Засоление почв: проблема и пути решения

 

 

Засоление почв – это процесс накопления в почве более 0,25% от ее массы солей, вредных для растений (хлориды, карбонаты натрия, сульфаты).

Этот процесс наиболее распространен в засушливых районах, обычно в понижениях рельефа.Эксперты ФАО уверены: засоление является глобальной проблемой человечества. Засоление почв, как природное, так и вторичное в условиях орошаемого земледелия, является одним из факторов, усиливающим процесс опустынивания. При этом оно является как причиной, так и следствием других проблем сельского хозяйства. Засоление связано с проблемами дренажа, разрушением оросительных и дренажных систем; неэффективным использованием водных ресурсов; ростом спроса на сельскохозяйственную продукцию, что приводит к повышенной нагрузке на сельскохозяйственные земли; устаревшими технологиями, не соответствующими требованиям сегодняшних систем производства и многими другими факторами.Борьба с засолением почв сегодня рассматривается в сочетании с другими мероприятиями, направленными на устойчивую интенсификацию сельского хозяйства, что является одной из основ продовольственной безопасности.

Ситуация в РФ

По данным Российской академии наук, общая площадь засоленных земель в РФ составляет более 40 млн га. К засоленным почвам в России относятся солончаки, солончаковатые, солончаковые и глубокозасоленные почвы, солонцы, солонцеватые почвы, солоди и осолоделые почвы. Они широко распространены на юго-востоке европейской части России, особенно в Среднем и Южном Поволжье, в Северо-Восточном Предкавказье, на юге Западной и Восточной Сибири, в Якутии.

В России самыми «богатыми» на засоленные почвы оказались регионы Поволжья и Западной Сибири, там их площади составляют 11,6 и 10,2 млн га. В степной зоне Предалтайской провинции на территории Алтайского края общая площадь засоленных почв составляет около двух миллионов гектаров.Безусловно, далеко не все эти площади простаивают. В основном, сельхозпроизводители их используют в полевых и кормовых севооборотах, или как сенокосы и пастбищные угодья. Причина одна – низкая естественная продуктивность, в среднем она составляет от 2 до 6 ц/га.

Природное засоление

В настоящее время различают первичное или природное засоление и вторичное, или ускоренное засоление вследствие деятельности человека.При первичном засолении распределение солей в почве происходит в результате самых разнообразных процессов. Естественное засоление – это довольно медленный естественный процесс, во время которого соли при восходящем движении влаги подтягиваются из грунтовых вод к поверхностным слоям почвы. На этот процесс влияет характер почвообразующей породы и глубина пролегания засоленных грунтовых вод.

При близком залегании грунтовых вод образуется постоянный восходящий ток воды, которая, испаряясь, отлагает соли в почве. Наибольшую глубину уровня грунтовых вод, при которой начинается засоление почвы, называют критической глубиной. Капиллярное засоление почвы происходит тем интенсивнее, чем больше испарение, чем выше засоленность воды и чем продолжительнее процесс испарения. Грунтовые воды испаряются почвой и растениями в том случае, если капиллярная кайма грунтовых вод соприкасается с корнеобитаемым слоем почвы, если же кайма лежит ниже корнеобитаемого слоя, то грунтовые воды не испаряются и засоления почвы не происходит.

К природным факторам, определяющим развитие первичного засоления почв, относятся: климат, рельеф, дренированность территории, засоленность почвообразующих и подстилающих пород и наличие минерализованных грунтовых вод. Климат, как фактор, определяющий развитие процесса засоления, характеризуется преобладанием испарения над осадками. В этих условиях активизируется процесс влаго- и солепереноса и формируется испарительный геохимический барьер, приводящий к процессу соленакопления.

В районах с большим количеством атмосферных осадков соли обычно вымываются в нижележащие слои почвы и уносятся подпочвенными грунтовыми водами в более низкие места, в моря или океаны. Грунтовые воды при хорошей водопроницаемости грунтов и глубоком залегании водоупорных пластов передвигаются вниз по уклону, унося с собой и соли.

Однако в районах с недостаточным количеством атмосферных осадков (характерно для зон засушливого земледелия) соли не вымываются в нижележащие слои и могут накапливаться на ее поверхности. В пониженных, равнинных районах легкорастворимые соли накапливаются не только в верхних слоях почвы, но и в подпочвенных грунтовых водах. Поэтому значительное превышение расхода воды над ее поступлением и затрудненность стока наземных и подземных вод являются основной причиной возникновения засоления почвы. Вследствие этого засоление почвы наиболее широко распространено в полупустынях и пустынях.

Характерны для этих мест длительный безморозный период, высокая температура и очень небольшое количество атмосферных осадков. Эти климатические особенности создают условия для интенсивного расхода воды почвой и растениями. Вода в виде атмосферных осадков далеко не покрывает здесь всего расхода, поэтому происходит подтягивание воды из нижележащих соленосных слоев. Вместе с водою двигаются и растворенные в ней соли, но вода испаряется, а соли, выпадая в осадок, скапливаются на поверхности почвы.

Наиболее сильное засоление почвы происходит в больших межгорных котлованах и недостаточно дренированных равнинах. Слабая дренированность территории способствует замедлению латеральных ландшафтно-геохимических потоков, подъему уровня грунтовых вод и активизации процессов засоления в аридных, полуаридных зонах. Наличие в породах в зоне активного влагообмена легкорастворимых солей способствует формированию засоленных почв. В этих местах нередко образуются озера с самосадочной солью, где обычно организуется добыча главным образом поваренной соли. Почва вокруг озер покрывается белоснежным налетом соли.

Соли в почве также могут накапливаться в процессе выветривания минералов, из которых состоят горные породы, выбрасываться при вулканических извержениях. Также в корнеобитаемый слой почвы соли могут поступать из засоленных грунтов с соленой пылью, которая образуется при развеивании ветром солончаков или от разбрызгивания морской воды штормовыми ветрами.

Первично засоленные почвы развиты в нашей стране преимущественно в зонах полупустынь и степей. В более северных природных зонах засоление почв проявляется лишь локально (в Якутии, на побережье северных морей и т. д.). Засоление здесь связано с выходом на поверхность соленосных пород, либо с поступлением легкорастворимых солей извне. На территориях, подверженных чрезмерному засолению не растут даже галофиты, т. е. растения, приуроченные к сильнозасоленным почвам. Однако площадь таких бесплодных почв сравнительно невелика. Основная же территория засоленных почв может быть освоена под сельскохозяйственные культуры благодаря применению мелиоративных и агротехнических мероприятий.

Человеческий фактор

Вторичное засоление почв – это почти всегда результат неправильного режима орошения в растениеводстве, возникает в результате избыточных поливов, которые повышают уровень соленых грунтовых вод или полива сильно минерализованной водой. По данным ФАО, во всем мире процессам вторичного засоления и осолонцевания подвержено около 30% всех орошаемых земель.

Наиболее активно вторичное засоление проявляется в зонах развития природного засоления. Например, на Прикаспийской низменности активно идет процесс засоления пастбищ и орошаемых земель. Из-за неправильного орошения сегодня в орошаемых районах Средней Азии засолено 53%, а в Закавказье — 40% всех орошаемых земель. В целом площадь засоленных почв в России составляет 25% общей площади орошаемых земель. Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы. Как происходит вторичное засоление? Соли в почве находятся в растворенном или поглощенном состоянии, поэтому движение воды в ней неизбежно вызывает движение солей и тем больше, чем лучше их растворимость в воде. При чрезмерном орошении лишняя влага уходит глубоко в почвенный покров, где она смыкается с засоленными грунтовыми водами. В результате происходит капиллярный подъем солей к поверхностным слоям, происходит миграция солей.

Возникновению вторичного засоления способствует и неправильно применяемая агротехника. В частности, плохо спланированное поле при близком залегании соленых грунтовых вод является одной из причин возникновения солончаковых пятен. Чем сильнее избыточное увлажнение почвы и чем выше уровень соленых грунтовых вод, тем больше предпосылок к возникновению вторичного засоления. На возвышениях и холмах поля наблюдается резкое повышение испарения воды. В силу этого по капиллярам, как по фитилю, вместе с водой поднимаются и соли. По мере испарения воды соли выпадают в осадок и накапливаются в почве.

Несоблюдение агротехнических мероприятий и правил водопользования на почвах, склонных к засолению, способствует возникновению так называемого пятнистого засоления. Подобное засоление часто встречается в орошаемых районах хлопкосеяния, где на одном и том же поле наблюдаются разнообразная степень засоленности почвы и солончаковые пятна.

Пятнистое засоление широко распространено в ряде районов Средней Азии. Пятнистое засоление часто возникает там, где на поверхности почвы имеются приподнятые, взбугренные участки высотою 8-20 см. До освоения таких земель талые и дождевые воды стекали со взбугренных мест на ровные участки и проникали вниз; при этом грунтовые воды опреснялись, уровень их повышался, на взбугренных участках поливная вода не достигала грунтовых вод, запас которых не пополнялся, и они не опреснялись. По мере испарения поднявшихся к поверхности почвы грунтовых вод ровные участки практически не засолялись, тогда как на взбугренных соли выпадали в осадок и таким образом возникали пятна засоления. Вследствие нагрева почвы на ровных участках поля испаряется пресная грунтовая вода, не вызывающая засоления почвы, тогда как на взбугренных участках испарение соленой грунтовой воды влечет за собой сильное засоление почвы.

Нужно заметить, что засоление не является неизбежным и обязательным следствием орошения. Грамотно выстроенная система орошения нередко способствует рассолению засоленных почв. Однако при избыточном поливе и при отсутствии оттока грунтовых вод почвы засоляются, а иногда и заболачиваются. Стоит отметить, что неправильное орошение кроме засоления может иметь много других негативных последствий: разрушается почвенная структура, происходит выщелачивание, заболачивание и осолонцевание вплоть до полной деградации почв.

Вторичное засоление является одним из главных деградационных процессов, определяющих экологическое состояние земель. При этом различают: собственно засоление почв — избыточное накопление водорастворимых солей и возможное изменение реакции среды вследствие изменения их катионно-анионного состава; осолонцевание — приобретение почвой специфических морфологических и других свойств, обусловленное вхождением ионов натрия и магния в почвенный поглощающий комплекс, что рассматривается как самостоятельный процесс неблагоприятных изменений почв засоленного ряда. Засоление почв оценивается: по глубине расположения верхней границы солевого горизонта; по составу солей (химизму засоления); по степени засоления; по процентному участию засоленных почв в почвенном контуре. По глубине верхней границы солевого горизонта выделяются: засоленные почвы, содержащие соли в верхнем метровом слое почвенного профиля и глубоко засоленные — верхние границы засоленного горизонта расположены во втором метре. Потенциально засоленные содержат легкорастворимые соли на глубине 2–5 м, то есть в почвообразующих и подстилающих породах. По составу солей (химизму) почвы делятся на преимущественно хлоридные, преимущественно сульфатные и содовые (с участием или преобладанием гидрокарбонатов или карбонатов натрия).

Наиболее токсичным является содовое засоление. По процентному участию засоленных почв выделяются территории: с преобладанием засоленных почв (площадь засоленных почв составляет более 50% площади контура); с высоким участием засоленных почв (50–20%); с участием (20-5%) засоленных почв; с локальным проявлением засоленных почв (менее 5%). О плодородии почвы и высоких урожаях на засоленных почвах не может быть и речи — основа плодородия — гумус теряется, минерализуется, связывается почвенная влага, физические свойства почвы становятся неблагоприятными для растений, угнетается деятельность почвенных организмов.

О плодородии почвы и высоких урожаях на засоленных почвах не может быть и речи: основа плодородия – гумус – теряется, минерализуется, связывается почвенная влага, физические свойства почвы становятся неблагоприятными ний, угнетается деятельность почвенных организмов.

Как засоление влияет на урожай

Засоление почв губительно для растительности. Предельное количество солей в почве, выше которого начинается угнетение роста и развития растений, называют порогом токсичности. Почвы, содержащие легкорастворимые соли в количествах, превышающих порог токсичности, неспособны дать хороший урожай. Наиболее токсичны для растений сода и хлориды, менее – сульфаты натрия и магния.

Легкорастворимые соли оказывают прямое воздействие на растения в результате повышения осмотического давления почвенных растворов и токсичного действия отдельных ионов, а также косвенное влияние, связанное с изменением в засоленных почвах физико-химических, физических и других свойств. Порог токсичности солей и ионов различен при разном химизме засоления почвы. Ряд сельскохозяйственных культур отличается устойчивостью к засолению при сравнительно невысокой концентрации солей. Так, довольно устойчивы к засолению зерновые, из овощных культур – капуста, картофель, морковь. Наиболее устойчива свекла. Наименее – зернобобовые культуры и подсолнечник.

Способностью связывать и удалять солевые примеси обладают сидераты: горчица, люцерна, а также пшеница, ячмень. Во время их роста корневые выделения частично деминерализуют почву, а некоторые вредные примеси они ис- пользуют для роста надземной массы. Эти растения обладают мощной, глубоко проникающей в почву корневой системой. После сидератов на месте перегнивших корней остается целая сеть подземных канальцев.

Получается такой природный дренаж, по которому соли осадками вымываются в глубокие слои почвы. Чтобы препятствовать засолению, рекомендуется на орошаемых землях включать их в севооборот и выращивать без полива.

На сегодняшний день предлагается несколько способов борьбы с засолением почв:

-фитомелиорация - посев на вторично засоленных почвах многолетних трав (донник и волоснец);

- применение оросительных установок с режимом дозированной подачи воды;

- деминерализация воды, применяемой в орошении;

- подпочвенное орошение;

- использование вертикального дренажа;

- гипсование;

- внесение органических удобрений;

- промывка почвенных покровов пресными водами.

Вода по капле

Одним из эффективных способов дозированного орошения на засоленных почвах является капельное орошение.

Капельное орошение – это сравнительно новый метод полива в сельхозпроизводстве. Способ капельного орошения применяется в промышленных масштабах с начала 60-х годов. Положительные результаты, полученные за короткое время, способствовали быстрому распространению ка-

пельного орошения во многих странах мира, особенно на почвах, подверженных засолению. Они характеризуются наличием постоянной распределительной сети под давлением, позволяющей осуществлять непрерывные или частые поливы, точно соответствующие водопотреблению возделываемых культур.

В отличие от дождевания, капельное орошение основано на поступлении воды малыми дозами в прикорневую зону растений, количество и периодичность подачи воды регулируются в соответствии с потребностями растений.

Вода поступает ко всем растениям равномерно и в одинаковом количестве.

Это позволяет поддерживать оптимальный водно-физический режим в корнеобитаемой зоне (особенно в критические фазы их развития), что создает условия для получения высоких урожаев.

Этот эффект более ярко выражен при засушливом климате, но и в более влажных районах капельное орошение позволяет существенно улучшить качественные показатели продукции.

Капельное орошение применимо там, где другие способы полива использовать невоз- можно или неэффективно:

- на почвах, склонных к засолению;

- при использовании для орошения воды с большим содержанием водорастворимых солей;

- в районах с продолжительными засухами и постоянными сильными ветрами;

- при сложном рельефе и большом уклоне участка (до 45 градусов и более);

- при наличии источников с ограниченным количеством воды;

- на почвах с малой мощностью и очень низкой или высокой гигроскопичностью.

При капельном поливе увлажняется только ограниченная часть почвенной поверхности, без поверхностного стока или фильтрации воды в глубинные слои почвы. Это позволяет поддерживать влажность корнеобитаемого слоя во время всего вегетационного периода на оптимальном уровне, без значительных ее колебаний, характерных для всех других способов орошения. При капельном орошении увлажнение почвы осуществляется капиллярным путем. За счет этого сохраняются оптимальные водно-физические свойства почвы и устраняются потери влаги за счет поверхностного стока и инфильтрации в глубину.

Таким образом, сбереженная энергия полностью направляется на рост и развитие растений.

Капельное орошение дает возможность более эффективного использования воды. Снижение расходов воды при использовании систем капельного полива составляет от 20 до 80% в сравнении с другими методами орошения. Величина этой экономии зависит от климатических условий, вида насаждений, типа почв, технических характеристик самой системы полива и обычно достигается за счет:

- специфичного режима полива, при котором возникает соответствие между поливной нормой и величиной водопотребления насаждений;

- ограничения орошаемой площади вследствие «адресной» подачи воды к корням растений;

- уменьшения величины испаряемой с поверхности почвы влаги, т.к. часть орошаемой площади остается сухой;

- отсутствия поверхностного стока воды и ее инфильтрации в глубокие слои почвы;

- ограничения развития сорняков, которые являются конкурентами культурных растений в борьбе за воду;

- устранения рассеивания поливной воды и ее испарения с листьев растений.

Коэффициент полезного использования влаги превышает 95% – в отличие от поверхностного орошения, когда этот коэффициент составляет около 5%, и дождевания, где он равняется примерно 65%. Кроме трех вышеперечисленных преимуществ капельное орошение имеет ряд других положительных сторон.

Так, капельный полив позволяет обеспечить подачу удобрений с поливной водой, что дает воз- можность оптимизировать питательный режим растений с учетом их требований в различные фазы роста и развития. При этом затраты труда и количества необходимых удобрений сокращаются примерно на 50%.

Губительная влага

Растения остро нуждаются во влаге, необходимой для их роста и вегетации.

Но, оказывается, далеко не любая вода идет растениям во благо. Например, многие огородники – «шестисоточники» знают, что нельзя использовать для полива грунтовую воду, получаемую из неглубоких скважин, – так называемую верховодку.

Это правило вполне применимо к производству всех сельхозкультур, независимо от объемов производства. Вода из верхнего горизонта отличается сильной минерализацией. Она содержит в различных пропорциях карбонатные, сульфатные, хлоридные соединения, соли кальция, магния, железа, натрия и других элементов, общее количество которых может варьироваться от 0,5 до десятков г/л. В результате полива минерализованной водой повышается концентрация почвенных солей. Причем в течение года состав и концентрация солей меняются. Наиболее богата солями вода в августе – сентябре, в мае их количество и концентрация заметно снижаются – зимняя влага разбавляет. Вода, содержащая до 0,5 г/л солей, считается хорошей для полива, от 0,5 до 1 г – допустимой, от 1 до 3 г – опасной для растений и может использоваться в орошении очень осторожно, со всеми агротехническими и мелиоративными мероприятиями.

Если вода содержит сухих солей более 3 г/л, то она непригодна для полива. Необходимо проведение мероприятий по де- минерализации воды, но прежде всего нужно определить качество воды на содержание и состав солей, а для этого сдать образцы в лабораторию. В целом, общее со- лесодержание можно определить самостоятельно: нужно выпарить определенное количество воды, а затем взвесить сухой остаток. Более простой и цивилизованный метод – использовать электронный прибор солемер, который позволит с точностью до милли- граммов на литр определить со- лесодержание воды и ее пригодность не только для полива, но и для питья (известно, что пить воду с высоким содержанием солей не рекомендуется).

Природная вода солей от 300 мг/ л до 2 г/л. Пу- тем несложных расчетов можно определить, сколько вредных солей попадает с поливом в почву.

Если принять среднее содержание солей за 1 г/л, то при 10 полноценных поливах за сезон и поливной норме 10 л на квадратный метр почвы почва получит за год 100 г солей. А за 5 лет орошения – 0,5 кг. И это без учета неиспользованных остатков минеральных удобрений, минерализованной органики.

Загипсовать землю

Низкое плодородие засоленных земель обусловлено значительным содержанием в них водорастворимых солей, высокой концентрацией почвенного раствора и щелочной реакцией. Для устранения избытка солей их можно промывать водой при обильном орошении, но гораздо дешевле применение фосфогипса.

При этом, как отмечают эксперты, внесение фосфогипса для восстановления плодородия почв целесообразно как на орошаемых, так и на богарных землях.

Являясь побочным продуктом производства фосфорных удобрений, фосфогипс обладает высокой влагопоглотительной способностью, может удерживать на своей поверхности до 30% влаги, при этом не слеживается, не превращается в комки и не теряет рассыпчатости. Он может быть использован в сельском хозяйстве не только вкачестве мелиоранта почвы, но и для получения медленно растворяющихся питательных пролонгированного действия.

Также его используют в качестве источника кальция и серы в дефицитных почвах благодаря высокому содержанию этих элементов (кальций 37%, сера 22%).

Фосфогипс в основном вносится в почву под осеннюю культивацию, в технологиях без обработки почвы его применяют без заделки в почву – под воздействием осадков фосфогипс растворяется и проникает в почву. Доза внесения фосфогипса устанавливается по количеству натрия в корневом слое почвы, который необходимо заменить кальцием, и составляет от 3 до 15 т/га. Само собой разумеется, что наибольшая доза внесения вещества должна быть на солонцах.

Многочисленные опыты показали высокую эффективность фосфогипса на различных типах почв. Так, по данным ГНУ ВНИИ риса Россельхозакадемии, внесение 7-14 т/га фосфогипса совместно с 30 т/га навоза на лугово-степные и целинно- черноземные корковые почвы в Ставропольском крае привело к улучшению физических свойств почвы, увеличению в 3-4 раза выхода продукции с одного гектара. Все затраты на мелиорацию окупились за три года.

В Ростовской области на каштановых почвах при внесении 20 т/га фосфогипса наблюдалось:

- снижение плотности в слое 0-20 см на 10-15% по сравнению с контролем;

- структурирование пахотного горизонта, улучшение агрегатного состава почвы;

- увеличение содержания гумуса в пахотном слое на 1,5 – 2% от кон- трольного варианта;

- повышение урожайности риса до 17,3 – 29,6%.

К сожалению, практика применения фосфогипса в России низка из-за высоких затрат на его доставку и дополнительных затрат на внесение.