Для оптимизации экологической обстановки на засоленных почвах применяют их промывку (если есть условия для сброса промывных вод), орошение, увеличение емкости поглощения почв и их гумусированности. Концентрация почвенного раствора в засоленных почвах достигает 20-30, а иногда 300-400 г/л. Поэтому полив даже минерализованной водой до 3-8 г/л существенно снижает концентрацию солей в почвенном растворе и благоприятно действует на развитие растений.
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.
Солонцы и солонцовые почвы довольно широко распространены в нашей стране. Для мелиоративной их характеристики необходимо учитывать такие показатели, как комплексность почвенного покрова, тип и степень засоления почв, мощность надсолонцового и солонцового горизонтов, содержание обменного натрия и соды, емкость поглощения, глубину залегания карбонатов и гипса. В первую очередь, они характеризуются степенью солонцеватости – долей обменного натрия от емкости поглощения почв:
Na% = [Na/(Na+S)]100. При этом показателе до 10% выделяются остаточные солонцы; 10-25% - малонатриевые; 25-40% - средненатриевые; более 40% - многонатриевые. Для развития сельскохозяйственных культур допустимо, когда этот показатель 5-10%, в зависимости от свойств почв. Чем больше степень солонцеватости, тем хуже в агрономическом и экологическом отношении данная территория.
Засоленные почвы и солонцы, как правило, обладают повышенной щелочностью. Актуальная щелочность обусловлена наличием в растворе гидролитически щелочных солей Na2CO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2и др. В актуальной щелочности выделяют щелочность от нормальных карбонатов СО32-, бикарбонатов НСО3-, боратов, силикатов и общую щелочность. Потенциальная щелочность обнаруживается из почв, содержащих поглощенный натрий. При содовом засолении почв почвенный поглощающий комплекс насыщается обменным натрием до 50-70% от емкости поглощения, реакция почвенного раствора достигает рН=9-11, теряется комковатая структура, почва становится глыбистой и плотной. По рН почвенного раствора или водной вытяжки выделяют слабощелочную реакцию среды рН=7,2-7,5; щелочную – рН=7,6-8,5 и сильнощелочную реакцию – рН более 8,5. Чем выше щелочность, тем в агрономическом и экологическом отношении почва хуже. Это иллюстрируется данными следующей таблицы.
Таблица 9
Влияние щелочности на урожай пшеницы (Зимовец Б.А., 1991)
Степень щелочности: рН(Н2О) :Токсичная щелочность: Биологический :Потери урожая
: : НСО3-Са),мг-экв/100г: урожай пшеницы
: : : т/га :
нещелочные < ,5 < 0,7 25-30 0
слабощелочные 7,5-8,5 0,7-1,0 20-25 0-20
среднещелочные 8,6-9,0 1,1-1,6 15-20 20-40
сильнощелочные 9,1-9,5 1,7-2,0 10-15 40-60
очень щелочные > 9,5 > 2,0 >10 > 60
Качество почв ухудшается с уменьшением мощности надсолонцового горизонта, с увеличением мощности солонцового горизонта, с увеличением доли засоленных почв в структуре почвенного покрова.
Для улучшения солонцовых почв применяются различные виды мелиораций. Наиболее часто используют: 1) химическую мелиорацию – внесение в почву соединений, вызывающих коагуляцию почвенных частиц и улучшение водно-физических свойств; 2) биологическую мелиорацию – выращивание солеустойчивых и солонцоустойчивых растений (бекмании, житняка, земляничного клевера); при этом с укосом из почвы выносятся соли и натрий; 3) фитомелиорацию – запашку в почву зеленых растений; 4) агробиологическую мелиорацию, включающую глубокую мелиоративную обработку с рыхлением иллювиального горизонта; влагонакопление с введением черных и кулисных паров, снегозадержания, полезащитных лесных полос и орошения; внесение органических и минеральных удобрений; рыхление почв с целью их пересыхания в летний период и промораживания в зимний период, что способствует повышению концентрации электролитов в почвенном растворе и коагуляции почв; 5) электромелиорацию.
Следует отметить, что почвы развиваются в направлении достижения равновесия с окружающей средой. Очаги выноса на поверхность солей – образование солонцов и солончаков обусловлены существующими потоками вещества и энергии в ландшафте. В связи с этим, локальная мелиорация не устраняет причин образования засоленных почв и через несколько лет они развиваются вновь. При коренной переделке рельефа и водного режима существующие потоки соленых вод выклиниваются на соседних территориях. С экологической точки зрения, очаги развития засоленных почв на поверхности представляют собой конуса выноса токсикантов, конечные точки существующих в природе потоков. Разумнее их оставить без изменения, направив большие усилия на повышение плодородия более ценных в агрономическом отношении почв. При небольших участках таких почв в пределах поля такой мелиорацией все-таки приходится заниматься.
При планировании мелиораций также следует учитывать, что, улучшая одни свойства почв, мы часто ухудшаем другие. Необходим поиск компромисса. Оптимумы показателей почв отличаются, в зависимости от целей мелиорации – для повышения плодородия почв, повышения урожайности сельскохозяйственных культур, оптимизации экологической ситуации. Так, например, ряду растений необходим натрий, однако, увеличение доли натрия в ППК приводит к ухудшению свойств почв, усилению миграции в грунтовые воды органического вещества и т.д. Увеличение концентрации солей в почве при ее промораживании, пересыхании приводит к коагуляции коллоидов, что улучшает структуру почв, однако, соли, ингибирующе действуют на развитие растений. Как правило, необходима комплексная мелиорация солонцовых почв, дифференцированная в зависимости от их вида.
Химическая мелиорация солонцов
Химическая мелиорация солонцов основана на том, что при замещении в ППК почв иона натрия на другие ионы, вызывающие коагуляцию частиц, химические и физические свойства почв существенно улучшаются. Наиболее часто для мелиорации солонцов применяют гипс. Он относительно дешев, достаточно растворим в воде, безвреден при использовании в больших количествах для многих культур и эффективен как на карбонатных, так и на бескарбонатных почвах.
Гипсование почв может проводиться для оптимизации свойств, процессов и режимов почв и повышения их плодородия, для оптимизации экологической ситуации, для улучшения роста и развития культур. Очевидно, что оптимизация одних компонентов экосистемы не всегда соответствует оптимизации других компонентов экосистемы. Помимо гипса, для мелиорации солонцов применяют СаС12, СаСО3, серу, серную кислоту, сульфат железа, сульфат аммония, полисульфид кальция и кислые отходы производства. Среди всех мелиорантов хлористый калий наиболее пригоден для мелиорации солонцов, поскольку его можно добавлять к ирригационным водам, т.к. он обладает высокой растворимостью. Однако, он слишком дорог. Мел и известняк достаточно эффективны на осолоделых почвах. В то же время в Ставрополе успешно применяют СаСО3 в смеси с серной кислотой (на участок вносят СаСО3 и сверху поливают разбавленной технической серной кислотой). При этом образующееся при реакции поглощенного натрия с СаСО3 соединение Na2CO3нейтрализуется кислотой. Мелиорирующее действие резко возрастает при добавлении навоза, что связано с образованием из СаСО3 соединения Са(НСО3)2, в результате взаимодействия СаСО3 с образующейся при разложении навоза углекислотой. Все вещества, содержащие серу, применяемые для мелиорации почв, эффективны, благодаря действию на почву серной кислоты, которая входит в состав исходных продуктов или образуется в результате гидролиза или окислительной деятельности микробов.
Расчет доз гипса
Отрицательные свойства большинства солонцовых почв обусловлены обменным натрием выше 5% от емкости поглощения. Однако, в некоторых ситуациях высокая плотность, низкая водопроницаемость и другие неблагоприятные в агрономическом отношении свойства обусловлены сочетанием в ППК натрия и магния или остаточным их влиянием, когда указанных катионов в почве в поглощенном состоянии в большом количестве уже нет, а их негативное влияние на плодородие осталось. Поэтому для натриевых солонцов дозы гипса рассчитываются по степени солонцеватости, активности натрия, дзэта-потенциалу. Для малонатриевых солонцов дозы гипса рассчитываются по порогу коагуляции, принципу донасыщения. Наиболее часто количество вносимого в почву гипса рассчитывают по содержанию обменного натрия. При этом считается, что для луговых и лугово-степных солонцов не является вредным 10% натрия от емкости поглощения, но для степных солонцов хлоридно-сульфатного засоления - 5% от емкости поглощения.
Расчет доз гипса для луговых и лугово-степных солонцов проводится по формуле: Г + 0,086(Na+ - 0,1E)H . ПП . т/га (исходя из 100% СаSO4. 2H2O), где Na+ - содержание обменного натрия, мг-экв/100 г; Н – мощность мелиорируемого слоя, см; ПП – плотность почв, г/см3; Е – емкость поглощения почв, мг-экв/100 г почв; 0,086 – коэффициент перевода кальция в гипс. Для степных солонцов хлоридно-сульфатного засоления Г=0,086(Na+ - 0,05E)H . ПП т/га. Плотность пахотного надсолонцового горизонта (ПП) чаще равна 1,2 г/см3, солонцового – 1,5 г/см3, иллювиального карбонатного – 1.4 г/см3. Мощность мелиорируемого слоя (Н) составляет чаще 25-35 см. Нормы гипса обычно для луговых солонцов – 8-10 т/га, для лугово-степных и степных – 3-5 т/га. В солонцах, где содержится свободная сода, количество мелиорирующих веществ увеличивают, в соответствии с наличием карбонатов и бикарбонатов натрия. Расчет норм проводят по формуле: Г = 0,086[(Na – 0,1E) + (CO32+ + HCO3-) – 1,0] H .ПП, где (СО32- + НСО3-) – содержание данных ионов в водной вытяжке, мг-экв/100 г почвы; 1,0 – количество этих ионов в одной вытяжке, безвредное для растений. Для магнезиальных солонцов расчет дозы гипса проводится по формуле: Г = 0,086[(Na+ - 0,1E) + (Mg2+ - 0,3E)]H . ПП.