Мелиорация
Мелиора́ция (от лат. melioratio – улучшение), совокупность научных исследований, организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на изменение неблагоприятных природных условий (гидрологических, почвенных и др.) в нужном для хозяйственной деятельности человека направлении, в максимальной степени способствующих реализации биологического потенциала сельскохозяйственных растений путём коренного улучшения земель. Осуществляется в целях повышения продуктивности и устойчивости земледелия, обеспечения гарантированного производства сельскохозяйственной продукции на основе сохранения и повышения плодородия почв. Мелиорация нацелена на: создание необходимых условий для вовлечения в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых и малопродуктивных земель; формирование рациональной структуры земельных угодий; предотвращение опустынивания территорий, что способствует оздоровлению условий проживания населения и является важным фактором интенсификации сельскохозяйственного производства.
Типы и виды мелиорации
Гидромелиорация направлена на регулирование водного, воздушного и теплового режимов почв; обводнение территорий и их защиту от разрушающего действия вод посредством распределения и отвода вод с помощью гидромелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений на землях с неблагоприятными условиями природного увлажнения.
Различают следующие типы мелиорации: гидромелиорация, гидролесомелиорация, культуртехническая, агротехническая, химическая, физическая (структурная), климатическая (тепловая), биологическая (фитомелиорация и зоомелиорация). В свою очередь, типы мелиорации подразделяются на виды.
Дренаж сельскохозяйственных земель.Виды гидромелиорации: оросительная, осушительная, обводнительная, противопаводковая, противоселевая, противоэрозионная, противооползневая. Орошение (ирригация) применяют в земледельческих районах неустойчивого, недостаточного увлажнения, в засушливых зонах. Для осуществления орошения строят оросительные системы, представляющие собой комплекс инженерных сооружений, обеспечивающий подачу воды, её распределение по территории и сброс за пределы орошаемых земель. Для регулирования уровня грунтовых вод на орошаемых и прилегающих землях и предупреждения подтопления и засоления почв строят дренаж.
Улучшение заболоченных и переувлажнённых земель осуществляется осушением путём создания осушительных систем. На пустынных, полупустынных и степных территориях для нужд населения и животноводства проводят обводнение, часто сочетаемое с выборочным оазисным орошением. В маловодных районах в целях лучшего управления водными ресурсами осуществляют сезонное и многолетнее регулирование стока рек устройством водохранилищ. При недостаточной пропускной способности рек на отдельных участках выполняют регулирование русла, на пониженных местах применяют кольматаж.
Противопаводковые мероприятия осуществляются для безаварийного пропуска воды в половодье и при ливневых осадках на мелиоративных системах и водохранилищах. Противоэрозионная мелиорация земель включает защиту почвы от смыва и дефляции, предупреждение оврагообразования, борьбу с сыпучими песками и оползнями, направлена на уменьшение количества поверхностного стока и его скорости, повышение сопротивляемости почв и пород размыву посредством строительства противоэрозионных гидротехнических сооружений.
Лесомелиорация (в том числе агролесомелиорация) направлена на регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорируемых землях посредством осуществления мероприятий по проектированию, созданию и содержанию мелиоративных защитных лесных насаждений.
Гидролесомелиорация обеспечивает поддержание необходимого водного режима (орошение, осушение) для роста и развития лесной растительности.
Культуртехническая (средообразующая) мелиорация земель включает виды мероприятий по сведению лесокустарниковой растительности, расчистке поверхности, коренному улучшению земель, организации территории, осуществляется посредством проведения культуртехнических работ.
Агротехническая мелиорация (агромелиорация) предусматривает существенное улучшение агрофизических свойств путём углубления и окультуривания пахотного слоя почвы с неглубоким перегнойным горизонтом, внесения мелиорантов в почвенный слой с малым количеством содержания гумуса и общим низким естественным плодородием, проведения мелиоративного рыхления, щелевания или кротования для улучшения фильтрационной способности.
Химическая мелиорация основана на воздействии химических веществ на почву для регулирования её агрохимических свойств и кислотно-щелочного режима, включает известкование, гипсование, кислование, фосфоритирование почв.
Физическая (структурная мелиорация – землевание, пескование, глинование торфяных почв и др.) обеспечивает коренное улучшение почв, повышает их плодородие и устойчивость.
Климатическая (тепловая) мелиорация включает снегозадержание, ускорение таяния снега, мульчирование почв, противозаморозковые мероприятия и способствует накоплению влаги и регулированию теплового режима почвы.
Биологическая мелиорация (фитомелиорация) – комплекс мероприятий по улучшению агрохимических свойств почв и качества природной среды с использованием естественных или культивированных растений (фитомелиорантов, фиторемедиантов и др.) или растительных сообществ. В состав всех видов мелиорации входят природоохранные мероприятия.
Особенности мелиорации
Выбор вида мелиорации зависит от природно-хозяйственных условий территории, социально-экономических и хозяйственных задач. Наиболее распространена гидромелиорация, т. к. потребность её проведения обусловлена большим количеством территорий с неблагоприятным водным режимом. В условиях недостаточного природного увлажнения, периодически повторяющихся засух и суховеев земледелие без применения орошения неустойчиво и связано с постоянными рисками. Освоение пустынных и полупустынных территорий без орошения практически невозможно. На переувлажнённых и заболоченных землях применяют осушение. Оптимальный режим влажности почвы обеспечивается при сочетании осушения и орошения (осушительно-увлажнительные и оросительно-осушительные системы): отвод воды из почвы весной и в период сильных дождей и увлажнение земель в засушливые периоды. В районах орошения одновременно с оросительной сетью, как правило, создают коллекторно-дренажную сеть, препятствующую избыточному подъёму грунтовых вод и возможному вторичному засолению почв. Для защиты земель от воздействия вод широко применяют противопаводковые, противоселевые и противоэрозионные мероприятия. При вводе неиспользуемых земель в сельскохозяйственный оборот требуется сведение лесокустарниковой растительности, удаление пней и камней, планировка поверхности и окультуривание земель, что обеспечивается культуртехническими и агротехническими мероприятиями. Осушаемые кислые почвы известкуют. На солонцах и солонцеватых почвах проводят химическую мелиорацию.
Применение нескольких видов мелиорации в сочетании с последующим правильным освоением мелиорированных земель, подразумевающим применение научно обоснованных приёмов земледелия (севообороты, подбор культур и сортов, способы обработки почвы и др.), составляет единый комплекс по улучшению природных условий (т. н. комплексные мелиорации).
Основное отличие мелиорации от других мероприятий по улучшению земель и повышению плодородия почв – длительность действия (за счёт коренного изменения характеристик природной среды), поэтому важнейшей задачей при проектировании, строительстве и эксплуатации мелиоративных систем, сооружений и устройств является проведение т. н. «сухих» мелиораций. Наряду с экономически оправданным повышением продуктивности угодий требуется обеспечение экологической устойчивости ландшафтов и безопасности использования природных ресурсов.
Для выполнения мелиоративных работ используют мелиоративную технику. В зависимости от видов мелиоративных работ применяют специализированные землеройные машины, кусторезы, корчеватели, камнеуборочные машины, дрено- и трубоукладчики, бетоноукладчики и другое; в процессе эксплуатации гидромелиоративных систем используют каналоочистители, дренопромывочные машины и другое; на орошаемых землях применяют различные дождевальные машины и поливные агрегаты.
Мелиорация требует значительных капитальных затрат, которые окупаются за несколько лет, т. к. в результате мелиорации повышается качество земель, возрастают продуктивность и рентабельность сельского хозяйства. Так, например, на орошаемых землях урожайность увеличивается в 3–5 раз и более, а на осушенных – в 2–3 раза в сравнении с показателями до проведения мелиоративных мероприятий.
История развития мелиорации
Мелиорация зародилась вместе с земледелием и насчитывает несколько тысячелетий. Самый древний вид мелиорации – обводнение и орошение. В бассейнах рек Теджен и Мургаб за 10 тыс. лет до н. э. уже существовало орошение. По свидетельству Геродота, царь Мина (Менес) около 3 тыс. лет до н. э. построил на Ниле плотину высотой 15 м и отвёл воду реки в канал. Для защиты отдельных участков поймы от затопления древние египтяне строили земляные валы. Исторические документы свидетельствуют о том, что искусственное орошение в широких масштабах применялось более 2 тыс. лет до н. э. в Египте, Месопотамии, Индии, Вавилоне и других странах Востока. В Месопотамии, Древнем Египте, Индии было развито и осушение. До н. э. гидромелиорация проводилась также в Китае (орошение, осушение, кольматаж, регулирование рек). В этих целях устраивали искусственные террасы, водозадерживающие валы и водосборные канавы; развивалось орошение на Корейском п-ове, на территории современного Алжира, на Аравийском п-ове, в Центральной Африке, в Мексике, на территории Древнего Урарту, в Южной Америке и т. д. Орошение определяло стабильность многих цивилизаций, а разрушение ирригационных систем приводило к их гибели. Осушительные мелиорации стали применять значительно позже оросительных.
Орошение в Китае началось в 256 г. до н. э. в эпоху династии Цинь, в Индии упоминание о каналах, водохранилищах, водоносных скважинах встречается в Ведах.
Дренаж как мелиоративное мероприятие получил широкое распространение в античный период в Греции. Позднее Катон (2 в. до н. э.) в трактате «О земледелии» описал открытые дренажные системы, применявшиеся в Древнем Риме для осушения почв на виноградниках и оливковых плантациях. Многие из этих систем действуют до настоящего времени. В более позднее время осушением и орошением начали заниматься в Западной и Восточной Европе. Наибольшего размаха осушительные работы достигли в Средние века в Голландии и Северной Германии. При этом одновременно с осушительными работами на материке, в прибрежной зоне отвоёвывались у моря и осваивались земли путём обвалования и подсыпки территории.
В 16–17 вв. в Голландии началось строительство польдерных осушительных систем с перекачкой дренажных вод из каналов в море с помощью ветряных мельниц. На территории России первые осушительные работы в небольших масштабах начались с 11–13 вв., разветвлённая сеть открытых и закрытых осушительных систем с оригинальными дренажно-коллекторными сооружениями были вскрыты в Великом Новгороде, Пскове, Владимире.
Наиболее значительный объём осушительных работ выполнен в начале 18 в. при Петре I во время строительства Санкт-Петербурга.
Отвод осушаемых вод осуществлялся открытыми дренажными системами (каналами). Закрытые системы осушения (дренажи) начали строить с середины 19 в. после изобретения в Англии пресса для изготовления гончарных труб. Первый закрытый дренаж в России был заложен в 1853 г. на ферме Горы-Горецкого земледельческого института на площади в 132 га. В отдельных странах и в отдельные периоды мелиорация приходила в упадок (разрушались мелиоративные сооружения, забрасывались земли) и вновь возрождалась.
К началу 19 в. мировая площадь орошаемых земель составила 8 млн га. В 19 в. крупное ирригационное строительство велось в Индии, Египте, США, в Италии. К началу 20 в. в мире орошалось 48 млн га и осушалось около 20 млн га.
Мелиорация в современном мире
Наибольшее распространение получила ирригация. По данным ФАО, к 2019 г. площадь, оборудованная для орошения, в мире составила 341,6 млн га, в том числе (млн га): в Китае – 74,7, Индии – 70,4, США – 26,9, Пакистане – 19,9, Иране – 9,6, Бразилии – 8,0, Мексике – 6,8, Индонезии – 6,7, России – 4,67. Основная доля орошаемых земель (около 70 %) находится в Азиатском регионе. Так, в четырёх странах – Китае, Пакистане, Иране и Бангладеш – доля орошаемых земель превышает 60 % площади пашни. На Американском континенте орошается 28 млн га. Значительные площади под орошение оборудованы в США: штатах Небраска, Калифорния, Арканзас, Техас, Айдахо, Колорадо и Канзас, в каждом из них площадь орошения превышает 1 млн га. Развитие орошения в США получило в начале 20 в., когда в 1907 г. было организовано Бюро мелиорации, управляющее водными ресурсами в 17 западных штатах. В Европе наибольшими орошаемыми площадями располагают (млн га) Испания (3,9, или 32 % от посевной площади), Румыния (3,14), Италия (2,42), Франция (2,6).
На орошаемых землях в мире производится более 40 % продовольствия и более 60 % зерновых культур. Сдерживающим фактором развития орошения стал дефицит воды во многих странах мира, который в последние годы усиливается.
Площадь осушенных земель в мире на 2020 г. составляла 187,5 млн га, из них в Европе – около 51,5 млн га, в Азии – 59,25 млн га, в Америке – 64,6 млн га, из них в США – 47,5 млн га, в Африке – около 5 млн га, в Австралии и Океании – 2,18 млн га. Практически во всех странах осушение земель завершено, выполняются перманентная реконструкция и модернизация осушительных систем. В некоторых странах проводят агротехническую, агролесотехническую и химическую мелиорацию (США, Германия, Франция, Чехия, Польша и др.).
Мелиорация в России
К 1913 г. в Российской империи было мелиорировано 7,2 млн га земель, из них 3,8–4,0 млн га орошались и 3,2 млн га было осушено. Наибольшее количество орошаемых земель было в Туркестане, в 1980 г. был построен канал в Голодной степи. Значительные площади орошались в Дагестане (река Сулак), на Северном Кавказе (вдоль реки Кума и в нижнем течении реки Терек), на юго-западе России, а также в Поволжье (Самарской, Саратовской и Астраханской губерниях). Осушительные работы были выполнены в Западной Сибири в Барабинской степи на площади 1417 тыс. га, также в Северо-Западном районе европейской части России. Во время Первой мировой и гражданской войн мелиоративная сеть пришла в упадок и к 1922 г. площадь мелиорированных земель на этой территории сократилась до 5,2 млн га. Развитие мелиорации началось в 1-ю пятилетку (1928–1932) и к 1941 г. площадь мелиорируемых земель составила свыше 11,8 млн га, в том числе осушенных – до 5,5 млн га.
В послевоенные годы были восстановлены и частично реконструированы старые мелиоративные системы, построены новые: в зоне Волго-Донского, Кубань-Егорлыкского, Терско-Кумского каналов, Барабинской степи (Западная Сибирь) и др. Быстрыми темпами мелиорация стала развиваться после 1966 г., когда была принята государственная программа широкой мелиорации земель, выделены крупные государственные капитальные вложения и материально-технические ресурсы. В 1990 г. в России насчитывалось 6,1 млн га орошаемых и 5,4 млн га осушаемых земель. На мелиорированных землях производилось (млн т): зерна – 6, весь объём риса, овощей – 5,4, картофеля – 1,3, кормовых единиц – 10.
На 1,2 млн га орошаемых земель осуществлялся поверхностный полив, на 4,9 млн га применялось дождевание с использованием 79,3 тыс. дождевальных машин. Протяжённость закрытой оросительной сети составляла 133,9 тыс. км; количество стационарных электрифицированных насосных станций – 10 тыс. шт., из которых 75 % подкачивающих, подающих воду в распределительные каналы и закрытые трубопроводы. Основные орошаемые земли – в Северо-Кавказском, Поволжском, Центрально-Чернозёмном и Западно-Сибирском регионах. Крупнейшие оросительные системы (площадь в тыс. га): Спасская (Самарская область) – 47,7, Комсомольская (Саратовская область) – 157,5, Приволжская (Саратовская область) – 46,2, Городищенская (Волгоградская область) – 27, Краснодарская (Краснодарский край) – 86, зона Большого Ставропольского канала (Ставропольский край) – 210.
Интенсивно развивалась осушительная мелиорация в Нечернозёмной зоне России. Все работы по мелиорации выполнялись в соответствии с Генеральной схемой развития мелиорации специализированными строительными организациями.
Современный этап развития мелиорации совпал в России с переходом от плановой социалистической экономики к рыночной, госбюджетное финансирование мелиорации значительно сократилось и её развитие замедлилось. Хотя во всём мире, особенно в тропических странах, мелиорации и сегодня уделяют большое внимание. За 1990–2005 гг. площадь мелиорированных земель сократилась с 11,27 до 9,28 млн га, в том числе орошаемых – с 6,16 до 4,50 млн га.
Мелиоративное состояние орошаемых и осушенных земель ухудшается: площадь земель с хорошим почвенно-мелиоративным состоянием уменьшилась на орошаемых землях с 4,09 до 2,57 млн га; на осушенных – с 2,46 до 0,92 млн га. К 2021 г. площади мелиорированных земель составляет 9,45 млн га, из них орошаемых – 4,67 млн га, осушаемых – 4,78 млн га (6 % площади пашни). Государственный мелиоративный комплекс включает 669 оросительных, 900 осушительных и 57 систем комплексного назначения, а также 14 296 гидротехнических сооружений в составе гидромелиоративных систем и 878 отдельно расположенных. В настоящее время в стране реализуется Государственная программа эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса Российской Федерации (постановление Правительства РФ от 14 мая 2021 № 731).