Особенности засоленных почв

1. Введение

2. Легкорастворимые соли. Экологическая оценка засолённых почв

3. Классификация засолённых почв. Солончаки

3.1 Классификация засоленных почв

3.2 Солончаки как тип почвообразования

3.3 Солончаковый процесс

3.4 Отдел галоморфные почвы

3.5 Практическое применение солончаков и сильнозасолённых почв

4. Солонцы

4.1 Генезис, классификация

4.2 Хозяйственное использование

5. Вторичное засоление, осолонцевание, сиалитизация Выводы Список используемых источников

Введение

Практическое использование засолённых почв наряду с теоретическим стремлением «знания ради знаний» диктует основные аспекты изучения галоморфных почв. Что должны знать и что заинтересует ищущего — вот основная проблематика данной темы. Исполнитель данной работы постарался рассмотреть лишь основные, побуждающие интерес вопросы, которые, между прочим, не лишены практической подоплёки. В данной работе будут рассмотрены вопросы генезиса и почвообразования засоленных почв, особенности их физико-химических и эколого-биологических свойств; даны некоторые широко используемые классификации галоморфных почв; приведены методы и приёмы мелиорации в отношении некоторых из ряда засолённых почв.

Цель этой работы заключается в формировании общей парадигмы (модели) познания указанных выше вопросов и рассмотрении основных потоков поиска сведений, расширяющих и углубляющих представления о почвах и ведущих процессах почвообразования в целом.

2. Легкорастворимые соли. Экологическая оценка засоленных почв Засолёнными почвами называют такие почвы, которые содержат в своём генетическом профиле легкорастворимые соли в токсичном для сельского хозяйства количествах.

Не занимаясь в данной главе перечислением засолённых почв, рассмотрим вопросы, относящиеся к легкорастворимым солям.

Легкорастворимые соли, вызывающие угнетение и гибель растений, можно разделить на несколько групп:

1.Вредные легкорастворимые нейтральные соли. Они не обладают буферностью и дают pH чистых растворов 5,5- 6,7; легко формируют опасные для фитоценозов концентрацию. Так, к этой группе солей относятся: хлориды (NaClгалит, MgCl₂· 6H₂O — бишофит), сульфаты (Na₂SO₄· 10H₂O — мирабилит, Na₂SO₄· 2CaSO₄ -глауберит).

2. Вредные легкорастворимые гидролитически щелочные соли: способны создавать сильнощелочную среду. Широко распространены в щелочных горизонтах такие карбонаты, как NaHCO₃ _ пищевая сода, Na₂CO₃· 10 H₂O — сода, которые обладают хорошей растворимостью и дают pH 9; щелочность почвенного раствора повышают и малорастворимые карбонаты магния (например MgC0₃· Mg (0H)₂·3H₂0 (магнезия) концентрируют раствор до pH 9,8) [1. с. 364].

Кроме того, в почве могут содержатся безвредные соли: CaCO₃ (кальцит), СaSO₄· 2H₂O (гипс) и бикарбонат кальция (Сa (HCO₃)₂). Они не дают опасных концентраций, так как обладают малой растворимостью.

Каким же образом соли влияют на рост и развитие растений? Было установлено, что рост растений связан с концентрацией и составом солей почвенного раствора, а именно: соли осмотически связывают воду таким образом, что при повышении концентрации солей почвенного раствора доступной для растений воды становится всё меньше. Это явление называют физиологической засухой. Иначе говоря, если концентрация солей в почвенном растворе выше, чем в растении, то вода в него не поступает. Но этим не исчерпывается негативное влияние солей: они, кроме того, оказывают токсическое воздействие на протоплазму (цитоплазму с ядром), которая определяет солеустойчивость растения. Например, солеустойчивые протопласты (содержимое клетки, исключая клеточную стенку) гибнут при концентрации NaCl 1,5%, а солеустойчивые выносят 6% и более.

Проводя экологическую оценку, используют сопутствующую терминологию. Так, были введены в употребление термины «биологическая солеустойчивость» и «агрономическая солеустойчивость». ¹ Биологическая солеустойчивость (солевыносливость) — это способность растения осуществлять полный цикл онтогенеза на засолённой почве, нередко с пониженной интенсивностью накопления органического вещества при сохранении воспроизводства потомства. Под агрономической солеустойчивостью (солеустойчивостью) понимают способность организма осуществлять полный цикл индивидуального развития на засолённой почве и давать продукцию, отвечающую требования сельского хозяйства.

Несомненно, растения обладают разной солеустойчивостью. Разработан ряд классификаций, распределяющих растения по этому признаку. Большинство исследователей в группу лидеров по солеустойчивости определили следующие культурные растения: подсолнечник, свёкла, хлопчатник, сорго, ячмень. Важно понимать, что солеустойчивость может изменятся в зависимости от условий произрастания (например, в условиях холодного климата и относительно небольшого потребления воды растения переносят большие концентрации почвенного раствора, чем в жарком климате). Также на степень солеустойчивости влияет механический состав почвы: на тяжелых по гранулометрическому составу почвах растениям легче переносить «солевой гнёт», нежели на легких по механическому составу.

Разнообразные окультуренные растения в отношении солеустойчивости можно сгруппировать по разному. Возможный вариант разделения можно видеть из табл.1.

Таблица 1

Относительная солеустойчивость растений (по В.А. Ковде)

По вопросам определения предельно допустимого количества солей в почвах, при которых возможно разводить сады, нет единого мнения. Однако вполне обоснованной позицией является недопущение разведения многолетних насаждений на почвах, с повышенным содержанием солей. Исследователи исходят из того, что не засолённые с поверхности почвы могут быть засолены в глубоких горизонтах, в частности в корнеобитаемом слое.² Такое засоление не сулит плодовым деревьям благоприятного развития и плодоношения, а зачастую, напротив, вызывает преждевременную гибель насаждений.

Итак, важность знания химического (солевого) состава почвенного раствора и его концентрации вкупе с сознанием того, что различные растения обладают специфическими особенностями в отношении солеустойчивости и солевыностивости, даёт пускай и не определяющий, но ощутимый вклад в вопросе рационального проведения мелиоративных мероприятий.

засоленная почва солончак

3. Классификация засолённых почв. Солончаки

3.1 Классификация засолённых почв К засолённым почвам относят солончаки, солончаковые, солончаковатые и глубокозасолённые почвы, а также солонцы и солонцеватые почвы [2. с. 34].

Перечисленные в указанной последовательности почвы практически составляют суть классификации засолённых почв по глубине залегания верхней грани солевого горизонта, т.к. для солончаков эта граница располагается на глубине 0−30 см; для солончаковатых _ 30−80 см; для глубокосолончаковатых — 80−150 см; а верхняя грань солевого горизонта глубокозасолённых почв лежит глубже отметки 1,5 м.

В классификацию почв по составу солей (= химизму/типу засоления) положен тот факт, что различные соли не одинаково токсичны для почв. Химизм засоления определяется по данным водных вытяжек и основывается главным образом на соотношении анионов. В наименование почв по типу засоления входят те анионы, содержание которых более 20% суммы м.-экв. анионов. Группировку почв по этому признаку можно увидеть в табл. 2.

Таблица 2

Разделение почв по химизму засоления

Почвы также разделяют по степени засолённости. Вот её классификационные группы: незасолённые, слабозасолённые, среднезасолённые, сильно и очень сильнозасолённые почвы (солончаки). Разделение почв по этому критерию определяется различным состоянием на этих почвах сельскохозяйственных культур (табл. 3).

Таблица 3

Степень засоления и состояние полевых культур

В силу не равноценности солей по отношению к токсичности степень засоления почв обусловливается величиной плотного остатка (суммой солей) и содержанием ионов, определяющих тип засоления (табл. 4).

Таблица 4

Классификация почв по степени засоления (по Базилевич, Панковой)

К засолённым почвам относят почвы разных типов почвообразования, выделяемые в таксономии как особые роды подтипов чернозёмов, каштановых и бурых пустынных почв, луговых и лугово-болотных почв и т. д. Засолёнными почвами считают и солонцы. Но среди всего разнообразия засолённых почв только солончаки образуют самостоятельный тип.

3.2 Солончаки как тип почвообразования В курсе «Почвоведение» Валькова В. Ф., Казеева К. Ш. даётся следующая дефиниция понятия «солончаки». Итак, солончаки — это почвы, содержащие большое количество водорастворимых солей с самой поверхности почвы. В зависимости от типа засоления соли в верхнем горизонте солончаков содержатся от 0,6−0,7 до 3% и более (по данным водной вытяжке). Солончаки главным образом формируются в аридных и семиаридных областях; а также в приморских зонах и реже в речных долинах; зачастую связаны с зонами степей и пустынь. Растительность солончаков редкая, не образует сплошного покрова и состоит из специфических солевыносливых видов (например, солянка, шведа, солерос и д.р.)

В классификации почв СССР 1977 года встречаются два типа солончаков: автоморфные и гидроморфные. Первые образованы без участия грунтовых вод и приурочены к выходам на земную поверхность древних засоленных пород (чаще на глинах) или имеют палеогидроморфический генезис. В образовании гидроморфных солончаков активную роль играют грунтовые воды и их формирование происходит в ходе так называемого солончакового процесса.

У автоморфных солончаков выделяют лишь один подтип — солончаки автоморфные типичные с максимум солей на самой поверхности.

Гидроморфные солончаки заключают следующие подтипы:

А. Солончаки гидроморфные луговые (засоление луговых почв);

Б. Солончаки гидроморфные болотные;

В. Солончаки соровые (на днищах периодически высыхающих озёр).

3.3 Солончаковый процесс Солончаковый процесс — это накопление водорастворимых солей в верхней части профиля почвы. Он проявляется в гумидно-аридных условиях с КУ<1. Для солончакового процесса характерен выпотной водный режим, когда количество выпадающих атмосферных осадков меньше возможностей почвы и растений расходовать влагу. Избыток влаги может возникать тогда, когда зеркало грунтовых вод близко подходит к поверхности (или же к горизонтам, в которых происходит значительное испарение) и капиллярная кайма, достигая верхних горизонтов, испаряя влагу, приводит к засолению и формированию гидроморфных солончаков.

3.4 Отдел галоморфные почвы Данный отдел характеризуется наличием поверхностного солончакового горизонта (S), достигающего 20 см; морфологически это проявляется в появлении на поверхности солевых выцветов или поверхностной солевой корки.

В отделе галоморфных почв выделяют следующие типы:

1. Солончаки S-Cs, g;

2. Солончаки глеевые Sg-Gs-CGs;

3. Солончаки сульфидные S-SSGs;

4. Солончаки тёмные S[AU]-Cs, g;

5. Cолончаки торфяные S[T]-Gs-CGs;

6. Солончаки вторичные S[ABC](на сформированный почвенный профиль накладывается солончаковый горизонт; //вторичный солончак по чернозёмам).

Тип солончаки диагностируется по солончаковому горизонту, малогумусированному (1−2%); ППК насыщен основаниями; pH 7,3- 7,5 (слабощелочная), в содовых солончаках pH 9−11(сильнощелочная); новообразования в виде легкорастворимых солей, солевых выцветов.

Подтипы солончаков выделяют по признакам оглеения, присутствия тыкарной корки, особенностям дифференциации профиля:

А. Типичные S-Cs, g;

Б. Такыровидные Skt-Cs;

В. Солонцеватые Ssn, s-Cs;

Г. Слабодифференцированные (литогенные) S-Cs.

3.5 Практическое использование солончаков и сильнозасолённых почв Освоение и использование солончаков и сильнозасолённых почв возможно лишь при проведении комплексных, достаточно сложных мелиоративных мероприятий. Наиболее эффективный приём опреснения почв — промывка. Промывку почв, как правило, выполняют в осенне-зимний период года ввиду уменьшения испарения и естественного понижения уровня грунтовых вод. В целях понижения зеркала грунтовых вод осуществляется дренирование территории. Повышение плодородия промытых от солей почв достигается внесением минеральных и органических удобрений, улучшением структуры усилением биологической активности почв. Для этих целей в первый период освоения засолённых участков высевают солеустойчивые культуры, типа люцерна, ячмень, просо.

4. Солонцы Солонцы — интразональные почвы; главным образом встречаются в комплексе с каштановыми почвами сухостепных районов. Реже они распределены среди чернозёмов и почв пустынных областей.

В учебной литературе указывается следующее толкование понятия «солонцы»:

солонцы — это почвы, содержащие в почвенно-поглощающем комплексе иллювиального (BSN) горизонта обменный Na (а иногда и Mg) в количестве 15% от ЕКО и более. Почвы, ППК которых содержит меньше 15% катионов Na, относятся к солонцеватым. Следует отметить, что обменный натрий встречается практически во всех почвах в количестве не более 3%. Это тот максимальный предел, который необходим для нормальной жизнедеятельности большинства растений.

4.1 Генезис, классификация Формирование солонцов происходит в результате взаимного сопряжения следующих почвообразующих процессов: солонцового, элювиально-иллювиальной дифференциации почвы, дернового и процессов осолодения и выщелачивания.

Солонцовый процесс проявляется в накоплении обменного натрия в ППК:

ППК-Ca²⁺ + 2Na⁺ = ППК-2Na⁺ + Ca²⁺;

при этом происходит подщелачивание среды до pH 9 ввиду включения соды в почвенный раствор (гидролиз):

ППК-Na⁺ + Н₂O = ППК-Н⁺ + NaOH

Обменный натрий обуславливает многие физико-химические, коллоидные, водно-физические свойства почвы, которые называют свойствами солонцеватости.

Осолодение (щелочной гидролиз) заключается в разрушении минеральной части (первичные и вторичные минералы) почвы растворами щелочей, мобилизации подвижных форм железа и алюминия и высвобождении кремнезёма. Осолодение проявляется в разной степени и строго приурочено к гумусовому горизонту, А (согласно классификации 1977 года).

Элювиально-иллювиальная дифференциация профиля почвы происходит под действием просачивающейся атмосферной влаги. Возникает интенсивный вынос вещества (оксидов железа и алюминия и гуминовых веществ), что обусловливает накопление SiO₂ в верхнем элювиальном горизонте A и формированию глинистого иллювиального горизонта, обогащённого полуторными оксидами. В силу слабой водопроницаемости горизонта ВSN в нём возможны псевдоглеевые процессы разрушения минеральной части, что усиливает элювированность горизонта А.

Таким образом, в солонцах наблюдается резкая по составу и свойствам дифференциация профиля: сверху расположен элювиальный горизонт А, обеднённый илистыми частицами и полуторными оксидами, ниже располагается глинисто-иллювиальный горизонт, насыщенный коллоидными веществами.

Выщелачивание и миграция легкорастворимых солей (CaCO₃, СaSO₄) под действием воды приводит к освобождению иллювиального горизонта от легкорастворимых солей формированию ниже горизонта В_NA (BSN) солевых толщ, обогащённых карбонатами и сульфатами. В связи с непромывным водным режимом все соли остаются заключёнными в солевом профиле солонца и не мигрируют за его пределы. Водорастворимые соли Na подсолонцового горизонта питают солонцовую толщу, которая представляется в качестве источника поступления натрия, поддерживающая солонец в природе [1. с. 375].

Дерновый процесс охватывает только элювиальный горизонт A.

В субстантивно-генетической классификации выделяют следующие типы солонцов, относящихся к отделу щелочно-глинисто-дифференцированные почвы:

А. Солонцы тёмные AU-EL-BSNth-BMKth-BCAth-Cca

Б. Солонцы светлые AJ-EL-BSN-BMK-BCA-Cca

В. Солонцы гидрометаморфические тёмные AU-EL-BSNth-BMKth, g-BCAth, g-Q-CQ

Г. Солонцы гидрометаморфические светлые AJ-EL-BSN-BMKg-BCAg-Q-CQ,

где ВMK — ксерометаморфический горизонт, ВСА — аккумулятивно-карбонатный.⁶

4.2 Хозяйственное использование Сельскохозяйственное использование солонцов возможно только при проведении комплексных мелиоративных мероприятий, направленных на устранение негативных свойств солонцеватости почв. Явления солонцеватости — щёлочность, слабая водопроницаемость, набухаемость, плотность и др. — проявляются уже при содержании обменного натрия свыше 5−20% от ЕКО и в целом снижают плодородие почв, снижая урожаи многих культур. Кроме того, обменный Na негативно влияет на функционирование растений: нарушается поступление кальция при изменении соотношении Ca/Na.

Разумеется, растения обладают различной устойчивостью к солонцеватости. К наиболее устойчивым полевым растениям относят донник, пырей ползучий, суданская трава; из плодовых культур — только айва. Рис, по мнению многих, является основной культурой солонцеватых почв [1. с. 383].

К основным мелиоративным приёмам относятся: ярусная вспашка, гипсование, снегозадержание, использование повышенных доз органно-минеральных удобрений, содержащих растворимые соли Ca, минеральные кислоты, и др. Рациональное сочетание методов мелиорации во многом нивелируют признаки солонцеватости.

5. Вторичное засоление, осолонцевание и сиалитизация Вторичное засоление почв вызывается при некорректном проведении мелиоративных мероприятий и не продуманной до педантичности эксплуатации ирригационных систем. Таким образом, в природе сосуществуют засолённые почвы как естественного, так и антропогенного происхождения.

Под вторичным засолением понимают засоление орошаемых почв минерализованными или пресными водами в результате повышения зеркала грунтовых (общее представление об этом мы уже получили в подразделе 3.3).

Вторичное осолонцевание — это комплекс процессов, вызванных содовым засолением: усиление щёлочности почвенного раствора (pH 9−11), увеличение содержания обменного натрия в ППК, пептизация дисперсионных систем, повышение мобильности органического вещества, ухудшение водно-физических свойств, прежде всего структуры.⁷

Вторичная сиалитизация проявляется в ухудшении структуры почв в ходе содового засоления; появляется глыбистость, слитость, поверхностная корка после полива или дождя. Это приводит к ухудшению аэрации почвенных пор и кавернозных полостей, ведёт к осложнениям в определении приёмов водоотведения и промывания засолённых толщ.

Основными факторами деградации почв являются бездренажное орошение, большие потери воды при фильтрации, устройство оросительных каналов без надлежащей гидроизоляции, полив минерализованной водой [2. с. 34].

Для орошения наиболее пригодны воды с минерализацией до 1г/л. Зарегулирование стока рек, увеличение дренажного стока и расхода промышленных вод приводит к увеличению концентрации солей до 1,5 г/л и изменению карбонатно-кальциевого состава вод на карбонатно-натриевый и сульфатно-натриевый/магниевый.

Воды, имеющие повышенное содержание соды, вызывают вторичное осолонцевание.

Защита почв от потерь поливной воды и вторичного засоления состоит из: сооружения закрытых оросительных каналов, исключающих или минимизирующие фильтрацию; создание заглубленных дренажных систем, удерживающих солёные грунтовые воды на глубине не менее 1,5−3,0 м; полная промывка почв, если они сильно засолены. [1. с. 475].

Охрана почв от содового засоления и вторичной сиалитизации включает такие приёмы, как гипсование, применение минеральных кислот кальцийсодержащих удобрений, включение в севооборот многолетних солонцеустойчивых трав. Режим орошения должен исключать переувлажнение и иссушение почв.

Выводы Резюмируя всё сказанное, выделим основополагающие утверждения. К ним относятся следующие заключения:

1. В определении химизма засоления главная роль отдана таким первичным факторам, как осознание сущности действия вредных легкорастворимых солей на почвы и растительность и глубокое понимание самого процесса засоления.

2. Классифицирую почвы, мы преследуем цель, с одной стороны, интегрировать всё разнообразие засолённых почв по критериям общности происхождения и типу засоления, с другой — дифференцируем их, как не парадоксально это звучит, по тем же критериям выделов, т. е. проводим комплексное изучение рассматриваемых объектов исследования.

3. Разделение почв, в первую очередь, по специфике протекания почвообразующих процессов, даёт возможность познавать основные свойства типов и предсказывать некоторые, не очевидные на первый взгляд, черты их генетического профиля, что наряду с оценкой общих и особенных физико-географических характеристик конкретной местности позволяет точечно, индивидуально намечать приёмы коренных изменений земельных угодий и на этой основе проводить рациональное хозяйствование.

Список используемой литературы

1. Вальков В. Ф., Казеев К. Ш., Колесников С. И. Засоление почв. Вторичное засоление // Почвоведение: учебник для вузов. М.: ИКЦ МарТ, Ростов-на-Дону: Издательский центр МарТ, 2004. С. 364−384; 472−475.

2.Вальков В. Ф., Казеев К. Ш., Колесников С. И. Засоление почв // Экология почв. Часть 2. Разрушение почв. Дегумификация. Нарушение водного и химического режимов почв: Учебное пособие для студентов вузов. Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2004. С. 34−44.

3. Роде А. А. Толковый словарь по почвоведению. М.: Издательство Наука, 1975. 288 с.

4. Шишов Л. Л., Тонконогов Л. Л., Лебедева И. И., Герасимова М. И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

5. Фёдоров А. С. Классификация почв: учебное пособие. Спб., 2011. 63 с.