Изменение уровня грунтовых вод вследствие аграрного природопользования

Осушаемые земли подверглись значительному воздействию антропогенной нагрузки и преобразованию вследствие их интенсивного сельскохозяйственного использования на протяжении больше 60 лет. В Украине регион Полесья занимает 25 % территории страны и является важным центром сельскохозяйственного использования, где размещены 16,7 % пашни, 30,3 % сенокосов и пастбищ. Различными аспектами осушительных сельскохозяйственных мелиораций занимались многие отечественные и зарубежные ученые: Голованов А.И., Закржевская П.И., Коваленко П.И., Лазарчук Н.А., Олейник А.Я., Рокочинский А.Н., Поляков В.Л., Потоцкий Г.С., Яцык М.В. и др.

Эффективное использование осушаемых земель требует также учета особенностей миграции радионуклидов в системе почва-растение. Исследованиями по научному обоснованию возможности и использования радиоактивно загрязненных осушаемых сельскохозяйственных земель, в том числе в зоне Полесья, занимались Алиев Д.А., Аненки Б.Н., Быстрицкий В.С., Веремеенко С.И., Гулякина И.В., Клименко А.Н., Поляков Ю.А., Пристер Б.С., Fredriksson B.S., Nishita H., Romney E.M. и др.

Другим аспектом аграрного природопользования в зоне Полесья является изменение форм собственности на осушаемые земли, передача на баланс органов местного самоуправления внутрихозяйственной осушительно-увлажняющей сети. Такие процессы происходят на фоне недостаточного финансирования эксплуатации межхозяйственной сети (фактически финансируются лишь аварийные мероприятия).

Вследствие указанных реальных фактов изменения субъектов хозяйствования на осушаемых землях и особенностей использования отдельных участков земель фактически являются переосушенимы так, как ранее на них не планировалось поверхностное и подземное увлажнение. На таких участках происходят процессы ренатуризации и эрозии, что привело к заболачиванию на пониженных участках рельефа и переосушения преимущественно на дерново-подзолистых почвах.

Целью статьи исследования является изучение динамики изменения уровней грунтовых вод на дерново-подзолистых почвах на мелиоративной системе «Деражно-Постойно» Ровенской области Украины.

Специфические условия расположения мелиоративной системы «Деражно-Постойно» характеризуются глубокими уровнями залегания грунтовых вод. Только в весенний и осенний период во время выпадения значительных осадков уровни грунтовых вод соответствуют нормативам (нормам осушения для кормовых и зерновых культур ориентировочно 0,81,0 м). По данным наблюдений Ровенской гидрогеолого мелиоративной экспедиции в течение последних 15-20 лет в летний период наблюдается переосушение дерново-подзолистых почв. Проведя анализ гидреолого -мелиоративного районирования мелиоративной системы «Деражно-Постойно» и сводного графика уровней грунтовых вод (УГВ) для скважины № 20 и осадков за 1996-2009 годы с использованием научных разработок Рыбака В.В. [1] сделан вывод что в посевной, вегетационный и в период сбора урожая на опытном участке наблюдаются УГВ - 1,48-2,0 м в зависимости от количества осадков и периода года.

С целью обоснования рационального использования осушаемых сельскохозяйственных земель нами использованы данные о агрохимических и геотехнических свойствах грунтов на мелиоративной системе в слое 0-0,3 м от поверхности по данным наблюдений Ровенской гидрогеолого мелиоративной экспедиции за 1995-2011 годы .

Изменение глубин залегания грунтовых вод может быть связано как с внутренними факторами (изменения в геологической среде) так с внешними факторами (изменения климата и условий стока на водосборах рек). Рациональное использование осушаемых земель является актуальной проблемой, решение которой в частности требует разработки методик прогнозирования режимов грунтовых вод. С этой целью необходимо провести статистическую оценку исходных данных многолетних наблюдений уровней грунтовых вод по результатам мониторинговых наблюдений гидрогеолого мелиоративной экспедиции в Ровенской области. В работе использованы средние за год глубины грунтовых вод, полученные в виде средних арифметических значений за декадными измерениями на мелиоративной системе. Научные подходы использованные в данной работе были выбраны на основе обобщения исследований режима подземных вод украинскими учеными [2, 3, 4].

Данные о среднегодовых глубинах залегания грунтовых вод можно рассматривать как временной ряд, состоящий из дискретных значений. В общем случае временной ряд характеризуется случайными и неслучайными колебаниями глубин. Неслучайная составляющая может быть обусловлена наличием одной (или нескольких) компонент. К таким следует отнести: детерминационную составляющую (которую оценивают обычно коэффициентом автокорреляции); изменения среднего значения во времени (тренд) где изучаются колебания вокруг среднего значения глубин залегания вод; сезонные изменения и т. д. Для того чтобы должным образом проанализировать временной ряд, его следует разложить на несколько составляющих и исследовать каждую из них в отдельности.

При оценке детерминационной составляющей чаще определяют общие показатели, к которым относят характеристики центров распределения, изменчивости, асимметрии и автокорреляции. Также изменчивость характеризуют безразмерным коэффициентом вариации, коэффициентом асимметрии и т. д.

Автокорреляция представляет собой характеристики не случайности временного ряда. Коэффициент автокорреляции определяют по [5]. Значение позволяет сделать вывод о связности членов ряда между собой. Для несвязных рядов коэффициент равен нулю. Ряды с слабыми внутренними рядовыми связями имеют rd) , который обычно составляет 0,2 - 0,4. Ряды считают сильно связными когда rd) равно 0,7 - 0,8. Результаты оценки временных рядов средних за год глубин залегания грунтовых вод по общим показателям приведены в табл . 1.

Таблица 1.

Общие показатели статистической оценки временных рядов средних за год глубин залегания грунтовых на осушенных землях

Номер наблюдательных скважин	cv	Cs	rd)
2к	0,130	+1,12	0,69
20	0,053	-4,00	0,63
23	0,061	+0,98	0,75
44	0,129	+0,74	0,66
45	0,121	-2,06	0,77

Результаты расчетов (табл. 1) показывают, что ряды наблюдений по глубине залегания грунтовых вод на осушенных землях имеют асимметричный характер деления (в условиях естественного ненарушенного режима среднегодовые положение уровней подлежат законам нормального распределения). По расчетам на осушенных землях преобладают ряды обладающие правосторонней асимметрией. Асимметричный характер распределения свидетельствует об антропогенном влиянии на глубины залегания грунтовых вод на осушенных землях.

Также проверено статистическую значимость, то есть было доказано, что Cs отличается от нуля. Показатель вероятности определяют по схеме Стьюдента, сравнивая с стандартной погрешностью. Асимметрия распределения считается доказанной, если tA будет больше табличного значения критерия Стьюдента при числе степеней свободы и уровне значимости 0,05 или 0,01 (5 % или 1 %). В результате такой проверки было выявлено, что для скважинах, которые были рассмотрены, преобладают значения tA меньше tтабл. Таким образом, практически не отличаются от нуля, т.е. ряды средних за год глубин залегания грунтовых можно считать приближенными к нормальному распределению.

Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что для всех скважин характерны ряды средних за год глубин залегания грунтовых вод с тесными связями между смежными членами ряда. В целом это свидетельствует о наличии в рядах различных циклов изменения глубин залегания грунтовых вод [5].

Таблица 2.

Параметры линейных трендов средних за год глубин залегания грунтовых вод на осушенных землях

Номер наблюдательных скважины	a. м /10 лет
2к	-0,14	4,67
20	+0,02	0,07
23	+0,03	0,47
44	+0,03	0,47
45	-0,37	5,98

Для оценки статистической значимости наличии тренда рассматривают вероятность нулевой гипотезы, т.е. вероятность того что a = О . Анализ полученных результатов указывает на различную направленность изменений глубины залегания грунтовых вод на осушенных землях - преобладают положительные значения, что говорит о тенденции роста глубины залегания грунтовых вод и уменьшения их уровней. Результаты, приведенные в табл. 2 относительно соотношения

™a показывают, что тренды на рост глубины грунтовых вод являются

статистически незначительными. Полученные значения rd) свидетельствуют о возможной цикличности колебаний глубины грунтовых вод на осушенных землях, поэтому выбор методов оценки цикличности является актуальным.

Оценка однородности временных рядов проводилась с использованием параметрическиих и непараметрических критериев: по критерию Вилкоксона, Ван дер Вардена, критерия Вилкоксона с модификацией Сиджела - Тьюки, по серийному критерию, критерию Колмогорова - Смирнова. Результаты расчетов приведены в табл. 3 .

Таблица 3.

Результаты математической обработки часовых рядов уровней грунтовых вод

Критерій № скважины	Фише-ра	Стьюдента	Вилко-нсона	Ван дер Вардена	Сиджела-Тьюки	Серийный	Колма- горова-Смирно-ва
Среднегодовые значения
45	1,33	3,03	64,5	2,51	81,5	5	1,18
44	1,06	1,35	0,54	0,56	1,96	9	0,83
23	1	1,79	0,1	0,9	0,46	8	0,44
20	1,11	7,3	0,7	4,05	2,2	8	1,37
2к	1,35	1,99	0,6	2,8	3,06	0	1,446
Максимальные значения
45	1,45	1,94	117,5	4,3	73	5	0,346
44	1,51	0,492	1,319	4,86	1,26	9	1,624
23	0,97	0,252	1,645	6,92	1,049	8	1,876
20	1,02	1,486	1,281	5,29	2,28	8	1,433
2к	0,97	0,292	1,311	4,55	5,28	7	1,713
Минимальные значения
45	1,22	1,097	86,5	0,979	83,5	10	0,732
44	1,01	0,484	0,753	1,634	4,24	6	1,045
23	0,85	0,38	0,175	0,94	2,709	6	2,32
20	1,25	0,282	1,256	6,62	1,477	11	1,05
2к	1,03	0,771	0,432	1,86	2,25	4	1,312

Системный анализ уровней грунтовых вод на мелиоративной системе «Деражно-Постойно» для лет с различной обеспеченностью осадками показал их несоответствие на 62 % территории. Известно, что одним из исторических и системообразующих подходов к устойчивому развитию агропромышленного и водохозяйственного комплекса является система мониторинга состояния сельскохозяйственных земель в том числе уровней грунтовых вод. Поэтому на перспективу необходимо изучать и прогнозировать: количественные и качественные характеристики поверхностных и подземных водных ресурсов, изменения в сельскохозяйственном производстве в гумидной зоне Украины, состояние мелиорируемых земель вследствие антропогенних и климатические изменений на планете и т.д. Указанные тенденции в Украине будут нарастать и получат реальное обострение после процессов приватизации земель сельскохозяйственного назначения и информирования общественностью реального состояния дел о продовольственной безопасности, здоровье нации в зависимости от качества питьевой воды и состояния окружающей среды.