12.2. Классификация почв по степени и качеству засоления

		Тип засоления
Состояние			хлоридно-	сульфатно-
сельскохозяй­ственных рас­тений, характе-	Почвы	содовый	содовый и содово-хло- ридный	содовый и содово-сульфатный	хлорид-ный	сульфатно-хлоридный	хлоридно- сульфат- ный	сульфат­ный
ризующихся средней соле-устойчивостью		содержание водорастворимых солей (плотный остаток) в горизонте			содержание водорастворимых			солей
		максимального скопления			(плотный остаток) в слое (0...100 см), %
		(слой 0...60 см), %
Хорошие рост	Незасо-	< 0,10 < 0,15 < 0,15			< 0,15 <0,20 <0,25			<0,30
и развитие;	ленные
выпадов нет;	или сла-
урожай нор-	бозасо-
мальный	ленные
Слабое угне-	Слабоза-	0,10...0,20 0,15...0,25 0,15...0,30			0,15...0,30 0,20...0,30 0,25...0,40			0,30...0,60
тение; выпады	солен-
растений; сни-	ные
жение урожая
на10...12%
Среднее угне-	Средне-	0,20...0,30 0,25...0,40 0,30...0,50			0,30...0,50 0,30...0,60 0,40...0,70			0,60...1,00
тение; сниже-	засолен-
ние урожая на	ные
20...25 %
Сильное угне-	Сильно-	0,30...0,50 0,40...0,60 0,50...0,70			0,50...0,80 0,60...1,00 0,70...1,20			1,00...2,00
тение; сниже-	засолен-
ние урожая на	ные
50...80 %
Выживают еди-	Солон-	> 0,50 > 0,60 > 0,70			>0,80 > 1,00 > 1,20			>2,00
ничные расте-	чак
ния; урожая
практически
нет

270

океаны, соленые озера). Важным источ­ником солей в ландшафте, в том числе в грунтовых водах и почвах, являются засо­ленные материнские породы (особенно соляные купола). Некоторое количество солей может поступать в верхние гори­зонты почвы с опадом растений-галофи-тов (солянок). На орошаемых массивах существенным источником солей в по­чвах могут быть оросительные воды.

Один из основных методов оценки процесса засоления — составление со­левого баланса для данной почвы или земельного массива. Баланс представля­ет собой суммарный запас легкораство­римых солей в почве, равный разности между приходными статьями баланса (поступление солей из грунтовых вод, эоловый привнос солей, поступление солей из оросительных вод и минерали­зующихся растительных остатков, из удобрений) и его расходными статьями (отток солей из почвы в грунтовые воды с просачивающимися атмосферными осадками, вынос с оросительными во­дами, выдувание солей ветром с поверх­ности почвы, вынос солей с урожаем сельскохозяйственных культур).

Принято выделять три типа солевого баланса почв: стабильный (запас солей в почвенной толще не изменяется); ба­ланс засоления (запас солей в почве воз­растает); баланс рассоления (запас со­лей в почвенной толще уменьшается).

Неблагоприятное влияние засоления почвы на развитие сельскохозяйствен­ных культур связано не только с повы­шенным осмотическим давлением по­чвенного раствора, ухудшением водно-физических свойств почв, особенно в провинциях содового засоления, и не­благоприятным солевым составом, но и с повышенной концентрацией соедине­ний бора, которая может достигать ток­сичного для растений уровня — 0,3...1,0мг/л. Наиболее чувствительны к бору почти все плодовые культуры.

В солончаках солесодержащие мине­ралы и легкорастворимые соли накап­ливаются на поверхности почвы, а в ав-томорфных, полугидроморфных и гид-роморфных солонцах — соответственно в нижней, верхней и средней частях по­чвенного профиля.

Присутствие в почвах легкораство­римых солей неблагоприятно влияет на

рост и развитие растений. Большая часть зерновых культур снижает уро­жайность при электропроводности, со­ставляющей 4...6 мСм/см. Для овощных и плодовых культур эти величины го­раздо ниже (1...2 мСм/см).

Отрицательное влияние легкора­створимых солей на растения связано с совокупным действием трех различных факторов. Преобладающую роль обыч­но играет высокое осмотическое давле­ние почвенного раствора, обусловлен­ное возросшим содержанием раство­ренных солей и приводящее к ухудше­нию поглощения влаги растениями. Поэтому на засоленных почвах расте­ния часто страдают от засухи даже при высокой влажности почвы.

Еще один фактор, препятствующий нормальному росту растений, — специ­фическое воздействие ионов Cl~, SO;*^-,

НСО3, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, иногда NOJ и К⁺. Когда в листьях накапливается бо­лее 0,5 % С1 или более 0,2 % Na (в расче­те на сухую массу), происходит обгора-ние листьев, они приобретают бронзо­вую окраску, возникают некрозы. Пред­полагается, что при высокой концен­трации в растворе ионов Na⁺ и С1~ в ра­стениях нарушается процесс транспира-ции. Наиболее чувствительные к хлору растения проявляют признаки угнете­ния при концентрации С1~ в вытяжке из насыщенной почвы, составляющей 5...10мг-экв/л. Высокая концентрация в почвенном растворе ионов Са²⁺ при­водит к нарушению питания растений катионами Mg²⁺ и К⁺, а высокое содер­жание Na⁺ — катионами Са²⁺ и Mg^⁺. Присутствие соды обусловливает ще­лочную реакцию среды, что препятству­ет нормальному развитию большинства сельскохозяйственных культур.

И наконец, третий фактор, обуслов­ливающий неблагоприятное воздей­ствие легкорастворимых солей на расте­ния, — резкое ухудшение физических свойств почв в присутствии катионов натрия. При этом происходит обес-структуривание почвы, ухудшаются ее водный и воздушный режимы.

Основной мелиоративный прием, направленный на повышение продук­тивности засоленных почв, — промыв­ки водой, благодаря которым при нали-

271

чии дренажа из почвенного профиля удаляются легкорастворимые соли, т. е. соли, растворимость которых более 2 г/л. Из-за низкой водопроницаемости осо­бенно плохо поддаются мелиорации по­чвы содового засоления, не содержащие гипса. В таких случаях для повышения урожайности сельскохозяйственных культур целесообразен подбор солеус-тойчивых видов растений.

Зачастую засоление происходит при нерациональном орошении. Этот про­цесс называют вторичным засолением. Почвы считают засоленными, если они содержат более 0,10% по массе токсич­ных для растений солей или более 0,25 % солей в плотном остатке (для безгипсо­вых почв). Различают много форм засоле­ния и разновидностей засоленных почв.

Процессу вторичного засоления мо­гут подвергаться естественно засоляю­щиеся, остаточно-засоленные, исходно незасоленные или глубокорассоленные почвы. Основной механизм этого про­цесса — привнос солей с оросительны­ми водами в растворимом или взвешен­ном состоянии и выпадение солей в по­чвенной толще из минерализованных грунтовых вод, уровень которых при орошении часто поднимается. После­днее явление особенно распространено на равнинных, плохо дренированных территориях. При недостаточном дре­наже вторичное засоление может при­вести к катастрофическим последстви­ям. Из-за большого накопления солей в почвах обширные массивы орошаемых земель становятся непригодными для земледелия и их приходится выводить из сельскохозяйственного использова­ния.

В. А. Ковда выделяет следующие ста­дии процесса вторичного засоления почв, которые генетически связаны между собой и закономерно сочетаются в пространстве:

1. засоление почв вдоль новых кана­лов;

2. общее засоление орошаемой тер­ритории;

3. рассоление староорошаемых тер­риторий при одновременном засолении некоторых внутриоазисных про­странств и периферии оазисов.

Вторичное засоление почв на оро­шаемых участках часто сопровождается

загрязнением почв тяжелыми металла­ми, пестицидами, гербицидами, нитра­тами, соединениями бора. Все эти ве­щества в районах интенсивного сельс­кохозяйственного использования по­падают в почву как из оросительных, так и из грунтовых вод. При вторич­ном засолении происходят существен­ные изменения многих химических свойств почв: одновременно с накопле­нием легкорастворимых солей аккуму­лируются гипс и карбонаты, оказываю­щие благоприятное воздействие на фи­зические свойства почв; в неблагопри­ятную сторону изменяется состав почвенного поглощающего комплекса, в котором ионы Са²⁺ замещаются ионами Mg²⁺ и Na⁺, возрастает под­вижность соединений калия, кремния, железа.

Наиболее эффективным способом использования земельных ресурсов в сельском хозяйстве остается орошаемое земледелие. Орошаемые земли состав­ляют всего 14,3 % общей площади паш­ни планеты, но на них получают более 40 % всей сельскохозяйственной про­дукции. В южных районах умеренного пояса и в субтропиках при орошении урожаи плодово-ягодных культур в 2...Зраза, а винограда, овоще-бахчевых и зерновых культур — в 3...4раза выше, чем без орошения.

Высокая продуктивность орошаемых земель обеспечивается интенсивной природопреобразующей деятельностью человека, которая выражается в наибо­лее полном использовании термических ресурсов, а также геохимического по­тенциала почв и вод. Если первое не приводит к явным экологическим сдви­гам, то изменение естественного геохи­мического потенциала основных при­родных ресурсов любого региона закла­дывает тенденции нарушения эволюци-онно сложившегося равновесия и обусловливает возникновение экологи­ческих проблем орошаемого земледе­лия.

Прежде всего следует учитывать, что даже при достаточном научном обосно­вании приемов ведения орошаемого земледелия и соблюдении всех реко­мендаций и требований ирригационной и экологической науки и практики рас­ширение орошаемых площадей ведет к

272

заметному росту расхода воды на испа­рение со всеми вытекающими отсюда последствиями. Необходимо отчетливо представлять, насколько мощным «рас­точителем» водных богатств является орошаемое земледелие. Большая часть вод, направляемых на орошение, без­возвратно теряется для дальнейшего ис­пользования: они испаряются либо поч­вой, либо растениями. Результаты ис­следований, проводившихся в США, свидетельствуют, что 83 % невосполни­мых потерь, возникающих при исполь­зовании водных ресурсов, приходится на орошаемое земледелие.

Суммарный водозабор на орошение по всем регионам планеты составляет примерно 1900 км³ воды в год. Из этого объема 1500 км³ теряются безвозвратно. (Однако следует отметить, что понятие «безвозвратно» все же относительно, поскольку испарившаяся влага вовлека­ется в круговорот воды.)

Среди применяемых в настоящее время приемов интенсификации оро­шение — один из наиболее действенных способов создания управляемых аграр-но-ирригационных ландшафтов. При этом особого внимания требуют вопро­сы воздействия орошения на почвенное плодородие.

Рассматривая возможные негатив­ные последствия, возникающие при орошении, нельзя упускать из виду и та­кой фактор, как качество поливной воды. К настоящему времени разработа­на, например, система параметров до­пустимости к использованию воды для орошения, которые учитывают степень опасности вод различного состава (рис. 12.1).

Немаловажной причиной засоления почв является поднятие минерализован­ных грунтовых вод выше определенного критического уровня. Грунтовая вода до­стигает его при приближении капилляр­ной зоны к корнеобитаемому слою.

Засоление, обусловленное длитель­ным нахождением в корнеобитаемом слое грунтовых вод, часто становится причиной заболеваний подземной час­ти растений. В связи с этим урожай­ность сельскохозяйственных культур существенно снижается. Вместе с тем значительное падение уровня грунто­вых вод, вызванное дренированием,

также приводит к снижению урожайно­сти возделываемых культур. Таким об­разом, объективно необходимо поддер­живать оптимальный уровень грунто­вых вод (УГВ), т. е. УГВ, дальнейшее снижение которого не приводит к улуч­шению состояния растений и повыше­нию их продуктивности. Грунтовая вода используется в то же время как допол­нительный источник водоснабжения сельскохозяйственных культур (Лысо-горов, 1991).

Оптимальный УГВ существенно ва­рьирует в зависимости от типа почв, сте­пени минерализации грунтовых вод и характера их засоленности, вида возде­лываемых культур и т. д. Такого рода за­висимости обычно устанавливают опыт­ным путем в конкретных природных ус­ловиях.

Несомненно, что орошение создает предпосылки для улучшения свойств почвы. Однако реализовать их можно при условии оптимального сочетания полива с комплексом агротехнических приемов (правильное чередование культур в севообороте, рациональная обработка почвы, грамотное примене­ние различных видов удобрений).

Засоленные почвы преобладают в за­сушливых регионах. Однако процесс за­соления возможен и при высоком ув­лажнении. Основная причина ускорен­ного засоления почв — неправильное орошение, а это возможно во всех при­родных зонах. При необоснованно уве­личенных нормах полива, при потерях оросительной воды из каналов происхо­дят повышение уровня грунтовых вод и подъем растворимых солей по капилля­рам почвы.

Установлено, что концентрации со­лей 0,10...0,15% являются предельными для очень чувствительных к засолению культур; 0,15...0,35 % вредны для боль­шей части культур; 0,35...0,70 % пригод­ны для устойчивых культур; более 0,70 % приемлемы для очень устойчи­вых культур.

При содержании обменного натрия 10...15% от емкости обменных катио­нов растения плохо развиваются, более 20...35 % — сильно угнетаются. Урожай­ность хлопчатника при слабом засоле­нии снижается на 20...30 %, кукурузы — на 40...50, пшеницы —на 50...60%. На

273

Опасность засоления почвы Рис. 12.1. Классификация минерализованных вод по степени пригодности для орошения (Остапов, 1984)

среднезасоленных почвах урожайность хлопчатника уменьшается вдвое; пше­ница находится в таком угнетенном со­стоянии, что погибает.

Для оценки потенциальной опаснос­ти вторичного засоления введено поня­тие о критическом уровне грунтовых вод, при котором начинается засоление корнеобитаемого слоя почвы, приводя­щее к угнетению и гибели сельскохо­зяйственных культур. Критическую глу­бину залегания грунтовых вод — А_кр определяют по формуле

^Лкр ^{= /}>тах + ^а>

где /*_тах — наибольшая высота капиллярного подъема в исследуемой почве; а —глубина рас-

пространения основной массы корней сельскохо­зяйственных растений.

Опыт показывает, чем выше степень минерализации грунтовых вод, тем с большей глубины идет засоление почв. В среднем при минерализации грунто­вых вод 10... 15 г/л критическая глубина их залегания составляет 2,0...2,5 м. При орошении рекомендуется поддерживать уровень грунтовых вод не выше этой от­метки.

Для предупреждения вторичного за­соления требуется устройство дренажа, проведение полива в строгом соответ­ствии с оросительными нормами, отве­дение минерализованных грунтовых вод в дренажную сеть, применение полива

274

дождеванием, создание лесных насаж­дений вдоль каналов. Преимущества, несомненно, имеет капельное внутри-почвенное орошение.

Для удаления солей из почвы прово­дят многократную промывку пресной водой. На солонцах и солонцеватых по­чвах (с содержанием более 5... 10, % об­менного натрия) рекомендуется приме­нять гипсование или отходы от произ­водства удобрений (фосфогипс), а так­же трехъярусную вспашку для пере­мешивания солонцового горизонта с карбонатным.

Эффективный способ снижения за­соленности почв — возделывание на них растений, способных поглощать 20...50 % солей в расчете на массу сухого вещества. К таким растениям относятся пырей удлиненный, донник, лядвенец, полевица и др.

В районах орошения наглядно про­являются катастрофические послед­ствия недоучета экологических связей при неупорядоченном и необоснован­ном заборе воды из рек каналами. Клас­сический пример тому — пересыхание и гибель Аральского моря, с обнаживше­гося дна которого на большие расстоя­ния разносится соляная пыль.

К сожалению, накапливается все больше и больше примеров того, что при бесконтрольном использовании орошаемых земель огромные площади их превращаются в бесплодные пусты­ни. Как свидетельствует исторический опыт, это было присуще почти всем районам орошения. По данным ФАО, засоленные земли встречаются на тер­ритории 83 стран мира. Основная при­чина этих труднопоправимых измене­ний—нарушение равновесия в дина­мически сбалансированных естествен­ных материально-энергетических кру­говоротах.

Нарушение равновесия наблюдается и в отношении питательных веществ орошаемых массивов. Непрерывное по­ступление к растениям элементов мине­рального питания сопряжено с увеличе­нием в почве запасов органических ве­ществ, прежде всего гумуса, и активной деятельностью полезных групп микро­организмов, минерализующих органи­ческое вещество.

Оптимальная для микроорганизмов

влажность почвы обычно близка к ее оптимуму для растений, поскольку в природе установилось взаимовыгодное сосуществование тех и других, что под­тверждается содержанием микроорга­низмов в корнеобитаемом слое почвы. Поэтому создание оптимального для ра­стений водного режима почвы приводит к существенному увеличению числен­ности и активности микроорганизмов. Вследствие этого происходит ускорение процессов разложения органических ве­ществ, в том числе гумуса. Но те же ус­ловия способствуют и ускорению ново­образования гумуса, являющегося про­дуктом жизнедеятельности микроорга­низмов в условиях обилия органичес­кого вещества и элементов минерально­го питания.

Таким образом, в условиях ороше­ния в почве одновременно протекают два противоположных процесса — уско­ренное разложение и активное новооб­разование гумуса и других органических веществ, и какой из них станет домини­рующим зависит от мелиоративных и агротехнических условий (Лысогоров, 1991).

Многовековую историю образования гумуса обычно рассматривают как дли­тельный процесс установления его рав­новесного содержания в почве соответ­ственно природным условиям. Устано­вившееся подвижное равновесие посто­янного разрушения, освобождающего энергию в кинетической форме и эле­менты питания для растений, и посто­янного новообразования гумуса может быть нарушено и направлено в ту или иную сторону деятельностью человека.

Процесс орошения не только приво­дит к изменению агрохимических свойств почвы, но и оказывает влияние на ее физическое состояние. Однако гранулометрический состав не претер­певает существенных изменений.

В процессе орошения почва несколь­ко обогащается илом, приносимым оро­сительной водой. Происходит частич­ное вымывание его из пахотного слоя в более глубокие. Оросительная вода час­то смывает мелкие частицы, вызывая эрозию, которая может проявляться даже при. небольших уклонах полей, если сила поливной струи значительна. Кроме того, при этом вымывается гумус

275

и доступные для растений элементы пи­тания, могут быть выведены из строя постоянная и временная оросительные сети. Поскольку ирригационная эрозия проявляется даже при небольших укло­нах, важна правильная планировка оро­шаемых полей, а также повышение во­допроницаемости (особенно на тяже­лых почвах) путем щелевания. Для пре­дупреждения ирригационной эрозии используют дождевальные машины с низкой и средней интенсивностью дож­дя (до 0,3 мм/мин). Это позволяет уве­личить поливную норму до 800 м³*Да без формирования поверхностного стока.

К основным причинам возникнове­ния ирригационной эрозии относят следующие: слабая закрепленность дна и откосов каналов; недостаточная ин-фильтрационная способность почв; просадка грунтов, ведущая к наруше­нию нормального профиля канала; за­сорение оросительной сети; повышен­ный расход воды в поливных бороздах и полосах. Все эти причины вполне устра­нимы при грамотном подходе к процес­су орошения. Гораздо сложнее пробле­ма отвода дренажных вод и их воздей­ствия на поверхностные воды в районе сброса, а также на подземные воды.

В среднем КПД оросительных сис­тем во всем мире составляет всего 37 %, что свидетельствует о необходимости всестороннего совершенствования сис­тем и технологий орошения. Упоминав­шееся выше капельное орошение, на которое в первой половине 80-х годов в мировом масштабе приходилось около 420 тыс. га, позволяет значительно сни­зить расход воды (он на 20...25 % мень­ше, чем при обычном дождевании, и на 40...60 % —чем при поверхностном по­ливе). Применяется и так называемое «кувшинное орошение» (например, в Бразилии, Индии). Принципиально важно, что стремлению расширять оро­сительные системы все больше проти­вопоставляются вопросы эффективнос­ти их функционирования.

Б. А. Зимовец и др. (1998) предложи­ли систему экологических ограничений на антропогенные воздействия, связан­ные с возможностью деградации почв при орошении. Данная система включа­ет экологические ограничения и требо­вания, связанные с возможностью:

деградации физических свойств почв при орошении;

развития засоления, осолонцевания и ощелачивания почв;

подкисления почв;

развития подтопления и заболачива­ния почв;

развития оросительной эрозии почв;

развития дегумификации почв;

необратимого обеднения минерало­гического состава почв;

развития загрязнения почв;

неблагоприятного изменения чис­ленности и видового состава биоты в орошаемых почвах.

Экологически безопасное функцио­нирование орошаемых агроэкосистем может быть достигнуто только при ус­ловии сбалансированного взаимодей­ствия природных и антропогенных фак­торов с учетом:

требуемых гидротермического, воз­душного, окислительно-восстанови­тельного и питательного режимов почв в соответствии с фазами развития возде­лываемых сельскохозяйственных куль­тур или агрофитоценозов;

оптимальных агро- и гидромелио­ративных нагрузок на орошаемые по­чвы, не приводящих к деградации пос­ледних;

необходимых и допустимых агро- и гидромелиоративных воздействий на почвы в естественно или искусственно гидрогеологически и геохимически подчиненных по отношению к орошае­мому агроценозу ландшафтах, не вызы­вающих деградации указанных почв;

допустимых изменений гидрологи­ческого и геохимического режимов грунтовых и подземных вод (в первую очередь пресных питьевых, различных минеральных вод и иных);

нормированных изменений гидроло­гического и геохимического режимов поверхностных вод в районах водозабо­ра, сброса и последующего транзита коллекторно-дренажных вод, обеспечи­вающих условия жизни различных гид-робионтов и человека;

поддержания необходимого или до­пустимого санитарно-гигиенического состояния всех компонентов данного агроценоза и. подчиненных по отноше­нию к нему ландшафтов;

сохранения состава основных и уни-

276

кальных видов растений и животных (поддержание биоразнообразия) региона, в котором создается орошаемый агроце-ноз, а также в районах сброса и транзита коллекторно-дренажного стока;

технической надежности эксплуата­ции инженерных систем (Зимовец и ДР., 1998).

Для оценки экологической допусти­мости возможных воздействий на оро­шаемые почвы разработаны критерии и параметры нормального и неблагопри­ятного состояния почв, основанные на сумме агрофизических, физико-хими­ческих, биохимических, гидрохимичес­ких показателей и показателей эрозион­ной опасности.