CC BY
149
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11201
УДК 631.452
Засоление как критический фактор плодородия земель Астраханской области
Ю. Б. САлинА1, кандидат технических наук, директор (e-mail: salinajb@mail.ru) н. в.тЮтЮМА2, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора (e-mail: pniiaz@mail.ru) А. в.тЮтЮМА2, зав. отделом Тосударственный центр агрохимической службы «Астраханский», 1 -ая Литейная, 12 Б, Астрахань, 414051, Российская Федерация
2Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия, квартал Северный, 8, с. Соленое Займище, Астраханская обл., 416251, Российская Федерация
Резюме. Почвы по степени засоления делятся на слабо-, средне-, сильно- и очень сильно засоленные. На слабозасоленных почвах урожайность сельскохозяйственных культур в среднем снижается до 25 %, на среднезасоленных - до 50 %, на сильнозасоленных -до 75 % и на очень сильнозасоленных - до 100 %. В Астраханской области такие почвы встречаются достаточно часто, особенно актуальным этот вопрос становится в связи с сокращением площади незасоленных почв сельскохозяйственного назначения, а также с минимальными объемами внесения органических и минеральных удобрений. Цель исследования - актуализация сведений о степени и химизме засоления почв сельскохозяйственного назначения Астраханской области для обоснования мероприятий по предотвращению вторичного засоления. Для локального наблюдения за состоянием почв в Астраханской области были заложены 25реперныхучастков, на которых отбирали образцы почвы с последующим определением количественного и качественного состава неорганических солей. Засоленность почв также оценивали при проведении комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения категории «пашня орошаемая». Почвы во всех районах Астраханской области подвержены засолению в той или иной степени и содержат сульфаты, хлориды и гидрокарбонаты. В регионе происходит постепенное увеличение площади засоленных почв на орошаемых землях. В Приволжском районе с 2009 по 2014 г. площадь незасоленных почв орошаемой пашни сократилась более чем в 2 раза; в Харабалинском районе с 2011 по 2016 гг. - практически в 3 раза; в Володарском и Икрянин-ском районах с 2012 до 2017 гг. большая часть незасоленных почв перешла в категории с тем или иным содержанием солей. Наиболь -шие площади незасоленных почв орошаемой пашни расположены на территории Енотаевского и Ахтубинского районов. Ключевые слова: водорастворимые соли, химизм засоления, вторичное засоление, угнетение сельскохозяйственных культур. Для цитирования: Салина Ю. Б., Тютюма Н. В., Тютюма А. В. Засоление как критический фактор плодородия земельАстраханской области // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 12. С. 5-8. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11201.
Известно, что урожайность сельскохозяйственных культур зависит от условий выращивания. Один из основных параметров, определяемых особенностями природно-климатической зоны, - засоленность почвы, оцениваемая по содержанию токсичных солей в корнео-битаемом слое. Засоление почв снижает урожайность сельскохозяйственных культур, и может вызвать их гибель. Между количеством солей, аккумулирующихся в почве (степень засоления), и состоянием растений наблюдается отчетливо выраженная зависимость [1].
На 01.01.2018 г. земельный фонд Астраханской области составлял 3632, 5 тыс. га, из них сельскохозяйственные угодья - 2978,1 тыс. га, в том числе орошаемая пашня -172,9 тыс. га. Природные условия и антропогенная деятельность привели к образованию в Астраханской области значительных территорий с почвами высокой степени
засоления - 1132,1 тыс. га и солонцовыми комплексами -741,0 тыс. га [2]. К природным факторам, определяющим развитие первичного засоления почв, относят климат, рельеф, засоленность почвообразующих и подстилающих пород, наличие грунтовых вод. Климат Астраханской области, как фактор, от которого зависит развитие процесса засоления, характеризуется преобладанием испарения над осадками. В этих условиях активизируется процесс влаго- и солепереноса, а также формируется испарительный геохимический барьер, что способствует соленакоплению. Грунтовые воды на большей части территории северных районов области залегают достаточно глубоко и без орошения не участвуют в испарительном режиме. Общая тенденция перемещения потоков ионов и солей направлена на слабое выщелачивание под влиянием инфильтрации атмосферных осадков по микропонижениям рельефа, с развитием осо-лонцевания почв на остальной территории. В основном почвы слабо- и среднезасоленные с содержанием солей 0,2.. .0,6 %, концентрация поглощенного натрия в каштановых почвах достигает 3.6 % от емкости поглощения.
При возделывании овощных и бахчевых культур, занимающих более 50 % посевных площадей Астраханской области, широко используют орошение, которое также служит причиной засоления почв (хлоридного или сульфатного) и, как следствие, приводит к накоплению токсичных веществ в растениях. Необходимо заметить, что засоление совсем не неизбежное и обязательное следствие орошения. Грамотно выстроенная система орошения нередко способствует рассолению почв. Однако при избыточном поливе и при отсутствии оттока грунтовых вод почвы засоляются [3].
Засоление почв, как природное, так и вторичное, в условиях орошаемого земледелия, один из факторов, усиливающих процесс опустынивания. При этом оно служит как причиной, так и следствием других проблем плодородия почв.
Основное средство борьбы с засолением - мелиорация почв. В условиях Астраханской области на орошаемых землях снижение засоления достигают путем применения метода гидротехнической мелиорации, при этом вымывание питательных веществ и остаточная засоленность ограничивают получение высоких урожаев сельскохозяйственной продукции. Скопление солей повышает осмотическое давление почвенного раствора, что затрудняет водоснабжение растений. Некоторые соли действуют на растения как специфические яды [1].
Цель исследования - актуализация сведений о степени и химизме засоления почв сельскохозяйственного назначения Астраханской области для обоснования мероприятий по предотвращению вторичного засоления.
Условия, материалы и методы. В природном и хозяйственном отношениях можно в Астраханской области можно выделить пять зон: полупустынная светло-каштановых почв, полупустынная бурых почв, подстепных ильменей, дельта реки Волги и пойменные части Волго-Ахтубинской зоны.
Для проведения локального наблюдения за состоянием почв в 1992-1996 гг. во всех перечисленных зонах были заложены 25 реперных участков (рис. 1), на которых специалисты ФГБУ «ГЦАС «Астраханский» проводили отбор почв с последующим определением количественного и качественного состава неорганических солей. Засолен-
Рис. 1. Картосхема расположения реперных участков на территории Астраханской области.
ность почв также оценивали при проведении комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения категории «пашня орошаемая» в рамках Государственного задания Министерства сельского хозяйства Российской Федерации. Почвенные пробы отбирали механическим способом до глубины 1,5 м с элементарных участков площадью около 30 га при помощи буров. Содержание легкорастворимых солей в почве оценивали по их концентрации в водной вытяжке. Этот метод позволяет перевести в жидкую фазу практически все легкорастворимые соли. Исследования проводили в соответствии с ГОСТ 26423-85, ГОСТ 26424-85, ГОСТ 26425-85, ГОСТ 26426-85, ГОСТ 26427-85, ГОСТ 26428-85. Оценивали состав водной вытяжки по анионам СО32-, НСО3-, С|-^042-; катионам Са2+, Мд2+^а+.
Результаты и обсуждение. Известно, что ионно-солевой комплекс почв представляет собой всю совокупность ионов и солей, находящихся в разных формах -жидкой (в почвенном растворе), твердой (кристаллические водорастворимые соли), сорбированной почвенным поглощающим комплексом (обменные ионы) и связанных между собой динамическим равновесием.
Соотношение солей, находящихся в твердой и жидкой фазах, зависит от степени и типа засоления почвы. В почвенном растворе слабозасоленных почв при сульфатном и гидрокарбонатно-сульфатном типе засоления находится до 50...80 % общего количества солей, а при сульфатно-хлоридном и хлоридно-сульфатном - до 60.100 %. В орошаемых почвах 100 % хлоридов и большая часть сульфатов присутствуют в жидкой фазе [4].
Еще в середине прошлого века установили, что в случае хлоридного (хлоридно-сульфатного) засоления почв, у растений снижается скорость обмена веществ, поэтому интенсивность транспирации уменьшается, растение приобретает черты галосуккулентности, тогда как при сульфатном (сульфатно-хлоридном) засолении, наоборот, происходит некоторое увеличение интенсивности обмена, повышается интенсивность транспирации, и растения приобретают более ксероморфную структуру [3].
В этой связи, оценка содержания хлорид- и сульфат-ионов в составе легкорастворимых солей почв была первоочередной задачей в программе исследования. Содержание
хлорид-ионов в почвах реперных участков варьировало в широких пределах - от 0,10 до 7,10 ммоль/100 г почвы, в том числе на участках № 1, 9, 11, 14, 25 (см. рис. 1) оно превышало 1 ммоль/100 г, что указывает на возможность засоления по хлоридному типу. Наибольшие величины этого показателя отмечены на реперных участках Наримановского и Красноярского районов (7,10 и 3,85 ммоль/100 г почвы), наименьшие - на реперных участках № 8, 20 , 21, 22 (менее 0,10 ммоль/100 г почвы).
Концентрация сульфат-ионов варьировала от 0,25 до 12,50 ммоль/100 г почвы. Особенно богаты сульфатами были почвы реперных участков № 1, 10, 12, 14, 16, в которых они явно преобладали над содержанием хлорид-ионов. Следует отметить, что в зависимости от химизма засоления изменяется соотношение доступных минеральных элементов в почве и, как следствие, варьирует качественный состав сельскохозяйственной продукции. При этом более благоприятные условия складываются при сульфатном засолении [3].
Кроме того, был изучен состав поглощённых снований, среди которых в почвенном поглощающем комплексе почв Астраханской области преобладают кальций, магний и натрий.
Содержание катионов кальция в водной вытяжке находилось в диапазоне 0,25.5,25 ммоль/100 г почвы. Максимальные среди изученных образцов величины этого показателя зафиксированы в горизонтах 50.100, 100.150 см реперного участка № 1 - 3,5 и 5,25 ммоль/100 г почвы. Концентрация магний-ионов почти в 70 % проб не превышала 0,5 ммоль/100 г почвы. Наибольшее его содержание (4,25 ммоль/100 г) отмечено в горизонте 50.100 см реперного участка №14, что, вероятно, связано с залеганием на этой территории минералов, богатых магнием.
При увеличении доли обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе выше 5 % почва постепенно теряет гумус, ухудшается ее водопроницаемость и структура, возрастает щелочность почвенного раствора, почва становится солонцеватой [5]. Особенно высоким содержанием иона натрия характеризовались почвы участков № 1, 9, 11, 12, 14, 25, в которых оно варьировало от 0,43 до 5,75 ммоль/ 100 г почвы. Натрий почвенно-поглощающего комплекса вытесняется угольной кислотой или ее солями с образованием карбонатов и гидрокарбонатов натрия, обладающих высокой токсичностью. Результаты измерений показали отсутствие или следовое содержание карбонат-ионов в составе легкорастворимых солей образцов почв. Содержание гидрокарбонат-ионов варьировало в диапазоне от 0,25 до 0,70 ммоль/100 г почвы, их присутствие, как правило, наблюдали в пределах пахотного слоя. Реакция почвенного раствора более чем в 80 % от числа измерений была слабощелочной.
Обращают нас себя внимание почвы участка №11, которые отличаются высоким содержанием ионов натрия и магния. Солевой профиль этого участка, построенный по результатам наблюдений 2016-2017 гг. (рис. 2), наглядно демонстрирует резкий скачок концентрации солей на глубине от 50 см и ниже. В этом случае наблюдается следующий переход: незасоленная почва - слабая - средняя - сильная степень засоления, которые характеризуются соответствующей суммой солей - 0,08; 0,17; 0,57; 0,71 %. По результатам расчетов токсичность ионов для почвенных профилей 0.30, 30.50, 50.100 и 100.150 см на участке №14 составляла соответственно 0,28; 0,54; 1,94 и 3,44 в мг-экв. хлора. Тип засоления трех верхних слоев - сульфатный, на глубине более 1 м - хлоридно-сульфатный. С учетом этого можно с достаточно высокой вероятностью ожидать угнетения развития растений ввиду повышения
Рис. 2. Солевой профиль почвы РУ-14 Икрянинского района Астраханской области
НСО,
l-CI;n-SO„
] - Ca; Щ - Mg; Щ - Na.
осмотического давления почвенного раствора и осложненного водообмена. В частности, на таких почвах нельзя закладывать садовые и ягодные насаждения.
Анализ образцов почвы 25 реперных участков показал, что в целом по области в большинстве (около 65 %) случаев тип засоления можно охарактеризовать как хлоридно-сульфатный с преобладанием солей натрия.
Полученные данные по степени и химизму засоленности реперных участков дают возможность сопоставить их с аналогичными данными карт засоленных почв Республики Калмыкия и Астраханской области за 2002 г. [6]. Сравнение показывает совпадение солевых характеристик верхнего метрового почвенного профиля, что свидетельствует об отсутствии принципиальных изменений в распределении водорастворимых солей по горизонтам почв реперных участков.
По результатам сплошного агрохимического обследования почв земель сельскохозяйственного назначения (2008-2017 гг.) установлено, что во всех районах Астраханской области они в той или иной степени подвержены засолению, то есть содержат хлориды, сульфаты и гидрокарбонаты. При этом, например, в Приволжском районе, с
2009 по 2014 г. площадь незасоленных почв орошаемой пашни сократилась более чем в 2 раза; в Харабалинском районе с 2011 по 2016 гг. -практически в 3 раза; в Володарском и Икрянинском районах с 2012 до 2017 гг. большая часть незасоленных почв перешла в категории с тем или иным содержанием солей (см. табл.). В целом по Астраханской области слабее всего засолены почвы орошаемой пашни Енотаевского (2010, 2015 гг.) и Ахтубинского (2012, 2017 гг.) районов.
Проведенный сравнительный анализ солевого состава почвенных профилей по годам позволяет судить о движении солей по высоте профилей и достаточно активном накоплении Na+и S042 ионов в метровом слое. Это необходимо учитывать при внесении минеральных удобрений, которые не должны содержать балластовых составляющих, присутствующих, например, в составе сульфата аммония или калия хлористого, чтобы не засолять почву еще сильнее.
Эффективное использование удобрений возможно лишь при одновременном уменьшении количества легкорастворимых солей в почве. В связи с этим на засоленных участках можно рекомендовать более широкое использование органических удобрений и некорневых подкормок в сочетании с минеральными удобрениями. Так, при внесении навоза улучшается структура почвы, происходит обогащение питательными веществами и повышается водопроницаемость, что способствует ее рассолению с последующим снижением интенсивности процессов капиллярного выноса солей в верхние горизонты почвы [7]. Рекомендуемые дозы органических удобрений в условиях Астраханской области составляют 20.40 т/га.
В целом использование любого приема, способствующего росту вегетативной массы и урожайности сельскохозяйственных культур, как правило, одновременно стимулирует развитие корневой системы, которая также повышает содержание лабильного органического вещества в почве.
Таблица. Засоленность орошаемых почв по районам Астраханской области
Район Площадь орошаемых почв
всего, га распределение по степени засоления, % всего, га распределение по степени засоления, %
незасо-ленные слабо средне сильно очень сильно незасо-ленные слабо средне сильно очень сильно
2008 г. 2013 г.
Черноярский 36114 28,9 48,1 13,0 8,1 1,9 36114 20,1 52,3 22,3 3,6 1,7
Наримановский 10147 33,9 33,4 10,0 12,7 10,0 10144 27,0 45,1 25,8 2,0 0,1
2009 г. 2014 г.
Приволжский 19345 8,5 43,4 31,7 13,6 2,8 25937 3,9 65,2 26,8 4,1 0,0
Камязякский 34974 4,0 47,6 31,2 13,4 3,8 35448 4,4 34,3 33,8 20,4 7,1
2010 г. 2015 г.
Красноярский 9376 14,7 49,3 23,3 10,0 2,7 12743 39,2 33,6 16,5 4,7 6,0
Енотаевский 16683 51,2 27,5 13,6 7,4 0,3 18523 56,8 37,3 4,7 1,0 0,2
2011 г. 2016 г.
Харабалинский 20522 30,6 52,6 15,5 1,2 0,1 37976 10,6 66,7 14,9 5,2 2,6
Лиманский 6947 37,0 48,2 5,5 8,5 0,8 13218 41,7 21,1 20,0 17,1 0,1
2012 г. 2017 г.
Ахтубинский 15054 64,7 28,1 2,4 3,9 0,9 16324 65,8 31,4 2,6 0,2 0,0
Володарский 10863 29,5 26,1 22,6 20,4 1,4 11452 9,0 36,3 25,1 19,0 10,6
Икрянинский 5348 24,1 31,2 20,2 18,6 5,9 5639 5,2 31,5 34,1 17,9 11,3
С учетом этого можно рекомендовать, например, применение гуминовых удобрений, использование которых в опыте ФГБУ ГЦАС «Астраханский» обеспечило рост биологической урожайности томатов на 34 %, арбузов - на 15 %.
В борьбе с засолением можно успешно использовать растения-галофиты и сидераты: люцерну, горчицу, суданскую траву, подсолнечник, озимый ячмень, сорго, пшеница, свёкла [8]. После их выращивания на месте перегнивших корней остается сеть подземных каналов, по которым соли вымываются в более глубокие слои почвы [9].
На рассоленных почвах необходимо вводить специальные переходные севообороты с выращиванием однолетних растений-галофитов и последующим удалением их вегетативной массы с поля. При реализации этого способа в начале освоения земель галофиты высевают в чистом виде, затем осуществляют их смешанный посев с кормовыми культурами, изменяя соотношение в течение нескольких лет с постепенной полной заменой галофитов кормовыми культурами. Для полного рассоления при средней степени засоления требуется от 4 до 5 лет [9].
Наиболее эффективный метод биологической мелиорации - применение сидератов [10]. В частности, практика биологической мелиорации земель в Астраханской области показывает, что наибольшее в относительном выражении рассоление происходит на второй год выращивания сидератов. Ведущее место в качестве сидерата и кормовой культуры отводится люцерне. На люцерновом поле после распашки на каждом гектаре остается до 10 т пожнивных остатков и корней [11].
По данным испытательной лаборатории ГЦАС «Астраханский», общая минерализация оросительных вод,
используемых в растениеводстве области, варьирует в пределах от 0,25 до 0,80 г/дм3, что в соответствии с классификацией [4] обеспечивает урожай на уровне 100 % для очень сильносолеустойчивых, сильносолеустойчивых и среднесолеустойчивых культурных растений. В то же время продуктивность слабоустойчивых культур (картофель, дыня, лук, морковь, перец и др.) может снижаться до 25 %. В этой связи обязательным мероприятием при их выращивании становится оценка минерализации и химического состава оросительных вод.
выводы. Анализ образцов почвы 25 реперных участков, заложенных в Астраханской области, показывает, что в регионе в 65% случаев тип засоления характеризуется как хлоридно-сульфатный с преобладанием солей натрия. Результаты многолетних исследований (2008-2017 гг.) показывают, что во всех районах Астраханской области почвы в той или иной степени подвержены засолению. При этом площадь засоленных почв орошаемых земель постепенно увеличивается. На сегодняшний день более половины орошаемых земель не засолены только в Енотаевском и Ахтубинском районах Астраханской области, в остальных величина этого показателя варьирует от 39,2 % в Красноярском районе, до 3,9 % в Приволжском районе. Для получения высоких урожаев растениеводческой продукции и поддержания уровня плодородия почвы в таких условиях необходимо проводить различные агрохимические мероприятия, направленные на увеличение содержания органического вещества и снижение концентрации солей в почве, оптимизировать севообороты путем введения однолетних солевыносливых кормовых культур и сидератов, использовать только оптимальные нормы полива и др.
Литература.
1. Физиология сельскохозяйственных растений: Минеральное питание. Рост и развитие. Эмбриогенез и органогенез / под ред. Б. А. Рубина. М.: Изд-во Московского ун-та, 1967. Т. 2. 481 с.
2. Мухортов В. И., Шагаипов М. М. Агроэкологическая оценка земель полупустынной зоны Астраханской области // Эко-логические и социально-экономические аспекты устойчивого развития региона Нижней Волги: сб. науч. работ. М.: Изд-во «Современные тетради», 2005. С. 12-17.
3. Физиология сельскохозяйственных растений: Физиология водообмена растений. Устойчивость растительных организмов. Природа иммунитета / под ред. Б. А. Рубина. М.: Изд-во Московского ун-та, 1967. Т. 3. 411 с.
4. Безднина С. Я. Качество воды для орошения: принципы и методы оценки: монография. М.: Изд-во РОМА, 1997. 185 с.
5. Лукин С. В., Агроэкологическое состояние и продуктивность почв Белгородской области: монография. 2-е изд., доп. Белгород: КОНСТАНТА, 2016. 344 с.
Засоленные почвы России/ отв. ред. Л. Л. Шышов, Е. И. Панкова. М.: ИКЦ Академкнига, 2006. 854 с.
7. В. А. Васильев, И. ИЛукьяненков, В. Г. Минеев Органические удобрения в интенсивном земледелии. М.: Колос, 1984. 303 с.
8. Свойства солонцов и солонцеватых почв и пути их окультуривания в севооборотах картофельной специализации в условиях Заволжья / П. А. Чекмарев, А. В. Коршунов, Н. А. Гаитова и др. //Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 10. С. 22-26.
9. Н. И. Павлов, Н. В. Челобанов Земледелие в Астраханской области. Астрахань: Факел, 1998. 433 с.
10. Лошаков В. Г. Развитие учения о севообороте в РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева //Земледелие. 2017. № 2. С. 3-9.
11. Челобанов Н. В. Мелиорация и использование орошаемых земель в астраханской области. Астрахань: ИПЦ «Факел», 2003. 559 с.
Salinization as a Critical Factor of Land Fertility in the Astrakhan Region
Yu. B. Salina, N. V. Tyutyuma, A. V. Tyutyuma
State Center of Agrochemical Service "Astrakhanskii", 1-aya Liteinaya, 12 B, Astrakhan', 414051, Russian Federation 2Caspian Research Institute of Arid Farming, kvartal Severnyi, 8, s. Solenoe Zaimishche, Astrakhanskaya obl., 416251, Russian Federation Abstract. According to the degree of salinization, soils are divided into low, medium, strongly and very strongly saline groups. On low saline soils, crop yields are on average reduced by 25%, on medium saline ones it reduced by 50%, on strongly saline ones it reduced by 75% and on very strongly saline soils it reduced by 100%. In the Astrakhan region, such soils are quite common; this issue is particularly relevant in connection with the reduction in the area of non-saline agricultural soils, as well as with minimal amounts of applied organic and mineral fertilizers. The purpose of the study was to update information on the extent and chemism of salinization of agricultural soils in the Astrakhan region to substantiate measures to prevent secondary salinization. For the local monitoring of the state of soils in the Astrakhan region, 25 reference plots were founded, where soil samples were taken followed by the determination of the quantitative and qualitative composition of inorganic salts. Soil salinization was also assessed in the integrated monitoring of soil fertility of irrigated arable lands. Soils in all areas of the Astrakhan region are subject to salinization to a greater or lesser extent and contain sulfates, chlorides, and bicarbonates. In the region, there is a gradual increase in the area of saline soils on irrigated lands. In the Volga region from 2009 to 2014, the area of non-saline soils of irrigated arable land decreased more than 2 times; in the Kharabalinsky district from 2011 to 2016 it decreased almost 3 times; in Volodarsky and Ikryaninsky districts from 2012 to 2017 the most of the non-saline soils became soils with some salt content. According to the survey results, the largest areas of non-saline soils of irrigated arable land of all districts of the Astrakhan region are located in the territory of Enotaevsky and Akhtubinsky districts. Keywords: water-soluble salts; salinization chemistry; secondary salinization; crop inhibition.
Author Details: Yu. B. Salina, Cand. Sc. (Tech.), director; N. V. Tyutyuma, D. Sc. (Agr.), deputy general director; A. V. Tyutyuma, head of division. For citation: Salina Yu. B., Tyutyuma N. V., Tyutyuma A. V. Salinization as a Critical Factor of Land Fertility in the Astrakhan Region. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 12. Pp. 5-8 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11201.
