Интегрированная оценка пригодности подземных вод для орошения с использованием гидрохимических индексов и индекса качества воды для орошения (IWQI) в Аксуми, Тиграй, Эфиопия

Почему хорошая вода важна для фермеров

В сухих и полусухих районах фермеры часто зависят от колодцев, а не от рек, чтобы орошать посевы. Но не вся подземная вода одинаково полезна: если в ней слишком много солей, она может постепенно ухудшать почву и снижать урожайность. В этом исследовании изучалась подземная вода в окрестностях исторического города Аксуми на севере Эфиопии с простым, но важным вопросом: безопасна ли вода в местных колодцах для длительного использования в орошении?

Место исследования: фермы на жаждущих вулканических породах

Аксуми и его окрестности расположены в пересечённом вулканическом ландшафте с холмами, плато и долинами. Дожди идут лишь несколько месяцев в году, поэтому фермеры во многом зависят от подземных вод, накопленных в трещиноватом базальте и других породах под их полями. Предыдущие исследования в регионе показали, что некоторые колодцы не соответствуют требованиям питьевой воды. Однако практически никто систематически не проверял, может ли та же вода при использовании для орошения повреждать почвы или растения. Поскольку в Эфиопии уже широко распространены засолённые почвы, понимание рисков для орошения в Аксуми имеет решающее значение для защиты продовольственного производства и сельских средств к существованию.

Как проверяли воду и выставляли оценки

Исследователи собрали 19 образцов воды из глубоких и мелких колодцев, ручных колодцев, родника и одного поверхностного источника. В лаборатории они измеряли обычные растворённые компоненты воды, такие как кальций, магний, натрий, сульфат, хлорид и бикарбонат, а также общую солёность. По этим данным были рассчитаны несколько стандартных показателей, используемых в мировом масштабе для оценки воды для орошения, включая общее количество растворённых веществ, электрическую проводимость и разные способы сравнения натрия с другими элементами, важными для сохранения структуры почвы. Затем наиболее значимые факторы объединили в единый показатель, называемый Индексом качества воды для орошения (IWQI), который оценивает воду от «без ограничений» до «серьёзных ограничений» для сельскохозяйственного использования.

Что они обнаружили под полями

Химические «отпечатки» воды показали, что она в основном происходит из дождя, просачивающегося в вулканические породы и вымывающего по пути минералы, такие как карбонаты и сульфаты. Кальций и магний были доминирующими катионами, в то время как бикарбонат и сульфат — основными анионами. Такой баланс радует: он помогает держать натрий — ключевой фактор уплотнения почвы и плохого дренажа — на относительно низком уровне. Показатели риска, связанные с натрием, включая отношение натрия кadsorption (SAR), процент натрия, остаточный карбонат натрия и индекс Келли, поместили все образцы в безопасный диапазон для орошения. Иными словами, вода маловероятно вызовет набухание глинистых частиц, их запечатывание или потерю структуры.

Где засоление начинает вызывать опасения

Общая картина была слегка менее идеальной при оценке общей солёности. Большинство образцов имели умеренную электрическую проводимость и общее количество растворённых веществ, что означало, что они были пресными или лишь слабо солёными. Однако около 5 процентов образцов — в основном из одного глубокого колодца на юго-западе — были достаточно солёными, чтобы представлять риск для чувствительных культур или плохо дренируемых почв. Родственный показатель — индекс проницаемости — также отметил эту область как менее подходящую. При картировании результатов проявилась ясная картина: подземные воды для орошения обычно лучше на северо-востоке и становятся более солёными к юго-западу, что отражает более длинные пути течения и более интенсивное взаимодействие воды с породой в том направлении.

Единый индекс и его значение для фермеров

Когда все ключевые показатели объединили в IWQI, почти 95 процентов образцов попали в лучшую категорию, что означает: их можно использовать на большинстве почв с небольшими опасениями по поводу накопления солей или натрия, при условии что фермеры обеспечат дополнительный полив для вымывания солей вниз. Только один образец попал в группу «умеренные ограничения», что предполагает осторожность на тяжёлых глинистых почвах и необходимость избегать очень чувствительных культур, таких как бобы, морковь, лук, салат, клубника, перец и кукуруза в этих местах. В целом исследование делает вывод, что подземные воды вокруг Аксуми в основном безопасны для орошения, требуя лишь локального аккуратного управления. Преобразовав сложную химию в наглядные карты и простой индекс, работа даёт местным планировщикам и фермерам практические рекомендации по защите почв, выбору подходящих культур и более устойчивому использованию ограниченных водных ресурсов.

Цитирование: Ataklti, B., Tesema, F.W. & Berhe, B.A. Integrated evaluation of groundwater irrigation suitability using hydrochemical indices and irrigation water quality index (IWQI) in Aksum, Tigray, Ethiopia. Sci Rep 16, 11072 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40682-5

Ключевые слова: орошение грунтовыми водами, качество воды, засоление, Эфиопия, устойчивое сельское хозяйство