«Ми пізнаємо цінність води, лише коли колодязь пересихає» – Бенджамін Франклін

З дефіцитом прісної  води в світі людство стикається з найдавніших часів, а з останнього десятиліття двадцятого століття він постійно розглядається як одна з глобальних проблем сучасності.

Сьогодні близько півмільярда людей у світі відчувають гострий брак води, а вже до 2025 року експерти прогнозують збільшення їх числа у п’ять разів. За умови ж збереження тенденції до збільшення споживання води до 50-х років 21 століття, проблеми з водою матимуть дві третини населення Землі.

Сільське господарство як один з найбільших споживачів прісної води

Одним з найбільших споживачів прісної води є сільське господарство. Наприклад, у Єгипті, де майже не буває дощів, все землеробство засноване на зрошенні. Значна частина сільськогосподарських угідь штучно зрошується і в таких азіатських країнах як Китай (68%), Японія (57%), Ірак (53%), Іран (45%), Саудівська Аравія (43%), Пакистан (42%), Ізраїль ( 38%), Індія та Індонезія (по 27%), Таїланд (25%), Сирія (16%), Філіппіни (12%) і В’єтнам (10%).

 В Африці, крім Єгипту, істотна частка зрошуваних земель в Судані (22%), Свазіленді (20%) і Сомалі (17%), а в Америці – в Гайані (62%), Чилі (46%), Мексиці (22% ) і на Кубі (18%). В Європі зрошуване землеробство розвинене в Греції (15%), Франції (12%), Іспанії і Італії (по 11%). В Австралії зрошується близько 9% сільськогосподарських угідь і близько 5% – в колишньому СРСР.

Для отримання високих урожаїв також потрібно багато води:  наприклад, для вирощування 1 кг вишні приблизно витрачається 3000 л води, рису – 2400 л, кукурудзи в качанах і пшениці – 1000 л, зелених бобів – 800 л, винограду – 590 л, шпинату – 510 л, картоплі – 200 л і цибулі – 130 л.

Вода затрачається і на поповнення запасів підземних вод, на вимивання солей, що накопичилися в ґрунті, і на глибині нижче кореневмісної зони вирощуваних культур, для обприскування проти шкідників і хвороб, захисту від заморозків, внесення добрив, зниження температури повітря і ґрунту влітку, для догляду за домашньою худобою, евакуації оброблених стічних вод, які використовуються для зрошення, переробки зібраного врожаю.У результаті усіх цих дій величезні водойми висихають, залишаючи замість себе лише багатокілометрові пустелі.

З Аральського моря – в пустелю Аралкум

Ще в 1960 році Аральське море займало четверте місце серед найбільших внутрішніх водойм нашої планети. Воно простягалося на 67 тисяч кв. км між Казахстаном і Узбекистаном і живилося водою з двох річок: Амудар’ї і Сирдар’ї. З самого ж Аралу вода йшла тільки через випари. Тобто природний баланс підтримувався тисячоліттями: річки дають озеру воду, частина якої потім випаровується з його поверхні. Однак зараз Арал перетворюється в пустелю під назвою Аралкум.

Перші симптоми порушення рівноваги саморегульованої екологічної системи басейну Аральського моря з’явилися у 1960-х роках, коли уряд СРСР прийняв чергове епохальне рішення – розвивати бавовництво на посушливих територіях Середньої Азії. Вклавши величезні сили і засоби, ударними темпами побудували розгалужену мережу іригаційних каналів, в які і направили води Амудар’ї і Сирдар’ї.

Розвиток бавовництва, а потім і рисівництва базувався на прогресивному збільшенні зрошуваних площ в басейні Амудар’ї і Сирдар’ї з 4.1 млн. га в 1960 році до 7,4 млн. га в 1990 році. Тут на зрошуваних землях вироблялося 95% бавовни-сирцю, близько 40% рису, 25% овочів і баштанних, 32% фруктів і винограду від усього виробництва в колишньому СРСР.

В один тільки Каракумський канал у 1975-1988 роках подавалося з Амудар’ї щорічно від 10 до 13,5 куб. км води, що дозволяло зрошувати близько 850 тис. га. Донині води Сирдар’ї продовжують зрошувати величезні площі в Ферганській долині, яка займає 5% території Узбекистану та дає понад 30% всього виробництва бавовни. Це також важливий район шовківництва, городництва, садівництва і переробки фруктів. На півночі Казахстану кліматичні умови сприяють вирощуванню ярої пшениці, вівса, ячменю та інших зернових культур, а також дозволяють розвивати овочівництво, баштанництво та обробляти ряд технічних культур — соняшник, льон-кудряш, тютюн та інші. На півдні республіки, у передгірній смузі і в долинах річок, де багато тепла, при штучному зрошенні дають високі врожаї бавовник, цукровий буряк, жовтий тютюн, рис, плодоносять сади і виноградники.

У результаті цієї сільськогосподарської діяльності велика частина води роками витрачалася безповоротно або скидалася з дренажних систем, які є невід’ємною частиною зрошувальних систем, в безстічні западини в пустелі. Все це призвело до опустелювання і забруднення навколишнього середовища. Останнє відбувалося за рахунок використання отрутохімікатів в середньому по 20-25 кг/га в рік; мінеральних добрив в середньому по 400 кг/га в рік.

Як наслідок, у 1989 році Аральське море розділилося на дві частини: на півдні Велике Аральське море (Великий Арал); на півночі – Малий Арал (східна частина Південного Аральського моря повністю висохла). З часом утворилося практично 3 окремих невеликих озера: Великий Арал (західне і східне озера) і Малий Арал.

На початку 2000-х років рівень води впав до критичної позначки, і Велике Аральське море (на півдні) розділилося ще на два водоймища західне море і східне море. При існуючій негативній динаміці, за прогнозами вчених Великий Арал до 2020 року повинен повністю зникнути.

Звичайно, що колишнього Аральського моря ніколи не повернути. Разом з тим вчені переконані, що сьогодні можна успішно підтримувати життя озер, які залишилися: Малого і Західного Аралу.

Варто додати, що невтішну долю Аральського моря починають повторювати інші великі водойми світу, серед яких: озеро Чад у Африці, озеро Солтон-Сі в штаті Каліфорнія та менші озера по всьому континенту, озеро Урмія в Ірані, озеро Мар-Чікіта в Аргентині.

Мертве море на межі зникнення

Рівень води в Мертвому морі в останні три десятиліття також швидко знижується, що ставить під загрозу не тільки існування найнижчого і найсолонішого водоймища на планеті, але і життя довколишньої екосистеми.

Річ у тім, що Мертве море живиться Йорданом, а також кількома невеликими струмками. Незважаючи на те, що воно не має стоків, озеро стрімко міліє: на даний час падіння рівня води складає приблизно 1 метр у рік. Це викликано зростаючим антропогенним навантаженням на Йордан, води якого інтенсивно використовуються в сільському господарстві та в промислових цілях. Найприбутковішим сегментом сільського господарства в долині річки Йордан є виробництво плодоовочевої продукції, у тому числі помідорів, огірків, цитрусових і бананів. Решта продукції рослинництва, особливо виробництво зернових, залишається нестабільним через відсутність опадів.

Водночас, ще одна проблема цих зникаючих озер полягає у тому, що вони найчастіше розташовані на досить плоскій місцевості, а тому невелике зменшення рівня води призводить до великої просторової зміни. Звільняються великі площі землі, вода випаровується, сіль залишається, і виходить соляна пустеля. І вітри, які дмуть, піднімають сіль. Соляні бурі засолюють території навколо і відбувається повна деградація ландшафту.

Кількісне та якісне виснаження водних ресурсів

Проблема виснаження водних ресурсів пов’язана не лише з безперервним збільшенням водозабору для господарських та побутових потреб (кількісне виснаження), а й з постійним зростанням забруднення води (якісне виснаження).

Так, щорічно у Світовий океан потрапляє (млн т): 0,2 — 0,5 отрутохімікатів; 0,1 — хлорорганічних пестицидів; 5 — 11 — нафти і інших вуглеводнів; 10 — хімічних добрив; 6 — фосфорних сполук; 0,004 — ртуті; 0,2 — свинцю; 0,0005 — кадмію; 0,38 — міді; 0,44 — марганцю; 0,37 — цинку; 1000 — твердих відходів; 6,5 — 50 — твердого сміття; 6,4 — пластмас.

Крім того, через течі в ядерних реакторах або через затонулі ядерні підводні човни постійно відбувається і радіоактивне зараження океану.

Ще одна з катастроф – це цвітіння води, пов’язане з розростанням водоростей в океані. Швидке ж розмноження водоростей відбувається через велику кількість мікроорганізмів, які з’являються в результаті викиду відходів промисловістю.

А забруднена вода стає причиною багатьох захворювань. В результаті скорочуються популяції флори і фауни.

Все це призводить до глобальних змін екосистем всіх акваторій.

Сьогодні в достатній мірі забруднені вже всі океани.

Створення водосховищ та біофільтрація води: досвід Ізраїлю

Вирішення проблеми виснаження воднихресурсів – найважливіша проблема, яка стоїть перед людством в третьому тисячолітті.

Одним зі способів вирішення є створення водосховищ, які забезпечують надійні джерела води для іригації, водопостачання і гідроенергетики, а також для регулювання повеней. Яскравим прикладом у цьому напрямку є Ізраїль, який відчуває значні проблеми з водними ресурсами протягом багатьох років. Проте, в Єврейському Національному Фонді КеренКайеметле-Ісраель (ЄНФ-ККЛ) намагаються вирішити цю проблему: тутбудують водосховища для зборудощових і очищених стічних вод з подальшим використанням їх длязрошення.

Сільське господарство споживає більше половини води в Ізраїлі. А завдяки застосуванню повернутої води, частка використання питної води в сільському господарстві скоротилася на 60%. Без водосховищ, побудованих ЄНФ-ККЛ, таке зниження було б неможливим. На сьогодні в країні існує 210 водосховищ загальним обсягом понад 150 млн. кубічних метрів Ці водосховища забезпечують в середньому 270 млн. кубометрів води для сільського господарства в Ізраїлі щорічно. Багато з них є мультифункціональними і забезпечують водопостачання для зрошення, відновлення річок, поповнення водоносних шарів, а також використовуються в зонах відпочинку.

Віртуальна вода

Всі країни імпортують і експортують воду у вигляді її еквівалентів, тобто в формі сільськогосподарських і промислових товарів. Підрахунок використаної води визначається поняттям «віртуальна вода».

Теорія «віртуальної води» в 1993 р стала початком нової епохи в визначенні політики ведення сільського господарства і водних ресурсів в регіонах, які відчувають дефіцит води, і кампаній, спрямованих на економію водних ресурсів.

Близько 80% потоків віртуальної води пов’язані з торгівлею сільськогосподарською продукцією. Приблизно 16% існуючих у світі проблем виснаження водних запасів і їх забруднення пов’язані з виробництвом на експорт. Ціни на товари, що продаються, рідко відображають витрати на використання водних ресурсів в країнах-виробниках.

Наприклад, Мексика імпортує з США пшеницю, кукурудзу і сорго, для виробництва яких в США споживається 7.1 Гм3 води. Якби Мексика виробляла їх у себе, на це пішло б 15.6 Гм3. Загальна економія води, що отримується в результаті міжнародної торгівлі віртуальною водою у вигляді сільськогосподарських продуктів, еквівалентна 6% від загального обсягу води, яка використовується в сільському господарстві.

Крапельне зрошення

Досить просто домогтися економії води, якщо використовувати крапельний метод іригації: крапельне зрошення.Концепція крапельного зрошення з’явилася давно. У сучасному вигляді вона була розроблена ізраїльським інженером СимхоюБлассом, який з’ясував, що повільний і збалансований полив значно збільшує врожайність. Він винайшов гнучкий трубопровід, за допомогою якого можна здійснювати полив в тих місцях, де це найбільш необхідно. У 1965 році компанія Netafim заснувала на цій технології цілу індустрію Сучасні системи крапельного зрошення ще більш ефективні. Завдяки передовим технологіям системи можуть самоочищатися, а також забезпечують рівномірний розподіл води незалежно від її якості і тиску. Найбільш інноваційні з них дозволяють збільшувати врожайність навіть у тих регіонах, де ведення сільського господарства раніше не було можливим.

Сенсори вологості і оптимізатор зрошення

З урахуванням Світового океану води на планеті багато, але прісної – лише 3% всіх водних запасів. Причому більша частина її зберігається в льодовиках, на вершинах гір і в водоносних шарах під землею. Тому виникають такі інновації як ізраїльський Water-Gen, що генерує питну воду з атмосферної вологи. В Україні теж існує подібний проект під назвою WaterCloud UA. Зовні пристрій схожий на кулер, вода в якому утворюється з конденсату. У пристрої є «мозок», що управляє процесом збору вологи і її очищення. Пристрій можна програмувати, а також регулювати ступінь мінералізації води. Установка працює за принципом кондиціонера, проте грошей на електроенергію витрачати не треба – є сонячна батарея. Технологію можна використовувати для поливу і зрошення полів.В середньому на поле розміром 1 га потрібно від 15 до 20 таких установок. Окупність – протягом одного сезону. Вартує такий апарат близько $ 300.

Сенсори на рослинах

Технологія Лейнг Донга з Інституту рослин штату Айова (США) – це сенсори, які наносяться на листя сільгоспкультур і зовні нагадують татуювання. Хоча в статті на AgTechJournal їх називають «пластирами», так як сенсор клеїться на поверхню листа.

Розмір цього графенового датчика може бути менше міліметра. Сенсор чутливий до водяної пари і заміряє, скільки вологи випаровується з поверхні листа. Він чимось схожий на трекер життєвих показників для тварин: збирає і передає інформацію про питний раціон рослини.

У графена різні рівні провідності струму в залежності від вологості. Тому волога, яку споживаєрослина, вимірюється через зміни електропровідності. Провід веде від сенсора до невеликого ящика, розміщеного на стеблі або біля основи рослини. У ньому електричні імпульси перетворюються в дані. У найближчих планах Донга – доопрацювати систему таким чином, щоб автоматично передавати інформацію на сервер.

За словами інноватора, вологість середовища не впливає на роботу датчика. Проблема пилу також вирішена: чутлива сторона датчика прилягає до листа, тому фізично захищена від нього.

Важливим є те, що ці датчики – дешеві, компактні, легко налаштовуються і їх можна використовувати практично для будь-якої сільськогосподарської культури. Для селекціонерів датчик полегшує і прискорює процес виведення більш стійких до посухи культур.

Контролер зрошення eOrchard

Новий додаток для управління поливом eOrchard оптимізує використання води в виноградниках і садах. У ньому є функції планування, прецизійного зрошення на основі метеорологічних даних і вимірювань вологості грунту, контролю за процесом, звітності, підрахунку витрат. Один контролер може обслуговувати 5 поливних клапанів. Система оснащена сонячною батареєю і автоматизована.

Цей контролер – частина іншого тренду в агроііноваціях, інтернету речей. Він приєднується до локальної бездротової мережі типу LoRaWAN спільно з іншими пристроями, наприклад, з датчиками вологості ґрунту Vinduino.

Контролер eOrchard веде точний графік поливів і може працювати для будь-якого саду. Додаток вийде на ринок навесні цього року.

Збір конденсату для поливу

Компанія Tal-YaWater Technologies розробила багаторазові пластмасові лотки, які накопичуючи конденсат, зменшують потребу зернових культур і дерев у воді на 50%. Квадратні рифлені лотки, зроблені з неперероблювальних ПЕТ-матеріалів, перероблювального пластику і вапнякових домішок, оснащені ультрафіолетовими фільтрами, можуть використовуватися для вирощування різних сільськогосподарських культур і дерев.

Нічний перепад температур призводить до появи конденсату на обох поверхнях лотка, який, за допомогою борозенок, прямує прямо до коріння. При дощовій погоді лотки збільшують ефективність поглинання води в 27 разів. Лотки також блокують потрапляння сонячних променів, запобігаючи появі бур’янів, і захищають рослини від екстремальних перепадів температур. Таким чином, фермери можуть економити воду, а також використовувати менше добрив, що в свою чергу скорочує забруднення підземних вод.

У підсумку, можна зробити висновок, що, допоки не стало надто пізно, необхідно докладати якомога більше зусиль для збереження джерел прісної води, а також для пошуків можливих економічно менш витратних шляхів для розв’язання проблеми нестачі прісної води в багатьох країнах світу – як сьогодні, так і в майбутньому.

Підготувала Анна Артим

Використані джерела:

https://lab.bit.ua/2017/10/water-cloud-ua/

http://www.bakertilly.ua/ru/news/id484

http://www.ea.kkl-jnf.org/files/RUSSION_SITE/VODNIE_RESURSI.pdf

http://www.vigorconsult.ru/resources/mirovoy-ryinok-presnoy-vodyi/

https://latifundist.com/blog/read/2031-sensory-vlazhnosti-i-optimizator-orosheniya-kak-napoit-pole

http://obrazovaka.ru/geografiya/voda-globalnaya-problema-chelovechestva.html

https://ecoportal.info/zagryaznenie-mirovogo-okeana/

http://thewallmagazine.ru/lack-of-fresh-water/

https://www.gazeta.uz/ru/2017/05/25/aral/

https://sites.google.com/site/spadokprogresu/zabrudnenna-ta-visnazenna-vodnih-resursiv

https://life.ru/t/%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B8%D0%B7%D0%BC/950200/moria_kotorykh_bolshie_niet_na_chto_my_ieshchio_uspieiem_posmotriet;

https://tsn.ua/svit/mertve-more-shvidko-visihaye.html

http://eco-ua.org/ecology-world/4989-mertve_more_znykaeh

http://biofile.ru/bio/36873.html

 

Comments are closed.