Сформулированная задача решается методом случайного поиска. Математическая модель позволяет прогнозировать дефляционные процессы при учете таких свойств почв, как механический состав, влажность почвы, содержание гумуса, карбонатов, вредных водорастворимых солей. Модель учитывает многофакторность развития эрозии, взаимосвязь между эффектом от воздействия отдельных факторов.
Для разработки наиболее эффективных путей уменьшения эрозии, повышения урожая необходима оптимизация всех параметров системы в их взаимосвязи. Необходима оптимизация экологической системы и состояния биогеоценоза при комплексном воздействии. 1. В зависимости от типов почв, свойств почв (луговых, лугово-сазовых, пустынных песчаных, луговых аллювиальных, серо-бурых). 2. При воздействии на свойства почвы, изменяя их емкость и структуру при внесении погребенных почв, выброс из коллекторно-дренажных вод. 3. При воздействии на напочвенный покров (подбор состава и структуры лесных полос, кулисных посевов, густоты стояния посевов). Для предупреждения дефляции почв применяют почвозащитные севообороты: полосное расположение посевов, мульчирование, посев промежуточных культур, кулисы, травосеяние, почвозащитную систему механической обработки, борьбу с сорняками и закрытие влаги, совмещение операций и минимальную обработку, агромелиоративные мероприятия.
7. Экологическая оценка засоления и осолонцевания почв
Общая площадь учтенных засоленных земель России составляет 38,4 млн. га (19,9% всех сельхозугодий).
Засоленные и солонцовые почвы являются, как правило, неотъемлемой частью в структуре почвенного покрова зоны сухих степей и, в значительной степени, определяют урожай сельскохозяйственных культур. Без мелиорации засоленных и солонцовых почв получение высоких устойчивых урожаев на почвах солонцового комплекса невозможно. Наличие пятен солонцов и засоленных почв на значительной части пашни ограничивает возможность освоения современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Тем самым снижается эффективность использования преобладающих зональных почв комплексов.
Засоление и осолонцевание почв приводит к существенному ухудшению плодородия почв. Засоление почв обусловлено накоплением в почве большого количества водорастворимых солей катионов Ca, Mg, K, Na и анионов Cl, SO4, CO3, HCO3, NO3. Высокая концентрация солей создает высокое осмотическое давление (больше 16 атм), которое не выдерживают растения и отдельные представители биоты. Как правило. негативный эффект имеет концентрация водорастворимых солей более 0,25% от веса почвы, а токсичной – концентрация более 1, 2, 3%, в зависимости от типа засоления. Токсичной для биоты является и высокая концентрация отдельных солей (катионов и анионов), что указано в приводимых в тексте таблицах. Наличие в почве солей слабых кислот (угольной, борной, кремниевой) и сильных оснований (К, Na) приводит к возникновению сильно щелочной реакции среды (рН=9-11), неприемлемой для живых организмов.
Миграция высокой концентрации солей и щелочных продуктов в другие компоненты экологической системы (как по воздуху, так и через грунтовые воды) приводит к их деградации. Таким образом, основным неблагоприятным свойством засоленных почв является высокая концентрация солей и в отдельных случаях – щелочность. Деградация компонентов экологической системы обусловлена уменьшением биопродуктивности, развитием засоления. опустынивания, повышенной миграцией в грунтовые воды при щелочной реакции среды натрия, органического вещества, НСО3. Осолонцевание почв обусловлено увеличением в поглощенном состоянии натрия и магния выше допустимых пределов, что вызывает диспергирование почв, значительное увеличение их плотности до 1,7-1,9 г/см3 (при оптимуме 1,0-1,2), потерю водопроницаемости, возникновение щелочной реакции среды. Часть солонцовых пятен находится под вечным паром, пополняя грунтовые воды нитратами, которые, не используясь растениями, накапливаются в почвогрунтах, вследствие чрезмерной минерализации гумуса. Деградация компонентов экологической системы обусловлена уменьшением биопродуктивности, значительной миграцией в грунтовые воды и пониженные элементы рельефа натрия, водорастворимого органического вещества, солей, развитием опустынивания почв и, в отдельных случаях, анаэробиозиса.
К засоленным почвам относятся почвы, содержащие в своем составе легкорастворимые соли в токсичных для сельскохозяйственных растений количествах. Они оказывают прямое отрицательное воздействие на растения в результате повышения осмотического давления почвенных растворов и токсичного действия отдельных ионов, а также косвенное влияние через изменение физико-химических, биологических и других свойств под их влиянием. Наибольший токсический эффект проявляют сода, затем хлорид, далее бикарбонаты натрия и магния и затем сульфаты натрия и магния. Гипс, так же как и карбонат кальция (в отличие от токсичного карбоната магния), не ядовит, однако, присутствие его в больших количествах (гипсовые коры) приводит к понижению плодородия почвы.
По глубине залегания верхней границы солевого горизонта засоленные почвы разделяются на солончаковые – соли в слое 0-30 см, солончаковатые – 30-80 см, глубоко солончаковатые – 80-100 см и глубокозасоленные – глубже 150 см. Содержание солей выражается в % и в мг-экв на 100 г почвы. В первом приближении, засоленными считаются почвы, содержащие водорастворимых солей более 0,25% от веса почвы, а солончаками – более 1, 2, 3% в зависимости от типа засоления. При более точной экологической оценке засоления почв учитывают характер засоления (преобладающий химический состав катионов и анионов), а при еще более детальной оценке – сумму токсичных солей.
Если принять токсичность ионов хлора за 1, то соотношение ионов по токсичности можно выразить следующим рядом: 1Cl- = 0,1CO32- = (2,5-3,0)HCO3- = (5,0-6,0)SO42- (при этом учитываются только токсичные ионы, остающиеся после вычитания из данных водной вытяжки сульфата и бикарбоната кальция). Хлоридный тип засоления обычно свойственен почвам прогрессивного соленакопления, хлоридно-сульфатный – почвам перемежающегося засоления, а сульфатный – ряду рассоления (если последующий сопровождается аккумуляцией гипса).
Химизм (тип) засоления почв определяется, главным образом, по соотношению анионов в этих горизонтах, хотя учитывается и соотношение катионов. Оценка степени засоления почвы производится по содержанию токсичных солей в этих же горизонтах. Если в солончаковых почвах отмечается очень сильное засоление, они относятся к солончакам
Таблица 7
Классификация почв по содержанию солей в зависимости от химизма засоления
(токсичные соли, %)
Степень : Химизм засоления
засоления :-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
почв : нейтральное засоление рН<8,5 : щелочное засоление рН>8,5
:---------------------------------------------------------------------------------------------------------
:хлоридный, :хлоридно- : сульфатный :хлоридно- :сульфатно- :сульфатно-
:сульфатно- :сульфатный : :содовый и :содовый и :хлоридно-
:хлоридный : : :содово-хло- :содово-суль- :гидрокарбо-
: : : :ридный :фатный :натный
пороги токсичности
незасоленная
почва 0,05 0,1 0,15 0,1 0,15 0,15
слабая 0,05-0,12 0,1-0,25 0,15-0,30 0,10-0,15 0,15-0,25 0,15-0,30
средняя 0,12-0,35 0,25-0,50 0,30-0,60 0,15-0,30 0,25-0.40 0,30-0,50
сильная 0,35-0,70 0,50-1,03 0,60-1,53 0,30-0,50 0,40-0,60 не встр.
очень сильная 0,70 1,0 1,5 0,5 0,60 не встр.
1 – сумма токсичных солей равна сумме токсичных солей, выраженных в %:
STOK % = [Cl+Na+Mg+SO4 TOK+HCO3 TOK]%. Ионы хлора, натрия и магния относятся к категории токсичных целиком; НСО3 ТОК = НСО3 ОБЩ – СаSO4 TOK = SO4 ОБЩ – (Са-НСО3). Расчет суммы токсичных ионов проводится в мг-экв, затем эти ионы переводятся в проценты и суммируются.
2 – показатели по сумме токсичных солей при хлоридно-сульфатном и сульфатном типах засоления для категории сильно- и очень сильно засоленных почв округлены для удобства использования до 1,0-1,5%. Величина содового засоления оценивается по показателям хлоридно-содового.
Очевидно, что воздействие конкретных солей на почву и растения определяется как свойствами почв, так и экологическими особенностями растений, зависит от состояния почв и растений, климатических условий. Поэтомуоценка степени засоления почв по содержанию в них токсичных солей также является, в значительной степени, условной. На отдельных почвах определенные растения гибнут уже при низкой концентрации солей, на других почвах растения выдерживают высокую концентрацию солей. Основным критерием оценки солевого режима почв является состояние выращиваемых на них сельскохозяйственных культур. По этому показателю почвы делятся на 5 групп.
Таблица 8
Степень засоления почв и урожайность растений (Базилевич И.И.,
Панкова Е.И., 1968)
Степень засоления почв : Состояние растений :Урожай, % от устойчивого на
: :незасоленных почвах
незасоленные хорошее 100
слабозасоленные слабо угнетенное 80
среднезасоленные угнетенное 50
сильнозасоленные сильно угнетенное 30
очень сильнозасоленные очень сильно угнетенное или полная гибель 0-10
В то же время разработаны шкалы устойчивости к засолению отдельных культур и сортов растений.