Поиск

Засоленные почвы, или солончаки
26.06.2015

1. В практике засоленными почвами называют такие, которые содержат в своем составе воднорастворимые соли в количествах, вредящих нормальному развитию растительности.
Состав воднорастворимых солей вообще может быть весьма разнообразным, однако практически в громадном большинстве случаев эти соли представляют собой комбинации всего трех катионов — Na', Mg" и Ca" (калийные соли встречаются в засоленных почвах весьма редко) — и четырех анионов — Cl', SO4"CО3'' и HCO3'. Очевидно, что из них возможно образование всего двенадцати следующих солей:
1) NaCl (поваренная соль),
2) Na2SO4 (глауберова соль),
3) Na2CO3 (сода нормальная, бельевая),
4) NaHCO3 (двууглекислая сода, питьевая),
5) MgCl2 (хлористый магний),
6) MgSO4 (горькая соль),
7) MgCO3 (углекислый магний),
8) Mg(HCO3)2 (двууглекислый магний),
9) CaCl2 (хлористый кальций),
10) CaCO3 (известь),
11) CaSO4 (гипс),
12) Ca (HCO3)2 (бикарбонат кальция).
Присутствие в почве одной из них или любой смеси их и дает основание квалифицировать почву как засоленную.
Ни одна из вышеназванных солей не является непосредственно необходимой для произрастания растений, а, наоборот, присутствие некоторых из них даже в весьма малых концентрациях оказывается губительным для растительности, почему эти последние квалифицируются как «вредные» соли.
2. Многочисленные исследования, лабораторные и полевые, показывают, что при обычно наблюдающихся в природе смесях хлористых и сернокислых (но не углекислых щелочных металлов) солей количество их около 0,3—0,5% от веса сухой почвы является уже предельным, при котором культурная растительность не развивается, вредное же влияние на качество и количество урожая начинается обычно уже гораздо ранее и именно около 0,1% солей.
Примечание. Естественно, что соли действуют на корни растений тогда, когда они в растворе, и степень вредности соли определяется следовательно концентрацией раствора. В почве влажность ее и следовательно концентрация солей в растворе сильно варьируют даже при одном и том же весовом содержании солей, поэтому, вообще говоря, следовало бы выражать пределы вредности солей не в процентах к лесу почвы, а в концентрациях. Однако это очень громоздко, и потому мы оставляем старое общепринятое выражение в весовых процентах, однако при этом всегда конечно нужно помнить, что степень вредности данного процента солей будет зависеть и от того режима влажности, который будет осуществляться в почве. При этом необходимо твердо помнить, что указанные здесь нормы носят лишь самый общий ориентировочный характер.
3. Наблюдения показывают, что явление вредного действия солеи на растение оказывается чрезвычайно сложным и в каждом частном случае определяется большим комплексом факторов. Главнейшие из этих факторов следующие:
1) характер растения и его возраст, 2) наличный характер смеси солей, 3) характер почвы, в которой соли находятся, и система хозяйства, которая здесь ведется, 4) общие климатические условия, в которых растения развиваются.
Рассмотрим кратко каждый из этих определяющих факторов.

Растение и соли

Прежде всего необходимо отметить, что действительные взаимоотношения между растением и вышеназванными непитательными солями не являются прямолинейно-вредными. Оказывается, что малые концентрации этих солей часто являются весьма полезным, стимулирующим рост растений, фактором. Однако эти явления стимуляции в настоящее время еще весьма мало изучены, а главное, стимулирующие концентрации выражаются обычно такими малыми величинами и лежат в таких узких пределах, что в практическом сельском хозяйстве и мелиоративными приемами они не поддаются регулированию. Поэтому в дальнейшем мы о стимулирующем влиянии солей говорить не будем, а будем иметь в виду только концентрации солей, уже прямо вредящие растениям.
Вредное действие солей проявляется уже в процессе набухания семян.
Засоленные почвы, или солончаки

Эти данные ясно показывают, что по мере увеличения концентрации соли количество поглощенной воды все убывает, т. е. процесс набухания все более и более задерживается. Многие исследования аналогичного характера привели в общем к следующим выводам:
а) энергия набухания семян прямо зависит от осмотического давления, которое развивается данной солью,
б) химический состав соли почти не имеет при этом значения,
в) поглощение соли семенем зависит от вида его, от осмотического давления соли, от ее химического состава, а также от характера смеси солей.
Многочисленные исследования чувствительности растений к солям в разные фазы развития позволили установить чрезвычайно важную практическую общую закономерность, выражающуюся в том, что с возрастом растения чувствительность его к солям значительно ослабевает.
Для иллюстрации этого приведем одно из полевых наблюдений в Калифорнии над люцерной.
Засоленные почвы, или солончаки

Здесь мы видим, что молодая люцерна развивалась хорошо при среднем проценте солей в 0,076 и погибла при 0,126. Вместе с тем здесь же старая люцерна развивалась иногда хорошо при среднем осолонении слоя 0—120 см до 0,498 и даже 1,36% всех солей.
Важнейшее практическое значение имеет то обстоятельство, что различные растения обладают существенно различной чувствительностью по отношению к солям. Среди дикой флоры многие представители ее обладают настолько устойчивым отношением к количеству и качеству солей в почве, что поселяются только в определенных условиях местообитания. В этом случае они являются часто прекрасными показателями степени осолонения почв, позволяющими в поле, без анализов, ориентироваться (в первом приближении) в характере засоления почвенного покрова.
Среди культурной растительности различной солеустойчивостью (т. е. способностью выносить без вреда для себя различные концентрации солей) обладают не только различные виды культур, но часто и искусственно выведенные сорта растений, например различные сорта пшеницы, хлопка и т. д. Для общей характеристики солеустойчивости различных растений приведем таблицу физиолога Департамента земледелия США Т.X. Кэрней, в которой показано, посев каких культур обещает более или менее надежную урожайность при различных степенях осолонения почвы. Степень осолонения выражена здесь весовым процентом общего количества солей, состоящих в основном из смеси солей хлористых и сернокислых. При этом высший предел относится к почвам, засоленным преимущественно сернокислыми солями, а низший — хлоридными солями. В случае если в составе солей находится заметное количество соды (Na2CO3), то все нормы должны быть сильно снижены.
Засоленные почвы, или солончаки

К этой таблице нужно сделать следующие общие замечания:
1) очевидно всякое растение, помещенное в вышележащей группе осолонения, может сеяться во всех нижележащих;
2) предел солевыносливости вообще нужно устанавливать не по вегетативному развитию, а по количеству и качеству плодовой продукции. Вегетативное развитие часто бывает удовлетворительным при значительно большей степени осолонения, чем то допустимо для получения хозяйственно-приемлемого урожая зерна;
3) засоление влияет не только на количество урожая, нo и на качество его. С этим нужно особенно считаться при выращивании всякого рода технических культур, как хлопок, сахарная свекла и пр.;
4) из зерновых культур наиболее чувствительна к солям кукуруза. Картофель терпит засоление не более 0,1% солей. Бобовые вообще оказываются менее солеустойчивыми, чем другие культуры;
5) плодовые культуры вообще не следует сажать на засоленных землях. Немного более выносливыми оказываются лишь груши, винная ягода (инжир) и виноград;
6) нужно помнить, что приведенные нормы осолонения и соответствующий подбор культур имеют общее значение лишь ориентировочно, более строгое приложение они могут иметь лишь для тех ближайших местных условий, в которых они устанавливались.
Действие отдельных ионов, индивидуальных золей и их смесей

В каждой соли имеют самостоятельное токсическое (вредное) действие как анион, так и катион ее. Поэтому если мы составим ряды солей с одинаковым катионом и различными анионами или, наоборот, с различными катионами, но одним и тем же анионом, то каждый член такого ряда все же обладает обычно своим индивидуальным токсическим действием. Рассмотрим для примера некоторые основные ряды.
1) В ряду углекислых солей — Na2CO3, MgCO3 и CaCO3 — первый член (нормальная или средняя сода) является самой вредной солью, и не только в этом ряду, но, по-видимому, и вообще среди всех солей, встречающихся обычно в засоленных почвах. Некоторые американские исследователи считают, что максимально допустимым пределом содержания соды в почве является всего 0,005%.
Углекислый магний, по-видимому, если и является ядовитым для растений, то в весьма незначительной степени, тогда как углекислый кальций нужно считать практически совершенно безвредным, так как даже на очень сильно карбонатных почвах, содержащих более 15—20% CaCO3, культуры развиваются обычно совершенно нормально. Вероятно, что это объясняется в значительной мере слабой растворимостью карбонатов щелочных земель.
Что касается бикарбонатов тех же металлов — NaHCO3 (кислая сода), Mg(HCO3)2 и Ca(HCO3)2, то изменение заключается здесь только в том, что абсолютная степень вредности кислой соды оказывается значительно меньшей, чем соды нормальной 2, общий же порядок ряда полностью сохраняется.
Другой ряд, сернокислых солей — Na2SO4, MgSO4 и CaSO4, — может быть охарактеризован такими показателями: на первом месте по степени вредности стоит, по-видимому, сернокислый магний и на втором глауберова соль.
Так например в одном из опытов с проросшими семенами предельные токсические концентрации этих солей для корней оказались следующими:
Засоленные почвы, или солончаки

Mы видим, что везде предельная концентрация глауберовой соли значительно выше, чем горькой соли.
Что касается гипса (СaSO4), то практически он, по-видимому, должен считаться безвредной солью, поскольку мы знаем обычно вполне хорошее развитие культур даже на сильно гипсоносных почвах.
Элементы ряда хлористых солей (NaCl, MgCl2 и CaCl2) незначительно отличаются между собой по степени вредности. Все же, невидимому, на первом месте нужно поставить MgCl2 и CaCl2 и на втором — NaCl. Вероятно здесь нивелирующее действие производит крайне вредный ион — хлор, почему хлоридный ряд солей в целом является вообще наиболее вредным по сравнению с другими рядами.
2) Члены рядов солей с одинаковым катионом, но различными анионами обычно ясно проявляют свою индивидуальность. Так в ряде натровых солей — Na2CO3, NaGl, NaHCO3 и Na2SO4 — вредность каждой из них убывает от первой к последней примерно в отношении 10:3:3:1.
Ряд магниевых солей по степени их убывающего токсического действия может быть написан таким образом: MgCl2, MgSO4, MgCO3 и MgHCO3, причем токсичность двух первых солей в водном растворе вообще весьма велика, а между собой, по-видимому, почти одинакова, что можно усмотреть например из следующего опыта с проростками различных семян:
Засоленные почвы, или солончаки

Токсичность двух последних солей (MgCO3 и Mg(HCO3)2, по-видимому, вообще незначительна и с ней в практике пока считаться не приходится.
В ряде кальциевых солей — CaCl2, CaSO4, Ca(HCO3)2 и CaCO3 — практически вредной, и очень сильно вредной, является только первая соль, все же остальные должны квалифицироваться как практически безвредные.
На основании всего изложенного выше можно составить следующую ориентировочную таблицу вредностей солей, где все соли выше черты вредны, а ниже черты — безвредны:
Засоленные почвы, или солончаки

Из таблицы видно, что все натровые и все хлоридные соли вредны; магниевых и сульфатных солей вредных только по две; кальциевых и карбонатных солей вредных только по одной.
Пары и вообще смеси солей

Исключительно большое практическое значение имеет устанавливаемое почти всеми исследователями явление, что пары и вообще смеси солей действуют на растение менее вредно, чем того следовало бы ожидать по сумме получающихся при смешении концентраций. Это явление вообще носит название «антагонизма» солей.
Для иллюстрации его приведем несколько примеров. В одном из опытов со всходами пшеницы было установлено, что MgCl2 резко задерживает их рост в концентрации 0,002 N. Ho если в растворе присутствует CaCl2 в концентрации 0,05 N (соль сама по себе столь же вредна, как магний), то MgCl3 теряет свое токсическое действие даже в концентрации 0,05 N, т. е. в 25 раз более сильной, чем первоначальная.
Прибавка небольших концентраций CaCl2 понижает токсическое действие иона Na. Так 0,0002 N CaCl2 понижает ядовитость 0,02 N раствора NaCl, причем наилучшее действие имеет место при соотношении 0,05 N CaCl2+0,02 N NaCl. Даже смешение таких близких между собой солей, как натриевые и калиевые, часто понижает токсическое действие каждой из них в отдельности.
Есть всего лишь незначительное количество исследований, которое оспаривает некоторые частные случаи явлений антагонизма солей.
Причины явлений антагонистического действия солей в некоторых случаях легко могут быть поняты с точки зрения химического взаимодействия смешиваемых солей.
Допустим, что действует смесь соды и гипса. Тогда между ними происходит реакция по уравнению: Na2CO3+CaSO4⇔Na2SO4+CaCO3, и следовательно в растворе оказываются две новых соли вообще гораздо менее ядовитые, чем исходные. Однако это лишь частный случай. В массе других комбинаций и в частности в тех, которые приведены выше, апеллировать к химическим реакциям между солями He приходится. Вообще в настоящее время явления антагонизма солей в их действии на растения остаются пока сложной и мало проработанной физиологической проблемой. Вместе с тем в этом заключается одно из крупных затруднений на пути установления твердых практических норм осолонения, заставляющее оперировать главным образом с местными эмпирическими данными.
Влияние характера почвы на взаимодействие солей и растения

При попытках установить нормы осолонения для реальных естественных почв (а не для условий физиологического опыта в искусственной среде) прежде всего приходится иметь в виду то, что здесь всегда налицо весьма сложная смесь солей, следовательно прямое перенесение сюда показаний физиологических опытов оказывается невозможным. С последними необходимо считаться лишь как с общими руководящими закономерностями.
Еще более серьезное и важное осложнение для почв заключается в том, что здесь вся система взаимодействия между солями и растением оказывается не статической, а в высокой степени динамической. Прежде всего основной чертой состояния воднорастворимых солей в почве являются их чрезвычайно быстрая подвижность и перемещаемость из горизонта в горизонт в связи с меняющимся режимом влажности почвы. В силу этого всегда возможны случаи, когда в исходном своем состоянии (допустим, перед посевом) почва содержит в себе во всех горизонтах количества солей ниже критического для развития данной культуры, однако в дальнейшем всегда может произойти такое перераспределение солей, что они сконцентрируются в активной корневой зоне и окажутся уже губительными для дальнейшего роста культуры. Такие случаи весьма часты в практике ирригационного хозяйства. Кроме этих перемещений количеств солей в почвах одновременно широко реализуется и качественная динамика, т. е. периодические изменения самого состава солей. Общей причиной этих изменений является то, что воднорастворимые соли легко реагируют со всеми другими ингредиентами почвы, т. е. с ее труднорастворимыми солями и поглощающим комплексом по преимуществу, в силу чего почвенный раствор находится всегда в состоянии подвижного равновесия. В качестве простейшего возможного примера приведем следующий. Допустим, что в карбонатную почву проникает раствор сернонатровой соли, например из грунтовой воды. Это вовсе не значит однако, что почва будет осолонена только этой солью: последняя будет реагировать с известью по уравнению:
CaСO3 + Na2SO4 ⇔ Na2CO3 + CaSO4,

следовательно в растворе окажется уже четыре соли вместо двух. При этом так как гипс является солью сравнительно трудно растворимой, то он может частично выпадать в осадок, тогда как сода будет продолжать двигаться и может где-либо достигнуть концентраций уже токсических для растений. Более сложные случаи возможной динамики солевого состава почвенного раствора, обязанные взаимодействию с поглощающим комплексом почвы, мы сможем уяснить после того, как изучим явления поглощения в почве.
Итак следовательно при оценке солевых запасов в почве нельзя руководствоваться только наличной, статической, характеристикой их, а необходимо учитывать количественную и качественную динамику этих солей в течение вегетационного периода, которая определяется, с одной стороны, основным физико-химическим составом данной почвы, а с другой — тем водным режимом, который мы будем здесь поддерживать.
Наконец нельзя не отметить последнего момента, осложняющего оценку степени засоления почв: это влияние солей не непосредственно на растение, а на биологические процессы в почве. Эти последние являются основным фактором, регулирующим питательный для растений режим почвы. Соли почвы, воздействуя угнетающе на микробиологическую деятельность почвы, могут существенно нарушить пищевой режим культуры и следовательно действовать на нее отрицательно этим косвенным путем.
В заключение отметим значение механического состава почвы для величины допустимой предельной нормы осолонения.
Если оценку вести статически, то легко установить, что для глинистых почв допустима большая норма осолонения, чем для почв песчаных. Причина заключается в том, что влагоемкость песчаной почвы значительно меньше, чем глинистой, и потому при одном и том же весовом проценте солей концентрация солевого раствора в песчаной почве будет выше, чем в глинистой. Для достижения же равенства концентраций, что и является решающим для растений, необходимо в песчаной почве понизить общий запас солей. Однако в практике иногда оценка засоления тяжелых и легких почв бывает обратной. Причина здесь заключается в том, что в легких почвах солевой режим гораздо легче регулировать обычными поливами, соли здесь гораздо легче промываются.
Влияние климата на норму осолонения

В настоящее время сумма отдельных практических наблюдений позволяет предположить, что в более влажном климате допустимы повидимому несколько большие нормы осолонения, чем в климате сухом. Так например в условиях резко континентального климата Средней Азии, в Голодной степи, культура хлопчатника считается невозможной при осолонении свыше 0,3—0,4% всех солей. Вместе с тем наблюдения, которые проводились в близких почвенных условиях Закавказья (Мугань), но отличающихся существенно от среднеазиатских значительно большей относительной влажностью, показывают, что здесь хлопчатник, по-видимому, успешно развивается при больших степенях осолонения порядка 0,5—0,7% солей.
Можно предположить, что общей причиной повышенной солевыносливости растений в этих районах является повышенная степень влажности воздуха и следовательно пониженная транспирация растений.
Резюме. Резюмируя все вышеизложенное о взаимоотношениях между растениями и солями почвы, мы должны констатировать, что в основе их лежат некоторые общие физиологические закономерности, однако в практике они самым серьезным образом модифицируются местными почвенными, частью климатическими и хозяйственными условиями. Поэтому, когда мы ставим перед собой чисто практический вопрос о нормах допустимого осолонения, что одновременно обозначает собой и вопрос о нормах мелиорирования засоленных почв, то оказывается, что он не может иметь единого общего решения. Норма предельного осолонения для каждого вида культуры есть функция определенных местных почвенных, климатических и хозяйственных условий, и следовательно она может быть только более или менее узкорайонной. Поэтому практически первоочередной задачей настоящего времени является установление именно таких районных норм осолонения, применительно к тем циклам культур и хозяйственных условий, которые в данном районе приняты. К сожалению до последнего времени у нас в Союзе таких попыток порайонной проработки вопроса, можно сказать, почти совсем не предпринималось, и нам приходится пользоваться почти исключительно обобщенными сводками чуждых ирригационных районов, типа вышеприведенной таблицы Кэрнея, которая для наших условий может иметь значение не более как общеориентировочного укрупненного измерителя. Стоящая перед нами проблема повышения урожайности, в которой вопросы борьбы с осолонением земель имеют чрезвычайно крупный удельный вес, обязывает нас стремиться в ближайшее же время перейти от укрупненных измерителей к конкретным районным нормам осолонения.
В качестве первого примера таких районных норм засоления приведем таблицу Б.А. Федорова для Голодной степи и Ферганы.
Засоленные почвы, или солончаки

Сильное различие норм по величине плотного остатка объясняется преобладанием в солончаках Ферганы сернокислых, менее вредных солей. Норма по количеству хлора оставляется для обоих районов одинаковой.
Классификация засоленных почв по анионам, катионам и морфологическая

Классификация по анионам. Наиболее распространенной является классификация солончаков по характеру анионов их солей. Соответственно этому различают солончаки: 1) хлоридные, — когда в составе солей преобладают хлористые соли всех металлов, а практически главным образом NaCl; 2) сульфатные, — когда преобладают сернокислые соли к среди них главным образом Na2SO4, и наконец 3) карбонатные, — когда в составе солей заметное участие принимает сода.
Для иллюстрации приведем несколько типичных анализов солончаков (см. табл. 24, 25, 26).
Засоленные почвы, или солончаки

Мы видим, что в верхнем горизонте этого разреза доминирует ион SO4 (в таблице он показан в виде окиси) и следовательно солончак типичный сульфатный. Однако в нижнем горизонте резко преобладает уже ион хлора, и засоление этого горизонта является уже типично хлоридным.
Пример содового солончака дается в табл. 26.
В этом солончаке сода показана ионом CO3. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что несмотря на кажущееся незначительное абсолютное количество соды здесь (всего 0,0253%) H солончаки этого типа оказались чрезвычайно тяжелыми объектами мелиорации. Ниже мы этот опыт Калифорнии будем анализировать подробно.
Засоленные почвы, или солончаки

Многие солончаки несут в себе такую смесь солей, которая не позволяет квалифицировать их как чисто хлоридные или чисто сульфатные. Тогда их называют хлоридно-сульфатными, или сульфатно-хлоридными. В этом названии приставка означает существенную примесь к господствующей соли, обозначающейся вторым словом.
Классификация по анионам имеет по преимуществу агрономическое значение, поскольку мы знаем, что эти группы солей обладают существенно различной токсичностью по отношению к растениям.
Классификация по катионам. С точки зрения мелиоративной имеет гораздо более существенное значение классификация засоления по характеру катионов солей. По этому признаку можно различать солончаки: 1) натровые (преобладает ион Na), 2) магнезиальные и 3) кальциевые.
Сущность значения этого классификационного признака заключается в том, что воднорастворимые соли реагируют химически с поглощающим комплексом почвы, и последний получается насыщенным или натрием или одним из щелочно-земельных катионов (Ga или Mg). В первом случае получается почва, носящая название «солонец», использование которого обычно невозможно без сложных и длительных гидротехнических и химических мелиораций. Во втором случае (при засолении щелочно-земельными солями) поглощающий комплекс почвы остается нормальным и не требует дополнительных специальных мелиораций.
Указанное здесь в общем виде различие имеет первостепенное значение в практике мелиораций, и мы ниже будем изучать его подробно при ознакомлении с поглотительной способностью и поглощающим комплексом почвы.
Классификация морфологическая. В практике весьма часто различают солончаки: 1) пухлые, 2) мокрые и 3) черные. Эти признаки чисто внешние, морфологические, которые легко замечаются при наблюдении солончаков в природе. Однако этот внешний вид солончака связан теснейшим образом с его химической природой, и потому эта классификация имеет свое определенное практическое значение для предварительной ориентировки в поле в вопросе характера засоления, который мы наблюдаем.
Пухлые солончаки характеризуются тем, что поверхностный горизонт их, мощностью иногда до 5—7 см, представляет собой совершенно сухую, рыхлую, пылеватую массу, в которой тонет нога при ходьбе. Образование такого горизонта обязано присутствию больших количеств частью хлористого, а главным образом сернокислого натрия, который, кристаллизуясь с большим количеством частиц воды (в форме Na2SO4 10H2O), во-первых, иссушает почву, а, во-вторых, механически ее разрыхляет. Таким образом пухлые солончаки — это по преимуществу солончаки сульфатные.
Мокрые солончаки внешне отличаются от пухлых том, что они не имеют верхнего рыхлого слоя. Наоборот, поверхность их обычно плотная, связная, сырая, часто темного цвета. В очень сухие периоды на поверхности образуется плотная хрустящая корка солей. Такой характер поверхности почвы часто указывает на присутствие в составе солей хлористого кальция (СaCl2) или магнезиальных солей (MgCl2 и Mg SO4). Все эти соли характеризуются очень большой гигроскопичностью, что и определяет собой постоянно влажное состояние солончака.
Черные солончаки напоминают по внешнему виду солончаки мокрые, но отличаются от них всегда резкотемным цветом своей поверхности. После дождей или полива на таких солончаках всегда стоят лужи темной жидкости, которая совсем не впитывается в почву, а исчезает лишь за счет испарения. Эти свойства солончака определяются здесь присутствием в составе солей соды, которая растворяет гумус почвы и обусловливает темный цвет растворов, а с другой стороны, она (сода) резко диспергирует почву и делает ее слабо водопроницаемой. Таким образом так называемые черные солончаки — есть в известной мере синоним солончаков содовых.
Происхождение солей в почвах

Общих источников происхождения простых солей на земной поверхности два — это процессы выветривания и вулканическая деятельность.
1. Выше мы уже видели, как в процессе выветривания сернистых металлов образуется серная кислота
FeS2 + 2 H2O + 70 + CO2 = FeCO3 + 2 H2SO4.

Эта последняя, действуя на любые минералы, содержащие в своем составе натрий, кальций или магний, легко дает обычные сернокислые соли солончаков.
Кроме того в породах имеется ряд минералов, которые содержат в своем составе хлористый или сернокислый натр в готовом виде. Таковы например:
Засоленные почвы, или солончаки

При выветривании этих минералов освобождаются соответствующие хлористые или сернокислые соли.
Общее содержание интересующих нас ионов хлора и серы в отдельных элементах земной коры может быть охарактеризовано следующими цифрами:
Изверженные породы содержат в себе в среднем:
- хлора (Cl) от 0,02 (гранит) до 0,70% (лейцито-содалитовые породы);
- серы (S, не считая сернистых металлов) от 0,01 до 0,08%;
- осадочные породы содержат в себе в среднем хлора от 0,01 до 0,02% и серы от 0,07 до 0,09%.
Процессы выветривания всех этих пород и освобождают постепенно элементы хлора и серы с образованием хлористых и сернокислых солей.
2. Вторым источником появления простых солей на поверхности земли является, как упомянуто выше, вулканическая деятельность. При извержениях вулканов выделяются непосредственно NaCl, соляная кислота (НС1), газообразный хлор и различные окислы серы. Все эти элементы (за исключением первого), взаимодействуя с породами, вытесняют из них основания и дают простые хлористые или сернокислые соли.
3. Среднее содержание элементов хлора и серы в земной оболочке в целом выражается следующими цифрами: Cl — 0,2% и S — 0,15%.
Эти цифры не велики абсолютно, но если сравнить их с процентным содержанием в земной коре других химических элементов, то оказывается, что из общего числа их 87 только 11 находятся здесь в количествах больших, все же остальные представлены величинами еще более низкими. Это иллюстрируется нижеследующей таблицей процентного содержания в земной коре ряда следующих элементов:
Засоленные почвы, или солончаки

Распределение интересующих нас элементов в твердой и жидкой (водной) частях земной коры оказывается весьма неравномерным, как это показывают нижеследующие цифры:
Засоленные почвы, или солончаки

Из этой таблички видно, что относительная концентрация в воде очень резко выражена для хлора, тогда как концентрация серы довольно близка и в твердой и в жидкой частях земной коры. Однако для того, чтобы иметь понятие об абсолютных запасах этих элементов в названных двух частях земной коры, необходимо примять во внимание, что на долю воды приходится всего 5,36%, а на долю твердой части 94,64% веса всей земной коры. Учтя это обстоятельство, мы можем констатировать, что абсолютные запасы серы в главной своей массе находятся в твердой части земной коры, тогда как запасов хлора примерно в полтора раза больше в воде.
Все вышеизложенное позволяет нам сделать вывод, что общие запасы хлора и серы на земном шаре громадны, однако в твердой оболочке земной коры они находятся в весьма рассеянном состоянии. Очевидно, что для образования засоленных почв должен реализоваться цикл явлений перераспределения этих солей по земной поверхности.
Перераспределение солей по земной поверхности и процессы образования засоленных почв

Вопросы перераспределения солей по земной поверхности, иначе говоря пути образования засоленных почв, имеют первостепенное практическое значение в мелиорации. Как общий принцип нужно признать, что рациональная организация борьбы с осолонением заключается не столько в устранении уже имеющихся солей (это всего лишь первая и часто элементарная задача), сколько в борьбе с источниками осолонения. Если наши технические мероприятия устраняют или по крайней мере ослабляют существующие источники осолонения, то эффект их будет прочным, устойчивым, а не эфемерным.
Для такой организации технических мероприятий по улучшению солончака в первую очередь нужно отчетливо установить условия его возникновения и стадии развития. Каждый солончак проходит длинную, иногда геологического масштаба, историю своего развития, и мы в данный момент времени можем застать его или в стадии роста, или в состоянии более или менее стабильного равновесия, или же наконец в стадии умирания, т. е. естественного рассолонения в силу изменившихся общих физико-географических условий его залегания. Только зная историю данного солончака, мы сможем достаточно полно и рационально использовать все его индивидуальные физико-химические характеристики. Брать любой солончак изолированно, вне истории его развития и условий залегания, было бы грубейшей ошибкой, которая никогда не может обеспечить сколько-либо устойчивых результатов практическим мероприятиям, которые могут быть приложены к данному солончаку.
Две группы факторов являются основными в процессах перераспределения солей по земной поверхности:
1) воды поверхностные и грунтовые и
2) движение атмосферы, ветер.
Весь цикл явлений перемещения солей под влиянием атмосферных движений носит общее название явлений «импульверизации».
Перераспределение солей по геоморфологическим и топографическим элементам с водой поверхностной и грунтовой

Общее значение воды как фактора перераспределения солей заключается в большой растворяющей ее способности и подвижности солевых растворов. Рассмотрим следующую, элементарную, схему явления.
Представим себе обычный геоморфологический профиль части поверхности земли (черт. 22), состоящий из водораздельного пространства (а), основного склона (b), шлейфа склона с малым уклоном (с) и местного базиса эрозии в виде речной долины (пойма d и русло). Допустим далее, что на поверхности водораздела (или на всей поверхности земли) имеется некоторое количество воднорастворимых солей.
Если на водораздел выпадают осадки, то они растворят соли, а затем этот солевой раствор начнет передвигаться в общем случае по двум направлениям, указанным на чертеже стрелками: по поверхности земли в виде поверхностного стока и в толщу почвогрунта до уровня грунтовой воды и затем с потоком последней к базису эрозии в виде так называемого внутреннего стока.
Засоленные почвы, или солончаки

Если допустить, что количество осадков достаточно, то соль с водораздела обоими этими путями будет вынесена в реку и затем ее потоком — в водоприемник, в общем случае — в океан, Эта схема явления имеет всеобщее значение и ею определяется в основном соленость морских вод и местных замкнутых водоемов в виде озер.
Однако практически далеко не при всех условиях солевой раствор, возникший на водоразделе, достигает своего общего базиса эрозии.
В зависимости от количества выпадающих осадков, условий поверхностного стока и испарения, физических и в частности фильтрационных свойств почвогрунта, а также условий движения грунтовых вод, солевой раствор может пройти только большую или меньшую часть всего пути, в силу чего получается совершенно иной общий эффект перераспределения солей. Допустим, что нисходящий ток воды достигает уровня грунтовой воды, но эта последняя не имеет обеспеченного оттока, а представляет собой замкнутый подземный бассейн. Тогда следовательно поступившая сюда соль здесь и остается, а вода станет солоноватой. Если приток солей сверху достаточно значителен или осуществляется малыми порциями, но достаточно длительный период времени, то в конце концов мы можем получить картину, наблюдающуюся в природе и состоящую в том, что достаточно выщелоченные почвогрунты подстилаются соленой грунтовой водой.
Второй возможный вариант перераспределения солей будет осуществляться тогда, когда количество воды будет недостаточно для достижения уровня грунтовой воды. В этом случае очевидно, что выщелоченная с поверхности соль будет вмыта на ту или иную глубину в толщу грунта и здесь будет фиксироваться. Учитывая развитие этого одностороннего процесса во времени, мы легко представим себе обычный природный случай, когда выщелоченные поверхностные горизонты почвы подстилаются засоленными в той или иной степени грунтами. При этом количества солей могут быть расположены в виде целого ряда перемежающихся максимумов и минимумов.
Если количество осадков столь незначительно, что оно не в состоянии увлажнить некоторый поверхностный горизонт выше величины его предельной влагоемкости, то мы будем иметь почву, засоленную уже с поверхности. С другой стороны, первоначальное просачивание может быть достаточным для обессоления поверхностного горизонта, однако возникающие в дальнейшем капиллярные токи могут возвратить часть солей снова к поверхности. Таким образом в результате этой естественной динамики процесса мы будем иметь некоторую толщу почвы, пропитанную солями, начиная с их поверхности.
Изменение состава солей при движении их в толще почвогрунта

В природе всегда имеет место смесь разнообразных солей, отличающихся между собой своей растворимостью. Естественно, что при одних и тех же условиях легко растворимые соли будут выщелачиваться скорее всего, затем будут следовать средне растворимые соли и наконец соли трудно растворимые. Таким образом под влиянием этой различной растворимости и не учитывая совершенно сложного комплекса явлений чисто химического взаимодействия между отдельными солями и этими солями и основной силикатной почвенной массой, в толще почвогрунта будет реализоваться диференциация отдельных групп солей по различным горизонтам.
Соли, нас интересующие, можно разбить по своей растворимости на следующие три группы: 1) легко растворимые — NaCl, Na2SO4, Na2CO3 и NaHCO3, MgCI2, CaCl2 и MgSO4; 2) средне растворимые — гипс (CaSO4) и 3) трудно растворимые — CaCO3 и MgCO3. В качестве четвертой группы элементов, также перемещающихся иногда в почве, можно назвать гидраты полтороокисей (Al, Fe) (OH)3 и марганца, которые практически не растворимы в воде, но при некоторых особых условиях выщелачиваются в виде коллоидальных растворов, золей.
Соответственно этому, распределение различных солей в толще почвогрунта, осуществляющееся под влиянием нисходящего тока воды, должно носить определенный закономерный характер, выражающийся в том, что глубже всего будут вмыты наиболее легко растворимые соли, менее глубоко вмоются соли средне растворимые, и ближе всего к поверхности почвы будут находиться трудно растворимые соли.
Схема географической закономерности распределения солей в почвогрунтах земной поверхности

Выше рассмотренная схема закономерностей перераспределения различных солей в толще почвогрунта развертывается в общегеографическую схему закономерного распределения солей в почвогрунтах земной поверхности.
Многочисленными наблюдениями установлено, что эта закономерность в общем виде имеет следующее выражение: на севере, где водный баланс резко положительный (т. е. величина осадков больше испарения), грунты наиболее выщелочены, по мере же движения на юг или юго-восток, на некотором протяжении, водный баланс становится все более и более отрицательным (т. е. количество осадков становится меньшим, чем величина испарения), и соответственно этому количество солей в почвогрунтах все более возрастает. Далее при переходе в области обильных субтропических и тропических осадков водный баланс становится вновь положительным, и грунты оказываются сильно выщелоченными и часто даже более значительно, чем на севере.
Этого рода закономерность весьма хорошо выражена на обширном протяжении равнинной части России, и мы ее рассмотрим в том виде, как она представлена на схематическом чертеже С.А. Захарова (черт. 23) — профиле, проведенном примерно от Ленинграда на юго-восток до г. Турткуля в низовьях р. Аму-Дарьи (Средняя Азия).
Засоленные почвы, или солончаки

Схема дает возможность составить общее представление о характере засоления почвогрунта в каждой зоне. Так например если мы возьмем вертикальный разрез на границе черноземной и каштановой зон, то прочитаем на нем следующее: известь мы можем встретить здесь на поверхности почвы; гипс залегает обычно лишь в материнской породе; ниже наблюдается скопление конкреций извести, и только вблизи уровня грунтовых вод мы находим уже скопления воднорастворимых солей (NaCl и Na2SO4).
Схема закономерностей распределения солей по топографическим элементам

Итак, анализируя один путь передвижения солей, именно с просачивающейся в толщу почвогрунта водой, мы пришли к установлению некоторой общегеографической закономерности их распределения по земной поверхности. Однако другие пути передвижения воды в пределах каждой отдельной географической зоны вносят свои местные весьма существенные изменения в распределение солей как по поверхности земли, так и в толще почвогрунта. Эти последние изменения не являются случайными, а также строго закономерны и определяются местными топографическими и гидрогеологическими условиями. Для уяснения этих закономерностей мы вновь обратимся к изображенной выше на чертеже 22 схеме и проследим другие пути движения воды и следовательно солевого раствора.
Допустим, что часть солевого раствора, обрадовавшегося на водоразделе, скатывается в виде поверхностного стока но склону. На этом пути часть его впитывается в почву, часть же испаряется. В соответствии с этим, в зависимости от количества стекающей воды, она может или достигнуть ложа реки, и тогда следовательно соли обычным образом будут вынесены за пределы района. Ho как только поверхностный сток будет становиться недостаточным, то очевидно, что солевой раствор будет задерживаться на одном из этапов своего пути ближе или дальше от водораздела. Анализируя обычные топографические условия стока, мы легко можем предусмотреть, на каких элементах рельефа он особенно затруднен: таковыми будут — шлейф склона и долина реки как области, характеризующиеся обычно наименьшими уклонами.
Таким образом именно на этих элементах рельефа (на шлейфах склонов и в речных долинах) мы вправе прежде всего ожидать аккумуляцию солей.
Кроме условий поверхностного стока весьма часто в том же направлении действуют на данных элементах рельефа и грунтовые воды. Обычное их залегание показано на схеме пунктирными линиями, которые показывают, что они глубоки и во всяком случае ниже уровня максимального капиллярного поднятия грунтов, на водоразделе, на склонах и в пойме их зеркало становится более близким к поверхности, и наконец они выклиниваются или в притеррасной части поймы или в русле реки.
Если, как это весьма часто и бывает в природе, грунтовые воды выклиниваются в притеррасной части поймы, то вместе с ними сюда неизбежно поступают и те соли, которые содержатся в грунтовой воде. Эта последняя в той или иной мере испаряется, и следовательно соли постепенно здесь аккумулируются. И действительно наблюдения в природе показывают, что области притеррасных пойм почти всегда являются областями скопления солей. В зависимости от климатических условий и следовательно характера солей в грунте и грунтовой воде состав аккумулирующихся здесь солей может быть весьма различным. Так в северных широтах это — область развития так называемых притеррасных болот со скоплением таких труднорастворимых солей, как известь и вивианит (фосфорнокислая закись железа); в средних широтах к извести часто прибавляется гипс, а в широтах южных это всегда область развития наиболее злостных солончаков сульфатных, хлоридных и даже содовых, в которых количество солей измеряется часто десятками процентов.
В области шлейфа склона и остальной части равнинной поймы влияние грунтовой воды проявляется часто весьма мощным образом в форме капиллярного подпора поверхности почвы. В зависимости от физико-географических условий этот подпор приводит к различным последствиям. В северных областях, где испарение весьма мало, а грунтовые воды практически пресны, это капиллярное питание поверхности почвы приводит к заболачиванию ее, поэтому область шлейфов склонов (частью пойм) на севере всегда является областью широчайшего развития всякого рода заболоченных почв и следовательно обязательного развития осушительных мелиораций того или иного вида.
В южных областях испарение значительно более интенсивно, а грунтовые воды всегда содержат то или иное количество воднорастворимых солей. После испарения капиллярно поднятой воды соли остаются на поверхности почв, и таким образом развиваются солончаки.
Значение капиллярного подъема солевых растворов во всех южных областях и в ирригационно-мелиоративной практике исключительно велико. Для того чтобы продемонстрировать его, мы можем произвести следующий элементарный расчет.
В условиях например Средней Азии испарение со свободной водной поверхности за год достигает величины 1000 мм. При условии обеспеченной капиллярной подачи воды к поверхности почвы последняя может испарить то же количество, но для осторожности мы примем эту величину равной 500 мм. Допустим далее, что грунтовая вода содержит всего 1 г солей на литр воды, или 1 кг на 1 м3.
Тогда следовательно в пересчете на площадь одного гектара воды будет испарено 5 000 м8, в которых содержалось 5 000 кг, или 5 т солей. Допустим, что эти соли распределились в 10 см слое почвы. Вес этого слоя на площади 1 га при объемном весе 1,2 равен (10 000х0,1х1,2) 1 200 т. Отнеся наши 5 т солей к этому весу 10 см слоя почвы, мы получим процент засоления, равный
5*100/1200 = 0,41%.

Эта величина говорит о том, что при данных принятых условиях уже Только через год наша почва превращается в солончак, практически не пригодный для с.-х. использования.
Конечно этот элементарный расчет нельзя прямолинейно прилагать к тем или иным конкретным природным условиям. Здесь процессы значительно более сложны и разнообразны, причем некоторые факторы, как например скорость капиллярного поднятия солей, выпадающие осадки и некоторые другие, замедляют темпы осолонения; другие и особенно степень осолонения грунтовой воды, измеряющаяся иногда величинами порядка 100 г солей на литр, наоборот, чрезвычайно форсируют процесс осолонения почвы. В общем же виде нужно констатировать, что в ирригационной практике капиллярный подъем солей есть самый распространенный и самый мощный путь осолонения и порчи почв.
Изложенные выше закономерные зависимости распределения солей от топографических и гидрогеологических условий легко демонстрировать на примере, который мы ниже схематически и рассмотрим.
На чертежах 24 и 24а представлены почвенная и гидрогеологическая карты Голодной степи, одного из крупнейших хлопковых районов Средней Азии. Территория ее площадью около 1 млн. га в основном представляет собой почти идеальную, едва волнистую, равнину, ограниченную с востока и северо-востока рекой Сыр-Дарья, с запада и северо-запада песчаной пустыней Кызыл-Кум и с юга Туркестанским хребтом и его отрогами — Нуратинскими горами. Крутые склоны гор сливаются с областью центральной равнинной степи с помощью переходной предгорной зоны, представленной также степной равниной, но относительно значительно большего уклона, чем центральная степь Таким образом если построить общий топографический профиль с юга на север, то он сложится из следующих элементов:
1) на юге крутые склоны гор;
2) они резким изломом переходят в предгорную пролювиально-делювиальную степь, обладающую еще значительными для равнины уклонами порядка 0,1—0,001;
3) эта часть степи также резким изломом переходит в центральную часть степи уже с ничтожными и часто неправильно ориентированными местными уклонами, в общем уже совершенно не обеспечивающими нормального поверхностного стока.
По такому топографическому профилю и совершается движение всех поверхностных вод, сбегающих в степь с громадного водосбора гор. Судьбу их па различных элементах профиля легко проследить. В пределах гор на громадных уклонах поверхностные воды аккумулируют в себе как все воднорастворимые соли, так и твердые продукты выветривания в виде ила, песка и камней и, сосредоточиваясь в ущельях, затем вырываются на равнину в виде так называемых селевых потоков, или селей. На первом же перегибе рельефа скорость потока значительно ослабевает; он несколько разливается по более развернутому фронту, и в силу этого значительная масса твердого стока (ил — песок — камни) откладывается здесь. Однако главная масса воды и растворенных в ней солей проходит все же всю эту часть профиля. Достигнув второго и последнего перегиба рельефа, плоскости абсолютной равнины, водный поток еще раз резко теряет в своей скорости, разливается по степи беспорядочным широким шлейфом, окончательно теряя оформленное русло. Разлившиеся таким образом по степи воды частично просачиваются в толщу грунта, а главным образом испаряются. Естественно, что все находившиеся в этих водах соли остаются здесь на месте или в толще грунта или на поверхности почвы.
Как бы мало ни выносил солей каждый единичный поток, тем не менее в течение длительных периодов времени, измеряющихся тысячелетиями, общие запасы солей становятся значительными, и следовательно область шлейфов склонов, область затрудненного стока, неизбежно становится областью развития засоленных почв, солончаков.
Если мы обратимся теперь к почвенной карте Голодной степи, то увидим, что расположение засоленных земель на ней строго отвечает нарисованной выше схеме явления, а именно: на юге, в области сравнительно крутых уклонов и более или менее сосредоточенных потоков (ложа этих потоков показаны на карте пунктиром), залегают сплошной широтной полосой незаселенные почвы; далее на север, где оформленные русла уже окончились, залегает почти сплошная полоса резко выраженных засоленных земель. Весьма существенно ответить, что в этой области грунтовые воды весьма глубоки, зеркало их лежит на отметках порядка 17 м от поверхности земли, и следовательно они никакого практически значимого участия в осолонении почвы очевидно иметь не могут. Таким образом здесь мы имеем типичный случай осолонения за счет приноса солей поверхностными водами.
Дальше на север от этой зоны осолонения вновь залегают почвы слабо или совсем не засоленные, так как сюда поверхностные поды уже не проникают, а уровень грунтовых вод остается еще достаточно глубоким.
Если мы однако продвинемся на самую окраину Голодной степи, на ее северо-восточный край к пойме р. Сыр-Дарьи, то здесь вновь найдем сплошную полосу осолоненных земель, вытянутую вдоль поймы с юго-востока на северо-запад. Однако происхождение этого осолонения совершенно иное, чем выше рассмотрено. Оказывается, что в этой зоне грунтовые воды подошли к поверхности уже на глубину 2—2,5 м, и капиллярные токи их и являются здесь основным источником осолонения.
Спустившись еще ниже, в область самой поймы р. Сыр-Дарьи, мы найдем, что она в большей своей части также резко осолонена. Главным источником осолонения здесь является также близкий уровень грунтовой воды, однако вообще голевой режим поймы представляет собой весьма сложное и своеобразное явление, связанное с режимом самой реки, и потому мы пока на нем подробнее останавливаться не будем.
Таким образом в целом на примере Голодной степи мы по существу нашли все элементы теоретической схемы перераспределения солей под влиянием топографических и гидрогеологических условий, которая была нарисована выше.
Устанавливая здесь общее положение засоленности речных долин в целом, тем не менее нужно отметить, что каждая из них часто диференцируется в продольном и поперечном направлениях на отдельные крупные области, резко различающиеся между собой по степени и качеству осолонения. Так по мере движения вниз по течению обычно увеличивается степень засоления, а в составе солей преобладают наиболее растворимые соли натрия, в частности хлористый натр.
В долинах крупных рек весьма часто наблюдается дифференциация степеней и характера осолонения также и в поперечном направлении — от коренного берега к руслу реки. Наиболее сильно осолонение выражено обычно в области, непосредственно примыкающей к коренному берегу, на так называемой «притеррасной» пойме. В северных зонах здесь концентрируются такие соли, как известь, фосфорнокислая закись железа (вивианит), иногда гипс. В южных поймах здесь наиболее ярко развиваются обычные солончаки с хлористым и сернокислым натрием.
Итак наиболее ясно выраженными зонами аккумуляции солей всегда являются шлейфы склонов и речные долины, как современные, так и древние. Эта закономерность является всеобщей, но особенно ярко она выражена в южных ирригационных районах и в частности у нас в России в Средней Азии и Закавказье.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите два слова, показанных на изображении: *