Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

наличии 50—70% извести происходит угнетение бобовых культур

(Зайдельман, 1991).

Шоховые горизонты обладают высокой плотностью, практиче-

ски непроницаемы для корней, нередко токсичны для растений.

Для того чтобы мелиорировать такие почвы, необходимо не только

механически разрушить плотные карбонатные горизонты, но и по-

низить концентрацию карбонатов. Эта задача решается следующим

образом. В карбонатные почвы запахивают значительную массу

органических удобрений. Разложение органики сопровождается

выделением СС>2 и резким повышением концентрации бикарбо-

нат-иона в почвенном растворе. Карбонатный сцементированный

горизонт рыхлят с помощью глубоких мелиоративных рыхлителей

и затем производят полив. Многократное повторение глубокого

рыхления, поливов и внесение крупных доз органики в конечном

итоге позволяет мелиорировать такие карбонатные почвы с плот-

ными цементационными горизонтами.

8.10.4. ГИПСОВОЕ ЗАСОЛЕНИЕ. ГЕНЕЗИС

И МЕЛИОРАЦИЯ ПОЧВ ГИПСОВОГО

ЗАСОЛЕНИЯ

Если грунтовые воды содержат водорастворимый гипс, то

обычно выше зоны известковых аккумуляций (или перекрывая их)

происходит накопление гипса. Формы гипсовых аккумуляций ока-

зываются весьма различными. В глубоких почвенных горизонтах

это обычно друзы, часто срастающиеся в шары; в верхних горизон-

тах

—

отдельные пластинки, часто образующие спаренные формы,

напоминающие ласточкины хвосты. В пухлых соленосных гори-

зонтах солончаков гипс представлен в виде легкой мучнистой мас-

сы.

В песчаных крупнопористых почвах формируются гипсовые

«розы». В гидроморфных почвах обычно возникают мощные нозд-

реватые гипсовые аккумуляции —

г а

ж а, содержащие до 60-90%

сернокислого кальция. Гипсовые горизонты, носящие в Централь-

ной Азии название арзык, могут при орошении подвергаться

растворению и быть причиной возникновения суффозионных яв-

лений на поливных землях, а также значительных потерь воды на

фильтрацию. К гипсоносным в настоящее время относят такие

почвы, которые содержат более 2% гипса.

мелиоративных и сель-

скохозяйственных целях их характеризуют следующими парамет-

рами (табл. 23).

Гипсовое засоление при относительно невысоком уровне на-

копления гипса в почве не оказывает отрицательного физиологи-

ческого влияния на сельскохозяйственные культуры. Нередко их

значение оценивается положительно. Так, наличие масс гипса ока-

зывает благоприятное действие, препятствуя внедрению натрия в

поглощающий комплекс и осолонцеванию почв.

222

Таблица 23

Характеристика гипсоносных почв

(П.А. Керзум, Н.Г. Минашина, Е.Н. Панкова, 1985)

Показатель

Содержание гипса

в горизонте

максимального

скопления, %

Глубина

расположения

верхней кровли

гипсового

горизонта, см

Мощность

гипсового горизон-

та, см

Размер и вид

кристаллов гипса,

мм

Формы гипсовых

аккумуляций

Градации, принятые для характеристики

гипсоносных почв и гипсовых аккумуляций

слабогипсоносные

среднегипсоносные

сильногипсоносные

очень сильногипсоносные

поверхностно- гипсоносные

высокопрофильно-гипсоносные

среднепрофильно-гипсоносные

глубокогипсоносные

гипсосодержащие подстилающие поро-

ды

маломощные

среднемощные

мощные

гипс мучнистый

мелкокристаллический (белые непро-

зрачные кристаллы)

среднекристаллический (желтоватые

прозрачные кристаллы)

крупнокристаллический и пластин-

чатый

гипс шестоватый (губчатый), гипсовый

горизонт рыхлый; мелкие конкреции

гипса типа «пшена», «рисовых зерен»,

псевдопеска

мелкие (d <

см) плотные друзы; в виде

«червячков» пронизывают почву, резко

уплотняя гипсовый горизонт; крупные

друзы (d >

см) и пластинки гипса

мучнистый гипс, образует сплошной

почвенный горизонт; в сухом виде

очень плотный, во алажном

—

размока-

ет и рассыпается

2-10

10-20

20-40

>40

0-30

30-50

50-100

100-200

глубже 200

< 30

30-100

> 100

<0,1

0,1-1,0

1-5

> 5

223

Отрицательное влияние гипса на растения начинает проявля-

ться только в сильногипсоносных почвах (содержание гипса более

20%).

Оно прежде всего связано с ухудшением физических свойств

почв,

уплотнением подпахотных горизонтов, резким ограничением

зоны питания растений.

Для нормального развития хлопчатника мало пригодны почвы

с мощностью надгипсового горизонта менее 40 см. Гипс является

мелиорантом. Однако при высоких концентрациях он связывает

фосфат-ион в трехкальциевый фосфат, недоступную для растений

форму. В целом гипсоносные почвы бедны гумусом, фосфором,

калием, азотом. Поэтому растения, возделываемые на таких поч-

вах, отзывчивы на внесение значительных (больших, чем на негип-

соносных почвах) доз удобрений.

Существенно то, что влияние гипсовых аккумуляций на физи-

ческие свойства почв определяется не только морфологическим

строением кристаллов гипса и их размерами, но и гранулометриче-

ским составом вмещающего горизонта. Так, если гипс представлен

крупными кристаллами (>5 мм), которые находятся в суглини-

сто-глинистом мелкоземе, то наблюдается уплотнение горизонта,

уменьшение его водопроницаемости. Чем выше содержание круп-

нокристаллического гипса и тяжелее вмещающий мелкозем, тем

ниже водопроницаемость горизонта и отчетливее проявляется его

водоупорная роль. Глина обволакивает крупные кристаллы, нару-

шается капиллярная миграция влаги и водопроницаемость гори-

зонта, увеличивается его плотность.

При высоком содержании в почве кристаллов гипса размером

около 1 мм происходит закупорка межагрегатных пор, что также

обусловливает снижение коэффициента фильтрации гипсосодер-

жащих суглинисто-глинистых почв. Однако высокое содержание

гипса может вызвать и противоположное воздействие на физиче-

ские свойства таких почв. Это имеет место в следующих

двух

случа-

ях. Во-первых, крупные кристаллы гипса разрыхляют песчано-су-

песчаные горизонты, повышают их порозность и увеличивают ко-

эффициент фильтрации почв (Верба, Диа Мерамо, 1993). Во-вто-

рых, присутствующие в межагрегатных и внутриагрегатных порах

мучнистые гипсовые новообразования, состоящие из кристаллов

менее 0,1 мм, разрыхляют почвенные горизонты и усиливают их

водопроницаемость.

Поскольку в суглинисто-глинистых почвах кристаллы более

1 мм по изложенным выше причинам придают почвам водоупор-

ные свойства, их полив значительными поливными нормами вы-

зывает образование верховодки в поверхностных слоях. Поэтому

орошение таких почв целесообразно осуществлять малыми дозами,

увеличивая частоту полива. На таких почвах затруднены промыв-

ки.

Они Moiyr продолжаться в этих условиях долгие годы, вызывать

224

Рис.

87.

Массив Голодной степи

Узбекистане, образованный гажевыми поч-

вами. Капитальные промывки по чекам гипсоносных

почв более 10—12

лет.

Аэрофотоснимок

отрицательные экологические последствия и обесценивать значи-

тельные инвестиции на мелиоративное строительство (рис. 87).

Для ликвидации водоупорных гипсовых горизонтов может

оказаться весьма эффективным глубокое (на

0,8-1,0

м) мелиора-

тивное рыхление. Следует подчеркнуть, что опыт мелиорации силь-

ногипсоносных и гажевых почв суглинисто-глинистого грануло-

метрического состава с высоким содержанием крупнокристалличе-

ского (5 мм) гипса остается весьма ограниченным. В любом случае

эти почвы не следует рассматривать как первоочередные объекты

орошения. Нередко в хозяйственном и экологическом отношениях

(по крайней мере в настоящее время) целесообразно отказаться от

их вовлечения в орошаемое земледелие.

8.10.5. УСТОЙЧИВОСТЬ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

К БОРАТНОМУ ЗАСОЛЕНИЮ

Бор оказывает резкое токсическое влияние на орошаемые куль-

туры при весьма незначительных концентрациях. При орошении

для наиболее устойчивых культур неприменимы воды, содержа-

щие бор в концентрациях выше 4 мг/л. Воды с содержанием бора

менее 0,3 мг/л пригодны для орошения всех культур. Различные

культуры отличаются разной устойчивостью к боратному засоле-

нию (табл. 24).

15 - 2099

225

Таблица

Устойчивость различных культурных растений

боратному засолению

(Ф.М. Итон, цитировано

по Д.

Торну

и X.

Петерсону,

сокращениями,

1952)

Высокая

чувствительность

Лимон, виноград, апель-

син, абрикос, слива,

вишня, яблоня, груша,

грецкий орех

Средняя

чувствительность

Перец, помидор, тыква,

овес,

просо, кукуруза,

пшеница, ячмень, свек-

ла сахарная, хлопчат-

ник

Устойчивые к боратному

засолению

Морковь, салат, капуста

кочанная, лук, люцерна,

свекла кормовая, свекла

сахарная, бобы широ-

кие,

гладиолусы

8.11.

ОЦЕНКА МЕЛИОРАТИВНОГО

СОСТОЯНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ОРОШАЕМЫХ

ПОЧВ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ СОЛЕЙ

Характер распределения солей по почвенному профилю дает

важную информацию о мелиоративном состоянии территорий и

эволюции орошаемых почв. С.А. Владыченский выделяет следую-

щие четыре случая распределения солей.

В верхнем горизонте имеется резко выраженный максимум

солей, глубже содержание солей невысокое: солончак маломощ-

ный, почва находится в первоначальной стадии засоления.

Соли в значительном количестве по всему профилю, макси-

мум солей в его верхней части: солончак мощный, почва находится

в стадии прогрессивного засоления.

Соли в значительном количестве по всему профилю, имеет-

ся несколько солевых максимумов: при формировании почв дли-

тельные периоды засоления сменялись периодами рассоления.

Соли в значительном количестве но всему профилю, макси-

мум солей внизу: почва находится в стадии рассоления.

Важная информация о мелиоративном состоянии орошаемых зе-

мель может быть получена на основе анализа соотношений хлоридов

и сульфатов в почвах и грунтовых водах. Эти анионы обладают

различной миграционной способностью, причем ионы хлора явля-

ются более активными мигрантами, чем сульфат-ионы (рис. 88).

Впервые диагностику распознавания естественного или вто-

ричного засоления по соотношению C1:S04 в грунтовой воде и в

верхних горизонтах почв предложил Б.Б. Полынов совместно с

СВ.

Быстровым. Ими было высказано вполне обоснованное мне-

ние о том, что изучение соотношения C1:S04:HC03 позволяет вы-

яснить водно-солевой режим почв районов ирригации. При мигра-

ции в ландшафте или в почвенном профиле хлориды опережают

сульфаты. Поэтому соотношение хлоридов к сульфатам в почве

и грунтовых водах может быть использовано для оценки направ-

226

CQCOJ

Nn S(1,

—

n(j5U<t

Mofl»

NaNQ,

Зоны

^—

-r-r

... 1 1

1 '1 1 ' 1

! It!

! it

\ 2 \ 3 |

—

Рис.

88. Последовательность выпадения солей при испарении

природных растворов (Л.В. Пустовалов, В.А. Ковда, 1968).

Зоны: 1 — пресных вод, без выпадения солей; 2

—

жестких вод

(в осадок частично переходит углекислый кальций, затем гипс);

—

горьких вод (в осадке к предыдущим солям присоединяется

часть сернокислых солей натрия и магния); 4 — горькосоленых

и соленых вод (в осадок начинают выпадать хлористые соли и в

последнюю очередь азотнокислые). Стрелками показаны начало и

последующий переход солей в осадок

30Л

50Л

± %_

CaC%

NaUMgClj

MgS0

НйгЩ

CaC0

f,f Л

Са СО,

CaSO^

CaC0

NaCl

gCl

ления процесса засоления.

Если отношение хлоридов

к сульфатам в поверхност-

ных слоях почвы выше, чем

соотношение этих же анио-

нов в грунтовых водах, то

почва находится в фазе

прогрессирующего засоле-

ния. Если же отношение

хлоридов к сульфатам в по-

верхностном слое почвы

ниже, чем в грунтовой воде,

т.е.

происходит накопление

сульфатов в почве, это сви-

детельствует о начавшем-

ся рассолении, остаточном

или перемежающемся засо-

лении.

О мелиоративном со-

стоянии орошаемых почв

можно судить и на основе

прямого исследования их морфологии. Для каштановых почв в

условиях естественного водного режима свойственно следующее

70-

80-

Рис.

89. Солевые профили (расположе-

ние солей в вертикальном разрезе почв,

В.В.

Егоров, 1954):

—

в процессе засоления; Б

—

в начале

рассоления

15-

227

распределение солевых горизонтов: карбонатный горизонт с бело-

глазкой, глубже

—

гипсовый, затем

—

горизонт легководораствори-

мых солей. Поэтому если горизонты с более растворимыми солями

располагаются над горизонтами с менее растворимыми солями, на-

пример, горизонт гипса располагается над горизонтом карбонатов,

это свидетельствует о прогрессирующем засолении почвенного по-

крова (рис. 89).

8.12. МЕЛИОРАЦИЯ СОЛОНЦОВ

И СОЛОНЦОВЫХ ПОЧВ

8.12.1.

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

В лесостепной, стенной, сухостенной и полупустынной зонах

распространены почвы с высоким содержанием поглощенного

натрия в поверхностных горизонтах, слабощелочной или щелоч-

ной реакцией (рН более 8,4) и элювиально-иллювиальной диф-

ференциацией профиля. Такие почвы называются солон-

цами, если в их солонцовом (иллювиальном) горизонте В

содер-

жание обменного натрия равно или превышает 20% емкости кати-

онного обмена. К солонцовым относят почвы с содержанием

поглощенного натрия более 5% от емкости катионного обмена. Со-

лонцы так же, как и солончаки, являются засоленными почвами.

Однако в их профиле соли сосредоточены не в поверхностном

слое,

а на некоторой глубине (рис. 90). Граничные значения (5%

натрия от емкости катионного обмена, использованные для отде-

ления солонцеватых почв от несолонцеватых) обусловлены тем,

что щелочная реакция почвенных растворов за счет десорбции об-

менного натрия проявляется при его содержании в почве более

1 ммоль (+) на 100 г почвы. Это составляет 5—6% от емкости ка-

тионного обмена (Зимовец, 1991). Такой-критический уровень со-

держания обменного натрия, ниже которого солонцовые горизон-

ты не формируются, находится в соответствии с классификацией

солонцеватости почв но содержанию обменного натрия, предло-

женной И.Н. Антиповым-Каратаевым.

Повышенное содержание поглощенного натрия в солонцах и

солонцеватых почвах вызывает угнетение или гибель сельскохозяй-

ственных и лесных культур. Процесс накопления поглощенного

натрия в поглощающем комплексе почвы называют процессом

осолонцевания. Процесс осолонцевания может протекать

двумя путями. Во-первых, в результате интенсивного элювиирова-

ния засоленных почв и освобождения их поверхностных горизон-

тов от водорастворимых солей. Этот процесс может происходить

при понижении базиса эрозии и уровней грунтовых вод. В этом

случае реализуется эволюционная схема К.К. Гедройца, согласно

которой в условиях промывного режима имеют место следующие

228

переходы: солончак — солонец — солодь. Е.Н. Ивановой (1932)

было показано, что образование солонцов в этих условиях возмож-

но только в том случае, если в составе водорастворимых солей со-

лончака отношение Na/(Ca +Mg) > 4. В солончаках, засоленных

нейтральными солями с содержанием кальциевых солей более

20%,

солонцовые свойства при рассолении не проявляются.

Наряду с натриевыми солонцами в природных условиях встре-

чаются солонцы с высоким содержанием обменного магния и низ-

ким содержанием натрия в поглощающем комплексе. Вероятно,

эти солонцы можно рассматривать как реликтовые образования.

На ранних стадиях их формирования, как полагают А.Н. Соколов-

ский (1948), В.А. Ковда (1963), A.M. Можейко (1965) и

другие,

про-

исходила пептизация коллоидов под действием обменного натрия,

а затем после рассоления солонцов и выноса натрия магний, как

ион более стабильный, чем кальций, относительно накапливался в

поглощающем комплексе. В этой связи следует отметить, что при

частой смене анаэробных и аэробных условий, режима, в котором

формируются солонцы, при периодическом нисходящем токе воды

наблюдается резкое (в 1,5—2 раза и более) увеличение содержания

магния в составе поглощенных катионов. Такое явление наблюда-

ется на всех суглинистых и глинистых почвообразующих породах

71,2 46,3 /««,7

В,3

ммаль(экв)

Грунтодая 8ода

Рис.

90. Солевой профиль лугово-степного среднестолбчатого сульфатно-

хлоридного солонца (И.Н. Антипов-Каратаев, 1953). Первая надпойменная

терраса р. Малый Узень, Малоузенский стационар. Уровень грунтовых вод

—

" около 7 м

229

(Зайдельман, 1978). Н.П. Пановым было показано, что магний, как

и натрий, хотя и в меньшей мере, увеличивает гидрофильность

коллоидов, нарушает связь между элементарными твердыми части-

цами в микроагрегате.

Интересную точку зрения на генезис малонатриевых солонцов

высказал Б.В. Андреев (1956). Он полагал, что их возникнове-

ние связано не с поступлением натрия извне, а с его появлением в

почве в результате разрушения натрий (магний)содержащих алю-

мосиликатов и других минералов солевыми растворами. Процесс

разрушения минералов под действием солевых растворов называ-

ется гальмиролизом. При взаимодействии солевых растворов

с чистыми минералами происходит их глубокая трансформация, а

затем при воздействии воды

—

распад алюмосиликатов и накопле-

ние гидрофильных коллоидов главным образом в виде коллоидной

кремниевой кислоты. Наличие в солонцах значительных масс гид-

рофильных коллоидов зависит не только от содержания обменного

натрия, но и от химического состава самих минералов.

Солонцы могут возникать минуя солончаковую стадию под

влиянием слабоминерализованных растворов, содержа-

щих соду, например под воздействием слабощелочных грунто-

вых вод. В процессе взаимодействия слабоминерализованных, пре-

имущественно щелочных, вод с невысоким содержанием соды мо-

жет происходить постепенное накопление натрия в поглощающем

комплексе. В сухостепной и полупустынной зонах не исключена

возможность формирования солонцовых почв в результате поступ-

ления и аккумуляции поверхностных слабоминерализованных вод

в небольшие понижения, местные депрессии.

Повышенное содержание поглощенного натрия в почвенном

поглощающем комплексе оказывает отрицательное влияние на

растения, на физико-химические, химические и физические свой-

ства почв. Сода, присутствующая в поверхностных горизонтах про-

филя, соль сильного основания и слабой кислоты, подвергается ак-

тивному гидролизу:

+ 2Н

0 -» 2NaOH + Н

С0

Поэтому солонцы (и сильносолонцовые почвы) обладают ще-

лочной реакцией среды. Величина общей щелочности НСОз более

0,06% свидетельствует о солонцеватости. В солонцах присутствует

более

0,001%

нормальных карбонатов натрия, переходящих в вод-

ную вытяжку. Общая щелочность сильносолонцеватых почв выше

0,1%.

Солонцы и сильносолонцеватые почвы отличаются высокой

подвижностью органического вещества и его активной миграцией

по профилю. Этот процесс наиболее четко проявляется в солонцах

черноземной зоны. Иллювиальные горизонты солонцов имеют гу-

мусовые потеки, обогащенные органическим веществом кутаны на

гранях структурных отдельностей.

230

Внедрение натрия в поглощающий комплекс вызывает резкое

ухудшение физических свойств почв. Повышается их набухае-

мость. В сухой период глинистая масса солонцов сжимается, под-

вергается консолидации. Сжатие сопровождается разрывами. Воз-

никает сложная сеть крупных трещин. Особенно отчетливо она

гфоявляется в иллювиальной толще солонца, где формируются

столбчатые горизонты. Солонцы возникают в условиях периодиче-

ски промывного водного режима, когда относительно кратковре-

менная стадия обводнения профиля сменяется его иссушением.

В период обводнения в анаэробных условиях происходит интен-

сивная гидратация коллоидов, их набухание. Во влажный период

иллювиальные горизонты солонцов часто становятся водоупорны-

ми,

абсолютно непроницаемыми, а в сухой период поверхностные

горизонты могут обладать очень высокой, иногда провальной водо-

проницаемостью. Этим объясняется глыбистый характер солон-

цов,

их низкое плодородие и сложность окультуривания. В сухом

состоянии солонцы обладают рельефной структурой, в периоды же

насыщения водой в результате интенсивного расклинивающего

действия гидратных оболочек они отличаются низкой водопрочно-

стью агрегатов.

8.12.2. МОРФОЛОГИЯ, ДИАГНОСТИКА

И КЛАССИФИКАЦИЯ СОЛОНЦОВ

И СОЛОНЦЕВАТЫХ ПОЧВ

Солонцы обладают весьма четкой трехчленной морфологией

профиля. Их верхнюю часть образуют гумусовый (А1) и осолоде-

лый (А2) горизонты. Среднюю часть профиля образуют столбчатый

иллювиальный солонцовый (В1) и подсолонцовый (В2) горизонты

(рис.

91). Нижнюю часть профиля формируют переходный гори-

зонт (ВС) и материнская порода (С).

По степени проявления признаков гидроморфизма солонцы

подразделяют на три типа: автоморфные, полугидроморфные и

гидроморфные (Классификация почв СССР, 1977). Общая схема

классификации солонцов в соответствии с принятой классифика-

цией почв приведена в табл. 25.

Наиболее сложными для мелиорации являются гидро-

морфные солонцы. Они формируются на фоне неглубокого

залегания грунтовых вод (менее 3 м) с повышенной минерализа-

цией на первых надпойменных террасах речных долин, на плоских

недренированных равнинах. В их профиле неглубоко от поверхно-

сти залегают водорастворимые соли, а в поглощающем комплексе

содержится до 50—70% натрия. Как правило, эти почвы являются

солонцами-солончаками или солончаковатыми и солончаковыми

солонцами. Среди луговых солонцов широко представлены роды

хлоридно-сульфатные, содово-хлоридные, сульфатные солончако-

вые и другие солонцы.

231