Способи видалення солей з профілю засолених ґрунтів

Основним і найбільш доцільним способом видалення солей з ґрунту є наскрізне їх промивання на фоні горизонтального, вертикального або комбінованого дренажу. Цей захід дозволяє створити на зрошуваному масиві (за несприятливого природного дренажу) необхідні умови для стійкого промивного водного режиму і відводу сольових розчинів за межі поля. Застосовуються й інші способи видалення солей.

Механічне видалення солей полягає у згрібанні сольової кірки солончаків тракторними скребками з наступним трансформуванням за межі зрошуваного масиву. Видалення солей таким способом корисно проводити перед промиванням. Воно сприяє зменшенню витрат промивних вод на розсолення і прискорює процес промивання ґрунту.

Заорювання солей застосовується на слабозасолених ґрунтах, коли нижні горизонти профілю вільні від солей, а їх дещо підвищена концентрація зосереджена на невеликій глибині у поверхневому горизонті профілю. Глибока полицева оранка (до 30-32 см) при відносно глибокому гумусовому горизонті створює умови для рівномірного розбавлення солей в орному шарі до рівнякон центрацій безпечних для росту і розвитку сільськогосподарських культур.

Поверхневе промивання застосовується для видалення солей з кореневмісних горизонтів важких ґрунтів з низькою водопроникністю, високими вологоємністю та вмістом солей у верхніх горизонтах і відносно низьким в глибоких шарах ґрунтового профілю.

За поверхневого поливу видалення солей з верхніх горизонтів відбувається шляхом декантації, який передбачає систематичне розчинення солей у промивних водах та їх скидання за межі поля. Повторна декантація новими порціями води здійснюється за один прийом 2-3 рази. Спосіб передбачає застосування значних мас води (до 20-30тис.м³/га), він дозволяє поєднувати промивку і вимивання солей з вирощуванням рису або розведенням риби на зрошуваних масивах.

Вимивання солей – застосовується на слабозасолених ґрунтах з глибоким заляганням підґрунтових вод. При застосуванні цього способу тимчасове опріснення ґрунту досягається шляхом витіснення (вимивання) солей в нижній горизонт профілю, але без надходження їх до підґрунтових вод. Використовують його при умові, що дорослі рослини переносять властиве даному ґрунту засолення, а для молодих – після поливу створюються сприятливі умови в початкові фази вегетації.

Наскрізна промивка передбачає вилучення водорозчинних солей з усієї товщі ґрунтового профілю, винос їх до підґрунтових вод і видалення в умовах природного або штучного дренажу за межі зрошувального масиву. При наскрізній промивці можливе опріснення не тільки ґрунтової товщі, ґрунтоутворювальних і підстильних порід, але і верхніх шарів підґрунтових вод.

Промивна норма – це кількість води, яку необхідно подати для промивки солей протягом промивного періоду. Промивку здійснюють переважно восени і взимку в умовах обмеженого випаровування, у два етапи. На першому – після насичення ґрунту водою до стану найменшої вологоємності відбувається розчинення солей. На другому етапі солевий розчин витискують додатковою порцією промивної води.

В практиці можливо і необхідно отримувати високий промивний ефект за мінімальних витрат води, тому обов'язковим є виконання ряду умов:

– перед промивкою на полі необхідно провести ретельне вирівнювання поверхні, інакше промивка буде нерівномірною і малоефективною;

– після вирівнювання проводять глибоку оранку, боронування і вирівнювання поверхні волокушею або легкими катками. Це забезпечить рівномірне затоплення поля і повільну та рівномірну фільтрацію промивної води крізь товщу ґрунту, що підвищує ефективність вилуговування солей;

– перед промивкою поле розбивають на чеки (розмірами від 0,1 до 0,5га), щоб шар води при затопленні був по можливості однаковим на всій площі;

– промивна норма подається на поле не відразу, а окремими порціями;

– промивки доцільно проводити в осінньо-зимовий період (листопад- січень), коли втрата води з поверхні ґрунту на випаровування мінімальна,

а підґрунтові води залягають найбільш глибоко; крім того, ефект промивок посилюється внаслідок конденсації водяної пари у верхніх ґрунтових горизонтах і за рахунок випадаючих опадів.

Промивання в ранні строки і особливо влітку небажані, тому що при значному випаровуванні відбувається реставрація засолення. Пізні промивки в кінці зими і навесні можуть затримувати і погіршувати якість польових робіт. Важливо після промивних поливів створити умови, які запобігають відновленню капілярно-сольових потоків і забезпечити відповідне розпушення ґрунту. Вирішувати ці питання можна боронуванням, відразу як ґрунт набуде стану фізичної стиглості з наступним чизелюванням глибших шарів, або кротуванням;

Промивки краще робити на полях, які в наступному році будуть зайняті травами (люцерною або трав'яними сумішками). Промивний ефект в даному випадку закріплюється, а при високому рівні агротехніки і правильному поливному режимі посилюється.

Важливою умовою розсолення ґрунтів є створення вільного відтоку промивних вод в глибокі підґрунтові води чи в дренажну систему і за межі ділянки розсолення. Слід досягти такої ефективності відводу промивних вод, при якій підґрунтові води на початок весняних польових робіт будуть не вище критичного рівня від поверхні ґрунту За відсутності належного відтоку промивні води застоюються в ґрунті, випаровуються і як наслідок засолення відновлюється, а ефект промивки знижується або зовсім не проявляється.

Для розрахунку промивної норми Л.П.Розов запропонував рівняння:

H_п =W_нв - W_t + n∙W_нв, (3.1)

деН_п– промивна норма, W_нв– найменша польова вологоємність,W_t– запаси зологи в ґрунті перед промивкою, м³/га, п – коефіцієнт, залежний від ступеня засолення ґрунту.

Л.П.Розовим показано, якщо ґрунт наситити до НВ, то одна додаткова порція води (п = 1) може видалити від 60 до 90% водорозчинних солей.

В.А.Ковдою для розрахунку промивної норми запропоновано формулу, яка враховує фізичні властивості ґрунту, глибину і мінералізацію під­ґрунтових вод:

H_n=п₁∙п₂∙п₃∙ 400S(±) 100, (3.2)

деН_п– норма промивки, мм ;S– середній вміст солей в шарі 0,2 м, %,n₁ п₂,п₃– коефіцієнти, що відображають залежність норм промивки від властивостей ґрунту і підґрунтових вод (табл. 3.66).

Широке застосування отримала формула для розрахунку норм промивки засолених ґрунтів, запропонована В.Р.Волобуєвим:

H_n = 10000а∙glgS_H/S₀, (3.3)

деН_п– промивна норма, м³/га,а- показник солевіддачі, який визначається за даними випробувальних промивок (табл. 3.67),S_H– вміст солей в промивному шарі до початку промивки, % від маси ґрунту;S_o– допустимий вміст солей, % від маси ґрунту

За даного методу промивка ґрунтів вважається завершеною, якщо допустимий вміст солей (S₀) в ґрунтовій товщі не перевищує наступних величин: при хлоридному типі засолення 0,2, сульфатно-хлоридному 0,3, хлоридно-сульфатному 0,4, сульфатно-кальцієвому 1,0% від маси сухого ґрунту.

Відомо, що оптимальна концентрація легкорозчинних солей в ґрунтових розчинах не повинна перевищувати 5-6 г/л. Гранично допустимий вміст солей залежно від типу засолення ґрунту наведено в табл. 3.68. За рахунок промивок, дренажу, вегетаційних поливів та інших заходів необхідно забезпечити зниження вмісту шкідливих солей у кореневмісному шарі до наведених значень.

Промивні норми, розраховані за формулою В.Р.Волобуєва, відповідають величинам, наведеним у табл. 3.69.

Важливим етапом у дослідженні солонців і солонцевого процесу стали роботи К.К.Гедройця у 1912-1928 pp. Відповідно з його загальновідомої концепції солонці є похідними засолених ґрунтів, а головним чинником пептизації і виникнення несприятливих властивостей цих ґрунтів є натрій, який з водорозчинних солей надходить до ГВК.

Таблиця 3.66 – Величина коефіцієнтів п_1´ п_2´, п_3´ для розрахунку норми промивки (В.А.Ковда, 1947)

Таблиця 3.67 – Значення показника солевіддачі «а» в залежності від типу

засолення і механічного складу ґрунтів, що підлягають промиванню (В.Р.Волобуєв, 1975)

Пептизуюча дія обмінного натрию на ґрунтові колоїди відбувається в умовах низького вмісту водорозчинних солей. Схема його еволюції при розсоленні ґрунту в найпростішій формі виглядає так:

Натрієвий солончак ® солонець ® солодь

При цьому допускається часткове руйнування колоїдів та їх переміщення вниз за профілем ґрунту. З огляду на це, при визначенні умов

формування солонців у певний період почали зважати на кількість і склад ґрунтових солеї та характер їх переміщення в ґрунті. К.Д.Глінка (1927) припускав можливість утворення солонця за багаторазового повторення циклів засолення ґрунтувпроцесі підняття мінералізованих підґрунтових вод і верховодки та наступного розсолення верхніх горизонтів атмосферними опадами.

Таблиця 3.68 – Верхня межа допустимого вмісту солей у ґрунті залежно від типу засолення, % на суху наважку (за даними аналізу водної витяжки, ґрунт: розчин 1:5)

* Цифри без дужок відповідають вмісту гіпсу в ґрунтах до 0,5%, у дужках - понад 0,5%.

Пізніше В.А.Ковдою (1939) була обґрунтована роль у розвитку і підтриманні солонцевих властивостей ґрунту постійного зв'язку ґрунтового профілю з ґрунтовими водами, вказано на необхідність використання даного критерію в класифікаціїсолонців.

Доведено можливість формування високої бікарбонатної лужності при невеликій загальній засоленості солонцевого (ставпчастого) горизонту. Лужна реакція ґрунтового розчину в цьому горизонті крім обмінного натрію та соди, зумовлюється також гуматами, силікатами та алюмінатами лугів. Останні в присутності вуглекислого газу, який входить до складу ґрунтового повітря, випадають в осад з утворенням гідрокарбонату натрію (Ковда, 1939).

Тривалий час єдиною причиною утворення солонців вважався саме обмінний натрій. Ця точка зору переважає й зараз, щоправда, трактування механізму диспергації ґрунту під впливом Na⁺ дещо змінилося.

Крім того, в зв'язку з поширенням ґрунтів, які мають типовий солонцевий профіль, але порівняно невелику кількість обмінного натрію (<10-20% від ємності вбирання) значну частку (до 40-60%) обмінного

Таблиця 3.69 – Промивні норми залежно від механічного складу, типу і ступеня засолення грунтів (В.Р.Волобуєв, 1975)

магнію, стало актуальним питання вивчення впливу магнію на утворення солонцевого горизонту (Гедройц, 1955 Розов, 1932; Сушко, 1933; Усов, 1937).

Вказувалось на те, що певні властивості ґрунтів при насиченні ГВК обмінним магнієм набувають проміжних значень між натрій- і кальцій-насиченими ґрунтами, а також на те, що ґрунти що містять недостатню для осолонцювання кількість обмінно-увібраного натрію, відзначаються чітко вираженою солонцюватістю за рахунок підвищеного вмісту магнію (Єгоров В.В., 1967). У багатьох випадках вважалося що магній впливає на ґрунт подібно до кальцію. Саме з огляду на це магнієві солонці були названі «залишковими».

Існує також переконання (Панов Н.П, 1972, Михайличенко В.Н., 1979, Муха В.Д. та інші, 1979), що обмінний магній посилює пептизуючу дію натрію. Зрештою, безперечним є те, що за багатьма ознаками магнієві, або малонатрієві солонці та солонцюваті ґрунти досить відмінні від аналогічних багатонатрієвих ґрунтових об^’єктів, і головне в цій різниці – специфічна дія магнію, який по аналогії з натрієм викликає необхідність поповнення ґрунтів активним кальцієм (Минкин М.Б., Калиниченко В.П., Садименко П.А, 1986).

Важливим етапом у розвитку поглядів на природу солонцевого процесу стали уявлення про можливість безпосереднього утворення солонців (без стадії солончаків) при засоленні ґрунту содовими підґрунтовими водами (Ковда В.А, 1946, Базилевич Н.І, 1953) та ймовірне утворення соди у відновному середовищі в присутності органічної речовини внаслідок сульфат редукуючої діяльності мікробіоти (Антипов-Каратаєв І.Н.,1953, Самбур Г.М., Власюк П.А., 1964). Досліджено також можливість утворення й акумуляції аморфної кремнекислоти в солонцевому горизонті.

В теперішній час сформульована роль у солонцевому процесі гідрофільних колоїдів (Михайличенко В.Н., 1979). Встановлено, що взаємодія розчинів натрієвих солей з ГВК на натрієвій (активній) стадії соленцеутворення полягає не тільки у збільшенні обмінного натрію чи зменшенні електростатичної стійкості колоїдів, а й у виділенні в розчин високомолекулярних натрієвих сполук полімерної кремнекислоти, гумінатів, алюмінатів натрію тощо.

Разом з натрієвими солями алюмоферрігумусових кислот вони утворюють складний комплекс – гідрофільну плазму. Остання, адсорбуючись на поверхні гідрофобних колоїдних частинок (міцел), утворює структуровану квазікристалічну оболонку, яка виконує роль структурно-механічного бар'єру і перешкоджає зближенню міцел. Очевидно, саме це й визначає початок процесу пептизації колоїдів і наступну його стабілізацію. Крім того, структурована гідрофільна оболонка може утворюватися безпосередньо на колоїдній міцелі внаслідок іонізації поверхні в лужному середовищі (Михайличенко В.Н. 1979).

При цьому характерним є те, що гідрофільна плазма утворюється виключно в присутності натрієвих солей, а магнієві солонці в природі можливі тільки завдяки тому, що Mg²⁺ не повністю переводить в осад гідрофільну плазму, яка виникає незалежно від нього.

Класифікація солонців наведена у табл. 3.70.

Солонцевий процес – це комплекс взаємопов'язаних явищ, зумовлений певним поєднанням кількості обмінного натрію в ґрунтовому вбирному комплексі із загальною концентрацією, хімічним складом та співвідношенням солей у ґрунтовому розчині. Найхарактернішими явищами в цьому комплексі є пептизованість мулу і колоїдів, високі показники лужності ґрунтового розчину (в першу чергу завдяки наявності соди) і розчинності гумусових речовин. Розвиток цих явищ призводить до формування специфічного ґрунтового профілю елювіально-ілювіального типу (за мулом, півтораоксидами, ЄКО). Залежно від вологості ґрунтової маси проявляються також специфічні фізичні властивості, а саме: високі пластичність, липкість, набрякання, відсутність водостійкості і структури, вкрай низька водопроникність у вологому стані і висока щільність при висиханні ґрунту.

Таблиця 3.70 – Класифікація солонців

3.6.12. Сучасна концепція меліорації солонцевих ґрунтів*

*Викладено за С.А.Балюком, А.В.Новіковою, Н.Ю.Гавриловичем - «Солонцеві ґрунти» в кн.: Ресурсозберігаючі технології хімічної меліорації ґрунтів в умовах земельної реформи - Київ, 2000»

Меліорація солонцевих ґрунтів – важлива складова частина адаптивно-ландшафтного землеробства, яке забезпечує створення високопродуктивних екологічно збалансованих агроландшафтів. Її мета, як

і при загальноприйнятих способах меліорації є витіснення обмінного натрію з ГВК і заміна його кальцієм, що докорінно поліпшує агрофізичні властивості солонців та підвищує їх продуктивність.

Сучасна концепція меліорації солонцевих ґрунтів розроблена вченими Інституту ґрунтознавства і агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН (С.А.Балюк, А.В.Новікова, Н.Ю.Гаврилович, 2000) і передбачає диференціацію заходів меліорації та систем землеробства з урахуванням ступеня солонцюватості складу, властивостей і генезису солонцевих ґрунтів та придатності їх до меліоративного поліпшення.

Виділено 5 груп солонцевих земель, які потребують відповідних меліоративних заходів та різних систем їх використання (табл. 3.71).

До найбільш родючих серед солонцевих ґрунтів (1 група) увійшли чорноземи південні залишково солонцюваті і темно-каштанові ґрунти в комплексі з солонцями (до 10%). Ця категорія солонцевих земель не потребує корінної меліорації. На таких землях необхідне застосування пристосованих агротехнічних прийомів підвищення їх родючості: внесення органічних і мінеральних добрив, вологонагромаджувальних заходів, при можливості зрошення, підбору солонцестійких культур. Ці ґрунти доцільно використовувати під вимогливі до родючості культури у польових зерно-паропросапних сівозмінах.

Землі другої категорії, характеризуються доброю здатністю до само-меліо рації при застосуванні плантажної оранки. Це солонцеві ґрунти Херсонського і Кримського Присивашшя - степові і лучно-степові комплекси лучно-каштанових і темно-каштанових солонцюватих ґрунтів у комплексі з солонцями солончакуватими (до 25%) з неглибоким (40-50 см) заляганням карбонатів.

На плантажованих солонцевих ґрунтах, завдяки вивертанню природного підґрунтя з високим вмістом кальцієвих сполук, потреба в гіпсуванні відпадає. Самомеліорація – захід довготривалої дії (10-15 і більше років), що істотно поліпшує агрофізичні властивості ґрунтів, забезпечує накопичення в ґрунті додаткової вологи, знижує забур'яненість. На таких землях, для попередження процесів дефляції, доцільно застосовувати ґрунтозахисні енерго- і вологозберігаючі технології

вирощування сільськогосподарських культур засновані на застосуванні системи плоскорізного і мінімального обробітку.

Для попередження екологічних наслідків при плантажній оранці слід враховувати глибину залягання та вміст карбонатів. На лучно-степових солонцевих ґрунтах з глибоким заляганням карбонатів (понад 50 см) необхідна хімічна меліорація за рахунок внесення меліорантів, що містять кальцій з еколого-токсикологічною їх оцінкою. Меліоровані землі цієї групи можна використовувати в польових, кормових або рисово-люцернових сівозмінах.

Таблиця 3.71 – Типологія солонцевих ґрунтів за їх агроекологічною оцінкою і придатністю до меліорації

Незначною піддатливістю до хімічної меліорації і середньою до плантажної оранки характеризуються ґрунти, розвинені на сильно засолених третинних глинах Керченського півострова (3 група земель). Ґрунти цієї групи внаслідок несприятливих агрофізичних властивостей і можливості реставрації осолонцьованості через високу засоленість ґрунтотворних порід мало піддаються меліоративному поліпшенню. Вони можуть бути обмежено придатні для сільськогосподарського використання в меліоративних польових і кормових сівозмінах. Земельні масиви з великою комплексністю (плями солонців займають 25-30% і більше) доцільно використовувати під сіножаті і пасовища.

Дуже важко піддаються меліорації лучно-чорноземні і лучно-каштанові ґрунти та їх комплекси з солонцями солончакуватими й солончаковими (5 група земель). Ці ґрунти обмежено придатні для сільськогосподарського використання. На солонцевих комплексах з плямами солонців до 25% ефективна хімічна меліорація, після якої ці землі можна використовувати для вирощування польових і кормових культур. При наявності плям солонців (25-50%) дану групу земель краще відводити під сінокоси та пасовища. Покращення їх продуктивності можливе за рахунок фітомеліорації – підбору рослин, які адаптовані до несприятливих агрономічних властивостей солонцевих ґрунтів.

Рослинність, яка здатна окультурити і підвищити родючість солонцевих ґрунтів має володіти соле- та соленцестійкістю, а при недостатньому зволоженні посухостійкістю. Меліоративний вплив рослин з переорієнтацією ґрунтотворення в бік розсолення і розсолонцювання, багатогранний.

Добре розвинена рослинність виключає фізичне випаровування з поверхні ґрунту, знижує рівень залягання підґрунтових вод і послаблює капілярне переміщення солей у верхні шари ґрунту. Кореневі кислі виділення в процесі життєдіяльності рослин в обмін на елементи живлення підкислюють ґрунтове середовище. Фітомеліоранти зменшують вміст обмінного натрію і активізують мікробіологічні процеси завдяки збагаченню ґрунтів органічними речовинами. Меліоруючий ефект рослин проявляється тільки за ретельного підбору культур і оптимальних технологій їх вирощування.

П'ята група земель, до яких належать лучно-чорноземні і лучні солонцеві ґрунти та їх комплекси з солонцями солончакуватими й солончаковими практично не піддається звичайним заходам меліорації. Докорінне їх поліпшення можливе тільки при проведенні комплексних високозатратних заходів, таких, як дренаж, внесення хімічних меліорантів, органічних і мінеральних добрив, посів соле- та солонцестійких культур. З економічного і екологічного поглядів ці землі краще використовувати як природні кормові угіддя. Солонцеві землі, які помилково були розорані і мають дуже низьку продуктивність, рекомендується використовувати під залуження соле- та солонцестійкими травами або трансформувати в екологостабілізуючі угіддя.

Важливим принципом сучасної концепції меліорації солонцевих ґрунтів є ресурсо- і енергозбереження. Це досягається наступними заходами:

– пріоритетним проведенням хімічної меліорації на більш родючих солонцевих ґрунтах, які добре піддаються меліоративному поліпшенню (1-3 групи солонцевих земель), оскільки мають вищу біопродуктивність;

– використанням для хімічної меліорації відходів промисловості (фосфогіпс, дефекат, вапняк, сірчанокисле залізо тощо.) з екологічно-токсикологічною їх оцінкою. При цьому землекористувач не несе витрат на їх виробництво, а тільки на транспортування і внесення, а отже енергоємність прийомів зменшується. Це сприяє утилізації цих відходів і охороні довкілля;

– внесення хімічних меліорантів разом з поливною водою, використання малих доз гіпсу (2-4 ц/га) в рядки при посіві, а також вибіркове гіпсування плям солонців на землях з комплексністю до 30%;

– економічно та екологічно виправданою дозою фосфогіпсу (гіпсу) є: для солонців Лісостепу – 8-10 т/га, для лучно-чорноземних солонцюватих ґрунтів – 3-4 т/га, для солонцюватих ґрунтів Степу – 4-6 т/га.

Використання меліорованих різними методами солонцевих ґрунтів і солонців можливе тільки на фоні застосування супутніх агротехнічних заходів: відповідних сівозмін, систем обробітку ґрунту, вологонакопичувальних прийомів, внесення органічних і мінеральних добрив, боротьби з бур'янами, хворобами і шкідниками рослин.

Важливим принципом ресурсозберігаючої технології хімічної меліорації солонцевих ґрунтів є адаптація меліоративних заходів до різних категорій господарств (с/г підприємств, фермерських господарств), виробничо-ресурсного потенціалу і рівня інтенсифікації виробництва.

Для оцінки еколого-меліоративного стану солонцевих ґрунтів, вченими Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського, пропонується комплекс інтегрованих меліоративних показників, які забезпечують необхідну інформацію про стан родючості солонцевих ґрунтів, вибір заходів його поліпшення шляхом усунення або зміни лімітуючих параметрів властивостей і режимів та через спеціалізацію господарства (табл. 3.72).

Якщо спеціалізація господарства склалася, а в процесі обстеження ґрунтів виявлено її невідповідність існуючому еколого-меліоративному стану, постає необхідність в її корегуванні.

Враховуючи, що одним з основних джерел засолення ґрунтів є неглибоко залягаючі мінералізовані підґрунтові води – їх рівень необхідно підтримувати на глибині, близькій до критичної. Необхідно створити

Таблиця 3.72 – Параметри показників агрономічної оцінки солонцевих Ґрунтів України (Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського, 2000)

умови щоб водообмін ґрунту з підґрунтовими водами за вегетаційний період був від'ємним і були відсутні висхідні потоки води в зоні аерації.

Критична глибина залягання підґрунтових вод для ґрунтів на лесових породах залежно від ступеня їх мінералізації, за А.М.Костяковим становить:

Мінералізація Критична глибина, м

>3 1,7-2,2

3-5 2,2-3,0

5-7 3,0-3,5

На важких ґрунтах критична глибина на 20% більша, ніж наведені дані. Залежно від кліматичних умов місцевості критичну глибину залягання підгрунтових вод (Н_кр, см) можна розраховувати за формулою В.А.Ковди:

Н_кр =170+ 8t°, (3.4)

де t° - середньорічна температура повітря °С.