Развитие процессов засоления почв на неорошаемой пашне в условиях Павлодарской области и приёмы их предотвращения

Развитие процессов засоления почв на неорошаемой пашне в условиях Павлодарской области и приёмы их предотвращения

Впервые исследованы сложные внутрипочвенные процессы на неорошаемой пашне, в результате установлены причины и механизмы вторичного засоления почв в рамках применения традиционных агроприёмов возделывания полевых культур. В связи с этим выработаны новые концептуальные подходы для построения более совершенной системы агротехнологий, предотвращающие развитие на пахотных землях опасных деградационных процессов и на этой основе обеспечивающие подъём в развитии отрасли растениеводства и связанных с ней других отраслей сельскохозяйственного производства.

На неорошаемых пахотных землях Павлодарской области происходят весьма опасные деградационные процессы, связанные с вторичным засолением почв. Эти процессы остаются малоизвестными и поэтому не изучены как в Казахстане, так и в странах бывшего Союза. Хотя данная проблема весьма актуальна для Республики и для других стран мира, имеющих большие площади пахотных земель в засушливом поясе, где, как правило, близко к верхним слоям почвы размещаются в той или иной форме токсичные соли. Так, ученые и специалисты Канады и США отмечают значительное развитие процессов засоления в условиях неорошаемой пашни на Северо-американском континенте. Для их территорий характерным является близкое расположение к дневной поверхности минерализованных грунтовых вод, что является источником засоления пахотных земель, особенно сильно проявляющиеся, когда поле остаётся под паром [1].

Исследования этих вопросов проводились нами в связи с обнаружением их активного развития на южных карбонатных черноземах региона [2−3]. Результаты проведённых работ показывают, что процессы вторичного засоления почв в неорошаемых условиях развиваются совершенно по другим закономерностям в сравнении с проявлением их на орошаемых землях. В частности, отличительной особенностью здесь, помимо отсутствия орошения, является и отсутствие участия в их проявлении минерализованных грунтовых вод, что также отличает развитие этих процессов в наших условиях и от американского варианта, так как грунтовые воды в регионе залегают на глубине более 13 м и они не влияют на внутрипочвенные процессы. Кроме того, на неорошаемой пашне процессы засоления почв идут не скоротечно, а имеют постепенно нарастающую динамику. Поэтому в начальные годы развития они остаются незаметными. Негативное действие их накапливается по принципу кумуляции. Отрицательное воздействие этих процессов на плодородие почв и урожайность возделываемых культур можно заметить только по истечении продолжительного периода. Причем, в течение этого периода, время от времени наступают благоприятные по осадкам годы, когда происходит значительное разбавление в почвенном растворе концентрации накопленных солей, что приводит к резкому повышению урожайности полевых культур. Этим объясняется сложность их обнаружения и скрытность протекания данных процессов в почвах. Поэтому они до сих пор оставались не обнаруженными и малоизвестными в мире. Но на неорошаемой пашне однажды появившиеся соли затем не уменьшаются и не промываются в глубокие горизонты. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что в применяемой в настоящее время системе агротехнологий не предусмотрены меры по противодействию процессам засоления почв, с другой — низкими объёмами летних осадков в засушливых регионах, которые даже в редкие благоприятные годы промачивают только 30−35 сантиметровый слой почвы. В связи с этим после благоприятных годов с наступлением обычных условий концентрация токсичных солей в почвенном растворе опять восстанавливается и отрицательное воздействие их вновь становится высоким. Поэтому прогрессирующий кумулятивный эффект накапливаемых солей в почвах впоследствии приводит к существенному снижению урожайности выращиваемых культур, даже в средние по осадкам годы. С годами действие такого эффекта ещё в большей степени возрастает, в конечном счете, результаты их, посуществу, ведут к широкомасштабной экологической катастрофе в регионе.

Таким образом, на неорошаемой пашне развитие процессов засоления и осолонцевания имеет однонаправленный характер в сторону постоянного увеличения их отрицательного воздействия на плодородие почв и урожайность выращиваемых культур, одновременно — повышения затратности производства.

Исследованиями выявлено, что источником засоления почв на пахотных землях региона является высокозасоленная и высокоосолонцованная материнская порода, близко расположенная к дневной поверхности. В этих условиях развитие процессов засоления почв обусловлено взаимодействием природных и антропогенных факторов в течение длительного периода на фоне засушливого климата. Природные факторы вытекают из особенностей динамики почвенной влаги на пашне в засушливых условиях и свойств солей, содержащихся в почвообразующей породе. Известно, что в регионах с непромывным типом водного режима, куда относится и регион проведения наших исследований, в весенний период в почвах преобладают нисходящие токи воды, переходящие летом в восходящие. Эти процессы на неорошаемой пашне в значительной мере интенсифицируются и антропогенными факторами — системой агротехнологий, применяемых здесь длительный период, построенных на основе разработанных концептуальных положений для ведения земледелия в засушливых регионах. Согласно этой концепции, система агротехнологий прежде всего должна быть направлена на максимальное накопление влаги в нижних горизонтах метрового и в ниже залегающих слоях для преодоления посевами засушливой первой половины вегетации. Однако, как выясняется из результатов исследований, эти отправные концептуальные положения построены без учёта о существовании особых, активно действующих в условиях засушливого климата внутрипочвенных процессов, отрицательно влияющих на плодородие деятельного корнеобитаемого слоя почв. В частности, в них не учитываются высокая засолённость нижних слоёв метрового и глубже расположенных горизонтов и существующая тесная связь их с верхними слоями почв в контексте динамики нисходящих и восходящих движений почвенной влаги в засушливых условиях и связанная с этими процессами миграция токсичных воднорастворимых солей.

Результаты анализов водной вытяжки показывают, что на зональных южных карбонатных черноземах, от верхних слоев по мере углубления, общее присутствие солей увеличивается. И с глубины 86 до 500 см в них наблюдается высокое содержание токсичных солей. В частности, в слое мощностью примерно в 50 см, то есть от 86 до 135 см, количество солей при допустимом пределе 0,2%, фактически составляет 1,46%, в основном представленные хлоридами и сульфатами натрия (NaCl, Na2SO4). Начиная от 135 см и ниже резко увеличивается концентрация высокотоксичной соды (Na2C03). Так, в слоях 135−165 см её содержание превышает допустимую норму в 11 раз, в 165−200 см — в 12 раз, в 200−250 см — в 14 раз и т. д.

Традиционная система агротехнологий, направленная на максимальное накопление влаги в нижних горизонтах, способствует в весенний период достижению нисходящими токами воды пределов 86−140 сантиметров и глубже, то есть, как установлено, слоев, обогащенных токсичными солями. Одним из свойств содержащихся здесь хлоридов, сульфатов и карбонатов натрия является высокая растворимость в воде, проникающей в эти слои, что приводит их в легкоподвижное состояние. Летний период в степной зоне отличается высокой знойностью. Воздух в июне и в июле часто в течение продолжительного периода прогревается до +40 — +45 °С в сочетании с активной деятельностью суховеев, а температура верхних слоев почвы достигает до +70 °С и более, что интенсифицирует процессы испарения. В подзоне южных черноземов сумма осадков за май — июль в среднем составляет 100 мм, а количество испаряемой воды из почвы за этот период превышает 130 мм [4]. По данным известного ученого почвоведа В. М. Боровского, в этой подзоне величина потенциальной испаряемости за период с температурой выше +10 °С составляет 600−700 мм, при сумме осадков в среднем 160−180 мм [5]. То есть в летнее время на сельскохозяйственных угодьях восходящее движение почвенной влаги значительно преобладает над нисходящим. В связи с этим действие данных факторов вызывает подтягивание восходящими токами воды перешедших в легкоподвижное состояние солей натрия к верхним горизонтам почв. Необходимо учесть, что данный механизм на пашне функционирует ежегодно со времени освоения целины, то есть в течение более 50-летнего периода. В настоящее время это привело к превышению содержания натрия в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) на пашне, над его присутствием на целине в слоях 0−30 см — на 22,0%, в 30−50 см — на 76,1%, в 50−70 см — на 116,2% и т. д. Опасность происходящих процессов в почвах региона состоит в том, что развитие их идёт из года в год с нарастанием.

А на целинных угодьях наблюдается совершенно другая модель развития внутрипочвенных процессов, так как здесь постоянно присутствует естественная растительность, которая в беспрерывном режиме, особенно ранней весной и в осенний период, интенсивно использует почвенную влагу для своего развития. Вследствие этого нисходящий ток почвенной воды проникает только до 60−70 см и не достигает засоленных горизонтов, размещенных ниже 85 см. То есть на целине восходящие токи воды идут в основном из досоленосных слоёв, и практически отсутствует их движение из высокозасолённых горизонтов. Они проявляются только в отдельные годы во время максимального выпадения осадков, что сводит к минимуму развитие здесь процессов засоления почв.

Поэтому после освоения целинных земель в течение определённого периода, когда на пашне пока ещё не произошло существенное накопление солей, используемые приемы интенсификации (максимальное снегонакопление, многократные обработки почвы, внесение минеральных удобрений и т. д.) давали ощутимый эффект. Отсюда складывалось мнение, что применяемый комплекс агротехнологий и в целом принятая система земледелия являются идеальными. Создавалась иллюзия прогресса и ложное представление об абсолютной правильности и безопасности применяемой системы земледелия. Такое же мнение продолжает существовать у многих ученых и специалистов и поныне в связи с инерцией мышления относительно применяемых в настоящее время систем агротехнологий, построенных на традиционных концептуальных подходах. На деле же в рамках этой системы наблюдается постепенный и особенный для неорошаемой пашни феномен, вынос токсичных воднорастворимых солей натрия из нижних в верхние горизонты почв. В результате длительного функционирования этих процессов соотношение катионов Na+: Са2+ в почвенном растворе достигает пределов 1,5−4,0: 1 и более в пользу натрия, что вызывает развитие процессов засоления и осолонцевания почв (таблица 1). Установлено, что эти процессы развиваются именно в таких пределах [5].

засоление почва агротехнология деградационный.

Примечание: в числителе — в мг-экв, в знаменателе — в%.

Как видно из данных таблицы, неблагоприятное соотношение в почвенном растворе между катионами кальция и натрия складываются в слое 24−38 см, затем следует мощный слой от 38 до 84 см с высокотоксичным содовым засолением. Эти условия являются значительным фактором, сдерживающим в настоящее время повышение урожаев всех возделываемых культур в регионе.

Приводимые данные подтверждаются также проведенными анализами почв на производственном участке пашни, где систематически в течение 16 лет подряд с 1991 по 2006 годы максимально задерживался снег, толщина его ежегодно достигала 1 м и более, что обеспечивало насыщение влагой 140−150 см слоя. Эти работы проводились в соответствии с требованиями, вытекающими из концепции ведения земледелия в засушливых регионах, о необходимости максимального накопления влаги желательно до 150 см слоя.

Результаты анализов почв на этом участке поля после 16-ти летнего периода в 2007 году свидетельствуют о развитии здесь тотального содового засоления почв в токсичной концентрации в слое 20−50 см (таблица 2). И особенно в слое 50−80 см концентрация этой соли превысила допустимый предел в 2 раза. Эти процессы вызвали одновременно повышение реакции почвенного раствора. В слое 20−50 см она стала щелочной (РН = 8,4), а в 50−80 см — сильнощелочной (РН= 8,6). В связи с этим в конце 16-ти летнего периода, то есть в 2006 г., в весьма благоприятном году по количеству осадков, сбор зерна на этом участке уменьшился до 4,3 ц/га при урожае на контрольных полях 10,5 ц/га, где приемы интенсивного снегонакопления не проводились. Урожай зерна на этом поле в последующие годы не удалось повысить даже после оставления его под пар, так как пашня полностью деградировалась. Отсюда вытекает, что на неорошаемой пашне в рамках использования традиционной системы агротехнологий, предусматривающее преимущественное накопление влаги в нижних (85−150 см) слоях почвы, подспудно развиваются экологически весьма опасные два процесса — содовое засоление и осолонцевание почв.

Таким образом, принятая концепция ведения земледелия и построенная на её основе система агротехнологий, широко применяемая по настоящее время, решая проблему влаги на пашне спровоцировала и вызвала развитие более сложных и тяжелых процессов — засоления и осолонцевания почв, тем самым катастрофического падения их плодородия.

Эти данные свидетельствуют о необходимости кардинального изменения концептуальных подходов к системе построения агротехнологий на неорошаемой пашне в условиях северо-востока республики и в аналогичных регионах. В этой связи целесообразными являются следующие концептуальные положения:

• · в регионах с близким расположением к дневной поверхности засоленных почвообразующих пород и грунтовых вод, накопление влаги в почвах не следует привязывать к нижним горизонтам метрового и глубже расположенным слоям. Здесь необходимо создание оптимального режима влажности в пределах до соленосных слоев с применением приёмов, направленных на повышение их влагоёмкости и водоудерживающей способности в сочетании с регулированием режима минерального питания и снижением расхода влаги на испарение и другие потери;
• · принять меры по предотвращению восходящих токов влаги содержащих токсичные соли из высоко засоленных слоёв материнской породы в соответствии с нашей разработкой, Патент РК, № 24 418;
• · для улучшения соотношения катионов кальция и натрия в ППК и комплекса других свойств почвы, в структуру посевов необходимо включить культуры — фитомелиоранты (донник, эспарцет и др.) способные перемещать кальций из нижних в верхние горизонты (Патент РК, №. 24 418).

Реализация этих концептуальных подходов при построении комплекса агротехнологий, приводит по существу к изменению в целом системы земледелия в засушливых регионах.

• 1. Сулейменов М. К. Желто-зелёная революция в земледелии Канады. — Алматы, 2008. — 240 с.
• 2. Конопьянов К. Е., Аскаров С. У. Деградационные процессы на черноземах и пути их преодоления // Вестник сельско-хозяйственной науки Казахстана. — 2004. — № 3. — С. 44−45.
• 3. Конопьянов К. Е. и др. Проблемы засоления и осолонцевания почв на неорошаемой пашне в условиях северо-востока Казахстана // Материалы международной научно-практической конференции. — Улан-Батор. — 2010. — С. 120−124.
• 4. Агроклиматические и водные ресурсы районов освоения целинных и залежных земель. — Ленинград: Гидрометеоиздат, 1955. — 261 с.
• 5. Боровский В. М. Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана. — Алма-Ата, 1982. — 253 с.