Поиск

Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)
27.06.2015

Чрезвычайно поучительные данные получены в опытах по улучшению солончаков во Фрэзно (Калифорния), начатых еще в 1913 г. и не законченных еще вполне и в настоящее время. Ниже мы ознакомимся с ними кратко на основании имеющихся уже публикаций Калифорнийской опытной станции.
Долина реки Jan Joaguin была орошена, по-видимому, в начале 80-х годов, а уже в 1886 г. проф. Е. Гильгард указывал, что многие ее части требуют дренирования. В 1909 г. площадь, требующая мелиораций, определялась ориентировочно уже в 200 000 акров.
Собственно площади Фрэзно около 1890 г. были лучшими виноградными землями долины. Однако вскоре, благодаря поднятию уровня грунтовых вод и начавшемуся осолонению, виноградники пришлось заменить люцерной. Последняя давала удовлетворительный урожай всего несколько лет и была заменена ячменем как наиболее солеустойчивой культурой. Однако и ячмень перестал давать хозяйственно выгодные урожаи, и в 1913 году культура на этих площадях была оставлена совсем. Орошенная цветущая площадь превратилась в плохой дикий выгон для скота.
На этой-то площади и был заложен осенью 1913 г. опытный участок площадью в 160 акров.
Почвы квалифицируются как песчанистые суглинки с невысоким засолением от 0,2 до 3,0% отдельными пятнами. Соли представлены главным образом NaCl и Na2CO3, так что солончаки относятся к группе так называемых черных (black alkali soil) по американской терминологии. Углекислого кальция (CaCO3) всего 0,1%.
Грунтовые воды на участке не опускаются ниже 6 фут. за весь год, в течение вегетационного периода они не ниже 4 фут., а в июне — не ниже 2 фут., достигая временами поверхности почвы. Картина — типичная для многих ирригационных не дренированных районов.
Дренаж на участке был заложен обычный трубчатый, гончарный с глубиной дрен в среднем 5,75 фута и коллектора — 7 фут. Расстояния между дренами 300 фут., длина дрен от 315 до 1 700 фут. Дренажные воды откачивались насосной установкой.
В течение 1914—1916 гг. поля энергично промывались затоплением, и делались посевы. Результаты получились следующие: грунтовые воды в среднем остались на том же бытовом уровне 4—5 фут. от поверхности, но амплитуда колебаний их стала несколько меньше.
Динамика солей характеризуется следующей таблицей:

Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

Цифры показывают, что за эти годы произошло уменьшение суммы солей на 60,3%, NaCl — на 78,6% и Na2CO3 — на 15,7%. Обращает на себя внимание поведение соды: в 1914 г. количество ее не уменьшилось, а увеличилось на 1,2%, и только в 1915 г. произошло незначительное уменьшение. Здесь мы наблюдаем типичную картину солонцового процесса, как он проявляется и в лабораторных экспериментах. Авторы исследования отметили слабую вымываемость соды по сравнению с хлористым натрием, однако полностью смысл явления не был тогда понят, так как американские исследователи в то время еще только начинали знакомиться со свойствами поглощающего комплекса, насыщенного натрием.
Посевы некоторых культур, как ячмень, овес на сено, дали в некоторых случаях вполне удовлетворителные результаты, и потому общий эффект дренажа и промывок был в то время оценен как положительный. Поскольку смысл солонцовых явлений не был ясен, постольку дефекты промывок, выражавшиеся в массе голых пятен, не дававших урожая, на которых вода не впитывалась, казались случайными, и ожидалось, что они будут устранены в дальнейшем. Однако эти ожидания не оправдались. В 1919 г. стала более ясной химическая природа явления, предыдущие результаты должны были быть признаны неудовлетворительными, и было приступлеко к организации новых опытов уже химической мелиорации.
Предварительно пришлось изменить и самую систему дренажа, заменив трубчатый дренаж калифорнийским колодцем 16 дюйм, диаметром и 70 фут. глубиной. Это дало возможность понизить уровень грунтовой воды до 8 фут. Откачиваемая грунтовая вода оказалась богатой кальциевыми солями, и потому на все дальнейшие промывки употреблялась именно она, а не обыкновенная пресная оросительная вода.
Опыты химического улучшения почв были поставлены со следующими солями: гипс в количествах от 11 до 15 т на акр, сера в количестве 1 000-—3 600 фунтов на акр, сернокислое железо и квасцы по 9—11 т на акр. После внесения солей делянки обильно промывались и затем культивировались.
Полевые наблюдения проведены в период с 1920 по 1927 г,, а аналитическая проработка вопроса продолжается и дальше. Ниже мы приведем кратко полученные результаты исследований в отношении: 1) динамики воднорастворимых солей (хлористого натрия и соды), 2) изменений поглощающего комплекса и 3) общего в.-х. эффекта разных методов улучшения.
Динамика воднорастворимых солей приводится в таблицах 57, 58 и 59.
Таблица 57 дает результаты опытов с гипсом.
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

Цифры таблицы показывают, что на гипсованных делянках и 1927 г. соды уже нет до глубины 24 дюйм., ниже же ее количество еще значительно, она сюда вмыта. По не гипсованной делянке количество соды значительно во всех слоях.
Смысл этого эффекта для нас теперь ясен: с одной стороны, гипо уничтожает готовую соду по реакции:
Na2CO3 + CaSO4 = Na2SO4 + CaCO3,

а с другой — кальций гипса вытесняет поглощенный натрий и сода больше уже не образуется. В контрольной делянке поглощенный натрий вымывается крайне медленно, и потому понижение количества соды незначительно.
Хлор промывается также неодинаково и именно лучше па гипсованных делянках. Это должно быть поставлено в связь с улучшением на них фильтрационных свойств благодаря замещению натрия на кальций в поглощающем комплексе.
Таблица 58 показывает сравнительный эффект действия серы и гипса.
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

Сера сама по себе ни в какие реакции с почвой не вступает, но специальными бактериями (так называемыми серобактериями) она окисляется в серную кислоту, последняя растворяет кальций карбонатов и частью силикатов, который и является уже действующим агентом. Таким образом для проявления действия серы нужно некоторое время (год и более), что и отражено хорошо в приведенной таблице. Здесь мы видим, что в течение 1921 г: эффект серы заметно ниже гипса, но в 1925 и 1926 гг. он значительно обгоняет гипс. Таким образом сера оказывается значительно более эффективной несмотря на гораздо меньшие дозы ее. Опыты показали, что дозу серы можно снизить до 1 000 фунтов на акр, и тогда стоимость этой мелиорации не будет превышать 45 долларов на акр.
Результаты опытов с железом и алюминием приводятся в таблице 59.
Действие этих солей заключается в том, что при гидролитическом расцеплении они освобождают серную кислоту, которая и является уже активным агентом. Цифры таблицы показывают, что действие обеих солей между собой равно. Эффект их по отношению к контролю значителен, но по сравнению с гипсом и серой должен быть признан более слабым. Исследования в Аризоне показывают, что в щелочных почвах гидраты алюминия (и вероятно железа) могут оказывать чрезвычайно неблагоприятное влияние на водопроницаемость почв, закупоривая поры их. Возможно, что эффект, полученный во Фрэзно с солями алюминия и железа, должен быть поставлен в связи с этим явлением.
Изменения, которые произвели (через два или более года) рассмотренные выше соли в составе поглощенных катионов почв, приведены в таблицах 60, 61, 62 и 63.
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

Цифры эти показывают, что все соли произвели заметное уменьшение количества поглощенного натрия почвы, однако далеко не полностью его вытеснили. Таким образом улучшение почвы еще далеко не доведено до конца. И это тем более, что на разных делянках изменением захвачены или все или жe только некоторые верхние слои. Резких отличий в действии различных солей в этих цифрах незаметно, следовательно чисто химический эффект их более или менее одинаков. Приведенное цифры количеств поглощенного натрия весьма важны с точки зрения подхода к установлению допустимых норм солонцеватости, которых пока вообще нет совсем: оказывается, что в данных слабо карбонатных почвах и при очень нивкой емкости поглощения порядка 5 м/экв. культура люцерны становится возможной уже при очень высокой солонцеватости в 35—45% поглощенного натрия от емкости. Это конечно только частный случай, обобщать его нельзя, и авторы справедливо считают эту стадию мелиорации лишь началом улучшения почвы.
Теперь познакомимся с с.-х. эффектом этих опытов, выраженным в урожае.
Действие разных доз гипса зафиксировано в таблице 64.
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

Мы видим, что при насыщении свыше 0,6 семена уже не прорастают, лучшее же состояние растений было отмечено при насыщении в 0,3.
Здесь существенно отметить следующее обстоятельство. Применение гипса для улучшения черных солончаков было предложено Гильгардтом еще в 80-х годах. При атом доза гипса должна была быть рассчитана по количеству соды в почве для перевода ее в сернокислый натрий. По этому расчету доза гипса в данных условиях не должна была превышать 3 т на акр. Однако опыт показывает, что даже 12 т не дают еще полного эффекта. Это лишний раз наглядно подтверждает справедливость современной точки зрения на процесс, требующей гипса не только на нейтрализацию наличной соды, но и на замещение поглощенного натрия. Правда, нет надобности замещать натрий полностью сразу, но, с другой стороны, в почве трудно обеспечить полное использование гипса, часть его несомненно будет выщелачиваться, что увеличивает практически необходимую дозу его.
На чертежах 54, 55, 56 очень рельефно видно изменение состояния поля под влиянием только промывки и гипса.
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

Сравнительный эффект серы и гипса дан в таблице 65.
Мы видим, что эффективность серы в 1922 г. меньше чем гипса, но о 1924 и до 1927 г. она уже впереди гипса. Выше уже указано, что это результат биологической подготовки процесса.
В этой серии опытов вновь ярко показана разница между действием только промывки водой и химическим лечением почвы. Эта разница видна ив чертежа 57.
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

Действие солей железа и алюминия показано в таблице 66.
Мы видим, что эффект этих солей по сравнению с промывкой только водой громаден и не хуже эффекта гипса и серы. Тем не менее еще раз напомним, что употребление солей железа и алюминия возможно, по-видимому, лишь с большой осторожностью в виду возможного вредного действия коллоидных гидратов их на фильтрационные свойства почв.
В заключение отметим главнейшие выводы, которые следует сделать ив этих экспериментов:
1. Непродуктивность почв типа Фрэзно определяется двумя факторами:
а) избытком воднорастворимых солей и в частности соды,
б) присутствием натрия в составе поглощающего комплекса почвы.
2. Улучшение таких почв возможно только по линии воздействия на оба эти фактора.
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)
Опыты промывки солончаков во Фрэзно (Калифорния)

3. Обычным методом промывки только водой такие почвы улучшить нельзя. Одновременно необходима химизация, для которой лучшим материалом намечаются сера и гипс.
4. Нормы химизации должны ориентироваться на количества наличной соды в почве и состав поглощенных катионов, однако практически в каждых условиях должны поверяться экспериментально.
5. Операция улучшения почв типа Фрэзно не осуществляется сразу, а требует достаточно длительных периодов времени, измеряющихся годами.
6. Самое улучшение в этих условиях неосуществимо без хороших дренажных устройств.
Весьма важные итоговые данные по описанному опыту во Фрэзно опубликовал Келли в 1933 г. в Mezfigozdaskgi Kutatаsok, Vl ev., 1933, Dec., 12 sz. Данные, относящиеся к водно растворимым солям, обменным катионам и урожаю на делянках, удобренных гипсом, серой, и на не удобренной, а только промывавшейся, приведены в таблицах 47—53. Мы видим, что на одиннадцатом году опыта, на не удобренной делянке № 5 получен такой же хороший урожай хлопка, как и на удобренных делянках. Этот результат достигнут благодаря систематическим обильным промывкам (к сожалению объем их не известен) водой, содержащей 0,250 г солей на литр, при отношении натрий/кальций+магний = 1:3. Этот эффект, несмотря на длительность времени, через которое он получен, все же следует считать лишь началом коренного улучшения, так как сода удалена, а поглощенный натрий доведен до 6% от емкости только в верхнем слое почвы в 12 дюйм. С помощью гипса и серы улучшение почвы проникло на глубину 36 и даже 48 дюймов.