Зміна умов еволюції ґрунтів при зрошуванні. Меліорація засолених земель.

8.1. Зміна умов еволюції ґрунтів при зрошуванні.

8.2. Прогнозування еколого-меліоративного стану земель у процесі зрошення.

8.3. Меліорація засолених земель.

Питання 1. До впровадження гідромеліорацій ґрунти степових масивів – це, переважно, незасолені автоморфні чорноземи та темно-каштанові ґрунти. РГВ (1...4 г/л) залягав нижче 3-4 метрів від поверхні землі. Для поливу використовувалися води р. Дніпро (0,4...0,5 г/л).

Після широкомасштабного зрошування відбувся підйом РГВ (0,2..0,5 м/рік). За перші 10-15 років експлуатації ЗС відбулося значне скорочення площ з РГВ більше 3,0 м (з 95 до 40%). Збільшилась площа земель з РГР менше 1,0 м до 5%, а 1..2 та 2..3 м відповідно 25 і 30 % площі зрошення.

Основною причиною погіршення гідромеліоративного стану були низькі ККД та КВВ, поливи масивів з високим стоянням РГВ та засоленими ґрунтами. На значній площі РГВ досяг критичного значення, при якому почалося перезволоження ґрунтів.

Такий меліоративний стан погіршує водно-повітряний режим ґрунтів, зменшує вміст кисню. При виході капілярної кайми на поверхню ґрунту зменшилась швидкість розчинення органічних речовин, спричинилось оглеєння ґрунту, погіршились умови обробітку ґрунту.

Наявність засолених порід на окремих ділянках та підйом РГВ призвели до перерозподілу солей іригаційними та ґрунтовими водами та формування слабо- і середньозасолених ґрунтів із заляганням на глибині 50... 100 см. У цих умовах формується гігроморфний випарний водний режим, який призводить до вторинного засолення поливних ґрунтів.

Динаміка вторинного засолення ґрунтів визначається запасами солей у ґрунті і ґрунтових водах, дренуванням масиву, умовами міграції солей, зонально-кліматичними умовами (глибиною залягання РГВ та величиною випаровування води з ґрунту), критичною глибиною залягання РГВ.

При меліорації вторинно засолених земель необхідно створити промивний режим за рахунок внесення завищених норм (5... 10 і більше тисяч м³/га) за порівняно малий проміжок часу (40-90 діб) та забезпечити ефективне водовідведення з поливних площ. В умовах відсутності природного дренування ці вимоги може забезпечити штучний дренаж. Але промивний режим на ґрунтах призводить до їхньої деградації та втрати родючості.

Найбільш поширеним негативним явищем, що знижує родючість поливних земель є наявність соди у ґрунтових водах та осолонцювання ґрунтів, що виникають у процесі обмінних реакцій і вивільнення іонів №⁺ з поглинаючого ґрунтового комплексу та шляхом внесення їх з поливною водою й добривами. При зрошенні земель нормами більше 400 м³/га іони Са⁺ виносяться гравітаційними водами з верхніх у нижні шари ґрунту, що підсилює процес осолонцювання кореневого шару ґрунту.

При зрошенні земель спостерігається інтенсифікація внутрішньогрунтового вимивання гумусу та мінералів. Це з однієї сторони підвищує забезпеченість рослин деякими поживними елементами, з іншої – сприяє погіршенню ряду фізичних властивостей, зменшенню шпаруватості і водопровідності ґрунту.

Регулярне зрошення зумовлює міграцію легкорозчинних солей, поживних елементів, гумусу, продуктів розпаду мінералів, добрив, пестицидів, важких металів і радіонуклідів, які забруднюють ґрунти, ґрунтові води та водоприймачі.

Значну роль у руйнуванні структури ґрунтів відіграють спосіб і техніка поливу. Особливо це стосується дощування із середньою інтенсивністю дощу більше 25 мм/хв та краплинами води діаметром більше 1,0 мм. Це призводить до деградації поливних ґрунтів, погіршення фізичних властивостей та пониження їхньої родючості.

Крім того, при поливі досить важкими дощувальними машинами значно ущільнюються ґрунти у зоні проходження опорних візків до 1,5... 1,8 т/м³ . Під ними утворюються колії до 30.. .40 см, як по глибині, так і за шириною. У ці колії збігає вода з политої площі, що викликає іригаційну ерозію, збільшує нерівномірність поливу, понижує родючість ґрунту. Підвищена вологість ґрунтів при поливі викликає руйнацію мікро- і макроагрегатів, а при їхньому висиханні спостерігається склеювання мікрочастин у більш крупні фракції, що спонукає злитість, глеє- та брилоутворення. Руйнування при поливі верхнього 3..5 см шару ґрунту призводить до кольматажу шпарин, а при висиханні политої поверхні поля до утворення іригаційної ґрунтової кірки, яка значно погіршує повітряний процес, активізує анаеробний ґрунтовий процес.

Під дією гравітаційних сил поливної води відбувається переміщення мулу по глибині, закупорка шпарин і тріщин шару ґрунту, утворюється підплужна підошва підвищеною об'ємною щільністю 1,4…1,6 г/м³, що негативно впливає на водно-повітряний режим кореневого шару.

Зазначені процеси погіршують умови росту рослин, спричиняють втрати гумусу та погіршують умови ґрунтоутворення поливних ґрунтів.

Усі характерні негативні особливості умов еволюції ґрунтів при зрошуванні можна звести до такого:

• зміна водного і кліматичного режимів регіонів,

• збільшення швидкості і ємності кругообігу органічних та мінеральних речовин,

• погіршення фізичних властивостей ґрунту,

• міграція солей, вторинне засолення та осолонцювання земель,

• підвищення ерозійних процесів,

• інтенсифікація процесів вивітрювання і трансформація мінералів,

• погіршення фізичних властивостей та деградація гумусу.

Стратегія розвитку меліорацій земель в Україні на сьогодні повинна бути направлена на вирішення зазначених проблем і базуватися насамперед на реконструкції існуючих зрошувальних і дренажних систем із метою поліпшення меліоративного стану, раціонального використання поливної води, зменшення дренажного стоку, підвищення родючості ґрунтів.

Проект меліоративних і природоохоронних заходів на зрошувальних системах повинен передбачити вирішення негативних проблем, що можна звести до такого:

1. Забезпечення стійкого сприятливого гідромеліоративного стану

• підвищення ККД провідної зрошувальної мережі;

• підвищення КВВ при поливі;

• впровадження дренажно-скидних мереж;

• впровадження водозберігаючих поливних режимів та сучасних технологій;

• планування ділянок;

• проведення до і після поливного обробітку ділянки.

2. Підвищення родючості меліорованих земель:

• внесення необхідної кількості органічних і мінеральних добрив;

• заорювання поживних решток культур;

• впровадження в сівозміні до 30...40 % багаторічних трав;

• впровадження біомеліоративних с/г культур;

• проведення безполочної оранки та мінімалізації обробітку ґрунту

• впровадження контурно-меліоративного землеробства.

3. Боротьба із засоленням і осолонцюванням поливних земель:

• проведення необхідних гідротехнічних меліорацій;

• проведення хімічних меліорацій поливних ґрунтів;

• проведення плантажної оранки (розпушування);

• поліпшення якості поливних вод.

4. Поліпшення агрофізичних властивостей поливних ґрунтів:

• підвищення культури землеробства;

• проведення глибокого розпушення зрошуваних земель;

• застосування легкої меліоративної техніки

• обґрунтування вибору й заміна способів, техніки та технології поливу.

4. Охорона географічних ландшафтів при зрошенні:

• проведення комплексу протиерозійних заходів;

• поновлення полезахисних лісосмуг

• охорона водоприймачів дренажно-скидних вод;

• впровадження фітомеліорацій

Питання 2. Основними показниками ЕМС зрошуваних земель є водний і сольовий режими ґрунтів, їхня родючість, рівневий і гідрохімічний режим ґрунтових вод, об’єми подачі і скидів води, мінералізація і хімічний склад поливних і дренажно-скидних вод, технічний стан зрошувальної і дренажно-скидної мережі, використання зрошуваних земель.

У процесі зрошування відбуваються зміни водно-фізичних і фізико-хімічних властивостей і характеристик ґрунтів. Найбільш небезпечними є підняття рівня ґрунтових вод і подальше засолення ґрунтів. Засолення ґрунтів почне відбуватись, коли глибина залягання рівня ґрунтових вод досягне критичної величини.

Критична глибина залягання рівня ґрунтових вод, при якій ще не буде спостерігатись засолення ґрунтів, визначається за формулою

Н_кр=h₁+h₂+(0,1...0,2), м,

де h₁- потужність кореневмісного шару ґрунту, м; h₂- висота капілярного підняття ГВ, м.

Річну величину підняття рівня ґрунтових вод h можна визначити за формулою

, м,

де W –поповнення запасів ґрунтових вод, м³/га за рік;  – коефіцієнт водовіддачі ґрунту.

Поповнення запасів ґрунтових вод W визначається за формулою

, м³/га,

де ₁Р - частина опадів, що просочується в ґрунт і поповнює запаси ґрунтових вод, м³/га за рік; ₂М_нт - втрати зрошувальної води з полів на фільтрацію, м³/га за рік; ₃М_бр - втрати води на фільтрацію зі зрошувальної мережі, що йдуть на поповнення ґрунтових вод, м³/га за рік.

Період часу t, за який рівень ґрунтових вод підніметься до критичного Н_кр і почнеться засолення ґрунтів, визначається за формулою

, років,

де Н₀ - вихідна глибина залягання рівня ґрунтових вод в м.

Для запобігання підняття ґрунтових вод і засолення ґрунтів необхідно передбачати дренаж території.

Питання 3.

Засоленими називають ґрунти, які мають у своєму профілі легкорозчинні солі в кількості, токсичній для сільськогосподарських рослин. До них належать солончаки і солонці. В Україні їхні найбільші площі зустрічаються в Степу та Лісостепу, незначні – на Поліссі. У зв’язку з таким поширенням засолені ґрунти називають інтразональними, тобто такими, що не мають власної зони.

Засолення ґрунту – процес накопичення водорозчинних солей у ґрунті.

Шкідливість водорозчинних солей полягає в тому, що вони підвищують осмотичний потенціал ґрунтового розчину, чим погіршують постачання рослин водою через недостатню всмоктувальну силу кореневих систем. При цьому знижується транспірація, уповільнюється фотосинтез, погіршується мінеральне живлення. Деякі солі (сода) погіршують властивості ґрунту: він набухає, зменшується здатність колоїдів до коагуляції, збільшується їхня рухомість, в результаті чого руйнується структурність ґрунту, росте його щільність тощо.

Найбільш шкідливі солі: Na₂СО₃, NaHСО₃, NaCl; шкідливі: СаСl₂, MgCl₂, Na₂SО₄; менш шкідливі: MgSО₄, CaSО₄.

Основне джерело утворення солей (хлоридів, сульфатів, нітратів, силікатів і карбонатів) - це продукти вивітрювання гірських порід. Другим джерелом засолення ґрунтів є соленосні геологічні породи різного походження. Перенесення солей з цих порід у ґрунт відбувається за участю підґрунтових вод. Третє джерело - це вулканічна діяльність. Вулканічні гази містять Сl, SO2, СО3; термальні джерела виносять на поверхню розчини хлоридів, карбонатів натрію. Четверте джерело засолення ґрунтів - імпульверизація - перенесення солей з моря на сушу. Уздовж Сиваша, Чорного та Азовського морів простяглась смуга низинних берегів - приморських солончаків. Тут вітер піднімає соляний пил і переносить його в прилеглі райони. У районі Асканії-Нової (Херсонська обл.) кількість соляного пилу, що випадає з атмосфери, становить 319,3 кг/га на рік.

Безпосереднім джерелом легкорозчинних солей у ґрунтах можуть бути підґрунтові води при їхньому близькому заляганні до поверхні (2–3 м). При фізичному випаровуванні по капілярній системі солі підтягуються до поверхневого шару ґрунту та акумулюються тут. У деяких випадках причиною нагромадження солей в ґрунті може бути рослинність. Окремі рослини в посушливих умовах мають кореневу систему, що проникає дуже глибоко, а тому такі рослини здатні «перекачувати» розчини солей з глибини до поверхні ґрунту.

Інтенсивність перерозподілу солей і нагромадження їх у ґрунтах залежать від клімату. За вологого клімату і промивного типу водного режиму солі вимиваються за межі профілю і не нагромаджуються. Якщо випаровуваність перевищує кількість опадів, солі не вимиваються з ґрунту. При сухому кліматі в ґрунті зберігаються більш розчинні солі, наприклад, хлориди.

Солончаки. До солончаків належать ґрунти, що містять у верхньому 15-сантиметровому шарі понад 1% легкорозчинних солей від маси ґрунту. Солончаки поділяють на два типи: гідроморфні й автоморфні. Гідроморфні солончаки розвиваються в умовах близького залягання мінералізованих підґрунтових вод, а автоморфні — на засолених ґрунтотворних породах при глибокому заляганні підґрунтових вод.

Більшість культурних рослин при наявності в ґрунті легкорозчинних солей розвиватись не можуть або дають дуже низькі врожаї. Проте не всі сільськогосподарські рослини однаково витримують засолення ґрунту. Так, цукрові буряки, капуста, бавовник, просо, люцерна витримують відносно високу концентрацію солей — до 0,6%, кукурудза, озима пшениця, ячмінь, люцерна меншу — 0,3–0,4%, соняшник, льон, конюшина — тільки до 0,2–0,3%.

Освоєння солончаків можливе тільки після проведення складних меліоративних заходів. Основний меліоративний прийом — промивання солончаків прісною водою. Норми витрати води на промивання засолених земель залежать від ступеня їхнього засолення, вологості, гранулометричного складу і глибини залягання підґрунтових вод (2,0…18,0 тис. м³ на 1 га). Крім того, норми промивних вод не повинні бути занадто великими, щоб не зумовлювати піднімання по капілярах засолених підґрунтових вод. Перед промиванням ґрунт необхідно глибоко виорати, оскільки при глибокій оранці швидше вимиваються солі, а пухкий верхній шар запобігає підніманню солей по капілярах.

Найкраще проводити промивання в осінньо-зимовий період, коли підґрунтові води залягають найглибше, а випаровування найменше. Для запобігання підніманню підґрунтових вод треба відводити промивні води з меліорованої території. Для зниження рівня підґрунтових вод застосовують дренаж. При внесенні органічних і мінеральних добрив, поліпшенні структури та посиленні біологічної активності ґрунтів родючість промитих від солей ґрунтів підвищується.

Вторинному засоленню ґрунтів у районах зрошення можна запобігти підтримуючи високу культуру землеробства. У районах, де зрошення не проводиться, солончаки або зовсім не освоюють, або використовують їх як малопродуктивні пасовища.

Солонці. Солонцями називають ґрунти, які містять у ґрунтовому вбирному комплексі понад 15% обмінного натрію або понад 40% обмінного магнію від ємності катіонного обміну. Вони мають чітко виражену диференціацію ґрунтового профілю за елювіально-ілювіальним типом. Солонці, як і солончаки, належать до категорії засолених ґрунтів, однак на відміну від солончаків водорозчинні солі у них містяться на деякій глибині. Вони мають несприятливі агрономічні властивості і потребують меліорації.

За характером водного режиму солонці поділяються на три типи: автоморфні, напівгідроморфні і гідроморфні. Підтипи солонців виділяють залежно від розташування їх у певній грунтово-кліматичній зоні — чорноземні, каштанові, напівпустельні. Крім того, солонці поділяють на роди за глибиною залягання солей, типом засолення і ступенем засолення.

Солонці, як правило, мають низьку природну родючість.

Лужна реакція ґрунтового розчину і несприятливі водно-фізичні властивості не дають змоги використовувати солонці в землеробстві без їх корінної меліорації.

Головна мета меліорації — зміна складу обмінних катіонів при одночасному поліпшенні фізичних властивостей. Обмінні іони Na+ у ГВК замінюються на обмінні іони Са2+.

При цьому лужність нейтралізується, ґрунтові колоїди коагулюють, внаслідок чого поліпшується мікроагрегатний склад і водно-фізичні властивості солонців.

Гіпсування — найефективніший засіб підвищення родючості солонців, які мають високі вміст обмінного натрію і лужність ґрунтового розчину. Гіпсування дає змогу різко поліпшити водно-фізичні та хімічні властивості солонців. Крім гіпсу, як меліоранти використовують інші кальцієві солі — карбонат та хлорид кальцію.

Нині поширений прийом самомеліорації солонців, коли при неглибокому заляганні карбонатів та гіпсу проводиться глибока оранка. Так, на солонцях степового Криму найефективнішою в меліоративному відношенні є плантажна оранка на глибину 40–50 см, проте вона неприпустима при близькому заляганні підґрунтових вод, оскільки це може призвести до вторинного засолення ґрунту.

У систему агромеліоративних заходів корінного поліпшення родючості солонців, крім глибокого обробітку, входить внесення органічних та мінеральних добрив, а також травосіяння на фоні зрошення. Із мінеральних добрив насамперед вносять азотні та фосфорні.

При окультурюванні солонців велике значення має нагромадження вологи, що сприяє прискоренню процесів розсолонцювання і розсолення солонців.

Найвищі врожаї сільськогосподарських культур на солонцевих землях в умовах посушливого клімату можна виростити тільки при зрошенні.

Проаналізовані методи меліорацій засолених земель можна об'єднати в такі комплекси заходів:

• агротехнічні меліорації (глибоке розпушення, післяполивний обробіток, мінімізація обробітку ґрунту, проведення плантажної оранки, обґрунтування вибору способів і техніки поливу, внесення органічних і мінеральних добрив; впровадження спеціальних сівозмін);

• гідротехнічні меліорації (зрошування, періодичні промивки, встановлення горизонтального дренажу, підвищення ККД провідної мережі та коефіцієнта використання води, рисові системи);

• хімічні меліорації (внесення меліорантів, контроль якості зрошувальної води, іригаційна підготовка води)

• фітомеліорації (відновлення лісосмуг, впровадження сидератів).