Химическая мелиорация почв

1. Известкование кислых почв

Известкование – внесение в почву кальция (и магния) в виде карбоната, окиси или гидроокиси для нейтрализации кислотности.

Это прием химической мелиорации, направленный не только на нейтрализацию избыточной кислотности почвы, но и на улучшение ее агрохимических, агрофизических и биологических свойств, обеспечение растений кальцием и магнием, мобилизацию и иммобилизацию макро- и микроэлементов в почве, создание оптимальных физических, водно-физических, воздушных и других условий жизни культурных растений.

Большинство растений развивается, как правило, при нейтральной или близкой к нейтральной реакции среды в почве, наиболее благоприятной для развития многих полезных почвенных микроорганизмов. Реакция среды оказывает чрезвычайно сложное действие на условия питания растений, подвижность азота, фосфора, калия, микроэлементов, активность микрофлоры, физико-механические свойства почвы, поэтому оптимальный интервал рН для роста культуры одного и того же вида на различных почвах неодинаков. На почвах с повышенным содержанием органического вещества, а также на почвах легкого гранулометрического состава оптимальный интервал реакции сдвигается в кислую сторону.

Научное обоснование известкования почв состоит в следующем.

  1. Неблагоприятная для культурных растений реакция среды отрицательно отражается на их росте и развитии вследствие ряда причин. Высокая концентрация водорода отрицательно влияет на физико-химическое состояние протоплазмы клеток корня, затрудняет рост корневой системы, нарушает нормальную проницаемость, обмен веществ в корнях. В связи с этим ухудшаются условия питания растения в целом. Массовая гибель озимых зерновых культур и многолетних трав при перезимовке под покровом снега в большинстве районов Нечерноземной зоны России связана не с низкими температурами, а с негативными свойствами почв – кислой реакцией среды, повышенным содержанием подвижных форм алюминия. Так, при перезимовке в одинаковых температурных условиях (-12…-14°С, ниже которых редко опускается температура под покровом снега 15–20 см) растения клевера, озимой пшеницы полностью погибали на кислых, неизвесткованных почвах, а на произвесткованных почвах сохранились на 70– 90 % и давали 50–80 ц/га сена и 25–35 ц/га зерна озимой пшеницы.
  2. Почвы с повышенной кислотностью имеют плохие физикохимические и физические свойства. Коллоидная часть почв бедна кальцием, магнием, но богата водородом и подвижными катионами алюминия, марганца и даже железа. Этим объясняются малое содержание коллоидной фракции в кислых почвах, их низкая емкость поглощения, слабая буферность и бесструктурность. Следует иметь в виду, что процесс обеднения поглощающего комплекса пахотного слоя почвы основаниями постоянно протекает в естественных условиях. Причины этого могут быть различными, да и скорость процесса бывает разной. Под влиянием атмосферных осадков, а в ряде случаев и интенсивного применения удобрений происходит дальнейшее уменьшение кальция и магния и замена их водородом. Почвенный поглощающий комплекс постепенно разрушается, понижается и уровень агрономически ценной структуры. Ежегодные потери кальция из почвы весьма значительны. Так, по данным лизиметрических опытов, средние потери СаСО3 составляют 187 кг/га. В зависимости от количества выпадающих осадков эти потери колеблются от 89 до 287 кг/га и более.
  3. При кислой реакции алюминий, содержащийся во многих почвах, образует растворимые соединения, оказывающие вредное действие на многие растения. Кроме этого, избыток водородных ионов в почвенном растворе отрицательно действует на питание растений: нарушаются поступление питательных катионов и анионов в растение, углеводный и белковый обмен.
  4. На почвах с повышенной кислотностью подавляется жизнедеятельность полезных микроорганизмов, почти не развиваются аммонифицирующие и нитрифицирующие микробы, азотобактер, бактерии, разрушающие фосфорорганические соединения, и т.д. Такие же формы грибов, как пенициллиум, фузариум и триходерма, которые выделяют ядовитые вещества для растений, развиваются здесь хорошо. Все это создает неблагоприятные условия для жизни растений, а такие почвы являются малоплодородными.
  5. Известкование выполняет важную экологическую функцию в агроценозе, так как этот прием приводит к иммобилизации тяжелых металлов, радионуклидов и других токсических элементов. Это позволяет получать экологически безопасную продукцию растениеводства в агроэкосистемах на техногенно загрязненных территориях.

Среди пахотных площадей стран СНГ почв с повышенной кислотностью около 45 млн. га, а нуждающихся в известковании – свыше 60 млн. га. В основном это дерново-подзолистые и светлосерые лесные почвы. Часть кислых почв встречается среди болотных, серых лесных почв и красноземов.

Одним из главных приемов улучшения свойств таких почв, с помощью которого достигается нейтрализация их кислотности, является известкование. Этот прием улучшения почв известен человечеству давно, однако сознательно применение извести в целях повышения урожаев различных культур стало проводиться с прошлого столетия. Большой вклад в исследования роли известкования в повышении плодородия почвы и продуктивности сельскохозяйственных культур внесли российские ученые И.А. Стебут, Д.И. Менделеев, А.Н. Энгельгардт, П.А. Костычев, Д.Н. Прянишников, П.С. Коссович, К.К. Гедройц, O.K. Кедров-Зихман и др.

Научной основой теории и практики известкования почв явилось учение К.К. Гедройца о почвенном поглощающем комплексе. На основании этого учения установлено, что многие важные агрономические свойства почвы находятся в тесной зависимости от степени насыщенности почвенного поглощающего комплекса кальцием. Выяснены различные формы почвенной кислотности, что имеет существенное значение для научного обоснования необходимости известкования и определения дозы извести. За последние годы проделана большая работа по установлению условий высокой эффективности известкования кислых дерново-подзолистых почв в сочетании с рациональной системой применения удобрений и другими приемами агротехники.

1.1. Изменения, вызываемые в почве известью

Известь оказывает многостороннее положительное действие на почву. Нейтрализует органические кислоты в почве и вытесняет ионы Н из поглощающего комплекса, что приводит к устранению обменной и значительному снижению гидролитической кислотности почвы. При этом улучшается катионный состав почвенного поглощающего комплекса вследствие замены ионов водорода и алюминия на катионы кальция и магния, что приводит к повышению степени насыщенности почв основаниями и увеличению емкости поглощения.

После внесения извести хорошие агрохимические свойства почвы и ее структуры сохраняются в течение ряда лет. Это создает благоприятные условия для активизации полезных микробиологических процессов по мобилизации питательных веществ. Усиливается деятельность аммонификаторов, нитрификаторов, свободноживущих азотфиксирующих бактерий. Известкование способствует усиленному размножению клубеньковых бактерий и лучшему снабжению азотом растения-хозяина. На кислых почвах бактериальные удобрения не эффективны.

Внесение высоких доз извести не оказывает существенного влияния на содержание гумуса в почве, но значительно улучшает его качество. В органическом веществе при этом сужается соотношение углерода и азота, увеличивается содержание наиболее ценных гуминовых кислот. Внесенные в почву органические материалы, такие, как навоз, зеленое удобрение, корневые остатки и стерня в почве, обеспеченной известью, быстрее разлагаются. Однако при этом образуются более стойкие гуминовые вещества, чем на неизвесткованной почве.

Известкование приводит к лучшему обеспечению растения не только азотом, но и зольными элементами вследствие усиления активности бактерий, разлагающих органические фосфорные соединения почвы, а также и перехода фосфатов железа и алюминия в более доступные растениям фосфорнокислые соли кальция.

При известковании кислых почв в результате усиления микробиологических и биохимических процессов увеличивается количество нитратов, усвояемых форм фосфора и калия. С известкованием увеличивается количество кальция, а при внесении в почву доломитовой муки – и магния. При этом подвижные токсические формы алюминия и марганца переходят в нерастворимую, осажденную форму, доступность железа, меди, цинка и марганца снижается, а азота, серы, калия, кальция, магния, фосфора и молибдена возрастает.

В интервале рН 5,5–7 получаются наиболее благоприятная агрономическая структура почвы, самое высокое качество гумуса, оптимальный водный режим. Поэтому закрепление отдельных питательных элементов в почве при известковании до рН 5,5–7 рекомендуется возмещать путем внесения соответствующих удобрений.

После известкования бор переходит в менее доступные для растений соединения, образуя менее растворимые соединения с известью. Кроме того, усиление микробиологической деятельности вызывает большее поглощение бора бактериями. Это создает недостаток бора для растений, поэтому внесение борных удобрений бывает особенно эффективно на почвах, подвергнутых известкованию.

Известкование улучшает физические, физико-химические и биологические свойства почвы. Кальций способствует коагуляции почвенных коллоидов и предотвращению их вымывания, вследствие этого облегчается обработка почвы, улучшается аэрация известкованной почвы. На песчаных гумусных почвах хорошая обеспеченность кальцием улучшает их водопоглощающую способность, а на тяжелых глинистых почвах известь способствует образованию почвенных агрегатов и комковатости, улучшает их водопроницаемость.

Важная функция известкования – предотвращение декальцинирования пахотного слоя почвы, а также поддержание положительного баланса кальция, а при применении доломитовой муки – и магния.

Это позволяет систематически улучшать свойства этих почв, повышать их плодородие и создавать условия для более эффективного использования возрастающих доз минеральных удобрений.

Известкование полностью удовлетворяет потребность всех растений в кальции как элементе минерального питания, что для некоторых культур имеет большое значение, повышает эффективность физиологически кислых минеральных удобрений, особенно аммиачных и калийных. Без внесения извести положительное действие физиологически кислых удобрений затухает, а со временем переходит даже в отрицательное действие, т.е. на участках с применением минеральных удобрений урожай оказывается даже ниже, чем на неудобренных, поэтому важно, чтобы вносимые дозы известковых материалов обеспечивали бы нейтрализацию не только почвенной кислотности, но и кислотности физиологически кислых форм минеральных удобрений. В этом случае эффективность минеральных удобрений значительно возрастает. Сочетание известкования с применением удобрений повышает их эффективность на 25–50 %.

Расходы на известкование окупаются обычно в течение двух лет, а действие извести длится много лет. Значение известкования кислых почв намного возрастает в связи с переходом на интенсивные системы земледелия, где ведущими культурами являются пшеница, кукуруза, сахарная свекла, горох и другие, получить высокий урожай которых на этих почвах без внесения извести невозможно.

Известкование активизирует ферментативные процессы в почве, по которым косвенно можно судить об ее плодородии. При известковании снижается гибель озимых культур и многолетних трав, улучшается качество сельскохозяйственных растений, особенно бобовых культур. У бобовых содержание белка возрастает в связи с увеличением клубеньковых бактерий, фиксирующих азот воздуха, а у небобовых – из-за устранения излишней кислотности почвы, а также связывания подвижных форм алюминия, отрицательно влияющих на синтез белка. На известкованных почвах получают растительную продукцию с содержанием белка на 2–5 % выше, чем на кислых. Качество продукции возрастает также за счет иммобилизации в почве токсических элементов и радионуклидов.

1.2. Определение необходимости известкования

В известковании почв возникает необходимость тогда, когда создается несоответствие между реакцией почвы и требованиями возделываемых растений к ней. Необходимость известкования устанавливается по ряду признаков:

  1. Плохой рост и развитие возделываемых растений, несмотря на хорошую агротехнику и удобрение. При этом культурные растения (ячмень, кукуруза, сахарная свекла, пшеница, бобовые), требующие нейтральной или слабокислой реакции, растут плохо, а сорные растения (щавель, хвощ, ситник, щучка и др.) сильно распространены. На кислых луговых землях распространены: белоус, щучка, лютик ползучий, полевица, вереск, багульник, ситник лягушечный, а клевер, лисохвост, ежа сборная и другие сладкие травы не растут или почти отсутствуют. Такие луга нуждаются в известковании.
  2. Низкий показатель рН. Для определения потребности почв в известковании определяют реакцию почвенной среды (обычно рН солевой вытяжки) и степень Насыщенности почвы основаниями. В настоящее время приняты следующие градации: рН 4,5 и ниже – потребность в известковании высокая; 4,6–5,0 – потребность в известковании средняя; 5,1–5,5 – слабая; выше 5,5, как правило, отсутствует; V = 50 % – высокая, V = 51–70 % – средняя, V = 70 % – обычно отсутствует.
  3. Состояние гидролитической кислотности почвы, суммы поглощенных оснований, гранулометрического состава почвы, содержание подвижного алюминия, а также специализация севооборота. Учет всех этих показателей дает довольно точные рекомендации для известкования того или иного поля. На тяжелых по гранулометрическому составу почвах необходимость известкования большая, чем на почвах более легких. Наличие подвижного алюминия увеличивает потребность в известковании.
  4. Кислые дерново-подзолистые почвы имеют хорошо развитый ясный белый подзолистый горизонт глубиной не меньше 8–10 см, сильно заплывающую поверхность пахотного слоя; на них очень часто проявляется корка, они не имеют структуры. Если подпахотный горизонт неясно выражен и имеет небольшие подзолистые прослойки, то такие почвы обладают слабой кислотностью и в известковании не нуждаются или слабо нуждаются. Однако такая закономерность ясно проявляется на суглинистых и глинистых почвах.

Песчаные и супесчаные почвы даже при отсутствии белесого подзолистого горизонта нужно известковать небольшими дозами.

Почвы, которые подстилаются на глубине 40–50 см известковыми породами, обычно не нуждаются в известковании.

При установлении очередности известкования надо учитывать кроме агрохимических показателей и биологические особенности растений. Различные растения по-разному относятся к известкованию почв. Большинство растений к этому приему относится положительно, однако урожай таких культур, как картофель, лен, люпин, может снизиться и ухудшиться его качество. В этом случае нужно вносить невысокие дозы извести или сочетать ее внесение с навозом. Под культуры, чувствительные к кислотности, при равных агрохимических показателях известь надо вносить в первую очередь, т.е. нужно считаться с типом севооборота (таблица 1).

Почвы первой и второй очереди известкуют обязательно, а почвы третьей очереди можно известковать только в тех случаях, когда известковый материал расположен недалеко от хозяйства и затраты на его перевозку небольшие. Почвы с высокой, средней и слабой потребностью в севооборотах с набором интенсивных культур, а также в овощных севооборотах требуют обязательного известкования, а в севооборотах с большим удельным весом льна и картофеля в первую очередь известкуются только почвы с высокой потребностью. На лугах известь вносится во вторую и третью очередь.

В первую очередь необходимо известковать почвы сильно- и среднекислые при возделывании на них культур, более требовательных к условиям реакции, т.е. в овощных, кормовых и полевых севооборотах (с многолетними травами, клеверами, люцерной), а также кислые почвы при закладке культурных лугов и пастбищ. В этом случае кислые почвы известкуют до посева травосмесей. Поверхностное известкование, как правило, менее эффективно и проводится только на естественных кормовых угодьях.

Таблица 1 – Очередность известкования почв в зависимости от типа севооборота

Структура

посевных площадей и севооборот

Очередность известкования при
высокой

потребности

средней

потребности

слабой

потребности

отсутствии

потребности

Полевые интенсивные севообороты с 20 % кукурузы,

5 % — сахарной свеклы,

20 % — зернобобовых культур от посева зерновых

первая

очередь

первая

очередь

первая

очередь

проводится известкование

малыми дозами

Овощные севообороты то же то же то же то же
Полевые севообороты с большим удельным

весом льна и картофеля

то же вторая не известкуется не известкуется
При коренном улучшении лугов вторая третья поддерживается

малыми дозами

то же

Результаты исследований, проведенных в последние годы, показали, что опасность отрицательного влияния полных доз извести на лен, картофель и люпин, считавшихся ранее кальциефобами, преувеличена. Систематическое применение органических и минеральных удобрений, повышение плодородия почвы, сочетание известкования с применением магния, бора и повышенных доз калийных удобрений без ущерба для урожая и качества продукции льна, люпина и картофеля в севооборотах с этими культурами позволяют рекомендовать на песчаных и супесчаных почвах 1/2–2/3 дозы извести, а на суглинистых – 3/4–1 от полной дозы известковых удобрений.

На фоне высоких доз извести возрастает эффективность калийных, магниевых и борных удобрений. В севооборотах со льном известь лучше вносить под покровную для многолетних трав культуру, если травы являются предшественником льна. В других случаях известкование целесообразно приближать к посевам этой культуры.

В специализированных севооборотах, когда картофель занимает 30–40 % в структуре посевных площадей, следует уменьшить дозы извести. В этом случае известкование приближают к посадке картофеля, что предотвращает поражение клубней паршой обыкновенной.

Лучшие формы известковых удобрений в севооборотах со льном, картофелем и люпином – магнийсодержащие (доломитовая и магнезиальная известняковая мука). На эффективность известкования существенное влияние оказывает качество известкового материала, в частности тонина помола.

1.3. Определение норм мелиоранта

Для установления нормы карбоната кальция используются различные методы.

Дозы карбоната кальция можно определить по затратам СаСО3 на смещение определенной величины рН. Эти затраты устанавливаются на основе результатов полевых опытов, проводимых в различных регионах, на различных почвах.

На практике дозы СаСО3 (т/га) рассчитывают по формуле:

Д СаСО3 =ΔрН ∙ А ∙ 10,

где ΔрН – планируемый сдвиг рН; А – затраты СаСО3 для сдвига на 0,1 рН, т/га; 10 – коэффициент для пересчета в т/га.

На основании результатов исследований, осуществленных кафедрой почвоведения и агрохимии Пензенской ГСХА, установлены следующие нормативы затрат: для изменения величины рН на 0,1 на черноземе выщелоченном тяжелосуглинистом требуется от 0,6 до 0,9 т/га СаСО3; черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом – от 0,8 до 1,0 т/га; черноземе оподзоленном среднесуглинистом – от 0,3 до 0,6 т/га.

Существуют другие методы. В нашей стране основным является метод установления норм СаСО3 по гидролитической кислотности. Он базируется на учении К.К. Гедройца о почвенном поглощающем комплексе, где за счет известкования происходит замена ионов, обусловливающих кислотность почв, на ионы кальция и магния. При этом норма СаСО3, позволяющая нейтрализовать гидролитическую кислотность, называется полной.

Для вычисления нормы СаСО3 т/га по этому методу величину гидролитической кислотности (Нг), выраженную в мг-экв./100 г почвы, умножают на коэффициент 1,5:

СаСО3=Нг ∙ 1,5

Более точно норму СаСО3 (т/га) устанавливают с учетом глубины известкуемого слоя (h, см) и плотности почвы (dV, г/см3):

СаСО3 = 0,05 ∙ Нг dV ∙ h

Однако химические мелиоранты характеризуются различной нейтрализующей способностью, которая зависит от содержания в них СаСО3, MgCО3, а также количества недеятельных частиц (диаметром >1 мм), примесей песка, глины, содержания влаги и др.

Поэтому полученную норму СаСО3 (по Нг) уточняют на конкретный химический мелиорант по формуле:

где Д – норма химического мелиоранта, т/га;

В – влажность химического мелиоранта, проц.;

К – количество частиц крупнее 1 мм, проц.;

П – нейтрализующая способность химического мелиоранта в пересчете на СаСО3, MgCО3, проц.;

ДНгнорма СаСО3, рассчитанная по гидролитической кислотности, т/га.

Такая доза теоретически должна довести реакцию среды до щелочной, однако в полевых условиях из-за медленного взаимодействия известковых удобрений с почвой, недостаточного перемешивания реакция достигает значений рН близкой к нейтральной. Поэтому рассчитанная норма не для всех типов почв может быть оптимальной.

На тяжелых почвах с высоким содержанием гумуса в полевых севооборотах оптимальной может быть полуторная норма СаСО3, рассчитанная по Нг. Наоборот, на легких почвах, с невысоким содержанием гумуса, обладающих меньшей сопротивляемостью, эта норма может соответствовать гидролитической кислотности или даже части ее.

1.4. Место извести в севообороте

Выбор места известкования в севообороте должен осуществляться с таким расчетом, чтобы наиболее отзывчивые на этот прием культуры попадали на произвесткованное поле через 2–3 года после внесения известковых удобрений.

Как правило, в полевых зернопаропропашных севооборотах химические мелиоранты вносятся в паровом поле. При отсутствии такого поля известкование или гипсование можно осуществлять под пропашные и зернобобовые культуры.

При наличии в севообороте картофеля известкование необходимо проводить непосредственно под картофель, так как в первый год действие мелиорантов невысокое. Наибольший эффект проявляется на 3–4-й год после известкования. Избыток кальция может приводить к появлению парши у картофеля. При насыщенности севооборота картофелем 20–25 % норму извести рекомендуется снижать на ¼ от расчетной. При меньшей насыщенности норма карбоната кальция не снижается, но при этом используются известковые материалы, содержащие наряду с кальцием и магний, а также норму калийных удобрений увеличивают на 30–50 %. Кроме того, вносятся борные удобрения, так как кальций и бор – антагонисты.

В кормовых севооборотах известкование осуществляется в выводных полях, а известковые материалы вносятся под покровную культуру.

В овощных севооборотах известковые удобрения вносятся под капусту и корнеплоды.

При закладке плодового сада и ягодников известкование сочетается с предварительным комплексным окультуриванием почвы.

1.5. Эффективность известкования

Высокое положительное действие извести зависит от многих факторов:

  1. от доз, сроков и приемов внесения извести;
  2. от видов и качества известковых удобрений;
  3. от отзывчивости культур на известкование;
  4. от свойств почвы и ее гранулометрического состава;
  5. от сочетания известкования с применением удобрений и др.

Необходимо также учитывать длительность действия известкования в севообороте.

Растения неодинаково относятся к почвенной кислотности и известкованию. По отношению к кислотности почвы полевые культуры делятся на группы.

  1. группа – свекла (сахарная, кормовая), клевер красный, люцерна, горчица; наиболее чувствительны к кислотности почвы, требуют нейтральной или слабощелочной реакции (рН 6,2–7,0) и очень хорошо отзываются на известкование;
  2. группа – кукуруза, пшеница, ячмень, горох, бобы, турнепс, капуста кормовая, клевер шведский, лисохвост, костер и пелюшка, вика; нуждаются в слабокислой и близкой к нейтральной реакции (рН 5,1–6,0), хорошо отзываются на известкование;
  3. группа – рожь, овес, тимофеевка, гречиха, переносят умеренную кислотность почвы (рН 4,6–5,0), положительно отзываются на высокие дозы извести;
  4. группа – подсолнечник, картофель, лен; легко переносят умеренную кислотность и лишь на сильно- и среднекислых почвах требуют известкования;
  5. группа – люпин и сераделла; малочувствительны к повышенной кислотности почвы.

Действие извести продолжительно, при внесении ее необходимо учитывать отношение к ней всех культур севооборота или, по крайней мере, ведущих, т.е. важно учитывать специализацию севооборота и гранулометрический состав почв.

Оптимальными на дерново-подзолистых и серых лесных почвах являются дозы известковых удобрений, близкие к полным по гидролитической кислотности, обеспечивающие смещение реакции до рНсол 5,4–5,8.

Реакция среды оказывает сложное действие на условия питания растений, подвижность азота, фосфора и калия и микроэлементов, активность микрофлоры, физико-химические свойства почвы и др., поэтому оптимальный интервал для роста культуры одного и того же вида на различных почвах неодинаков.

Из зерновых культур на кислых почвах особенно хорошо отзываются на известкование озимая пшеница и ячмень, а из зернобобовых – горох и кормовые бобы. Эти культуры при внесении извести дают более высокие прибавки зерна, чем озимая рожь и овес. Клевер также хорошо отзывается на внесение извести под покровную культуру.

По расчетам специалистов ФРГ, увеличение рН сильнокислых почв на единицу приводит ежегодно в среднем к повышению урожаев сельскохозяйственных культур на 5–6 ц/га в пересчете на зерно.

Систематическое применение физиологически кислых азотных удобрений (например, аммиачной селитры) ухудшает агрохимические свойства почвы: снижает сумму поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями, повышает обменную и гидролитическую кислотность, что значительно снижает урожай культур, например ячменя.

На эффективность известкования в значительной мере влияют не только агрохимические свойства почвы, но и дозы, формы, способы, техника внесения и заделки извести в почву, тонина помола известковых материалов и другие факторы. Наибольший эффект получается при сочетании известкования, внесения минеральных удобрений и навоза. В этом случае урожай на сильнокислой и среднекислой почвах выравнивается.

Известкование почв должно опережать применение минеральных удобрений, эффективность которых на фоне извести повышается. Эффективность известкования резко возрастает при длительном применении физиологически кислых минеральных удобрений. В этом случае суммарный эффект от известкования и применения удобрений часто бывает большим, чем прибавки урожаев от отдельного их применения, т.е. наблюдается положительное взаимодействие известкования и применения удобрений. Это особенно отмечается на культурах, хорошо отзывающихся на известкование почв.

Применение физиологически кислых форм минеральных удобрений приводит также к резкому обеднению пахотного горизонта кальцием и магнием. Таким образом, длительное внесение минеральных удобрений на кислых землях приводит не только к нерациональному их использованию, но и отрицательно влияет на плодородие почвы. Плодородие почв, ухудшенное длительным применением минеральных удобрений, последующим известкованием восстанавливается очень медленно и не полностью.

Система удобрения на кислых почвах высокоэффективна при правильном сочетании с известкованием. Известкование – непременный фон для наиболее полного использования питательных веществ удобрений. Известь, внесенная в почву совместно с органическими удобрениями (навоз, торфокомпосты), понижая кислотность, существенно изменяет условия их разложения. Микроорганизмы, активность которых при известковании возрастает, быстрее переводят в доступное для растений состояние содержащиеся в органических удобрениях питательные вещества. Чем кислее почва, тем выше эффективность сочетания известкования с органическими удобрениями.

Карбонатные формы известковых удобрений – известняковую и доломитовую муку, известковый туф, мел и др. – можно вносить вместе с навозом, торфом или компостом, а также смешивать или компостировать с органическими удобрениями. Потерь азота из навоза при этом не происходит. На произвесткованных почвах повышается эффективность азотных удобрений вследствие более полного использования растениями находящегося в них азота. Азотные удобрения, содержащие аммиачные формы азота, для улучшения их физических свойств можно смешивать только с карбонатными формами известковых удобрений; не допускается смешивание с едкими формами извести (содержащими СаО или Са(ОН)2) во избежание потерь азота.

Известкование изменяет соотношение кальция и калия в почве в сторону резкого преобладания кальция. Нарушение нормального соотношения между кальцием и калием отрицательно сказывается на

развитии и урожае растений, особенно льна, картофеля, люпина, трав и кукурузы, поэтому дозы калийных удобрений на произвесткованных почвах следует увеличивать.

Известкование, понижая кислотность почвы, уменьшает растворимость фосфоритной муки и, следовательно, ее эффективность, Во избежание этого необходимо использовать приемы, исключающие непосредственный контакт этих удобрений в почве: внесение извести и фосфоритной муки на один и тот же участок в разные сроки под различные культуры (раньше фосфоритную муку, а в последующем известь); послойное внесение этих удобрений (фосфоритную муку под вспашку, а известь под культивацию); предварительное компостирование фосфоритной муки с навозом и торфом для перевода фосфора в доступные растениям формы. На полях, произвесткованных половинными дозами извести, применение фосфоритной муки достаточно эффективно. На почвах, в которых после известкования реакция изменилась до уровня, не превышающего рН 5,1-5,2 в солевой вытяжке, можно также применять фосфоритную муку.

Известкование не только повышает урожай культур, но и улучшает качество продукции – содержание в ней белков, сахаров, крахмала и т.д.

1.6. Известковые удобрения

Известковые удобрения делятся на:

  • 1) твердые известковые породы, требующие размола или обжига;
  • 2) мягкие известковые породы, не требующие размола;
  • 3) отходы промышленности, богатые известью.

По содержанию СаО и MgO твердые породы делятся на следующие группы:

  • известняки – 55–56 % СаО и до 0,9 % MgO;
  • известняки доломитизированные – 42–55 % СаО и до 9 % MgO;
  • доломиты – 32–30 % СаО и 18–20 % MgO.

По содержанию глины, песка и других примесей твердые породы также делятся на чистые известковые породы – не более 5 % примесей (известняк, доломит); мергелистые или песчанистые известковые породы – 5–25 %; мергель или песчаные известковые породы – от 25 до 50 % глины или песка.

К мягким известковым породам относятся известковые туфы – 80–98 % СаСО3; гажа (озерная известь) – 80–95 % СаСО3 и др.

Из промышленных отходов сланцевая зола содержит 30–50 % СаО, 1,5–4,0 % MgO, а также другие элементы; дефекат – 60–75 % СаСО3, 10–15 % органического вещества, а также N, P2O5, К2О.

Основными известковыми удобрениями являются известняки – 75–100 % оксидов Са и Mg в пересчете на СаСО3. Можно применять известковые материалы, содержащие до 25 % примеси песка и глины. Однако действие этого удобрения медленное, и, конечно, по возможности надо применять известняки хорошего качества. Это непременное условие высокой эффективности известкования.

Доломитизированный известняк с содержанием 79–109 % действующего вещества (д.в.) в пересчете на СаСО3 можно рекомендовать в севооборотах с бобовыми, картофелем, льном, корнеплодами, а также на сильнооподзоленных почвах.

Мергель с содержанием СаСО3 до 25–15 % и глины с песком до 20–40 % действует также медленно. Целесообразно применять на легких почвах.

Мел – 90–100 % СаСО3, действует быстрее известняка, ценное известковое удобрение в тонкоразмолотом виде.

Жженая известь (СаО) с содержанием СаСО3 больше 170 % – сильно- и быстродействующий известковый материал.

Гашеная известь (Са(ОН)2) с содержанием СаСО3 до 135 % – сильное и быстродействующее известковое удобрение.

Доломитовая мука с содержанием СаСО3 и MgCО3 около 100 % действует медленнее, чем известковые туфы. Ее важно применять там, где требуется магний.

Известковые туфы – 15–96 % СаСО3, примеси до 25 % глины и песка, также до 0,1 % Р2О5, действуют быстрее известняка. Встречаются в пониженных местах в Нечерноземной зоне.

Дефекационная грязь (дефекат) – отходы свеклосахарных заводов. Состоит в основном из СаСО3 и Са(ОН)2. Содержание извести на СаО до 40 %. Кроме этого, в ней имеется азота 0,5 %, Р2О5 – 1–2 %. Имеет значение не только на кислых почвах, но и на черноземах в районах свеклосеяния.

Кроме перечисленных материалов в практике известкования применяют следующие отходы промышленности.

Сланцевая зола циклонов – это сухой пылевидный материал с содержанием действующего вещества 60–70 %. Применяется в Прибалтике и Белоруссии.

Пыль печей и цементных заводов с содержанием СаСО3 свыше 60 %. Обычно применяется в хозяйствах, прилегающих к цементным заводам. Эти известковые материалы вносят машинами с закрытыми емкостями и с пневмоустройствами.

Кроме этого, используются также металлургические шлаки, в основном в областях Урала и Сибири. Обычно они негигроскопичны, хорошо распыляются.

Потребность в известковых материалах обычно покрывается прежде всего за счет местных ресурсов — известьсодержащих отходов промышленности и местных залежей рыхлых карбонатных пород. В большинстве случаев это известковые туфы, озерная известь, рыхлый мел, доломитовая мука и др. Однако в целом по стране местные известковые материалы и известьсодержащие отходы промышленности не играют основной роли в балансе известковых материалов.

Основное известковое удобрение – известняковая мука – получается путем разлома твердых пород – известняков. Это высокоэффективное известковое удобрение, пригодное для всех сельскохозяйственных культур. Доломитовую и магнезиальную известняковую муку, содержащую магний, в первую очередь необходимо применять на почвах легкого гранулометрического состава. Цементная пыль содержит значительное количество калия, имеет очень тонкий гранулометрический состав и является быстродействующим известковым удобрением. Ее применение особенно эффективно на бедных подвижными соединениями калия почвах и под чувствительные к недостатку этого элемента культуры.

Ассортимент известковых удобрений может быть значительно расширен за счет использования рыхлых залежей местных известковых удобрений: туфа, гажи, мела и др. Их использование целесообразно в близлежащих к месторождениям хозяйствах.

Иногда применяют известковые удобрения, не соответствующие требованиям стандарта и технических условий, равномерность внесения бывает ниже агротехнических требований. Все это приводит не только к понижению эффективности известкования почв, но в некоторых случаях (при переизвестковании или неравномерном внесении извести) к отрицательным последствиям.

Дополнительными источниками, положительно влияющими на изменение кислотности почвы, могут быть также органические удобрения (содержание кальция в пересчете на СаСО3 составляет 0,32– 0,40 %) и фосфоритная мука (нейтрализующая способность около 22 % СаСО3). Кроме того, кальций может поступать в почву с атмосферными осадками (около 15–25 кг/га), но его роль во влиянии на кислотность ничтожна и при пересчете баланса не учитывается. Содержащийся в суперфосфате кальций также не влияет существенно на реакцию почвы.

При составлении баланса кальция учитывается и вынос его растениями.

Баланс кальция на основе лизиметрических опытов показывает, что на кислых почвах отмечается постоянный дефицит кальция – этого «стража» плодородия почвы, т.е. идет систематическое обеднение пахотного слоя почвы кальцием. Поэтому известкование следует рассматривать как важное средство охраны и повышения плодородия кислых почв.

2. Почвенно-мелиоративные исследования солонцовых почв

В полевой период по обследованию солонцовых почв проводят:

  • корректировку границ контуров солонцовых почв, подлежащих мелиорации, уточнение почвенной карты или ее составление при отсутствии;
  • уточнение состава солонцовых комплексов и процентное соотношение их компонентов;
  • изучение морфологии и химизма засоления почв и грунтов, фунтовых вод;
  • отбор почвенных образцов.

В самом начале осматривают выделенные для обследования участки, устанавливают комплексность почвенного покрова и примерный состав компонентов. На пашне и сенокосах осмотр желательно производить в период, когда участки свободны от посевов и растительного покрова. Если признаки солонцеватости не выражены, участок землепользования исключают из плана агромелиоративного обследования, оформляя соответствующим актом. В первую очередь обследуют пахотные почвы, затем другие массивы, намеченные к освоению. По материалам проверки устанавливают полноту обследования солонцовых комплексов и определяют необходимость их более детального исследования.

В случаях сплошного распространения солонцовые почв съемку ведут в масштабах 1:5000 и 1:10000 – 1 разрез на5–10 га.

Для установления степени комплектности выбирают несколько ключевых участков (площадок) размером 20×20 м площадью 400 м2 с масштабом съемки 1:500 при наличии 3–4 компонентов с пятнами солонцов диаметром 3–4 м. При более крупных пятнах размер площадки увеличивают до 1 га; а съемку проводят в масштабе 1:1000.

На каждом пятне ключевого участка делают прикопки (40–50 см); на наиболее представительных закладывают опорные разрезы, углубляют их бурением до уровня грунтовых вод, но не более 6 м, что дает возможность установить принадлежность солонца к тому или иному типу. Из скважины берут пробу воды для химического анализа.

При 25 % наличии солонцов в комплексе наряду с закладкой ключевых участков ведут сплошное почвенное обследование с закладкой не менее 1 разреза на 5–10 га. Из пахотного горизонта образцы отбирают на всю глубину. Из солонцового, имеющего мощность: более 20 см, отбирают два образца из верхней и нижней его части, не захватывая карбонатный горизонт.

Выделяют комплексы по наличию в них солонцовых почв до 10 %; 10–25 %; 25–50 % и более 50 %. Для каждого комплекса указывают процент глубоких, средних и мелких солонцов, каждому выделенному контуру присваивается: порядковый номер.

Полевое определение солонцеватости основано на совокупности морфологических признаков, некоторых качественных реакциях в водных вытяжках и характеристике естественной растительности. К числу морфологических признаков солонцеватости относятся: буроватая или коричневатая окраска отдельных, чаще средних частей почвенного профиля при их сильной уплотненности или слитности в сухом состоянии и большой вязкости во влажном виде, крупная трещиноватость, глыбистостъ, столбчатость, призмовидность структурных отдельностей.

Из качественных реакций весьма показательным является быстро появляющееся розовое окрашивание водной вытяжки от фенолфталеина.

Растительная диагностика основана на появлении черной полыни, кермека, солероса и др.

Устанавливается солонцеватость по косвенным данным анализов водных вытяжек, На наличие солонцеватости указывают повышенная общая щелочность (больше 0,06 % НСО3 или 1 мг-экв. НСО3) и отсутствие в заметных количествах СО32+ (меньше 0,001 %). При общей щелочности больше 0,1 % НСО3 налицо сильная солонцеватость.

Прямым путем степень солонцеватости устанавливается по данным определения поглощенного, натрия и емкости поглощения в пахотном слое. По содержанию натрия (%) от емкости катионного обмена и гумусности почвы подразделяются в соответствии с данными таблицы 2.

Таблица 2 – Солонцеватость почв в зависимости от содержания натрия

Степень солонцеватости Черноземы

и лугово-черноземные почвы

Каштановые почвы
Несолонцеватые До 5 До 3
Солонцеватые 5–10 3–5
Сильносолонцеватые 10–20 5–10
Солонцы Свыше 20 10–15 и более

Почвенно-мелиоративные исследования этих почв – составная часть общей солевой почвенной съемки, при которой изучается количественное распределение солей на мелиорируемом объекте с последующим составлением карты засоленности почв.

Во всех почвенных пробах определяют:

  • обменные катионы (Са2+, Mg2+, Na+, К+) и емкость катионного обмена в пахотном и солонцовом слое;
  • анализ водной вытяжки проводят до глубины 150–200 см;
  • СО2 карбонатов при наличии вскипания до 60 см;
  • гипс, после предварительной пробы на качественную реакцию до глубины 60 см;
  • подвижный фосфор и обменный калий до 60 см;
  • pH водное и солевое до 60 см.

В пробах опорных разрезов и скважин определяют:

  1. гумус в надсолонцовых и солонцовых горизонтах;
  2. плотность на всю глубину мелиорируемого слоя;
  3. гранулометрический состав по каждому генетическому горизонту;
  4. анализ проб грунтовых вод.

Необходимость мелиорации солонцов и почв разной степени солонцеватости обусловлено их широким распространением и низкой урожайностью выращиваемых на них культур.

Работы по мелиорации солонцовых почв выполняют региональные агрохимические центры. При составлении почвенномелиоративных карт руководствуются научными основами классификации солонцовых почв, а для составления карты методов мелиорации – их агропроизводственной группировкой.

Существующая классификация солонцовых почв сложная, т.к. они встречаются в различных природных зонах, а внутри зон – в различных геоморфологических и гидрогеологических условиях.

В связи с тем, что глубина грунтовых вод во многом определяет особенности мелиоративных мероприятий при освоений солонцов, во всех зонах выделяют:

  • степные (автоморфные) солонцы – грунтовые воды залегают на глубине более 6 м;
  • лесостепные (полугидроморфные) – грунтовые воды залегают на глубине 3–6 м;
  • луговые (гидроморфные) – грунтовые воды залегают на глубине менее 3 м.

По глубине залегания карбонатов и гипса выделяют:

  • высококарбонатные и высокогипсовые – до 40–45 см;
  • глубококарбонатные и глубокогипсовые – ниже 45 см.

По степени засоления (% содержания плотного остатка в солевом горизонте) различают:

  • незасоленные – до 0,25–0,3;
  • слабозасоленные – 0,25–0,5;
  • среднезасоленные – 0,5–0,7;
  • сильнозасоленные – 0,7–1,0;
  • очень сильнозасоленные – больше 1,0.

Почвы, содержащие от 1 до 3 % солей в слое 0–5 см, называются солончаками, а больше 3 % – злостными солончаками.

По глубине залегания водорастворимых солей бывают:

  • солончаковые – 5–30 см;
  • высокосолончаковатые – 30–50 см;
  • среднесолончаковатые 50–100 см;
  • глубокосолончаковатые – 100–150 см;
  • глубокозасоленные – 150–200 см. По химизму засоления:
  • сульфатное;
  • хлоридное;
  • содовое;
  • смешанное (в различном: их сочетании).

Хлоридный тип засоления свойственен почвам прогрессирующего засоления, хлоридно-сульфатный – перемеживающегоея засоления, а сульфатный – ряду рассоления. Сульфатно-гипсовый тип указывает на то, что процесс рассоления продвинулся очень глубоко.

По содержанию обменного натрия в горизонте В различают:

  • остаточно-натриевые – меньше 10 % от емкости катионного обмена;
  • малонатриевые – 10–25;
  • средненатриевые – 25–40;
  • сильнонатриевые – более 40 %.

По мощности надсолонцового горизонта:

  • мелкие – до 10 см;
  • средние – 11–18 см;
  • глубокие – больше 18 см.

По структуре почвенного покрова в зависимости от наличия солонцовых почв в комплексах: более 10 %, 10–30, 30–50 и более 50 %. Учет процентного содержания компонентов комплекса позволяет определить характер необходимых агромелиоративных мероприятий.

По данным аналитических работ составляют ведомости химизма засоления почв, почвенно-мелиоративную карту с порядковыми номерами выделенных в поле комплексов. На основе ведомостей морфологических признаков и химизма засоления по каждому контуру указывают долю преобладающих в комплексе солонцов, мощность надсолонцового горизонта, гранулометрический состав, глубину залегания карбонатов и гипса, водорастворимых солей, тип засоления, глубину и минерализацию грунтовых вод.

По данным почвенно-мелиоративной карты и полученной информации с учетом рекомендаций НИУ и опытных данных определяют способ мелиорации почв и составляют проектно-сметную документацию. В мелиорации солонцовых почв рекомендуется применять два основных метода: химический и агробиологический (самомелиорация).

3. Мелиорация солонцов

Гипсование почв – внесение в почву гипса для улучшения ее химических, физических и биологических свойств.

В России солонцы и солонцеватые почвы занимают немалые площади. Эти почвы отличаются большой связностью, плохими физико-химическими свойствами. Во влажном состоянии они диспергируют благодаря высокому содержанию натрия, превращаясь в мажущую массу. При обработке таких почв образуются глыбы. В сухом же состоянии обработка таких почв совсем невозможна. Урожаи в этом случае бывают низкие и плохого качества. Для улучшения этих почв нужно изменить реакцию их и состав катионов, что достигается гипсованием.

Для улучшения солонцовых почв нужно устранить из них углекислые соли натрия, заменить кальцием, а образующийся Na24 удалить промыванием. Одним из методов коренного улучшения солонцовых почв является их гипсование, т.е. химическая мелиорация. Этот метод научно обоснован и разработан отечественными учеными. Применение навоза, компостов и других органических удобрений ускоряет улучшение солонцовых почв под действием гипсования. Гипсованием улучшают солонцовые почвы, содержащие больше 10 % натрия от общей емкости катионного обмена.

Слабосолонцеватые почвы хорошо улучшают повышенные дозы навоза, компостов и других органических удобрений, применяемые под глубокую вспашку. Иногда такие почвы, содержащие гипс (2–3 %) на глубине 30–45 см, подвергают глубокой вспашке на 35–50 см, чтобы перемещать гипсоносный слой с солонцовым горизонтом. Образующийся при этом Na24 (если он будет в избытке) удаляется орошением. Иногда применяют метод планировки (перевозят незасоленную почву на солонцовые участки в течение 3–5 лет из расчета примерно 500 т/га). Но этот метод весьма трудоемкий и не может получить большого распространения.

3.1. Эффективность гипсования

При гипсовании почвы происходит следующая химическая реакция:

гипсование

Na24 – нейтральная соль и в небольших количествах не вредит растениям. Если натрия больше 20 % от емкости катионного обмена, необходимо удаление Na24 путем орошения. Вследствие этого устраняется щелочная реакция, улучшаются физико-химические и биологические свойства почвы, облегчается их обработка, улучшается аэрация. Это приводит к усилению микробиологической деятельности и улучшению плодородия почвы.

Средняя эффективность гипсования на черноземе 3–6 ц/га зерна, а в зоне каштановых почв – 2–3 ц/га. Орошение значительно увеличивает эффективность гипсования. Повышению эффективности гипсования способствуют глубокая вспашка, снегозадержание, применение местных и промышленных удобрений. При сочетании гипсования с внесением навоза прибавки урожая от гипса и навоза часто суммируются.

Лучшими формами удобрений на солонцовых почвах являются сульфат аммония и простой суперфосфат.

Изменения, вызванные гипсованием, сохраняются на протяжении многих лет.

3.2. Дозы, сроки и способы внесения гипса

Дозу гипса (т/га) можно рассчитать по формуле:

CaSO4 ∙ 2H2O = 0,086 ∙ (Na − 0,1𝑇) ∙ 𝐻П ∙ 𝑑𝑣

где Na – содержание Na, ммоль на 100 г почвы; Т – емкость катионного обмена, мг на 100 г почвы; Нп – глубина пахотного слоя, см; dv – плотность солонцового горизонта, г/см3.

Почвы сухостепной и полупустынной зон обычно имеют высокое содержание поглощенного кальция. С развитием солонцеватости количество поглощенного кальция уменьшается с одновременным увеличением поглощенного натрия и магния. Процесс же рассолонцевания должен сопровождаться не только с замещением кальцием обменного натрия, но и определенной части магния.

Коренное преобразование свойств солонцов возможно при следующих условиях:

  • 1) замещение кальцием натрия, если он содержится в количестве свыше 10 % от суммы катионов;
  • 2) вытеснение той части поглощенного магния, которая превышает 30 % от суммы катионов;
  • 3) насыщение кальцием поглощающего комплекса до 70 % от суммы катионов.

В основу расчета потребности солонцовых почв в химических мелиорантах положена степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса кальцием.

По степени насыщенности кальцием солонцы бывают не насыщенными кальцием, когда в поглощающем комплексе его содержится меньше 70 %. Часто такие солонцы преобладают в полупустынной зоне. Солонцы, насыщенные кальцием, содержат его в поглощающем комплексе около 70 % от суммы катионов. Доза гипса для мелиорации этих солонцов может быть определена по приведенной выше формуле.

Не насыщенные кальцием солонцы могут быть многонатриевые (типичные) и малонатриевые, когда поглощенный натрий не превышает 10 %) от всех катионов. Норма гипса для многонатриевых солонцов должна соответствовать сумме замещаемого поглощенного натрия (до уровня 10 %) и той части магния, которая превышает 30 % от суммы обменных катионов. Для малонатриевых солонцов потребность в химических мелиорантах определяется по содержанию поглощенного магния.

Для солонцовых почв, содержащих соду, необходимо увеличить норму гипса для нейтрализации токсического действия соды на растения. Насыщение почвенного поглощающего комплекса кальцием в сухостепной и полупустынной зонах до 65–70 % подавляет диспергирующую роль натрия и магния.

Большие дозы гипса могут вноситься постепенно в течение двух–трех лет. Гипс можно вносить под яровую пшеницу, пропашные культуры. На корковых солонцах гипс вносят после вспашки и заделывают культивацией. На средних и глубоких столбчатых солонцах при мощности перегнойного горизонта не менее 20 см гипс перед вспашкой заделывают плугом с предплужником. На солонцах с меньшей мощностью перегнойного горизонта гипс вносится в два приема: перед вспашкой и под культивацию после вспашки.

Разделение дозы гипса зависит от солонцового горизонта, который выворачивается на поверхность при вспашке.

Удобрения:

  1. гипс сыромолотый (CaSО4 ∙ 2Н2О содержит 71–73 % CaSО4);
  2. фосфогипс (CaSО4 ∙ 2Н2О – 70–75 % CaSО4 и 2–3 % Р2О5) является отходом заводов, производящих двойной суперфосфат и преципитат.

Гипсование лугово-степных и степных солонцов степной зоны наиболее эффективно в условиях орошения. Так как гипсование дорогостоящее мероприятие, для окультуривания солонцов предложены другие приемы, в частности использование карбонатов кальция или гипса самой почвы путем глубокой вспашки (самомелиорация солонцов). При этом достигается снижение плотности солонцового горизонта, улучшается водопроницаемость, увеличиваются запасы продуктивной влаги.

Глубина мелиоративной вспашки и в целом система агромероприятий по окультуриванию солонцов должна быть дифференцированной в зависимости от мощности надсолонцового горизонта, степени его задерненности и гумусированности, глубины залегания карбонатного, гипсового и солевого горизонтов, а также грунтовых вод.

Различная глубина скопления карбонатов, гипса и другие показатели, относящиеся к солонцам одного и того же подтипа, отражают провинциальные особенности их развития и обусловлены спецификой гидротермических условий, а также неодинаковым характером почвообразующих и подстилающих пород. Например, в луговостепных и степных солонцах Заволжья скопление карбонатов обычно начинается с небольшой глубины (30–35 см), иногда близко залегает и гипс.

Солонцы степного Крыма в отличие от солонцов Заволжья имеют более глубокий гумусовый горизонт и пониженный уровень залегания карбонатов (40–45 см и ниже). Лугово-степные и степные солонцы легкого гранулометрического состава Прииртышья отличаются выщелоченностью от карбонатов и гипса. Карбонаты в таких солонцах отмечаются на глубине 60–70 см, а гипсовый горизонт – 100 см и ниже.

В условиях Прикаспийской низменности наиболее эффективной мелиоративной вспашкой степных глубоких и средних солонцов как при орошении, так и без него является глубокая вспашка (на 35–45 см) с почвоуглублением. Значительное положительное влияние оказывает трехъярусная вспашка, при которой верхний наиболее гумусированный слой А остается на месте, а солонцовый B1 перемешивается с карбонатным Вк. Урожай пшеницы при глубокой вспашке на 3–5 ц/га выше, чем при обычной.

На солонцах степного Крыма наиболее эффективна в мелиоративном отношении плантажная вспашка на глубину 40–50 см. Плантажная вспашка недопустима при близком залегании грунтовых вод во избежание вторичного засоления. На среднестолбчатых и глубокостолбчатых солонцах степной и лесостепной зон Западной Сибири положительные результаты дают безотвальная вспашка и вспашка на глубину надсолонцового слоя с постепенной припашкой столбчатого горизонта и одновременным почвоуглублением для разрыхления плотного иллювиального горизонта.

На мелких и средних солонцах черноземной зоны, имеющих хорошо задернованный надсолонцовый горизонт, эффективны поверхностные обработки в сочетании с глубоким рыхлением. Сравнительно легко окультуриваются солонцы легкого гранулометрического состава с невысоким содержанием обменного натрия.

В систему агромелиоративных мероприятий по коренному улучшению плодородия солонцов, кроме глубокой обработки, входят внесение органических и минеральных удобрений, а также травосеяние на фоне орошения.

Органические удобрения активизируют микробиологическую деятельность и улучшают физические свойства солонцов, обогащают их элементами питания. Наиболее положительное влияние оказывает совместное внесение органических удобрений (навоза) с минеральными. Из минеральных удобрений в первую очередь применяют азотные и фосфорные.

Неблагоприятные свойства солонцов можно улучшить внесением искусственных структурообразователей.

В системе мероприятий по окультуриванию солонцов большое значение имеет влагонакопление для ускорения процессов рассолонцевания и рассоления солонцов. В условиях орошения на окультуренных солонцах каштановой зоны получают высокие урожаи таких ценных культур, как кукуруза, – до 75 ц зерна с 1 га, сахарная свекла – 500–600 ц, бобовые (соя) – до 20–25 ц.

При небольшом распространении мелких и средних солонцов среди черноземных почв улучшить их можно землеванием. Для этого на солонцовые пятна скреперами и другими машинами наносят плодородную почву слоем 2–3 см и так повторяют несколько раз.

Наибольшие сложности представляет освоение почв солонцового комплекса с преобладанием солончаковых солонцов. Такие комплексы почв широко распространены в Прикаспийской низменности и других районах зоны сухих и пустынных степей. Система агротехнических и мелиоративных мероприятий по окультуриванию солонцовых комплексов с преобладанием солончаковых солонцов состоит в следующем.

В первый год освоения: весенняя вспашка на глубину 20–25 см; осенняя перепашка плантажным плугом на 45–50 см для лучшего перемешивания солонцового и гипсового горизонтов почв; снегозадержание для накопления влаги, необходимой не только для сельскохозяйственных культур, но и для удаления легкорастворимых солей, вовлеченных глубокой вспашкой в пахотный слой.

Во второй год освоения: весенняя культивация; кулисный пар (кулисы из высокостебельных культур – сорго, подсолнечника); осенняя перепашка межкулисных пространств на глубину 30 см.

На третий год: весенняя культивация с боронованием; посадка древесно-кустарниковых кулис из засухоустойчивых и солеустойчивых культур; посев сельскохозяйственных культур с рядами высокостебельных растений.

Наиболее высокие урожаи этих культур на солонцовых землях в условиях засушливого климата можно вырастить при орошении.

4. Освоение и мелиорация солончаков

Характер и интенсивность использования засоленных почв зависят от климатических и почвенно-мелиоративных условий. В степной зоне глубокосолончаковатые почвы по характеру использования в неорошаемых условиях не отличаются от их типовых аналогов с более глубоким засолением или незасоленных. На солончаковатых почвах этой зоны и тем более солончаковых требуется дифференцированное размещение культур и агротехника в соответствии с условиями засоления. При подборе культур используют региональные группировки и шкалы солеустойчивости растений. Большая часть засоленных почв степной зоны, вовлеченных в активный сельскохозяйственный оборот, используется в неорошаемых условиях. Орошение применяют на более благополучных почвах.

В пустынной и полупустынной зонах и в значительной мере в южной части сухой степи интенсивное земледелие связано в основном с орошением и соответственно с преодолением засоления, поскольку все почвы здесь в той или иной мере засолены или существует опасность их засоления в процессе орошения.

4.1. Промывка почв от солей

В качестве главного и наиболее надежного способа удаления солей признана сквозная промывка почв, обеспечивающая вынос солей из всей толщи почвенного профиля в грунтовый поток и их удаление в условиях естественного или искусственного дренажа за пределы орошаемого массива.

Инженерный дренаж на орошаемом массиве может быть горизонтальным, вертикальным и комбинированным (сочетающим оба вида). Коллекторно-дренажная сеть, состоящая из дрен, коллекторов, насосных станций и других сооружений, обеспечивает сбор и отвод грунтовых вод, поддержание их на уровне, исключающем вторичное засоление. Количество воды, необходимое для промывки солей, называют промывной нормой. Она зависит от степени и химизма засоления, глубины залегания грунтовых вод, физических свойств почв.

Для расчета промывной нормы широкое распространение получила формула В.Р. Волобуева:

Мпр = 10000 ∙ а ∙ lg (SH/SO),

где Мпр – промывная норма, м3/га; а – показатель солеотдачи, определяемый по данным опытно-производственных промывок; SH – содержание солей в промывном слое почвогрунта до начала промывки в % от веса почвы; SO – допустимое содержание солей.

4.2. Водно-солевой режим и его регулирование

Вовлечение засоленных почв в активный сельскохозяйственный севооборот путем орошения приводит к сложным их изменениям, которые носят как положительный, так и негативный характер. Общим для всех орошаемых массивов является подъем уровня грунтовых вод. Интенсивность этого процесса зависит от мелиоративных условий, конструкции оросительных систем и характера их эксплуатации. В условиях технически несовершенной водопроводящей и распределительной сети при неупорядоченном водопользовании и несоблюдении поливных норм и режимов орошения скорость подъема уровня грунтовых вод может составлять 1–2 м/год, в то время как при дождевании в условиях закрытой оросительной сети скорость их подъема не превышает 0,6 м/год.

В зависимости от ирригационно-хозяйственных и ландшафтногидро-геохимических условий формируются различные типы мелиоративных режимов: автоморфный, полугидроморфный и гидроморфный. Последний разделяется на критический и субкритический.

Ирригационно-автоморфный режим формируется на высоких равнинах и в междуречьях при глубине грунтовых вод более 3,5–4,5 м и относительно удовлетворительном естественном их оттоке.

Полугидроморфный режим складывается на склонах водораздельных равнин и высоких террасах при уровне грунтовых вод 2,5– 3,5 м и характеризуется относительно удовлетворительными гидрогеохимическими условиями, которые обеспечивают многолетнее сохранение верхнего метрового слоя почв от вторичного засоления и осолонцевания. В многолетней динамике наблюдается замедленный подъем уровня грунтовых вод со скоростью до 0,3–0,5 см/год.

Гидроморфный субкритический режим формируется на низменных равнинах, низких террасах, поймах рек при пресных и слабоминерализованных (до 1–2 г/л) грунтовых водах, расположенных на глубине 1,5–2,5 м. При орошении дождеванием слабая сезонно-годовая и многолетняя аккумуляция солей (до 0,07 % за год) отмечается в зоне капиллярной каймы.

Гидроморфный критический режим формируется в таких же гидрогеоморфологических условиях, как и субкритический, но при среднеминерализованных (3–5 г/л) грунтовых водах, расположенных на глубине 1,5–2,5 м и имеющих слабый естественный отток. Вторичное засоление корнеобитаемого слоя орошаемых почв связано, прежде всего, с расходом минерализованных грунтовых вод на физическое испарение. Повышению минерализации грунтовых вод способствует наличие природных запасов солей в зоне аэрации почв. Сезонногодовая интенсивность соленакопления в корнеобитаемом слое достигает 0,07–0,1 %.

Совокупность процессов передвижения и накопления легкорастворимых солей в профиле и отдельных горизонтах почв под влиянием погодных условий и орошения называют солевым режимом почв.

Природными факторами солевого режима почв являются атмосферные осадки, вызывающие нисходящие токи почвенной влаги, а также испарение и транспирация грунтовых вод, обусловливающие восходящие токи растворов. В связи с этим особое значение приобретает оценка баланса грунтовых вод, т.е. количественное соотношение их прихода и расхода за определенный промежуток времени. Уравнение баланса грунтовых вод орошаемой территории может быть представлено следующим образом:

А+Ирп+В+Впквпс<>Бо+Т+С+Д ,

где А – питание атмосферными осадками, Ир – инфильтрация из русел рек, Вп – боковой приток грунтовых вод, В – поступление от артезианских вод, Ик – инфильтрация из ирригационных каналов, Ив – инфильтрация из водохранилищ, Ип – инфильтрация на поливных и промывных полях, Ис – инфильтрация сбросовых вод, Б – боковой отток, Т – транспирация растительностью, С – испарение через почву, Д — отток грунтовых вод через дренажную сеть.

С режимом грунтовых вод орошаемой территории тесно связан солевой режим. Уравнение солевого баланса на орошаемом массиве может быть представлено следующим образом:

С = Сн +(Пгв – Вгв ) + Пив – Ву,

где С – запас солей в конце периода, Сн – запас солей в начале периода, Пгв – приток солей от грунтовых вод, Вгв – вынос в грунтовые воды, Пив – приток с ирригационными водами, Ву – вынос солей с урожаем.

Увеличение приходных статей баланса свидетельствует о развитии на орошаемом участке вторичного засоления, которое является главной причиной неудач при орошении земель в полуаридных и аридных районах земного шара. Оно возникает в результате перемещения к поверхности водорастворимых солей из глубоких слоев почвообразующих и подстилающих пород и грунтовых вод или в результате орошения минерализованными водами. Оно может быть связано и с притоком минерализованных грунтовых вод с вышерасположенных орошаемых массивов. Угроза вторичного засоления возрастает по мере повышения уровня грунтовых вод и степени их минерализации.

Уровень грунтовых вод, при котором происходит накопление солей в верхних горизонтах почв, приводящее к угнетению и гибели сельскохозяйственных растений, называют критическим. Этот уровень зависит, прежде всего, от водоподъемной способности грунтов и изменяется в зависимости от гранулометрического состава, преимущественно, в пределах 1,5 до 3,5 м. При этом наиболее высокой способностью к капиллярному подъему воды характеризуются средние суглинки, особенно лессы (до 3,5–4 м); в тяжелосуглинистых породах эта способность снижается до 2 м, в тяжелоглинистых до 1,5 м, в песчаных и супесчаных до 0,5–1,5 м. Критический уровень грунтовых вод зависит также от их минерализации. Чем она выше, тем с большей глубины грунтовые воды могут вызывать засоление почв.

Опасность вторичного засоления возрастает по мере усиления засушливости климата. По данным Б.А. Зимовца (1991), при глубине грунтовых вод 1,0–1,5 м и минерализации 3–5 г/л ежегодная прибавка солей в верхнем метровом слое южных черноземов и темнокаштановых почв не превышает 0,03–0,05 %, с увеличением минерализации до 7–10 г/л прибавка солей возрастает до 0,07–0,09 %. Для подзоны каштановых и светло-каштановых почв темпы сезонногодового соленакопления более высокие: при том же уровне и минерализации грунтовых вод они достигают 0,07 %. В то же время в гидроморфных каштановых почвах многолетняя и сезонно-годовая активность соленакопления в 2–3 раза ниже активности соленакопления в гидроморфных почвах сероземной зоны, особенно при глубине грунтовых вод 2–3 м.

Если для регулирования солевого режима орошаемых черноземных и каштановых почв в полугидроморфных условиях можно использовать дождевание, то в пустынных условиях оно не обеспечивает оптимизации водно-солевого режима орошаемых почв ни в автоморфных, ни в гидроморфных условиях, особенно при минерализованных грунтовых водах (5–10 %). При близком их залегании к поверхности (2–3 м) за вегетационный период в корнеобитаемом слое накапливается свыше 0,3 % солей. Для удаления избытка солей требуется дополнительный влагозарядковый полив поверхностным способом.

Относительно слабая активность сезонно-годового соленакопления в корнеобитаемом слое орошаемых почв сухостепной зоны позволяет использовать субирригацию при пресных и слабоминерализованных грунтовых водах и удовлетворительном их оттоке. При необеспеченном естественном оттоке грунтовых вод оптимизировать водно-солевой режим глубокозасоленных черноземных и каштановых почв в гидроморфных условиях возможно только на основе инженерного дренажа. В целом критические параметры солевого режима, зависящие от перечисленных факторов, должны устанавливаться для конкретных условий на основе практического опыта.

Реальная опасность вторичного засоления пахотного слоя черноземных, каштановых почв и солонцов существует при очень слабом естественном оттоке минерализованных грунтовых вод (более 5–7 г/л), залегающих на глубине 1,0–1,5 м и выше. Вторичные солончаковые почвы и солончаки формируются прежде всего в богарных вторично гидроморфных условиях, которые наблюдаются на периферии орошаемых массивов, вблизи открытых оросительных каналов, не имеющих защитных средств от инфильтрации.

В диагностическом аспекте о характере солевого режима, направлении движения солей можно судить по характеру их распределения в почвенном профиле. Для первоначальной стадии засоления характерно наличие резко выраженного максимума солей в верхнем горизонте при невысоком содержании солей по профилю. Для стадии прогрессивного засоления характерно значительное содержание солей по всему профилю с максимум в верхней его части. Наличие нескольких солевых максимумов в профиле почв свидетельствует о смене достаточно длительных периодов засоления периодами рассоления. Наличие значительного количества солей по всему профилю с максимумом в нижней его части свидетельствует о стадии рассоления почвы.

Для оценки процессов засоления-рассоления можно использовать отношение хлоридов и сульфатов в почве и грунтовых водах, учитывая, что в процессе миграции первые опережают вторых. Если отношение хлоридов к сульфатам в верхних слоях почвы выше, чем в грунтовых водах, то почва находится в фазе прогрессивного засоления. Противоположная ситуация свидетельствует о рассолении.

Солевой режим орошаемых почв в большой мере определяется способами и режимами орошения и соответственно глубиной промачивания. Различают промачивание мелкое – до 0,5 м, среднее – до 1,0 м и глубокое – более 1,0–1,5 м. При этом глубина промачивания влияет не только на оценку водно-солевого режима корнеобитаемого слоя, но и на гидрогеологическое и геохимическое состояние ландшафта.

При поверхностных способах полива, обеспечивающих, как правило, глубокое промачивание почв, создается промывной режим орошения. В условиях открытой оросительной сети происходят большие потери на инфильтрацию, и при отсутствии дренажа наблюдается подъем уровня грунтовых вод и увеличение их минерализации.

На фоне дренажа интенсивный промывной режим орошения приводит к другим неблагоприятным последствиям. Они связаны с большим расходом пресных поливных вод, активизацией процессов миграции солей из древних аккумуляций, законсервированных в глубоких слоях зоны аэрации, поступлением этих солей в общий гидрогеохимический сток, ухудшением качества речной воды в нижних частях бассейнов рек. Промывной режим орошения на фоне интенсивного дренажа нередко приводит к ощелачиванию почв и грунтовых вод за счет десорбции обменных натрия и магния. При промывном водном режиме почти повсеместно наблюдается ухудшение свойств почв, связанных с разрушением и потерей органического вещества, гипса, карбоната кальция, дезагрегацией почв, уплотнением пахотного и подпахотного горизонтов, выносом питательных элементов.

Иначе складывается водно-солевой режим при дождевании из закрытой оросительной сети, при котором почвы промачиваются на глубину не более 0,5–1 м. В результате орошения широкозахватной техникой с поливной нормой не более 350–450 м3/га в глубокозасоленных черноземных и темно-каштановых почвах формируется непромывной водный режим, обеспечивающий сохранение природных запасов солей на глубине 2 м и более. Периодически промывной водный режим формируется лишь в лугово-черноземных и лугово-каштановых почвах, расположенных в микропонижениях, через которые осуществляется потускулярное (очаговое) пополнение грунтовых вод.

В совокупности задач, которые приходится решать при эксплуатации ирригационных систем в районах массового орошения, все более обостряется проблема утилизации дренажного стока, которая ранее не возникала при локальном орошении. Используются и разрабатываются различные варианты решений, в том числе:

  • сброс минерализованных вод в местные понижения;
  • отвод их в море;
  • закачка в глубоко залегающие водоносные слои;
  • использование на промывку и освоение солончаковых почв;
  • очистка и опреснение, в том числе на атомных станциях.

4.3. Мелиоративная оценка качества оросительных вод и их влияние на почву

Оценка качества оросительной воды должна быть комплексной и дифференцированной с учетом ее минерализации и химического состава, мелиоративного состояния орошаемых земель, свойств и режимов почв в конкретных климатических условиях, технологии орошения, солеустойчивости сельскохозяйственных культур. При этом предполагается, что состав и концентрация поливной воды не должны быть хуже соответствующих показателей почвенных растворов орошаемых почв. Таким образом, наряду с общими методическими положениями по определению качества воды для орошения необходимо разрабатывать региональные параметры с учетом местных условий.

При оценке пригодности воды для полива учитывают опасность засоления, осолонцевания почв, карбонатного подщелачивания, загрязнения токсичными веществами. Данная задача сопряжена с уточнением пороговых уровней состава и концентрации почвенных растворов, содержания обменных натрия и магния, щелочности, а также физических показателей (пороговых уровней водопроницаемости, дисперсности почв и др.). Не все эти параметры получили достаточное обоснование, а ранее установленные существенно уточняются в последние годы. Существенное изменение претерпели критические параметры концентрации почвенных растворов.

Долгое время считалось, что критическая концентрация почвенных растворов для аридных почв находится в пределах 10–12 г/л. Затем по мере накопления экспериментальных данных эта величина снизилась в 2–3 раза. Теперь установлено, что для районов возделывания хлопчатника критическая концентрация почвенного раствора составляет 2,5–3,5 г/л при хлоридном засолении и 3,5–4,5 г/л при сульфатном. Для почв сухостепной зоны эти показатели оказались еще ниже. Например, для каштановых орошаемых почв критическая концентрация почвенных растворов не превышает 2,0–2,5 г/л при хлоридном составе солей и 2,5–3,0 г/л при сульфатном.

С учетом опыта ирригации в полуаридных и аридных зонах во всех случаях пригодными для орошения признаны воды с минерализацией менее 0,2 г/л. При минерализации 0,2–0,5 г/л воду считают хорошей, если в ней отсутствует нормальная сода. Вода с концентрацией солей 0,5–1,0 г/л используется для поливов с ограничениями. Она может применяться в условиях нормального дренажа, периодически (1 раз в 2–3 года) может возникать необходимость в промывках. Воды с минерализацией 3–7 г/л используют для орошения в порядке исключения при наличии очень хорошего дренажа и применении поливов промывного типа. Воды с более высокой концентрацией солей используют на легких почвах с низкой поглотительной способностью.

Качество оросительной воды в большой мере определяется содержанием в ней натрия и соотношением концентрации ионов натрия и суммы ионов кальция и магния, от которого зависит степень вторичного осолонцевания почв. В качестве пороговых значений содержания обменного натрия, при которых отчетливо начинает проявляться солонцеватость почв, приняты следующие показатели: более 5 % от емкости обмена для черноземных почв, более 2 % – для каштановых почв.

Определенную опасность в отношении ухудшения физических свойств почв представляет повышение в ППК содержания магния, поступающего из оросительных вод. В качестве критического принято считать содержание обменного магния 40–60 % от ЕКО. Появление его в таких и более высоких количествах в ППК возможно при содержании в воде Mg2+ свыше 50 % от суммы Са2+ и Mg2+.

Важная характеристика качества оросительных вод – щелочность. В результате осаждения кальция и магния в щелочной среде соотношение катионов изменяется в пользу натрия, усиливается осолонцовывающее влияние поливной воды. Для оценки качества щелочных оросительных вод используют показатель, называемый «остаточным карбонатом натрия». Его определяют по разности между общей щелочностью и суммой ионов кальция и магния. Вода, содержащая более 2,5 мг ∙ экв/л остаточного карбоната натрия, для орошения не пригодна, при содержании его от 1,25 до 2,5 – малопригодна и лишь при содержании менее 1,25 мг ∙ экв/л безопасна.

Оросительные воды не должны содержать избытка токсичных веществ, таких, как фенол, свинец, медь и др. По содержанию бора оросительные воды оценивают по следующим критериям: безусловно пригодные для орошения всех культур при концентрации этого элемента менее 0,3 мг/л, непригодные – при содержании его 4 мг/л.

4.2. Особенности использования орошаемых засоленных почв

Успех мелиорации засоленных почв зависит от характера их использования в мелиоративный и последующий периоды. Определяющую роль в данном отношении играет выбор культур и технологий их возделывания. Реставрация засоления промытых почв чаще наблюдается в тех случаях, когда после промывки они остаются неосвоенными. При отсутствии значительного растительного покрова усиливается перенос солей к поверхности промытой почвы. Угроза этих вторичных процессов особенно велика, если в почве сохраняется значительное остаточное засоление.

В тех случаях, когда необходимо промыть сильнозасоленную почву, опреснение которой не может быть достигнуто в течение одного промывного сезона, применение специальных культур-освоителей особенно важно. При этом, помимо затенения поверхности почвы, существенную роль играют разрыхляющее действие корневой системы, улучшение структуры почвы, фильтрационной способности.

Сильное воздействие на водно-солевой режим и физические свойства почв оказывают многолетние травы, особенно люцерна, которая благоприятствует значительному ускорению мелиоративного процесса. Благодаря высокой транспирации (10000–18000 м3/га) на полях с хорошо развитой люцерной в течение вегетационного периода уровень грунтовых вод часто на 70–100 см ниже, чем на соседних полях с пропашными культурами.

В качестве кулыуры-освоителя на недопромытых почвах нередко используют подсолнечник, обладающий высокой солеустойчивостью. Он развивает большую массу, хорошо затеняет поверхность почвы и улучшает ее свойства. При использовании орошаемых засоленных почв следует стремиться к максимальному сокращению периода, в течение которого почва остается без растительного покрова, поэтому там, где невозможно получить два урожая, следует возделывать пожнивные культуры.

Учитывая повышенную уплотняемость почв при орошении, необходимо предусматривать в системе обработки почвы глубокие вспашки и рыхления.

В качестве важного мелиоративного мероприятия, своего рода «биологического дренажа», следует рассматривать посадку двух трехрядных лесополос вдоль всех постоянных элементов оросительной сети. Лесные насаждения расходуют большое количество грунтовых вод на транспирацию. Один гектар насаждения древесных пород может транспирировать 10000–20000 м3/га грунтовых вод. Лесополосы вдоль оросительных каналов снижают уровень грунтовых вод на 1 м и более, создавая уклон их к каналу. Кроме того, полосные лесонасаждения уменьшают скорость ветра, ослабляют физическое испарение влаги с поверхности почвы, уменьшают сухость воздуха. Выбор древесных пород проводят с учетом степени засоленности почв.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *