Орошаемое земледелие в развивающихся странах со скудной дозой минеральных удобрений и современных средств защиты растений не может привести к резкому росту урожайности. Разрыв в масштабах применения минеральных удобрений от промышленно развитых стран здесь еще весьма велик. Так, в Индии 1 га обрабатываемой земли получает минеральных удобрений в 7 раз меньше, чем в США. Послеуборочные потери урожая в развивающихся странах оцениваются в 25—40%, вследствие чего амбарный урожай на такой же процент меньше биологического.
В целом мире многими исследователями фиксируется возрастание; степени засушливости климата, особенно на Африканском континенте. Катастрофические засухи 70-х годов охватили огромные территории Африки (Эфиопия, Судан, Вольта, Чад, Нигерия, Мавритания, Сенегал, Кения, Танзания и др.). Засушливые явления наблюдались в Латинской Америке (Бразилия, Аргентина, Парагвай, Боливия). Засухи отмечались в пределах Северной Америки. Только в XX в. их насчитывается более 26. В Северной Америке наиболее часты засухи в центральных районах США и Канады.
Причиной засух являются квазиритмические колебания увлажненности, а также антропогенные факторы. К последним относят уничтожение лесов на обширных территориях, неумеренный выпас скота, приводящий к деградации растительного покрова, и другие факторы подстилающей поверхности суши, нарушающие естественный влагооборот. Необходимость осуществления крупных мелиоративных мероприятии в России диктуется неблагоприятными климатическими условиями обширных территорий, вследствие которых большая масса сельскохозяйственных земель находится в районах избыточного либо недостаточного увлажнения. Мелиорация земель является важнейшей мерой, необходимой для неуклонного наращивания производства зерна и создания устойчивой кормовой базы животноводства, повышения общей эффективности сельскохозяйственного производства.
Неблагоприятные климатические условия в засушливые годы приводят к большим колебаниям валового сбора зерновых в урожайные и неурожайные годы, достигающим около 60—70 млн. т. Развитие мелиорации включает в себя ввод новых площадей и реконструкцию старых. Предусмотрены другие меры, направленные на упорядочение структуры посевов, с целью повышения удельного веса производства зерна, кукурузы на зерно и кормовых культур, внесения полной дозы минеральных удобрений (330—350 кг), сбалансированных по отдельным компонентам. Особое внимание обращается на повышение уровня мелиоративного строительства, внедрение прогрессивных мер организации труда, экономное использование водных ресурсов на мелиоративных системах, особенно в орошаемом земледелии.
С развитием орошаемого земледелия выдвигаются экологические проблемы. Главная из них — борьба с вторичным засолением почв, которое возникает при неумеренном орошении и высоком уровне грунтовых вод. Решение этой проблемы возможно при разработке и внедрении научно обоснованных норм полива применительно к конкретным климатическим и гидрологическим условиям территорий.
Борьба с засолением почвы актуальна и в глобальном масштабе. Засоление почвы происходит почти на половине орошаемых земель мира, в том числе на 30% орошаемых земель США. Хотя в нашей стране достигнуты значительные успехи в борьбе с засолением почвы, это явление не ликвидировано до сих пор.
При осуществлении широких мелиоративных мероприятий в зоне степей следует иметь в виду, что новообразование грунтовых вод здесь происходит значительно быстрее, нежели в зонах полупустынь и пустынь. Примерно за 10 лет уровень грунтовых вод может достигнуть критического состояния (1,5—2,5 м от поверхности), вызывая засоление и заболачивание почвы. Кроме того, в условиях орошения возникает способность вторичного содового засоления почв, так как южные черноземы и каштановые почвы в ряде районов имеют повышенную остаточную солонцеватость и щелочность на глубине 0,5—1 м. Присутствие соды в поверхностных горизонтах почвы вызывает ряд сложных трудно устранимых физико-химических процессов, снижающих плодородие почвы. В степных районах Прикаспийской низменности почти отсутствует верхняя зона пресных вод при слабой естественной дренированности территории. В Среднем и Нижнем Поволжье из 8,2 млн. га земель, пригодных для орошения, лишь 14,6% не потребуется дренажа. В Зауралье к воздействию указанных факторов добавляется необходимость учета более сокращенного по сравнению с условиями Европейской части России вегетационного периода, когда возможна потеря части урожая вследствие наступления ранних заморозков.
Основной экологической проблемой орошаемого земледелия в степной и аридной зонах является предотвращение вторичного засоления почвы. Она может решаться различными методами: гидротехническим (строительство глубокого дренажа), мелиоративным (нормирование поливов, вплоть до перехода на “голодные” нормы полива во влажные годы, промывка мелиоративных систем), агрономическим (внедрение фитомелиорации, глубокое рыхление почвы).
Проблема, тесно связанная с экологической — нормирование качества возвратной (дренажной) воды, сбрасываемой с полей орошения, содержащих включения минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов. Она является особенно актуальной для пустынной и полупустынной зон России, где водные ресурсы весьма ограничены и существует опасность их истощения.
Экономия воды в орошаемом земледелии является одной из наиболее ответственных задач водного хозяйства страны. Главный путь ее решения: повышение коэффициента полезного действия (к.п.д.) оросительных систем, который меняется в весьма широких пределах. Это означает, что в старых мелиоративных системах на пути от источника водозабора до корнеобитаемого слоя орошаемого поля теряется от 65 до 75% воды. Поэтому инженерное переустройство оросительных систем является действенным средством не только экономии воды, но и дальнейшего развития орошаемого земледелия.
2.2. Осушение почвы
Осушение по своей принципиальной основе противоположно орошению. Его существо заключается в отводе избыточной влаги за пределы корнеобитаемого слоя растений с целью улучшения водно-теплового режима почвы и повышения ее плодородия. Осушению подвергаются переувлажненные земли и болота с целью вовлечения последних в сельскохозяйственное производство. Поэтому осушаемые массивы располагаются в зоне избыточного увлажнения.
Высокой заболоченностью отличаются равнинные территории с замедленным водообменом и высоким положением уровня грунтовых вод. Много заболоченных земель и болот имеется на Европейском Севере и Северо-Западе (около 60% общей площади). Сильной заболоченностью отличаются Полесье, Мещерская и Костромская низменности. Однако центром мировой заболоченности является Западно-Сибирская низменность площадью в 1,3 млн. кв. км, заболоченность которой составляет около 50%. Болота распространены на территории Якутии, Дальнего Востока. Методы осушения заболоченных земель в принципе мало отличаются друг от друга. Основной метод заключается в понижении уровня грунтовых вод с помощью открытого либо закрытого дренажа. В настоящее время развитие получил более прогрессивный метод осушения — двустороннее регулирование, когда мелиоративная система может использоваться в засушливые периоды — для орошения земель, а во влажные — для отвода избыточных вод через дренажную сеть. Потенциальный фонд для осушения земель в России весьма велик.
Мелиорация земель — активный метод повышения продуктивности земледелия. Наибольший экономический эффект мелиорация земель приносит в том случае, если она проводится в комплексе с хозяйственным освоением земель, включая их химизацию, культур-технические работы и надлежащий уход за посевами. В 70-е годы при быстром росте осушаемых земель в отдельных районах отмечалась тенденция отставания их хозяйственного освоения, что снижало эффективность мелиорации. В отдельных случаях земли переосушивались (Белорусское Полесье). Внедрение мелиоративных систем двустороннего регулирования позволяет проводить мелиорацию более эффективно.
Неблагоприятные экологические последствия осушения земель заключаются в их переосушении, вследствие чего снижается уровень грунтовых вод в прилегающих территориях и происходит уменьшение величины устойчивого стока в реки, а в ряде случаев на прилегающих территориях наблюдается подсыхание лесов и исчезновение влаголюбивой растительности. Вместе с тем, повышенная густота открытой осушительной сети может привести к повышению весенних максимумов стока на малых реках. На крупных мелиоративных системах наблюдается существенное обеднение растительного и животного мира. Низкое качество осушительной мелиорации может привести к вторичному заболачиванию почвы.
2.3. Применение удобрений. Пестициды
Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся десятки миллионов тонн питательных веществ: азота, калия, фосфора, магния, серы и других, которые необходимо компенсировать. Поэтому внесение в почву органических и минеральных удобрений является важнейшим средством повышения плодородия почв.
Каждый рубль затрат на минеральные удобрения приводит к возрастанию окупаемости, оцениваемой для различных видов сельскохозяйственной продукции от 2 до 5 руб. Особенно эффективно применение удобрений в южных районах страны при выращивании хлопка, сахарной свеклы, плодов, овощей. В этих условиях затраты на внесение удобрений окупаются в течение года. Данные о повышении урожайности приводятся в табл. 1.
Таблица 1
Повышение урожайности от внесения в почву минеральных удобрений в пересчете на 100% содержания питательных веществ
| Сельскохозяйственная культура | Прирост урожая на 1 т внесенных минеральных удобрений, т | ||
| Р2О5 | N | Ка2О | |
| Хлопок-сырец | 5—6 | 10-14 | 2 |
| Сахарная свекла (корни) | 50—60 | 100—160 | 40—50 |
| Картофель (клубни) | 40—80 | 120 | 40—60 |
| Пшеница и рожь | 20—25 | 15—20 | 3—4 |
Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях обычно выражают в процентах азота, фосфора и калия. В России из фосфорных удобрений широко применяют двойной суперфосфат (до 50% P2O5), из азотных—карбамид (42—46% N), жидкий аммиак (82,3% N), из калийных удобрений — хлористый калий (50—62% Ка2О), из комплексных удобрений — аммофос (10— 11% N + 46—48% Р2О5), нитроаммофос (21—22% N +21— 22% Р2О5), а также новые виды комплексных удобрений.