Если вблизи поля находятся грунтовые воды с высоким содержанием токсичных солей, рекомендуется построить систему дренажных канав для отвода засоленных грунтовых вод и тем самым усилить эффект выщелачивания почвы.
Засоление почв: проблема и пути решения
Засоление почвы — это чрезмерное накопление солей электролитов (растворенных или поглощенных) в корневой зоне, которое подавляет или уничтожает сельскохозяйственные культуры и снижает качество и количество урожая.
Засоление почвы — это чрезмерное накопление солей электролитов (растворенных или поглощенных) в корневой зоне, которое подавляет или уничтожает сельскохозяйственные культуры и снижает качество и количество урожая.
По данным ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН), засоленные почвы занимают большую площадь во всем мире, около 25% поверхности Земли.
В настоящее время значительные площади засоленных почв находятся в Южном Казахстане, Центральной Азии, на западе США, в особо засушливых регионах Южной Америки и Австралии, а также в Северной Африке. Особенно высокое содержание солей наблюдается в почвах пустынь и полупустынь, то есть в сухом или засушливом климате.
Засоление почвы — это накопление в почве вредных для растений солей (хлорид, карбонат натрия, сульфат) в пропорции более 0,25 % от массы почвы.
Этот процесс более распространен в засушливых районах, преимущественно в понижениях рельефа. По мнению экспертов ФАО, засоление является глобальной проблемой человечества. Засоление, будь то естественное или в результате орошаемого земледелия, является фактором, способствующим опустыниванию. Оно является как причиной, так и следствием других сельскохозяйственных проблем. Засоление связано с проблемами дренажа, разрушением ирригационных и дренажных систем, неэффективным использованием водных ресурсов, ростом спроса на сельскохозяйственную продукцию, ведущим к увеличению нагрузки на сельскохозяйственные земли, устаревшими технологиями, не отвечающими требованиям современных производственных систем, и многими другими факторами. Борьба с засолением почв в настоящее время рассматривается в комплексе с другими мерами по устойчивой интенсификации сельского хозяйства, что является одной из основ глобализации сельского хозяйства.
Ситуация в РФ
По данным Российской академии наук, общая площадь засоленных почв в Российской Федерации составляет более 40 миллионов гектаров. К засоленным почвам в России относятся солончаки, солонцы, солончаки и глубокие солонцы, солончаки, солончаки, солончаки и солончаки. Они широко распространены на юго-востоке европейской части России, особенно в центральном и южном Поволжье, в северо-восточном Предкавказье, в южной части Западной и Восточной Сибири и в Якутии.
Самыми «богатыми» засоленными почвами в России являются Поволжье и Западная Сибирь, занимающие 11,6 и 10,2 млн. га соответственно. В степной зоне Придалтайской провинции Алтайского края общая площадь засоленных почв составляет около двух миллионов гектаров; конечно, не все эти земли находятся в бездействии. В основном они используются сельскохозяйственными производителями для севооборота зерновых культур и скота или в качестве соломенных полей и пастбищ. Причиной этого является низкая естественная продуктивность, которая в среднем составляет от 2 до 6 ц/га.
Природное засоление
В настоящее время различают первичное или естественное засоление и вторичное или ускоренное засоление в результате деятельности человека: При первичном засолении распределение солей в почве происходит в результате различных процессов. Естественное засоление — это довольно медленный природный процесс, при котором соли выкачиваются из грунтовых вод в поверхностные слои почвы за счет восходящего движения влаги. На этот процесс влияет характер породы, из которой состоит почва, и глубина залегания соленых грунтовых вод.
Если уровень грунтовых вод находится близко, то существует непрерывный восходящий поток воды, который откладывает соли в почве за счет испарения. Наибольшая глубина залегания грунтовых вод, при которой начинается засоление, называется критической глубиной. Капиллярное засоление почвы тем сильнее, чем больше испарение, чем выше соленость воды и чем дольше длится процесс испарения. Грунтовые воды испаряются из почвы и растений, когда капиллярная кайма грунтовых вод соприкасается с корнеобитаемым слоем; однако если кайма находится ниже корнеобитаемого слоя, грунтовые воды не испаряются и засоления не происходит.
Физические факторы, определяющие развитие первичного засоления почвы, включают: климат, топографию, засоленность почвы, засоленность почвы и подстилающей породы и наличие засоленных грунтовых вод. Климат как фактор, определяющий развитие процесса засоления, характеризуется преобладанием испарения над осадками. В этих условиях активизируется процесс переноса влаги и солей и создается геохимический барьер испарения, что приводит к накоплению солей.
В районах с большим количеством осадков соли обычно выщелачиваются в нижележащие слои почвы и переносятся подземными водами в более глубокие водоносные горизонты морей или океанов. Если почвы хорошо проницаемы, а водоносные горизонты находятся глубоко, грунтовые воды движутся вниз по склону, унося с собой соли.
Однако в районах с недостаточным количеством осадков (типичных для засушливых сельскохозяйственных районов) соли не просачиваются в нижележащие слои и могут накапливаться на поверхности. В низменных районах легкорастворимые соли накапливаются не только в верхних слоях почвы, но и в подземных грунтовых водах. Поэтому значительное превышение притока воды над ее оттоком и затруднение поверхностного и подземного стока являются основными причинами засоления почвы. Поэтому засоление почвы более распространено в полупустынях и пустынях.
Для этих регионов характерны длительные безморозные периоды, высокие температуры и очень малое количество осадков. Эти климатические особенности создают условия для интенсивного потребления воды почвой и растениями. Вода в виде осадков не покрывает здесь всего водопотребления, поэтому вода берется из нижележащих засоленных слоев. Вместе с водой переносятся и растворенные соли, но вода испаряется, а соли выпадают в осадок и накапливаются на поверхности почвы.
Наиболее сильное засоление почвы наблюдается в крупных средиземноморских впадинах и на плохо дренированных равнинах. Недостаточный дренаж почвы способствует замедлению латеральных геохимических потоков в ландшафте, повышению уровня грунтовых вод и активизации процессов засоления в сухих, полузасушливых зонах. Наличие растворимых солей в горных породах в зоне активного влагообмена способствует формированию засоленных почв. В этих районах, где обычно добывается поваренная соль, часто образуются соляные пруды. Почва вокруг прудов покрыта белоснежным слоем соли.
Что это такое?
Прежде чем принимать решение о посеве, необходимо тщательно изучить почву, ее свойства, характеристики, состав и, конечно же, наличие в ней солей. Многие фермеры сегодня сталкиваются с проблемой содержания солей в почве. Если раньше солевой коэффициент в почве был близок к нулю, то сегодня все чаще встречается увеличение этого показателя.
Засоление почвы — это особый процесс, при котором карбонатные, сульфатные и хлоридные соли накапливаются в почве в больших количествах, превышающих норму. В результате засоления почва теряет свои свойства, а посаженные в ней растения и культуры полностью утрачивают свою жизнеспособность.
Засоленные почвы наиболее распространены в низменных районах и на орошаемых сельскохозяйственных землях. Наличие большого количества солей характерно для природной зоны с относительно сухим климатом.
Соленость — это характеристика, которую можно определить только путем тестирования в лабораторных условиях. Почва может различаться по этой характеристике:
- слабозасоленным;
- среднезасоленным;
- засоленным;
- сильнозасоленным.
Каждый из перечисленных типов почв характеризуется высоким содержанием солей в своем составе, что определяет колонизацию почвы живыми организмами и урожайность сельскохозяйственных культур.
Соли, присутствующие в почве, различаются по глубине залегания, составу и вредности.
В зависимости от этих факторов почву можно классифицировать:
- солончаковой (глубина соли не более 30 см);
- солончаковатой (не более 80 см);
- глубоко солончаковатой (не более 1 метра 50 сантиметров);
- глубокозасоленной (слой соли превышает отметку 1,5 м).
В зависимости от химического состава солей, почва является:
- хлоридной (в избытке хлорид магния и натрий);
- сульфатной (в грунте в большом количестве содержатся сульфат магния и натрий);
- карбонатной (в грунте в избытке залегают карбонатные соли).
Любой из перечисленных химических элементов смертельно опасен не только для выращиваемых культур, но и для живых организмов в окружающей среде.
Причины
Засоление почвы — очень актуальная проблема на сегодняшний день. Ученые со всего мира уже долгое время пытаются выяснить, что вызывает этот процесс и почему происходит засоление почвы. Было установлено, что существует несколько причин.
Естественное засоление
За это отвечают природа и естественные процессы. Это характерно для любого типа почвы. При первичном засолении, которое может накапливаться веками, происходит естественный процесс подъема солей из грунтовых вод на поверхность. В этом случае фактор засоления зависит от глубины залегания грунтовых вод и количества растущих рядом растений.
Не следует забывать и об атмосферных осадках. Дождь, снег и град — это засоленная вода. С годами сама природа создает условия, которые способствуют засолению почвы и делают ее непригодной для дальнейшего использования.
Антропогенная деятельность
Основной и ключевой фигурой, роль которой в процессе формирования вторичного засоления почвы достаточно велика, является сам человек и его бурная деятельность на почве. В местах, где более развита сельскохозяйственная деятельность, накопление солей в почве наиболее высокое.
Не секрет, что при выращивании сельскохозяйственных культур часто используются оросительные системы для увеличения количества урожая. Это приводит к заболачиванию почвы. Большое количество воды приводит к тому, что уровень грунтовых вод очень быстро поднимается. Вместе с ним повышается и содержание соли в грунтовых водах. Таким образом, соль в почву поступает сверху, из воды ирригационной системы, и снизу, из грунтовых вод.
Последствия
Сегодня проблема засоления почвы достигла невероятных масштабов и известна во всех странах мира, особенно в районах, где активно ведется сельское хозяйство.
- Скопление солей в высоком количестве приводит к тому, что почва не может никаким образом эксплуатироваться дальше. Соленая земля непригодна к тому, чтобы на ней можно было хоть что-то выращивать. Любая культура, какой бы неприхотливой она ни была, просто не сможет выжить в земле, перенасыщенной солевыми отложениями.
- Соль губительна для любого растения. Очень часто гибнет даже та растительность, которая растет рядом с соленым грунтом. Трава, цветы, кусты и даже деревья высыхают и превращаются в сухие сорняки.
- Насекомые, например, черви, жуки или муравьи , которые живут в обычном грунте и даже каким-то образом способствуют улучшению его свойств, в соленой почве не выживают.
Можно предположить, что соль, которая накапливается в почве, оказывает вредное воздействие на всех представителей флоры и фауны. На таких «проблемных почвах» фермеры больше ничего не выращивают, они просто оставляют их в том же больном состоянии. Со временем такая почва накапливает еще больше соли и превращается в так называемое соленое озеро. Если внимательно посмотреть на состояние почв в мире, то можно увидеть, что количество таких соляных озер растет в геометрической прогрессии.
Таблица “Почвы и природные зоны”
Чистая вода, чистый воздух и солнечная энергия — это основные условия для жизни на нашей планете. Большое разнообразие климатических зон привело к разделению континентов на физические зоны: Некоторые из них очень похожи друг на друга, а другие уникальны и невоспроизводимы. Давайте посмотрим, какие почвы характерны для природной зоны того или иного климатического пояса.
Материал создан совместно с Ольгой Викторовной Сыровацкой, учителем высшей категории.
Природные зоны мира
Природные зоны — это природные комплексы, занимающие большие площади и характеризующиеся общим типом ландшафта. Большое влияние на их формирование оказывает климат, особое соотношение между влажностью и теплом.
Главной особенностью каждой природной зоны являются уникальные растения и животные, населяющие территорию, но прежде всего уникальный состав почвы.
Структура почвы, особенности ее формирования и степень плодородия составляют основу для классификации почв.
Таблица «Почвы и природные зоны»
Природная зона
Типы почв
Свойства почвы
Условия формирования почвы
Малоплодородные и растительные
Низкая, неплодородная
Малая толщина, илистый слой
Вечная мерзлота, низкая теплота, избыточная влажность
A) Тайга европейской части
К>1, растительные остатки — хвоя
B) Тайга Восточной Сибири
C) Смешанные леса
Больше, чем в подножных лесах
Весенняя эрозия, больше растительных остатков.
Г) Лиственные леса
K=1, много растительного мусора, много тепла.
Сухой климат, разреженный растительный покров, K
В зависимости от климатической зоны различают следующие типы почв:
читать далее
В этой зоне преобладает тундрово-глеевый тип почвы, который формируется при малом количестве осадков и низких температурах. Почва прогревается только на поверхности, а внизу остается только мерзлая почва.
Постоянный холод препятствует полному испарению влаги, поэтому на поверхности почвы скапливается избыток влаги. Неудивительно, что в зоне тундры очень мало растительности. Преобладают мхи, лишайники, некоторые карликовые деревья и кустарники.
В этой климатической зоне нет лесов, что объясняется тем, что слово «тундра» означает «мертвый лес».
Для тундры характерны подзолистые, лугово-подзолистые и травянистые почвы, как правило, кислые и очень влажные с низким содержанием гумуса. Климат умеренно прохладный и достаточно влажный, что благоприятствует распространению болот и лесов.
Гумус — важнейший компонент почвы, органическое вещество, содержащее все питательные вещества, необходимые для роста растений.
- Почвы лесостепной зоны.
Различают выщелоченные и травянистые вересковые почвы, бурые лесные почвы и серые лесные почвы. Благодаря высокому содержанию гумуса они умеренно плодородны, а относительно теплый и влажный климат создает благоприятные условия для лесов, перемежающихся со степными участками.
Мягкий климат и отсутствие морозных зим позволяют выращивать многие культуры, но для получения высоких урожаев требуется обильная влага. Большая часть степной зоны покрыта равнинами.
- Почвы зоны сухих степей.
Борьба с засолением почвы
Для борьбы с засолением почв применяются сельскохозяйственные, строительные и эксплуатационные меры. Задачами являются восстановление уровня грунтовых вод до первоначального уровня и уменьшение испарения почвенной влаги.
Конструктивные меры включают:
- уменьшение фильтрационной потери воды посредством строительства лотковой сетки, облицованных каналов;
- оборудование оросительной системы современными гидротехническими постройками;
- автоматизирование распределения воды;
- использование техники полива без насыщения подземных вод;
- отведение для рисовых плантаций с дренажно-сбросной сеткой низменных участков;
- ограждение орошаемых территорий от влияния паводков и расположенных выше водоемов;
- оборудование дамб, дренажных труб, дренажно-сбросной сетки, нагорно-ловчих каналов.
К эксплуатационным мерам относятся: — почвоустройство:
- недопущение превышения плана расхода воды при круглосуточном использовании оросительной системы;
- соблюдение нормы подачи воды во все каналы;
- следование стандартам полива и промыва;
- снижение активности применения каналов в осенние и зимние месяцы;
- повышение производительности оросительной системы путем обновления и модернизации.
Агротехнические меры включают: Агротехнические мероприятия:
- посев травянистых многолетников, активно поглощающих соли;
- нормализация водно-солевого режима грунта путем взрыхления, боронования, зяблевой вспашки;
- внесение органической подкормки;
- гипсование;
- затенение грунта под растительным пологом;
- создание полос древесной растительности для нормализации микроклимата, снижения испаряемости почвенной влаги.
Вышеперечисленные меры понижают уровень грунтовых вод на орошаемых землях. Почва постепенно возвращается к своему нормальному состоянию. Потери урожая из года в год уменьшаются.
Солонцы их классификация
Внешне лососевая гниль проявляется в виде голых участков без побегов на растениях. Когда в почве накапливается влага, солончак проявляется как набухшая поверхность почвы без растительности с высокой вязкостью. После испарения влаги поверхность растрескивается и образует твердую корку, а в гумусовом слое образуются твердые агрегаты — так называемые солонцовые столбы, высокая плотность которых крайне затрудняет прорастание семян и формирование корневой системы.
Особенность солонцов заключается в том, что соединения соли натрия, реже магния, накапливаются в поглощающем слое почвы, при этом натрий находится в обменной форме, а растворимые соли располагаются в более глубоком горизонте почвенного профиля.
В зависимости от содержания обменного натрия солонцы делятся на следующие типы:
- Остаточные — с содержанием обменного натрия меньше 10% от ёмкости поглощения
- Малонатриевые – содержание обменного натрия 10-15%
- Средненатриевые – содержание обменного натрия 15-25%
- Мнгонатриевые – содержанием обменного натрия больше 25%
В то же время солонцы подразделяются в зависимости от толщины верхнего гумусового слоя:
- Корковые – менее 5 см
- Мелкие – от 5 до 10 см
- Средние – от 10 до 18 см
- Глубокие – более 18 см
Классификация солонцов позволяет разработать стратегию агротехнических мероприятий по их контролю.
Методы борьбы с солонцами
Обессоливание солонцовых почв включает следующие мероприятия:
- Гипсование
- Самогипсование
- Кислование
- Землевание
Гипсование
Этот метод относится к химическим методам рекультивации солонцов с использованием удобрений на основе гипса для преобразования соединений натрия в более легко выщелачиваемые. В частности, гипсовая добавка с сульфатом кальция вступает в химическую реакцию с обменным натрием благодаря составу серы. В результате обменный натрий преобразуется в легко растворимый сульфат натрия (Na₂SO₄), который может быть легко удален из плодородного горизонта почвы путем выщелачивания.
(ACC)Na⁺+CaSo₄=(ACC)Ca²⁺+Na₂So₄
Удаленный натрий замещается ионами кальция, содержащимися в гипсе. В то же время гипс способен преобразовывать вредный натрий (Na₂SO₃) в сульфат натрия (Na₂SO₄), который также легко растворим. Кальций, содержащийся в гипсе, также оказывает положительное влияние на структуру почвы и снижает щелочную реакцию в почве
Na₂SO₃ +CaSO₄=CaCO₃+Na₂SO₄
Поскольку выщелачивание сульфата натрия из почвы происходит при достаточном количестве влаги, приготовление гипса рекомендуется при годовом количестве осадков не менее 350 мм. В то же время эффективность гипса зависит от его хорошего распределения в солевом слое. Поэтому рекомендуется вносить гипс во время глубокой вспашки осенью.
На покрытых коркой и мелкозагрязненных солонцах гипс вносят после вспашки под культивацию. На умеренно щелочных почвах с отложением солей на глубине от 10 до 18 см гипс вносят в два этапа: 1-й этап — под вспашку, 2-й этап — под культивацию после вспашки. В случае глубоких солевых отложений более 18 см весь объем гипсовой нормы вносится до вспашки и заделывается плугом с почвообрабатывающей машиной.
Количество вносимого гипса напрямую зависит от количества обменного натрия в солонцовом слое. Чем больше обменного натрия, тем выше норма внесения гипса. Как правило, норма внесения рассчитывается лабораторией на основании результатов анализа почвенных образцов.
Если солонцы занимают менее 70 % площади поля, норма внесения гипса определяется для каждого отдельного солонца путем взятия отдельных проб почвы. Если более 70 % площади поражено щелочностью, рассчитывается единая норма внесения для всего поля.
В качестве противощелочной добавки используется гипсовая добавка:
- двуводный гипс (сыромолотый гипс)
- отходы производства фосфорных удобрений – фосфогипс или глиногипс
- отходы содового производства
Одновременно с обработкой гипсом применяется ряд мероприятий по реабилитации засоленных почв, а именно: насыщение водой путем снегозадержания, глубокая долотообразная обработка и щелевание промежутков между рядами культур, выращивание солеустойчивых культур в севообороте.
Кислование солонцов
Данный вид химической обработки проводится при наличии в почвах солей и соединений натрия в виде карбонатов и бикарбонатов. При такой форме засоления соль и соленость присутствуют одновременно, так что почти ничего не может расти из-за высокого содержания щелочи (pH˃8-9). В таких почвах использование гипса практически бесполезно, так как он с большим трудом растворяется в щелочной среде.
Фитомелиорация засоленных земель
Этот тип реабилитации заключается в чистом подборе солеустойчивых культур, которые улучшают проницаемость почвы и возобновляют биологические процессы в засоленном плодородном слое. В агрономических кругах этот тип управления засолением называется фиторемедиацией.
Экономическая доступность
Несмотря на большую продолжительность процесса снижения засоленности почвы таким способом, его преимущество в том, что он дешев, легко доступен и не требует дополнительного специализированного сельскохозяйственного оборудования.
Часто культуры высеваются без предварительной перекопки, что значительно снижает затраты. В процессе регенерации специалисты не рекомендуют использовать гербициды, так как сорняки играют положительную роль в контроле засоленности почвы.
Активизация регенерации плодородия
Специально для восстановления водопроницаемости и насыщения почвы воздухом рекомендуется высевать смеси растений с корневой системой как со стеблями, так и с стерней.
Развитие корневых систем в верхнем засоленном монолитном слое обеспечивает изменение его структуры путем разделения на мелкие массивы. Таким образом, в капиллярном слое восстанавливается насыщение воздухом и влагой.
Глубокое проникновение полосатых корней обеспечивает влагообмен между горизонтами почвы, способствуя выщелачиванию вредных солей в нижних горизонтах.
В то же время затенение растениями поверхности поля уменьшает процесс испарения влаги, которая засоляет верхний гумусовый слой. Определенные биологические процессы возвращаются в почву и приводят к образованию гумуса. После нейтрализации токсичных солей можно выращивать менее солеустойчивые растения.
Солеустойчивые культуры
Для восстановления почвы, пострадавшей от солей, в севообороте выращивается следующий ряд более солеустойчивых растений:
Подбор культур и стратегии севооборота
Следует отметить, что успех восстановления почвы во многом зависит от влияния многих факторов, в том числе:
- физический и химический состав
- годовая норма осадков
- температурный режим
- рельеф поля
- расположение и состав грунтовых вод
- действия ветровой эрозии
Учитывая сложность влияния вышеперечисленных факторов, невозможно рассчитать конкретную формулу подбора культур, поэтому подбор и севооборот является экспериментальным.
Для этого на засоленных участках высевается смесь из двух, трех или четырех видов растений. На основании результатов всходов и конечного результата сформировавшихся стеблей растений определяется наиболее устойчивый вид растений на данном засоленном участке. Второй посев проводится с преобладанием в смеси видов растений, достигших наилучших результатов в первом посеве. Одновременно ведется мониторинг изменений в структуре и химическом составе почвы. Если отмечаются улучшения, в севооборот добавляются другие культуры. Таким образом, создается стратегия севооборота с постоянным отслеживанием динамики для улучшения проблемного участка.
В среднем солонцовые пятна устраняются с помощью варианта севооборота через 4-5 лет такого землепользования. В то же время важно понимать, что такие подверженные засолению участки не могут использоваться стандартным образом и требуют постоянного мониторинга с корректировкой севооборота после опреснения.
