Управление засоленными и натриевыми почвами в сельском хозяйстве
Успешное управление солями требует частого мониторинга, как источника воды, так и поливной воды.
Управление засоленными почвами является проблемой, потому что соли влияют на многие процессы:
- Рост растений и плодов (включая урожайность, качество и экономическую отдачу)
- Физические свойства почвы (такие как агрегация и инфильтрация воды)
- Достаточность и токсичность питательных веществ
Практика, направленная на решения одной проблемы, может негативно повлиять на другие процессы.
Соли
Соли состоят из положительно заряженных ионов (катионов) и отрицательно заряженных ионов (анионов). Они могут находиться в растворенном виде или находится в почве в виде твердых солей. Соли в почве могут происходить из исходного материала почвы; поступать с поливной водой; или из удобрений, навоза, компостов или других веществ, вносимых в почву. Кальций, магний, натрий, калий, сульфат, хлорид, карбонат и бикарбонат. Любая соль, которая накапливается в избыточных количествах в почве, может стать причиной замедленного роста растений.
Высокое содержание натрия вызывает структурные проблемы в почве. По мере увеличения процента содержания натрия в почве увеличивается риск диспергирования почвенных агрегатов (cм. рисунки 1 и 2).
Соль удаляется из почвы путем вымывания сквозь профиль почвы или выносится урожаем. Соли накапливаются, когда ее поступление превышает ее выщелачивание. Чтобы успешно управлять солями в долгосрочной перспективе, ее поступление и вынос должны быть сбалансированы. Знание внесенной и удаленной соли путем выщелачивания имеет решающее значение в долгосрочном управлении.
Рисунок 1. Разница между флокулированной (агрегированной) и диспергентной структурой почвы. Флокуляция (слева) важна, потому что вода движется через большие поры, а корни растений растут в основном в поровом пространстве. Дисперсные глины (справа) блокируют почвенные поры и препятствуют движению воды и дренированию почвы во всех видах почв, кроме самых песчаных.
Рисунок 2. Катионы как флокуляторы. Катионы объединяют отрицательно заряженные частицы глины, образуя комочки. Натрий (Na) более худший флокулятор, чем кальций (Ca) и магний (Mg), поскольку он имеет меньший заряд и размер его иона в воде значительно больше.
Если говорить о засоленности, то выделяют три основных типа почвы:
- Засоленные почвы: проблемы солей в целом
- Натриевые почвы: проблемы с натрием
- Солено-натриевые почвы: проблемы с натрием и другими солями
Соленые почвы
Преобладающими обменными катионами в засоленных почвах являются кальций и магний. Засоленные почвы обычно имеют видимые солевые отложения на поверхности и иногда называются «белыми щелочными» почвами. Большинство солей в почвенном растворе оказывают положительное влияние на структуру почвы и инфильтрацию воды. Поэтому проникновение воды не является серьезной проблемой для засоленных почв.
Соли в корневой зоне могут снижать урожайность, затрудняя для корней извлечение воды из почвы. Соли увеличивают осмотический потенциал почвы, заставляя воду перемещаться из областей с более низкой концентрацией соли (растительная ткань) в почву, где концентрация соли выше. Высокая концентрация соли в почве может привести к увяданию растений даже при достаточной влажности почвы.
Натриевые почвы
Натриевые почвы отличаются высоким содержанием обменного натрия по сравнению с кальцием и магнием. EC составляет менее 4 дСм/м и часто даже менее 2 дСм/м. рН почвы обычно больше 8,5 и в крайних случаях может достигать 10 или даже 11. Высокий обменный натрий, высокий рН и низкий уровень кальция и магния в совокупности приводят к разложению почвы, что означает, что отдельные частицы почвы действуют независимо. Дисперсия частиц почвы разрушает структуру почвы и предотвращает движение воды в почве, забивая поры (рисунок 2).
Натриевые почвы часто имеют черный цвет из-за рассеивания органического вещества и жирную или маслянистую поверхность с небольшим или отсутствующим вегетативным ростом. Эти почвы часто называются «черными щелочами» или «солевыми пятнами».
Солено-натриевые почвы
В солено-натриевых почвах высокое содержание натрия и других солей. Для них характерна ЕС выше 4 дСм/м (мкСм/см), SAR более 13 и ESP выше 15. pH почвы может превышать 8.5.
Солено-натриевые почвы обычно имеют хорошую структуру почвы и достаточное движение воды через ее профиль. Они могут иметь характеристики как соленых, так и натриевых почв, в зависимости от степени преобладания натрия или кальция.
Ключевые выводы
- Накопление соли в почве может снижать урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность орошения, разрушать структуру почвы и влиять на другие свойства почвы.
- Существует 3 основных типа соленых почв.
Соленые — почвы содержат соли (преимущественно кальций и магний). Соли в корневой зоне затрудняют для корней поглощение воды из почвы.
Натриевые соли содержат натрий. Высокий уровень натрия может привести к разложению частиц почвы, засорению почвенных пор и предотвращению попадания воды в почву и через нее.
Для солено-натриевых почв характерны проблемы с повышенным содержанием натрия и другими солями.
- Некоторые культуры более чувствительны к солям, чем другие, и данная чувствительность также зависит от фазы развития растения и погодных условий.
- Высокие концентрации хлорида и/или бора могут снижать урожайность сельскохозяйственных культур независимо от состояния засоленности воды и/или почвы.
- Анализ почвы помогает диагностировать риск повреждения почвы и сельскохозяйственных культур солями.
- Рекультивация соленой почвы требует адекватного дренажа. При необходимости прежде всего нужно улучшить дренаж перед попыткой рекультивации.
- Засоленные почвы регенерируются выщелачиванием солей ниже корневой зоны с применением поливной воды с низким содержанием соли.
- Растения наиболее восприимчивы к засолению почвы при прорастании. Во многих случаях требуется удаление солей от прорастающего семени.
- Натриевая почва требует добавление кальция для вытеснения натрия из почвенного раствора. Кальций способствует образованию комочков из частиц почвы, тем самым создавая поры и улучшая движение воды. Гипс является наиболее распространенным материалом, используемым для подачи кальция при мелиорации почв. Элементарная сера может использоваться для рекультивации натриевых почв, когда в почве существует свободная известь. Поливная вода может создавать или ухудшать состояние натриевых почв, что делает управление поливом очень важным.
- При восстановлении в начале солено-натривые почвы должны рассматриваться как натриевые почвы. Эти почвы требуют внесение кальция для коррекции натрия. После устранения проблемы с натрием необходимо удалить соль.
При поливе засоленных и натриевых почв для улучшения их структуры важно на постоянной основе через капельный полив включать органические удобрения на основе гуминовых кислот. В нашей линейке ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ они представлены двумя препаратами – ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ РИЗОФЛЕКС и ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ БИОФЛЕКС.
Анализ почвы является важным инструментом для управления соленой почвой. Лаборатория должна в состоянии предоставить анализ, приведенный в Таблице 2.
Таблица 2. Образец анализа почвы, проводимого для оценки засоленности почв
| Анализ | Единицы измерения | Что измеряется | Интерпретация полученного результата |
pH
| Шкала от 0–14 кислотности или щелочности | Оценивается, благоприятен ли pH для целевой культуры. | Обозначает потенциальную растворимость почвенных минералов и питательных веществ. Один из индикаторов потенциальных состояний натриевой почвы. |
Электропроводность (EC) | дСм/м или мкСм/см | Способность почвенного раствора к проведению электричества. | Чем выше ЕС, тем больше в почве растворенных солей |
Обменные катионы
| мэкв/100 г кальция (Ca), магния (Mg), калия (K) и натрия (Na). | Концентрация катионов, адсорбированных до отрицательного заряда в почве. | Оценивается ущерб от натрия путем расчета содержания обменного натрия (ESP). Оценивается необходимость внесения гипса при восстановлении натриевых почв. |
Конкретные элементы
| ppm бор (B), хлорид (Cl), натрий (Na). | Концентрация элемента в почвенном растворе. | Оценивается потенциальная токсичность элемента для растений. |
Содержание обменного натрия (SAR)
| Единичное число относительной концентрации натрия, магния и кальция | Рассчитывается концентрация катионов в экстракте насыщенной пасты. | Оценивается вред натрия для почвы или поливной воды. (См. Рис 3,Стр. 7). |
Процент содержания обменного натрия (ESP)
| % Процент от общего количества катионных мест в почве, занятой натрием. | Ущерб от натрия увеличивается по мере повышения ESP. | ESP используется для определения потребности в гипсе для рекультивации почв, засоленных натрием. |
Емкость катионного объема (CEC)
| мэкв/100 г | Способность почвы удерживать положительно заряженные ионы (катионы). | Чем выше CEC, тем больше гипса потребуется для корректировки SAR и ESP. |
Эквивалент карбоната кальция
| % | Процент почвы по массе, которая является нерастворенным известняком. | Если присутствует карбонат кальция, то регулировать рН ниже 8 обычно не является экономичным. В этом случае вместо гипса для рекультивации натриевых почв можно использовать подкисляющие добавки в почву, такие как элементарная сера или серная кислота. |
Рисунок 3. Соотношение адсорбции натрия (SAR). SAR представляет собой отношение «плохого» (Na) к «хорошим» флокумуляторам (Ca и Mg). Когда Na доминирует (высокий SAR), почвенные поры забиваются (происходит почвенная дисперсия), ограничивая проникновение воды через профиль почвы.
Интерпретация (при возникновения проблем) | ||||
| Измерение анализа почвыa | Низкий | Средний | Высокий | Проблема |
Электропроводность (EC); дСм/м или мкСм/см | ниже 0.75 | 0.75–4 | выше 4 | EC является показателем количества растворенных солей. Высокие концентрации соли могут снизить прорастание семян и замедлять рост растений. См. Таблицу 5 (Стр. 9) для удельной ионной токсичности, вызываемой солями. |
Процент обменного натрия (ESP) | ниже 5% | 5–15% | выше 15% | По мере увеличения ESP (натрия) структура почвы ухудшается; скорость инфильтрации воды в почве и скорость движения воды через почву могут быть уменьшены. Высокие концентрации натрия могут быть токсичными для растений. |
Содержание обменного натрия (SAR) | ниже 5 | 5–13 | выше 13 | Также как и ESP выше. |
pH | ниже 7.5 | 7.5–8.5 | выше 8.5 | Почвенное железо, марганец и другие микроэлементы менее доступны для поглощения растений, если pH выше 8,5, рекомендуется тщательный мониторинг SAR или ESP. |
Интерпретация результатов анализа почвы
Таблица 3 представляет данные об относительном риске (низкий, средний или высокий) для урожая сельскохозяйственных культур и почвы из-за воздействия натрия и других солей на основе анализа почвы. Почвы, которые имеют «высокий» статус, содержат высокую концентрацию соли и/или натрия. Серьезность проблемы очень зависит от культуры. Почвы с «низкими» значениями обычно не имеют проблем с солями и с натрием. Почвы в «средней» категории должны постоянно проходить мониторинг накопления соли.
Выражение натриевых и других солевых проблем в наибольшей степени варьируется в «среднем» диапазоне. Если рН выше 8,5, необходимо постоянно контролировать почву по накоплению натрия и других солей, так как рН выше 8,5 указывает на проблемы с натрием.
Чувствительность растений к солям
Некоторые культуры очень чувствительны к солям в почвенном растворе, в то время как другие могут переносить гораздо более высокие концентрации. Как конкретное растение реагирует на соли, будет зависеть от структуры почвы и содержания влаги, а также от условий окружающей среды, таких как температура и скорость ветра. В таблице 4 приведены значения электропроводности (растворимые соли) и ожидаемый урожай для различных культур.
Для чувствительной культуры, такой как лук, урожайность может снизиться на 10 %, если почва EC составляет 1,8 дСм/м и на 50%, если ЕС составляет 4,3. Ячмень, устойчивый к солям, испытывает минимальное снижение урожайности даже до EC 8,0 дСм/м.
Даже если соли ниже пороговых значений, перечисленных в Таблице 4, может произойти снижение урожайности и качество плодов. Когда растения подвергаются воздействию других факторов (например, засухе, экстремальным погодным условиям, воздействию гербицидов), они могут быть не толерантными к солям. Нагрузка солями в критические периоды роста урожая может быть более разрушительной, чем в другое время в течение вегетационного периода.
Таблица 4. Ожидаемое снижение урожайности в зависимости от электропроводности в размере удельного процента для отдельных культур.*
| Ожидаемый процент снижения урожайности (%)а | ||||
| Электропроводность (ЕС), дСм/мb | ||||
| Ячмень | 8.0 | 10.0 | 13.0 | 18.0 |
| Пшеница | 6.0 | 7.4 | 9.5 | 13.0 |
| Сахарная свекла | 4.0 | 4.1 | 6.8 | 9.6 |
| Люцерна | 2.0 | 3.4 | 5.4 | 8.8 |
| Картофель | 1.7 | 2.5 | 3.8 | 5.9 |
| Кукуруза (на зерно) | 1.7 | 2.5 | 3.8 | 5.9 |
| Лук | 1.2 | 1.8 | 2.8 | 4.3 |
| Бобовые | 1.0 | 1.5 | 2.3 | 3.6 |
| Яблоки, груши | 1.7 | 2.3 | 3.3 | 4.8 |
| Земляника | 1.0 | 1.3 | 1.8 | 2.5 |
| Суданская трава | 2.8 | 5.1 | 8.6 | 14.0 |
| Виноград | 1.5 | 2.5 | 4.1 | 6.7 |
| Брокколи | 2.8 | 3.9 | 5.5 | 8.2 |
| Огурец | 2.5 | 3.3 | 4.4 | 6.3 |
Таблица 5. Относительный риск удельной ионной токсичности, определяемый при тестировании почвы.
| Относительный риск | |||||
Ионы | Ед.изм. | Низкий | Средний | Высокий | Симптомы на растениях из-за избытка ионов |
Натрий (Na), Процент обменного натрия (ESP) | % | ниже 10% | 10–40% | выше 40% | Ожог листа, некроз внешней кромки листа |
| Хлорид (Cl)a | ppm b | ниже 175 | 175–700 | выше 700 | Увядание, потемнение кончика листьев, опадение листвы |
Бор (B) | ppmb | ниже 0.5 | 0.5–4 | выше 4 | На старых листьях проявляется пожелтение, пятна, происходит отмирание листовой ткани на кончиках и по краям |
Карбонаты (CO32-) плюс бикорбанаты (HCO3-) | ppmb | Трудно интерпретироватьc | На листьях проявляется желтый межжилковый хлороз из-за дефицита железа и цинка | ||
За рамками солей и натрия: удельная токсичность ионов
Отдельные ионы в соленых почвах могут быть токсичными для растений из-за действия других механизмов в дополнение к осмотическому эффекту. Высокие концентрации натрия, хлорида, бора и/или карбонатов сами по себе могут снижать урожайность, не зависящую от состояния засоленных и/или натриевых почв. Некоторые исследования показывают, что натрий ингибирует рост растений в основном за счет обобщенного эффекта солей (любая соль снижает доступность воды растениям), а не через какой-то специфический механизм токсичности.
Культуры сильно различаются по своей чувствительности к избытку бора, натрия и хлорида. Например, ежевика очень чувствительна к избытку бора, проявляя травмы при концентрациях выше 0,5 ppm (мг/л) в экстракте насыщенной пасты. Толерантные культуры, такие как спаржа, могут расти без повреждений при концентрациях бора 6 ppm.
Культуры, чувствительные к избытку натрия, хлорида и бора, наиболее подвержены повреждению, когда поливная вода с высокими концентрациями этих элементов применяется по листьям через верхние покрывные спринклеры. Толерантность к хлоридам обычно повышается при внесении в почву, избегая контакта с листьями.
Капельное орошение – это самый простой способ избежать ее. Потенциал специфической ионной токсичности можно диагностировать путем проведения анализа почвы с использованием метода насыщенной пасты (Таблица 5) или путем анализа поливной воды. Удельная ионная токсичность корректируется так же, как и проблема солей, путем выщелачивания почвы высококачественной водой.
Управление засоленными почвами
Таблица 6 предоставляет информацию, которая полезна для оценки проблем с засоленной почвы и определения надлежащей практики управления. Наличие долгосрочных данных о том, как изменяется почва с течением времени, имеет важное значение для принятия обоснованных решений по управлению орошением, темпам и типу коррекции почвы и вероятности положительной экономической отдачи от управления засоленными почвами.
Таблица 6. Информация, которая может помочь при выборе надлежащей практики управления для засоленных почв.
| Источник информации | Описание | Оценка |
| Потенциальные экономические преимущества для выращивания культур | Что лучше: предотвратить или уменьшить нагрузку солями? Если проблемы с солью устраняются или предотвращаются, насколько изменяется урожай? | Сколько вы можете потратить на рекультивацию почвы и какую чистую экономическую выгоду получить? |
Типичный образец (ы) почвы и данные анализа почвы | Один составной образец почвы на единицу управления. Когда присутствуют значительные видимые различия в росте растений или свойствах почвы, для сравнения применяйте отдельные составные образцы из нейтральных и проблемных областей поля. Попросите провести полный анализ почвы в лаборатории. | Какой диапазон величин и проб почвы должен содержать анализ почвы? Должна ли почва обрабатываться как засоленная почва, натриевая почва или солено-натриевая почва? |
Источник поливной воды и ее качество | Образцы со всех источников воды, используемой для орошения | Сколько соли, натрия и конкретных ионов содержит каждый источник воды? |
Аэрофотосъемка | Изображение грунта или другие фотографии, показывающие распределение характеристик почвы в области и/ или относительного роста сельскохозяйственных культур. Пятна черной щелочной (натрия) или белой щелочной (солей) почв и открытой подпочвы легко видны на общей почвенной картине. | Должно ли поле обрабатываться равномерно или разбиваться на единицы управления по засолености? |
Оценка дренажа на месте | Ваши наблюдения обработки, орошения, посадки и сбора урожая. Насколько глубокий твердый слой или другой ограничивающий слой? Какова глубина грунтовых вод? Где находятся высокие и низкие пятна в поле? Где аккумулируется поливная вода? | Где находятся проблемные мета в поле? Совпадает ли ваша оценка на месте с полученной информацией о почве? Требуется ли использование дренирующей плитки для снижения уровня вод? |
| Типичные нормы внесения удобрений, компоста, навоза и других источников соли и/или натрия | Количество каждого применяемого материала и его химический анализ. | Какова текущая нагрузка солями, натрием и конкретными ионами? |
После того, как будут собраны и оценены необходимые анализы почвы и история поля, следующим шагом будет определение экономических вариантов рекультивации. Почвы, с накопленной солью, нуждаются в управлении и тщательном контроле, чтобы добиться рекультивации.
Если проблемы с натрием и/или другими солями ограничены одной частью поля, то стоит рассмотреть возможность управления этой частью поля в качестве отдельной единицы управления.
Проблема засоленности почвы не развиваются в одночасье и не решаются быстро. Для накопительного эффекта воздействия солей на снижение роста посевов и/или инфильтрацию воды может потребоваться много лет. Мелиорация может занять столько же времени. Прежде чем приступить к осуществлению мелиоративной программы, необходимо разработать план со специалистами. Важное значение имеет понимание последствий и стоимости работ. В некоторых ситуациях восстановление и рекультивация засоленной почвы неэкономична или даже невозможна.
Управление солеными почвами
Выщелачивание
Засоленные почвы, орошаемые большим количеством воды, содержащие низкий или средний уровень солей, регенерируются, когда соли выщелачиваются ниже корневой зоны. Первоначально скорость регенерации зависит от количества воды, проходящей через профиль и из корневой зоны (фракции выщелачивания). Таким образом, важно обеспечить достаточный дренаж в почве для обеспечения адекватной фракции выщелачивания. Когда соли поступают из мелководного горизонтного слоя, до того, как проводить мелиорацию, необходимо снизить уровень грунтовых вод путем обеспечения дренажа. В некоторых ситуациях снижение уровня грунтовых вод может быть неэкономичным, поэтому выбор альтернативной культуры или метода землепользования может быть лучшим решением.
Во многих случаях засоление почв является результатом орошения водой, которая содержит средний или высокий уровень солей. Хотя выщелачивание минимизирует накопление соли, никакое выщелачивание полностью не может устранить проблему до тех пор, пока не будет найден альтернативный источник орошения путем смешивания воды низкого качества с хорошей водой или даже ее полной замены. На почвах, где используются лучшие стратегии управления, соли будут снижаться не более чем в 1,5 раза по сравнению с ЕС поливной воды. Чем выше EC воды, используемой для выщелачивания, тем большая выщелачивающая фракция должна быть использована для снижения ЕС почвы.
Как правило, соленость почвы (ЕС) снижается наполовину на каждые 40 см воды хорошего качества (ее ЕС ниже, чем целевой ЕС для почвы), которая проходит через почву. Таким образом, если целевая зона составляет 70-80 в глубину, а ЕС составляет 1,5 дСм/м, 40 см воды должны течь глубже 70-80 см, чтобы уменьшить почву ЕС до 0,75 дСм/м. Контролируйте ЕС почвы после каждого применения воды и соответствующим образом отрегулируйте методы выщелачивания.
Дренаж Для восстановления натриевых, солевых или солончаковой почв должен быть необходимо обеспечить адекватный дренаж. Что такое дренаж? Как я могу удостовериться, что у меня есть дренаж? Что я могу сделать, чтобы улучшить его? Дренаж — беспрепятственное движение воды вниз за пределы корневой зоны растений. Это способность перемещать воду через и из корневой зоны. Твердые отложения, грунтовые и мелководные грунтовые воды препятствуют дренажу. Признаки плохого дренажа включают: образование луж на поверхности, медленная инфильтрация или почва, которая остается влажной в течение длительных периодов времени. Карта почвенного обследования может помочь определить, где могут возникнуть проблемы с дренажем. Выборочное выкапывание ниже корневой зоны также может указывать, где существует проблема дренажа. В большинстве случаев плохой дренаж можно устранить, применив к твердому слою глубокую вспашку. Если дренажу препятствует мелководные грунтовые воды или скала, необходимо установить искусственный дренаж или, возможно, потребуется подумать на альтернативным способом использованием данного участка. |
Грубые текстурированные (песчаные) почвы не требуют выщелачивания солей, поскольку скорость просачивания воды в них высока, и на таких почвах в течение более короткого периода времени может быть использовано больше воды. Тонкоструктурированные почвы (глины) требуют более тщательного управления для выщелачивания солей из почвы, потому что скорость проникновения в них ниже и за один раз нужно использовать меньший объем воды во избежание проблем со стоком и образованием стоячей воды.
Другие методы управления
Если вода хорошего качества и/или адекватный дренаж недоступны, единственным вариантом снизить нагрузку от солей, может быть выбор культур, устойчивых к засоленным почвам. Таблица 4 содержит ожидаемое снижение урожайности для нескольких культур при различных значениях ЕС. Используйте Таблицу 4 для выбора культур по степени чувствительности к солям и которые подходят к данным условиям.
Растения наиболее восприимчивы к засолению при прорастании, и становятся более устойчивыми к солямпо мере своего созревания. В тех случаях, когда прорастание является основной задачей, удаление всех солей из корневой зоны обычно не представляется возможным или не требуется. Удаление солей от прорастающего семени — все, что может понадобиться.
Рост культур и урожай помогают в выносе солей, улучшают просачивание воды и поставляют органическое вещество. Поэтому выращивание растений является важной частью процесса рекультивации засоленных почв.
Так как соли увеличивают осмотический потенциал почвенной воды, растениям труднее поглощать воду в соленом состоянии. Поэтому засоленная почва должна поддерживаться на более высоком уровне влажности, чем нейтральная почва для обеспечения растений необходимым количеством воды и получения урожая. Это требует более частых, но более низких объемов полива. Капельное орошение может стать эффективным средством поддержания высокой уровни влажности почвы в засоленных почвах.
Обработка почвы такими элементами, как элементарная сера, гипс, другие кальцийсодержащие материалы и другие добавки в почву, не помогают восстанавливать засоленные почвы, несмотря на утверждения об обратном. Вместо этого данные материалы добавляют больше солей и усугубляют проблему.
Для определения вида и количества присутствующих солей следует проанализировать вносимый навоз, компост и другие добавки в почву. Помните, что все, что растворяется в воде, увеличивает солевую нагрузку и приводит к повышению EC почвы.
В заключение стоит отметить, что единственным способом регенерации засоленных почв является удаление солей из корневой зоны, что может быть достигнуто только при хорошем дренаже и применении поливной воды высокого качества.
Управление натриевыми почвами
На восстановление натриевых почв обычно уходит много средств, и во многих случаях их мелиорация не является экономичной. Процедуры рекультивации, обсуждаемые в данном руководстве, могут улучшить состояние натриевых почв, но для того, чтобы полностью восстановить почву, необходимо много лет или десятилетий хорошего управления почвой и выращиванием растений.
Дренаж
Натриевые почвы должны иметь дренаж для облегчения удаления натрия из корневой зоны. Когда для участка характерно близкое залегание грунтовых вод, их необходимо опустить, прежде чем продолжить мелиорацию. Дренаж почвы также может быть улучшен путем изменения топографии или установки сточных каналов. Дренаж может быть улучшен в некоторых случаях путем посадки глубоко укоренившихся многолетников, таких как люцерна, но крайне важно поддерживать проницаемость почвы.
Когда наличие оросительного канала является причиной высоких грунтовых вод, вода канала должна быть отведена до того, как она попадет на поле, или канал должен быть полностью изолирован, чтобы уменьшить просачивание.
Рисунок 4. Стратегии удаления солей от прорастающих семян. Адаптировано с разрешения на обработку орошаемых засушливых земель с кислотообразующими соединениями серы.1979. Технический бюллетень 24. Институт серы.Вспашка нужна для физического рыхления слоев почв богатых натрием и для смешивания добавок, вносимых в почву, для чего часто требуется обрабатывающая техника. Крупные органические материалы, которые медленно разлагаются (например, солома, кукурузные початки, опилки или древесные стружки, используемые для подстилки животных), могут помочь улучшить структуру почвы и инфильтрацию при совместном использовании с другими мелиоративными методами.
Добавление кальция для улучшения просачивания воды
Улучшение скорости просачивания воды в натриевых почвах требует увеличения удельной электропроводности почвы до более чем 4 дСм/м (4 мкСм/см) или уменьшения процента обменного натрия (ESP). ESP, необходимый для улучшения инфильтрации воды, зависит от структуры почвы и метода орошения. Почвы с большим количеством песка обычно могут переносить более высокий процент ESP (до 12) и при этом сохранять свойства проницаемости и перколяции. Для почв со спринклерным орошением обычно требуется более низкий ESP для хорошей инфильтрации воды по сравнению с почвами, орошаемыми системами поверхностного орошения.
Кальций необходим при мелиорации почв, поскольку он вытесняет натрий и снижает ESP и SAR (Рис. 5 и 6). Если возможно, используйте поливную воду с высоким содержанием кальция и солей на первоначальной стадии рекультивации.
Введение гипса в оросительную воду увеличивает содержание солей и кальций. По мере замены натрия можно использовать воду с более низким содержанием кальция и солей. Большие дозы внесения навоза или старого сена люцерны в почву будут растворять имеющуюся в почве известь и выделять кальций в процессе разложения.
Гипс (сульфат кальция) является наиболее распространенным материалом, используемым для подачи кальция в мелиоративных целях. «Потребности в гипсе» — это количество гипса, необходимое для восстановления почвы до определенной глубины. Общие нормы внесения гипса приведены в Таблице 7. 2т/га считается минимальной нормой. См. «Потребности в гипсе» в Глоссарии (Стр. 21) о том, как рассчитать нормы внесения гипса для конкретной почвы. Для использования Таблицы 7 необходимо провести анализ почвы с определением обменного натрия.
Рисунок 5. Внесение кальцийсодержащего материала (например, гипса) перед выщелачиванием солей из почв, чувствительных к дисперсии. Замена натрия кальцием перед выщелачиванием стабилизирует структуру почвы.
Рисунок 6. «Колебатель» показывает, как структура почвы (диспергированная по сравнению с флокулированной) зависит от SAR (баланс между Ca2 +, Mg2 + и Na +) и растворимых солей (EC) в почве. Частицы почвы диспергируются (слева), когда (Ca2 + + Mg2 +) восстанавливается относительно Na + (SAR увеличивается). Частицы почвы флокулируют (справа), когда (Ca2 + + Mg2 +) увеличивается относительно Na + (SAR уменьшается).
Для восстановления натриевых почв можно использовать нитрат кальция или минералы хлорида кальция, но они, как правило, стоят дороже и могут вызвать другие негативные последствия для роста растений или окружающей среды. Нитрат считается загрязнителем грунтовых вод и не является хорошим решением.
Известняк — еще один общедоступный минерал, содержащий кальций. Однако он не используется для рекультивации натриевых почв, потому что он не растворим при высоких уровнях рН, характерных для этих почв.
Теоретически, можно было бы использовать известняк, если в почву добавить подкисляющие агенты. Однако это решение нецелесообразно и дорого. Для мелиорации почв может быть использована элементарная сера (S). Ее можно использовать в том случае, если в почве уже существует свободная известь. Однако стоит помнить, что внесение серы не добавляет кальций в почву.
Однако элементарная сера окисляется с образованием серной кислоты, которая растворяет известь (карбонат кальция, СаСО3), который часто присутствует в засушливых и полузасушливых зонах. Растворение имеющейся в почве извести обеспечивает кальций, необходимый для восстановления натриевой почвы. При наличии достаточной влажности и температуры окисление элементарной серы будет завершено в течение одного или двух сезонов.
Такие добавки в почву, как элементарная сера, должны вноситься в почву для увеличения скорости реакции и для ускорения мелиорации. Когда элементарная сера остается на поверхности почвы или когда почва сухая или холодная, микробная конверсия элементарной S в серную кислоту задерживается.
В Таблице 7 указано количество элементарной серы, необходимое для рекультивации, основанной на концентрации натрия и глубине рекультивации. Там, где это возможно и экономично, добавление кислот непосредственно в почву помогает достигать того же эффекта, что и добавление элементарной S, но по соображениям безопасности для этого требуется специальное оборудование. Перед использованием элементарной серы или кислот важно убедиться, что почва содержит достаточное количество извести для растворения.
Таблица 7. Нормы внесения гипса и элементарной серы (S), необходимой для рекультивации натриевых почв.
| Норма внесения | ||||
Обменный Na, который необходимо заместить Ca (мэкв Na/100 г почвы) Норма внесения | Гипс (т/га) 30 см
| Гипс (т/га) 15 см | Элементарная сераа (т/га) 30 см | Элементарная сераа (т/га) 15 см |
| 1 | 4 | 2 | 0.6 | 0.3 |
| 2 | 7 | 4 | 1.3 | 0.65 |
| 4 | 14 | 7 | 2.6 | 1.3 |
| 8 | 28 | 14 | 5.0 | 2.5 |
a — элеметарная сера не поставляет кальций в почву, однако она помогает растворять кальцийсодержащие минералы, присутствующие в щелочных почвах.
Управление поливом
Иногда поливная вода, которая закачивается из глубоких скважин, содержит высокие концентрации бикарбоната и имеет высокий SAR (высокая концентрация натрия относительно кальция + магния). Применение такой воды может со временем привести к образованию натриевых почв. И EC, и SAR поливной воды влияют на структуру почвы и потенциальному накоплению проблем с проницаемостью воды (См. Рис. 7).
Поливная вода с высоким содержанием бикарбонатов или карбонатов может вступать в реакцию с кальцием в почвенном растворе с образованием карбоната кальция. Этот процесс удаляет кальций из почвенного раствора. Так как в почвенном растворе содержание кальция снижается, повышается опасность роста SAR почвы и натрия. Осаждение карбоната кальция и уплотнение пор в почве также снижает инфильтрацию воды и перколяцию в почве, которые не подвергаются вспашке.
Наиболее эффективным способом избежать этой проблемы является подкисление оросительной воды перед применением. Когда к оросительной воде добавляют кислоту, такую как серная, она вступает в реакцию с бикарбонатами с образованием воды и двуокиси углерода.
Управление натриево-солеными почвами
Рекультивация натриево-соленых почв поначалу должна проводиться аналогично натриевым почвам. Натрий должен перейти в растворимое состояние в солесодержащей почве для того чтобы произошло его выщелачивание чистой поливной водой. Если соли выщелачиваются чистой водой, в то время как натрий находится в нерастворенном состоянии, результатом может быть натриевая почва. В результате разрушение структуры почвы предотвратит проникновение воды. А после разрушения структуры, почву нелегко исправить.
Поэтому чрезвычайно важно знать, насколько серьезна существующая проблема с натрием, прежде чем вносить чистую оросительную воду для выщелачивания. Высокая ЕС поливной воды и почвы помогают поддерживать структуру почвы, усиливая проникновение воды и предотвращая доминирование в почве натрия. Однако, за исключением своего положительного влияния на структуру почвы, высокая EC (соль) поливной воды неблагоприятна для растений.
Солено-натриевые почвы часто получаются из-за факторов, которые находятся вне контроля производственника. Такие почвы часто образуются в результате естественных событий и никакая мелиорация не вернет их к удовлетворительному уровню производительности. В подобных условиях следует обратить внимание на выращивание толерантных к таким условиям культурам (например, пастбищных) для поддержания почвенного покрова.
Неудачные попытки рекультивации Если во внимание принимается только часть проблемы рекультивации, изменение почв или выщелачивание могут только ухудшить ситуацию. Необходимо изучить всю систему и принять во внимание всю структуру. Дренаж, рН, соли и натрий являются основными проблемами. Примеры проблем, которые следует избегать, следующие: Таблица 9. Примеры неудачной рекультивации почвы.
a — те же единицы используются для концентрации питательных веществ и солей в оросительной воде или в воде, извлеченной из почвы, с использованием метода насыщенной пасты. |
Таблица 10. Таблица конвертации единиц, используемых в анализе почвы и поливной воды
| Величинаа | Конвертировать | Умножить на | Результат |
| Поливная вода | |||
| Концентрация элементов в воде | мг/л | 1.0 | ppm в воде |
| Электропроводность (ЕС) | ЕС (дСм/м) | 640 | общие растворенные тв. Вещества, TDS (мг/л) |
| Почва | |||
| Концентрация элементов в воде | мг/кг или µг/г | 1.0 | ppm в почве |
| Электропроводность (ЕС) | дСм/м | 1.0 | мкСм/см |
| мкСм/см | 1,000 | мкСм/см | |
| Натрий, Na+ | ppm | 0.00435 | мэкв/100 г почвы |
| Кальций, Са2+ | ppm | 0.0050 | мэкв/100 г почвы |
| Магний, Mg2+ | ppm | 0.0083 | мэкв/100 г почвы |
| Натрий, Na+ | мэкв/100 г почвы | 230 | ppm |
| Магний, Mg2+ | мэкв/100 г почвы | 120 | ppm |
| Кальций, Са2+ | мэкв/100 г почвы | 200 | ppm |
| Емкость катионного обмена (СЕС) или концентрация обменных катионов | мэкв/100 г почвы | 1.0 | |
a — Аналогичные единицы используются для определения концентрации питательных веществ и солей в поливной воде или почвенном растворе, извлеченным методом насыщенной пасты.
Глоссарий
1:1 или 1:2 почвенный раствор: добавляется 1 часть воды к 1 или 2 частям почвы (вес к весу) для того, чтобы измерить рН или ЕС. Кислая почва: почва с рН 7. Щелочная почва: почва с рН выше 7. Анион: Отрицательно заряженные ионы, такие как хлорид (Cl-), сульфат (SO42-), карбонат (CO3 2-), или бикарбонат (HCO3-). Катион: Позитивно заряженные ионы, такие как кальций (Ca2+), магний (Mg2+), натрий (Na+), калий (K+) или аммоний (NH4+). Емкость катионного обмена (CEC): Мера чистого отрицательного заряда почвы, измеренная как общее количество катионов, которые могут обмениваться на единицу почвенного материала, выраженное в миллиэквивалентах на 100 г почвы (мэкв / 100 г), миллимолей заряда на килограмм почвы (ммоль [+ заряд]/кг) или сантимолей на кг почвы (сантимоль[+ заряд]/кг). Дисперсия: Разрушение комочков (частиц) почвы или агрегатов до отдельных частиц почвы (песок, или глина). Почвенные агрегаты образуют более крупные, более сплошные почвенные поры, чем отдельные частицы почвы. Большие поры обеспечивают лучшее движение воды и воздуха. Дренаж: Непрерывное движение воды за пределы корневой зоны. Электрическая проводимость (EC): Легкость, с которой электрический ток проходит через воду. EC пропорциональна концентрации соли в воде. Следовательно, общая концентрация соли в почве или поливной воде может быть оценена путем измерения EC. Чем выше ЕС, тем больше концентрация соли. Элементарная сера (S): Желтый, инертный кристаллический минерал, мелкого помола. В почве элементарная S окисляется до серной кислоты при помощи микробиологической активности. Скорость окисления элементарной S в почве наиболее быстро протекает в теплых и влажных почвах. Полное окисление элементарной S до сульфата часто занимает от одного года до нескольких лет. Осмотический потенциал: Давление воды, действующее на полупроницаемую мембрану, вызванную неравной концентрацией солей или сахаров с двух сторон стенки или мембраны клетки. Вода двигается со стороны с меньшей концентрацией соли или сахара через мембрану в область с более высокой концентрацией соли или сахара.
Уровень грунтовых вод: Мелкий горизонтный слой, формируемый под слоем почвы и непроницаемый для воды. pH: Мера кислотности или щелочности материала или раствора. Ниже 7 — кислая, выше 7 – щелочная, а 7 — нейтральная. Величину рН измеряется при помощью электрода pH, измерителя или зонда. ppm: Частиц на миллион. Также выражается в мг/кг в твердой матрице или мг/л в растворе. Экстракт насыщенной пасты: Смесь почвы и воды, используемая для измерения EC, SAR и pH. Паста считается насыщенной, когда грунт слегка блестит, когда он отражает свет, медленно течет при опрокидывании контейнера и свободно соскальзывает со шпателя. | Эвапотранспирация (ET): Комплексный показатель поглощения воды растениями и водой, испаряемой с поверхности почвы за данный период времени. ET обычно выражается в дюймах или миллиметрах воды в день.
Процент обменного натрия (ESP): Процентная доля емкости катионного обмена, которая заполняется натрием. Она рассчитывается как: ESP = Na+, мэк/100 г почвы CEC, мэкв/100 г почвы х 100 Чтобы преобразовать SAR в ESP, используйте следующие уравнение: ESP = 1,475 x SAR 1 + (0,0147 x SAR) Флокуляция: Объединение небольших частиц почвы, особенно глины, в более крупные комки или хлопья. Гипс: CaSO4•2H2O, общее название сульфата кальция. Применяется в качестве источника кальция для восстановления натриевых и солено-натриевых почв. Потребности в гипсе (GR): Примерное количество гипса, необходимое на га для снижения ESP почвы до желаемого уровня. Он рассчитывается как: GR = (текущий ESP -целевой ESP) x CEC x 0.021. Коэффициент 0.021 означает, что СЕС находится в единицах мэкв/100 г или сантимоль(+ заряд)/кг. Если СЕС в ммоль(+ заряд)/кг, коэффициент составляет 0,0021. Эти факторы предполагают достижению целевого SAR поливной воды на 90 процентов.
Инфильтрация: Движение воды в почве. Выщелачивание: Вымывание (движение вниз) растворенных ионов в почвенном профиле. Доля выщелачивания: фракция почвы, пропитанная поливной водой, которая просачивается ниже корневой зоны.
Потребность в выщелачивании: доля вымывания, необходимая для поддержания солености почвы, хлоридов или натрия (в зависимости от того, какой из них является наиболее ограничивающим фактором) от превышения допустимого уровня для растений. Требование выщелачивания относится к долгосрочным средним условиям. meq/L: мили эквивалент на литр. Коэффициент поглощения натрия (SAR): SAR экстракта насыщенной пасты или поливной воды является зависимым соотношением между концентрациями натрия (Na +), кальция + магния (Ca2 + + Mg2 +). SAR отражает статус Na + в почвенно-катионообменном комплексе. Он рассчитывается как: SAR = [Na +] √ 0,5 ([Ca2 +] + [Mg2 +]) где концентрация кальция, магния и натрия выражены в единицах миллиэквивалентов на литр (мэкв/л). Структура почвы: Формирование или расположение первичных частиц почвы во вторичные частицы или единицы, часто называемые агрегатами.
Текстура почвы: Относительное соотношение (процент) трех составляющих в почве (песок, ил, глина). |
По материалам публикации « Управление засоленными почвами при выращивании культур», pnw 601, Орегонский Государственный Университет https://catalog.extension.oregonstate.edu/pnw601