5.8.2. Засоление почв
В некоторых случаях, часто в засушливой местности, в почве происходит повышение концентрации солей натрия и других электролитов – засоление почв. В этом процессе могут участвовать катионы натрия, кальция, магния, анионы хлоридов, сульфатов, нитратов, карбонатов и гидрокарбонатов. Повышенная концентрация солей в почвенном растворе негативно сказывается на растениях, так как при этом влага становится менее доступной (явление физиологической засухи), то есть даже при влажной почве вода не может поступать в корни; соли также оказывают токсическое действие на клетки растений. Наиболее опасно содовое засоление, в результате которого повышается рН среды. При наличии соды (Na2CO3 ) в количестве более 0,6% почва становится полностью бесплодной, а содержание около 0,1% действует на растения угнетающе. На засоленных почвах могут расти только немногие виды растений – галофиты, устойчивые к таким условиям.
Засоленными называются почвы, содержащие в профиле легкорастворимые минеральные соли в количестве, токсичном для растений-негалофитов. Нижний предел содержания легкорастворимых солей составляет 0,1…0,25% (в водной вытяжке), в зависимости от их химического состава.
Процесс засоления связан с особенностями климата, геологическими и гидрогеологическими условиями территорий. Засоленные почвы распространены в пустынной, полупустынной, степной и лесостепной зонах. Территории, подверженные наибольшему засолению, приурочены к морским, дельтово-морским, дельтовым равнинам и равнинам приледниковых областей. Особенно широко распространены засоленные почвы в районах неглубокого залегания соленосных пород, отложенных в Прикаспийской низменности, Присивашье и др.
Первичное засоление происходит в результате капиллярного поднятия к поверхностным слоям почвы растворов солей из грунтовых минерализованных вод и соленосных отложений. По мере подъема вода испаряется, а содержавшаяся в растворе соль откладывается на стенках почвенных капилляров (соль задерживается на испарительном геохимическом барьере, см. раздел 3).
Капиллярное поднятие воды происходит в результате явления контактного смачивания, обусловленного взаимодействием молекул жидкости и твердого тела. Явление смачивания имеет место, когда молекулы жидкости сильнее взаимодействуют с молекулами поверхности твердого тела (стенок капилляра), чем друг с другом. Высота подъема жидкости по капилляру h при полном смачивании описывается формулой
,
где – поверхностное натяжение на границе жидкость – газ (между поверхностью жидкости в капилляре и находящимся над ней воздухом), r – радиус капилляра, g – ускорение свободного падения, – плотность жидкости. Расчет по этому уравнению показывает, что в капилляре радиусом несколько микрометров вода поднимается на десятки метров.
Вторичное засоление развивается в результате земледелия на орошаемой территории. Основными причинами вторичного засоления почв являются бездренажное орошение, потери воды на фильтрацию в каналах и на полях, применение для орошения минерализованной воды. Развитие вторичного засоления может происходить следующим образом. Изначально минерализованные грунтовые воды находятся глубоко и не достигают поверхности земли. Воды, теряемые в оросительной системе, просачиваются (фильтруются) вниз и пополняют запасы грунтовых вод. Это дополнительное поступление воды не компенсируется естественным оттоком из-за недостаточной естественной дренированности территории. В результате уровень минерализованных грунтовых вод постепенно повышается, и когда происходит капиллярное поднятие минерализованных вод к поверхности, возникает вторичное засоление.
Осушение земель также может привести к подобному явлению. После прекращения затопления почва перестает промываться водой и теряет основное количество влаги уже не в результате ее фильтрации в грунтовые воды, а в результате испарения. В условиях минерализованных грунтовых вод это приводит к вторичному засолению.
Легкорастворимые соли удаляют из засоленных почв путем обильного промывания водой (2500…20000 м3/га). В щелочных почвах неблагоприятные вещества сначала нейтрализуют (гипсом, отработанной серной кислотой, сульфатами железа и др.), а затем образующиеся легкорастворимые соли также отмывают водой. Этот метод мелиорации засоленных почв широко распространен, но успех приема зависит от возможности удаления промывных вод. Важны и профилактические меры предупреждения вторичного засоления – дозированная подача воды (дождевальные установки), гидроизоляция каналов, сооружение дренажных систем.