Причины образования солонцов и солончаков почвы, методы борьбы с ними

Большой проблемой в части эффективности землепользования является засоление почв, которое снижает или полностью уничтожает продуктивность посевных площадей. Засоление выражается развитием солончаков и солонцов пахотных угодий. Борьба с данным явлением крайне важна как для поддержания плодородия имеющихся в активе площадей, так и для рекультивации новых, страдающих засолением почв при введении их в эксплуатацию. Для аграрного предприятия важность борьбы с солонцами и солончаками выражается в прямом влиянии на экономическую прибыль как в краткосрочной, так и долгосрочной перспективе.

Засолённый участок поля

Причины засоления почв

Основной причиной засоления почв является высокая минерализация натриевыми солями близких к поверхности грунтовых вод. Особенно интенсивное засоление и накопление соли в поверхностных слоях происходит в условиях засушливых климатических зон степей, полупустынь и пустынь при высоком уровне испарения влаги.

Также засоление полей может происходить: в результате биологических почвенных процессов; при высыхании засоленных водоёмов; в результате переноса соли ветром; в случае высокой минерализации воды, используемой для орошения.

Игнорирование проведения мониторинга и аудита пахотных угодий для своевременного введения агротехнических мер, предотвращающих развитие засоления, часто является причиной развития солонцов на полях.

Действие солей на плодородие

Особо таксичное действие на плодородный почвенный слой оказывают избыточные натриевые и магниевые химические соединения легкорастворимых солей.

Соли провоцируют обезвоживание почвы на капиллярном уровне, что препятствует усвоению влаги корневой системой культуры.

Блокировка влаги солями на капиллярном уровне

На клеточном уровне в результате нарушения баланса калия и натрия блокируются синтез белков; нарушается баланс калия и кальция; замедляется процесс усвоения макро и микро элементов растениями; в целом замедляет все биологические процессы, связанные с ростом культур.

Причём негативное влияние солей на рост происходит как в сухих, так и во влажных пересоленых почвах. Вместе с этим соли негативно действуют на микробиологические процессы в почве, формирующие развитие гумуса.

Формы засоленности почв

В природе накопление в почве солей подразделяются на:

• засоленные участки — солончаки
• солонцы
• солоди

Солончаки имеют в массе своего профиля, в особенности в верхней его части, легкорастворимые соли.

Солонцы отличаются от солончаков тем, что характеризуются накоплением обменного натрия, а иногда и магния. При этом легкорастворимые соли солонцов расположены в нижнем, более глубоком горизонте.

Данные виды засоления часто встречаются в зоне сельскохозяйственных угодий. Ниже по тексту подробнее о классификации солончаков и солонцов, а также методы борьбы с ними.

Солоди являются результатом деградации солонцов, где происходит замещение в них обменного натрия Na⁺ на водород Н⁺. Преобразование солонца в солоди связаны с физическими и химическими процессами, а также с биологическими и биохимическими превращениями, в результате которых происходит образование большого количество органических кислот.

Данная форма засоления встречается в лесостепях, степях, среди сухих почв полупустыней, а также встречаются в таёжно-лесной зоне Якутии. Особенно широко солоди распространены в лесостепи Западно-Сибирской низменности. Такие почвы менее интересны в части их мелиорации и рассоления для дальнейшего их продуктивного сельскохозяйственного использования.

Солончаки или засоленные почвы

Почвы, которые в поверхностном слое своего профиля накапливают легкорастворимые соли называют засоленными или солончаками. Содержание соли в солончаковых грунтах может составлять от 0.6-07 до 2-3%.

По градации засолённости, почвы подразделяются на следующие типы:

• Незасолённые – хорошее развитие культуры с нормальной урожайностью без выпадов растений
• Слабозасолённые – слабое угнетение, выпады растений снижение урожайности от 10% до 20%
• Среднезасолённые – среднее угнетение, выпады растений, снижение урожайности от 20% до 50%
• Сильнозасоленные – сильное угнетение, выпады растений, падение урожайности от 50% до 80%
• Солончаки – урожая нет, выживают единичные растения

Структурный профиль солончака

Для поддержания и развития плодородия посевных угодий, бороться с повышенным содержанием соли следует начинать на стадии слабой солёности. Диагностируют содержание соли проведением лабораторных исследований проб земли.

Самыми вредными солями являются соединения в составе с натрием и магнием. Соли на основе кальция являются безвредными.

Борьба с засолённостью почв

Основной задачей в борьбе с засоленностью есть удаление токсичных солей из корнеобитаемого слоя земли промыванием.

Сразу нужно сказать, что само промывание можно подразделить на два вида:

1. Промывание с использованием естественных природных источников влаги, которое более доступно и не требует больших затрат.
2. Удаление солей промыванием с использованием искусственной подачи объёма воды. Такой метод более дорогостоящий и для успеха мероприятия требует пристального контроля специалистов.

Традиционный общий принцип рассоления промыванием говорит, что успех восстановления плодородия заключается в поднятии двух показателей:

• улучшение водопроницаемости почвы
• увеличение количества промывочной воды не содержащей солей

Глубокое рыхление чизельным плугом

Для повышения водопроницаемости грунта проводят обработку чизелем-глубокорыхлителем на глубине до 70 см. Это позволяет осенним и зимним осадкам промыть соль из верхних слоёв почвы в более низкие. Так удаление солей на глубину 12-15 см уже позволяет обеспечить нормальную всхожесть и удовлетворительное развитие культуры.

Для пропашных культур целесообразно дополнительно провести междурядное щелевание, которое обеспечить снижение солей в более глубокий горизонт.

В условиях близкого расположения грунтовых вод с высоким содержанием токсичных солей для повышения эффекта промывания почвы поля рекомендуется сделать систему дренажных канав, обеспечивающих отвод засолённой грунтовой воды.

Дополнительное промывающее действие на засоленные поля будут оказывать:

• снегозадержание
• кулисные пары
• уборка культур очесывающими жатками, которые оставляют после себя высокую стерню для хорошего снегозадержания.

Негативным эффектом промывания является попутное вымывание кальция, который положительно влияет на структуру почвы. В таких случаях недостаток элемента компенсируют известкованием или гипсованием с условием отсутствия содержания в добавках магния.

С учетом того, что все солонцы имеют щелочную среду — для подержания плодородия при посеве целесообразно будет использовать кислые удобрения такие, как:

• аммиачная селитра
• сульфат аммония
• карбамидо-аммиачная смесь
• полуперепревший навоз
• целесообразен посев покровных сидератов.

Также важным моментом в снижении засоленности есть грамотное построение севооборота с чередованием в посевах солестойких культур с мочковатым и стержневым строением корней. Это увеличивает естественную аэрацию и водопроницаемость горизонтов плодородного слоя.

Солонцы их классификация

Внешне солонцы проявляются плешами без всходов на посевах. При накопленной грунтовой влаги солонец проявляется вспухлой поверхностью почвы без растительности с высокой вязкостью. После испарения влаги поверхность трескается, образуя твердую корку, а в гумусном слое формируются твердые конгломераты – называемые солонцовыми столбами, в высокой плотности которых крайне затруднителен процесс прорастания всходов и формирования любой корневой системы.

Пересохшая поверхность солонца

Особенностью солонцов является то, что в поглощающем почвенном слое накапливаются солевые натриевые соединения, реже магниевые, где натрий содержится в обменной форме, а легкорастворимые соли находятся в более глубоком горизонте почвенного профиля.

Растительность солонца

По содержанию обменного натрия солонцы подразделяются на следующие виды:

• Остаточные — с содержанием обменного натрия меньше 10% от ёмкости поглощения
• Малонатриевые – содержание обменного натрия 10-15%
• Средненатриевые – содержание обменного натрия 15-25%
• Мнгонатриевые – содержанием обменного натрия больше 25%

Структурный профиль солонца

Одновременно по мощности верхнего гумусного слоя солонцы подразделяются на:

• Корковые – менее 5 см
• Мелкие – от 5 до 10 см
• Средние – от 10 до 18 см
• Глубокие – более 18 см

Профили столбчатых солонцов

Градация солонцов позволяет выработать стратегию агротехнических мер при борьбе с ними.

Методы борьбы с солонцами

В мероприятия по рассоленнию солонцовых почв входят следующие мероприятия:

• Гипсование
• Самогипсование
• Кислование
• Землевание

Гипсование

Данный приём относится к химическим методам мелиорации солонцов, где внесением гипсосодержащих удобрений добиваются преобразования натриевых соединений более легковымываемые. Конкретно, гипсовая добавка из сульфата кальция будет входить в химическую реакцию с обменным натрием благодаря сере в своём составе. В результате обменный натрий будет преобразовываться в легкорастворимый сульфат натрия (Na₂SО₄), который легко удаляется вымыванием из плодородного горизонта почвы.

(ППК)Na⁺+CaSО₄=(ППК)Ca²⁺+Na₂SО₄

Удалённый натрий будет заменятся на ион кальция входящий в состав гипса.
Одновременно гипс способен преобразовывать вредную соду (Na₂СО₃) с образованием того же легкорастворимого сульфата натрия (Na₂SO₄). А также кальций в составе гипса положительно влияет на структуру почвы и уменьшает в ней щелочную реакцию.

Na₂СО₃ +CaSО₄=CaCO₃+Na₂SO₄

В связи с тем, что вымывание сульфата натрия из почвы происходит при достаточном количестве влаги, гипсование рекомендуется проводить при условии годовой нормы осадков не менее 350 мм. При этом эффективность работы гипса зависит от хорошего его распределения в солонцовом слое. Поэтому гипс целесообразно вносить под глубокую зяблевую вспашку.

На корковых и мелких солонцах гипс вносят после вспашки под культивацию. На средних солонцах при залегании солей на глубине от 10 до 18 см внесение осуществляют в два этапа: 1 этап -под вспашку, 2 этап – под культивацию после вспашки. При глубоком залегании солонца более 18 см весь объём нормы гипса вносят перед вспашкой и заделывают плугом с предплужниками.

Внесение гипса в почву

Норма внесения гипса напрямую зависит о количества содержания обменного натрия в солонцовом слое. Чем больше обменного натрия тем выше норма внесения гипса. Обычно норму внесения просчитывают лаборатории, на основе полученных результатов анализов проб почвы.

Если солонцовые участки занимают на поле менее 70%, то норму внесения гипса устанавливают для каждого отдельного солонцового участка, осуществляя забор отдельных проб почвы. В случае, когда площадь поражена солонцом выше чем на 70%, тогда рассчитывают единую норму внесения для всего поля.

В качестве антисолонцовой гипсовой добавки используют:

• двуводный гипс (сыромолотый гипс)
• отходы производства фосфорных удобрений – фосфогипс или глиногипс
• отходы содового производства

Одновременно с гипсованием также применяют ряд тех же мероприятий в случае восстановления засоленных земель, а именно: влагонасыщенние снегозадержанием, глубокая обработка чизелем и щелевание междурядий пропашных посевов, применение в севообороте солестойких культур.

Кислование солонцов

Данный вид химической обработки производят при наличии в почвах солонцовых и содовых соединений в виде карбонатов и бикарбонатов. Такая форма засоления имеет вид одновременного наличия солонца и засоления, где в виду высокого уровня щелочной среды (рН˃8-9) практически ничего не растёт. В такие почвы внесение гипса практически бесполезно в виду их очень плохо растворения в щелочной среде.

Кислование через орошение почвы

Для кислования стандартно используют соединение серной кислоты (H₂SO₄). Процесс кислования осуществляют с помощью оросительных систем, где в воду добавляют серную кислоту в доле 0.8-1% к общему подаваемому объёму.

В результате внесения раствора происходят две химические реакции:

1. преобразование соды в сульфат натрия, который в последствии хорошо подаётся вымыванию водой
2. карбонат кальция превращается в гипс, который в последствии будет бороться с солонцами

Также для кислования солонцов можно использовать железный купорос (FeSO₄), который после внесения преобразуется серную кислоту (H₂SO₄) и далее продолжает работать в выше описанном алгоритме химических преобразований.

Землевание солонцов

Метод заключается в искусственном нанесении на поверхность солонцового участка плодородный слой почвы, предварительно снятый с другой здоровой части поля. Толщина такого слоя может быть от 10 до 20 см. Землевание стоит сочетать с внесением органических удобрений на донорские участки, последующим посевом седиратов и покровных культур.

Самогипсование или самомеллиорация солонцов

Данный вид мелиорации возможен в случае залегания под солонцовым горизонтом гипса либо карбоната кальция (извести). Нейтрализация солонца осуществляется проведением плантажной вспашки на глубину 50-55 см. Перемешиванием известкового или гипсового горизонта с солонцовым достигается их нейтрализующее химическое взаимодействие, которое позволяет в последствии осуществить вымывание легкорастворимого образованного сульфата натрия Na₂SО₄.

Процесс такой мелиоративной операции зависит от высоты горизонта солонцового слоя и глубины залегания гипса или извести.

На средних и глубоких солонцах применяется трёхъярусная вспашка, в результате которой верхний гумусный слой остаётся на месте, а солонцовый и гипсовый слои меняются местами и частично смешиваются.

Глубокая плантажная вспашка

На мелких солонцах, с залеганием гипса на глубине до 40 см, применяют чистую плантажную вспашку при которой осуществляется равномерное перемешивание гумусного, солонцового и гипсовых слоёв. После обработки плантажным плугом производят обработку тяжёлыми дисковыми боронами и высевают высокостебельные культуры для создания кулис.

Фитомелиорация засоленных земель

Данный вид рекультивации заключается в чисто подборе севооборота солестойких полевых культур, которые позволяют улучшить водопроницаемость почвы и перезапустить биологические процессы в засоленном плодородном слое. В профессиональной среде агрономов данный вид мероприятий по борьбе с солонцами называют — фитомелиорацией.

Экономическая доступность

Несмотря на более продолжительный процесс снижения засолённости почвы таким способом, его преимуществом является дешевизна и доступность, не требующая использования в агротехнике дополнительного специального оборудования.

Часто посев культур осуществляют без предварительной обработки почв, что значительно снижает затраты. В процессе восстановления, практики не рекомендуют использовать гербициды, так как сорная растительность играет положительную роль в борьбе с засоленностью почвы.

Активизация регенерации плодородия

Конкретно для восстановления водопроницаемости и насыщению почвы воздухом рекомендуется осуществлять посевы смесями культур, имеющих как стержневое, так и мочковатое строение корневых систем.

Развитие мочковатых корней в верхнем засоленном, монолитном слое обеспечивает изменение его структуры делением на мелкие комочки. Таким образом восстанавливается насыщение воздухом и влагой на капиллярном уровне.

Глубоким проникновением стержневых корней обеспечивается влагообмен между горизонтами почвы, что стимулирует вымывание вредных солей в более нижние горизонты.

Вместе с этим благодаря затенению поверхности поля культурой снижается процесс испарения влаги, провоцирующий засоления верхнего гумусного слоя. В почве возобновляются ряд биологических процессов развивающих образование гумуса. В последствии нейтрализации действия токсичных солей появляется возможность возделывать менее стойкие к соли культуры.

Солеустойчивые культуры

Для восстановления почв, поражённых солонцами, в севооборотах применяют следующий ряд наиболее солеустойчивых культур:

• люцерна
• суданская трава
• ячмень
• нут
• донник
• сорго
• рапс

Подбор культур и стратегии севооборота

Нужно отметить, что успех регенерации почв во многом зависит от действия множества факторов, включающих:

• физический и химический состав
• годовая норма осадков
• температурный режим
• рельеф поля
• расположение и состав грунтовых вод
• действия ветровой эрозии

Понимая сложность влияния выше указанных факторов конкретный рецепт в подборе высева культур просчитать невозможно, поэтому подбор и их чередование осуществляют опытным путем.

Для этого осуществляют высев смеси двух, трёх или четырёх культур на засоленных участках. По результатам всходов и конечному результату сформированных стеблей культур выявляют наиболее устойчивый вид растения на конкретном засолённом участке. Второй посев осуществляют с доминированием в смеси культуры, которая дала лучшие результаты в первом посеве. Одновременно отслеживают изменения в структуре почвы и её химическом составе. При улучшении в севооборот включают другие культуры. Таким образом выстраивают стратегию чередования культур в севообороте с постоянным контролем динамики на улучшение проблемного участка.

В среднем подбором севооборота удаление солонцовых пятен происходит после 4-5 лет данного подхода использования земли. Вместе с этим нужно понимать, что такие подверженные засолению участки, не могут использоваться стандартным образом, и после проведённого рассоления требуют постоянного мониторинга с корректировкой севооборота.