Промывка засоленных почв

Основные положения

Засоление почвы — это процесс накопления в них растворимых солей, приводящий к образованию солончаковатых (глубинное засоление), солонцовых (поверхностное засоление) и содозасоленных почв.

По состоянию на 2010 г. по данным Института мировых ресурсов (Word Resources Institute) около 10% поверхности континентов Земли покрыто засоленными почвами. В большей степени они распространены на территориях аридных районов. Проблема засоления почв серьезно проявляется в 75 странах мира, в том числе в Австралии, Китае, Индии, Ираке, Мексике, Пакистане, США и др. Из 222 млн га пашен засоленные и осолонцованные почвы занимают 40 млн га; солонцы, солончаки, солоди — 62 млн га. Для орошаемых земель применение агрохимической мелиорации требуется на территориях общей площадью 211 тыс. га, где сильно засоленные почвы составляют более 110 тыс. га [14].

Засоленные почвы России располагаются на территориях, составляющих 53 997 тыс. га или 5% общей площади России, в том числе 10% площади равнин.

При этом все природно-экономические районы нашей страны на территориях от Центрально-Черноземного до Дальневосточного, кроме Северного, засолены в пределах от 0,28 до 31,40%. Наибольшей степени засоления подвержены Поволжский и Северокавказский регионы, соответственно на 31,40 и 16,55% [15].

Засоление по источникам может быть первичным и вторичным. Первичное засоление почв происходит вследствие испарения грунтовых вод, солености почвообразующих (материнских) пород или в результате действия переносов солей и их отложения. Вторичное засоление возникает в результате искусственного изменения водного режима, например, при проведении неправильных технологий орошения.

Засоленные почвы представляются группой почв разного генезиса и свойств, имеющих в профиле такое количество легкорастворимых солей, которое ухудшает плодородие почв и отрицательно влияет на рост и развитие большинства растений [15].

По химизму засоления различают почвы с нейтральным засолением при pH равном или менее 8,5 (хлоридное, сульфатно-хлоридное, хлоридно-сульфатное, сульфатное), и щелочным засолением, когда значение pH становится более 8,5 (хлоридно-содовое, содово-хлориднос, сульфатносодовое, содово-сульфатное, сульфатно-хлоридно-гидрокарбонагное).

Оценка засоления почв, как правило, определяется значениями анионов (СОз², НС0₃, S0₄²") и катионов (Са²⁺, Mg²⁺, Na К⁺) лсгкорастворимых солей. В некоторых случаях дополнительно к ним определяют ионы боратов, нитратов и нитритов [22].

Токсичное действие легкорастворимых солей проявляется в увеличении осмотического давления почвенной влаги, снижении ее доступности для корневой системы растений, нарушении нормального соотношения элементов минерального питания, отрицательном воздействии на свойства почв. В этом случае соли могут оказывать на растения специфическое токсическое действие.

Легкорастворимые соли засоленных почв находятся как в составе почвенного раствора, так и твердых фазах почвы (как в виде минералов, так и в виде ионов в составе почвенного поглощающего комплекса).

Основными соединениями, участвующими в засолении почв, являются: карбонат кальция — мел (СаС0₃) — сильно сцементирован; карбонат магния (MgC0₃); карбонат натрия — сода (Na?C0₃— ЮН₂0) — крайне токсичен; карбонат калия — поташ (К₂С0₃) — токсичен; сульфат кальция — гипс, алебастр (CaS0₄ Н₂0, CaS0₄); сульфат магния — английская соль, горькая соль — магнезия (MgS0₄-7 Н₂0) — крайне высокая токсичность для растений; хлорид натрия (NaCl) — поваренная соль (вещество, токсичное для растений); хлорид калия (KCI); хлорид магния — бишофит (MgCI₂) — высокая токсичность для растений [22].

К нетоксичным солям относят СаС0₃, CaS0₄ — Н₂0 и Са (НС0₃)₂.

Наибольшей токсичностью для растений обладают карбонаты натрия, затем следуют хлориды и нитраты щелочей; сульфаты — наименее токсичны. Смесь различных солей всегда более безвредна, чем преобладание одной соли [18].

С точки зрения плодородия почв наиболее важным показателем является засоленность верхнего (метрового) корнеобитаемого слоя. Наличие солей на глубинах второго метра почвенного профиля и в подстилающих породах способствует развитию вторичного засоления [15,17].

Источниками поступления солей в почвы служат горные породы, почвенно-грунтовые воды, эоловый перенос солей с моря на сушу, атмосферные осадки, разложение растительности, неэффективное орошение [14].

Основной источник образования солей в почве — процесс выветривания горных пород с последующим перераспределением солей под действием поверхностных вод и их аккумуляцией в понижениях рельефа. При выветривании горных пород образуются хлориды, сульфаты, нитраты, силикаты и карбонаты (за счет взаимодействия с С0₂ воздуха).

Засоление почв может происходить под влиянием тектонических поднятий, когда соленосные породы выклиниваются на рельефную поверхность ландшафта. Кроме этого также возможно вторичное растворение солей почвообразующих подстилающих пород пресными грунтовыми (ирригационными) водами, а также их перенос и аккумуляция в нижние горизонты почвенного профиля.

Засоление может быть вызвано также эоловым переносом солей с моря на сушу (импульверизация) в виде капель и твердых аэрозолей в бассейнах соленых озер, морей и с поверхности солончаков. Такой перенос солей ветром может достигать от 20 до 30 т/км² [14].

Источником солей, кроме того, служат атмосферные осадки. Содержание солей в них обычно не превышает от 20 до 30 мг/л, но в приморских районах достигает 400 мг/л.

Засоление почв может происходить также в процессе разложения остатков растительности, особенно галофитной. В этом случае освобождаются минеральные вещества остатков растительных и животных организмов и продуктов их жизнедеятельности.

К галофитным относят растения сильно засоленных почв — солончаков и морских побережий, устойчивых к повышенным конценграциям солей. Такими являются солянки, ксрмск, тамариск, некоторые виды полыни и др.

Неэффективное орошение (превышение поливных норм и неудовлетворительный дренаж) служит причиной вторичного засоления почв.

Оросительные воды при бездренажном орошении в аридном климате могут быть источником солей в почве, так как содержат то или иное количество растворимых солей. Оптимальное содержание солей как источника питания корневой системы растения в поливной воде составляет 1 г/л и меньше.

Особо выделяются случаи засоления почвы грунтовыми водами. Они являются непосредственными источниками поступления солей в почву вследствие высокой испаряемости влаги. Поверхностные и грунтовые воды, содержащие в себе легкорастворимые соли, не всегда достигают водоприемного русла и задерживаются на территориях рельефа с наименьшими уклонами. Уровень грунтовых вод становится близким к поверхности и составляет от 1 до 3 м, в результате чего происходит капиллярный подъем минерализованных грунтовых вод. Вода при этом быстро испаряется, а минеральные соли остаются в верхних слоях почвы, засоляя их. Наибольшая величина концентрации солей, которая при определенной глубине и режиме орошения не вызывает засоления почвы, называется критической минерализацией природных вод. Глубина расположения критической концентрации солей зависит от механического состава почвы, величины и интенсивности испарения.

Засоленность природных вод происходит в ходе насыщения природных вод минеральными веществами (солями) [15].

Степень минерализации воды оценивают по сухому остатку, представляющему собой содержание в воде нелетучих минеральных и органических соединений в единицах массы на объем воды г/м³, мг/л. Классификация минеральных вод по степени минерализации представлена в табл. 8.

Таблица 8.

Классификация минеральных вод

Под критической минерализацией грунтовых вод понимают степень концентрации солей, при которой в условиях гидроморфных почв (в естественных условиях или при ирригации и дренаже) капиллярновосходящие токи грунтовых вод вызывают засоление верхних почвенных горизонтов.

По водородному показателю pH засоленные природные воды подразделяются на кислые, когда pH составляет менее 7, нейтральные при рН=7 и щелочные при pH более 7.

Для характеристики состава промывочных вод применяют полевой, сокращенный и полный анализы.

Промывки засоленных почв подразделяют на капитальные и эксплуатационные (профилактические). Капитальные промывки проводят при среднем и сильном исходном засолении почв, эксплуатационные — при слабом засолении. Нормы расходов воды при капитальных и эксплуатационных промывках зависят от содержания и химизма воднорастворимых солей в почве, мощности промываемого слоя, воднофизических и физико-химических свойств почв и грунтов, минерализации промывной воды и условий их отвода.

Промывной нормой нетто называют количество воды, необходимой только для растворения и выноса водно-растворимых солей из расчетного слоя почвы. Она измеряется в метрах слоя воды м/га или в кубометрах на гектар (м/га).

Общее количество воды, необходимое для удаления из почвы избыточных солей промывкой на площади 1 га, называют промывочной нормой брутто. Промывочные нормы устанавливают расчетом и на основании изучения опыта промывки засоленных почв в условиях проектируемого объекта или по аналогам, полученным в аналогичных почвенномелиоративных условиях. Такая норма на глинистых почвах в 4 раза больше, чем на почвах легкого механического состава. При этом она колеблется от 1500 до 12 500 м³/га и складывается из объема воды, необходимого для насыщения слоя почвы И для наименьшей влагосмкости, и из объема воды, необходимого для растворения избыточных солей, вымывания и отвода их в дренаж. Засоленные земли промывают следующими друг за другом поливами с интервалом не более восьми дней.

Наибольшая эффективность промывного полива наблюдается при поливной норме, соответствующей от 30 до 40% наименьшей влагоемкости опресняемого слоя. Для метрового почвенного слоя на легких почвах норма промывного полива находится в пределах от 700 до 900 м³/га, на средних — от 900 до 1100 м³/га и на тяжелых — от 1100 до 1500 м³/га [25].