Введение. Засоление — это свойство, которое лимитирует потенциальное плодородие орошаемых, богарных и других почв, влияет на определение их экологического состояния. Засоление почво-грунтов является динамическим процессом, требующим постоянного мониторинга и мелиорации (Юлдашев и др., 2008; Юлдашев, Исагалиев, 2012). Общая площадь засоленных почв мира составляет 950 млн. га в том числе в Северной Америке 17720, в Южной Америке 129165, в Африке 80538, Южной и Западной Азии 211448, Юго-Восточной Азии 21521, Австралии и Океании 357508, Европе 50804 (Сабольч и др., 1980). При этом наибольшая площадь засоленных почв приходится на долю пустынных земель. Генетические особенности пустынных почв определяются не глубоким, но ежегодным промачиванием до глубины 40–50 см, главным образом весной, иссушением летом и низкими температурами зимой. Почвы характеризуются засоленностью, энергичной минерализацией растительных остатков и биогенным накоплением карбонатов в верхней части профиля, фульватным типом гумуса, со слабой полимеризацией органических веществ, слабым глинообразованием в средней части профиля, ожелезнением с образованием пленок из гетита и накоплением пылеватых фракций за счет слабого выветривания (Лобова, 1960).
Генезис засоленных почв в отдельных регионах характеризуется специфическими чертами. Так в Забайкалье засоленные почвы приурочены к степным и сухостепным ландшафтам, наличие которых обусловлено, в основном, горно-котловинным рельефом. Рассматривая влияние различных факторов, аккумуляция солей на генезис и географию засоленных почв Западного Забайкалья, авторы приходят к выводу, что на первый план выдвигаются криоаридность климата и особенности рельефа (Черноусенко, Ямнова, 2004).
В ряде работ (Редли, Панкова, 2004; Котенко и др., 2020) проведено обобщение большого материала по засоленным почвам Бурятии, составлена детальная геоморфологическая карта Баргузинской котловины, из которой явствует, что засоленные почвы тяготеют к низкой озерно-аллювиальной равнине. Генезис засоления, степень и качество рассмотрены с точки зрении источников и механизмов засоления. Подчеркивается, что засоление почв изменяется во времени и в пространстве (Юлдашев и др., 2017; Котенко и др., 2020).
Наличие засоленных почв и солончаков в почвенном покрове приводит к снижению урожайности пастбищных и сельскохозяйственных культур. Большой урон сельскому хозяйству наносит вторичное засоление. Вторичное засоление – широко распространенное явление в орошаемой зоне пустынь, и требует глубокого всестороннего исследования.
Объекты и методы исследования. В целях исследования поставленного вопроса нами были выбраны следующие объекты и почвенные разрезы.
Разрез 3. Куштепинский район, природный заповедник, солончаковый массив (рис.1).
Рис.1 – Карта-схема природных солончаков (заповедник)
Разрез 2. Язяванский район, фермерское хозяйство «Абдулла», солончаковое пятно, новоосвоенные солончаки после 15-летного использования в сельском хозяйстве.
Рис.2 – Карта-схема вторичных солончаков (фермерское хозяйство Абдулла)
Разрез 1. Солончаковое пятно, фермерское хозяйство «Мардан», новоорошаемые солончаки после 30-летного использования в сельском хозяйстве.
Рис.3 – Карта-схема вторичных солончаков (фермерское хозяйство Мардан)
Полевые и лабораторные исследования проведены по общепринятым в почвоведении методам. Состав и количество воднорастворимых солей определены в водной вытяжке, полученной при соотношении вода: почва = 1:5.
Результаты исследования и обсуждение. Аккумуляция солей достигает своего максимума в испарительных педогеохимических барьерах солончаков. Процесс повышения концентрации легкорастворимых солей в грунтовых водах и почвенных растворах сопровождается одновременным переходом в осадок и накоплением менее растворимых солей в грунтах и почвенных горизонтах.
Аккумуляция солей в грунте начинается с таких наименее растворимых веществ, как соединения железа и кремнезема, карбонаты кальция и магния. В дальнейшем, по мере увеличения общей концентрации солей в почвенном растворе из грунтовой воды, к ним присоединяются гипс, сульфаты натрия и позднее – сульфат магния (Ковда, 1984). Вторичные солончаки могут образовываться практически во всех орошаемых почвах зоны пустынь и полупустынь. Например, светло-каштановые солонцеватые суглинистые почвы на лессовидных суглинках в ходе эксплуатации подвергаются вторичному засолению из-за завышенных поливных норм (Горохова и др., 2020). И таких примеров много.
На основании ретроспективного анализа различных возможностей и классификации солевой деградации почв сделан вывод о наличии разнообразных методик, ориентированных, как на получение отдельных характеристик почв в целях их неблагоприятного солевого состава, так и на различные подходы к процедурам и методам диагностирования (Панкова и др., 2018).
В настоящее время в большинство стран для оценки степени и качества засоления почв используют данные водной вытяжки (1:5), при этом проводится расчет токсичных и нетоксичных солей. Солончаки выделяют на высоком таксономическом уровне, почвы, в которых солевые горизонты не соответствуют типовым признакам солончаков, как засоленные, так и содержащие повышенное количество обменного натрия, рассматриваются на более низком таксономическом уровне (Панкова и др., 2018).
В луговых солончаках Центральной Ферганы концентрация почвенного раствора по профилю колеблется в интервале 81,2–280,0 г/л, при этом закономерности выпадения из раствора гипса, сульфатов натрия и магния сохраняются, и наивысшая их концентрация приурочена к испарительным барьерам (Ковда, 1984; Юлдашев, Холдаров, 2018).
Кроме того, ежегодно большие площади земель выпадают из сельскохозяйственного оборота за счет процесса вторичного засоления почво-грунтов в зоне орошения.
Вторичное засоление, особенно щелочность, вызываемая содой, – угроза для сельского хозяйства. В ряде случаев недооцениваются значение уровня грунтовых вод и их минерализация, игнорируется ионный состав солей в почвах и грунтовых водах, что недопустимо, так как химический ионный состав вторичных солончаков определяется в основном химическим составом и минерализацией грунтовых вод. Огромную роль в скорости, количественном и качественном отношениях процесса вторичного засоления играют период естественной аккумуляции солей и водно-солевой баланс территории, имевшие место до орошения и освоения.
Из вышеизложенного видно, что исследование процессов засоления и рассоления природных и вторичных солончаков во времени и в пространстве в пустынной зоне является очень важной проблемой современного почвоведения.
Соли в основном представлены сернокислыми и хлоридными кальцием, магнием и натрием. В исследованных нами солончаках природного и антропогенного генезиса основная масса солей представлена в виде CaSO4 и MgSO4 далее идут NaCl, Na2SO4 (табл. 1).
Таблица 1 – Солевой состав солончаков и грунтовых вод Ферганской долины, %
Глубина, см |
Na2CO3 |
Ca(HCO3)2 |
CaSO4 |
MgSO4 |
Na2SO4 |
NaCl |
Нетоксичные |
Токсичные |
Сумма |
Заповедник (разрез 3) |
|||||||||
0–3 3–46 4–74 74–107 107–160 Гр. воды, г/л |
0,003 0,005 0,002 0,002 0,005 1,013 |
0,070 0,062 0,054 0,044 0,045 1,100 |
1,594 1,360 1,487 1,214 1,132 22,820 |
1,558 1,366 1,582 1,208 1,189 21,850 |
0,232 0,188 0,136 0,146 0,121 3,850 |
0,554 0,553 0,550 0,380 0,383 5,425 |
1,664 1,422 1,541 1,258 1,177 23,920 |
2,347 2,112 2,270 1,736 2,785 32,138 |
4,011 3,534 3,811 2,994 3,960 58,058 |
Вторичный солончак, 15 лет, фермерское хозяйство Абдуллох (разрез 2) |
|||||||||
0–23 23–40 40–50 50–100 100–150 Гр. воды, г/л |
Следы 0,001 Следы Следы Следы 0,267 |
0,070 0,032 0,052 0,020 0,023 0,260 |
1,265 0,836 0,800 0,493 0,389 2,720 |
1,281 1,040 0,884 0,400 0,299 2,758 |
0,077 0,055 0,115 0,059 0,229 0,410 |
0,527 0,364 0,260 0,240 0,229 0,451 |
1,335 0,868 0,852 0,513 0,412 2,980 |
1,885 1,460 1,259 0,700 0,790 3,491 |
3,220 2,328 2,111 1,213 1,202 6,471 |
Вторичный солончак, 30 лет, фермерское хозяйство Мардан (разрез 1) |
|||||||||
0–33 33–44 44–66 66–96 96–115 Гр. воды, г/л |
0,002 Следы Следы Следы 0,002 0,167 |
0,062 0,052 0,062 0,039 0,037 0,169 |
1,252 0,802 0,680 0,660 0,254 2,120 |
1,111 0,902 0,800 0,223 0,337 1,870 |
0,039 0,035 0,034 0,126 0,028 0,400 |
0,671 0,361 0,345 0,247 0,181 0,368 |
1,319 0,854 0,742 0,699 0,391 2,289 |
1,823 1,358 1,129 1,096 0,548 2,805 |
3,142 2,212 1,921 1,795 0,939 5,094 |
При сопоставлении данных солевого состава по разрезам вторичных солончаков можно наблюдать ту же закономерность, что в природном солончаке, но менее выраженную. В аккумуляции сернокислого кальция в профиле почв наблюдается относительно четкая последовательность в сторону уменьшение его количества вниз по профилю во всех изученных разрезах.
При этом высокие показатели сернокислого кальция характерны для всех горизонтов природного солончака, где его содержание колеблется в пределах 1,132–1,594% тогда, когда во всех горизонтах вторичного солончака массива, орошаемого в течение 30 лет (разрез 1), содержание гипса колеблется в интервале 0,389–1,265%, а в профиле солончака, орошаемого в течение 15 лет (разрез 2), изменяется в пределах 0,254–1,252%.
Гидрокарбонат кальция, выпадая на поверхности с сернокислыми солями кальция, магния и хлористыми солями натрия принимает участие в генезисе поверхностных горизонтов природного пухлого солончака. Распределение сернокислых и хлористых солей натрия во всех изученных солончаках имеет практический одинаковый равномерно убывающий вниз по профилю характер. Содержание этих солей снижается с глубиной до самого уровня грунтовых вод, причем ожидаемо наибольшая их концентрация соответствует верхним горизонтам, что связано с работой испарительного барьера. Сумма нетоксичных солей, представленных гидрокарбонатами и сульфатами кальция, колеблется в природных солончаках в интервале 1,13–1,66 %, в новоосвоенном солончаке (разрез 1) нетоксичные соли составляют 0,41–1,33 %, а в новоорошаемом солончаке (разрез 2) несколько ниже: от 0,39 до 1,31 %. Примерно такая же закономерность сохраняется в отношении токсичных солей, но более напряжено. Как ожидалось, наивысшие концентрации общего содержания воднорастворимых солей характерны для природного солончака, где содержание солей колеблется в интервале 3,5–4,01 %, во вторичных солончаках их содержание заметно ниже: 1,20–3,22 % (разрез 1) и 0,93–3,1 % (разрез 2). Интересным моментом в этих исследованиях считается появление и генезис соды во всех горизонтах природных и в отдельных слоях вторичных солончаков, а также в грунтовых водах региона исследований.
На общем фоне токсичных солей, которые содержатся в пределах 55,1–70,3 % от общей суммы солей в почво-грунтах и грунтовых водах природных солончаков, в отдельных горизонтах вторичных солончаков и питаемых их грунтовых водах, обнаруживается сода, что нежелательно. Её появление связывают с органическими веществами, физико-химическими и другими факторами и процессами. На наш взгляд, появление соды в изученных почвах связано с биогеохимическими процессами и происходит практически без участия органического углерода, которого в почвах Ферганской долины очень мало для образования соды. Но достаточно много сульфатных солей и гидроксидов железа, при взаимодействии которых с участием сульфат редуцирующих микроорганизмов происходит образование соды по следующей схеме:
Na2 SO4 + Fe(OH)3 + 9H+ → FeS + 2NaOH +5H2O
NaOH +CO2 → NaHCO3
2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
Надо отметить, что при достаточном количестве органического углерода при участии сульфидов металлов может произойти образование соды. Основная масса солей во всех изученных солончаках, как в природных, так и во вторичных, приходится на долю токсичных, накопление которых в метровом слое достигает 52,5–195,7 т/га (табл. 2).
Таблица 2 – Запасы солей в солончаках, т/га
Номера и местоположение разрезов |
Глубина, см |
Токсичные |
Нетоксич- ные |
Всего |
Токсичные от общего запаса, % |
Разрез-3 Куштепинский район-заповедник, природные солончаки |
0–50 |
160.92 |
109.01 |
269.93 |
59.6 |
50–100 |
197.20 |
137.43 |
334.63 |
41.0 |
|
0–100 |
358.12 |
246.44 |
604.56 |
59.2 |
|
Разрез-1 Язяванский район фермерское хозяйство «Абдуллох» вторичные солончаки |
0–50 |
119.69 |
77.94 |
197.63 |
60.6 |
50–100 |
52.50 |
39.76 |
92.26 |
56.9 |
|
0–100 |
172.19 |
117.6 |
289.89 |
59.4 |
|
Разрез-2 Язяванский район фермерское хозяйство «Мардон» вторичные солончаки |
0–50 |
116.34 |
81.2 |
197.54 |
58.9 |
50–100 |
79.38 |
49.41 |
128.79 |
61.6 |
|
0–100 |
195.72 |
130.61 |
326.30 |
60.0 |
Как и ожидалось, максимальное количество солей накапливается в природном солончаке, где общее содержание водорастворимых солей достигает 600 и более тонн на гектар. Значительно меньшее количество солей обнаруживается во вторичном солончаке новоорошаемых земель, где сумма солей в метровом слое составляет около 190 т/га (разрез 1).
Независимо от состояния изученных солончаков, содержание токсичных солей от общей суммы колеблется в интервале 56,9–61,6 % (табл. 2), остальная часть приходится на долю нетоксичных солей. Теоретически содержание солей в природных солончаках должно быть намного больше, чем во вторичных солончаках, которые подвергаются ежегодным промывкам. Природные солончаки незащищены от влияния сильных (>15 м/с) ветров, продолжительность которых в этой зоне достигает 40 дней и более, и которые в значительной степени увеличивают испаряемость. Исходя из этих обстоятельств можно рассчитать промывную норму воды для этих солончаков по формуле В. Р. Волобуева, которая для природных и вторичных солончаков соответственно составляет от 9000 до 11530 м3/га воды.
Заключение
В пустынной зоне проблемы орошения и борьбы с засолением земель весьма актуальны, особенно при высокой испаряемости, усиливающей испарительный педогенный барьер, и напорности гидрогеохимически обогащённых грунтовых вод высокой минерализации хлорид-сульфатного и сульфатного типа. Длительность окультуривания солончаков до 15 (разрез 2) и более 30 лет (разрез 1) в природных условиях пустыни Центральной Ферганы незначительно влияет на процессы, идущие во вторичных солончаках. В указанных сроках окультуривания содержание солей в верхних пахотных горизонтах составляет 3,1–3,2%, а качественный состав солей не меняется. Однако, степень окультуренности почв проявляется различиями в профильном накоплении: в почве, где период освоения более 30 лет, запас солей в метровом слое составил около 290 т/га, а в почве с периодом освоения более 15 лет – 326,3 т/га.
Литература
- Сабольч И., Варраляи Д., Мироненко Е. и др. Моделирование процессов засоления и осолонцевания почв. М.: Наука, 1980. 260 с.
- Лобова Е. В. Почвы пустынной зоны СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 363 с.
- Горохова И. Н., Хитров Н. Б., Кравченко Е. И. Токсичная щелочность, вторичное засоление почв //Почвоведение, 2020. №4. С. 463–472.
- Панкова Е. И., Герасимова М. И., Королюк Т. В. Засоленные почвы в отечественных, американской и международной почвенных классификациях //Почвоведение, 2018. №11. С. 1309–1321.
- Ковда В. А. Проблемы борьбы с опустыниванием с засолением орошаемых почв. М., «Колос» 1984. 303 с.
- Юлдашев Г., Холдаров Д.М. Биогеохимия засоленных почв Ферганы. 2018. 158 с. (на узбекском языке).
- Черноусенко Г. И., Ямнова И. А. О генезисе засоления почв Западного Забайкалья //Почвоведение, 2004. № 4. С. 399–414.
- Юлдашев Г., Исагалиев М. Геохимия почв конусов выноса. Ташкент: «Фан», 2012. 160 с.
- Редли М., Панкова Е. И. Результаты современных исследований засоленных почв в Европе //Почвоведение, 2004. №12. С.1473–1485.
- Котенко М. Е., Сорокин А. Е., Савич В. И., Подволоцкая Г. В., Мохамади Шима. Изменение засоления почв во времени и в пространстве. //Плодородие, 2020. №1. С. 43–48.
- Юлдашев Г., Зокирова С., Исагалиев М. Орошаемый земельный фонд Ферганской долины // Сельское и водное хозяйство Узбекистана, 2008. С. 22-23.
- Юлдашев Г., Исагалиев М., Солиев А., Солиева С. Влияние поливов минерализованными водами на свойства гидроморфных легких почв пустынной зоны //«Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства». V Международная науч. экол. конф. /сост. В.В.Корунчикова; под ред. И.С.Белюченко. Краснодар: КубГАУ, 2017. С. 800-803.
References
- Sabolch I., Varralyai D., Mironenko E. et al. Modeling of soil salinization and solonetzization processes. M.: Nauka, 1980. 260 p.
- Lobova E. V. Soils of the Desert Zone of the USSR. M.: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1960. 363 p.
- Gorohova I. N., Khitrov N. B., Kravchenko E. I. Toxic alkalinity, secondary soil salinization // Soil Science, 2020. No. 4. pp. 463–472.
- Pankova E. I., Gerasimova M. I., Korolyuk T. V. Saline soils in domestic, American and International Soil Classifications // Soil Science, 2018. No. 11. S. 1309–1321.
- Kovda V. A. Problems of combating desertification with salinization of irrigated soils. M., Kolos, 1984. 303 p.
- Yuldashev G., Kholdarov D.M. Biogeochemistry of saline soils of Fergana. 2018. 158 p. (in Uzbek).
- Chernousenko G. I. and Yamnova I. A. On the genesis of soil salinization in Western Transbaikalia// Soil Science, 2004, no. 4, pp. 399–414.
- Yuldashev G., Isagaliev M. Geochemistry of soils of alluvial fans. Tashkent: Fan, 2012. 160 p.
- Redley M., Pankova E. I. Results of modern studies of saline soils in Europe // Soil Science, 2004. No. 12. S.1473–1485.
- Kotenko M. E., Sorokin A. E., Savich V. I., Podvolotskaya G. V., Mohamadi Shima. Changes in soil salinity in time and space // Fertility, 2020. No. 1. pp. 43–48.
- Yuldashev G., Zokirova S., Isagaliev M. Irrigated land fund of the Fergana Valley // J. Agriculture and water management of Uzbekistan, 2008, рр. 22-23.
- Yuldashev G., Isagaliev M., Soliev A., Solieva S. Influence of irrigation with mineralized waters on the properties of hydromorphic light soils of the desert zone // Problems of reclamation of household waste, industrial and agricultural production. V International Scientific ecol. conf. / comp. V.V. Korunchikov; ed. I.S. Belyuchenko. Krasnodar: KubGAU, 2017, рр. 800–803.