Распространение и образование засоленных почв

В соответствующих зонах пустынных степей, каштановых почв, черноземов, а также серых лесостепных почв значительное распространение имеют солончаки, солонцы и солоди. Они не образуют самостоятельной почвенной зоны, а залегают интразонально в комплексе с другими почвами. Тем не менее общая площадь, занимаемая солончаками, солонцами и соладями, очень велика и, по подсчетам академика Л. И. Прасолова, составляет около 10% всей территории нашей страны (Ковда В. А., 1937).

Солончаки наибольшее распространение имеют главным образом в зоне сероземов, в обширных бессточных Туранской и Прикаспийской неизменностях.

Солонцы занимают наибольшее площади в зоне каштановых и бурых почв, в черноземной зоне и отчасти в сероземной зоне; особенно и значительны их массивы в северной части Крыма, на побережье Азовского моря и в бассейне Маныча, на нижней Волге, в Северном Казахстане и в западно-сибирской степи.

Солоди в основном распространены в лесостепной зоне, затем в зоне каштановых и частично в подзоне бурых почв.

Начало изучения засоленных и солонцовых почв в России уходит к середине 90-х годов прошлого столетия. Но наибольший размах эти исследования получили в нашей стране уже после Октябрьской социалистической революции (Гаркуша И. Ф., 1962).

Солончаки

Солончаками, или засоленными почвами, называются такие почвы, которые содержат различные легко растворимые соли в количестве, явно вредном для нормального развития культурных растений (рис. 1).

Развитие солончаков приурочено преимущественно к низки, приозерным террасам, днищам сухих озер, приморским низменностям, понижением рельефа в оазисах и т.д. Наиболее крупные районы накопления солей, названные проф. В. А. Ковда провинциями соленакопления, расположены в больших материковых впадинах: Приднепровский, Прикаспийской и Куринской низменностях, в южной части Западносибирской низменности, в Туранской и Центрально-Якутской низменностях, а также в долинах р. Сыр-Дарьи, Аму-Дарьи, Терека, Чу, Или и др.

Образование солончаков в условиях сухой степи и выпотного типа водного режима, где величина испарения превышает испарения сумму атмосферных осадков, может происходить самыми различными способами. Прежде всего причиной высокого содержания легко растворимых солей в почве может являться сама почвообразующая порода, богатая солями. Такого рода соленосные породы довольно часто встречаются на территории средней Азии, бывшим некогда морским дном.

По данным (Ковда В. А., 1947), источником засоления почв в условиях резкого преобладания испарения над выпадение осадков могут служить подземные месторождения каменной соли – соляные купола и штоки, которые обнаружены почти во всех областях распространения засоленных почв: на Прикаспийском, Туранской и Днепровско-Донецкой низменностях, в долинах р. Аракса, в Заволжье, в Лено-Вилюйской впадине, в устье р. Анабар и на полуострове Таймыр.

Проходя к дневной поверхности и во многих случаях образуя открытые соляные купола, соляные месторождения играют существенную роль в процессах миграции и накопление солей в почвах. Солончаки могут возникать и на месте высохших соленых озер, как например в Ташаузской, Чарджоуской и других областях Туркменистана. Засоление почвы может происходить и в результате деятельности ветров, захватывающих соленую пыль морских побережий и переносящих её на огромные расстояния вглубь материка.

И действительно, многими исследованиями установлено, что в земной атмосфере во взвешенном состоянии находится значительное количество тончайшей пыли, в состав которой входят мельчайшие кристаллики легко растворимых солей. Содержание солей в атмосфере заметно повышается во время катастрофических бурь и регулярно дующих ветров, способных вздымать большие массы землистых частиц и транспортировать их на расстояние нескольких тысяч километров.

Перемещение солей ветром в виде твердых пыли или с атмосферными осадками получило название импульверизации солей.

Существенным источником пополнения солей в атмосфере являются солёные озера и моря, с поверхности которых во время бурь неизбежно вовлекаются в атмосферу водяные частицы вместе с растворенными в них солями. Работа ветров в этом отношении является особенно ощутимой в районах Аральской и Каспийской низменностей (Горшенина К. П., 1958).

Солонцы

Солонцы распространены преимущественно среди каштановых и бурых полупустынных почв в виде пятен. В черноземной зоне их формированию препятствует довольно значительное количество осадков, а в пустынях – насыщенность почв и пород кальцием. Основное своеобразие связано с большим присутствием в составе обменных оснований натрия или иногда и магния, что приводит к развитию тяжелоглинистого или глинистого плотного горизонта (рис. 1).

О происхождении солонцов существует много теорий. По К. К. Гедройцу (1955), солонцы образуются вследствие рассоления солончаков, содержащих нейтральные соли натрия. При хлоридно-или сульфатно-натриевом засолении в почвенный поглощающий комплекс внедряется катион Na+, вытесняя кальций и магний. После выщелачивания солей из верхних горизонтов коллоиды, насыщенные натрием, пептизируются, вмываются на определенную глубину, где образуют солонцовый горизонт. Такой путь образования солонцов возможен лишь при следующем соотношении катионов в составе почвенных растворов солончаков: Na+/Ca2+ + Mg2+ ≥ 4. Солонцы не образуются при рассолении, если в составе солей солончаков присутствует более 20% кальциевых солей.

По В. Р. Вильямсу (1947), натрий может накапливаться в почвах вследствие избирательного поглощения его степной и полупустынной растительностью (полыни, солянки, кермек и др.) и ее минерализации.

Согласно исследованиям В. А. Ковды(1937), солонцы образуются и при одностороннем обогащении почв бикарбонатом или карбонатом натрия из слабоминерализованных грунтовых и оросительных вод, при выветривании горных пород, богатых натрием и бедных кальцием. Высвобождаясь из кристаллической решетки минералов при выветривании, натрий соединяется в присутствии атмосферы. При этом образуется NaHC03  или Na23, а также сода (в заболоченных почвах степей, богатых гумусом и сульфатами).

По Н. П. Пановой и Н. А. Гончаровой (1982), в формировании иллювиальных горизонтов в солонцах участвуют и легкоподвижные соединения SiO, вызывая цементацию почв при высыхании, пептизацию (высокую дисперсность) почвенной массы под действием воды и развитие других отрицательных физических свойств почв. По В. Н. Михайличенко (1979), основным фактором устойчивости дисперсного состояния почвенной массы малонатриевых солонцов является гидрофильная плазма, играющая роль пептизатора и стабилизатора гидрофобных систем. Следовательно, образование солонцов не ограничивается обменом ионами между ППК и почвенным раствором. Физико-химические условия их образования способствуют гидролизу алюмосиликатов с освобождением кремния, алюминия, железа, магния и других элементов, что сопровождается синтезом поликремниевых кислот, алюминатов, коллоидных веществ. Эти соединения придают солонцовые свойства почвам.

Почвенный профиль солонцов резко дифференцирован на генетические горизонты: А – гумусовый слабодерновый надсолонцовый горизонт мощностью от 2…3 до 15…20 см и более, от темно-серого до серого цвета, рыхлого сложения, комковато-пылеватый или слоевато-пластинчатый; переход резкий; В – иллювиально-гумусовый (солонцеватый) горизонт мощностью от 5…15 до 20…25 см и более, темно-бурый или бурый с коричневым оттенком, плотный, столбчатый, призматический, ореховатый или глыбистый с глянцевой поверхностью (с лакировкой), трещиноватый, а во влажном состоянии вязкий, бесструктурный; переход в горизонт В2  заметный; В2  – подсолонцовый горизонт, коричневато-бурый с темными затеками, менее плотный, чем В1  призматической или ореховатой структуры, часто с выделениями карбонатов в виде белоглазки, гиса и легкорастворимых солей в нижней части горизонта; переход постепенный; ВС – переходный к материнской засоленной породе горизонт скопления солей – карбонатных, гипса (гнезда), легкорастворимых солей (прожилок), вскипает с глубины 20…40 см; Сс  – засоленная почвообразующая порода.

В слабоосолоделых солонцах наблюдается присыпка SiО2; в осолоделых – выделяется горизонт А1 А2, а в сильноосолоделых – горизонт А2 (Антипов-Каратаев И. Н., 1953).

Типы солонцов: автоморфные, полугидроморфные, гидроморфные.

Солонцы автоморфные образуются при залегании грунтовых вод ниже 6 м, непромывном водном режиме на засоленных почвообразующих породах. Они разделяются на подтипы: черноземные, каштановые, бурые полупустынные.

Солонцы черноземные распространены в черноземной зоне. Они подразделяются на роды: солончаковые, солончаковатые, глубокосолончаковатые, глубокозасоленные. Содержание гумуса в горизонте А колеблется от 3…5% (в солонцах черноземных солончаковых) до 5…7% (в солонцах черноземных глубокозасоленных). Содержание обменного натрия варьирует от 10…15% (солонцы глубокозасоленные) до 30…40% (солонцы солончаковые) емкости поглощения. Каштановые солонцы менее гумусированы (1,5…4,0% в горизонте Ах ); гипс встречается выше (с глубины 40 см), а солевые выделения (выцветы, жилы, плесень) – с глубины 30…50 см. Солонцы бурые полупустынные имеют укороченный профиль с малогумусным горизонтом (менее 1,5% в горизонте А), карбонатами и гипсом на глубине 20…40 см (Егоров В. В., 1979)

Солонцы полугидроморфные формируются на недренированных равнинах, речных террасах в пониженных участках при временном скоплении поверхностных вод и залегании грунтовых вод на глубине 3…6 м (на суглинисто-глинистых отложениях) и 2,5…4,0 м (на песках и супесях). В нижних горизонтах этих почв заметно оглеение в виде сизых и охристых пятен (часто с горизонта ВС).

Солонцы гидроморфные встречаются в поймах рек, понижениях аридных зон при близком залегании минерализованных вод (1…3 м). Оглеение отмечается в нижней части горизонта В.

На виды все солонцы подразделяют по мощности надсолонцового горизонта А, по содержанию обменного натрия в горизонте В по структуре горизонта В1.  По мощности надсолонцового горизонта А солонцы бывают корковые (менее 5 см), мелкие (5…10 см), средние (10…18 см) и глубокие (более 18 см). По содержанию обменного натрия в горизонте В1  выделяют малонатриевые (до 10% емкости поглощения), средненатриевые (10…20%) и многонатриевые (более 20%) солонцы. По структуре горизонта В1  солонцы подразделяют на ореховатые, столбчатые и глыбистые.

По глубине верхней границы залегания легкорастворимых солей солонцы разделяют на солончаковые (выше 30 см), солончаковатые (30…80 см), глубокосолончаковатые (80…150 см), глубокозасоленные (глубже 150 см), а по составу солей – на щелочные (содовые, содово-сульфатные, сульфатно-содовые, хлоридно-содовые, содово-хлоридно-содовые) и нейтральные (сульфатные, хлоридно-сульфатные, сульфатно-хлоридные). Наиболее злостные – щелочные солонцы в лесостепях и степях, в южных районах Западной Сибири, на Северном Кавказе, в Ростовской области, в Армении. Щелочные солонцы многонатриевые содержат 40…65% обменного натрия емкости обмена.

Наряду с солонцами распространены солонцеватые черноземы, каштановые, бурые полупустынные, лугово-степные и луговые почвы с солонцовым горизонтом, в котором содержание обменного натрия колеблется от 3…5 до 15…20% емкости обмена. Эти почвы подразделяют на слабосолонцеватые (содержат 3…10% Na+), среднесолонцеватые (10…15%) и сильносолонцеватые (15…20% емкости поглощения) (Ковда В. В., 1947).

При сельскохозяйственном освоении различают солонцы слабоосвоенные (в подпахотной части профиля сохраняются остатки горизонта В1 ), освоенные (уменьшается содержание поглощенного натрия в пахотном слое, понижается горизонт аккумуляции солей), преобразованные и глубокопреобразованные (утратили в верхних горизонтах солонцеватую морфологическую дифференциацию и структуру, неблагоприятные физические и физико-химические свойства и приобрели признаки, близкие к почвам данной зоны).

Солонцы характеризуются крайне неблагоприятными водно-физическими свойствами: низкой водопроницаемостью, влагоемкостью и диапазоном содержания активной влаги; большой липкостью и вязкостью, сильным набуханием во влажном состоянии; высокой плотностью, твердостью и трещиноватостью в сухом состоянии; их трудно обрабатывать. Солонцовые свойства усиливаются с насыщением коллоидов натрием и в присутствии обменного магния.

В надсолонцовом горизонте А в связи с щелочным гидролизом наблюдаются остаточное накопление аморфной кремниевой кислоты, обеднение глинистыми минералами, оксидами алюминия и железа. Горизонт В обогащен коллоидами, оксидами железа и алюминия. В нем возрастают емкость обмена, содержание поглощенного натрия, значение рН.

В составе ППК солонцов много обменного натрия (13…60% емкости обмена), причем в содовых солонцах его больше. Часто в больших количествах содержится магний (25…45% емкости поглощения). Щелочность солонцов высокая (рН 8…10). В солонцах содержится много подвижных форм фосфора, что также свидетельствует об их низком плодородии (Горшенина К. П., 1958).

Солоди

Солоди формируются в основном в лесостепях и степях, иногда в полупустынях на бессточных впадинах, в западинах, на слабодренированных равнинах и в лиманах (рис.1). Наибольшие площади их находятся на Западно-Сибирской, Окско-Донской, Днепровской и Причерноморской низменностях, в Венгрии, Северо-Восточном Китае.

Солоди являются продуктом рассоления солонцеватых почв и солонцов, в которых в горизонте В обменный натрий замещается на водород. Солоди могут образоваться и при постоянном воздействии на незаселенные почвы слабых растворов натриевых солей. При этом происходят распад алюмосиликатов почв под воздействием щелочных растворов на кремниевую кислоту и полуторные оксиды, вымывание легкоподвижных гумусовых веществ атмосферными осадками из верхних горизонтов. Кремниевая кислота и R2 O выносятся в нижние горизонты. В результате здесь накапливается аморфная кремниевая кислота и формируется более легкий по гранулометрическому составу осолоделый горизонт белесого цвета. Процессу выноса полуторных оксидов и гумуса способствует оглеение, сопутствующее осолодению. Вследствие таких процессов формируются почвы, напоминающие по морфологии дерново-подзолистые. Однако в отличие от них солоди содержат карбонаты на глубине 50…120 см, гипс на глубине 50…120 см.

По Н. И. Базилевич (2010), осолодению могут подвергаться не только солонцы, но и другие почвы. Формирование солодей – результат двух противоположных процессов: периодического осолонцевания за счет слабощелочных восходящих растворов и последующего промывания почв растворами подвижных гумусовых кислот и их солей.

Вследствие такого взаимодействия образуется своеобразный резко дифференцированный профиль солодей: A0  (или Ад ) – лесная подстилка (или дернина) мощностью 4…8 см, иногда торфянистого характера; в пахотных почвах этот горизонт отсутствует; А1  – гумусово-элювиальный, темно-серый или серый, рыхлый, бесструктурный или комковато-пластинчатый горизонт мощностью до 10…20 см; переход в горизонт А2  резкий; А2  – осолоделый горизонт мощностью 5…25 см, белесый, плитчатый, слоевато-чешуйчатый или пластинчатый, с многочисленными железомарганцевыми ржавыми пятнами и конкрециями (дробинки, бобовины); переход постепенный; А2 В – переходный горизонт мощностью 5… 15 см, неоднородно окрашенный (темно-бурый с белесыми пятнами или потеками), уплотненный, плитчато-мелкоореховатый; переход заметный; В1  – иллювиальный подгоризонт мощностью до 30 см, темно-бурый с гумусовыми затеками по трещинам, ореховато-призмовидный, по граням структурных отдельностей отчетливо выражена коллоидная лакировка и белесая кремнеземистая присыпка, плотный; переход постепенный; В2  – иллювиальный подгоризонт мощностью до 25 см, бурый, с гумусовыми затеками, призматический, лакировка и присыпка уменьшаются; ВС или Вк  – светло-бурый переходный к почвообразующей породе, иллювиально-карбонатный горизонт, плотный, часто карбонатный (примерно с глубины 90 см), с выцветами или расплывчатыми пятнами и журавчиками карбонатов.

Наличие этого горизонта отличает солоди от дерново-подзолистых почв. Если отсутствует иллювиально-карбонатный горизонт, то отличием является сочетание с засоленными почвами. В нижней части почвенного профиля часто отмечается присутствие ржавых и сизоватых пятен (оглеение). Почвообразующая порода – в основном желто-бурая, плотная, карбонатная, с редкими расплывчатыми пятнами или журавчиками карбонатов, наблюдаются железомарганцевые конкреции, сизые пятна, а в степях и полупустынях – легкорастворимые соли и гипс (Вильямс В. Р., 1947).

Солоди лугово-степные развиваются на недринированных равнинах, в мелких лиманах под березовыми и березово-осиновыми колками. Грунтовые воды залегают на глубине более 6 м. В профиле этих почв под лесной подстилкой или дерниной (3…5 см) чаще располагается горизонт А1  А2  или А2, а гумусово-элювиальный горизонт отсутствует или имеет малую мощность (до 5 см). Слабое оглеение отмечается на глубине до 1 м, а выцветы карбонатов – на глубине около 1 м. Гипс иногда обнаруживается на глубине 2 см.

Лугово-степные солоди содержат около 2% гумуса, в составе которого преобладают фульвокислоты. Реакция верхнего горизонта слабокислая или нейтральная, а иллювиального – слабощелочная. Осолоделый горизонт А2  обеднен илом, полуторными оксидами, имеет самую низкую емкость поглощения, обогащен кремнеземом. Иллювиальный горизонт В обогащен илом, полуторными оксидами. В состав поглощенных катионов входят кальций, магний и натрий, в верхних горизонтах содержится и водород.

Солоди луговые формируются в степных лиманах под березовыми колками. Грунтовые воды залегают на глубине 1,5…3,0 м. Почвы содержат 5…8% гумуса, в составе которого преобладают фульвокислоты. Реакция среды нейтральная или близкая к ней, а в нижней части иллювиального горизонта – слабощелочная.

Солоди лугово-болотные формируются в глубоких понижениях под осоково-березовой или лугово-болотной растительностью с участием ивы при близком залегании слабоминерализованных грунтовых вод (1…2 м) и длительном застаивании (более месяца) поверхностных вод. Эти почвы оторфованы и оглеены Ковда В. А., 1946).

Роды солодей: бескарбонатные, незасоленные, несолонцеватые, солончаковатые, солонцеватые.

На виды солоди подразделяют по мощности горизонта А1  по содержанию гумуса в горизонте А1  по глубине осолодения. По мощности горизонта А1 солоди бывают дернинные, или типичные (менее 5 см), мелкодерновые (5…10 см), среднедерновые (10…20 см) и глубокодерновые (более 20 см). По содержанию гумуса в горизонте А1  выделяют малогумусные, или светлые (менее 3%), среднегумусные (3…6%), высокогумусные, или темные (более 6%) солоди. По глубине осолодения (А1  + А2 ) почвы подразделяют на мелкие (менее 10 см), среднемощные (10…20 см) и глубокие (более 20 см).

Осолоделый горизонт А2  беден гумусом, пылевато-илистыми частицами, особенно илистыми. В горизонтах A1  и А2  реакция почвенного раствора кислая. Значение рН увеличивается вниз по профилю под влиянием поглощенного натрия. В связи с присутствием в ППК наряду с водородом катиона натрия структурные и водно-физические свойства солодей неблагоприятны. Почвы длительное время находятся в переувлажненном состоянии, бесструктурны, поэтому при высыхании образуют корку.

                                                                             Солодь                                Солонец                       Солончак

Почвенный разрез засоленных почв

Рисунок 1. Почвенный разрез засоленных почв

Использование засоленных почв в сельском хозяйстве

Освоение засоленных почв – длительный процесс. Солончаки используют в сельскохозяйственном производстве только после их рассоления с помощью сложных мероприятий. Соли удаляют в основном методом промывки, не вызывающей подъема грунтовых вод. Нормы расхода воды на промывку зависят от степени засоления и состава солей, влажности, гранулометрического состава, глубины залегания грунтовых вод. Промывку проводят в основном в осенне-зимний период по глубокой вспашке. В это время испарение с поверхности почв наименьшее. Глубокая вспашка позволяет быстрее вымывать легкорастворимые соли. Для отвода промывных вод необходимо создавать дренажную сеть. Нецелесообразно осваивать труднопромывные солончаки, когда на промывку нужно затратить более 15 тыс. м3 воды на 1 га. Мелиорацию солончаков проводят, если это экономически обосновано. Например, массив солончаков вклинивается в незаселенную пашню и рядом находятся избыточные ресурсы оросительных вод.

После проведения промывок в почвы вносят в повышенных дозах навоз, азот и фосфор, высевают солеустойчивые культуры (люцерну, джугару, донник, суданскую траву, просо, ячмень, пшеницу). На тяжелоглинистых и глинистых почвах промывки сочетают с посевами риса. Следует отметить, что при мелиорации солончаков особое внимание уделяют планировке, оптимизации поливных норм, числу и срокам полива, поддержанию уровня грунтовых вод на глубине ниже критической для предотвращения вторичного засоления. Поверхностный слой почв должен быть всегда рыхлым, это препятствует подъему грунтовых вод к поверхности. Вдоль каналов высаживают деревья, что способствует снижению уровня грунтовых вод в результате использования большого количества воды на транспирацию.

Солонцы относятся к малопродуктивным пастбищам. Их сельскохозяйственное освоение возможно лишь при коренной мелиорации, так как естественное плодородие солонцов низкое. Мелиорация солонцов направлена на удаление из почвенного поглощающего комплекса натрия и замещение его кальцием, улучшение физических свойств. При неглубоком залегании гипса (менее 40 см) можно проводить глубокую вспашку трехъярусным плугом, чтобы перемешать солонцовый горизонт с гипсовым, а верхний сохранить на месте. Если пятна солонцовых почв небольшие, то для борьбы с ними применяют землевание, для чего скреперами с окружающих полей наносят слой плодородной почвы.

При высоком содержании поглощенного натрия и низком гипса в нижних горизонтах и особенно в присутствии соды наиболее эффективно гипсование, то есть внесение сыромолотого гипса (CaSО4  – 2Н2 О). Доза гипса для корковых солонцов 10…15 т/га, среднестолбчатых – 5…12, для других солонцов и солонцеватых почв – 3…8 т/га.

Внесение гипса способствует каогуляции почвенных коллоидов, улучшению физических свойств, ликвидации щелочности:

Na23  + CaSО4  = CaCО3  + Na24.

От легкорастворимого сульфата натрия освобождаются с помощью орошения, снегозадержания или других приемов влагонакопления.

Кроме гипса для мелиорации солонцов используют молотый мел или дефекат сахарных заводов совместно с навозом и физиологически кислыми азотными удобрениями. После мелиорации необходимы внесение в повышенных дозах навоза и посев солонцоустойчивых культур (донник, пырей бескорневищный и сизый) (Гаркуша И. Ф., 1962).

Солоди в лесостепи и степи чаще всего покрыты лесами. Их освоение, связанное с вырубкой леса, нецелесообразно. Поэтому их лучше оставлять в прежнем виде, что положительно влияет на микроклимат прилегающих территорий, ослабляет силу ветров, способствует равномерному снегонакоплению на полях. Солоди, встречающиеся в виде небольших пятен среди пахотных почв, засыпают землистой массой зональных почв. При необходимости использования в сельском хозяйстве солоди глубоко рыхлят, вносят в высоких дозах навоз для увеличения мощности гумусового горизонта, содержания гумуса и питательных элементов.

Использование солонцов в сельском хозяйстве требует предварительного коренного их улучшения.

По этому вопросу многими научными учреждениями проведены многочисленные исследования и опубликована весьма обширная научная литература.

Однако вопрос о мелиорации и окультуриванию солонцовых почв до настоящего времени ещё окончательно не решен. Бесспорно только то, что солонцы под воздействием соответствующей агротехники способны резко изменять свои свойства и повышать производительность и что окультуривание солонцов должно осуществляться путем применения комплекса различных агротехнических мероприятий.

Общий и основной прием мелиорации солонцовых почв заключается в устранении из корнеобитаемых горизонтов вредного количества поглощенного натрия, в понижении дисперсности твердой фазы и улучшении физических свойств почвы, а также в создании мощного и полноценного пахотного слоя.

Устранения поглощенного натрия из почвы в практике осуществляется путем замещения его ионом кальция, который коагулирует почвенные коллоиды, а следовательно, способствует улучшение водных и воздушных свойств почвы.

Таким образом, коренное улучшение солонцов в каждом конкретном случае должно проводиться с учетом степени солонцеватости всего почвенного профиля, глубина залегания карбонатного и солевого горизонтов и других существенных показателей, определяющих характер необходимых мелиоративных мероприятий (Орловский Н. В., 1999).