Проведение множества лабораторных исследований подтвердило, что полностью предотвратить образование солевых отложений в составе грунта невозможно. Поэтому в настоящее время все усилия направлены на профилактику данного процесса.
Основные причины засоления почв, его характерные зоны и методы борьбы
Земля представляет собой ключевой природный ресурс, и для успешного ведения сельского хозяйства важно тщательное изучение структуры почвы, что включает в себя депонирование ее характеристик, состава и наличия солей. В наши дни проблема засоления почв становится все более острой. Этот процесс включает в себя накопление значительных количеств карбонатов, сульфатов и хлоридов в матрице земли.
Засоление почвы определяется как чрезмерное накопление электролитических солей в корнеобитаемом слое земли. Это приводит к подавлению роста сельскохозяйственных растений, что, в свою очередь, негативно сказывается на количестве и качестве урожая.
Согласно статистическим данным, засоленные почвы являются довольно распространенным явлением, занимая около 25% всех земель на нашей планете. Наибольшее количество таких территорий зафиксировано в засушливых регионах Южной Америки и Австралии, а также в Северной Африке, на западном побережье Соединенных Штатов, в Южном Казахстане и в Средней Азии.
Агроном с 12-ти летним стажем. Наш лучший дачный эксперт.
Данное нарушение типично для природных зон с засушливым климатом, что делает его особенно распространенным в пустынях и полупустынях. Также этот процесс можно наблюдать в районах с пониженными рельефами.
Основные причины засоления
Для эффективного решения проблемы необходимо определить источники ее возникновения. В целом факторы, провоцирующие засоление, делятся на две категории: естественные и антропогенные.
Естественные факторы
В этой категории засоление грунта в основном обусловлено различными природными процессами. Эти процессы могут встречаться на всех типах почвы. При первичном засолении, которое может происходить на протяжении веков, происходит естественное поднятие солей из подземных вод на поверхность почвы. В этом случае на уровень солености влияет как плотность подземных вод, так и количество растительности, произрастающей в непосредственной близости.
Агроном с 12-ти летним стажем. Наш лучший дачный эксперт.
Засоление также может происходить в результате осадков. Какие климатические условия способствуют этому процессу? Дожди, град и снег представляют собой воду, содержащую определенные соли. На протяжении длительного времени природа сама создает условия, которые ведут к засолению почвы, делая ее непригодной для дальнейшего использования.
Антропогенные факторы
Одной из главных причин засоления почв является деятельность человека. В процессе проведения сельскохозяйственных работ почва подвергается различным воздействиям. Признаки засоления особенно ярко проявляются в регионах с интенсивной аграрной деятельностью.
При выращивании растений часто используются системы орошения, которые призваны повысить урожайность. Однако, как показывает практика, это приводит к заболачиванию грунта. Избыточное количество влаги повышает уровень подземных вод, что в свою очередь способствует подъемам растворенных в них солей. Таким образом, происходит накопление соли.
Засоление поверхности почвы связано с поступлением воды из системы орошения, тогда как поражение нижних слоев происходит в связи с увеличением уровня подземных вод.
Что такое засоление почвы?
Перед тем как выбрать, какую культуру посеять на участке, необходимо тщательно проанализировать состав почвы, ее свойства, характеристики, а главное – уровень солей в ней. С проблемой засоления почв сталкивается множество агрономов. Если ранее содержание соли в почве было близким к нулю, то теперь наблюдается резкий рост этого показателя.
Засоление почв – это процесс, в ходе которого в грунте накапливаются карбонаты, сульфаты, хлориды в количестве, превышающем норму. Повышенная соленость приводит к снижению качественных характеристик земли, что делает ее непригодной для роста и развития растений и посевных культур.
Засоленные грунты чаще всего встречаются в низменных местностях, особенно на полях, подвергаемых орошению. Высокое содержание солей является характерным признаком для природных зон с сухим климатом.
Соленость — это показатель, который можно определить исключительно в лабораторных условиях путем соответствующих тестов. В зависимости от уровня соли почва классифицируется следующим образом:
- слабозасоленная;
- среднезасоленная;
- засоленная;
- сильнозасоленная.
Каждый из перечисленных типов почвы характеризуется высоким уровнем содержания солей, который, в свою очередь, оказывает влияние на биоразнообразие почвы и ее урожайность.
Соли, содержащиеся в почве, различаются по глубине залегания, составу и степени вредности.
В зависимости от вышеуказанных характеристик, почва может быть:
- солончаковой (глубина солей не более 30 см);
- солончаковатой (глубина не более 80 см);
- глубоко солончаковатой (глубина до 1 метра 50 сантиметров);
- глубокозасоленной (слой соли свыше 1,5 метра).
С учетом химического состава солей, почва классифицируется на:
- хлоридные (преобладают хлориды натрия и магния);
- сульфатные (в грунте содержится большое количество сульфатов натрия и магния);
- карбонатные (в ходе осадочных процессов накапливаются карбонатные соли).
Каждое из перечисленных химических соединений является крайне токсичным не только для растений, но и для всей живой природы, обитающей на этой территории.
Причины возникновения
На сегодняшний день проблема засоления почв становится всё более актуальной. Учёные со всего мира на протяжении длительного времени исследуют, что на самом деле вызывает этот процесс и почему он происходит. Установлено, что существует несколько факторов, способствующих этому явлению.
Естественное засоление
Здесь основным виновником является природа и её процессы. Это явление может быть характерно для любого типа грунта. При первичном засолении, которое накапливается на протяжении веков, происходит естественный процесс поднятия на поверхность солей из подземных вод. В данном случае уровень солености зависит от глубины залегания подземных вод и от числа близко растущих растений.
Кроме того, следует помнить об осадках. Дожди, снег и град — это все вода, содержащая соли. На протяжении столетий природа формирует условия, способствующие засолению почвы, делая ее непригодной для ведения сельского хозяйства.
Антропогенное воздействие
Основным источником вторичного (антропогенного) засоления почвы становится именно деятельность человека, ее влияние на природные ресурсы. В регионах, где ведется активное сельское хозяйство, уровень солей в почвах значительно выше.
Известно, что для увеличения урожайности используются системы орошения. Однако это приводит к заболачиванию почвы, увеличивает уровень подземных вод, а вместе с ними подъем растворенных в воде солей. В результате соли накапливаются в верхних слоях: сверху – из-за воды из систем орошения, и снизу – благодаря повышению уровня грунтовых вод.
Существует два вида засоления
Выделяются следующие типы засоления:
- первичное (естественное);
- вторичное (вызванное антропогенной деятельностью).
Первичное засоление — это медленно протекающий природный процесс, который в основном вызван поднятием солей из подземных вод к верхним слоям почвы путем восходящих потоков влаги. Данное явление возможно при наличии определенной структуры пород и глубины залегания соленых подземных вод. Растения поглощают поднявшуюся влагу, и соли накапливаются в почве, достигая критически высокого уровня. Осадки также могут стать причиной этого процесса, поскольку даже дождевая вода содержит небольшое количество растворенных солей.
Вторичное засоление почв чаще наблюдается в условиях орошаемых земель, особенно в засушливом климате. В таких местах подземные воды обычно находятся на значительной глубине и не достигают поверхностного слоя почвы. Однако с началом использования орошения для полива сельскохозяйственных культур, уровень грунтовых вод начинает возрастать. Кроме того, сама вода для орошения часто содержит определённое количество растворенных минералов, которые остаются на поверхности после полива. Так, постоянное увлажнение почвы приводит к повышению уровня подземных вод, которые, поднимаясь, испаряются, оставляя соли на поверхности.
Таким образом, ведение сельскохозяйственного производства в условиях аридного климата связано с рядам противоречий:
- если не использовать орошение, количество урожая будет недостаточным из-за нехватки влаги;
- если использовать орошение, засоление непременно случится, и почва утратит свою пригодность для выращивания сельскохозяйственных культур.
Методы борьбы с засолением почвы
Существует множество методов для борьбы с засолением почвы, включая агротехнические, строительные и эксплуатационные меры. Главные задачи, которые ставятся перед данными методами, заключаются в восстановлении изначального уровня подземных вод и снижении испаряемости влаги из почвы.
Строительные меры включают:
- уменьшение потерь воды путем строительства лотковых сеток и облицовочных каналов;
- об Equipировать системы орошения современными гидротехническими сооружениями;
- автоматизация распределения воды;
- использование технологий полива, которые не ведут к перенасыщению подземных вод;
- организация дренажно-сбросных сеток для рисовых полей на низменных участках;
- защита орошаемых земель от паводков и водоемов, расположенных выше по течению;
- постройка дамб, дренажных труб, дренажно-сбросных систем и ловчих каналов.
Эксплуатационные меры включают:
- недопущение превышения контрольного уровня расхода воды при неограниченном использовании систем орошения;
- соблюдение норм подачи воды во все каналы;
- соблюдение стандартов полива и промыва;
- уменьшение интенсивности использования каналов в осенние и зимние месяцы;
- повышение эффективности работы систем орошения через их обновление и модернизацию.
Агротехнические меры к борьбе с засолением включают:
- посев многолетних трав, которые способны активно поглощать соли;
- нормализация водно-солевого режима в земле путем вспашки, боронования и зяблевой вспашки;
- внесение органических удобрений;
- гипсование;
- создание затенения почвы с помощью растительности;
- формирование полос древесной растительности для улучшения микроклимата и снижения испаряемости почвенной влаги.
Благодаря вышеуказанным мерам возможно снижение уровня подземных вод на орошаемых территориях, что приводит к восстановлению почвы. Постепенно теряющиеся урожаи уменьшаются год от года.
Классификация засоленных почв
Для различения засоленных и незасоленных почв в России применяются данные лабораторных анализов водных вытяжек. Засоленность почв определяется по четырем критериям:
- Глубина залегания верхней части солевого горизонта (поверхностно-, глубоко-, среднепрофильно-засоленные почвы);
- Химический состав солей (хлоридное, сульфатное, нитратное, гидрокарбонатное засоление);
- Степень засоленности (слабо-, средне-, сильнозасоленные почвы);
- Солевой профиль.
На основании обобщающего анализа работ В. А. Ковды (2008) можно выделить несколько типов таких образований:
- солевые коры (известковые, гипсовые, соляные) современного или реликтового происхождения, с мощностью от 3-5 см до нескольких метров. Они распространены в полупустынных и пустынных зонах. На их поверхности часто образуются химически практически чистые солевые отложения (содержание солей 50–60 %);
- солончаки (содовые, сульфатные, хлоридные и прочие), в основном встречаются в полупустынных и пустынных районах. Эти почвы характеризуются высоким содержанием легкорастворимых солей (более 2–3 %, иногда 10–30 %) в верхнем горизонте (0–30 см);
- солончаковатые почвы (средней степени засоленности), содержание солей которых в верхних горизонтах не превышает 0,3–0,8 %. В химическом отношении эти почвы могут подразделяться на содовые, хлоридные, сульфатные, боратные и нитратные типы засоления, а также смешанные. Они чаще всего встречаются в степных и сухостепных районах;
- щелочные почвы (солонцы, солонцеватые почвы), которые распространены в степях, саваннах и лесостепях. Здесь легкорастворимые соли находятся не на поверхности, а на глубине 30–100 см, что приводит к выраженной щелочности и неудовлетворительным гидрофизическим свойствам;
- такыры – это засоленные бесплодные почвы, распространенные в аридных глинистых пустынях Азии и Северной Африки, занимающие обширные равнинные территории и практически лишенные растительности. Поверхность такыра образует плотная комковатая корка (полигонально растрескивающаяся) мощностью от 3 до 5 см, под которой находится горизонт с солями до 0,5–1,5 %;
- вертисоли (черные слитые почвы) развиваются на плоских равнинных древнеозерных или древнеаллювиальных территориях в сухих тропиках и субтропиках. У них наблюдается легкая засоленность нижних горизонтов и иногда повышенная щелочность.
Согласно классификации и диагностике почв в России (2004), засоление оценивалось на разных таксономических уровнях:
- отдел – галоморфные почвы;
- типы – солончаки;
- подтипы – основная часть солонцеватых и засоленных чернозёмов, каштановых, бурых и аллювиальных почв и др.
Типы солончаков и подтипы засоленных почв выделяются по химическому составу засоления (хлоридный, сульфатный и т. д.) и по соотношению катионов (натриевый, кальциево-натриевый и т. д.). Видовой ранг базируется на глубине залегания солевого горизонта и степени засоленности (слабая, средняя и т. д.).
В классификации и диагностике почв СССР (1977) разновидности засоленных почв выделялись на уровне типов, родов и видов, при этом подтипового деления не существовало.
Характеристика легкорастворимых солей
Засоленные почвы содержат легкорастворимые соли в профиле как в жидкой (ионной) форме, так и в виде твердых минералов, а также в форме обменных оснований. Легкорастворимые соли негативно сказываются на плодородии почв и затрудняют рост и развитие большинства сельскохозяйственных растений. Все формы солей составляют единую динамичную равновесную ионно-солевую систему — они способны переходить из одного состояния в другое, в зависимости от влажности почвы, ее pH и других условий.
К легкорастворимым солям отнесены: карбонаты и гидрокарбонаты щелочных металлов, хлориды и сульфаты щелочных и щёлочноземельных металлов, растровые хлориды, нитраты и нитриты щелочных и щелочноземельных металлов. Все эти соли являются токсичными для растительности. Они увеличивают осмотическое давление почвенной влаги, что снижает доступность ввода для растений, нарушают нормальное соотношение минерального питания и негативно воздействуют на свойства почвы. Физиологическая токсичность солей зависит от их химического состава: наибольшее вредное воздействие оказывают карбонаты натрия, затем следуют хлориды и нитраты, в то время как сульфаты менее токсичны. Преобладание одного типа соли является более опасным для растительности, чем смешанные соли.
Источники легкорастворимых солей
- Разрушающиеся под воздействием выветривания горные породы – являются основным источником образования солей. Из продуктов распада первичных минералов образуются соли: сульфаты, хлориды и нитраты, особенно много карбонатов (в результате взаимодействия катионов с углекислым газом воздуха). С поверхностными и подземными водами соли переносятся вплоть до океана или бессточного бассейна на суше. В мировой океан каждый год поступает около 3 миллиардов тонн солей, в бессточные области континентов – приблизительно 1 миллиард тонн.
- Соленосные горные породы разного происхождения – способствуют интенсивному засолению ландшафтов при их выходе на поверхность в результате тектонических движений или при взаимодействии с подземными водами. Засоленные породы и минерализованные грунтовые воды являются основными источниками солей (90–99 %), которые могут поступать в почву по десяткам тонн на 1 гектар в год.
- Извержения вулканов – служат источником газообразных веществ, которые после своего выхода на поверхность образуют кислоты и соли. Вулканические газы могут содержать хлор, диоксид серы и углекислый газ; термальные источники, связанные с вулканической деятельностью, также выносят на поверхность соли, особенно хлориды и соду. Предполагается, что анионный состав мирового океана в значительной степени связан с вулканической активностью, в то время как катионный состав связан с растворением минералов на континентах.
- В атмосферных осадках содержание солей составляет, как правило, не более 20–30 мг/л, но в прибрежных зонах данный индекс может достигать 400 мг/л. С учетом современных условий загрязнения атмосферного воздуха в городах ежегодно выпадает от 14 до 180 кг/г земли нитратов, сульфатов и хлоридов.
- Эоловое засоление – сопровождается выносом солей в атмосферу под воздействием ветра, а затем их перенос и выпадение в форме сухих и дождевых осадков на поверхность земли. Совокупные данные показывают, что с осадками и пылью в почву может поступить от 20 до 500 кг на гектар в год, в некоторых случаях эоловый перенос может достигнуть до 3,4 тонн на гектар в год, однако отмечается и вынос до 7 тонн на гектар в год. Несмотря на небольшой объем, поступивших таким образом солей, дальнейшее движение в поверхностных и подземных водах может значительно увеличить их содержание в безсточных равнинах и водоемах.
- Естественная растительность (особенно галофитная) иногда становится причиной накопления солей в почвах. Благодаря глубокой и мощной корневой системе (кермек – 5 м, тамарикс – 30 м) и высокой зольности (солянки – 20–55 %), растения, произрастающие на солонцах и солончаковых почвах, способствуют переселению легкорастворимых солей из глубоких горизонтов на верхние слои. Объём солей, поступающих за счёт этой биогенезы, составляет в среднем миллиграммы на гектар в год.
- Оросительные воды в условиях бездренажного орошения – это значительный источник солей для почвы. Около 40% до 60% всех орошаемых земель подвергаются риску засоления, а поступление солей через орошение может достигать 5–10 тонн на гектар в год.
- Специфические локальные источники поступления солей могут оказывать влияние на уровень солей в почвах,
Типы засоления почв
Понятие солености характеризует уровень, который можно определить исключительно в лабораторных условиях через соответствующие испытания. На основе этого показателя почва делится на четыре категория:
- слабозасоленная;
- среднезасоленная;
- засоленная;
- сильнозасоленная.
Для каждого из этих типов характерно превышение нормы содержания солей. В зависимости от химического состава почва классифицируется на три вида: хлоридный, сульфатный и карбонатный. Все они опасны как для растительности, так и для животных.
Методы борьбы с засолением почв и возможные решения
Для нормализации уровня солей в почве применяются как агротехнические, так и строительные методы. Главной задачей этих мероприятий является восстановление уровня подземных вод до исходного состояния и снижение испаряемости влаги из почвы.
Агротехнические меры включают:
- посев трав, способных активно поглощать соли;
- стабилизация водно-солевого режима почвы через механическую обработку, боронование и зяблевую вспашку;
- внесение органических удобрений;
- гипсование для уменьшения токсичности солей;
- засаживание растительностью для создания затенения почвы;
- формирование полос зелёных насаждений для улучшения микроклимата, снижения испаряемости почвенной влаги.
Агротехнические практики должна включать мероприятия, направленные на дренирование почвы. Это позволит отводить излишки влаги, способствующей вымыванию солей к более глубоким слоям.
Методы строительства призваны создать лотковые сети и облицовочные каналы для снижения фильтрации влаги. Также необходимо установить современные гидротехнические сооружения на орошаемых системах и использовать технику полива, не приводящую к повышению уровня подземных вод. Рекомендуется создание специальных дамб и каналов для дренажа, которые предотвратят застаивание воды в почве. Следует также организовать защиты орошаемых территорий от паводков и соседних водоёмов.