Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

В прикладном отношении важное значение имеют причины

засоления почв. Аккумуляция солей в горизонтах почвенного

профиля обусловлена следующими факторами.

Поступлением солей из засоленных грунтовых вод.

Перераспределением солей, возникающих в процессе вы-

ветривания горных пород, под действием поверхностных вод

и их аккумуляцией в почвах пониженных элементов рельефа.

Переносом солей ветром (импульверизация) в виде капель и

твердых аэрозолей в бассейнах соленых озер, морей, с поверхности

солончаков.

Трансформацией нейтральных или пассивных продуктов

выветривания под влиянием почвообразования в токсиче-

ские водорастворимые соединения.

Вторичным растворением солей, содержащихся в

почвообразующих и подстилающих породах, пресными иррига-

ционными водами, их переносом и аккумуляцией в горизонтах

почвенного профиля.

Под влиянием этих причин формируются различные засолен-

ные почвы. В мелиоративном отношении особое значение имеют

засоленные почвы двух следующих

типов:

солончаки и солончако-

ватые почвы; солонцы и солонцеватые почвы.

8.3.

СОЛОНЧАКИ, СОЛОНЧАКОВАТЫЕ ПОЧВЫ.

ИХ ДИАГНОСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ

Солончаками и солончаковатыми почвами называ-

ют почвы, в которых содержание токсических водорастворимых

солей столь значительно, что оно обусловливает угнетение или ги-

бель сельскохозяйственных (лесохозяйственных) культур. В солон-

чаках водорастворимые токсичные соли независимо от типа химиз-

ма аккумулированы в поверхностных горизонтах почвенного про-

филя. В соответствии с классификацией Почвенного института

им.

В.В. Докучаева (авторы Н.И. Базилевич, Е.И. Панкова) к за-

соленным относят почвы, в профиле которых в пределах двух-

метровой толщи выделяется солевой горизонт мощностью 5 см и

более, содержащий легководорастворимые соли в количестве, пре-

вышающем порог токсичности, принятый для среднесолестойких

культур. Для отдельных анионов установлены следующие пороги

токсичности при всех типах засоления:

СО^

СГ НСОз SO;}'

% 0,001 0,01 0,06 0,08

ммоль(-)/ 0,03 0,3 1,0 1,6

100

почвы

192

Почвы, в которых солевые горизонты залегают глубже 2 м, или

почвы на грунтовых водах повышенной минерализации (более

3 г/л) относят к потенциально засоленным.

По глубине залегания верхней границы соленосных горизон-

тов засоленные почвы подразделяются на солончаковые

(включая солончаки) — 0-30 см, высокосолончакова-

тые—

— 5

0 см, солончаковатые

—

50—100 см, г л убо-

козасоленные — 100—200 см, потенциально засолен-

ные — глубже 200 см.

По мощности солевого горизонта почвы подразделяются на

маломощные

—

солевой горизонт менее 30 см, среднемощ-

н ы е

—

солевой горизонт 30-100 смимощные

—

солевой гори-

зонт более 1 м.

По строению солевого 1грофиля почвы следует дифференциро-

вать на три группы: 1) с солончаковым солевым профилем

—

мак-

симум солей в его верхней части (при этом выделяют почвы с под-

вешенным солончаковым солевым профилем, в которых соли со-

средоточены в слое

0—50

см, а глубже почва не засолена); 2) с приз-

мовидным солевым профилем — соли распределены по профилю

почвы относительно равномерно; 3) с пирамидальным солевым

профилем

—

содержание солей нарастает вниз по профилю.

Подразделение собственно засоленных почв по степени и типу

засоления достаточно сложно.

полевых условиях трудно произве-

сти такое деление и классифицировать почвы по их морфологии.

Наиболее отчетливо можно дифференцировать в полевых условиях

сильнозасоленные почвы (солончаки).

Солончаки подразделяют на автоморфные и гидро-

морфные: первые формируются в условиях глубокого залегания

грунтовых вод

—

глубже 6 м, вторые

—

с залеганием грунтовых вод

выше 3 м. При залегании грунтовых вод на глубине 3—6 м выделя-

ют полугидроморфные почвы. Автоморфные солончаки формиру-

ются преимущественно на соленосных породах в полупустынной и

пустынной зонах. Гидроморфные солончаки подразделяют на под-

типы: соровые, болотные, луговые, типичные. Сор о вые солон-

чаки возникают при усыхании бессточных соленых водоемов; бо-

лотные — в результате засоления болотных и лгугово-болотных

почв;

луговые солончаки формируются при засолении луговых

почв.

Солончаки по морфологии подразделяются на мокрые, пух-

лые,

такыровидные, корковые, черные. Мокрые солончаки от-

личаются скоплением гигроскопических солей (в частности, хло-

ристых кальция и магния); влажные на ощупь, они имеют темную

окраску. Пухлые солончаки — рыхлые в засоленном горизонте

за счет скопления в нем глауберовой соли (мирабилита)

Na2SO4-10H2O. Ее кристаллизация связана с увеличением объема

за счет поглощения десяти молекул воды; при этом происходят пе-

13-2099

193

ремещение и разрыхление почвенных частиц. Такыровидные

солончаки характеризуются наличием на поверхности мошной

корки, разбитой трещинами на полигональные отдельности. Кор-

ковые солончаки на поверхности имеют тонкую солевую корку.

Черные солончаки возникают в условиях содового засоления.

Высокое содержание натрия резко повышает подвижность органи-

ческого вещества, которое накапливается на поверхности солонча-

ка в виде характерных кожистых черных пленок.

При мелиоративной оценке засоленных почв особое значение

имеет их характеристика по типу химизма (качественному составу

солей) и степени засоления. Эта дифференциация имеет экологи-

ческий характер и основана на устойчивости к засолению средне-

солеустойчивых культур. Представление о составе таких культур

дает табл. 16.

Важное значение для понимания мелиоративной обстановки

имеет оценка качественного состава солей, вызывающих

засоление почв или определяющих тип засоления. Его устанавли-

вают по составу анионов (химизм засоления). При определении

типа засоления почв по анионному и катионному составу руковод-

ствуются их соотношениями в водной вытяжке в соответствии с

параметрами, приведенными в табл. 17.

Исследования В.А. Ковды, А.И. Кондорской и других показа-

ли,

что типы засоления почв имеют весьма закономерные гео-

графические ареалы. Так, ареалы содового соленакопления встре-

чаются преимущественно в лесостепной и степной зонах. Хлорид-

но-сульфатное и сульфатно-хлоридное соленакопления доминиру-

ют в пустыне и полупустыне. Хлоридное соленакопление имеет

место в приморской части Прикаспийской низменности. Сульфат-

ное засоление встречается в степной и сухостепной зонах.

В наименование типа засоления включаются анионы, содержа-

ние которых превышает 20% обшей суммы анионов (ммоль (—) на

100 г почвы); преобладающий анион должен находиться на послед-

нем месте. Содержание аниона СО|

в расчет не включается, так

как он входит в величину общей щелочности. Если в водной вы-

тяжке при значительном преобладании анионов SO^ и СГ при-

сутствует (хотя бы в одном горизонте почвы) менее 20% суммы

ммоль (-) анионов COf"

но более 0,03 ммоль (-) на 100 г почвы,

засоление определяется по соотношению преобладающих ионов с

добавлением к названию «с участием соды». То же следует делать

в отношении ионов НСО3, если количество их превышает

1,0 ммоль (—) на 100 г почвы, a HCOJ больше Са + Mg ммоль (+).

Если повышенное содержание НСО3 обусловлено Mg(HC03)2,

тип засоления определяется как гидрокарбонатный.

В почвах содового типа засоления среди катионов преобладает

натрий. При сульфатно- и хлоридно-гидрокарбонатном засолении

среди катионов преобладает кальций или магний, но присутствует

194

Таблица 16

Солеустойчивость сельскохозяйственных культур

(Д.

Торн, X. Петсрсон, 1952; с сокращениями)

Хорошая

Финиковая пальма

Сахарная свекла

Столовая свекла

Сорго

Рапс

Хлопчатник

Волоснец канадский

Пырей западный

Солеустойчивость

Средняя

Плодовые культуры

Гранат

Инжир

Виноград

Полевые культуры

Лен

Помидор

Просо

Ячмень

Овес

Рис

Подсолнечник

Морковь

Тыква

Лук

Перец

Пшеница

Кормовые культуры

Люцерна

Донник белый

Донник желтый

Суданская трава

Райграс многолетний

Лядвинец рогатый

Ежа сборная

Канареечник

Овсяница высокая

Рожь, пшеница

Овес (сено)

Плохая

Груша

Абрикос

Персик

Слива

Яблоня

Апельсин

Лимон

Вика

Горох

Капуста

Баклажан

Картофель

Бобы

Лисохвост луговой

Клевер шведский

Клевер красный

Клевер белый

натрий. В почвах хлоридного, а иногда и сульфатно-хлоридного ти-

пов засоления кроме NaCl в составе солей присутствуют MgCl2 и

СаС12 (отношение СГ / Na

1).

При участии в солевом составе

MgCl2 отношение (СГ - Na

) / Mg

а при участии СаОг от-

ношение (СГ -Na

)/Mg

>1. При наличии сокращенных вод-

ных вытяжек из почв сульфатного, хлоридно-сульфатного и суль-

фатно-хлоридного типов засоления для диагностики можно исполь-

зовать отношение плотного остатка и хлора (рис. 80).

Наличие ряда солей в почве (например, водорастворимого гип-

са, бикарбоната кальция) не оказывает токсичного действия на

растения. Поэтому общая сумма солей и отдельных ионов далеко

195

Таблица 17

Типы засоления почв по анионному и катионному составу солей

Типы засоления

Хлоридное и суль-

фатно-хлоридное

Хлоридно-сульфатное

Сульфатное

Содово-хлоридное

Содово-сульфатное

Хлоридно-содовое

Сульфатно-содовое

Сульфатно- и хлорид-

но-гидрокарбонатное

(щелочноземельное)

Отношение анионов*

С1

1-2,5 и

более

0,2-1,0

<0,2

> 1

< 1

> 1

< 1

НСОд

СГ

—

< 1

> 1

НСО^

SOf

—

> 1

< 1

> 1

Отношение катионов

и анионов*

НСОз более

Са

' + Mg

< Са

Ка

< Mg

HCOJ > NV

Миллимолей эквивалентов.

не всегда свидетельствует об их неблагоприятных концентраци-

ях. В настоящее время экологическое действие солей приня-

то оценивать по содержанию в почве (и в водах) токсичных ионов

и солей.

К токсичным относят ионы, способные образовывать ток-

сичные соли. Например, ионы хлора, натрия, магния. Ионы SO4

и НСОз токсичны только в том случае, когда они образуют

натриевые и магниевые

соли. Гипс CaSC>4-2H20 и кар-

бонаты (бикарбонаты) кальция

нетоксичны. Их присутствие не

оказывает токсичного дейст-

вия на растения. Н.И. Базиле-

вич и Е.И. Панкова рекомен-

дуют оценивать засоление по

токсичным ионам или по

сумме токсичных солей,

перешедших в водную вытяжку.

Сумма токсичных солей — это

соли, перешедшие в водную

вытяжку, минус водораствори-

мые соли гипса и карбонатов

кальция. В табл. 18 приведены

правила расчета токсичных со-

6,25

^5,25

% 4,25

3,25

2,25

1,25

0,25

Заамет/el

Засоление хло- /Засоление

Онемение

шриднь

0,4 0,0 1,2 1,6 2,0 2,1 2,0

Рис.

80. Определение типа засоления

но соотношению плотного осадка и

хлора (по Б.А. Калачеву). По оси абс-

цисс

—

содержание хлора, %

196

я К

о о

о 5

•я

•е-

с-в-

8*11

•^

-о

^ ^

•Я

ЕЛ

а;

во

„

«Т.

О О

0~U^v

"Я

••

о-

о*

WT,

чг

О0~

со

..I

—i

х а

«J

о"

8 §

е<°

(N•4-

СЛ

—

В"

"а

*о

™

О Л

%±

о,

см,

« ч

sow

Ё5

«>

sag

° *

e«

я P

19'

леи

ионов, показаны значения порогов токсичности для средне-

солестойких культур почв разного типа засоления

их классифи-

кация по степени засоления.

Различные ионы обладают разной степенью токсичности

поэтому

практических целях важно установить их общее токси-

ческое действие

сопоставимом соотношении, используя опреде-

ленную эквивалентную форму.

качестве такого эквивалента при-

нимают токсичность иона хлора. При этом действие 1 ммоль

(-)

СГ

по

токсичности приравнивают

действию

0,1

ммоль

(—)

COf~;3ммоль(-ШСО3; бммоль(-) SO^",

т.е.

1СГ

0,1

COf"

= ЗНСО3

6SO4 (анионы, связанные

натрием

магнием).

В этом случае классификация почв

по

степени засоления,

по-

строенная

на

учете эквивалентного действия различных анионов,

приобретает следующий вид:

Степень засоления

Незаселенные

Слабозасоленные

Среднезасоленные

Сильнозасоленные

Очень сильнозасоленные

«Суммарный эффект»

токсических ионов

(С(Яз~,НСОз, Cr.SO^"),

ммоль (-)

<0,3

0,3-1,0

1,0-3,0

3,0-7,0

>7,0

Значение дифференциации почв

по

степени засоления весь-

ма актуально

прикладном отношении

по

крайней мере по двум

причинам. Во-первых,

она

позволяет количественно установить

возможность использования почв

сельскохозяйственном произ-

водстве. Во-вторых, на этой основе возникает возможность опреде-

лить необходимость их мелиорации (табл.

19).

Таблица

Влияние степени засоления почв

на

состояние районированных сельскохозяйствен-

ных культур (В.А. Ковда, В.В. Егоров, B.C. Муратова,

Б.П.

Строганов, I960)

Степень засоления почв

Незаселенные

Слабозасоленные

Среднезасоленные

Сильнозасоленные

Солончаки

Состояние среднесолеустойчивых культур

хороший рост

развитие (выпадов растений нет,

урожай нормальный)

слабое угнетение (выпады растений

снижение

урожая

на

10-20%)

среднее угнетение (выпады растений

снижение

урожая

на

20-50%)

сильное угнетение (выпады растений

снижение

урожая

на

50-80%)

выживают единичные растения, урожай гибнет

практически полностью

198

8.4. ЭЛЕМЕНТЫ БАЛАНСА ГРУНТОВЫХ ВОД

И СОЛЕЙ НА ОРОШАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

Состояние орошаемого массива обусловлено особенностями

водного и солевого баланса. Явления засоления и заболачивания в

большинстве случаев связаны с резкой декомпенсацией баланса

грунтовых вод. Баланс грунтовых вод и солей можно

определить как количественное соотношение их прихода и расхода

за определенный отрезок времени. Различают вековой баланс, свя-

занный с геологическими изменениями, периодический, характе-

ризующий 11—25-летние отрезки времени, определяемые солнеч-

ной активностью; годичный, образующий годовой гидрологиче-

ский цикл; межполивной, охватывающий короткий отрезок време-

ни между поливами. Баланс грунтовых вод орошаемой территории

В.А. Ковда характеризует следующими составляющими:

/г

"*"

->ш

"*" •'gw

~*~

Jaw "•"

тс

"*" /»/> "•" *ir

"*"

Jw < Qgw "•" Qt "•" Qe """ Qd

где J

—

все виды поступления;

Q —

все виды расхода; i

—

питание

атмосферными осадками; J,

—

инфильтрация из русел рек; J^

—

боковой приток грунтовых вод; J

— поступление от артезиан-

ских вод; J

—

инфильтрация из ирригационных каналов;

sip

—

инфильтрация из водохранилищ;

]

1Г

—

инфильтрация на поливных

и промывных полях; J

—

инфильтрация сбросных вод;

Qgw —

бо-

ковой отток;

—

транспирация растительностью; Q

— испарение

через почву; Qj — отток грунтовых вод через дренажную сеть.

С водным режимом орошаемой территории и особенно с ре-

жимом грунтовых вод тесно связан солевой баланс почвенного по-

крова. Взаимоотношение водного и солевого баланса можно выра-

зить следующим уравнением:

JC = QC

1де /

—

все виды прихода грунтовых вод; С

—

концентрация рас-

творов, питающих грунтовые воды; Q — все виды расхода грунто-

вых вод на отток, т.е. общий расход минус суммарное испарение;

С] — концентрация растворов, уходящих с естественным или ис-

кусственным оттоком грунтовых вод.

Худшим сочетанием условий будет случай, когда / С >QC].

В этих условиях соленакопление в грунтовых водах растет. Благо-

получное мелиоративное состояние орошаемого массива наблюда-

ется при условии, когда J С <QC\, т.е. когда запас солей в грун-

товых водах уменьшается.

В.А. Ковда подчеркивает, что бороться с соленакоплением сле-

дует путем уменьшения количества поступающих солей, т.е. умень-

шая левую часть уравнения. Это можно достигнуть преимущест-

венно профилактическими мерами

—

ослабить или приостановить

199

засоление и вызвать рассоление, увеличив сток грунтовых вод и со-

держащихся в них солей интенсивными мелиоративными меро-

приятиями.

Наиболее управляемым элементом в водно-солевом балансе

является величина Q, т.е. отток грунтовых вод, который может

быть усилен до необходимых размеров с помощью искусственного

дренажа и промывок. Благоприятные условия будут иметь место

при сбалансированном водном режиме, когда /

•

= Q • Сл

или

JC<QC

Солевой баланс на орошаемом массиве В.А. Ковда предложил

рассматривать как следующую зависимость:

где S— запас солей в конце периода; S

— запас солей в начале пе-

риода; S'

— приток от грунтовых вод; S

— вынос в грунтовые

воды;

—

приток с ирригационными водами; S

—

вынос солей с

урожаем.

Декомпенсация водно-солевого баланса и увеличение его при-

ходных статей свидетельствует о развитии на орошаемом массиве

вторичного засоления и о прогрессирующем соленакоплении.

8.5. ВТОРИЧНОЕ ЗАСОЛЕНИЕ ПОЧВ

8.5.1.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ

Независимо от типа и степени следует различать первичное и

вторичное засоление почв. Первичным засолением называют

естественное накопление в почве солей вследствие испарения

грунтовых вод, соленосности материнских пород или в результате

воздействия эоловых, биогенных и других факторов. Вторич-

ное засоление связано с накоплением в почве солей, возникаю-

щих в результате искусственного изменения водного режима (на-

пример, при неправильном орошении). Вторичное засоление почв

может возникать в незаселенных или первично засоленных почвах.

В большинстве случаев вторичное засоление почв обусловлено пе-

ремещением к поверхности водорастворимых солей из глубоких

слоев почвообразующих и подстилающих пород и грунтовых вод

или связано с притоком минерализованных вод с вышерасполо-

женных орошаемых массивов. Вместе с тем вторичное засоление

может быть обусловлено и техникой полива. Так, при ороше-

нии дождеванием культур малыми частыми поливами водами с не-

высокой минерализацией в условиях аридного климата возможно

накопление в поверхностных горизонтах токсичных солей, отрица-

тельно влияющих на свойства почв и продуктивность растений. По

200

данным ЮНЕСКО ФАО, во всем мире не менее 40-50% площади

орошаемых земель в аридной зоне подвержено вторичному засоле-

нию и осолонцеванию. Эти земли дают низкие урожаи или вообще

выпали из сельскохозяйственного использования. Процесс вторич-

ного засоления продолжается и в настоящее время. Ежегодно сот-

ни тысяч гектаров поливных земель выходят из использования в

результате засоления.

Наиболее интенсивно вторичное засоление развивается на

массивах

недостаточной дренированностью, приуроченных к дель-

там, пойменным и надпойменным террасам, приозерным и при-

морским низменностям. В меньшей мере вторичное засоление

проявляется на высоких террасах, предгорных и водораздельных

равнинах, особенно в тех случаях, когда почвы этих территорий

подстилаются хорошо фильтрующими породами — песками, пес-

чано-галечниковым и валунно-галечниковым аллювием.

В развитии вторичного засоления на орошаемой террито-

рии можно обнаружить определенную стадийность, которая была

детально изучена В.А. Ковдой.

Выделяют три стадии вторичного засоления почв: 1) засоление

почв вдоль новых оросительных каналов; 2) общее засоление оро-

шаемой территории; 3) рассоление староорошаемой территории и

засоление пустующих пространств (рис. 1.38,

1.40—1.42).

Первая стадия вторичного засоления характеризуется интен-

сивной фильтрацией воды из новых каналов и повышением уровня

фунтовых вод в зоне влияния канала. Вдоль канала образуется

зона вторичного засоления почв. На второй стации развивается об-

щее засоление почв орошаемой территории. Вторая стадия реали-

зуется в несколько этапов: 1) сезонное пятнистое засоление; 2) по-

стоянное пятнистое засоление (рис. 81); 3) сплошное засоление.

Если территория плохо дренирована, в породах содержатся

значительные запасы солей, поливные воды минерализованы и

ограничены, а испарение велико, вторичное засоление сохраняется

длительное время. На оросительных системах с более благоприят-

ными природными условиями поступление пресных поливных вод

вызывает рассоление территории. Это третья стадия развития вто-

ричных явлений на орошаемом массиве. Рассоление происходит в

том же порядке, в каком происходило засоление. Вначале опресня-

ются территории вдоль каналов, затем происходит рассоление всей

орошаемой территории. Соли с орошаемой территории вытесня-

ются на их периферию и далее за пределы орошаемых земель на не-

орошаемые участки. Возникает так называемое периферийное за-

соление орошаемых оазисов. Чем старше орошаемый массив, тем

более выражен процесс рассоления центральной его части и засо-

ления периферии и прилегающих неорошаемых земель. По дости-

жении определенной фазы перелоги из солеприемника могут стать

201