Поиск

Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике
26.06.2015

В практике с солонцовыми явлениями мы встречаемся в трех случаях: 1) при промывке солончаков, засоленных преимущественно натровыми солями; 2) при орошении почв засоленными водами; 3) при орошении особого типа почв, которые называются солонцами.
Для ознакомления с солонцовыми явлениями, возникающими при промывке солончаков, мы рассмотрим ближе два случая, один из которых относится к почвам Средней Азии, а другой — Калифорнии (США).
Условия развития солонцового процесса и его устранения в почвах Средней Азии были изучены нами на образцах Голодной степи в лабораторной обстановке. Опыты ставились таким образом, что образцы почв искусственно засолялись хлористым или сернокислым натрием и затем промывались методом последовательных водных вытяжек. Получающиеся при этом кривые выщелачивания соды, с одной стороны, и кривые степени дисперсности почвы в разные стадии промывки — с другой и характеризуют степень развития солонцового процесса в этих случаях.
Исходные почвы Голодной степи сильно карбонатны (содержат около 15—20% CaCO3), и потому эти кривые дают одновременно ответ и на то, какова роль природной извести в почве в процессе ликвидации солонцового процесса.
Кроме того в тех же целях устранения солонцового процесса было изучено действие различных доз гипса.
Взятые для опытов почвы в своем исходном состоянии совершенно не содержали поглощенного натрия, и потому первой задачей опытов явилось установить, какая степень засоления натровыми солями необходима для того, чтобы вызвать ясные солонцовые явления. Оказалось, что при осолонении около 8% солонцовые явления уже проявляются, но слабо, а при 20—30% уже совершенно отчетливо.
Эти показания имеют существенное практическое и притом положительное значение, так как показывают, что в местных почвах солонцовые явления проявляются только при значительных степенях осолонения.
Объяснение этого факта заключается в том, что в местной почве известь ее оказывает существенное тормозящее, буферное, по отношению к натровой соли, действие. Нужно однако при этом заметить, что природные солончаки бывают часто осолонены в своем поверхностном горизонте до величин значительно даже больших, чем в наших опытах, и потому следовательно изучаемое явление может иметь достаточное распространение в природе. Кроме того нужно помнить, что эффект, аналогичный действию высоких концентраций соли, может получиться и при повторных воздействиях концентраций низких, что часто в природе и реализуется.
Подробный учет опыта промывок с искусственным осолонением в 20% NaCl дал результаты, показанные графически на чертеже 34.
На нем мы видим, что промывка всех элементов солей идет здесь совершенно так, как это должно быть теоретически, а именно: простые соли, представленные здесь ионами Cl', SO4", Ca" и Mg", выщелачиваются весьма быстро и, можно сказать, полностью исчезают в 3-й вытяжке. Соответственно этому кривые их получаются круто падающими, что и характеризует собой чисто физическую природу этого выщелачивания.
В противоположность этому мы видим, что с того момента, как концентрация простых солей понизилась (2-я вытяжка), количество соды в почве начинает возрастать и достигает максимума в 4-й вытяжке. Это и есть проявление второй, химической, фазы мелиорации солончака, осуществляющейся по уже известной нам схеме реакции вытеснения поглощенного натрия кальцием извести почвы. Прослеживая кривую соды дальше, мы видим, что после 4-й вытяжки она довольно быстро падает, и в 6-й (или вероятно в 7-й) вытяжке приходит уже к исходному низкому уровню, который означает конец второй, химической, фазы мелиорации нашего искусственного солонца.

Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

Нельзя не обратить внимания на то обстоятельство, что в этом случае солонцовый процесс ликвидирован значительно быстрее (на 6—7-й вытяжке), чем в вышеприведенной (черт. 43) промывке заволжской почвы, где потребовалось 16 вытяжек. Объяснение этому явлению заключается только в факте присутствия в голодностепской почве извести, кальций которой оказывается в данном случае достаточно активным агентом. Тем не менее несмотря на исключительную практическую важность этого факта нужно признать, что и в этом случае процесс мелиорации требует слишком много воды и времени. Подсчет, аналогичный предыдущему, дает величину промывной нормы порядка 50 000 м3 на гектар.
Дальнейшие опыты поставили себе задачей выяснить, какие дозы гипса необходимы для того, чтобы предотвратить появление солонцовых процессов.
Опыты ставились таким образом, что к навескам почвы, одинаково засоленным хлористым натрием (27,4%), прибавлялись различные дозы гипса, и затем в последовательных водных вытяжках определялись количество соды (в ионе HCO3) и дисперсность (по количеству фракций ила тоньше 0,001 мм). Дозы гипса были рассчитаны таким образом, что максимальная из них (3,15%) давала в первой вытяжке раствор, вполне насыщенный гипсом (в данной концентрации хлористого натрия), вторая доза равнялась половине этого количества, третья — четверти, и в качестве контроля одна проба почвы шла без гипса совсем.
He рассматривая здесь подробно результатов каждого опыта (что сделано в оригинале), приведем лишь итоговые сравнительные диаграммы щелочности и дисперсности (черт. 44—45). Кроме опытов, названных выше, на них даны для сравнения еще кривые естественной, совершенно не засоленной почвы и почвы, полностью насыщенной натрием путем многократной промывки ее раствором хлористого натрия. На этих диаграммах отметим следующие существенные моменты.
Кривые щелочности и дисперсности естественной, не засоленной почвы лежат чрезвычайно низко и имеют вид почти горизонтальных линий.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

Наоборот, кривые почвы, вполне насыщенной натрием, расположены наиболее высоко и имеют крайне резко выпуклый в середине характер. Следует при этом отметить все же, что абсолютная величина щелочности для нашего серозема далеко не достигает тех величин, которые характерны например для чернозема. Объясняется это малой общей емкостью поглощения серозема, измеряющейся величиной 10—12 м/экв. Все другие кривые располагаются
посредине между этими двумя крайними линиями. Это показывает, что осолонение в 27% еще не достаточно для полного насыщения поглощающего комплекса почвы натрием.
Теперь обратим внимание на влияние доз гипса. Оказывается, что уже наименьшая доза в 0,77% существенно влияет как на щелочность, так и на дисперсность. При этом влияние проявляется не столько в снижении максимума, сколько в уменьшении шага кривой, т. е., иначе говоря, в уменьшении числа вытяжек, необходимых для выщелачивания натрия. Последующие увеличенные дозы гипса уменьшают одновременно как шаг кривой, так и ее максимум, однако существенное понижение последнего наблюдается только при максимальной дозе.
Обращает на себя внимание весьма важное практически обстоятельство, что даже максимальная доза гипса все же еще не предотвращает полностью внедрения натрия в поглощающий комплекс. Растворимость гипса следовательно мала для того, чтобы получить в растворе необходимое соотношение ионов натрия и кальция. Это отношение равно в данном случае примерно 10:1, т. е. одного иона кальция недостаточно, когда в растворе налицо одновременно 10 ионов натрия. Практически следовательно в почве должен быть некоторый запас нерастворенного гипса, который, перейдя в раствор, в последующих промывках вытеснит окончательно натрий.
В следующей серии опытов хлористый натрий был заменен эквивалентным количеством сернокислого натрия (Na2SO4), все же остальное было аналогичным. Результаты этих опытов мы приведем также лишь в виде итоговых кривых щелочности и дисперсности(черт. 46 и 47).
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

Мы должны констатировать следующее: в тех пробах, где гипс отсутствует, действие на поглощающий комплекс сернокислого натрия оказывается совершенно одинаковым с действием хлористого натрия, т. е. количество натрия, внедряющегося в поглощающий комплекс, оказывается в обоих случаях одинаковым.
Однако другие стороны действия Na2SO4 оказываются существенно иными, чем при хлористом натрии.
Во-первых, мы видим, что здесь везде в первых вытяжках оказывается большое количество соды, чего совершенно не было при хлористом натрии. Причина этого отличия для нас теперь ясна: это сода, образующаяся по реакции Гильгардта.
Мы видим здесь одновременно яркую картину того, что сода по Гильгардту вымывается из почвы совершенно так, как любая воднорастворимая соль, и потому ее уже почти нет во второй вытяжке. Сода же по Гедройцу дальше дает обычную выпуклую кривую.
Второе отличие кривых сернокислого натрия заключается в эффекте доз гипса. Кривые и щелочности и дисперсности показывают, что здесь уже минимальная доза гипса 0,77% оказывается гораздо более эффективной, чем при хлористом натрии. По-видимому, причина этого заключается, во-первых, в том, что фактическая концентрация гипса здесь повышается за счет реакции Гильгардта, а, во-вторых, гипс менее растворим в сернокислом натрии, чем в хлористом, в силу чего он не сразу выщелачивается из почвы и потому энергично действует в последующих вытяжках. При дозе гипса в 1,5%, когда солонцовый процесс практически погашен, отношение ионов натрия и кальция равно примерно 20:1, т. е. в данном случае один ион кальция парализует действие 20 ионов натрия.
В итоге рассмотрения этих опытов мы должны следовательно констатировать, что в практике мелиорации солончаков очевидно необходимо различать не только солончаки кальциевые и натровые, но в группе последних нельзя также игнорировать различий между хлоридным и сульфатным осолонением. При этом с точки зрения развития солонцового процесса сульфатные солончаки должны квалифицироваться как более легкие, так как они требуют меньших доз гипса.
Понятно, что все эти соотношения являются пока лишь ориентировочными наметками, требующими более детальной проработки и проверки в других условиях опыта.
Е.Н. Иванова (Труды Почленного института им. В. Докучаева, т. VIII, в. 8, 1933 г.) осуществила ряд опытов по изучению поглощения катионов ив смесей солей NaCl и CaCl2 разных концентраций. Ниже мы приведем результаты только для двух крайних концентраций в 1,0 и 0,1 N (см. табл. 52).
Из этих данных видно, что даже тогда, когда отношение натрия к кальцию в растворе равно единице, тем не менее натрий поглощается в количестве около 11% емкости. При увеличении отношения до 4:1 поглощение натрия увеличивается почти пропорционально, а далее затухает. Практически поглощение натрия прекращается лишь при отношении 0,3:1.
Дальнейшее подробное изучение этих взаимоотношений смесей солей и поглощающего комплекса имеет чрезвычайно большое практическое значение с точки зрения мелиоративной оценки солончаков.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

В полевой практике промывок солончаков Средней Азии явления солонцеватости к сожалению до сих пор аналитически не регистрировались, поэтому невозможно оценить достаточно полно с.-х. значимость тех явлений, которые зарегистрированы в лабораторных экспериментах. Тем не менее качественными наблюдениями отмечен ряд случаев, когда после промывки например в Голодной степи поля оказывались в весьма плохом состоянии, крайне затруднявшем их использование. Никаких других причин кроме вероятного развития солонцеватости здесь усмотреть было нельзя. Повидимому и в других районах, как Фергана, Хорезм, эти процессы проявляют себя отрицательно, и население, надо думать, в этих целях применяет иногда в качестве удобрений сырые гипсоносные породы.
Следовательно нужно считать, что и в условиях Сpeднeй Азии, несмотря на невысокую предельную степень солонцеватости, тем не менее промывки солончаков следует вести до удаления из них по крайней мере большей части поглощенного натрия. Правда, теоретически возможно как-будто избежать проявления солонцеватости и другим путем, а именно оставляя в почве некоторое количество растворимых солей, достаточное для того, чтобы предупредить диссоциацию поглощающего комплекса, насыщенного натрием. Этот путь кажется заманчивым потому, что он требует уменьшенных промывных норм. Однако мы считаем его практически опасным о двух точек зрения: во-первых, оставив в почве некоторое количество солей, мы всегда рискуем, что в процессе обычной динамики их может возникнуть в каком-либо горизонте опасная для растений концентрация их; с другой стороны, при малых концентрациях солей всякий полив может настолько понизить ее дополнительно, что мы получим вспышку щелочности, опасную для растений. В практике такие явления наблюдаются, по-видимому, часто, но они не зарегистрированы аналитически. Поэтому мы приведем здесь лишь некоторые данные лабораторной работы Бризеля (Аризонна), изучившего изменение щелочности почвы в зависимости от степени ее влажности.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

Мы видим, что чем больше воды соприкасается с почвой, тем щелочность выше. В этом мы усматриваем подтверждение мысли о возможности вспышки щелочности при поливе и потому высказываемся за промывку до удаления не только солей, но и значительной доли поглощенного натрия.
Весьма интересные, но к сожалению оставшиеся не обработанными аналитически данные были получены инж. Морозовым для солончаковых почв опытного поля на р. Или (Казакстан). Здесь была выделена площадь в 0,72 га, разбитая на 18 делянок, на которых был посеян рис. В течение сезона, с 26 июня по 30 сентября, наблюдались развитие риса и гидромодуль каждой делянки в условиях постоянного и одинакового по высоте слоя затопления водой.
Полученные данные представлены на диаграмме, показывающей изменение скорости впитывания (или величины гидромодуля) каждой делянки в течение всего сезона. На этой диаграмме мы видим, что в первую пятидневку (26—30 июня) гидромодуль всех делянок практически одинаков и падает с 42—27,8 до 27,8—13,8 л/сек. на гектар. Дальше намечается уже ясная дифференциация делянок: на делянках первых номеров появляются величины порядка 1,4—4,2 л/сек., тогда как на других делянках они не опускаются ниже 11,1—13,9 л/сек.
Эта дифференциация все более ярко проявляется в течение сезона. Так на 1-й и 2-й делянках уже с половины третьей пятидневки установилась величина 0—1,4 л/сек., т. е. фильтрация практически почти прекратилась, тогда как на делянке 18-й гидромодуль до конца сезона не опустился ниже 5,8—8,3 л/сек. Все другие делянки расположились почти правильным рядом между этими крайними величинами, как это ясно видно на чертеже.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

Наблюдении за развитием риса показали, что на делянках 15-й и 18-й оно шло более пли менее нормально и растения достигали высоты 60—75 см, тогда как на первых делянках, где фильтрация прекратилась, большая часть посева погибла, а уцелевшие растения не превышали высоты 30—35 см.
Понимать результаты этого опыта следует таким образом. Опытный участок был выбран возможно однородным по механическому составу и видимой степени засоления. Засоление было высоким, но оказалось разным по составу солей: на первых делянках очевидно преобладали натровые соли, а на последних — кальциевые. В первые дни затопления фильтрация была одинаковой в силу коагуляции почвы высокой концентрацией соли. Однако, как только избыток солей был вымыт, сейчас же на первых делянках проявился солонцовый процесс, в силу дисперсации почвы прекративший фильтрацию, а в силу щелочной реакции убивший растения. На последних делянках солонцовый процесс проявился слабо, и растения дали здесь нормальное развитие.
Необходимо обратить внимание, что такая крайняя степень пестроты засоления выявилась на очень малой площади, всего в 0,72 га. Это типичное явление для резко засоленных площадей, обязывающее относиться к нему с особым вниманием при исследовании.
Весьма яркую картину проявления солонцового процесса получил в вегетационных опытах 1932 г. И.В. Варфоломеев (ЦИНС). Он исследовал некоторые солончаки Алмаатинской зональной опытной станции (Казакстан). Опыты ставились таким образом, что посевы растений в сосудах производились на почве естественной, засоленной, промытой водой и затем промытой различными солями в целях изменения состава поглощенных оснований почвы. После такой обработки аналитически определено количество оставшихся воднорастворимых солей, количество поглощенного натрия и наконец учтен урожай. Таким образом по величине урожая можно судить о значении поглощенного натрия для развития растения. Результаты одного из таких опытов с почвой № 419 и культурой сорго (солеустойчивое растение) представлены в таблице 54 и на чертеже 49.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

В таблице, в верхней строке, обозначены способы обработки почвы, а ниже приведены величины урожая и аналитические характеристики для каждого случая.
Основные моменты, выявляющиеся из этих данных, следующие:
1) на естественной почве, как сильно засоленной и щелочной, растение не проросло;
2) наивысший урожай (100%) получился на почве, обработанной гипсом и промытой;
3) на почве, промытой от воднорастворимых солей только водой, урожай получился только в 6% от максимального по гипсу. Количество поглощенного натрия измеряется здесь величиной 63% от общей емкости;
4) промывка водой, насыщенной углекислотой, понизила процент поглощенного натрия до 28 и соответственно повысила урожай до 40%;
5) все другие обработки (CaCO3, CaCl2, NaHSO4) дали урожай в пределах 50—87% от максимального. Из этого следует, что любая из этих солей может быть эффективна, но в каждом частном случае необходимо подобрать оптимальную дозу ее.
Для почв Закавказья (Муганская степь, Мелиоративная станция Джафархан) ясная картина развития солонцового процесса наблюдалась в лаборатории ВНИИГиМ при промывке монолитов. Исследование отдельных порций фильтратов дало следующую картину изменения щелочности их (табл. 55).
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

Здесь мы во всех случаях, за исключением одного песчаного монолита № 3 с очень малым засолением, видим, что щелочность в последовательных порциях фильтратов сначала резко возрастает и только в пятой порции вновь понижается. Особенно резко это явление выражено в первых двух глинистых монолитах, где кроме бикарбоната натрия появляется даже нормальная сода. Общий характер кривой щелочности в последовательных порциях фильтратов получается совершенно таким же, как и в последовательных водных вытяжках искусственно засоленных почв Средней Азии.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

Последние наблюдения (еще не опубликованные) на Джафархане за опытными промывками почв в поле показали, что здесь также наблюдается повышение щелочности после некоторых норм промывок. При последующих посевах здесь хлопчатника наблюдалась резкая задержка его роста в первый период развития, но затем ему удавалось выправиться, и он развивался далее даже бурно.
Подробная обработка и анализ этих полевых экспериментальных данных должна дать несомненно очень интересные и ценные практические показания.
В дельте р. Терека (Северный Кавказ) М.Ф. Буданов ставил по поручению Рисотреста в 1932 г. полевые опыты по промывке солончаков. Из отчета об этих опытах мы приведем некоторые данные, характеризующие проявление солонцового процесса.
Опыты ставились с разными нормами промывки, и определялись щелочность, дисперсность и коэффициент фильтрации непосредственно перед промывкой и сейчас же после нее.
При нормах промывки в 8 000 и 9 864 м3 (черт. 50 и 51) получилась простая и ясная картина увеличения солонцеватости: в обоих случаях щелочность и дисперсность повысились, а коэффициент фильтрации соответственно уменьшился.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике

При промывке в три последовательных приема общей нормой в 13 600 м3 получалась несколько более сложная картина (черт. 52): щелочность после первой и второй промывок здесь падает по сравнению с исходной. Это вымывается готовая сода солончака. Ho после третьей промывки щелочность вновь повышается, и одновременно с этим резко возрастает дисперсность и падает коэффициент фильтрации. Солонцеватый процесс захватывает в этих случаях не только верхний горизонт 0—20 см, но и более глубокий — 20—40 см, что видно на чертеже 53.
Мелиоративная, значимость этих изменений легко оценивается амплитудой величин коэффициента фильтрации, которая лежит в пределах 0,0002—0,0011.
Сельскохозяйственная оценка этих данных к сожалению не может быть дана за отсутствием соответствующих фенологических наблюдений.
Случаи солонцовых явлений в мелиоративной практике