Образование солонцов и солончаков в почвенном покрове степного периода

Мы видели выше, что нарастающий процесс аэробного разложения органических остатков почвы в степном периоде ее развития приводит к накоплению в почве солей одновалентных металлов, преимущественно натрия.

Все воднорастворимые соли в таких почвах находятся в состоянии ритмического движения, так называемой «миграции солей». Это движение солей в вертикальном направлении происходит вследствие попеременной смены волосных токов воды, нисходящего и восходящего. В то же время всякий приток воды к менее плотным верхним слоям почвы вызывает и горизонтальный ток капельножидкой почвенной воды (верховодки). Этот горизонтальный (вернее, приблизительно параллельный поверхности почвы) ток особенно ясно выражен весной при природной ликвидации первого весеннего максимума воды в почве.

Таким образом, все воднорастворимые соли скачками, неравномерно, но неуклонно движутся по направлению к пониженным элементам рельефа. Этот ток солей не имеет наклонности к прекращению, потому что глубококоренные растения степной флоры (полыни, кермеки, астрагалы, голубая люцерна) беспрерывно возобновляют своим отпадом запас солей, усвоенных их корнями из глубоких слоев почвообразующей породы и грунтовой воды.

Образование солонцов

Каждую осень сконцентрировавшиеся во время летнего восходящего тока волосной воды соли одновалентных металлов промываются нисходящим волосным током в глубь почвы. При этом нисходящее движение создает условия вытеснения катиона кальция из перегноя структурных отдельностей черноземных почв.

Вытесненный катион кальция заменяется катионом натрия. После вытеснения катион кальция соединяется со свободным анионом серной кислоты и оседает в гипсовом горизонте.

Перегной, в котором поглощенный кальций заменен натрием, теряет свою «прочность» и в присутствии воды начинает переходить в коллоидальный раствор, образуя так называемый «растворимый перегной». Такой перегной в сухом состоянии крепко склеивает механические и структурные элементы почвы, но в присутствии воды он переходит в коллоидальный раствор и склеенные им отдельности почвы теряют связь, почва становится бесструктурной.

В начале этого процесса его влияние сказывается тем, что комки сухого чернозема начинают склеиваться между собой. Чернозем приобретает «слитную структуру», характерную для «южных» (в том числе предкавказских, азовских) черноземов.

Понятно, что этот процесс усиливается по направлению к пониженным элементам рельефа, куда весенний неволосной ток воды сносит все молекулярно-растворимые соединения. При дальнейшем развитии процесса, почвы в понижениях рельефа совершенно утрачивают структуру и превращаются в солонцы.

Вследствие полной непроницаемости почвы солонцов для весеннего потока почвенной воды уровень ее поднимается, вода поступает в понижения по поверхности солонца. Вместе с тем это приводит к расширению процесса развития солонцов вверх по склону и к вынесению всех молекулярно-растворимых веществ на поверхность солонцов и в поверхностные слои почвы, окружающей солонцы.

На поверхности солонца начинают отлагаться налеты, корки и целые горизонты (А₀) аморфной бесструктурной кремневой или кремнетитановой кислот. Выше по рельефу образуются солоди (попелуха, окост).

Одновременно с процессом развития солонцов, как в них, так и постепенно поднимаясь вверх по склону, начинается процесс накопления в почве воднорастворимых солей, или процесс развития солончаков.

Преобладающие соли в солончаках представляют сернокислый натрий и хлористый натрий, но в подчиненных количествах встречаются и многие другие соли, в зависимости от комбинации местных условий.

Особенно большой производственный интерес представляет нормальная сода, или углекислый натрий (карбонат натра), вследствие ее сильного отрицательного влияния на структуру почвы и чрезвычайной ядовитости для растений.

Карбонат натра образуется при усвоении растениями серы как пищи из сернонатровой соли с одновременным освобождением большего количества гидроксильных ионов. Освобождающиеся гидроксильные ионы вызывают сильное увеличение щелочной реакции почвы. Подвергаясь гидролитической диссоциации, карбонат натра освобождает катион натрия и вновь выделяет свободные гидроксильные ионы. Катион натрия замещает поглощенный перегноем катион кальция при одновременном образовании нового количества свободных гидроксильных ионов.

В щелочной среде в присутствии воды перегной, содержащий поглощенный катион натрия, переходит в состояние коллоидального раствора. Тонкие минеральные элементы почвы (окись железа, алюмокремневая кислота) переходят в состояние, близкое к коллоидальному раствору (диспергируются). Вся масса почвы превращается в жидкую грязь.

По мере высыхания почвы, которое совершается быстро вследствие сплошных волосных ее свойств, объем диспергированного перегноя сильно уменьшается. Так как почва совершенно утратила всякие следы структуры, то при быстром уменьшении объема вся масса почвы разрывается глубокими трещинами на отдельные столбы. Вершины столбов приобретают как бы лакированную поверхность вследствие высыхания на них коллоидального раствора перегноя и покрываются выцветом и наносом кремневой и кремнетитановой кислот. Получаются глубокостолбчатые, корковые солонцы (трещинники Западной Сибири). Иногда к выцветам присоединяются воднорастворимые соли, и тогда солонцы постепенно переходят в солончаки.

Типичное свойство солонцов, имеющее огромное производственное значение, — их чрезвычайно большая связность, вследствие которой обработка их в сухом состоянии обычными орудиями и двигателями неосуществима. Во влажном состоянии они липки, пластичны и при обработке отваливаются безобразными глыбами, быстро твердеющими, как чугун.

Лишить перегной солонцов его способности образовывать коллоидальный раствор можно, только заменив поглощенный им катион натрия катионом кальция. Для этой цели применимы только соли кальция с сильными кислотами, так как бикарбонат извести при диссоциации выделяет не катион кальция, а окись кальция. Практически мы в настоящее время для этой цели имеем в своем распоряжении только гипс.

Но если ограничиться одним гипсованием, мы получим в почве сернокислый натрий, который при переменных нисходящем и восходящем волосных токах воды в почве опять очень быстро возвратит все к прежнему состоянию.

Единственный путь успешной мелиорации солонцов — это сплошной по всей поверхности почвы разрыв волосного сообщения пахотного горизонта с почвообразующей породой.

Очевидно, что этого можно достигнуть, придав пахотному горизонту прочную комковатую структуру. При такой структуре нисходящий ток капельножидкой воды будет промывать все вредные соли в почвообразующую породу. Но возвратиться в пахотный горизонт как эти вредные соли, так и продукты их взаимодействия уже не могут вследствие перерыва волосного сообщения между этими горизонтами.

Осуществление придачи почве степного периода в состоянии солонцеватости комковатой структуры посредством механической обработки недостижимо по трем причинам:

• 1) Механической обработкой бесструктурную почву удается превратить только в глыбы или в порошок или в смесь их, но нельзя получить комков, потому что такая почва не крошится.
• 2) Получаемая структура не обладает прочностью, т. е. расплывается в грязь от первого прикосновения воды.
• 3) Механическая обработка бесструктурной солонцовой почвы требует огромной затраты энергии и неизбежно связана с поломкой как почвообрабатывающего инвентаря, так и двигателей.

Достижение прочной комковатой структуры солонцовых почв при настоящем состоянии наших знаний и агротехнических средств достижимо только одновременным применением гипсования (агрохимического воздействия) и посева смеси многолетних злаковых и бобовых трав (агротехнического воздействия).

Действие гипса было разобрано выше. Многолетние травы развитием своей корневой системы разобьют всю массу бесструктурной почвы на комки и оплетут каждый комок корнями. При ежегодном анаэробном разложении всей корневой системы многолетних злаков и части корней многолетних бобовых каждый комок почвы будет пропитан прочным перегноем, и вся почва солонца через 3—4 года приобретет прочную комковатую структуру.