9.1 Мелиорация солонцовых почв

Мелиорация (от лат. мelio – улучшать) – это система мероприятий по улучшению свойств и режима почв в благоприятных производственном и экологическом направлениях. Мелиорация обеспечивает создание важнейших условий для получения высоких и устойчивых урожаев, рациональное использование почв, совершенствует производство, качественно меняет условия и производительность труда. Следует иметь ввиду, что мелиорация представляет собой лишь часть сложного комплекса мероприятий, направленных на оптимизацию процесса сельскохозяйственного производства, общего объема продуктивности почв.

Объектами химической мелиорации являются ионообменные и коллоидно-химические свойства почвы, ее кислотно-основные характеристики, солевой и микроагрегатный состав, которые в своей взаимосвязи определяют химико-мелиоративное состояние почвы и могут быть улучшены с помощью различных приемов и методов. Поглотительной способностью обладают почвенные коллоиды – наиболее реакционноспособная высокодисперсная часть почвы, в состав которой входят нерастворимые в воде алюмосиликаты, гумусовые вещества и органоминеральные соединения. Весь этот сложный конгломерат соединений, способный обменивать содержащиеся в нем катионы кальция, магния, натрия, водорода, алюминия и др. на любые катионы естественных и искусственных растворов, называют почвенным поглощающим комплексом.

Солонцеватыми почвами и солонцами называют почвы, содержащие повышенное количество обменного натрия (либо магния) в ППК одного из горизонтов почвенного профиля – иллювиального или переходного горизонта B, расположенного под самым верхним почвенным горизонтом А. Процесс накопления поглощенного натрия в поглощающем комплексе почвы называют процессом осолонцевания. Обычно солонцы встречаются в комплексе с зональными почвами – бурыми, каштановыми, черноземными, образуя пятна размером от нескольких квадратных метров до десятков гектар. Около 20% солонцовых почв приходится на зону черноземов, а основные их площади находятся в зоне каштановых почв, т.е. на территории с наиболее плодородными почвами. Однако крайне неблагоприятные агрономические показатели солонцов не позволяют использовать благоприятные природно-климатические условия и резко снижают общую продуктивность зональных почв.

Солонцовые почвы отличаются низким естественным плодородием. Это объясняется, прежде всего, их отрицательными водно-физико-механическими свойствами. Повышается их набухаемость. В сухой период глинистая масса солонцов сжимается, подвергается консолидации, превращается в плотную, твердую массу, не поддающуюся обработке. Солонцовый горизонт препятствует проникновению вглубь корневой системы растений. Кроме отрицательных агрофизических качеств, солонцам свойственна повышенная щелочность в горизонте В, губительно действующая на культурные растения и большинство почвенных микроорганизмов. В результате обменной реакции между поглощенным натрием и бикарбонатом кальция или угольной кислотой в почвенном растворе солонцовых почв образуются углекислые соли натрия, которые будучи гидролитически щелочными, создают повышенную щелочность раствора:

(П.П.К.)2Na⁺ + Ca(HCO₃)₂ ←→ (П.П.К.)Ca²⁺ + 2NaHCO_3.

Cода, присутствующая в поверхностных горизонтах профиля, соль сильного основания и слабой кислоты, подвергается активному гидролизу:

Na₂CO₃ + 2H₂O → 2NaOH +H₂CO_{3 .}

При щелочной реакции нарушается обмен веществ в растениях, уменьшается растворимость и доступность соединений железа, марганца, бора, фосфорнокислых солей кальция и магния в почве, угнетаются процессы фотосинтеза. Гигроскопичность солей резко уменьшает количество почвенной влаги, доступной растениям. Все эти отрицательные черты солонцовых почв приводят к замедлению развития растений, резкому снижению урожая, а зачастую к гибели сельскохозяйственных растений.

К улучшению солонцовых почв следует подходить дифференцированно, в зависимости от их степени солонцеватости, от количества выпадающих осадков, наличия или отсутствия орошения. В зависимости от величины солонцеватости почвы подразделяются на следующие группы: несолонцеватые - содержащие поглощенного натрия не более 5% от емкости поглощения; слабосолонцеватые – 5-10%; среднесолонцеватые – 10-20% и сильносолонцеватые (поглощенного натрия более 20%), сюда относятся солонцы.

Определение потребности почвы в гипсовании и расчет дозы гипса

Потребность почв в гипсовании устанавливают по степени их солонцеватости, которая обусловлена долей обменного натрия (Nа) от общего количества обменных катионов (EKO). Расчет ведется по формуле:

Nа, % = Nа / EKO ×100.

Полученные результаты оцениваются по таблице 45. В гипсовании нуждаются почвы, содержащие более 10 % Nа от емкости катионного обмена.

Таблица 45. Градации почв по степени солонцеватости

Коренным способом улучшения этих почв является их гипсование, т.е. внесение в почву в качестве мелиорирующего средства - гипса CaSO₄ ×2H₂O. Теоретическое обоснование гипсования солонцов было дано в работах академика К.К. Гедройца. При внесении в почву гипса в почвенном растворе устраняется сода, поглощенный натрий вытесняется и замещается кальцием с образованием хорошо растворимой нейтральной соли – сульфата натрия:

ППК]2Na⁺+ CaSO₄ ×2H₂O →ППК] Сa²⁺ + Na₂SO_{4 .}

Таким образом, данный прием устраняет щелочную реакцию солонцовой почвы.

Расчет дозы гипса:

Дозу гипса устанавливают по содержанию обменного натрия и определяют по формуле:

CaSO₄ ×2H₂O = 0,086 (Na – 0,1 × ЕКО) ×h×d, где

Na – содержание в почве обменного натрия, мг-экв. на 100 г почвы;

0,1 × ЕКО – количество натрия (свыше 10%), на которое гипс не вносится, мг-экв. на 100 г почвы;

0,086 – эквивалентная масса гипса, мг;

h – высота мелиорируемого слоя, см;

d – плотность сложения мелиорируемого слоя.

Непременным условием успешной мелиорации является удаление побочных продуктов реакции гипсования (Na₂SO₄) из корнеобитаемых горизонтов почвы, во избежание ее вторичного засоления, а это достигается при достаточном естественном увлажнении. Поэтому гипсование целесообразно сочетать с мероприятиями, усиливающими промывание почвы (снегозадержание, дренирование), особенно эффективно в условиях орошения. Орошение способствует удалению натриевых солей из почвенной толщи и предотвращает возможность вторичного осолонцевания или засоления почвы. Мелиорирующее действие гипса зависит от степени перемешивания его с почвой. Поэтому гипс обязательно заделывают под глубокую зяблевую вспашку, чтобы солонцовый горизонт лучше перемешать с ним и верхним надсолонцовым горизонтом. Причем, способы внесения гипса зависят от глубины залегания солонцового горизонта.

Гипсовые мелиоранты

Гипсование является дорогостоящим мероприятием, а малорастворимый гипс – мелиорантом медленного действия. Среди природных соединений, содержащих кальций, в мелиорации солонцов наибольшее распространение получили глиногипс, карбонатно-гипсовая порода, фосфогипс, сыромолотый гипс. Глиногипс содержит 70-90% гипса, до 11% карбоната кальция, примеси магния, натрия, калия, ряд микроэлементов: медь и марганец. Глиногипс является эффективным мелиорантом, особенно в условиях орошения, и оказывает положительное действие на почву и ее плодородие в течение 5-6 лет после внесения.

Аналогичное воздействие на солонцовые почвы оказывает карбонатно-гипсовая порода. Она легко добывается открытым способом и не нуждается в предварительной подготовке и переработке, а по мелиоративному действию не уступает гипсу.

Фосфогипс является крупнотоннажным отходом производства двойного суперфосфата и преципитата. Представляет собой очень тонкий порошок серого или белого цвета, содержащий 75-85% гипса, 0,5-0,6% фосфорной кислоты, 5-6% глины и воду. Фосфогипс гораздо дешевле гипса, обладает более высокой растворимостью, а присутствие в нем водорастворимого фосфора усиливает мелиорирующий эффект. Его использование несколько осложняется высокой гигроскопичностью, поэтому фосфогипс рекомендуется подсушивать и гранулировать в заводских условиях, чтобы он содержал не более 15% свободной влаги.

Сыромолотый гипс получают путем размола природных залежей гипса. Это белый или серый порошок, содержит 71-73% гипса, в воде растворяется слабо. Важное значение имеет тонина его размола. Согласно принятому стандарту, все частицы гипса должны проходить через сито с отверстием 1мм и не менее 70-80% через сито с отверстиями 0,25мм. Влажность молотого гипса не должна превышать 8%, иначе он слеживается, при хранении превращается в глыбы и комки.