Развитие процессов засоления почв на неорошаемой пашне в условиях Павлодарской области и приёмы их предотвращения

Впервые исследованы сложные внутрипочвенные процессы на неорошаемой пашне, в результате установлены причины и механизмы вторичного засоления почв в рамках применения традиционных агроприёмов возделывания полевых культур. В связи с этим выработаны новые  концептуальные подходы для построения более совершенной системы агротехнологий, предотвращающие развитие на пахотных  землях  опасных  деградационных  процессов  и  на  этой  основе  обеспечивающие подъём в развитии отрасли растениеводства и связанных с ней других отраслей сельскохозяйственного производства. 

На неорошаемых пахотных землях Павлодарской области происходят весьма опасные деградационные процессы, связанные с вторичным засолением почв. Эти процессы остаются малоизвестными и поэтому не изучены как в Казахстане, так и в странах бывшего Союза. Хотя данная проблема весьма актуальна для Республики и для других стран мира, имеющих большие площади пахотных земель в засушливом  поясе,  где,  как правило, близко  к верхним  слоям  почвы размещаются в той или иной форме токсичные соли. Так, ученые и специалисты Канады и США отмечают значительное развитие процессов засоления в условиях неорошаемой пашни на Северо-американском континенте. Для их территорий характерным является близкое расположение к дневной поверхности минерализованных грунтовых вод, что является источником засоления пахотных земель,  особенно сильно проявляющиеся, когда поле остаётся под паром [1].

Исследования этих вопросов проводились нами в связи с обнаружением их активного развития на южных карбонатных черноземах региона [2-3]. Результаты проведённых работ  показывают, что процессы вторичного засоления почв в неорошаемых условиях развиваются совершенно по другим закономерностям в сравнении с проявлением их на орошаемых землях. В частности, отличительной особенностью здесь, помимо отсутствия орошения, является и отсутствие участия в их проявлении минерализованных грунтовых вод, что также отличает развитие этих процессов в наших условиях и от американского варианта, так как грунтовые воды в регионе залегают на глубине более 13 м и они не влияют на внутрипочвенные процессы. Кроме того, на неорошаемой пашне процессы засоления почв идут не скоротечно, а имеют постепенно нарастающую динамику. Поэтому в начальные годы развития они остаются незаметными. Негативное действие их накапливается по принципу кумуляции. Отрицательное воздействие этих процессов на плодородие почв и урожайность возделываемых культур можно заметить только по истечении продолжительного периода. Причем, в течение этого периода,время от времени наступают благоприятные по осадкам годы, когда происходит значительное разбавление в почвенном растворе концентрации накопленных солей, что приводит к резкому повышению урожайности полевых культур. Этим объясняется сложность их обнаружения и скрытность протекания  данных  процессов  в  почвах.  Поэтому  они  до  сих  пор  оставались  не     обнаруженными и малоизвестными в мире. Но на неорошаемой пашне однажды появившиеся соли затем не уменьшаются и не промываются в глубокие горизонты. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что в применяемой в настоящее время системе агротехнологий не предусмотрены меры по противодействию процессам засоления почв, с другой – низкими объёмами летних осадков в засушливых регионах, которые даже в редкие благоприятные годы промачивают только 30-35 сантиметровый слой почвы. В связи с этим после благоприятных годов с наступлением обычных условий концентрация токсичных солей в почвенном растворе опять восстанавливается и отрицательное воздействие их вновь становится высоким. Поэтому прогрессирующий кумулятивный эффект накапливаемых солей в почвах впоследствии приводит к существенному снижению урожайности выращиваемых культур, даже в средние по осадкам годы. С годами действие такого эффекта ещё в большей степени возрастает, в конечном счете, результаты их, по- существу, ведут к широкомасштабной экологической катастрофе в регионе.

Таким образом, на неорошаемой пашне развитие процессов засоления и осолонцевания имеет однонаправленный характер в сторону постоянного увеличения их отрицательного воздействия на плодородие почв и урожайность выращиваемых культур, одновременно - повышения затратности производства.

Исследованиями выявлено, что источником засоления почв на пахотных землях региона является высокозасоленная и высокоосолонцованная материнская порода, близко расположенная к дневной поверхности. В этих условиях развитие процессов засоления почв обусловлено взаимодействием природных и антропогенных факторов в течение длительного периода на фоне засушливого климата. Природные факторы вытекают из особенностей динамики почвенной влаги на пашне в засушливых условиях  и  свойств  солей,  содержащихся  в  почвообразующей  породе.  Известно,  что  в       регионах с непромывным  типом  водного  режима,  куда  относится  и  регион  проведения  наших  исследований, в весенний период в почвах преобладают нисходящие токи воды, переходящие летом в восходящие. Эти процессы на неорошаемой пашне в значительной мере интенсифицируются и  антропогенными факторами – системой агротехнологий, применяемых здесь длительный период, построенных на основе разработанных концептуальных положений для ведения земледелия в засушливых регионах. Согласно этой концепции, система агротехнологий прежде всего должна быть направлена на максимальное накопление влаги в нижних горизонтах метрового и в ниже залегающих слоях для преодоления посевами засушливой первой половины вегетации. Однако, как выясняется из результатов исследований, эти отправные концептуальные положения построены без учёта о существовании особых, активно действующих в условиях засушливого климата внутрипочвенных процессов, отрицательно влияющих на плодородие деятельного корнеобитаемого слоя почв. В частности, в них не учитываются высокая засолённость нижних слоёв метрового и глубже расположенных горизонтов и существующая тесная связь их с верхними слоями почв в контексте динамики нисходящих и восходящих движений почвенной влаги в засушливых условиях и связанная с этими процессами миграция токсичных воднорастворимых солей.

Результаты анализов водной вытяжки показывают, что на зональных южных карбонатных черноземах, от верхних слоев по мере углубления, общее присутствие солей увеличивается. И с глубины 86 до 500 см в них наблюдается высокое содержание токсичных солей. В частности, в слое мощностью примерно в 50 см, то есть от 86 до 135 см, количество солей при допустимом пределе 0,2%, фактически составляет 1,46%, в основном представленные хлоридами и сульфатами натрия (NaCl, Na2SO4). Начиная от 135 см и ниже резко увеличивается концентрация высокотоксичной соды (Na2C03). Так, в слоях 135-165 см её содержание превышает допустимую норму в 11 раз, в 165-200 см - в 12 раз, в 200-250 см  - в 14 раз и т.д.

Традиционная система агротехнологий, направленная на максимальное накопление влаги в нижних горизонтах, способствует в  весенний  период  достижению  нисходящими  токами  воды  пределов 86-140 сантиметров и глубже, то есть, как установлено, слоев, обогащенных токсичными солями. Одним из свойств содержащихся здесь хлоридов, сульфатов и карбонатов натрия является высокая растворимость в воде, проникающей в эти слои, что приводит их в легкоподвижное состояние. Летний период в степной зоне отличается высокой знойностью. Воздух в июне и в июле часто в течение продолжительного периода прогревается до +40 – +45 °С в сочетании с активной деятельностью суховеев, а температура верхних слоев почвы достигает до +70 °С и более, что интенсифицирует процессы испарения. В подзоне южных черноземов сумма осадков за май - июль в среднем составляет 100 мм, а количество испаряемой воды из почвы за этот период превышает 130 мм [4]. По данным известного ученого почвоведа В.М. Боровского, в этой подзоне величина потенциальной  испаряемости за период с температурой выше +10 °С составляет 600-700 мм, при сумме осадков в среднем 160-180 мм [5]. То есть в летнее время на сельскохозяйственных угодьях восходящее движение почвенной влаги значительно преобладает над нисходящим. В связи с этим действие данных факторов вызывает подтягивание  восходящими  токами  воды  перешедших  в  легкоподвижное  состояние  солей натрия к верхним горизонтам почв. Необходимо учесть, что данный механизм на пашне функционирует ежегодно со времени освоения целины, то есть в течение более 50-летнего периода. В настоящее время это привело к превышению содержания натрия в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) на пашне, над его присутствием на целине в слоях 0-30 см - на 22,0%, в 30-50 см – на 76,1%, в 50-70 см - на 116,2% и т.д. Опасность происходящих процессов в почвах региона состоит в том, что развитие их идёт из  года в год с нарастанием.

А на целинных угодьях наблюдается совершенно другая модель развития внутрипочвенных процессов, так как здесь постоянно присутствует естественная растительность, которая в беспрерывном режиме, особенно ранней весной и в осенний период, интенсивно использует почвенную  влагу для своего развития. Вследствие этого нисходящий ток почвенной воды проникает только до 60-70 см и не достигает засоленных горизонтов, размещенных ниже 85 см. То есть на целине восходящие токи воды идут в основном из досоленосных слоёв, и практически отсутствует их движение из высокозасолённых горизонтов. Они проявляются только в отдельные годы во время максимального выпадения осадков, что сводит к минимуму развитие здесь процессов засоления почв.

Поэтому после освоения целинных земель в течение определённого периода, когда на пашне пока ещё не произошло существенное накопление солей, используемые приемы интенсификации (максимальное снегонакопление,  многократные  обработки  почвы,  внесение  минеральных  удобрений и т.д.) давали ощутимый эффект. Отсюда складывалось мнение, что применяемый комплекс агротехнологий и в целом принятая система земледелия являются идеальными. Создавалась иллюзия прогресса и ложное представление об абсолютной правильности и безопасности применяемой системы земледелия. Такое  же  мнение  продолжает  существовать  у многих  ученых  и  специалистов  и поныне в связи с инерцией мышления относительно применяемых в настоящее время систем агротехнологий, построенных на традиционных концептуальных подходах. На деле же в рамках этой системы наблюдается постепенный и особенный для неорошаемой пашни феномен, вынос токсичных воднорастворимых солей натрия из нижних в верхние горизонты почв. В результате длительного функционирования этих процессов соотношение катионов Na+ : Са2+ в почвенном растворе достигает пределов   1,5-4,0   :   1   и   более   в   пользу   натрия,   что   вызывает   развитие   процессов    засоления и осолонцевания почв (таблица 1). Установлено, что эти процессы развиваются именно в таких пределах [5]. 

Таблица 1 – Анализ водной вытяжки южных карбонатных черноземов на типичной пашне, (2006-2008)

 Анализ водной вытяжки южных карбонатных черноземов на типичной пашне, (2006-2008) 

П р и м е ч а н и е: в числителе - в  мг-экв, в знаменателе - в%. 

Как видно из данных таблицы, неблагоприятное соотношение в почвенном растворе между катионами кальция и натрия складываются в слое 24-38 см, затем следует мощный слой от 38 до 84 см с высокотоксичным содовым          засолением. Эти условия являются значительным фактором, сдерживающим в настоящее время повышение урожаев всех возделываемых культур в регионе.

Приводимые данные подтверждаются также проведенными анализами почв на производственном участке пашни, где систематически в течение 16 лет подряд с 1991 по 2006 годы максимально задерживался снег, толщина его ежегодно достигала 1 м и более, что обеспечивало насыщение влагой 140-150 см слоя. Эти работы проводились в соответствии с требованиями, вытекающими из концепции ведения земледелия в засушливых регионах, о необходимости максимального накопления влаги желательно до 150 см слоя.

Результаты анализов почв на этом участке поля после 16-ти летнего периода в 2007 году свидетельствуют о развитии здесь тотального содового засоления почв в токсичной концентрации в слое 20-50 см (таблица 2). И особенно в слое 50-80 см концентрация этой соли превысила допустимый предел в 2 раза. Эти процессы вызвали одновременно повышение реакции почвенного раствора. В слое 20-50 см она стала щелочной (РН = 8,4), а в 50-80 см – сильнощелочной (РН= 8,6). В связи с этим в конце 16-ти летнего периода, то есть в 2006 г., в весьма благоприятном году по количеству осадков, сбор зерна на этом участке уменьшился до 4,3 ц/га при урожае на контрольных полях 10,5 ц/га, где приемы интенсивного снегонакопления не проводились. Урожай зерна на этом поле в последующие годы не удалось повысить даже после оставления его под пар, так как пашня полностью  деградировалась. Отсюда вытекает, что на неорошаемой пашне в рамках использования традиционной системы агротехнологий, предусматривающее преимущественное накопление влаги в нижних (85-150 см) слоях почвы,  подспудно  развиваются  экологически  весьма  опасные  два  процесса  –  содовое засоление и осолонцевание почв. 

Таблица 2 – Развитие процессов содового засоления и повышение РН-почвы при длительном применении приемов интенсивного снегонакопления (1991-2006 гг.) на пахотных землях северо- востока Казахстана, мг-экв., %, 2007 г.

 Развитие процессов содового засоления и повышение РН-почвы при длительном применении приемов интенсивного снегонакопления (1991-2006 гг.) на пахотных землях северо- востока Казахстана, мг-экв., %, 2007 г.

Таким образом, принятая концепция ведения земледелия и построенная на её основе система агротехнологий, широко применяемая по настоящее время, решая проблему влаги на пашне спровоцировала и вызвала развитие более сложных и тяжелых процессов – засоления и осолонцевания почв, тем самым катастрофического падения их плодородия.

Эти данные свидетельствуют о необходимости кардинального изменения концептуальных подходов к системе  построения агротехнологий на  неорошаемой пашне в  условиях северо-востока    республики и в аналогичных регионах. В этой связи целесообразными являются следующие концептуальные положения:

  • в регионах с близким расположением к дневной поверхности засоленных почвообразующих пород и грунтовых вод, накопление влаги в почвах не следует привязывать к нижним горизонтам метрового и глубже расположенным  слоям.  Здесь  необходимо  создание  оптимального  режима  влажности в пределах до соленосных слоев с применением приёмов, направленных на повышение их влагоёмкости и водоудерживающей способности в сочетании с регулированием режима минерального питания и снижением расхода влаги на испарение и другие потери;
  • принять меры по предотвращению восходящих токов влаги содержащих токсичные соли из высоко засоленных слоёв материнской породы в соответствии с нашей разработкой, Патент РК, № 24418;
  • для улучшения соотношения катионов кальция и натрия в ППК и комплекса других свойств почвы, в структуру посевов необходимо включить культуры – фитомелиоранты (донник, эспарцет и др.) способные перемещать кальций из нижних в верхние горизонты (Патент РК, №. 24418).

Реализация этих концептуальных подходов при построении комплекса агротехнологий, приводит по существу к изменению в целом системы земледелия в засушливых регионах.

 

Литература

  1. Сулейменов М.К. Желто-зелёная революция в земледелии Канады. - Алматы, 2008. - 240 с.
  2. Конопьянов К.Е., Аскаров С.У. Деградационные процессы на черноземах и пути их преодоления // Вестник сельско-хозяйственной науки Казахстана. - 2004. - № 3. - С. 44-45.
  3. Конопьянов К.Е.  и   др.  Проблемы  засоления   и  осолонцевания   почв   на   неорошаемой  пашне в условиях северо-востока Казахстана // Материалы международной научно-практической конференции. - Улан-Батор. - 2010. - С. 120-124.
  4. Агроклиматические и водные ресурсы районов освоения целинных и залежных земель. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1955. - 261 с.
  5. Боровский В.М. Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана. - Алма-Ата, 1982. - 253 с.
Фамилия автора: К.Е. Конопьянов
Год: 2011
Город: Павлодар
Яндекс.Метрика