science-review.ru
Научное исследование генезиса, эволюции и геохимических свойств засоленных луговых сазовых почв и солончаков, распространенных в Ферганской долине, является одной из актуальных проблем.
В мире насчитывается более 833 млн га засоленных земель, что составляет 8,7 % земной поверхности. Засоленные почвы распространены в основном в странах с сухим климатом, в Пакистане, Индии, Китае, США, Средней Азии, Южной Америке, Африке, Австралии на больших площадях, а также среди незасоленных почв в виде пятен более мелкими массивами. Засоленные почвы на территории СНГ составляют 52,3 млн га, или 2,4 % всех почв по площади. Более половины орошаемых площадей Средней Азии, Южного Казахстана, около 75–80 % орошаемых земель имеют разную степень засоления.
Цель исследования – изучение содержания солей и их миграции в орошаемых почвах и солончаках с разной степенью засоления, распространенных в пустынной зоне Ферганской долины.
Материалы и методы исследования
Полевые почвенные исследования проводились на основе морфологического метода Докучаева, сравнительно-географического метода исследования. Анализы выполнялись общепринятым методом, описанным в руководствах СоюзНИХИ [1], Е.В. Аринушкиной [2]. Полученные результаты были проанализированы математически и статистически на основе методического пособия Б.А. Доспехова [3], использована компьютерная техника последних версий электронных таблиц, графиков и программ Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Изучение состава и количества карбонатов и сульфатных солей в почвах, распространенных в Центральной Фергане, входящей в состав пустынной области Ферганской долины, имеет большое теоретическое и практическое значение. Эти соли обладают способностью активно перемещаться по почвенному профилю и в результате своего перемещения накапливаться на определенных глубинах.
А.Ф. Миддендорф в своей работе представил первую классификацию почв Ферганской долины: «галечниковая пустыня», «солончаковая пустыня», «песчаная пустыня», «лёссовая» и несколько гумусовых выделений, различных по условиях сельскохозяйственного использования и урожайности, дал сравнительную оценку почв. Плодородные почвы Туркестана он приравнял к черноземам. А.Ф. Миддендорф, дав естественно-историческую характеристику Ферганской долины, упомянул о наличии засоленных почв. В этих районах роль минерализованных грунтовых вод, расположенных вблизи поверхности земли, в протекании этих процессов была научно доказана в основном тем, что эти воды находились под сильным давлением [4].
В работе В.А. Ковда даны сведения о солевом режиме засоленных почв Ферганской области, составе и динамике солей в почвенных растворах.
Почвенный покров Ферганской долины М.А. Панков разделил на 7 геоморфологических и 13 почвенных районов. Даны характеристики почвенного покрова, механического состава, засоленности и почвообразующих пород, параметров подземных грунтовых вод, малых геоморфологических районов внутри почвенных регионов. Кроме того, он высказал мнение о почвах Центрально-Ферганской пустынной зоны, которые могут быть освоены в будущем, и мелиоративных мероприятиях по их освоению.
В 1978–1988 гг. М. Мухаммаджоновым и П. Бесединым были проведены опыты по улучшению мелиоративного состояния плодородных и загипсованных почв Ферганской долины, то есть возделыванию сельскохозяйственных культур путем глубокого рыхления.
М.У. Умаров, изучая физические, физико-механические свойства почв Центральной Ферганы, подчеркивает наличие между 70–120 см плотных непроницаемых слоев, и этот слой отрицательно влияет на физические свойства почв.
Изменения почв Центральной Ферганы под влиянием орошения были подробно изучены А. Махсудовым в 1969–1979 гг.
П.Н. Беседин, К.Ш. Шадманов, Г.Ю. Юлдашев проводили исследования по орошению засоленных орошаемых почв Центральной Ферганы минерализованными водами. Она составляет 3,5–4,0 г/л для полива лугово-сазовых, почв тяжелого механического состава и чередования поливов арыковой водой для предотвращения увеличения поглощенного натрия в почве, доказано, что можно использовать для промывки солей и орошения 4–6 г/л минерализированную воду для лугово-сазовых почв легкого механического состава [5].
Генезис малоплодородных арзыковых, шоховых и гипсовых почв на территории Центральной Ферганы изучен В.Ю. Исаковым [6, 7]. По природно-историческим условиям арзыковые, шоховые и гипсовые почвы Центральной Ферганы представляют собой отдельную почвенно-геохимическую провинцию, в их формировании велика роль тектонических и денудационных движений земной коры, накопления натрия, магния, кальция и других элементов в почве под влиянием подземных и поверхностных вод. В результате было показано, что в почвенных покровах района появились разной степени засоленности гипсовые, глинистые и арзыковые слои.
Соли в основном представлены сернокислыми и хлоридными кальцием, магнием и натрием. В исследованных авторами солончаках природного и антропогенного генезиса основная масса солей представлена в виде CaSO4 и MgSO4, далее идут NaCl, Na2SO4 [8, 9].
В процессе изучения свойств шоховых, гипсовых почв, распространенных в северных частях Центральной Ферганы и конуса-выноса Шохимардансая и Исфайрамсая, в почвах, где грунтовые воды залегают в среднем глубже 2,5–3,0 м, установлено, что карбонаты кальция и магния в нижних частях и средних частях накапливается гипс, часто в виде арзыка [10].
Орошаемые земли Центральной Ферганы зачастую обладают слабой естественной и недостаточной искусственной дренированностью, в связи с чем почвы подвержены засолению в различной степени. В настоящее время среди орошаемых почв, подверженных засолению, в том числе средне, сильно и очень сильнозасоленные составляют 26,8 % [11–13].
Накопление солей в почвах Ферганской области происходило за счет Na2SO4 и гипса (CaSO4). Чем суше климат, тем быстрее в почве накапливаются соли. По мере приближения грунтовых вод к поверхности накопление солей также увеличивается в областях с высокими испаряющими свойствами (особенно в пустынных регионах). В Центральной Фергане 1000–1500 мм над землей в год. 1–1,5 т/га в результате испарения под воздействием слабоминерализованной воды (около 0,5 г/л). соль накапливается, т.е. остается в почве [14].
Вопросы, связанные с засолением почв, подробно изучались в исследованиях, проведенных многими зарубежными учеными, которые высказали мнения о причинах засоления почв и составе солей, вызывающих засоление, а также о мерах по снижению засоления почв.
Российские ученые проводили исследования климатических изменений свойств засоленных гидроморфных почв в бассейне озера Неро за последние 30–40 лет. Исследователи изучили рН почвы и содержание органического углерода, карбоната кальция и растворимых солей [15].
Исследования в Китае показали, что сочетание соломы и внесения неорганического азота является эффективной стратегией улучшения прибрежных засоленных почв. Разложение соломы способствовало формированию и устойчивости агрегатов засоленной почвы. Внесение соломы и неорганического азота эффективно снижает засоление почвы [16, 17].
Содержание соли в сильно засоленных почвах в Синьцзяне, Китай, контролировалось в течение семи лет подряд с использованием технологии быстрого измерения электромагнитной индукции (ЭМИ). Было обнаружено, что в сочетании с сельскохозяйственными культурами орошение с искусственным дренажем и изоляция солей в корневой зоне эффективно снижает засоленность почвы в пахотном слое [18].
Научные исследования, проводимые в этом направлении, продолжаются и сегодня многими исследователями [19–21].
Высокий уровень карбонизации почвы увеличивает ее буферную способность, создавая постоянную слабощелочную среду. Эти соли, т.е. СаСО3, MgСО3, CаSО4·2Н2О, MgSО4·3Н2О, MgSО4·5Н2О, MgSО4·7Н2О, непрерывно поставляют и насыщают почвенный поглощающий комплекс Са и Mg. Таким образом, карбонаты и сульфаты Ca и Mg в почвенном разрезе имеют важное генетическое значение и влияют на эффективность внесения в почву фосфорных удобрений, в том числе принимая участие в переходе фосфора из легкоподвижных в труднорастворимые формы. С.Н. Рыжов по их данным, карбонаты Ca и Mg участвуют в цементации (уплотнении) почвенных агрегатов и агрегатообразовании. Г.И. Оловянишников, Д.М. Кугучков в их работе было доказано, что эти соли накапливаются в почве на разных уровнях и вызывают карбонатное засоление.
Участие СаСО3, MgСО3, CaSО4, MgSО4, наряду с NaCl, Na2SО4, K2SО4 и двойными солями в формировании почв Центральной Ферганы подробно изучено в [5]. Также отмечено обилие гипса, MgSО4 и доломита в арзиковых-солончаковых почвах пустынной зоны [6].
На пониженных элементах рельефа в условиях близкого залегания грунтовых вод к поверхности, где они по капиллярам могут подниматься до корнеобитаемого слоя и выше, формируются супераквальные ландшафты. В наших условиях супераквальный ландшафт расположен как биогеохимическая провинция в пустынной зоне Ферганской долины [22].
Постоянное залегание поливных наносов в орошаемых лугово-сазовых почвах, т.е. их оседание на почве, а также их выдувание с помощью ветров, поступление и уход через грунтовых воды, также влияет на количество и баланс сульфатных и карбонатных солей Са и Mg в почве. В то же время, если посмотреть на распределение содержания гипса по сечению почвы, то из таблицы видно, что оно возрастает по направлению к нижним слоям к средней части почвенного профиля, а затем в определенной степени уменьшается. Эта особенность характерна для лугово-сазовых почв Центральной Ферганы.
Хотя количество гипса в пахотном и подпахотном слоях мало изменяется, это соответствует периоду освоения почв, т.е. количество гипса в пахотном и подпахотном слоях староорошаемых лугово-сазовых почв составляет около 2,5–8,10 %, тогда как во вновь возделываемых и вновь орошаемых группах этот показатель составляет 3,6–11,2 %. Это изменение, безусловно, связано с преемственностью антропогенного воздействия, если смотреть на показатель, то количество гипса составляет 18–27 %.
В средней части почв исследуемых территорий (в горизонте «В») накапливается 20–27 % гипса. Этот горизонт скорее всего реликтовое. Этот горизонт особенный и был выделен большинством ученых. В этом слое также много MgSО4, СаСО3 и MgСО3.
Причиной этого является относительно хорошая растворимость соли MgSO4, которая накапливается в этом слое при промывке солей и процессах орошения. Положительная корреляция (t = 0,53–0,95) наблюдается между количествами гипса и эпсомита в почве. Ошибка коэффициента корреляции составляет от ±0,2 до ±3,86.
Рис. 1. Распределение солей в новоосвоенных луговых сазовых почвах, %
Рис. 2. Распределение солей в новоорошаемых луговых сазовых почвах, %
Рис. 3. Распределение солей в староорошаемых луговых сазовых почвах, %
Рис. 4. Распределение солей в солончаках, %
Среднее количество карбонатов (СО2) в орошаемых почвах составляет 4–6 % и практически равномерно распределено по профилю поперечного сечения. Это особенность относится и к СаСО3 и MgСО3, а наличие повышенных количеств MgSО4 и MgСО3 в исследованных почвах свидетельствует о наличии отдельной магниевой геохимической провинции (рис. 1–4).
Однако корреляция между CaCO3 и MgCO3 положительная и низкая, 0,21–0,48. В этом случае ошибка коэффициента корреляции (mr) равна 0,34.
В территории Центральной Ферганы, относящейся к пустынному району Ферганской долины, грунтовые воды минерализованы (сульфатные, гидрокарбонатные) и расположены близко к поверхности земли. Гипс и карбонаты находятся в слое «В», т.е. 60–100 см, образует осадок. Эта особенность особенно хороша у испарительных барьеров: по данным М.А. Глазовской, они могут накапливать до 25–30 % карбонатов.
Чем больше в почвенном растворе солей Nа2SО4 и NaCl (в исследованиях авторов достаточно Nа2SО4), тем несколько увеличивается растворимость карбонатов, и в виде бикарбонатов они достигают верхних слоев земли и за счет потери их вода при высоких температурах выпадает в осадок в соли СаСО3 и MgСО3, можно согласиться с выводом, что в пахотном слое появляются карбонаты.
По имеющимся данным, количество карбонатов в соленных корках составляет 10–20 %. Наши наблюдения подтверждают это число (16 %). Биогенная известь в исследованных почвах встречается очень редко, если она и присутствует, то может образовываться при сульфатредукции серы в гипсе следующим образом:
CaS + H2O + CO2 → H2S + CaCO3 .
По данным М.А. Глазовской, этот процесс наблюдается у солончаков [23].
Процессы образования почвенных карбонатов сложны, к ним относятся и карбонаты микроэлементов, то есть в карбонатном слое накапливаются такие микроэлементы, как Cu, Sn, Rb, Mn, Hg, Zn [24, 25].
В заключение следует отметить, что орошаемые лугово-сазовые почвы на территории Центральной Ферганы относятся к пустынной области Ферганской долины, бедны гумусом и питательными веществами, умеренно засолены, среднее количество вредных (ядовитых) солей в них составляет 0,6–0,7 %. С увеличением периода орошения количество этих солей уменьшается до 0,25–0,40 % в староорошаемых почвах. Богат гипсом и карбонатами. MgSO4 занимает ведущее место в составе солей, что свидетельствует о существовании особой провинциальности. Верхний слой новоорошаемых почвах слабо солонцеватый (5–7 % по отношению к поглотительной способности поглощенного Na), остальные слои, и ново-, и староорошаемые, не солонцеватые. Адсорбция катионов ТСК в орошаемых почвах зависит от их ионного радиуса.