Сохранить и приумножить

Глава 5
Управление водными ресурсами

Для устойчивой интенсификации необходимы более рациональные, прецизионные ирригационные технологии и сельскохозяйственные методы с использованием экосистемного подхода к сбережению воды.

Растения выращивают в широком диапазоне условий рационального использования водных ресурсов, от простой обработки почвы, позволяющей улучшить проникновение осадков, до сложных технологий орошения и управления водными ресурсами. Из 1,4 млрд. га посевных площадей в мире около 80 процентов находятся в неорошаемых условиях, обеспечивая около 60 процентов всего сельскохозяйственного производства в мире1. В условиях богарного земледелия управление водными ресурсами пытается контролировать количество доступной растению влаги посредством перенаправления дождевой воды в корневую зону – зону максимальной доступности влаги для растений. Однако режим внесения воды по-прежнему определяется не фермером, а количеством и распределением осадков, выпадающих на данной площади ежегодно.

Около 20 процентов посевных площадей в мире орошается и производит около 40 процентов от общего объема аграрной продукции1. Такая производительность объясняется сочетанием более интенсивного земледелия и более высокой средней урожайностью. Контролируя и объем, и режим внесения воды, орошение способствует и облегчает концентрацию потребляемых факторов, повышающих производительность земель. Фермеры используют полив, чтобы стабилизировать и повысить урожай и увеличить число культур, выращиваемых в течение года. В мировом масштабе урожаи на орошаемых площадях в два-три раза превышают урожаи, полученные в условиях богарного земледелия. Однако экономический риск также намного выше, чем при менее ресурсоемких системах богарного земледелия. Кроме того, орошение может привести к негативным последствиям для окружающей среды, включая засоление почвы и загрязнение нитратами водоносных горизонтов.

Растущее давление конкурирующих потребностей в воде вместе с экологическими императивами, означает, что сельское хозяйство должно работать по принципу «поливай меньше, собирай больше» и с меньшим воздействием на окружающую среду. Это серьезная проблема, и ее решение подразумевает, что для управления водными ресурсами для устойчивой интенсификации растениеводства потребуется более «интеллектуальное», прецизионное сельское хозяйство. Кроме того, потребуется, чтобы само управление водными ресурсами в земледелии стало гораздо более ответственным в водоиспользовании в экономическом, социальном и экологическом отношении.

Перспективы для устойчивой интенсификации значительно варьируют в зависимости от типа производственной системы и внешних двигателей спроса. В целом, однако, устойчивость интенсифицированного земледелия, будь оно богарным или орошаемым, будет зависеть от внедрения экосистемных подходов, таких как почвозащитные методы ведения сельского хозяйства, наравне с другими ключевыми методами, включая использование высокоурожайных сортов и семян хорошего качества и комплексную борьбу с вредителями.

Богарные системы земледелия

Многие сорта сельскохозяйственных культур, возделываемых в богарных системах, адаптированы к тому, чтобы использовать влагу, содержащуюся в корневой зоне. Богарные системы можно усовершенствовать, например, использованием в севообороте растений с глубокой корневой системой, адаптируя культуры к развитию более глубокого укоренения, увеличивая потенциал почвы к сохранению влаги, улучшая водопроницаемость почвы и минимизируя поверхностное испарение использованием органической мульчи. Перехват поверхностного стока с прилегающих незасеянных земель также может продлить сроки доступности почвенной влаги.

Повышение производительности богарного сельского хозяйства во многом зависит от усовершенствования всех аспектов растениеводства. Такие факторы, как вредители и ограниченная доступность питательных веществ почвы, могут уменьшить урожай больше, чем доступность воды сама по себе per se2, 3. Принципы ограниченной обработки почвы, органического мульчирования и использование природного и управляемого биоразнообразия (описанные в главе 2, Системы ведения сельского хозяйства) являются основоположными для рационализированного земледелия.

В связи с этим масштаб применения УИР в богарных условиях будет зависеть от использования экосистемных подходов, которые максимизируют запас доступной растениям влаги в корневой зоне. Притом что такие подходы могут облегчать интенсификацию, сельскохозяйственная система по-прежнему зависит от капризов погоды. Изменение климата повысит риски для растениеводства, и нигде проблема выработки эффективных стратегий адаптации к изменению климата не стоит так остро, как в богарном земледелии4.

Поэтому нужны иные меры, чтобы снизить нежелание фермеров рисковать. Они включают более точные сезонные и годовые прогнозы осадков и доступности воды и управление паводками, для того чтобы смягчить последствия изменения климата и, в более обозримом будущем, повысить устойчивость производственных систем. Более сложные способы управления водными ресурсами, возможно, уменьшат производственный риск, но не обязательно, что они интенсифицируют богарное земледелие. Например, возможно перевести некоторые богарные системы растениеводства в системы низкозатратного вспомогательного орошения, чтобы справиться с короткими периодами засухи во время критических фаз роста5, но они по-прежнему будут зависеть от времени и интенсивности осадков.

Управление поверхностным стоком в полевых условиях, включая использование водоудерживающих валиков на возделываемых площадях, успешно применяется в переходных климатах, включая Средиземноморье и части Сахеля, для того чтобы продлить доступность почвенной влаги после каждого дождя. Управление поверхностным стоком за пределами поля, включая сбор склонового стока в неглубоко залегающие грунтовые воды или резервуары, может обеспечить ограниченное дополнительное орошение. Однако эти тактики, будучи распространены на большие площади, отражаются на последующих потребителях и суммарных водохозяйственных балансах речных бассейнов.

Что касается технологий, распространение выгод для окружающей среды и сохранения влаги в почве, которые обеспечивают экосистемные подходы, часто будет зависеть от уровня механизации сельского хозяйства, которая требуется для того, чтобы пользоваться дождевой водой. Более простые технологии, в том числе ситуационно-обусловленное земледелие с использованием поверхностного стока, будут оставаться по-прежнему рискованными, особенно в условиях более хаотического режима осадков. Кроме того, они требуют больших трудозатрат.

Директивным органам будет нужно точно оценить относительный вклад в национальную экономику продукции богарного и орошаемого земледелия. Если богарное производство возможно стабилизировать с помощью улучшенного сохранения запаса почвенной влаги, необходимо тщательно идентифицировать и определить физические и социально-экономические обстоятельства, при которых это можно осуществить. Сравнительные преимущества небольших инвестиций в УИР экстенсивных систем богарного земледелия и крупных локализованных инвестиций в системы неограниченного орошения нуждаются в тщательной социально-экономической оценке в контексте задач развития.

Что касается структур и институтов, существует необходимость реорганизации и усиления консультационной помощи фермерам, зависящим от богарного земледелия, и возобновления работы по продвижению страхования урожая среди мелких производителей. Для стабилизации производства в существующих богарных системах в условиях воздействия изменения климата потребуется более пристальный анализ характера распространения осадков и местностей с недостатком почвенной влаги.

Системы орошаемого земледелия

Мировая площадь земли, оборудованной для орошения, сегодня превышает 300 млн. га6, при этом фактическая уборочная площадь больше, благодаря двум и трем урожаям в год. Больше всего орошение развито в Азии, где производство риса практикуется на площади около 80 млн. га, со средней урожайностью в 5 т/га (по сравнению с 2,3 т/га, получаемых от богарного рисоводства в низменностях на площади в 54 млн. га). Напротив, орошаемое сельское хозяйство в Африке практикуется всего лишь на 4 процентах культивируемых земель, главным образом по причине нехватки финансовых инвестиций.

Орошение повсеместно используется как платформа для интенсификации сельского хозяйства, поскольку оно предлагает точку концентрации инвестиций. Будет ли такая интенсификация устойчивой, зависит, однако, от места водозабора и внедрения являющихся основой УИР экосистемных подходов, таких как охрана почв, улучшенные сорта и комплексная борьба с вредителями. Равномерность распределения и эффективность применения орошения варьируют в зависимости от технологии доставки воды, уклона местности, типа почвы и, самое важное, ее проницаемости для влаги и качества управления водными ресурсами.

Поверхностное орошение с помощью поливных полос, водосборных бассейнов или поливных канав часто менее эффективно и обеспечивает менее равномерный полив, чем дождевальное орошение (например, с помощью дождевальных установок и капельных лент и капельных шлангов). Микроорошение считалось техническим решением проблемы неудовлетворительных характеристик полевого орошения и способом экономить воду. В настоящее время его все больше применяют в коммерческом садоводстве как в развитых, так и в развивающихся странах, несмотря на высокие капитальные затраты.

Ограниченное (дефицитное) орошение и его разновидности, такие как регулируемое ограниченное орошение (РОО), завоевывают позиции в коммерческом садоводстве и коммерческом производстве некоторых полевых культур, которые положительно реагируют на регулируемый водный стресс на критических стадиях роста. РОО часто применяют вместе с микроорошением и «фертигацией», или удобрительным орошением, при котором удобрения вносят непосредственно в зону, где развивается большая часть корней растений. В Китае этот метод адаптировали к более простому бороздному поливу. Выгоды, выраженные в сокращении потребления воды, очевидны, но получить их можно только при условии высокой надежности водоснабжения.

Основанное на знаниях точного орошение предлагающее фермерам надежный и удобный в применении способ внесения воды, станет главной площадкой для УИР. Прошли испытания автоматизированные системы орошения с использованием стационарных дождевальных установок и устройств микроорошения, включающие применение датчиков содержания влаги в почве и температуры растительного покрова, чтобы определить глубину внесения воды в разных частях поля. Точное орошение и точное внесение удобрений вместе с поливной водой – перспективные возможности для полеводства и садоводства, но здесь есть и потенциальные ловушки. Компьютерное моделирование показывает, что в садоводстве решающим фактором устойчивости является управление солевым составом почвы.

Экономические характеристики орошаемого земледелия значительны. Использование дождевальных установок и технологий микроорошения, так же как и автоматизация систем поверхностного полива, требует долгосрочных капиталовложений и бюджета текущих затрат. «Водяные пушки» представляют одно из самых малозатратных по капиталовложениям решений для дождевального орошения больших площадей, но, как правило, требуют высоких текущих затрат. Другие системы дождевального орошения требуют высоких капиталовложений и без программ субсидий на сельскохозяйственное производство не подходят для мелкомасштабных систем растениеводства.

Предоставление услуг многими государственными системами орошения далеко от оптимального по причине недостатков в структуре, техническом обеспечении и управлении. Эти системы, равно как и их управление, нуждаются в серьезной модернизации, посредством как организационной реформы, так и отделения функции предоставления услуг орошения от более широких функций контроля и регулирования водных ресурсов.

Дренирование является существенным, но часто недооцениваемым, дополнением к орошению, особенно там, где уровень грунтовых вод высок и засоленность почвы сдерживает интенсификацию сельского хозяйства. Потребуются инвестиции в дренирование, чтобы повысить производительность и устойчивость оросительных систем и обеспечить эффективное управление потребляемыми факторами сельского хозяйства. Однако увеличенный дренаж повышает риски выноса загрязняющих веществ за пределы водосбора, что влечет деградацию водных путей и связанных с ними водных экосистем.

Возделывание культур в защищенном грунте, главным образом в холодных рассадниках, пользуется растущей популярностью во многих странах, включая Китай и Индию, главным образом для производства фруктов, овощей и цветов. В долгосрочной перспективе распространенность высокоинтенсивных производственных систем замкнутого цикла, использующих традиционное орошение или гидропонные и аэропонные установки, будет возрастать, особенно в пригородных районах с устойчивыми рынками и растущим дефицитом воды.

Забор воды из рек для орошения уменьшает водоток, нарушает его сезонность и создает условия для экологических шоков, таких как токсическое цветение воды, вызванное массовым размножением водорослей. Вторичные воздействия включают засоление и загрязнение водотоков и водоемов удобрениями и пестицидами. Есть и другие экологические плюсы и минусы орошаемого земледелия; почвы «падди», орошаемых рисовых полей связывают больше органического вещества, чем почвы засушливых земель, и генерируют меньший вынос нитратов за пределы системы и меньшие выбросы закиси азота (N2O). С другой стороны, падди генерируют относительно высокие выбросы метана (от 3 до 10 процентов всех мировых выбросов) и аммиака.

В обычных условиях растения используют менее 50 процентов получаемой поливной воды, и эффективность систем орошения, использующих распределенные и сверхраспределенные объемы воды из речных бассейнов, низка. В терминах бухгалтерского учета необходимо различать, сколько воды используется, продуктивно и непродуктивно. «Полезное списание» воды растениями – эвапотранспирация (суммарное испарение) является целью орошения: в идеале, все списание должно происходить за счет транспирации (испарение воды растениями), с нулевым испарением с поверхности почвы и воды. Таким образом, есть определенный потенциал для улучшения производительности водных ресурсов путем снижения непроизводительных потерь на испарение.

Соответственно, улучшение продуктивности водных ресурсов на уровне водного бассейна сосредоточено на минимизации непродуктивного расхода воды7. При этом воздействие на последующих пользователей увеличенного расхода воды на нужды сельского хозяйства никак нельзя назвать нейтральным: есть свидетельства больших сокращений в годовом стоке в отдельных районах полуостровной Индии из-за экстенсивного забора в воды в верховьях8.

Управление водными ресурсами – ключевой фактор в минимизации потерь азота и его выноса за пределы ферм. В свободно дренируемой почве нитрификация частично прерывается, что ведет к выбросам N2O, в то время как в условиях насыщения влагой (бескислородных), что характерно для рисоводства, соединения аммония и мочевина частично превращаются в аммиак. Поэтому потери мочевины за счет улетучивания происходят при выделении аммиака и N2O во время циклов увлажнения-высушивания в орошаемых системах. N в форме нитратов необходим для поглощения корнями растений, но в водном растворе легко выносится за пределы хозяйства. В настоящее время в разработке находится ряд композитных удобрений пролонгированного действия, пригодных для разных ситуаций (см. главу 3во время циклов увлажнения-высушивания в орошаемых системах. N в форме нитратов необходим для поглощения корнями растений, но в водном растворе легко выносится за пределы хозяйства. В настоящее время в разработке находится ряд композитных удобрений пролонгированного действия, пригодных для разных ситуаций (см. главу 3, Здоровье почвы).

Динамика мобилизации фосфатов и их миграции в дренажные системы и водотоки сложна. В орошаемых системах вынос фосфатов за пределы хозяйства возможен, если полив по бороздам ведется с размывающей скоростью потока или при распылении содовых почв. Фосфаты, и в меньшей степени нитраты, могут удерживаться буферными полосами, расположенными на границах полей и вдоль рек, не позволяющим им попасть в водные пути. Таким образом, сочетание хорошего управления орошением, повторного использования возвратных вод и фиксации фосфатов в почве может снизить вынос фосфатов с орошаемых земель до значений, близких к нулевым.

Устойчивость интенсифицированного орошаемого сельского хозяйства зависит от минимизации ущерба, причиняемого сельскохозяйственной деятельностью за пределами фермы, таких как засоление и вынос загрязняющих веществ, и обеспечения здоровья почвы и условий роста растений. Это обстоятельство должно быть в центре внимания при выборе методов и технологий на уровне фермерского хозяйства и принятия решений на более высоких уровнях, и усиливает необходимость учета производительного и непроизводительного расхода воды, более разумного распределения воды в масштабах бассейна и водозабора, и лучшего понимания гидрологического взаимодействия между различными системами производства.

Информационный листок
Скачать рекламный проспект (PDF, 646Kb)
Информационный листок № 4
Управление водными ресурсами: Технологии, позволяющие
«сохранять и приумножать»
  • Сбор дождевой воды
  • Ограниченное орошение для повышения урожайности и обеспечения максимума чистой прибыли
  • Дополнительное орошение в зонах богарного земледелия
  • Многоцелевое использование водных систем

Путь вперед

Устойчивое сельское хозяйство на орошаемых землях и в системах богарного и усовершенствованного богарного земледелия включает учет всех взаимосвязанных процессов в землепользовании, совместное пользование водой в самом широком смысле слова и управление вспомогательными экосистемными услугами. Эти взаимосвязи становятся более сложными и имеют большое социальное, экономическое и политическое значение.

Суммарное управление распределением земельных и водных ресурсов будет сильно влиять на масштаб долгосрочных инвестиций в орошаемую УИР, особенно если принимать во внимание большие капитальные вложения и большую стоимость потребляемых факторов, связанных с орошаемым земледелием. Конкуренция с потребностями в воде других секторов экономики и экологических услуг продолжит расти. Орошаемому сельскому хозяйству придется обходиться меньшим количеством воды на гектар, а также интернализировать стоимость загрязнения окружающей среды за пределами хозяйства.

Что касается политических мер, то по мере того как растут темпы миграции населения из сельских районов и урбанизации, природа сельского хозяйства во многих странах меняется. Политика стимулирования, которая сосредоточится на снижении самых острых внешних последствий сельскохозяйственной деятельности, при этом используя материальные рычаги воздействия на фермеров, имеет большие шансов на успех.

Например, там, где загрязнение агрохимикатами рек и водных экосистем достигло критического момента, запрет на применение опасных химических веществ мог бы сопровождаться повышением цен на удобрения, предоставление фермерам объективной информации об оптимальных дозах удобрений и отменой вредных субсидий, стимулировавших избыточное применение удобрений. Последующие мероприятия могли бы стимулировать внесение удобрений в «требуемых или рекомендованных» количествах и поиск альтернативных путей получения высокой урожайности при более умеренном использовании внешних потребляемых факторов. В этом случае потребовалось бы больше государственных инвестиций в мониторинг состояния экосистемы.

В будущем фертигационные технологии (включая использование жидких удобрений), ограниченное орошение и повторное использование сточных вод будут лучше интегрированы в системы орошения. Хотя внедрение новой технологии в орошаемые системы растениеводства требует высоких начальных вложений и организационных мероприятий для эксплуатации и обслуживания, использование прецизионного орошения сегодня является глобальным вопросом. Фермеры в развивающихся странах уже применяют системы капельного орошения с малым напором воды в тех случаях, когда конъюнктура благоприятствует занятиям садоводством. Кроме того, доступность дешевой продукции из литого пластика и полимерной пленки для возделывания растений в сооружениях из пленки будет, по всей вероятности, расти. Однако широкомасштабное внедрение альтернатив, таких как использование солнечной энергии или отказ от загрязняющих технологий, должно поддерживаться регулятивными мерами и эффективными мерами обеспечения соблюдения нормативных требований.

Недостатки в управлении отдельными инвестициями в орошение привели к злоупотреблениям в капитальном финансировании, коррупции среди руководства и управленческого персонала, и плохой координации действий учреждений, ответственных за предоставление фермерам услуг орошения. Требуются инновационные подходы, чтобы усовершенствовать институциональные структуры, которые содействуют развитию сельского хозяйства и водных ресурсов, в то же самое время охраняя окружающую среду. Имеется значительный потенциал для того чтобы использовать местные инициативы в организационном развитии и учиться у них, управлять внешними последствиями интенсификации и сокращать или избегать операционных издержек. Видимо, решения будут скорее основанными на глубоких знаниях и опыте, чем высокотехнологичными.

Список литературы

1. IIASA/FAO. 2010. Global agro-ecological zones (GAEZ v3.0). Laxenburg, Austria, IIASA and Rome, FAO.

2. French, R.J. & Schultz, J.E. 1984. Water use efficiency of wheat in a Mediterranean type environment. I: The relation between yield, water use and climate. Australian Journal of Agricultural Research, 35(6): 743–764.

3. Sadras, V.O. & Angus, J.F. 2006. Benchmarking water use efficiency of rainfed wheat in dry environments. Australian Journal of Agricultural Research, 57: 847–856.

4. UNDP. 2006. Human Development Report 2006. New York, USA.

5. Wani, S.P., Rockstrom, J. & Oweis, T., eds. 2009. Rainfed agriculture: Unlocking the potential. Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture 7. Wallingford, UK, CABI Publishing.

6. FAO. 2011. AQUASTAT statistical database (www.fao. org/nr/water/aquastat/main/ index.stm).

7. Perry, C., Steduto, P., Allen, R. & Burt, C. 2009. Increasing productivity in irrigated agriculture: Agronomic constraints and hydrological realities. Agricultural Water Management, 96(2009): 1517– 1524.

8. Batchelor, C., Singh, A., Rama Rao, M.S. & Butterworth, J. 2005. Mitigating the potential unintended impacts of water harvesting. UK, Department for International Development.

Вы можете заказать книгу Сохранить и приумножить (ФАО, 2011 г.) по электронной почте
publications-sales@fao.org, или через онлайновый каталог публикаций ФАО:
www.fao.org/icatalog/inter-e.htm

5. Управление водными ресурсами

Для устойчивой интенсификации необходимы более рациональные, прецизионные ирригационные технологии и сельскохозяйственные методы с использованием экосистемного подхода к сбережению воды.

1 2 3 4 5 6 7

«Эта книга показывает, как мы можем начать „вечнозеленую революцию“, ведущую к росту производительности сельского хозяйства, без ущерба для окружающей среды.»
М. С. Сваминатан

Скачать информационный листок (1.3MB)

Как приобрести эту книгу
Вы можете заказать книгу по электронной почте:
publications-sales@fao.org