Волога навколо нас: як Україні забезпечити свої ґрунти достатньою кількістю води?

11 марта, 2019

Для Півдня України проблема вологозабезпечення ґрунту завжди була та є найбільш актуальною, особливо в умовах змін клімату. І хоча площа зрошуваних земель в Україні кожного року збільшується в середньому на 20 тис. га, цього недостатньо. Так звідки ж можна взяти воду або як її накопичити та ефективно використовувати?

В Об’єднаних Арабських Еміратах обмірковують ідею створення штучної гори для збільшення кількості опадів в регіоні. На думку фахівців, гора змусить прохолодне повітря піднятися та сформувати дощові хмари. Хоча ідея звучить трохи як наукова фантастика, вона заснована на дуже реальній метеорологічній концепції, яка має назву «орографічні опади». Такі опади випадають при підйомі по гірських схилах насичених вологою повітряних мас. Повітря охолоджується, водяна пара конденсується та утворюються дощі. Для втілення замислу потрібно побудувати довгий хребет, а не просто конус, інакше повітря обійде навколо. Країна надала $400 тисяч Національному центру атмосферних досліджень (NCAR), американському науково-дослідному інституту для вивчення того, яку потрібно побудувати штучну гору, що може вплинути на погоду. Колосальна споруда висотою 600 метрів має сягати на десять кілометрів. Також японські фахівці пропонують укласти в пустелі, на глибині одного метра трьохміліметровий асфальтовий шар, щоб утримати дощову вологу у поверхні для ефективного вирощування зелених пасовищ.

Сінгапур має гарну кількість опадів, приблизно 2400 міліметрів на рік, але місто-держава не шкодує коштів, щоб зібрати цей дар, бо вона немає власних великих джерел прісної води. Така капіталізація опадів стала можливою тільки після значних досліджень та прийняття суворого контролю забруднення та якості. Збір дощової води – одна з найбільших інфраструктурних історій успіху Сінгапуру. Сінгапур використовує перероблену воду, опріснену воду та штучні водойми. Для очищення стічних вод використовується інноваційна технологія NeWater – модель оборотного використання води. За технологією проводиться очищення мембранами, зворотний осмос, обробка ультрафіолетом та нормалізація кислотно-лужного балансу. Вона задовольняє 30% добової норми водопостачання. Така вода використовується в основному промисловими підприємствами. Невикористаний залишок відправляють до водосховищ. Але система очищення така якісна, що ця перероблена вода може бути використана й для пиття та приготування їжі. Майже 25% добової потреби Сінгапуру в прісній воді задовольняється за рахунок двох опріснювальних установок. Імпорт малайзійської води та збір опадів в стоки, канали, річки та ставки дають 45% добової потреби води в Сінгапурі.Хоча сільське господарство для Сінгапуру має другорядне значення й практично не розвинене, все ж досвід зі збору води може стати прекрасною ідеєю для забезпечення сільського господарства південних регіонів України.

Між тим, волога поруч, навколо нас. В атмосфері планети у вигляді пари міститься приблизно 14 тисяч кубічних кілометрів води. То чому б не взяти відсутню воду з атмосфери? Кілька років тому ізраїльський пенсіонер Аркадій Левін винайшов чудо-трубу, яка дозволяє отримувати від 100 до 500 літрів води на добу, просто з повітря. Конструкція представляє собою 12-метрову трубу, близько метра в діаметрі, всередині якої знаходиться спіраль вентиляційної шахти. Трубу поміщають у ґрунт на глибину 6-7 метрів. Різниця температур на поверхні та на глибині призводить до конденсації вологи з повітря, яка подається наверх. За твердженням розробника, такий конденсат чистіше за дистильовану воду. Прилад дає близько 10 літрів води на день, причому, він поміщається в рюкзак. При температурі на поверхні 30 градусів тепла та при вологості 70% досить охолодити повітря всього на 6°С, щоб отримати 21,3 грама води з кубічного метра повітря в годину. На отримання холоду йде до 70% енергії, але в цьому випадку енергія безкоштовна, тому що вона під землею. На глибині холод природний, а значить, дармовий. Повітря, насичене вологою, нижче точки роси перетворюється в шукану вологу. Інші 30% енерговитрат нагнітаються простими турбінками, які серійно випускаються – їм надає руху вітер. Можна використовувати й сонячну енергію. Електрика потрібна тільки на те, щоб відкачати воду, яка накопичилася в трубах під землею, але на це йде кілька секунд.

Едвард Лінакр з Австралії винайшов прилад, що працює на тому ж принципі, що й труба Левіна, але для зрошення полів. Установка «вичавлює» вологу навіть з сухого повітря. Вода спрямовується безпосередньо до коренів рослин. Система складається з крученої мідної трубки, яка має всередині мідну спіраль – це покращує теплообмін. Трубка поміщається до ґрунту, а невелика турбінка на вході системи розкручується силою вітру та заганяє повітря по вертикальній трубі в заховану нижче рівня ґрунту ту саму мідну трубку-конденсатор. У ній температура повітря швидко падає і на стінках трубки, а також на поверхні теплообмінної спіралі, з’являються краплі води. Отримана в конденсаторі вода стікає в підземний резервуар. Звідти вбудований насос перекачує її в трубки, що йдуть до рослин. Якщо рівень води в баку низький, спеціальний датчик відключає насос для економії енергії. Система переносить вологу нижче поверхні ґрунту, де вона менш ймовірно буде випаровуватися при високих температурах.

В системі вологообігу дуже істотну роль грає ґрунт. Між ґрунтом та атмосферою постійно відбувається активний енергообмін, в якому водяна пара служить основним теплоносієм. Нічна роса лише видимий поверхневий прояв процесу. Сам процес зачіпає не менше триметрового шару ґрунту. Вдень сонячне тепло нагріває землю та волога відводиться у вигляді пари до атмосфери з усього газопроникного ґрунтового шару. Вночі процес йде у зворотному напрямку. Саме рослини пустелі використовують таку вологу з ґрунту, бо швидко можуть її вбирати завдяки потужній кореневій системі. Але за історичними даними, у Криму древні греки пароподібну вологу конденсували на схилах гір в купах щебню та відводили її по керамічним трубам в житлові квартали. Таким чином, якщо відвести частину сонячного тепла, атмосфера замінить його еквівалентною кількістю тепла, що міститься у водяній парі. Зробити це можна або збільшенням відбивної здатності, або покривши ґрунт шаром матеріалу, що погано проводить тепло в глибину.

На практиці це досягається підтриманням верхнього 57 см шару ґрунту в постійно пухкому (без кірки) стані, мульчуванні (покриття) її поверхні різними малотеплопровідними матеріалами. У далекій давнині таку закономірність знали китайці й успішно її використовували, засипаючи землю під своїми насадженнями галькою. За дослідами вчених, 10-ти сантиметровий шар гальки знижує температуру на поверхні ґрунту до 20-25°С при 30-35°С та збільшує вміст вологи на 50-55 мм водяного стовпчика.

Для мульчування можна використовувати білий пінопласт, а також плівку. Наприклад, експерименти показали, що мульчування пристовбурних кіл молодих дерев волоського горіха поліетиленовою плівкою прискорювало їх зростання в 2-2,5 рази. Сила росту дерев також збільшувалася. Якщо дерева без мульчі через 5 років мали висоту 3-3,5 м, то при мульчуванні плівкою дерева виростали на висоту 5-5,5 м. Завдяки мульчуванню без єдиного зрошення в посушливих умовах Душанбе вирощувалися такі вологолюбні рослини, як бавовна, помідори та капуста.

Але потрібно пам’ятати, при використанні плівки у якості мульчі, є деякі особливості. Наприклад, закривати плівкою суцільно всю ділянку (без просвітів) не можна, тому що ґрунт буде задихатися. Прозора плівка, яку просто стелити наґрунт, дасть парниковий ефект, але якщо засипати плівку шаром ґрунту, отримаємо протилежний ефект. Все тепло буде поглинати та посилено випромінювати покривний шар ґрунту. Плівка ж тепло вглиб ґрунту буде пропускати погано. Це пастка для пароподібної вологи. Перед тим, як класти плівку, ґрунт перекопують, перемішують з дво-трирічною дозою органічних та мінеральних добрив, та вирівнюють граблями. Відступивши від країв плівки, риють канавки. Внутрішня стінка канавки повинна бути вертикальною та не ущільненою. Через неї під плівку й буде засмоктуватися пар. Такий пристрій відразу ж починає працювати, тому робити його можна в будь-який час року, якщо земля не промерзла. Взимку плівка не прибирається. Зимово-весняному зволоженню ґрунту плівка не перешкоджає.

Проблема нестачі вологи гостро постає практично у всіх регіонах України, але особливо її відчувають південні регіони. Для збереження вологи слід використовувати правильні прийоми обробки землі, мінімізувати технологічні операції, що дозволить максимально накопичувати вологу в ґрунті. Не слід нехтувати й новими, а може добре забутими старими технологіями. Не менш важливим є розвиток краплинного зрошення та його ефективна організація.

Текст: Євгенія Ткачова

Новости по теме

| | |