Ґрунтові води Він є однією з найважливіших частин гідрологічного циклу Землі та відіграє фундаментальну роль у сталому розвитку сільського господарства, здоров'ї екосистем та постачанні питної води. Хоча він часто залишається непоміченим під нашими ногами, його розуміння є важливим для управління природними ресурсами та сільськогосподарського планування, особливо в контексті зміни клімату, інтенсифікації сільського господарства та урбанізації. У цій статті ми проведемо всебічний та детальний аналіз природи ґрунтових вод, їх функціонування, їхньої корисності в сільському господарстві, їхнього впливу на стале управління сільськогосподарськими ґрунтами, управління засоленістю та екологічних проблем, пов'язаних з їх використанням та збереженням.
Що ж таке рівень ґрунтових вод і чому він важливий?
Термін грунтові води (також відомий як ґрунтові води, ґрунтові води, підземні води або просто ґрунтові води) Це відноситься до зона підґрунтя, в якій усі пори та порожнини повністю насичені водоюЦей шар лежить трохи нижче зони аерації ґрунту та обмежує початок наймілководніших водоносних горизонтів, функціонуючи як динамічна межа між насиченою та ненасиченою зонами.
Грунтові води не є плоскою чи нерухомою поверхнею: Його глибина та протяжність змінюються з часом та простором Залежно від топографії, типу ґрунту, характеру опадів, евапотранспірації, землекористування та діяльності людини, цей рівень ґрунтових вод може знаходитися на глибині кількох сантиметрів під поверхнею або на глибині кількох метрів, залежно від екологічних та геологічних умов.
Вода, що зберігається в ґрунтових водах, являє собою критичний запас прісної води До нього отримують доступ рослини з глибоким корінням, сільськогосподарські культури, колодязі та джерела. Він також встановлює гідродинамічний баланс з поверхневими водоймами, такими як річки, лагуни та водно-болотні угіддя, підтримуючи базовий стік у посушливі періоди.
У сільському господарстві рівень ґрунтових вод може бути союзник чи загрозаНеглибокий водоносний горизонт може забезпечити частину потреб культури у воді, але якщо він піднімається занадто високо, це може спричинити проблеми із заболочуванням та засоленням ґрунту.
Формування, функціонування та динаміка ґрунтових вод
La формування ґрунтових вод безпосередньо пов'язаний з водний циклОпади, які не перехоплюються рослинністю або не стікають з поверхні, проникають крізь ґрунт, просочуються вниз і накопичуються у відкритих просторах між ґрунтом і частинками гірських порід, доки вони не насичуються, утворюючи ґрунтові води.
La Динаміка рівня ґрунтових вод залежить від різних факторів:
- Тип підлоги: Піщані або супіщано-суглинкові ґрунти сприяють швидкому просочуванню води та мають змінні рівні ґрунтових вод, тоді як глинисті ґрунти можуть обмежувати швидкість поповнення запасів або призводити до менш глибоких та стабільних рівнів ґрунтових вод.
- Топографія: На рівнинних ділянках рівень ґрунтових вод зазвичай розташований ближче до поверхні, що збільшує ризик заболочення після сильних опадів або надмірного поповнення.
- клімат: Дощові та холодні періоди сприяють поповненню та підняттю рівня ґрунтових вод; проте тривалі посухи та високі температури призводять до його зниження.
- Рослинний покрив: Системи з глибоким корінням (дерева, багаторічні пасовища) споживають більше води та, як правило, утримують рівень ґрунтових вод нижчим, ніж однорічні культури з поверхневим корінням.
- Діяльність людини: Видобуток води, інтенсивне зрошення та урбанізація можуть змінити природний режим підземних вод, а також їх якість.
Рівень ґрунтових вод має важливе значення для розвитку сільськогосподарських культур та агрономічного управління., особливо в рівнинних регіонах, де надлишок або дефіцит води впливає на продуктивність та стійкість виробничих систем.
Розташування та структура ґрунту: Де розташовані ґрунтові води?
Щоб зрозуміти точне положення рівня ґрунтових вод у ґрунтовому профілі, необхідно розрізняти основні області або рівні надр:
- Ґрунт або площа поверхні: Він включає верхній органічний та мінеральний шар, де розвивається більшість коренів та біологічної активності. Тут пори містять повітря та воду, але не повністю насичені.
- Зона аерації (вадозна або ненасичена зона): На цьому рівні пори містять як воду, так і повітря. На це в першу чергу впливають інфільтрація води та транспірація рослин. Вона включає гігроскопічну воду (що прилипає до частинок) та капілярну воду (утримується завдяки капілярній дії).
- Ґрунтові води (ґрунтові води або поверхнево-насичена зона): Він розташований там, де ґрунт повністю насичений, а пори містять лише воду. Саме тут гідростатичний тиск дорівнює атмосферному тиску.
- Чубчик для волосся: Перехідна зона між рівнем ґрунтових вод та ненасиченою зоною, де вода піднімається капілярним шляхом, частково просочуючи найтонші пори ґрунту, особливо в мулистих або глинистих ґрунтах.
- Насичена зона або водоносний горизонт: Усі пори заповнені водою. Тут знаходиться вода під дією сили тяжіння або гравітаційна вода, яка вільно рухається та живить річки, озера та джерела, відіграючи ключову роль у підтримці систем поверхневих вод.
Рівень ґрунтових вод позначає межу між зоною аерації та зоною насичення.Його глибина змінюється залежно від поповнення запасів води, морфології ландшафту та балансу між випаровуванням, транспірацією та використанням ресурсу людиною.
Корисність та екологічні функції ґрунтових вод у сільському господарстві
La Ґрунтові води виконують численні екологічні та продуктивні функції що робить його центральним елементом для сталість сільськогосподарських систем і екологічний менеджмент:
Водопостачання сільськогосподарських культур та екосистем
У великих сільськогосподарських районах, Вода, що зберігається в ґрунтових водах, є основним джерелом постачання для зрошення, а в багатьох випадках також для споживання людиною та тваринами. Понад 30% прісної води, що використовується у світі для зрошення, надходить з ґрунтових вод. У регіонах з низькою кількістю опадів або піщаними ґрунтами глибококореневі культури (пшениця, кукурудза, люцерна, багаторічні пасовища) можуть отримати доступ до ґрунтових вод, що компенсує дефіцит води та забезпечує продуктивність у посушливі роки.
Підтримка врожайності сільськогосподарських культур
Глибина залягання ґрунтових вод є вирішальною для продуктивність сільського господарстваГлибина ґрунтових вод від 1,5 до 2,5 метрів зазвичай вважається оптимальною для більшості польових культур, оскільки вона забезпечує глибокий розвиток коренів та доступ до води в критичні періоди, не спричиняючи перезволоження або задухи коренів. Дослідження в сільськогосподарських районах пампасів показали, що коли рівень ґрунтових вод знаходиться в цьому діапазоні, він може забезпечувати від 30% до 55% врожаю таких сільськогосподарських культур, як пшениця, навіть в умовах посухи.
Підтримка екосистеми та регулювання водних ресурсів
Ґрунтові води підтримує водно-болотні угіддя, луки, трав'янисті угіддя та прибережні ліси, забезпечуючи постійне зволоження та пом'якшуючи мінливість клімату. Багато екосистем залежать від періодичного підйому та падіння рівня ґрунтових вод для проростання видів, забезпечення середовища існування для дикої природи та поповнення поверхневих водойм.
Регулювання клімату та поповнення водоносного горизонту
Постійний обмін між ґрунтовими водами та атмосферою сприяє помірність місцевого мікроклімату вже підтримувати стійкість системи до посух, оскільки вода, що зберігається під землею, поступово виходить на поверхню, підтримуючи вологість навколишнього середовища та підтримуваючи базовий стік у річках і струмках.
Промивання сіллю та контроль солоності
Правильне управління ґрунтовими водами дозволяє вимивання солей, накопичених у ґрунтовому профілі, запобігаючи засоленню, яке шкідливе для сільськогосподарських культур, особливо в посушливих та напівпосушливих регіонах. Штучні дренажні системи, сівозміна з пасовищами та створення високовологоємних культур – це стратегії, що застосовуються для запобігання капілярному підйому солей до кореневої зони.
Управління та контроль рівня ґрунтових вод: сільськогосподарські та екологічні стратегії
Науковий моніторинг та оцінка
El систематичний моніторинг рівня ґрунтових вод використання п'єзометрів, спостережних свердловин або технологій дистанційного зондування є важливим для передбачення проблеми перезволоження, посухи або засоленняТакі моделі, як DRAINMOD та DSSAT, виявилися корисними для прогнозування поведінки ґрунтових вод за різних кліматичних та управлінських сценаріїв (сівозміни, підземний дренаж, зміни у землекористуванні).
Практики сільськогосподарського ведення
Серед Основні стратегії регулювання рівня ґрунтових вод У сільськогосподарських районах виділяються наступні:
- Ротації з багаторічними пасовищами: Створення пасовищ з високим рівнем водопостачання допомагає підтримувати рівень ґрунтових вод на достатній глибині, зменшуючи ризик підняття рівня ґрунтових вод та засолення.
- Підземний дренаж: Встановлення дренажних систем (наприклад, дренажних труб на глибині 1,5 метра з інтервалом між ними 100 метрів) дозволяє відводити надлишки води та стабілізувати рівень ґрунтових вод. Ефективність дренажу має бути збалансована з його вартістю та ризиком мобілізації поживних речовин і забруднюючих речовин.
- Налаштування зрошувальних листів та ефективне використання води: Підтримуйте баланс між водопостачанням та випаровуванням, щоб запобігти підвищенню рівня ґрунтових вод та накопиченню солей.
- Догляд за посівами та терміни посадки: Змінюйте види та періоди вегетації, щоб скористатися перевагами водопостачання, не спричиняючи повеней чи нестачі води.
Системи поверхневого дренажу та контролю
L системи поверхневого дренажу (канави, канали, борозни) доповнюють управління ґрунтовими водами, дозволяючи локалізований контроль рівня води та мінімізуючи збитки від повеней під час періодів сильних дощів.
Моніторинг якості ґрунтових вод
La якість ґрунтових вод Його необхідно періодично контролювати, особливо в районах інтенсивного сільського господарства. Забруднення нітратами, пестицидами або солями може обмежити його використання для зрошення або споживання та вплинути на здоров'я людини та біорізноманіття.
Ризики та проблеми, пов'язані з рівнем ґрунтових вод у сільському господарстві
La Грунтові води, хоча й є важливими, створюють численні проблеми, якщо ними не керувати належним чином.:
Засолення ґрунту
Коли рівень ґрунтових вод значно піднімається і залишається близько до поверхні, особливо за наявності солоної води, це сприяє капілярний підйом солей до кореневої зони. У міру випаровування води солі концентруються у верхньому профілі ґрунту, знижуючи родючість і пошкоджуючи структуру ґрунту. Ця проблема поширена в посушливих і напівпосушливих регіонах, а також у районах з поганим дренажем.
Перезволоження та загнивання коренів
El надмірне підняття рівня ґрунтових вод Це створює гіпоксичні умови в коренях, обмежує аерацію та може спричинити Загибель врожаю, зниження врожайності та поява хвороб коренівЩоб запобігти цьому, необхідний частий моніторинг та встановлення належних дренажних систем.
Забруднення нітратами та агрохімічними речовинами
Інтенсивне використання азотних добрив та пестицидів у сільському господарстві може призвести до забруднення ґрунтових вод, що має негативні наслідки для здоров'я людини та навколишнього середовища. Дослідження показують, що понад 50% зразків ґрунтових вод у певних сільськогосподарських районах перевищують рекомендовані ліміти для нітратів, незалежно від застосованих доз азоту. Основними причинами є надмірні опади та природна мінералізація органічної речовини.
Водний дисбаланс та просідання ґрунту
La надмірна експлуатація Зменшення рівня ґрунтових вод шляхом відкачування або їх прискорене падіння через зміни у землекористуванні може спричинити ущільнення та просідання землі, змінюючи екологічний баланс та збільшуючи ризики повеней та ерозії.
Індикатори та інструменти для сталого управління ґрунтовими водами
Рослини-індикатори ґрунтових вод
У полі присутність певні види рослин може виявити близькість ґрунтових вод. Гідрофільні луки, осоки, пампасні трави та деякі багаторічні трави часто процвітають у низинних районах або районах з високим рівнем ґрунтових вод. Розпізнавання та картографування цих рослин є практичним інструментом для сільськогосподарського планування та вибору культур, адаптованих до різної глибини ґрунтових вод.
Гідрологічне моделювання та прийняття рішень
Інтеграція такі моделі, як DRAINMOD та DSSAT дозволяє прогнозувати коливання рівня ґрунтових вод за різних сценаріїв управління, сприяючи інтелектуальне продуктивне прийняття рішеньЦі моделі використовують історичні дані про опади, евапотранспірацію, тип ґрунту та сільськогосподарське ведення, щоб передбачити ризики підвищення рівня ґрунтових вод та коригувати стратегії зрошення, дренажу та сівозміни.
Комплексне управління водозбором та територіальне планування
La стале управління ґрунтовими водами Це вимагає загальнобасейнового підходу, що враховує поповнення, видобуток, якість води та баланс між сільськогосподарськими, міськими та природними територіями. Державна політика та інструменти планування землекористування повинні враховувати збереження зон поповнення, захист водно-болотних угідь та контроль забруднюючих скидів.
Приклади та тематичні дослідження: вплив рівня ґрунтових вод на різні сільськогосподарські системи
Долина Гуантанамо, Куба: управління ґрунтовими водами та солоністю
У алювіальних ґрунтах напівпосушливих регіонів, таких як долина Гуантанамо на Кубі, моніторинг ґрунтових вод у поєднанні з системами дощувального зрошення дозволив утримувати рівень ґрунтових вод нижче 2 метрів у понад 75% випадків, мінімізуючи накопичення солей у кореневій зоні та забезпечуючи економічну життєздатність інтенсивного сільського господарства. Зверніться до видів, стійких до надлишку води.
Дослідження показали, що обслуговування та очищення дренажних каналів, а також регулювання норм поливу залежно від кількості опадів та вологості ґрунту, мають вирішальне значення для запобігання надмірному підйому ґрунтових вод та засоленню поверхні.
Аргентинська пампасна область: контроль рівня ґрунтових вод та врожайність сільськогосподарських культур
У великих сільськогосподарських районах піщаних пампасів глибина залягання ґрунтових вод тісно пов'язана з врожайністю таких сільськогосподарських культур, як пшениця та кукурудза. Дослідження показують, що в посушливі роки внесок ґрунтових вод сягає до 55% від загального врожаю. Впровадження підземний дренаж, сівозміни з пасовищами та коригування управління на основі гідрологічного моделювання є ефективними стратегіями зменшення ризиків повеней та засолення.
