены водной и ветровой эрозии. Более половины этой площади (229,6 тыс.га) подвержено совместному воздействию водной и ветровой эрозиям.

По последним данным площадь засоленных земель достигла 58,2 тыс.га, в том числе на пашне - 52,5 тыс.га, из которых 2,5 тыс.га засоленных в сильной степени.

Увеличиваются площади сельскохозяйственных угодий с кислыми почвами. В 1997 году они составили 178,3 тыс.га, из них 22,8 тыс.га пашни, в том числе 5,5 тыс.га средне- и сильнокислые, требующие обязательного проведения известкования.

Значительна площадь переувлажненной пашни, которая составляет более 71 тыс.га.

Заболоченной пашни насчитывается до 44,5 тыс.га, в том числе средне - и сильнозаболоченной 7,2 тыс.га.

В последние годы отмечается рост каменистой пашни. Из 173,2 тыс.га каменистых земель 29 тыс.га приходится на засоренную камнями пашню.

Указанные негативные явления характерны и для пастбищ. Эродированных и эрозионноопасных пастбищ 264,2 тыс.га. Отмечены засоление (3,8 тыс.га), переувлажнение (24,6 тыс.га), заболачивание (19,5 тыс.га) почв. Интенсивный выпас скота, особенно в горной части территории республики привел к развитию пастбищной дегрессии (сбитости), тропинчатости. В результате высоких нагрузок под сбоинами и тропами оказалась значительная часть пастбищных угодий (88,5 тыс.га).

Поверхностные водные ресурсы республики представлены в основном реками, озерами, искусственными прудами и оросительно-обводнительными каналами, имеющими площадь водного зеркала около 14 тыс.га.

Большинство рек республики принадлежит бассейну р.Терек и имеет смешанное, преимущественно ледниковое питание.

Суммарный годовой сток основных рек Кабардино-Балкарской республики составляет в среднем 7,4-7,8 км3 при площади водосбора 18740 км 2.

Наблюдения за гидрохимическими показателями воды р.Терек осуществляются в двух контрольных створах. В многолетнем разрезе качество воды в обоих створах по физическим свойствам и показателям кислородного режима, содержанию органических веществ и степени минерализации удовлетворительное, отвечает требованиям, предъявляемым к воде, используемой в рыбохозяйственных целях, и пригодна для орошения.

Однако, в последние годы периодически отмечаются превышения предельно-допустимых концентраций (ПДК) по некоторым ингредиентам. Например, в верхнем створе периодически наблюдаются превышения ПДК по содержанию цинка (5-8 , ПДК), меди (3 ПДК), нефтепродуктов (3-5 ПДК). В нижнем контрольном створе наблюдается увеличение содержания нефтепродуктов , железа, меди относительно фонового створа. В нижнем течении, после впадения р.Малка отмечаются значительные превышения ПДК по содержанию вольфрама (5 ПДК) и молибдена (10 ПДК).

Качество воды в реке Малка - самом крупном притоке р.Терек, контролируется в четырех створах: первом (фоновом), втором (до впадения р.Баксан), третьем (после впадения р.Баксан) и четвертом (устьевом). Химический состав воды в первых двух створах, в целом за последние 10 лет удовлетворительный по всем компонентам за исключением нефтепродуктов, обнаруживаемых в количествах несколько превышающих ПДК, и вольфрама (1-2 ПДК). В нижнем течении, после впадения р.Баксан (третий створ) ежегодно обнаруживаются многократные превышения норм по вольфраму (12-32 ПДК) и молибдену (8-13 ПДК), что является результатом негативного влияния р.Баксан.

Оцененные эксплуатационные ресурсы подземных вод Кабардино-Балкарской республики составляют 63 м3/сек.

Северо-восточная часть республики располагается в пределах Терско-Кумского артезианского бассейна, где основным источником водоснабжения являются подземные воды четвертичных отложений. В то же время, значительная часть территории республики относится к горной и предгорной части, где подземные воды не имеют сплошного распространения, а приурочены лишь к трещиноватым зонам слагающих пород.

Степень освоения подземных вод -13 %.

В результате проведенного в 1994-96 гг. обследования подземных вод выявлено нитратное загрязнение на ряде водозаборов республики. В некоторых административных районах подземные воды отличаются повышенной жесткостью, значительным содержанием сульфатов и высокой степенью общей минерализации. Кроме того, обнаружено загрязнение питьевых подземных вод кремнием.

Суммарный годовой забор воды из природных водных объектов в КБР составляет 850-980 млн.м3. Из подземных источников забирается 120-185 млн.м3 воды.

Из общего объема использованной в республике воды 8-10 % расходуется на производственные нужды, 12-14 % - на хозяйственно-питьевые нужды, 9-11 % -на сельскохозяйственное водоснабжение, 45-48 % - на орошение и 17-26 % - на прочие нужды.

Доля промышленности в общем объеме забранной воды не превышает 2% (около 15,3 млн.м3), в то время как на долю агропромышленного комплекса приходится 86 % (763,3 млн.м3).

Водоотведение в водные объекты составляет в среднем 70-85 млн.м3, в том числе 56-65 млн.м3 загрязненных стоков.

По оценке за последние 10 лет и прогнозам до 2005 года можно констатировать устойчивую тенденцию к возрастанию антропогенных нагрузок на земельные и водные ресурсы Кабардино-Балкарской республики.

Прогнозные данные свидетельствуют о том, что к 2005 году произойдет увеличение площади земель, подверженных эрозии, селям и затоплению. Предпосылки к этому создаются в результате действия как естественных природных, так и искусственных техногенных факторов.

Площади эрозионно-опасных земель к 2005 году могут восрасти на 19 %, в том числе с преобладанием водной эрозии - на 14 %, с преобладанием ветровой эрозии - 24 %. За этот же период площадь земель, поверженных селям, лавинам и затоплению увеличивается на 10 %.

Общая площадь промышленного загрязнения увеличится на 12,5%, а транспортное загрязнение и загрязнение минеральными удобрениями останется в 2005 году примерно на уровне 1995 года. Ущерб от загрязнения земель увеличится в 1,16 раза. На природоохранные мероприятия потребуется денежных средств в 1,25 раза больше, чем в 1995 году.

При сохранении современных темпов роста площади неблагополучных в мелиоративном отношении земель к 2005 году они могут составить порядка 14-15 тыс.га.

В третьей главе - сформулированы принципы управления земельными и водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства.

Существовавшая до настоящего времени в России система планирования земле- и водопользования была ориентирована на обслуживание государственной монополии на природные ресурсы. Она создавалась для поддержки директивных централизованных методов управления земельными и водными ресурсами. Произошедшие в стране изменения, связанные с разрушением государственной монополии на природные ресурсы, привели к кардинальным переменам в области политики природопользования и необходимости развития новых методов и подходов, обосновывающих земле- и водопользование.

Основными приоритетами в сфере управления земельными и водными ресурсами являются:

а) научно-обоснованный прогноз грядущих изменений природной среды и климата, разработка методов мониторинга, оценка последствий этих изменений;

б) научное обеспечение решения проблем окружающей среды и рационального природопользования.

Устойчивое развитие может стать одной из целей управления земельными и водными ресурсами. Стратегия устойчивого развития способствует решению ряда общесистемных задач, среди которых:

- формирование новых принципов управления в области охраны природы и природопользования, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций с использованием принципа упреждения;

- экологизация сознания и мировоззрения человека, с радикальной переориентацией системы воспитания, образования, морали, культуры, науки и техники.

Алгоритм управления земельными и водными ресурсами (рис. 1) обусловлен структурой ресурсов и механизмов их функционирования в природно-хозяйственной среде.

Объектом управления служат компоненты нооценоза, а компоненты природной среды выступают здесь в роли факторов и условий, определяющих параметры управления. Это позволяет рассчитать параметры оптимального регулирования обмена веществом, энергией и информацией между производством и природной средой. Алгоритм управления включает в себя последовательность работ, которые необходимо выполнить в процессе инженерно-экологических исследований.

Наиболее трудоемким является сбор исходных данных для оценки воздействия производства на природную среду. На этом этапе необходимо установить все источники воздействия, определить их качественные и количественные параметры. Кроме того, требуется выявить целый ряд природных условий и факторов, влияющих на специфику структуры и функционирования исследуемых природно-производственных систем.

В данной трактовке природные условия, природные ресурсы имеют равнозначный смысл и сводятся к такому элементу или качественному составу, который определяет жизнеобеспеченность системы и участвует в сфере материального производства. В таком случае экологическое управление есть процесс принятия и реализации плановых решений по осуществлению целенаправленных воздействий на исследуемые объекты в пределах сохранения их жизнеобеспеченности со способом воздействия в форме саморегулирования, основанного на естественных адаптационных способностях геосистем.

(Сбор iKxagiibirx - данных ддя офамг вдздейсгпня^ ^передел еикё на*№<ктюе№

flqtkiKi «'«ИМ-И „

V^BflATiHt-rRIM

--St,---. ..

^>предежаше допуч шмого: с ос тоянияпрнродашп среды в зоне воздействия J

—А

Расчет показателен^ обестшшгнзи^пцмдопуспшую

интенсивность иоздейетвня. :::::::::: .:.:.:; .........".

В1.15ор11ЖШчом11чесв<К5:оОосно]1?нцеме|><)1трищн1г, обеспечиваю щнх::: дои^с.тнмун»:: :1ш1шсшшость:: :и стшень иоздйыствня:.

............

С

плановых юоказзишш но"» :;перятдэм;реадизашш;«фопр1шнй::^

j йнодшшёс Ю4.Ш ajj joijjjs; с a.vnh :': Д ЛЯ Эдос tiiaii^Ha luiiiiuoribtx: покзаагелен:: "J

Рнс. 1 Алгоритм управления земельными н водными ресурсами.

Рациональная политика управления земельными и водными ресурсами представляет собой как прямое, так и опосредованное управляющее воздействие на ресурсный потенциал территорий (рис. 2).

Исследования объектов, имеющих географический характер в смысле пространственной ориентации и разнообразия, требуют специальных подходов и средств известных под названием геоинформационных систем (ГИС), структурно-функциональными компонентами которых являются картографические базы данных или знаний.

Разработке автоматизированных систем обработки информации и информационно-аналитическому обеспечению различных отраслей народного хозяйства посвящены работы Каштанова А.Н., Добрынина С.Н., Полуэктова Е.В., Нестерен-ко И.М., Островского Г.М., Осипова Г.К.

(управляющее воздействие)

пп A

Pf 1

о А

й 1 If

р к

M à s

| Состояние

устойчивости

область воздействия il ! (+) обратная связь

.....Ч""............ '»..............^ j.

» > -*ж(Л обратная спязь К Й81

Us

(+) обратная евяль 1 (¿обратная связь) (ресурсный потенциал территории (регионов]) сприродно-антропогенныи регион)

(прямая свянгб)

Рис. 2 Принципиальная схема управляющих воздействий на ресурсный потенциал территории (регионов).

В 1994-95 гг. по заказу Роскомзема Северо-Кавказским филиалом РосНИЦ "Земля" (г.Нальчик) совместно с Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академией при участии автора разработана технология комплексной автоматизированной оценки состояния земель Кабардино-Балкарской республики. При разработке технологии в качестве примера решена задача комплексной автоматизированной оценки состояния земель КБР с точки зрения их селе- и лавино-опасности, поскольку эти экзогенные процессы в силу природных особенностей республики и характера использования ее территории развиты достаточно широко.

В последующем (1996-97 гг.) автором разработан прикладной модуль ГИС "Мелиорация" и на базе созданной технологии выполнена комплексная оценка мелиоративного состояния орошаемых земель по критериям подверженности засолению, заболачиванию, водной и ветровой эрозии, а так же проведено районирование территории по способам и технике полива сельскохозяйственных культур.

Банк данных, который был создан в процессе разработки технологии позволил впервые на общих методических принципах объединить самую разнообразную

информацию о естественных факторах, определяющих природные особенности республики (геологическом строении, неотектонике, рельефе, климате, поверхностных и подземных водах, почвах, растительности) и характере их использования.

Применение ГИС КБР позволяет автоматизировать отдельные этапы в сложной технологической цепочке обработки информации по различным методикам. Система обработки информации состоит из автоматизированной информационно-поисковой подсистемы (АИПС) и подсистемы обработки информации (АСОИ). На схеме (рис.3) операции создания и функционирования АИПС выделены черным крапом на белом фоне, а АСОИ - белым кралом на черном фоне.

АИПС содержит четыре базы данных: условных обозначений, атрибутивную, векторную и матричную. Последние три базы данных связаны между собой функциями преобразования атрибутивных данных в векторные и матричные, векторных данных в атрибутивные и матричные, матричных данных в атрибутивные и векторные.

В настоящее время АИПС по технологической схеме заполняется после обработки и подготовки исходной информации.

Векторная база данных заполняется при помощи дигитайзера, здесь же предусмотрены контроль, корректировка и визуализация данных.

Основой матричной базы данных служит цифровая модель рельефа (ЦМР) территории КБР.

Операции в подсистеме АСОИ осуществляются с применением матричной базы данных. Матрицы полученные в результате расчетов в подсистеме АСОИ пополняют матричную базу данных, здесь же предусматриваются контроль, корректировка и визуализация данных этих матриц.

В АСОИ предлагаются решающие правила для реализации задач управления земельными и водными ресурсами в условиях высоких антропогенных нагрузок с привлечением баз данных АИПС по параметрам природных факторов и применения различных методик.

Основой технологического обеспечения системы являются персональные компьютеры, а программного обеспечения - ГИС Б^ТЕКв/ТИ, разработанная фирмой "ТРИСОФТ" (г.г. Москва, Троицк).

Картографическая информация может быть представлена в векторном, матричном и растровом виде. При векторном представлении картографическая информация содержит объекты, которые на карте изображаются следующими примитивами: точка, линия и полигон.

Каждое из вышеперечисленных представлений информации в данной системе имеет свой программно-математический аппарат для решения задач, свою систему управления данными и свои способы визуализации.

При проектировании структуры базы данных для решения задачи районирования территории КБР по критериям подверженности засолению, заболачиванию, 1 водной и ветровой эрозии, а также по способу и технике полива основное внимание уделялось подбору признаков (параметров) возможно более полно характеризующих объект оценки с точки зрения конкретной задачи, а также выбору или формулированию решающего правила - основного принципа, согласно которому исследуемый объект может удовлетворять или не удовлетворять требованиям оценки.

В структуре базы данных ГИС для решения задачи районирования территории республики по способу и технике полива с целью наиболее рационального в почвоохранном отношении использования дождевальной техники представлены блоки АИПС ГИС с факторами, определяющими выбор дождевальной техники.

Рис. 3 Технологическая схема комплексного автоматизированного решения задач природопользования с помощью ГПС КБР

Рельеф как совокупность значений абсолютных отметок земной поверхности, является основой матричной базы данных и представлен в ГИС КБР цифровой моделью рельефа территории республики (ЦМР КБР).

Климат. Все слои отдельных элементов климата (температуры воздуха, давления, осадков, ветра) являются атрибутивными, т.е. содержат информацию только в табличном (текстовом) виде. Объектом описания в них служат год и месяц наблюдений в определенном пункте, характеризуемые ' конкретным значением метеопараметра.

Подземные воды .Объектом слоя ГИС КБР - "Карта глубин уровня грунтовых вод" является зона с определенным интервалом глубин, тип объекта -полигон. Источник - карта гидроизогипсов горизонта грунтовых вод, составленная в 1993 году Кабардино-Балкарской геологоразведочной экспедицией (КБГРЭ).

Объектом слоя " Карта минерализации грунтовых вод" является изолиния среднегодовой минерализации грунтовых вод, тип объекта - линия. Источник -карта изолиний среднегодовой минерализации грунтовых вод (КБГРЭ, 1993 г.).

Объектом векторного слоя "Карта скважин" является скважина (место ее прохождения), тип объекта - точка. Источниками информации являются гидрогеологические карты и схемы размещения наблюдательной режимной сети (материалы КБГРЭ).

В атрибутивной базе данных этого слоя отражены минерализация, температура и уровень воды.

В структуре блока базы данных ГИС КБР "Поверхностные воды" выделены следующие векторные слои: реки и ручьи, гидропосты; озера и искусственные пруды, ледники. Для решения задач модуля "Мелиорация" создан векторный слой "Оросительные системы". Объектами этого слоя являются головные водозаборные сооружения, магистральные каналы (трубопроводы), мелиоративные насосные станции, распределительная и регулирующая сеть. Атрибутивная информация по водозаборным сооружениям включает следующие параметры: количество и размеры взвешенных частиц в воде, величину минерализации и минимальную температуру воды.

Почвы. Для создания информационной базы данных по почвам в векторную базу данных переносились границы почвенных контуров (материалы института "Севкавгипрозем", 1975-93гг.). Атрибутивная база данных содержит характеристики почв (тип, подтип, род, вид, подвид, механический состав, мелиоративное состояние) и данные по факторам почвообразования (почвообразующие породы, экспозиция и крутизна склонов, выходы горных пород). В последствии (1998 г.) база данных дополнена следующими параметрами: мощность почвенного горизонта, скорость впитывания воды в почву, влагоемкость и влажность разрыва капилляров почвы.

Растительность. Информационная база по растительности включает границы растительных контуров, типы сообществ, виды растений, заимствованные из районных геоботанических карт, в том числе встречающиеся в предгорной и горной части республики на естественных сенокосах и пастбищах, заповедниках и заказниках (материалы института Севкавгипрозем, 1993 г). В отдельный слой выделены агрокультуры.

Разработанная геоинформационная система ГИС КБР, дополняемая оперативными данными (результатами мониторинга природной среды) о животном мире, геоморфологии, геологии, гидрогеологии, атмосфере и других природных факторах, а также данными социально-экономического характера, в перспективе может составить основу для создания региональной эколого-экономической геоинформационной системы, предназначенной для решения задач природопользования. Подобные системы широко используются в развитых странах - международных проектах и программах по экологии и рациональному природопользованию. При этом, в отличие от часто используемой схемы, при которой за основу берется математическая модель и под нее подбирается необходимая информация, представляется целесообразным предварительное накопление и анализ имеющейся .информации о состоянии природных ресурсов, увязка их по всем компонентам применения, технико-технологического обеспечения хозяйственной практики, с последующим формирование модулей целевого назначения. Это связано с наличием большого объ-

ема информации различной структуры (отчеты, таблицы, карты, графики и т.д.), получаемой из разнообразных ведомств, которую необходимо "привязать", в первую очередь, к определенной территории и отсортировать по значимости и достоверности.

Главным преимуществом такой ГИС является возможность информационной поддержкой запросов самых различных типов в том числе и таких, которые не были сформулированы на момент проектирования самой системы. Информация, хранящаяся в базе данных системы может быть использована в каждом отдельном прикладном модуле. Соответственно главным вопросом, требующим решения при проектировании прикладного модуля является организация его структуры, связанной со структурой базы данных ГИС.

Четвертая глава посвящена принципам и методам защиты земельных в водных ресурсов в условиях повышенных техногенных нагрузок.

Как основа комплексных мер защиты земельных и водных ресурсов рассмотрена технологическая трансформация регионального агропромышленного комплекса. Предлагается следующая типология регионального агропромышленного комплекса:

- производственный тип с высоким уровнем сельскохозяйственной специализации;

- региональный АПК, интегрированный в состав народохозяйственного комплекса технически, технологически и экономически;

- региональный АПК с высоким уровнем обособления в использовании регионального ресурсного потенциала.

Региональный подход к построению АПК подразумевает переход к преимущественно территориальной системе разработки и реализации планов охраны и рационального использования природных ресурсов.

Введение в практику преимущественно территориального принципа построения и реализации планов охраны и рационального использования природных ресурсов требует изменения существующей организационной структуры управления природоохранной деятельности на всех уровнях. Существует необходимость сосредоточения всех управленческих функций в этой области деятельности в едином региональном органе, экономически и организационно независимом от ведомств, эксплуатирующих природные ресурсы, с системой подчиненных ему территориальных подразделений в административных районах.

Выполненные анализ и оценка антропогенного воздействия регионального АПК на земельные и водные ресурсы свидетельствуют о том, что в Кабардино-Балкарии сельскохозяйственное производство интенсифицируется в результате крупных энергетических дотаций агроэкосистемам в форме поливной воды, работы машин, минеральных удобрений, пестицидов и т.д. Такое вмешательство в природные процессы значительно преобразует среду и вызывает ответные и сильные реакции сопротивления, в результате которых формируются новые, менее устойчивые агроэкосистемы, взамен более устойчивых. Управление новыми агроэкоси-стемами требует очередных дотаций энергии, что вновь снижает их устойчивость. Процесс может повторяться до тех пор, пока не наступит экологический кризис.

В соответствии с экологическим законом внутреннего динамического равновесия экосистем, вещество и энергия взаимосвязанны так, что любое их изменение вызывает соответствующие функционально-структурные перемены по иерархическим цепям. Своевременно оценить эти перемены обычно невозможно, поскольку накопление негативных факторов происходит постепенно и фиксируется лишь на стадиях, предшествующих экологическим кризисам.

За последние 50 лет в республике посевная площадь увеличилась в 1,8 раза. При этом парк тракторов увеличился в 10,3 раза, автомобилей - примерно в 2500 раз, энерговооруженность (по двигателям) в 800 раз, поставки минеральных удобрений - в 430 раз. При увеличении капиталовложений в сельское хозяйство более чем в 150 раз, средняя урожайность по зерновым культурам за этот период возросла лишь в 2,4 раза. Затраты на получение одной калории урожая в настоящее время превышают таковые, имевшие место 50 лет назад в 20 раз.

До последнего времени при обосновании и размещении мелиоративных мероприятий основное внимание в КБР уделялось повышению урожайности сельскохозяйственных культур, тогда как необходим более гибкий подход к развитию различных видов мелиорации, учитывающий сохранение и повышение плодородия почв при условии рационального использования водных ресурсов и охраны земель.

Строительство крупных животноводческих комплексов, концентрация на относительно малых площадях значительного количества животных, продуцирующих в большом объеме органические отходы, обусловили возникновение в республике ряда проблем, связанных с охраной окружающей среды. Основным источником загрязнения поверхностных вод являются животноводческие комплексы, расположенные в долинах рек. Их количество в настоящее время достигает 130-135, причем четверть из них представляет одновременно угрозу загрязнения и подземных вод.

Результаты научных исследований и имеющийся производственный опыт показывают, что решать проблему следует по следующим основным направлениям:

- применение технологий, сводящих к минимуму количество операций, выполняемых с помощью машино-тракторных агрегатов;

- усовершенствование эксплуатируемых машин в направлении снижения уплотняемой площади;

- применение МТА на пневмогусеницах, шинах низкого давления, спаренных колесах и шинах с оптимальными параметрами, с рациональным размещением ходовых устройств и незначительным динамическим и непродолжительным по времени воздействием на почву;

- рациональная организация движения при выполнении производственных и транспортных работ, соблюдение оптимальных скоростей движения;

- использование в районах с развитой дефляцией почв принципиально новой системы земледелия, исключающей плужную обработку почв;

- использование биологических методов защиты растений и нетоксичных природных пестицидов;

- селекции растений на устойчивость к поражению вредителями и болезнями;

- перехода от монокультур к поликультурам и сортосмесям.

- дробного внесения рекомендуемых доз удобрений по фазам развития растений;

- применения гранулированных удобрений, внесения их в зону питания корней растений;

- исключения применения подвижных форм удобрений в районах с большим количеством осадков и в условиях искусственного орошения;

- внесения медленно действующих удобрений (например, карбамидоформа) и удобрений с защитной оболочкой;

- торможения процесса перехода аммонийного азота в нитратный с помощью ингибиторов нитрификации (нитропирин, Ы-эеп/е, АМ и др.);

- снижения токсического действия тяжелых металлов посредством поддержания нейтральной или слабощелочной среды в почве (например, известкованием кислых почв) и внесения высоких доз органических удобрений.

Концепция охраны почв от засоления и заболачивания определяется в основном характеристиками почвенного покрова территории, гидрогеологическими и климатическими условиями, формами и степенью антропогенного воздействия. На рис.4 показана схема районирования территории республики по мелиоративному состоянию земель.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Мелиоративное состояние:

I хорошее I I Граница КБР

удовлетворительное ВШЯ1 Ледники

¡¡ШШ неудовлетворительное

Рис. 4 Схема районирования КБР по мелиоративному состоят» земель.

Для удаления солей из почвы рекомендуются систематические промывки пресной водой.

На почвах тяжелого механического состава для увеличения их водопроницаемости следует применять глубокую вспашку, почвоуглубление, при необходимости - щелевание, кротование.

Эффективным способом мелиорации засоленных земель в условиях Кабардино-Балкарии является возделывание растений, способных поглощать значительное количество соли.

В сухостепном районе объектами мелиорации являются в южные черноземы и каштановые почвы, характеризующиеся относительно высокой емкостью поглощения, комплексностью покрова, а иногда - склонностью к осолонцеванию.

Первоочередным мероприятием в рассматриваемом районе является всемерное снижение фильтрационных потерь. Наряду с проектированием и строительством закрытой оросительной сети, бетонированных каналов важное значение имеет реконструкция существующих оросительных систем. При определенных

условиях необходим вертикальный дренаж, обеспечивающий понижение уровня грунтовых вод до 5-7 м и более.

В этой связи актуальны разработка методов регулирования мелиоративных режимов почв на основе нормирования орошения и совершенствование способов и технологий полива.

В степном эколога-мелиоративном районе объектами оросительных мелора-ций являются черноземы карбонатные и лугово-черноземные почвы. Требования к мелиоративному режиму здесь достаточно жесткие. Основная задача - всемерное сокращение промывного режима и недопущение подъема уровня грунтовых вод (УГВ), уменьшение фильтрационных потерь и строительство вертикального дренажа на слабодренированных землях.

Применение сточных вод возможно только после всестороннего рассмотрения вопросов экологической безопасности и обоснования возможности их использования для полива исключительно кормовых культур.

В предгорном эколого-мелиоративном районе с помощью дождевания орошаются земли, почвенный покров которых представлен черноземами карбонатными, слабовыщелоченными и оподзоленными.

В данных условиях гидротехнические мелиорации, связанные в основном с орошением земель, следует осуществлять совместно со специальными системами земледелия, направленными на улучшение гидрофизических свойств почвы, поддержание положительного баланса органического вещества.

На территории республики обособляются несколько групп переувлажненных и заболоченных почв, связанных с избыточным увлажнением, в том числе при осуществлении комплекса мелиоративных мероприятий.

Группа кратковременно избыточно увлажненных охватывает горные бурые лесные поверхностно-глеевые, горные лугово-черноземные, горные аллювиальные дерновые насыщенные почвы, переувлажненные в течение 2-4 недель, при глубине УГВ 3-7 м. Источником переувлажнения служат атмосферные, делювиально-натечные воды. На почвах угодий данной группы целесообразно проведение комплекса мероприятий:

- регулирование водного режима агротехническими приемами (оптимальные сроки обработки, узкозагонная грядковая или гребневая вспашка, глубокое безотвальное рыхление, щелевание, кротование);

- регулирование склоновых стоков;

- на кормовых угодьях - запрещение выпаса скота по переувлажненной почве;

- на орошаемых землях - соблюдение оптимальных норм и сроков поливов, применение прогрессивных способов и технологии полива.

Временно избыточно увлажненные, переувлажненные в течение меньшей части вегетационного периода за счет грунтовых вод, залегающих на глубине 1,53,0 м, включают горные бурые лесные глееватые и луговые почвы. Для них, кроме перечисленных выше мероприятий, рекомендуется сооружение на орошаемых землях дренажной сети.

В группу длительно избыточно-увлажненных почв входят горные бурые лесные глеевые, горные серые лесные грунтово-глеевые, горные аллювиальные луговые насыщенные, влажно-луговые, аллювиально луговые насыщенные, переувлажненные в течение большей части вегетационного периода за счет близко залегающих грунтовых и пойменных вод. Здесь рекомендуется осушение с помощью коллекторно-дренажной сети. Для почв с пойменным переувлажнением целесообразно дополнительно сооружение защитных валов. Обязательным является проведение указанных выше агротехнических мероприятий.

Группа постоянно избыточно увлажненных включает лугово-болотные и аллювиальные лугово-болотные почвы, переувлажненные в течение всего вегетационного периода, при УГВ менее 1 м. Источником переувлажнения служат грунтовые и пойменные воды.

Для этих почв, кроме перечисленных выше мероприятий, целесообразно проведение планировки поверхности, фрезерование, дискование при освоении в пашню и срезка кочек, посев трав на кормовых угодьях, с дальнейшим использованием их в качестве сенокосов.

Основным источником загрязнения поверхностных и подземных вод в Кабардино-Балкарии являются минеральные и органические удобрения, пестициды, жидкие стоки и отходы животноводства, хозяйственно-бытовые сбросы, нефтепродукты и химические соединения - отходы производства предприятий горнодобывающей промышленности.

Значительное количество загрязняющих веществ попадает в водоемы в результате водной и ирригационной эрозий, вместе со смытой водой почвой. Поэтому с точки зрения защиты водных объектов от загрязнений эффективны меры, направленные на снижение эрозии.

Эффективно также установление санитарных зон вокруг водоемов с целью предотвращения попадания химикатов, соблюдение других требований и норм защиты водных объектов.

В связи с загрязняющим воздействием животноводческих комплексов на водные объекты рекомендуется устройство валов и водосбросных канав для перехвата загрязненного стока, а также дамб для отвода поверхностного стока от загонов, создание механических заслонов против попадания отходов в водоисточники.

В республике известны случаи инфильтрационных сбросов жидких фракций навоза в грунтовые воды. Поэтому размещение животноводческих комплексов в пониженных элементах рельефа с близким залеганием грунтовых вод недопустимо.

Решение проблемы защиты поверхностных и подземных водоемов от загрязняющего воздействия животноводческих комплексов тесно связано с разработкой надежных методов утилизации отходов, являющихся ценным сырьем для подготовки органических удобрений.

Рационально также использование сточных вод для полива сельскохозяйственных культур, поскольку из-за недостатка средств они сбрасываются непосредственно в водотоки. Однако, при этом необходимо руководствоваться санитарными правилами устройства и эксплуатации земледельческих полей орошения.

В условиях Кабардино-Балкарии не рекомендуется использование на полив сточных вод предприятий по переработке сырья мясокомбината, биофабрик, лечебно-профилактических учреждений и т.п. На полях орошения рекомендуется возделывать только кормовые культуры. Причем, целесообразна их уборка на сено, или переработка на травяную муку, гранулы или брикеты.

Пятая глава посвящена эколого-мелиоративному районированию территории Кабардино-Балкарии. Даны принципы районирования и характеристики выделенных эголого-мелиоративных районов.

Разнообразие природных и эколого-мелиоративных показателей территории республики, определяет сложность ее использования как объекта сельскохозяйственного производства, что вызывает необходимость эколого-мелиоративного районирования.

Данное районирование учитывает также наличие на территории Кабардино-Балкарии двух типов структур вертикальной поясности, линия границы между которыми проходит по р.Баксан.

В основе разработанного эколого- мелиоративного районирования лежит схема деления территории республики на природные зоны и пояса, предложенная К.Н.Керефовым и Б.Х.Фиапшевым (1977 г.).

Основная цель районирования - типизация территории республики по естественным природным показателям, антропогенным нагрузкам и их возможным последствиям с учетом изменений, произошедших под влиянием деятельности человека.

При проведении районирования использовались следующие принципы: генетический, учитывающий генезис всего комплекса природных условий; принцип комплексности, т.е. учет всей совокупности современных природных и искусственных условий; принцип территориальной общности, т.е. неразрывности площади и контура региональной единицы; принцип относительной однородности, т.е. объединения однородных до определенной степени участков земной поверхности.

Для выявления границ районов использована ГИС - технология, привлекались литературные и картографические источники по отдельным компонентам природы, материалы изысканий под крупные водохозяйственные объекты и т.д.

В соответствии с приведенными принципами в пределах территорий Кабардино-Балкарии выделено четыре эколого-мелиоративных района: сухостепной, степной, предгорный и горный (рис.5).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Эдаяого-мелаоратввяые районы:

[■■■'у.'-1 сухостепной _

I - ■ -1 степной . I I Границы районов

1 1 предгорный I I Граница КБР

ОНИ горный 1111 Лсдашкн

Рис. 5 Схема вкаяого-лтелноратианого районирования КБР.

СухостепноО эколого-мелиоративный район включает часть Прохладнен-ского административного района, расположенную на левом берегу р.Малка и незначительную часть Терского района, находящуюся на правом берегу р.Терек. Сюда же отнесена северо-восточная оконечность Майского административного района.

Территория расположена на высоте от 200 до 300 м над уровнем моря. Характерные типы ландшафта - степной равнинный и степной холмистый. Сельскохозяйственные угодья занимают 80-85 % территории. Основная часть площади сельхозугодий (94-96 %) подвергается интенсивному мелиоративному воздействию.

Сумма температур за период со средними суточными температурами выше 10 0 С составляет 3400 0 и более. Степень увлажнения недостаточная, гидротермический коэффициент (ГТК) по Г.Т.Селянинову менее 0,9.

Количество осадков за вегетационный период, по многолетним данным не превышает 315 мм, а за год - не более 435 мм.

Сумма испаряемости с водной поверхности за период май-сентябрь, вычисленная по формуле Н.Н.Иванова составляет в среднем 480-525 мм.

Наиболее распространенными типами почз являются темно-каштановые почвы и южные черноземы.

Территория сухостепного района сложена мощной толщей рыхлых осадочных пород - чередующимися слоями глин, песков, конгломератов и галечников, покрытыми сверху почти сплошным плащем лессовидных суглинков.

По условиям залегания подземных вод район относится к подпровинциям Восточно-Предкавказского бассейна пластово-блоковых и трещино-жильных напорных вод Крымско-Кавказской гидрогеологической провинции. Природная защищенность подземных вод соответствует, в основном, I и V категориям (в соответствии с градацией условий природной защищенности подземных вод ВСЕГИНГЕО). На территории района (2188 км2 ) выявлено 56 очагов загрязнения подземных вод. Из природных физико-геологических процессов получили распространение просадочность почвогрунтов и ветровая эрозия. Имеют место водная и ирригационная эрозия почв.

Поверхностные водные ресурсы района - реки Терек, Малка, ряд крупных оросительных каналов, озер и прудов с общим водным зеркалом около 1500 га. В р.Терек, в последние годы, периодически отмечаются превышения предельно-допустимых концентраций (ПДК) по содержанию цинка (5-8 ПДК), меди (3 ПДК), нефтепродуктов (3-5 ПДК). В нижнем течении, после впадения р.Малка обнаруживаются превышения ПДК по содержанию вольфрама (5ПДК) и молибдена (10 ПДК), что свидетельствует об отрицательном влиянии р.Малка на качество воды в р.Терек.

Степной эколого-мелиоративный район включает юго-западную часть Про-хладненского района, расположенную правее реки Малка, северо-восточную окраину Баксанского района, Майский административный район без северовосточной оконечности, юго-западную часть Терского района, расположенную правее Малокабардинского канала, а также незначительную территорию на северо-востоке Урванского административного района. Территория района имеет отметки высот от 200 до 500 м над уровнем моря. Ландшафт - степной холмистый и степной равнинный. Освоенность территории - порядка 75-78 %. Значительные площади сельхозугодий мелиорированы.

.Сумма температур за период активной вегетации - 3200-3400°С. Среднее годовое количество осадков 435-480 мм, из которых 310-350 мм приходится на вегетационный период.

Почвы рассматриваемой территории представлены черноземами

карбонатными (обыкновенными), лугово-черноземными и луговыми почвами. В результате интенсивного сельскохозяйственного освоения земель на территории рассматриваемого района естественный растительный покров практически не сохранился.

Большая часть территории района сложена мощной толщей рыхлых осадочных пород. Уклоны поверхности обычно не превышают 2°, для большей части территории они менее 1°.

Качество подземных вод среднечетвертичных отложений позволяет их использовать для хозяйственно-питьевого водоснабжения и на цели орошения. В соответствии с районированием, проведенным по методике ВСЕГИНГЕО, часть территории района отнесена ко 2 гидрогеологическому району. Здесь продуктивными являются воды нижнечетвертично-верхнеплиоденового комплекса. Кровля комплекса залегает на глубинах 90-150 м. Статические уровни устанавливаются на глубинах 11-41 м. Часть территории отнесена к 1 гидрогеологическому району. Перспективным для орошения земель здесь является водоносный комплекс четвертичных отложений, мощность которого изменяется от 90 м на юге до 290м на севере.

В рассматриваемом зколого-мелиоративном районе на площади около 1700 км2 выявлено 53 потенциальных очага загрязнения подземных вод. Анализы проб, отобранных из верхнечетвертичного водоносного горизонта в непосредственной близости от некоторых очагов загрязнения выявили содержание нитратов порядка 62-131 мг/л. Отмечены биологическое загрязнение и повышенная общая жесткость вод верхнечетвертичного водоносного горизонта на значительной площади.

Гидрографическая сеть района представлена реками Баксан, Черек, Урвань, а также искусственными каналами, прудами и озерами. В воде, отобранной в р.Черек, после впадения р.Урвань обнаружены значительные количества нитратов и нитритов, а содержание фосфатов и меди превышает ПДК в 2,5-3,0 раза. Кроме того, отмечены небольшие количества фосфорорганических ядохимикатов (0,001 мг/л).

В предгорный эколого-мелиоративный район - включены восточные части Зольского и Баксанского административных районов, восточная и центральные части Чегемского района и практически весь Урванский административный район. Территория района представлена типичными предгорными равнинами с отметкой высот от 300 до 700 м. В геоморфологическом отношении территория представляет собой наклонную и открытую на северо-восток платообразную возвышенность, постепенно переходящую в предгорную Кабардинскую равнину.

Ландшафт - предгорно-степной холмистый и лесостепной предгорный. Естественная растительность представлена злаково-разнотравными степными сообществами.

Мелиорированные земли составляют порядка 62-65 % используемой в сельскохозяйственном производстве площади.

Климат умеренно-теплый с суммой температур за вегетационный период 2800-3200 °С. Увлажнение умеренное, гидротермический коэффициент изменяется в пределах 1,0-1,8. Испаряемость за период май-сентябрь составляет 450-500 мм.

Основу почвенного покрова составляют черноземы карбонатные (обыкновенные) слабовыщелоченные (типичные), выщелоченные, оподзоленные и серые лесостепные почвы.

В отношении состава слагающих территорию пород рассматриваемый район близок к степному: толща глин, конгломератов, галечников и песчаников перекрыта местами чехлом континентальных отложений разного механического состава.

Вдоль долин рек развиты современные и древние аллювиальные отложения, представленные галечниками, песками и суглинками, часто совершенно лишенные лессовидного покрова.

В соответствии с оценкой природно-зкологической защищенности подземных вод значительная часть территории района отнесена ко II категории защищенности. Средняя часть полосы предгорий, из-за значительной мощности зоны аэрации (6098 м) и большего развития тяжелых суглинков и глин мощностью 30-78 м, отнесена к VI категории защищенности. В целом подземные воды данного района имеют слабую естественную защищенность от загрязнения с поверхности почвы.

На территории предгорного эколого-мелиоративного района выявлено 112 потенциальных очагов загрязнения подземных вод.

Особое влияние на подземные воды оказывает г.Нальчик со значительной одноэтажной застройкой и промышленными территориями, не охваченными в полной мере канализационной системой и ливневым дренажем.

Гидрографическая сеть района образована реками бассейна р. Малка, большинство из которых являются типично горными. Наиболее загрязненным водотоком бассейна является р.Баксан, основной источник загрязнения которой Тыр-ныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат (ТВМК). В среднем течении р.Баксан по сравнению с фоновым створом изменяется цвет, запах воды, уменьшается прозрачность, возрастают концентрации железа, цинка, нефтепродуктов, взвешенных веществ и меди. Содержание вольфрама колеблется от 5 до 20 ПДК, молибдена от 20 до 30 ПДК. Периодически обнаруживаются фосфорорганические пестициды.

Горный эколого-мелиоративный район включает юго-западные части Золь-ского, Баксанского, Чегемского и Уреанского административных районов полностью.

Рельеф сложный, пересеченный, высота над уровнем моря от 800-1000 м до 2400-3000 м. Сложность рельефа, тектоники и геологического строения рассматриваемого района возрастает при продвижении с северо-востока на юго-запад и достигает максимума в высокогорной части.

Климат - от умеренно-теплого до холодного. На территории с отметками высот 800-1200 м сумма температур за вегетационный период составляет 2400-2800 "С. При продвижении в горы сумма температур снижается до 800-1800 °С, а ГТК возрастает до 1,8-2,2.

Почвенный покров представлен черноземами горными (выщелоченными, типичными и карбонатными), серыми, бурыми и подзолисто-буроземно-горно-лесными почвами.

В пределах горного эколого-мелиоративного района выделяются: Главный и Боковой Кавказские хребты с их отрогами, Северо-Юрская депрессия, Скалистый, Пастбищный и Лесистый хребты. Высоты водораздельных хребтов составляют 3500-4000 м, а отдельные вершины превышают 5000 м (Эльбрус - 5642 м, Дыхтау -5198, Шхара - 5057 м).

На территории района получили развитие следующие физико-геологические процессы и явления: снежные лавины, термопросадки, солифлюкция, выветривание, осыпи, обвалы, оползни, карст, плоскостной смыв, речная эрозия, оврагообра-зование, селевые потоки, механическая суффозия и заболачивание.

По схеме гидрогеологического районирования Северного Кавказа рассматриваемая территория относится к подпровинции Большекавказского бассейна, охватывающего северный склон Большого Кавказа.

В соответствии с районированием территории КБР по условиям орошения земель подземными водами (ВСЕГИНГЕО) часть рассматриваемого района отно-

сится к 5 гидрогеологическому району. Другая часть (высокогорная) отнесена к 6 гидрогеологическому району. По степени защищенности подземных вод рассматриваемая территория относится к I категории защищенности ввиду незначительной мощности зоны аэрации и высокой проницаемости пород ее слагающих.

В горном эколого-мелиоративном районе выявлен 51 потенциальный очаг загрязнения подземных вод, большинство из которых - отвалы животноводства на неэкранированных грунтовых площадках. Особое место занимает хвостохранили-ще ТВМК.

Источниками загрязнения рек в районе являются также животноводческие комплексы, расположенные в долинах рек, крупные птицефабрики, хранилища навоза и минеральных удобрений, склады ядохимикатов.

В шестой главе приведены методы оптимизации мелиоративных процессов и режимов почвы. Рассмотрено регулирование мелиоративных режимов почв на основе нормирования орошения.

В наших исследованиях (1987-94 гг.) при экспериментальном определении испаряемость культур приравнивалась к фактическому испарению при влажности почвы, близкой к наименьшей влагоемкости (НВ), оптимальном снабжении растений питательными элементами и научно-обоснованных сроках проведения агротехнических мероприятий. Величина суммарного испарения определялась методами водного и теплового балансов, но за основу приняты результаты, полученные методом водного баланса

№, = №и+а-Р-Е±д, (1)

где Ш, и VI/, ■ начальные и конечные влагозапасы почвы; а Р - эффективно используемые осадки, м3/год; Е - суммарное испарение, м3/га; д - влагообмен с грунтовыми водами, м3/га. Влажность почвы определялась с помощью радиоизотопных влагомеров ВПГР-1 и ВНП-1, предварительно оттарированных для условий применения.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что в рассматриваемых условиях динамика испаряемости сельскохозяйственных культур не соответствует таковой, определенной по формулам А.МАлпатьева и Н.Н.Иванова. Суммарная за вегетацию величина испаряемости, рассчитанная по этим формулам, распределена по месяцам более равномерно, нежели фактическая сумма испаряемости рассматриваемых культур (табл.1).

Результаты анализа кривых сезонного хода отношения фактической декадной величины испаряемости Ех к сумме за вегетацию 1ЕХ для различных культур позволяют констатировать их идентичность по годам. Являясь синтетическим показателем, отображающим влияние климатических условий и биологических особенностей культуры, коэффициент К = Ех/ £ Ех изменяется в течение вегетации в тесной связи с ростом и развитием растений. I

Для всех основных культур характерно плавное возрастание коэффициента К в течение вегетации до максимальных значений в критические по условиям водоснабжения периоды, с последующим убыванием. Ход коэффициента К представляет собой собственно биологическую кривую водопотребителей соответствующей культуры и является азональной устойчивой количественной характеристикой интенсивности водопотребления культуры, сложившейся в процессе ее адаптации к условиям формирования.

Месячные суммы испаряемости кукурузы на зерно ЕХ1 и озимой пшеницы

ЕХ2, испаряемости по А.М.Алпатьеву Е 01 и Н.Н.Иванову Е02, м 3/га ____(средние за 8 лет)_

Показатель Ед.изм Месяцы

V VI VII VIII V-VIII IX V-IX

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Е«1 M'Vra 536 978 2179 1218 - 341 5250

% 10,2 18,6 41,5 23,2 - 6,5 100

Ех,2 MJ/ra 1042 1861 1588 139 4630 - -

% 22,5 40,2 34,3 3,0 100 - -

Ео, MJ/ra 932 2151 2414 1609 - 414 7520

% 12,4 28,6 32,1 21,4 - 5,5 100

Еог MJ/ra 833 1516 1800 1341 - 550 6040

% 13,8 25,1 29,8 22,2 - 9,1 100

E01 MJ/ra 932 2151 2414 1609 7101 - -

% 13,1 30,3 34,0 22,6 100 - -

ЕО2 % 833 1516 1800 1341 5490 - -

% 13,1 30,3 34,0 22,6 100 - -

Временной ход коэффициента описывается нелинейным уравнением К = а + вТ - сТ2, (2)

где Т - сумма среднесуточных температур воздуха, накопленных от даты всходов или возобновления вегетации растений, С х 10 ;

а, в и с - эмпирические коэффициенты.

Коэффициенты корреляции, полученные для основных орошаемых культур, находятся в пределах 0,875-0,960.

Использование биологического времени, характеризуемого накопленной суммой температур воздуха, позволяет учесть с достаточной точностью неодинаковые темпы развития растений в разных зонах возделывания и связанные с ними различия в сезонном ходе коэффициента К. Поскольку, как показано выше, суммарные величины испаряемости £ E*i и I В х2 составляют в среднем за 8 лет 0,7 и 0,65 от рассчитанных по формуле А.М.Алпатьева X Е01, то для кукурузы на зерно и озимой пшеницы испаряемость можно определить с помощью следующих формул:

di

Ex.i= 0,7 Ео.1 Ki----, м3/га дек; (3)

d cpi d.

Ex,2 = 0,65 Е0.1 К2 —, м3/га дек; (4)

dCpi

где d| - среднесуточный дефицит влажности воздуха за расчетный период,

мб;

dcp.i - среднее многолетнее значение дефицита влажности воздуха за расчетный период, мб.

Значения dcp.i приведены в таблице 2.

Средние многолетние значения среднесуточных дефицитов влажности воздуха {1срь мб __(1987-94 гг) _

месяц декада V VI VII VIII IX

1 4, 1 6,8 7,5 10,6 8,8

II 5,3 6,9 8,8 10,2 6,4

III 6,3 7,4 9,8 9,0 6,4

1-11 7,2 7,0 8,7 9,9 7,2

При отсутствии информации по дефициту влажности воздуха, его рекомендуется считывать по формуле

d = (1-0,01 R) (1,6 +1,28 t),

(5)

где I и К - соответственно среднесуточная температура и относительная влажность воздуха (°С и %).

В условиях близкого залегания уровня грунтовых вод пик водопотребления и соответственно максимальная величина коэффициента К смещается к концу вегетации. Для этих условий предлагается зависимость

Ех = (9,5 + 0,27 V)!

(6)

где V s

ры (табл.3).

- средняя скорость ветра за расчетный период, м/сек;

- эмпирические коэффициенты, зависящие от района и вида культу-

Значения эмпирических коэффициентов в формуле (6)

Таблица 3

Экололо-го-мелиоративный район Коэффициент Культура

кукуруза озимая пшеница подсолнечник овощи многолетние травы

сухостеп- Б 2,235 2,440 2,500 0,270 2,348

нои Г 0,0164 0,0125 0,0121 0,0126 0,0140

1 0,0145 0,0170 0,0161 0,0168 0,0151

стеной Б 2,338 2,445 2,510 2,273 2,356

0,0168 0,0129 0,0128 0,0194 0,0146

\ 0,0144 0,0171 0,0160 0,0164 0,0150

предгор- 3 2,342 2,452 2,254 2,284 2,364

ный f 0,0174 0,0138 0,0134 0,0141 0,0152

1 0,0142 0,0165 0,0(57 0,0162 0,0145

Для определения фактического суммарного испарения конкретной сельскохозяйственной культуры в данных условиях можно воспользоваться выражением:

Е = Р'ЕХ (7)

где (5 - коэффициент, зависящий от влажности почвы.

Разница между испаряемостью в используемой трактовке и фактическим испарением в любой момент времени зависит от влагозапасов почвы. В диапазоне

влагозапасов от влажности завядания до критической, комплексный показатель р = Е/Ех связан с влагозапасами почвы линейной зависимостью. Однако, установить прямую связь между фактическим испарением и влажностью почвы сложно из-за значительного влияния изменяющихся метеорологических и биологических факторов водопотребления.

Для исключения влияния указанных факторов использована методика приведения испарения приводились к одинаковым условиям, используя соотношение

Ех

Е'=Е----, (8)

Ex.¡

где Е' - величина суммарного испарения, приведенного к средним за вегетацию значениям метеорологических и биологических факторов, м3/га сут;

Ех - средняя за вегетационный период величина испаряемости, м3/га сут; Ехл - величина испаряемости в рассматриваемый отрезок времени, м3/га сут. По материалам 5-летних наблюдений проведен корреляционно-регресионный анализ зависимостей Е' = ЦЩ, предусматривающий получение уравнений регрессии и парных коэффициентов корреляции для различных почвен-но-климатических условий (табл.4).

Таблица 4

Результаты корелляционно-регрессионного анализа зависимостей

Почва Культура Уравнение Коэффи- Ошибка Расчетные

регрессии циент коэффи- значения ВЗ,

корреля- циент в долях НВ

ции, г корре-

ляции

1 2 3 4 5 6

темно- кукуруза E'=74,3W-29,5 0,894 ±0,181 0,40

каштано-

вые почвы озимая E'=103,7W-45,0 0,784 ±0,124 0,43

и южные пшеница

чер-

ноземы много- E'=99,8W-46,2 0,906 ±0,128 0,46

летние

травы

черноземы кукуруза E'=74,2W-31,1 0,850 ±0,168 0,42

кар-

бонатные, озимая E'=10,3W-42,8 0,799 ±0,174 0,41

лугово-чер- пшеница

ноземные овощи E'=90,3W-37,3 0,877 ±0,144 0,41

и луговые много- E'=88,0W-36,0 0,894 ±0,136 0,41

почвы летние

травы

черноземы кукуруза E'=72,1W-29,6 0,900 ±0,129 0,41

слабовыще

1 2 3 4 5 6

лоченные озимая E'=89,2W-37,2 0,805 ±0,168 0,42

(типич- пшеница

ные) и подсол- E'=93,9W-39,1 0,908 ±0,118 0,42

оподзо- нечник

ленные овощи E'=81,6W-32,6 0,921 ±0,095 0,40

много- E'=92,8W-41,2 0,901 +0,114 0,44

летние

травы

В таблице влажность расчетного слоя почвы представлена в долях наименьшей влагоемкости.

Из выражения (8) следует, что

Е' Ех,| (аИ/-Ь)Е*,|

Е =----=----------- . (9)

Ех Ех

Используя значение Ех, для различных орошаемых культур вычислены средние величины и построены соответствующие зависимости для расчета суммарного испарения (табл.5).

Адекватность приведенных зависимостей проверялась путем сравнения рассчитанных (Ерасч.) и определенных методом водного баланса (Еа) величин суммарного испарения. Данные сравнения свидетельствуют о хорошем согласовании рассчитанных и экспериментально определенных величин испарения практически для всех основных типов почв и рассматриваемых культур.

Для оценки достоверности полученных зависимостей также сравнивались отношения значений испарения, определенных методом водного и теплового балансов (Е а /Ет.б.), с отношением фактических и рассчитанных величин испарения (Еа/Ераоч,)-

Выполненые расчеты показали, что предложенный метод может быть использован наряду с методов теплового баланса. Важно отметить, что отклонения значений Ев/ЕраСч. от единицы в сторону завышения и занижения примерно одинаковы, что говорить об отсутствии систематических погрешностей расчета.

Таблица 5

Эмпирические уравнения для расчета суммарного испарения орошаемых сельскохозяйственных культур в Кабардино-Балкарии

Почва Культура Ex,MJ/ra Расчетное

(средние за 5 уравнение

лет)

1 2 3 4

Темно- кукуруза 5650 E=(1,84W-0,73)EXI

кашта- 40,4

новые озимая 5010 E=(2,28W-0,99)EX¡

почвы и пшеница 45,5

южные многолет- 6485 E=(2,31W-1,07)EXI

черноземы ние травы 43,2

1 2 3 4

Черноземы кукуруза 5250 Е=(1,98\Л/-0,83)Е»

карбо- 37,5

натные, озимая 46,30 Е=(2,15М-0,89)ЕХ|'

лугово- пшеница 48,1

чернозем- овощи 5090 Е=(2,13\Л/-0,88)Ех1

ные 42,4

многолет- 6280 Е=(2,10УУ-0,86)Ех;

ние травы 41,9

Черноземы кукуруза 5120 Е=(1,97М-0,81)ЕХ|

слабо- 36,6

выщело- озимая 4500 Е=(2,18УУ-0,91)ЕХ|

ченные пшеница 40,9

(типичные) подсол- 6150 Е=(2,14\ЛМ),89)ЕХ|

и оподзо- нечник 43,9

ленные овощи 5210 Е=(1,8В\ЛМ),75)ЕХ(

43,4

многолет- 6300 Е=(2,21\Л/-0,98)ЕХ|

ние травы 42,0

'Примечание: В числителе дроби - сумма Ех за вегетационный период, в знаменателе - средняя суточная величина Ех.

По результатам многолетних наблюдений за расходами воды из почвы при различных уровнях залегания грунтовых вод определены эмпирические коэффициенты, входящие в модифицированную формулу С.Ф.Аверьянова, которые приводятся в диссертации.

В процессе исследований (1986-96 гг.), проведенных на ряде оросительно-обводнительных систем республики, разработана методика обоснования технологии полива дождеванием, включающая методы определения технологических условий безопасного в эрозионном отношении полива с более полным учетом свойств почвы и ряда других факторов. Исследования показали, что допустимая интенсивность дождя зависит от механического состава, водопрочности почвенной структуры и пористости наиболее плотного слоя в корнеобитаемой толще почвы. Плотность верхнего пахотного слоя почвы находилась в диапазоне 1,28-1,40 г/см3 , в подпахатном горизонте нередко доходила до 1,45-1,82 г/см3. Уплотненный горизонт оказывает существенное влияние на допустимую интенсивность дождя, препятствуя быстрому продвижению оросительной воды с поверхности почвы в нижние слои.

Зависимость интенсивности дождя I от времени I до появления луж (а затем и поверхностного стока) в общем случае выражается

к

¡ = ~» , (10)

где к и у - эмпирические коэффициенты, характеризующие почвы участка, рельеф, растительность, величину предполивной влажности и условия дождевания.

Экологически безопасная поливная норма тДОп. может быть определенна как норма, которую можно выдать без образования луж и поверхностного стока

Шдоп. = i t = k1/y

1-му

ММ

(11)

В таблице 6 приведены значения коэффициентов к и у, полученные эмпирическим путем для основных рассматриваемых типов почв.

Таблица 6

Тип Проективное Коэф- Уклон поверхности

почвы покрытие по- фициент 0,0- 0,01- 0,05-0,08 0,08-

(мех.состав) верхности 0,001 0,05 0,12

Легкие с культурами к 5,54 5,38 5,16 5,08

(супесчаные сплошного сева У 0,580 0,608 0,611 0,618

и глинистые с пропашными к 5,36 5,21 5,04 4,95

культурами У 0,600 0,624 0,618 0,625

без раститель- к 5,18 5,04 4,92 4,81

ности У 0,610 0,620 0,629 0,634

Средние и с культурами к 5,08 5,01 4,89 4,76

тяжелые сплошного сева У 0,615 0,613 0,618 0,621

суглинки

с пропашными к 4,88 4,67 4,41 4,16

культурами У 0,634 0,629 0,635 0,634

без раститель- к 4,02 3,89 3,74 3,51

ности У 0,654 0,661 0,666 0,680

Для основных рассматриваемых типов орошаемых почв рассчитаны величины допустимой интенсивности для непрерывного дождевания по формуле

V

к1/у

, мм/мин

(12)

где ш я 1 - 1/у.

Вычисленные для фиксированных значений тдап. величины допустимой интенсивности свидетельствуют о значительном влиянии уклонов местности на исследуемый параметр дождя (табл.7).

Полив допустимой нормой (или допустимой интенсивностью дождя) является основным, но не единственным приемом предотвращения ирригационной эрозии. Зачастую применение допустимых норм полива и интенсивности дождя ограничено ввиду того, что их значения чрезмерно малы, в связи с чем их реализация представляет техническую сложность. В таких случаях рекомендуется проведение дополнительных агротехнических, культуртехнических и других мероприятий, направленных на повышение эффективности противоэрозионной техники полива.

В условиях полива дождеванием, кроме методов совершенствования технологии проведения полива различными дождевальными устройствами, рекомендуются следующие агротехнические приемы: прерывистое бороздование, щелевание, лункование, глубокое рыхление, плоскорезная обработка, предварительное увлажнение почвы, мульчировние соломой и обработка почвы полимерными препаратами.

Допустимая интенсивность непрерывного дождевания суглинистых почв, мм/мин

Шдоп Проективное Уклон поверхности

м3/га покрытие 0,00- 0,01- 0,05- 0,08-0,12

поверхности 0,01 0,05 0,08

1 2 3 4 5 6

Культуры сплошного сева 0,941 0,702 0,615 0,553

200 пропашные культуры 0,744 0,559 0,541 0,483

без растительности 0,625 0,532 0,457 0,407

Культуры сплошного сева 0,337 0,374 0,325 0,287

300 пропашные культуры 0,405 0,285 0,281 0,246

без растительности 0,332 0,274 0,230 0,201

Культуры сплошного сева 0,434 0,295 0,255 0,224

350 пропашные культуры 0,321 0,221 0,219 0,190

без растительности 0,260 0,213 0,177 0,154

Культуры сплошного сева 0,361 0,240 0,207 0,180

400 пропашные культуры 0,263 0,177 0,176 0,152

без растительности 0,211 0,172 0,141 0,122

Культуры сплошного сева 0,265 0,170 0,146 0,126

500 пропашные культуры 0,188 0,122 0,123 0,105

без растительности 0,149 0,119 0,097 0,083

В условиях Кабардино-Балкарии применение каждого из перечисленных приемов дает определенный эффект. Однако, оценка лротивоэрозионной эффективности различных вариантов сочетания приемов сопряжено с трудностями, связанными в первую очередь, с отсутствием или неполнотой научных разработок, единого подхода к количественной оценке эффективности мер.

В работе рассмотрены также вопросы развития и механизм ветровой эрозии (дефляции) почвогрунтов.

Проведено физическое моделирование процесса начала трогания частиц твердой фазы в результате воздействия на нее потока жидкой (или газообразной) фазы.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования скорости начала трогания частиц, входящих в состав почвогрунтов, под действием ветра. Получена формула для динамической скорости потока, отвечающей началу трогания частиц:

и-о = 0,1 УШ^-Р^Р^ ■ (13>

где р1 - плотность материала частиц; д - ускорение силы тяжести; с) - диаметр частиц.

Экспериментальные исследования скорости начала трогания частиц под воздействием воздушного потока проводились в лабораторных условиях, на установке моделирующей слой воздушного потока, непосредственно примыкающий к земной поверхности.

Здесь же определялась транспортирующая способность

воздушного потока. После обработки опытных данных методом наименьших квадратов (коэффициент корреляции г = 0,78) получена следующая зависимость:

р/(р1и0с1) = 0,01 { (и/и„)3 [(и/и„) -1] !-0'86, 0,25 мм < с! < 2,0 мм, где (14)

р - массовый расход твердого материала; и0 - скорость начала трогания частиц.

Рассмотрена задача распределения концентрации взвешенных частиц в воздушном потоке. Предлагается следующая схема расчета перемещения твердого материала с земной поверхности, в соответствии с которой в первую очередь по формуле (14) определяется способность воздушного потока транспортировать крупные частицы почвогрунта в пределах приповерхностного слоя. Далее определяется содержание частиц рассматриваемой фракции на верхней границе приповерхностного слоя гп. Если окажется, что оно близко к нулю, то это означает, что все частицы фракции перемещаются в пределах приповерхностного слоя. Для того, чтобы определить фактическое количество унесенного материала данной фракции, необходимо умножить транспортирующую способность потока на относительное содержание частиц фракции в смеси согласно кривой гранулометрического состава фунтов. Общее количество унесенного ветром материала в пределах приповерхностного слоя определяется как сумма произведений транспортирующей способности потока по каждой фракции и относительного содержания рассматриваемой фракции в смеси.

Объемное содержание твердой фазы на границе приповерхностного слоя (рп при г = гп находится как

- Ю0'«1>

фп -- фо (гп/Л) . (15)

С учетом этого получено:

1-Ос/хи-

[ (гп/Д) - (гт/Д) ] ((2п/Д) -1) -Ио/оси-

фт/фп =--------------------------------------(гп/Л) . (16)

1 -СО о/оси-

(г^Д -гп/Д)[1 -(гп/Л) ]

где йо - скорость осаждения частицы, х - постоянная Кармана (ос« 0,4), д - высота выступа шероховатости (Д «с!). Предложена методика определения транспортирующей способности воздушного потока для разнозернистых грунтов, состав которых определяет кривая просеивания (рис.6). Транспортирующая способность потока по разным фракциям находится как сумма транспортирующих способностей каждой фракции, умноженной на ее относительное содержание в смеси почвогрунтов:

т

Р = 1Р,ДР1 , (17)

¡=1

где ДР| - относительное содержание ¡-ой фракции в смеси.

Следовательно, транспортирующая способность воздушного потока будет равна:

Рт = Р/1-Рп , (18)

Рис.6.

в том числе мелкого материала будет транспортироваться :

Рп = Рт-Р = Р(Р„/1-Рп) . (19)

Построено уравнение деформации земной поверхности при ветровой эрозии почвогрунтов. Для этого из уравнения баланса масс с учетом того, что почвогрунт находится в естественных условиях в рыхлом сухом состоянии, и плотность его в этом состоянии равна р3 получено

с)г, / сН = (Рт - Рто)/хр3 . (20)

где <3г, - толщина слоя грунта унесенного с поверхности земли за время ей, Рто - поступления твердого расхода на рассматриваемый участок, Рт - твердый расход за пределы рассматриваемого участка, соответствующий транспортирующей способности потока при данной скорости ветра. Величина с1г3 / Л называется скоростью деформации земной поверхности. При постоянной скорости деформации и транспортирующей способности воздушного потока получим

и31 = г, = (Рт - Рто) I / хрз , х»х0 , (21)

где г3 - слой унесенного ветром грунта, ха - длина начального участка в пределах толщины приповерхностного слоя.

В работе представлены также результаты апробации метода на примере районов КБР, почвы которых подвержены ветровой эрозии. Сравнение результатов расчетов с полученными в натурных условиях и приведенными различными авторами для аналогичных природно-климатических показателей свидетельствует о возможности использования предлагаемого метода.

В диссертации приводится методика оценки эффективности мероприятий, связанных с предотвращением ущербов от эрозии почв, их вторичного засоления, от загрязнения водных источников водопотребителями и т.п.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании результатов выполненных исследований предложена концептуальная модель мониторинга мелиорируемых земель, позволяющего получить комплексную информацию о состоянии и динамике агрогеосистем с целью

формирования количественных показателей взаимосвязи процессов и явлений, протекающих в природно-антропогенных системах.

2. В процессе обобщения имеющейся научной информации разработаны принципы построения технологии управления земельными и водными ресурсами, предусматривающие их защиту и воспроизводство. Определены приоритеты в сфере управления земельными и водными ресурсами. Разработан алгоритм управления водно-земельными ресурсами, обусловленный структурой ресурсов и механизмом их функционирования в природно-хозяйственной среде.

3. На базе геоинформационной системы (ГИС) КБР разработана технология комплексной автоматизированной оценки состояния земель республики. В качестве примера решена задача оценки земель республики с точки зрения их селе- и лавиноопасности. С помощью прикладного модуля геоинформационной системы "Мелиорация" выполнена комплексная оценка мелиоративного состояния земель по критериям подверженности засолению, заболачиванию, водной и ветровой эрозии, проведено районирование территорий по способам и технике полива сельскохозяйственных культур.

4. С целью типизации территории республики по естественным природным показателям, антропогенным нагрузкам и их возможным последствиям с учетом изменений, произошедших под влиянием деятельности человека, проведено эко-лого-мелиоративное районирование в результате которого выделено четыре эколого-мелиоративных района. Для выявления контуров районов использована ГИС-технология. С учетом результатов районирования предложены мероприятия позволяющие исключить или значительно снизить негативное воздействие АПК на земельные и водные ресурсы.

5. Предложена методика нормирования орошения, основанная на использовании полученных в работе эмпирических зависимостей для расчета суммарного испарения сельскохозяйственных культур, позволяющая оптимизировать водно-солевой режим почвогрунтов, снизить объемы ирригационного стока и уменьшить сброс дренажных вод в поверхностные водотоки.

6. Разработана методика расчета участия грунтовых вод в суммарном испарении основных орошаемых культур, учитывающая мощность слоя активного влаго-обмена почвы. Построены зависимости последней от сумы среднесуточных температур воздуха, накопленных от начала вегетации.

7. Предложена методика обоснования технологии полива дождеванием, включающая способы определения технологических условий безопасного в эрозионном отношении полива с более полным учетом свойств почвогрунтов и ряда других факторов.

8. Построена модель процесса ветровой эрозии почвогрунтов. Для этого проведены следующие теоретические и экспериментальные исследования:

- исследование скорости начала трогания частиц почвы под действием воздушного потока;

- изучение транспорта твердых частиц воздушным потоком;

- исследование изменения концентраций взвешенных частиц в воздушном потоке с высотой;

- вывод уравнения деформации земной поверхности при ветровой эрозии почвогрунтов;

- исследование распределения скорости ветра с высотой.

9. На базе модели процесса ветророй эрозии построена методика расчета транспортирующей способности ветра, апробированная на примере районов КБР, почвы которых подвержены ветровой эрозии.

10. Получены зависимости для определения ущерба от эрозии, вторичного засоления почв, загрязнения и заиления водных источников, позволяющие оценить экономическую эффективность мероприятий по защите земель и водных ресурсов.

11. Основные результаты диссертационной работы используются Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов КБР при обосновании и реализации инженерно-технологических и эколого-мелиоративных мер по защите земель и водных ресурсов республики. Технология автоматизированной комплексной оценки земель принята Государственным комитетом по землеустройству КБР для ведения земельного кадастра и осуществления мониторинга земель.

Результаты настоящей работы используются так же Министерством сельского хозяйства и продовольствия КБР, проектными и водохозяйственными организациями, в учебном процессе КБГСХА, при подготовке инженеров по специальности "Мелиорация, рекультивация и охрана земель".

Задачи дальнейших исследований

1. Разработка концепции и создание мониторинга водных объектов.

2. Дальнейшее развитие ГИС-технологии, создание прикладных модулей и пополнение базы данных.

3. Создание информационно-советующей системы на базе ГИС КБР, позволяющей оптимизировать функционирование земельных и водных ресурсов.

По теме диссертации опубликованы следующие печатные работы:

1. К вопросу о возможности оперативного управления влагообеспеченностью посевов по данным градиентных наблюдений. - Тез. докл. юбил. научно-практич. конф. молодых ученых и специалистов. Ташкент, 1985, с. 77-79.

2. Прогнозирование испаряемости с поверхности орошаемых земель аридной зоны. - "Совершенствование эксплуатации гидромелиоративных систем районов орошения". Труды ТИИИМСХ, 1986, с. 11-115, (соавт. Кривовяз С.М.).

3. Расчет суммарного испарения орошаемого поля для оперативного управления поливом. - "Регулирование водно-солевого режима на орошаемых землях". Труды САНИИРИ им. В.Д. Журина, 1986, с. 102-106, (соавт. Кривовяз С.М.).

4. Использование влагомера ВПГР-1 для корректировки режима орошения. -"Механизация хлопководства". Рефер. научно-техн. сборник, №8 (333), 1987, с. 1213.

5. Некоторые аспекты расчета основных параметров режима орошения кукурузы в предгорной зоне КБАССР. - "Молодежь народному хозяйству". Тез. докл. научно-практич. конф. молодежи, ученых и специалистов. Нальчик, 1988, с. 152154.

6. Система оперативного управления поливом в КБАССР. - "Повышение эффективности использования водных ресурсов Северного Кавказа". Тез. докл. научно-техн. конф. Новочеркасск, 1988, с. 81-83.

7. Об опыте обеспечения сельскохозяйственных и водохозяйственных органов оперативной информацией о нормах и сроках поливов. - "Повышение эффективности использования водных ресурсов Северного Кавказа". Тез. докл. научно-техн. конф. Новочеркасск, 1988, с. 109-112, (соавт. Буруменский B.C.).

8. Режим орошения основных сельскохозяйственных культур в КБАССР. - "Наука производству". Тез. докл. научно-техн. конф. Нальчик, 1989, с. 86-88, (соаат. Аджиев А.Т.).

9. Исследование факторов водолотребления кукурузы в КБАССР. - "Наука производству". Тез. докл. научно-техн. конф. Нальчик, 1989, с.84-86, (соавт. Тутаев A.M.).

10. Опыт оперативного управления поливным режимом с/х культур. - "Наука производству". Тез. докл. научно-техн. конф. Нальчик, 1989, с.90-92.

11. Метод управления поливным режимом сельскохозяйственных культур. -"Наука производству". Тез. докл. научно-техн. конф. Нальчик, 1989, с. 78-79, (соавт. Буруменский B.C.).

12. Расчет режима орошения при дождевании кукурузы в предгорной части КБАССР. - Материалы VII научно-техн. конф. ученых и спец. ВНПО "Радуга". Коломна, 1989, с. 64-67.

13. Методика корректировки норм и сроков поливов с/х культур с применением ЭВМ. - Тез. докл. регион, научно-практ. конф. Ставрополь, 1988, с. 39-41, (соавт. Буруменский B.C.).

14. Оценка участия грунтовых вод в водопотреблении орошаемой кукурузы на Северном Кавказе. - Материалы научно-практ. конф. КБГСХА, Нальчик, 1994, с. 32-35, (соавт. Бурдинский Г.Н.).

15. Мелиоративное состояние орошаемых земель КБР. - Материалы научно-практ. конф. КБГСХА, Нальчик, 1994, с. 37-39, (соавт. Бурдинский Г.Н.).

16. Расчет испаряемости в условиях орошения на Северном Кавказе. - Материалы научно-практ. конф. КБГСХА, Нальчик, 1995, с. 42-45.

17. Экологические аспекты мелиорации земель в Кабардино-Балкарии. - материалы научно-практ. конф. КБГСХА, Нальчик, 1996, с. 176-179.

18. Некоторые вопросы создания мониторинга водных объектов в Кабардино-Балкарии. - Материалы научно-практ. конф. КБГСХА, Нальчик , 1996, с. 172-176.

19. К вопросу оптимизации регулирования параметров агроэкологических функциональных систем. - Материалы научно-практ. конф. КБГСХА, Нальчик, 1996, с.242-246, (соавт. Дышеков А.Х., Балкизов А.Б.).

20. Изменение слоя активного влагообмена в зависимости от режима орошения люцерны на южных черноземах. - Материалы научно-практ. конф. КБГСХА, Нальчик, 1996, с. 253-258, (соавт Максименко В.П., Балкизов А.Б.).

21. Эколого-мелиоративное состояние и охрана земель и водных ресурсов Кабардино-Балкарии. - Нальчик, 1996,-146 с.

22. Гуманизация и экологизация практического обучения студентов. - Материалы конф. КБГСХА, 1997, с. 88-92.

23. Совершенствование расчета суммарного испарения в условиях КБР. -Труды КБГСХА, Нальчик, 1998,. 101-104, (соавт. Торшина Е.А.).

24. Ущерб от водной эрозии и вторичного засоления почв в Кабардино-Балкарии и методика его определения. - "Вопросы повышения эффективности строительства". Труды КБГСХА, Нальчик, 1998, с. 104-107.

25. Современное эколого-мелиоративное состояние орошаемых земель КБР. -Мелиорация и водное хозяйство, 1998, № с. (епечаги).

26. Агроэкологические основы защиты земельных и водных ресурсов АПК. -Нальчик, 1998,194 с.

♦

; Г" / /г\

~~ ■ > ! / /

/ Ч" I

/

/

Санкт-Петербургский государственный технический университет

На правах рукописи

СОХРОКОВ АНА ТОЛИЙ ХАЗРИТОВИЧ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ЗЕМЕЛЬНЫХ И ВОДНЫХ РЕСУРСОВ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ АНТРОПОГЕННЫХ НАГРУЗОК (НА ПРИМЕРЕ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ)

Специальность: 05.14.16 - "Технические средства и методы защиты окружающей среды" (промышленность)

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Михалев М. А.

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург-1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ......................................................................................................................3

Глава 1. Теоретические основы методов защиты земельных и водных

ресурсов в условиях повышенных антропогенных нагрузок .... 8

1.1. Природно-ресурсный потенциал и методы его интерпретации в современных условиях ..................................................................................................................................8

1.2. Концептуальные подходы к построению модели защиты земельных и водных ресурсов при повышении антропогенных нагрузок ..................................................................................................................................................................................16

1.3. Основные направления природоохранных мероприятий по защите земельных и водных ресурсов в агропромышленном комплексе ..........................................................................................................................................................................................25

Глава 2. Анализ состояния и агроэкологических мероприятий по защите земельных и водных ресурсов Кабардино-Балкарской республики ............................................................................................................................................................................................31

2.1. Состояние и оценка земельных и водных ресурсов республики .. 31

2.2. Прогноз развития земельных и водных ресурсов и мероприятий по их защите ....................................................................................................................................................49

Глава 3. Принципы построения технологии управления земельными и

водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства .... 83

3.1. Основы технико-технологической политики по защите земельных и водных ресурсов ................................................................................................................................83

3.2. Геоинформационная система (ГИС) Кабардино-Балкарской республики .............................................................................................89

3.2.1. Структура ГИС Кабардино-Балкарской республики .... 92

3.2.2. Структура базы данных для решения задач прикладного модуля ГИС КБР "Мелиорация" ......................................102

Глава 4. Принципы и методы защиты земельных и водных ресурсов в

условиях повышенных антропогенных нагрузок ...................... 118

4.1. Технологическая трансформация регионального агропромышленного комплекса как основа комплексных мер защиты земельных и водных ресурсов ......................................................... 118

4.2. Методы защиты земельных и водных ресурсов в региональном агропромышленном комплексе .................................................... 121

4.2.1. Методы защиты земельных ресурсов АПК ....................... 121

4.2.2. Методы защиты водных ресурсов в региональном АПК 142

4.2.3. Охрана горных пастбищ и сельскохозяйственная рекультивация земель ................................................................... 150

Глава 5. Эколого-мелиоративное районирование территории КБР ...... 158

5.1. Принципы эколого-мелиоративного районирования территории Кабардино-Балкарии............................................................... 158

5.2. Сухостепной эколого-мелиоративный район ............................. 161

5.3. Степной эколого-мелиоративный район .................................... 167

5.4. Предгорный эколого-мелиоративный район .............................. 174

5.5. Горный эколого-мелиоративный район ..................................... 184

Глава 6. Разработки и предложения по технологическому обеспечению

защиты земельных и водных ресурсов в региональном агропромышленном комплексе .......................................................... 198

6.1. Оптимизация мелиоративных процессов и режимов как метод защиты земельных и водных ресурсов в региональном АПК ... 198

6.1.1. Регулирование мелиоративных режимов почв на основе нормирования орошения .................................................... 205

6.1.2. Совершенствование способов и технологии орошения как фактор рационального использования земельных и водных ресурсов АПК ..................................................... . 222

6.2. Моделирование процесса ветровой эрозии почвогрунтов ....... 234

6.2.1. Скорость свободного осаждения тел в жидкости или газе 236

6.2.2. Скорость начала трогания частиц, входящих в состав почвогрунтов, под действием ветра ................................. 241

6.2.3. Экспериментальные исследования скорости начала трогания частиц под воздействием воздушного потока ....... 245

6.2.4. Транспорт твердых частиц воздушным потоком ............ 251

6.2.5. Изменение концентрации взвешенных частиц в воздушном потоке с высотой ......................................................... 255

6.2.6. Уравнение деформации земной поверхности при ветровой эрозии почвогрунтов .................................................. 264

6.2.7. Расчетные скорости ветра ................................................. 266

6.2.8. Апробация метода на примере районов КБР, почвы которых подвержены ветровой эрозии ............................... 268

6.3. Ущерб сельскому хозяйству от негативных последствий хозяйственной деятельности и экономическая эффективность мероприятий по защите земельных и водных ресурсов ...................... 275

Заключение ........................................................................................................ 281

Литература ........................................................................................................ 284

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Последние десятилетия характеризуются снижением площади земельных угодий, пригодных для сельскохозяйственного производства практически во всех регионах страны. В целом по Российской Федерации за последние 25 лет они уменьшились на 33 млн.га. Причем площадь пашни снизилась на 18 % и составляет всего 0,87 га на одного жителя. Причины этого явления заключаются в деградации почв вследствие отсутствия или невыполнения землепользователями комплекса защитных мер особенно при проведении мероприятий, связанных с высокими антропогенными нагрузками на природные объекты - мелиорации, механизации, химизации.

Деградация почв выражается в разрушении их структуры, в резком снижении мощности плодородного слоя вследствие водной и ветровой эрозии, а также содержания гумуса в результате его минерализации. Значительны площади засоленных, переувлажненных и заболоченных земель. Отмечается деградация почв из-за значительного повышения их кислотности, загрязнения вредными веществами.

Опасность загрязнения поверхностных вод высока при несоблюдении требований почвоохраны в условиях широкого применения гидромелиорации, интенсивного развития эрозионных процессов.

Повышение объемов безвозвратного забора воды, в том числе и на цели мелиорации, выдвигает проблему предотвращения загрязнения и истощения ресурсов рек (особенно малых) в разряд важных задач, требующих скорейшего разрешения.

Проблемы защиты от загрязнения и истощения поверхностных и подземных вод, от качества которых, в первую очередь, зависит мелиоративное состояние орошаемых земель, особенно актуальны в условиях индустриализации агропромышленного комплекса.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью разработки экологических основ, принципов и методов защиты земельных и водных ресурсов в условиях высоких антропогенных нагрузок.

Работа выполнена в рамках научно-технической программы "Экология и охрана природы Российской Федерации" (1991-1995гг.).

Цель диссертационной работы - научное обоснование и разработка принципов и методов защиты земельных и водных ресурсов АПК в условиях высоких антропогенных нагрузок, обеспечивающих сохранение природных ресурсов при удовлетворении потребностей населения в сельскохозяйственной продукции требуемого ассортимента

и необходимого качества в рамках стратегии устойчивого развития, провозглашенной на конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.).

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

- анализ современного состояния и разработка методов защиты земельных и водных ресурсов АПК в условиях мелиорации, механизации и химизации производства;

- анализ и оценка степени антропогенного воздействия регионального АПК на земельные и водные ресурсы (на примере Кабардино-Балкарской республики);

- разработка принципов построения технологии управления земельными и водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства;

- эколого-мелиоративное районирование территории КБР с целью обоснования мероприятий по защите земель и водных объектов;

- разработка технологии автоматизированной комплексной оценки состояния водно-земельных ресурсов на базе полнофункциональной геоинформационной системы Кабардино-Балкарской республики (ГИС КБР);

- обоснование комплекса мер по оптимизации мелиоративных процессов и режимов, обеспечивающих защиту земельных и водных ресурсов в региональном АПК;

- разработка методики оценки ущерба сельскому хозяйству от негативных последствий хозяйственной деятельности и экономической эффективности мероприятий по защите земельных и водных ресурсов.

Предметом исследования являются инженерно-технологические и эколого-мелиоративные принципы и методы защиты земельных и водных ресурсов.

В качестве объектов исследования выступают земельные и водные ресурсы Кабардино-Балкарской республики, обеспечивающие функционирование регионального агропромышленного комплекса.

Выбор предмета и объекта исследования обусловлен спецификой регионального развития, возрастанием антропогенных нагрузок на земельные и водные ресурсы в условиях высокой плотности населения и индустриализации сельскохозяйственного производства.

Методы исследований. В процессе выполнения работы осуществлялось последовательное применение системного подхода к поиску путей и методов решения проблемы защиты земельных и водных ресурсов от негативного воздействия антропогенных факторов. Для решения поставленных в работе задач использовались теоретические и экспериментальные методы.

Методологической основой исследования явились труды отечественных и зарубежных ученых по вопросам природопользования, инженерно-технологической и эколого-мелиоративной защиты земельных и водных ресурсов, данные статистики об arpo- и природно-климатических особенностях территории Кабардино-Балкарской республики, ее земельно- и водно- ресурсном потенциале. В работе использованы материалы всероссийских и международных конференций и семинаров по вопросам эффективности природопользования, нормативно-инструктивные материалы, федеральная и территориальные программы по региональному использованию и охране земельных и водных ресурсов.

Экспериментальные исследования проведены в лабораторных и натурных условиях на действующих оросительно-обводнительных системах.

Научная новизна работы заключается в обобщениях, обосновании и разработке принципов и методов защиты земельных и водных ресурсов в условиях высоких антропогенных нагрузок, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Получены новые результаты:

- сформулирована концепция управления земельными и водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства;

- выполнена аналитическая оценка степени антропогенного воздействия регионального АПК на земельные и водные ресурсы;

- проведено эколого-мелиоративное районирование Кабардино-Балкарской республики с учетом комплекса природных факторов и изменений экологической обстановки;

- разработана полнофункциональная геоинформационная система Кабардино-Балкарской республики (ГИС КБР);

- созданы методы оптимизации мелиоративных процессов и режимов на орошаемых землях.

Личный вклад автора состоит в разработке общего подхода к решению поставленных задач, обосновании выбора методов исследований и непосредственном участии в проведении экспериментов, в теоретической обработке полученных результатов, формулировке научных положений и выводов, в создании новых технологий, внедрении их в практику защиты земельных и водных ресурсов.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные технологии и методы позволяют эффективно решать проблемы защиты земельных и водных ресурсов, подверженных воздействию высоких антропогенных нагрузок.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается использованием современным методов анализа и обобщения данных экспериментальных исследований и натурных наблюдений, включая ГИС-технологии: статистических методов обработки результатов и оценки ошибок измерений.

На защиту выносятся следующие положения:

- концепция управления земельными и водными ресурсами с учетом их защиты и воспроизводства;

- принципы управления земельными и водными ресурсами в условиях высоких антропогенных нагрузок;

- технология защиты земельных и водных ресурсов, подверженных антропогенному воздействию;

- геоинформационная система Кабардино-Балкарской республики (ГИС КБР);

- метод нормирования искусственного орошения;

- обоснование технологии полива дождеванием;

- модель процесса ветровой эрозии почвогрунтов;

- методика расчета транспортирующей способности воздушного потока.

Внедрение результатов работы. Сформулированная концепция и разработанные

принципы защиты земельных и водных ресурсов в условиях высоких антропогенных нагрузок положены в основу деятельности природоохранных служб Кабардино-Балкарской республики. Основные результаты работы используются Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов КБР при обосновании и реализации инженерно-технологических и эколого-мелиоративных мер по защите земель и водных ресурсов республики.

Технология автоматизированной комплексной оценки земель принята Государственным комитетом по землеустройству КБР для ведения земельного кадастра и осуществления мониторинга земель.

Карты районирования территории республики по опасности проявления водной и ветровой эрозии, построенные с применением ГИС-технологии используются Министерством сельского хозяйства и продовольствия КБР.

Методы нормирования искусственного орошения и обоснования технологии полива дождеванием применяются проектными и водохозяйственными организациями (Севкавгипроводхоз, Чегемское управление ООС, Урванское управление ООС и др.) при проектировании и эксплуатации ирригационно-мелиоративных объектов.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе КБГСХА при выполнении курсовых и дипломных проектов по специальности "Мелиорация,

рекультивация и охрана земель". Основные результаты и положения работы вошли в разработанный и читаемый автором спецкурс "Эколого-мелиоративное состояние и охрана земель и водных ресурсов Кабардино-Балкарии".

Последнее десятилетие характеризуется повышенным вниманием к использованию земельных и водных ресурсов. Как следствие, усилилась правоохранительная база, создана, по сути, новая законодательная основа рационального природопользования, произошла трансформация систем управления природным потенциалом страны и регионов. Вместе с тем следует отметить отставание в решении конкретных вопросов природопользования. Практически во всех регионах страны снизилось количество земельных угодий, пригодных для сельскохозяйственного производства, происходит изменение структуры почв, водных ресурсов, восстановление которых весьма проблематично без новой стратегии защиты земельных и водных ресурсов. Научное решение этой крупной народнохозяйственной проблемы возможно путем разработки методов защиты земельных и водных ресурсов в первую очередь в условиях высоких техногенных нагрузок, обусловленных индустриальным развитием общества.

Региональный агропромышленный комплекс в настоящее время является наиболее слабым звеном в системе природоохранных мероприятий. Близость сельхозугодий к промышленным объектам, наличие транспортных коммуникаций, отсутствие научно обоснованного подхода к территориальной организации производства, слабость финансово-экономического обеспечения программ по защите земельных и водных ресурсов резко снижает эффективность сельскохозяйственного производства, способствует значительному загрязнению почв и водоемов.

Следует при этом иметь в виду многочисленные разработки отечественных и зарубежных ученых, благодаря которым создан мониторинг земельных и водных ресурсов, проведена инженерно-технологическая и экономическая оценка природоохранных мероприятий, определены методы и процедуры природопользования и т.д.

Автор выражает признательность научному консультанту, заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Михал