Химический метод мелиорации наиболее эффективен в условиях увлажнения почв и орошения. В богарных условиях он может эффективно применяться лишь на луговых и лугово-степных солонцах черноземной зоны. При определении доз гипса методом донасыщения потребность почв в гипсе определяется по разности в поглощении (кальция насыщенного раствора CaSO4) солонцом и зональной почвой, с четом мощности пахотного слоя и плотности почв.
Для разных солонцовых почв применяются как неодинаковые приемы мелиорации, так и различные мелиоранты. По Кирюшину В.И., основным направлением мелиорации солонцов в лесостепной зоне является гипсование. Эффективность этого приема доказана в широких производственных масштабах. При средней дозе гипса около 10 т/га прибавка урожайности зерновых культур составляет около 5 ц/га на протяжении 7-8 лет после однократного внесения этой дозы. В степной зоне эффективность гипсования степных солонцов намного ниже. Однако, на лугово-степных солонцах прибавка урожайности зерновых от гипсования составляет 3-4 ц/га в среднем за 8-10 лет. Вопрос гипсования луговых солонцов разработан пока недостаточно. Тем не менее в районах северной лесостепи получен значительный материал, свидетельствующий о довольно устойчивом мелиоративном эффекте этого мероприятия на солонцовых землях с залеганием грунтовых вод глубже 1,5-2 м. В степной зоне южной лесостепи в условиях более высокого засоления почвенного профиля и минерализации грунтовых вод химическая мелиорация луговых солонцов малоперспективна.
Таким образом, первоочередным объектом гипсования являются лесостепные солонцовые комплексы с участием солонцов до 50%, на которых проводится выборочное гипсование солонцовых пятен. В степной зоне следует ориентироваться, в первую очередь, на гипсование пятен солонцов в лугово-степных комплексах с участием их до 30%. Основное направление мелиорации солонцовых почв в этой зоне – обработка плантажными трехъярусными и другими мелиоративными плугами. Этот прием при однократном применении обеспечивает устойчивое повышение урожайности зерновых культур на степных и лугово-степных солонцах на 4-6 ц/га и сена на 7-8 ц/га. На определенных категориях солонцов (средне- и многонатриевые высококарбонатные) требуется применение комплексных мелиораций, сочетающих мелиоративную обработку с применением стартовых доз гипса при поверхностном внесении с целью устранения почвенной корки и интенсификации процесса самомелиорации за счет внутрипочвенных запасов карбоната кальция).
Фитомелиорация
Важнейшим аспектом любых мелиораций является мелиорирующее воздействие на почву самих растений. Однако, по Кирюшину В.И, биологический компонент мелиорации может эффективно проявляться лишь при условии рационального подбора культур и оптимальной структуры их возделывания. В настоящее время разработаны региональные шкалы и группировки культур по соле- и солонцеустойчивости, а также по устойчивости к засухе, переувлажнению и другим неблагоприятным условиям. Тем самым созданы исходные предпосылки для решения этой задачи. Однако, на практике важно найти оптимальные сочетания культур в структуре угодья и правильно построить севообороты. Например, структура использования пашни на мелиорируемых солонцах должна предусматривать такую долю пара и набор культур, которые будут способствовать интенсивному рассолению и рассолонцеванию на фоне гипсования или мелиоративной обработки и одновременно обеспечивать оптимальный режим органического вещества с целью формирования водопрочной структуры, повышению биологической активности почвы, способствующей интенсификации обменных реакций мелиорантов с почвенным поглощающим комплексом. В данной связи, в мелиоративном севообороте следует иметь определенное соотношение однолетних культур, донника и многолетних трав. При этом перекос в сторону многолетних трав будет сдерживать интенсивность процессов рассоления в неорошаемых условиях степной зоны, а перекос в сторону зернопаровых севооборотов будет создавать дефицит органического вещества.
Агротехническая мелиорация связана с улучшением свойств почв, за счет их обработки. Под этой категорией улучшения естественных кормовых угодий понимаются такие мероприятия, которые, не решая задачи коренной мелиорации, позволяют, в то же время, существенно повысить их продуктивность. К числу таких приемов относится безотвальная обработка почвы рыхлителями РС-1,5; РСН-2,9; стоками СибИМЭ на глубину 30-35 см с предварительной разделкой дернины. По Кирюшину В.И., достоинство этого приема усиливается тем, что его применение не сопряжено с риском снижения плодородия почв, имеющих на небольшой глубине солевые, солонцовые, осолоделые, оглеенные горизонты, поскольку они в процессе этой обработки не извлекаются на поверхность.
Безотвальная обработка дает ощутимый эффект в относительно благоприятных по увлажнению условиях на солонцовых почвах лесостепи, на луговых и лугово-степных солонцах степной зоны, испытывающих дополнительное поверхностное и грунтовое увлажнение при условии залужения их наиболее устойчивыми к солонцеватости и засоленности многолетними травами, на сильноосолоделых почвах, на почвах, развитых на корах выветривания и морских неогеновых глинах. Данный прием не следует унифицировать и переоценивать его мелиоративное значение, что нередко происходит. Чем сильнее дифференциация почвенного профиля на элювиальный и иллювиальный горизонты и чем хуже свойства последнего, тем значительнее роль мелиоративной обработки в улучшении водно-физических параметров и водного режима почв. На солонцах значение ее усиливается мелиоративным эффектом вытеснения обменного натрия кальцием вовлекаемых в пахотный слой гипса и извести.
Многочисленные испытания различных вариантов плантажной и трехъярусной вспашки показали весьма различные результаты в зависимости от мелиоративного состояния почвы и технологии обработки. В принципе, наиболее желательно создание однородного пахотного слоя путем перемешивания элювиального и иллювиального горизонтов, благодаря чему складываются наиболее благоприятные условия для агрегации почвы, в связи с оптимизацией соотношения илистых и пылеватых частиц. Перемещение части верхнего, наиболее активного в биологическом отношении слоя почвы вниз способствует лучшему использованию его плодородия, благодаря лучшей обеспеченности влагой нижней части пахотного слоя, что особенно важно в засушливых условиях. Однако, требования однородности пахотного слоя оказываются в противоречии с ухудшением его свойств, если в верхнюю его часть вовлекаются горизонты с очень низким содержанием гумуса, глинистые, с повышенным содержанием солей или обменного натрия и др. Отсюда необходимость использования различных вариантов мелиоративной обработки и соответствующих машин.
Следует отметить, что любые мелиоративные воздействия на почву не являются, с экологической точки зрения, полностью безопасными, так как они направлены не только на изменение свойств почв, но, в конечном итоге, естественных процессов и режимов, трофических цепей и биоразнообразия. Экологическая опасность химических мелиорантов обусловлена дополнительно содержанием в них ряда токсикантов: фтора, тяжелых металлов, стронция.
8. Кислотно-основное равновесие почв и его экологическая роль
Кислотно-основной режим почв в значительной степени определяет их генезис, плодородие и экологические функции. рН почв колеблется от 2,5 до 11. Оптимальное для развития растений значение рН составляет для большинства сельскохозяйственных культур от 5,5 до 7,5. Однако, некоторые культуры требуют специфических значений рН (например, чай – около 4). Оптимальные значения рН для большинства агрономически ценных групп микроорганизмов также колеблется в пределах от 6 до 7. В зависимости от рН среды в значительной степени изменяется содержание гумуса и его подвижных форм, содержание подвижных и водорастворимых форм соединений элементов питания и токсикантов, их миграционная способность в почвенном профиле и в ландшафте. При кислой реакции среды значительно увеличивается растворимость соединений фосфора, поливалентных катионов, но в то же время тяжелых металлов. Подвижность органического вещества почв возрастает как в кислом, так и, особенно, в щелочном интервалах. Это является одной из причин большей доли фульвокислот, по сравнению с гуминовыми кислотами как в условиях кислой, так и щелочной среды. Как следствие фульватного характера гумуса, в этих условиях отмечается уменьшение содержания гумуса в почве и уменьшение емкости поглощения почв.
Для оценки кислотно-основного состояния почв определяют рН водной и солевой (КС1) суспензии, содержание в почве ионов водорода различной прочности связи с твердой фазой. При этом концентрация ионов Н+ в растворе характеризует фактор интенсивности и определяется константами кислотной диссоциации кислых функциональных групп (- lgKa = pKa). Этот показатель характеризуется актуальной кислотностью – рН(Н2О). Количество ионов водорода в твердой фазе определяет фактор емкости и характеризует потенциальную кислотность, которая выражена в мг-экв Н+ на 100 г почв. Аналогично для щелочных почв выделяется актуальная и потенциальная щелочность.
Выделяются следующие природные факторы подкисления почв: кислые, бескарбонатные почвообразующие породы; корневое питание растений; разложение растительных остатков; выщелачивание оснований; природные, кислые выпадения. Среди антропогенных факторов подкисления выделяются следующие: изменение систем землепользования и агротехнологий, мелиоративные мероприятия, нерациональное применение удобрений (форм и доз), индустриальные и городские отходы и сточные воды, жидкие и твердые кислые атмосферные выпадения.