Пути использования малопродуктивных солонцовых земель в Костанайской области

Для выявления площадей засоленных почв в Казахстане были использованы материалы почвенных съемочных работ. При почвенно-географических съемках почвоведами Казахстана применялось традиционное разделение почв засоленного ряда на солончаки, ВОП со следующими подразделениями приведены в таблице 10.

Таблица 10 Сумма воднорастворимых солей в метровом слое почвы по данным водной вытяжки

Были одновременно использованы обширные специальные исследования солонцов и составленные при этом агромелиоративные карты солонцов северных областей Казахстана.

Наряду с почвами засоленного ряда на картах были выделены их комплексы, а также и зональные почвы разных степеней засоления.

Оценка засоленных почв и их распространение были уточнены в процессе работы над Картой засоленных почв Казахстана, которая вошла в состав Карты засоленных почв СССР и мира; она составлялась на основе международной кооперации под руководством Подкомиссии по засоленным почвам VI Комиссии Международного общества почвоведов.

Оказалось, как и следовало ожидать, что засоленные почвы распространены по территории крайне неравномерно. Если среди выщелочных и обыкновенных черноземов они занимают 30-29%, южных черноземов - 37%, то в более засушливых условиях светло-каштановых почв они уже достигают 51%, а бурых почв - 55% площади. Но в наиболее засушливых - пустынных -условиях среди серо-бурых и такыровидных почв их количество снижается до 46% от всей площади. Однако именно в этой зоне расположены наиболее крупные массивы песков Казахстана - это пустыня Кызылкум, Муюнкум, пески Южного Прибалхашья - Таукум и Сары-Ишикотрау, пески Саускан на Мангышлаке и ряд других более мелких участков (около 20 млн. га).

В песчаных массивах нет условий для широкого развития засоленных почв, так как грунтовые воды здесь глубокие, обычно имеют с поверхности слой опресненной конденсационной влаги, а высота капиллярного поднятия на превышает 1 м. В песчаных массивах засоленные почвы встречаются очень редко - только в некоторых наиболее глубоких депрессиях и межбугровых понижениях. Учитывая особенности природы песков, есть основание сопоставить засоленные почвы только с площадью глинистых пустынь. Если включать площадь песков, то они составят 67% от всей площади глинистых пустынь.

Для определения места засоленных почв в структуре почвенного покрова Казахстана ученые произвели расчеты соотношений засоленных почв с зональными почвами и разных групп засоленных почв между собой. Конечно, эти расчеты имеют несколько условный характер. Например, зону выщелочных черноземов и серых лесных почв характеризовали на очень небольшой площади, которая находится в границах республики, и как раз этот относительно небольшой ее контур на крайнем севере Казахстана вытянут вдоль крупной долины низовьев р. Ишим и характеризует в основном приречные территории, которые имеют свои особенности. Расчеты по предгорному пустынно-степному поясу не выполнялись, так как здесь засоленные почвы образуют сплошную специфическую сазовую полосу, расположенную по периферри конусов выноса, окаймляющую предгорья, но в общий подсчет засоленных почв республики эти почвы включены.

Несмотря на условность расчетов, они ясно выявляют очень важные закономерности распределения засоленных почв в Казахстане (таблица 11).

Оказалось, что солончаки в степных зонах черноземов и каштановых почв занимают небольшую часть площади - от 0,3 до 1,0%, только в подзоне светло-каштановых почв - 1,6%. Но при переходе к бурым и серо-бурым почвам доля площади, приходящейся на солончаки, резко увеличивается в несколько раз и достигает соответственно 7,9 и 5,0%. Доля солончаков от площади всех засоленных почв в степных зонах составляет в среднем 1:50, а в пустынных - около 1:3.

Таблица 11 Участие засоленных почв в структуре почвенного покрова Казахстана

Площади солонцов и солонцовых комплексов в степных зонах увеличиваются к югу и занимают от1/4 среди обыкновенных черноземов до почти половины площади в подзоне светло-каштановых почв, на них приходится здесь, как правило, более 90% от всех засоленных почв. В пустыне их долевое участие снижается по сравнению со степями примерно в 2 раза.

Увеличение площади луговых и лугово-болотных почв в пустынной зоне и их долевого участия в составе засоленных почв объясняется наличием здесь широких аллювиально-дельтовых равнин крупных рек, стекающих с гор Тянь-Шаня, Сырдарьи, Или, Чу, Таласа и ряда других более мелких, а в Западном Казахстане - системы древних и современной дельты р, Урал.

И.Н. Антипов-Каратаев определил общую площадь солонцов и солонцовых комплексов в СССР равной 100 млн.га. Из этой площади солонцов и их комплексов находится в Казахстане 68,65 млн.га. Все эти цифры показывают, что степи Казахстана можно назвать царством солонцов.

Значительное участие засоленных почв в структуре почвенного покрова республики прежде всего объясняется повышенной аридностью этих территорий.

В распределении засоленных почв в северном степном и южных пустынных и полупустынных районах Казахстана наблюдаются некоторые прямо противоположные особенности.

В северных равнинных районах, сложенных покровными отложениями с низкой фильтрационной способностью, речная сеть играет дренирующую роль и реки питаются грунтовыми водами, стекающими в их русла с прилегающих территорий. Поэтому вдоль рек на их террасах и прилегающих частях равнины расположены полосы относительно более пресных почв и засоленные земли встречаются реже. Солонцы здесь преимущественно глубокие остаточные. Только на речных поймах встречаются пятнами луговые солончаковатые почвы.

На водоразделах же, которые дренированы значительно хуже и не в речную сеть, а, зачастую, только в местные замкнутые понижения (колки), грунтовые воды расположены ближе к поверхности, чем в приречной части, и засоленные почвы здесь встречаются значительно чаще, обычно окаймляют колковые понижения.

В южных пустынных районах реки, стекая с высоких гор имеют быстрое течение и несут много взвешенного материала. По выходе из гор на пустынные равнины они интенсивно откладывают твердые взвеси, текут в собственных отложениях и не дренируют местности, а наоборот, сами питают грунтовые воды прилегающих территорий. Эти профильтровавшиеся в дно и борта русел речные воды медленно продвигаются по уклону и расходуются на испарение и транспирацию. В результате широкие полосы вдоль рек, особенно их низовья, оказываются в условиях прогрессирующего соленакопления, и здесь засоленные почвы встречаются гораздо чаще, чем вне речных долин, где грунтовые воды глубокие и не имеют связи с дневной поверхностью.

На солончаки приходится небольшая доля от общей площади засоленных почв Казахстана. Их долевое участие в структуре почвенного покрова несколько повышается только в южной части республики, которая представляет замкнутую внутриматериковую область, не имеющую свободного стока в открытые океанические бассейны. В свою очередь, эта область подразделяется на три обширные самостоятельные внутриконтинентальные впадины со своими замкнутыми бассейнами стока и крупными озерными котловинами в гипсометрически наиболее низких частях. Это Прикаспийская низменность с Каспийским морем, Туранская низменность с Аральским морем и Балхаш-Алакольская и Илийская впадины с Балхашским озером. Во всех трех впадинах по мере продвижения стока к конечному бассейну его минерализация возрастает, увеличивается количество засоленных почв, достигающее максимума на его побережьях.

Классификация А.Н. Розанова представляет собой попытку построить географо-генетическую классификацию и подразделить солончаки на группы по качественному составу солей. Делается попытка связать качественный состав засоления с определенными морфологическими признаками солончаков. Но такие дробные подразделения сделаны только в группе типичных солончаков, в то время как другие также могут быть очень различны по химическому составу солей. в классификации А.Н. Розанова не учитывается способ привноса солей в почву.

В.А. Ковда предложил «схематическую классификацию солончаков». Соленакопление, в результате которого образуются солончаки, он разделил на два типа: континентальное и морское. Из них континентальный тип соленакопления характеризуется тремя периодами миграции солей, которые определяются геологическими процессами, способствующими усилению или ослаблению стока: 1) прогрессивное засоление (базис эрозии неподвижен или поднимается); 2) перемежаемость засоления и рассоления (базис эрозии относительно начал опускаться, но периодически колеблется); 3) прогрессивное рассоление (базис эрозии опускается). Дальнейшее подразделение солончаков на типы построено по химическому признаку (хлоридно-нитратное, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные, сульфатно-гипсовые, сульфатно-содовые, содовые), основывается на идеях К.К. Гедройца об изменениях солевого состава при эволюции солончаков и Б.Б. Полынова и А.Е. Ферсмана о стадиях накопления и подвижности растворимых продуктов выветривания.

Кроме перечисленных, предлагался ряд классификаций солончаков по качественному составу солей, т.е. классификации химические, в той или иной мере увязанные с географической обстановкой.

Сопоставление упомянутых классификаций свидетельствует о значительных разногласиях. Затруднения встречает даже самое определение солончака. Большинство исследователи придерживается мнения, что солончаками следует называть почвы начиная с какого-то определенного количества солей, содержащихся в солевых горизонтах, причем этот предел накопления солей, при достижении которого почва превращается в солончак, разными авторами определяется несколько различно. Так, С.И. Тюремнов относит к солончакам почвы, содержащие свыше 3% воднорастворимых солей, Е.В. Лобова и А.Н. Розанов - 0,7-1,0%, Ю.П. Лебедев - 1,5%, В.М. Легостаев - и 1% и т.д.

Солеустойчивость растений не остается постоянной на протяжении всей их жизни, а резко меняется, обычно она значительно ниже в молодом возрасте и увеличивается у взрослых растений. В.А. Ковда, ссылаясь на исследования Б.А. Конькова, указывает, что при содержании солей в количестве 0,2-0,4% хлопчатник плохо прорастает и молодые растения сильно угнетаются, взрослый же хлопчатник легко переносит 1,5-2,0% солей в почве.

Солончаки представляют собой почвы, обладающие определенным габитусом, определенными типами растительности и являются определенной, качественно отличной стадией развития почвенного покрова.

Выделение солончаков по принципу количественного содержания солей без учета качественных изменений в общем габитусе почвы и всего ландшафта, которые эти соли привносят, оказывается, по-видимому, принципом формальным, и солончаки при соблюдении этого принципа трудно отграничить как самостоятельный почвенный тип, а между тем существование такого почвенного типа не вызывает сомнений.

Кроме оценки содержание солей, необходимо учитывать их качественный состав, распределение по профилю, состояние влажности почвы, так как при одном и том же валовом содержании солей, но различной влажности, воздействие солей на почву и растения будет совершенно различным, т.е. необходимо учитывать географическую обстановку формирования почвы в целом.Учесть каждый из этих факторов количественно и качественно в настоящее время затруднительно из-за неразработанности многих важных частных вопросов солончакового процесса. Однако сама природа почвы реагирует на них, и при определенном, подчас очень сложном сочетании факторов резко меняется качество почвы и возникает новый вид почв - солончаки.

По способу образования различается в Казахстане следующие группы солончаков:

I. Солончаки аллювиально-дельтовых равнин;

1. Пухлые, корково-пухлые солончаки. Занимают повышенные элементы

рельефа среди затопляемых понижений. Образуются путем «фитильного» засоления в результате подпора грунтовых вод со стороны затопленных низин. Имеют максимум солей на поверхности. Образование пухлого горизонта объясняется постоянными переходами мирабилита в тенардит и обратно при колебаниях температуры и влажности воздуха, что сопровождается многократным изменением объема. Грунтовые воды сильно минерализованы на глубине порядка 4,5 м.

2. Луговые солончаки. Образуются на склонах элементов микрорельефа и пятнами на прирусловых валах действующих русел, в поймах рек. Характеризуются сильным поверхностным засолением и относительно слабым засолением по профилю. Имеют близкие грунтовые воды средней или слабой минерализации.

3. Болотные солончаки. Формируются в некоторых непроточных затопляемых понижениях, постоянно переувлажнены.

Все три перечисленные группы солончаков могут развиваться как в результате естественных процессов, так и в результате подъема грунтовых вод и засоления почв при орошении или под влиянием различных гидротехнических сооружении. В таких случаях к их названию обычно добавляется эпитет «вторичные» солончаки.

II.Сазовые солончаки в полосе выклинивания грунтовых вод, стекающих с гор по периферии конусов выноса и подгорных лёссово-песчано-галечниковых шлейфов.

Подразделяются на те же группы, что и солончаки аллювиально-дельтовых равнин, но резко отличаются от них наличием уплотненного мергелистого прослоя. Этот прослой служит серьезным препятствием при их мелиорации и, будучи зачастую почти совершенно водонепроницаемым, вносит значительные изменения в их водно-солевой режим.

III. Солончаки пустынных равнин:

1. Солончаки остаточные. Возникают из пухлых солончаков в результате

развевания верхнего пухлого солевого горизонта, имеют очень глубокие сильноминерализованные грунтовые воды и крайне ослабленную водно-солевую динамику. Встречаются на обсохших (опустыненных) древнеаллювиальных равнинах.

2. такыровидные солончаки. Обычны на древнеаллювиально- дельтовых опустыненных равнинах. Соли на такие такырные поверхности в плоские замкнутые понижения смываются с соседних чуть возвышающихся пространств стоком атмосферных осадков по поверхности почвы. Имеют сильное поверхностное, обычное хлоридное засоление. Грунтовые воды очень глубокие, минерализованные, непосредственной связи с верхними горизонтами почвы не имеют.

IV. Солончаки коллювиальные соровые в местных замкнутых понижениях. Формируются за счет местного стока солей, часто в них происходит садка соли. Очень распространены на северо-востоке, в Тургайском понижении, спорадически встречаются почти повсюду на слабо дренированных равнинах.

V. Солончаки литогенные на выходах засоленных горных пород. Встречаются очень редко. Представляют собой проявление остаточных форм засоления.

VI. Солончаки приморские (приозерные):

1. Маршевые солончаки побережий. Встречаются почти на всем протяжении берегов Каспийского, Аральского морей и Балхашского озера. Соленакопление в них протекает за счет испарения морской воды. Их водно-солевой режим тесно связан с режимом моря.

2. Лагунные солончаки обсохших и обсыхающих лагун. Эти прибрежные солончаки лагун типа Кара-Богаз-Гола на Каспийском море, обсохшей лагуны Джаксы-Клыч на Аральском море используется для добычи сульфата натрия. Отличаются исключительно высоким засолением.

3. Импульверизационные солончаки. Формируются на побережьях Каспийского и Аральского морей на различных элементах рельефа в узкой полосе вдоль побережья за его ветрового переноса солей с акватории моря.

VII. Солончаки антропогенного происхождения:

1. Техногенные солончаки. Возникают в результате засоления почв солевыми сбросами химических заводов, а так же сбросов соленых вод при добыче нефти, различных солей, откачке и сбросе соленых растворов при проходке горных выработок и добыче полезных ископаемых.

2. Асаровые солончаки. Встречаются спорадически не большими пятнами в пустынной зоне, обычно окаймляют не большие насыпные буры - асары, на которых в древности существовали становища человека. Образуются в результате минерализации скоплении экскрементов домашних животных и различных отбросов. Содержит в верхнем солевом горизонте значительное количество (до нескольких процентов) селитры, которая использовалась для приготовления охотничьего пороха. Возникновение и существование таких солончаков возможно только в экстра- аридном климате при полном отсутствии промывного эффекта атмосферных осадков.

По химизму в Казахстане встречаются хлоридные и сульфатно-хлоридные солончаки преимущественно в Прикаспийской низменности и спорадически в северных районах на побережьях озер и в некоторых замкнутых котловинах. Хлоридно-сульфатные и сульфатные солончаки - в Туранской низменности, центральных и северных районах республики. Сульфатные и содово-сульфатные - в Прибалхашье.

Начало социальному изучению солонцов Казахстана было положено в 1934г. путем организации Почвенным институтом им. В.В. Докучаева АН СССР Джаныбекского стационара в одноименном районе Уральской области на территории Прикаспийской низменности. Научные задачи стационар были определены его руководителями Б.Б. Полыновым и В.А. Ковдой, а основными исполнителями работ были А.Ф. Большаков и В.М. Боровский. С небольшим перерывом во время Великой Отечественной войны исследования здесь продолжаются и по настоящее время. Была изучена природа солонцов региона и их режим, проведены многочисленные опыты и разработаны новые методы их мелиорации, которые испытаны в широком длительном полевом эксперименте. Работы Джаныбекского стационар внесли большой вклад в познание солонцовых почв Западного Казахстана.

Детальные специальные исследования солонцов Казахстана совпали с периодом освоения целинных и залежных земель, после распашки которых единственным резервом свободных земель в степях остались солонцы и их комплексы.

На первых порах исследованиями Института почвоведения АН Казахской ССР руководил автор этой работы, но затем была подготовлена многочисленная группа высококвалифицированных специалистов, которые во главе с В.Н. Михайличенко провели колоссальную по научному и практическому значению работ. Были изучены солонцы и их комплексы во всех степных районах Северного и Центрального Казахстана, составлены специальные агромелиоративные карты солонцов, позволившие учесть их площади, географию, осуществить классификацию солонцов по генетическим и агромелиоративным показателям. В 12 совхозах были проведены многолетние опыты, в которых испытаны разнообразные методы мелиорации солонцов, разработаны новые приемы улучшения этих почв, определены наиболее перспективные культуры - освоители, оценена экономическая эффективность мелиорации. Все это позволило определить способы, очередность и площади освоения, разработать совместно с МСХ Республики Казахстан инструкцию по мелиорации и составить план работ по улучшению солонцов в республике.

Известный вклад в это сложное дело внесли работы Института луго-пастбищного хозяйства МСХ Республики Казахстан в Актюбинской области, проведенные под руководством Ш.М. Чултурова и К.Б. Байтканова.

Данные показывают, что от луговых и лугово-степных и далее к степным солонцам глубина залегания солевого горизонта постепенно увеличивается, а содержание воднорастворимых солей в нем уменьшается. Состав солей очень пестрый, но все же в наибольшем числе случаев встречается сульфатное и хлоридно-сульфатное засоление подсолонцовых горизонтов.

Почти во всех исследованных почвах обнаружен гипс причем в луговых и лугово-степных солонцах он залегает на глубине выше 50 см в количествах до целых горизонтов. Наличие гипсовых горизонтов очень важный факт, так как они служат геохимическим барьером на путях свободной миграций соды, которая может быть в результате реакции по К.К. Гедройцу, и предупреждают ее накоплению.

Содержание поглощенного натрия и магния, очень сильно колеблется. Довольно часто встречаются солонцы, особенно среди лугово-степных и степных, содержащие поглощенного натрия менее 10% от суммы поглощенных оснований.

На огромных пространствах Казахстана в разных историко-геологических и зонально-климатических условиях отдельных районов формируются солонцы, требующие разных подходов для улучшения и освоения. На основе имеющихся материалов могут быть выделены пять крупных районов, которые отличаются между собой по генезису или существенным различиям возможных способов мелиорации солонцов.

Первый степной район расположен на севере Казахстана. Это равнины южной части Западно-Сибирской низменности. сформированные в результате эпейрогенического опускания земной коры, они сложены толщами палеогеновых, неогеновых и четвертичных морских отложений, засоленных остаточными солями морского состава и гипсом. С поверхности они перекрыты плащом аллювиально-дельтовых отложений небольшой мощности. Равнина слабо дренирована редкой сетью неглубоко врезанных речных систем.

Обширные водораздельные равнины характеризуются повышенной засоленностью и заболоченностью. Сочетание природных условий определило формирование здесь лесостепных и степных ландшафтов с черноземными и темно-каштановыми почвами, среди которых во множестве встречаются солонцы. В иллювиальном уплотненном горизонте солонцов рН 9 и более, емкость поглощения 35-40 мг-экв, поглощенного натрия более 30%. Высокая щелочность вызвана присутствием соды в почвенном растворе, образующейся в результате обменных реакций по Гедройцу-Зигмонду. Почвы района в целом находятся в стадии рассоления. Осолонцевание связано с перераспределением остаточных солей. В солонцах на глубине 30-35 см присутствует почвенный гипс, который с помощью глубокой вспашки можно использовать для мелиорации.

Второй район образуют обширные равнины Прикаспийской низменности на западе Казахстана. Они сформированы в результате многочисленных неогеновых и четвертичных трансгрессий и регрессий Каспийского моря и сложены очень мощными толщами засоленных морских терригенных отложений. Это область современного континентального сульфатно-хлоридного соленакопления - изолированная континентальная впадина, значительная часть которой лежит ниже уровня Мирового океана, светло-каштановыми зональными почвами на севере и бурыми пустынными на юге.

Значительную часть территории занимают солончаковатые солонцы и солончаки. Среди солонцов наиболее распространены мелкие и средние с маломощным элювиальным горизонтом. (до 7 см).

Мелиорация солонцов в зоне бурых почв возможна только в условиях орошения.

Третий район - обширные пустынные пространства северных Кызылкумов и Приаралья. Территория сложена элювием палеогенных и неогеновых морских и континентальных отложений, эоловыми накоплениями (пески), древними и современными аллювиально-дельтовыми отложениями рек бассейна Аральского моря. Все отложения содержат много углекислой извести (СаСО3>10%). Климат аридный, жаркий, годовое количество атмосферных осадков около 100 мм.

Преобладают пустынные песчаные, серо-бурые, такыровидные почвы, такыры, среди них очень широко распространены засоленные почвы. Среди глинистых древнеаллювиальных пустынных равнин с такыровидными почвами отдельными участками под покровом галофита встречаются солонцевато-солончаковатые карбонатные такыровидные почвы с повышенной щелочностью (рН около 9). Солонцеватость этих почв и их повышенная щелочность объясняются присутствием в верхних горизонтах небольших количеств соды, которая образуется в результате минерализации опада галофитов, в составе золы которых более 4% соды.

В карбонатных почвах появление соды создает условия внеконкурентного поглощения натрия коллоидами. Таким образом, в данном случае, в противоположность двум первым районам, появление в почвах соды является причиной солонцеватости, а не ее следствием. Емкость поглощения пустынных почв низкая (до 15-20 мг-экв), содержание поглощенного натрия достигает 20%.

При освоении уничтожение пустынной растительности ликвидирует источник содовой щелочности и почвы могут быть освоены при орошении. Они остро нуждаются в минеральных (особенно азотных) и органических удобрениях, а также в мероприятиях по борьбе с засолением. В целом территория относится к области современного хлоридно-сульфатного соленакопления в почвах, породах водах, и солевой баланс орошаемых массивов должен регулироваться искусственно инженерными методами.

Четвертый район - подгорные районы Северного Тянь-Шаня. Сложены мощными толщами песчано-гравелистых пролювиальных отложений, перекрытых с поверхности маломощным плащом лёссовидных суглинков. Климат пустынный, жаркий, годовое количество атмосферных осадков 200-300 мм с отчетливо выраженным зимне-весенним максимумом. Почвенный покров очень сложен, в основном это сероземы, но среди них узкой полосой вдоль гор располагаются очень специфические лугово-сероземные сазовые почвы и во множестве встречаются пятна солончаков и солонцов.

Образование полосы сазов объясняется выклиниванием грунтовых вод, которые стекают с гор. Эти воды имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав и содержат, кроме того, небольшое количество хлоридов и сульфатов натрия и магния. По мере продвижения вниз по уклону они проходят через толщи плохо отсортированного делювия и пролювия, богатых углекислой известью. В сазовой полосе в результате подпора соли поднимаются к поверхности почвы, где в летнее время господствует высокая температура. Воды нагреваются, растворимость углекислого газа резко падает и гидрокарбонат кальция выпадает из раствора, образуя в сазовых почвах мощные карбонатные горизонты. В результате обменных реакций между нейтральными солями натрия и углекислой известью по Гильгарду, последующего сгущения растворов при их интенсивном испарении и выпадения карбонатов кальция в твердую фазу химизм грунтовых вод в сазовой полосе резко изменяется. Воды становятся щелочными, содовыми, а по пути их следования в пролювии остается диффузно распыленный мелкокристаллический гипс как результат протекавших обменных реакций.

Сазовые солонцовые почвы имеют емкость поглощения 10-12 мг-экв, содержат поглощенного натрия 50-75%, рН 9,7, щелочность в водной вытяжке 0,1-0,3%. Грунтовые воды щелочного состава залегают на глубине 1-4 м и по мере испарения постоянно пополняются притоком с нагорной стороны.

Мелиорировать эти почвы можно только с помощью сложных мероприятий: отсекающих глубоких дрен с нагорной стороны для защиты от притока щелочных растворов и общего интенсивного дренажа всей мелиорируемой территории, капитальных промывок для удаления воднорастворимых солей. Нерешенную проблему представляет борьба с шохом, который иногда достигает большой плотности, трудно проницаем для воды и очень отрицательно сказывается на развитии растений, особенно плодовых культур. Сазовая полоса в предгорьях Северного Тянь-Шаня представляет собой область современного содового соленакопления.

Пятый район образует долина, современная и древняя дельта р. Или. Здесь мощными (до 1 тыс.м) толщами речного и озерного аллювия выполнены Илийская и Балхаш-Алакольская тектонические впадины. В р. Или впадает много притоков, стекающих с гор (Заилийский Алатау), сложенных в основном породами кислой магмы. Конечным бассейном стока служит оз.Балхаш. Климат в верхней горной части бассейна относительно влажный, в нижней части в дельтовой области - аридный с годовым количеством осадков менее 150 мм.

Почвы современной дельты болотные, луговые и солончаки, в древней дельте такыровидные, солонцы и солончаки. Повсюду в дельтовой области много массивов в бугристых песков, на которые приходится около 50% площади. С поднятием сероземами, каштановыми, черноземами и другими горными почвами.

В среднем течении р. Или на ее террасах расположен вид содовых озер, питающихся восходящими источниками. В осеннее время озера сильно подсыхают и только в воронках над грифонами на дне остается содовый рассол с концентрацией до 100 г/л. Вокруг озер - содовые солончаки, в солевых корочках которых содержится 5,2% Na₂СО₃ и 1,5 NaНСО₃, остальная часть приходится на сульфат натрия. В больших количествах сода содержится в грунтовых водах, на прилегающих к озерам пространствах. Луговые солончаковые почвы долины р. Или и ее современной дельты содержат в верхних горизонтах до 2,5% НСО^-₃ в водной вытяжке, а такыровидные солонцы древней дельты - до 0,1-0,2%. В солонцах емкость поглощения составляет 6-16 мг-экв, содержание поглощенного натрия достигает 40%.

Наиболее вероятный путь образования соды в долине р. Или - процесс первичного выветривания гранитных массивов гор, протекающий при участии микроорганизмов, продуцирующих углекислоту, которая связывает освобождающиеся из первичных минералов щелочные элементы. Образовавшиеся слабые щелочные растворы проникают трещины горных пород и образуют восходящие трещинные источники в глубоко врезанной долине реки, где сгущаются при испарении, образуя содовые рассолы в озерах. Вековым поверхностным и подземным стоком они выносятся в низовья, где сода вновь накапливается в солевых корочках луговых солончаковых почв и солончаках.

Преобладающие почвы и грунты низовьев имеют легкий гранулометрический состав, который способствует при опустынивании промыванию из содово-солончаковых почв солонцов. Район представляет собой пустыню, освоение которой только еще начинается. Долина и дельта р. Или относятся к области современного сульфатно-содового соленакопления.

1.5 Рациональное использование засоленных земель под кормовые угодья

С возникновением огромных площадей залежных бросовых солонцовых земель на территории республики и в связи с реорганизацией колхозно-совхозной системы ведения сельского хозяйства, требуется новый подход к рациональному их использованию. Солонцовую залежь независимо от ее агромелиоративного состояния можно с успехом отводить в равной степени под однолетние травы и зернофуражные культуры, а также под долголетние сеяные сенокосы и пастбища. Наряду с этим возделывание кормовых культур способствует фитомелиорации засоленных и солонцовых почв. Освоение больших площадей под кормовые культуры дает возможность приостановить отрицательное явление бросовых и залежных засоленных почв на окружающую среду и одновременно обеспечить потребность в круглогодичных кормах значительной части поголовья животных различных форм хозяйств.

Для западного региона Казахстана, где проводились исследования Б.У.Утеповым, проблема рационального использования залежных и бросовых солонцовых комплексов особенно остра, так как здесь в пашню было вовлечено от 37,9% (Западно-Казахстанская область) до 45,6% (Актюбинская область) солонцовых земель. Отсюда и огромнейшие массивы нарушенных залежных солонцовых земель (около 2 млн. га.).

В 1995-2000 гг. на старейшем солонцовом стационаре, находившемся на территории Актюбинской области, Б.У. Утеповым были проведены полевые исследования различных по агромелиоративномк состоянию солонцовых землях.

На этих почвах решающую роль в формировании урожайности культур оказывают водно-физические свойства почвы, и особенно сложение пахотного слоя. Как показывают многолетние данные, солонцы в залежном состоянии достигают значительного уплотнения верхних слоев, ранее подверженных механическому рыхлению, тем не менее она несколько ниже, чем у целинных аналогов. Такая же закономерность в динамике объемной массы наблюдается и на посевах многолетних трав, возделываемых на целинном этапе освоения солонцов. Ежегодное определение объемной массы на различных обработках залежного солонца показывает иную тенденцию: на мелиорируемых фонах специальными орудиями объемная масса сохраняется в течение всего периода наблюдений, остается стабильной и находится в пахотном слое на уровне 1,23-1,25 г/смі. по-видимому, плотность почвы естественной усадки пришла на этих фонах обработки к равновесному состоянию. И лишь на вариантах плоскорезных и поверхностных обработок (а также щелевания) явно прослеживается уплотнение фонами, хотя период реставрации плотности почвы также значительно растягивается.

Подобные изменения в динамике объемной массы при освоении солонцовой залежи независимо от ее агромелиоративного состояния прослеживаются как под многолетними травами, так и под однолетними кормовыми культурами, где проводятся ежегодно зяблевые обработки.

Рыхлое сложение пахотного слоя, в сочетании с положительным сдвигом в показателях скважности почвы и повышения общей водопроницаемости в результате применения мелиоративных обработок существенно влияет на влагозапасы в весенний период. В опытах, где вели наблюдения за последствием первоначальных обработок залежи, независимо от сложившихся погодных условий и возделываемых культур ежегодный запас и продуктивная влага были выше на комбинированной вспашке и самостоятельном рыхлении противосолонцовым орудием РСН-2,9 в сочетании с поверхностной обработкой. Как правило, влагозапасы на этих обработках в весенний период в метровой толще превышали в 1,5-2,0 раза содержание влаги на обычных и плоскорезных обработках применяемых при поверхностных обработках и щелевании. Остальные агротехнические приемы изучаемые в опытах, существенного влияния на запасы влаги не оказывали. Кроме того, с удлинением периода от первоначальной обработки, какую-либо закономерность на вариантах уловить было невозможно.

Высокая способность аккумулирования влаги на мелиорируемых фонах залежи сказалась на промачивании профиля. Так, средние данные за период наблюдений показали, что промачиваемость почвы на комбинированной обработке и мелиоративном рыхлении во все годы не снижалась ниже метровой отметки, что положительно отразилось на физико-химических показателях. Засоленный горизонт в освоении подобными обработками залежи, не зависимо от ее первоначального мелиоративного состояния опустился вниз по профилю до 70-80 см отметки и существенного влияния на развитие растений не оказывает. Наряду с этим заметно снизилось в верхнем полуметровом слое, и особенно в пахотном горизонте, содержание обменного натрия (менее 10% ЕКО), улучшился состав катионов в емкости обмена в пользу поглощенного кальция, наметилась тенденция увеличения содержания органических остатков и гумуса, но пока на низком уровне.

Таким образом, ожидаемые результаты улучшения агромелиоративных свойств старопахотных и залежных солонцовых земель при разработке элементов технологии их использования под кормовые культуры явно прослеживаются, а следовательно, залежные солонцовые земли и высвобождаемую солонцовую пашню в сухостепной зоне целесообразно осваивать под сенокосно-пастбищные угодья путем залужения по фону мелиоративных обработок.

Конечный критерий разработки технологии - уровень урожайности и продуктивности возделываемых культур. Предварительный анализ данных урожайности по широкому спектру культур, подбираемых для возделывания на высвобождаемой солонцовой пашне, показывает, что сбор сена за пять лет в среднем по лучшим вариантам находился на уровне 10-15 ц/га.

При этом наиболее высокие показатели по урожайности отмечены на фонах мелиоративного освоения солонцовой залежи, а именно комбинированная обработка, ярусная вспашка солонцов и рыхление противосолонцовыми орудиями, то есть обработки, при которых верхний гумусовый горизонт почти полностью остался на месте, а нижеследующее (до глубины 35-40 см) были разрыхлены и перемещены между собой. Эти обработки являются основной для разработки технологии освоения земель солонцового ряда.

Подбор кормовых культур - фитомелиорантов на этих фонах выявил, что более перспективными и долголетними являются волоснец ситниковый и житняк ширококолосый, а также травосмесь из этих трав с подсевом в первый год донника желтого. Урожайность волоснеца ситникового составила в зависимости от способа залужения 11,0-12,0 ц/га сена (6,7-7,3 ц/га корм. Ед.); житняка 11,0-12,0 ц,га (5,4-5,9 ц/га корм. ед.) и травосмеси 12,3-12,6 ц/га сена. Остальные испытываемые травы оказались на залежных солонцовых землях малопродуктивными и, кроме того, на 3-4-й годы жизни выпадают из травостоя.

Изучение способов залужения на фоне различных обработок также подтверждает преимущественно специальных мелиоративных вспашек. Здесь следует отметить, что ускоренное залужение и залужение после предварительных культур травосмесями указывает на равнозначность вариантов ускоренного и предварительного залужения после годичного использования залежи под однолетними культурами. Более длительное использование распаханной залежи под однолетние предварительные кормовые культуры снижает эффективность всей системы культур, и особенно дальнейшее развитие залужаемых культур, при этом разница довольно существенно и достигает 50%. Поэтому в разработанной технологии предлагается оптимальный вариант: залужение травосмесями после годичного возделывания суданской травы. (или ячменя), что дает возможность получения в среднем за первые пять лет освоения залежи от 13,0 до 14,8 ц/га сена, в том числе со средней урожайностью травосмеси 13,3-15,2 ц/га против 12,0-13,9 ц/га при ускоренном залужении и 7,9-8,9 ц/га при залужении травосмесью после з-летнего использования под однолетними культурами. За этот же период система бессменных однолетних кормовых культур на перспективных вариантах обработки залежи обеспечила 13,2-14,5 ц/га сена, или 7,7-8,4 ц/га корм. ед.

Таким образом, данные урожайности показывают, что залежные солонцовые земли возможно использовать не только как сенокосно-пастбищные угодья, но и в системе зеленого конвейера, а также для заготовки грубых кормов и зернофуража на стойловый период, что особенно важно для фермерских и крестьянских хозяйств. [26]

В Казахстане, по данным Казгипрозема, на долю засоленных и солонцовых земель приходится 75 млн. га, или 63% от площади всех сельскохозяйственных угодий. Из них засоленные земли занимают около 30%. Кроме этого доля высвобождаемой малопродуктивной солонцовой пашни составляет более 11 млн. га. Основная часть засоленных и солонцовых почв в республике расположена в зоне темно-каштановых и бурых почв (около 63 млн. га) и занята малопродуктивными кормовыми угодьями. Это свидетельствует о том, что в республике имеются большие резервы для получения дополнительной сельскохозяйственной продукции.

Бывшим отделом мелиорации солонцов Казахского НИИ кормопроизводства и пастбищ, ныне входящего в состав РГП «НПЦ животноводства и ветеринарии» МСХ РК, начиная с 1961 г. Производились полевые исследования по улучшению и освоению засоленных солонцовых земель Актюбинской, Павлодарской, Торгайской и Атырауской областей.

На основании этих исследований в Яйсанском солонцовом стационаре Актюбинской области изучены следующие вопросы:

Агротехнический метод мелиорации засоленных и солонцовых земель. Изучены различные виды обработок почв, которые коренным образом изменяют морфологическое строение и улучшают агрофизические свойства почв и, в конечном итоге, повышают их плодородие.

Самомелиорация. На высококарбонатных и высокогипсовых разновидностях почв путем проведения глубоких мелиоративных обработок в качестве мелиорантов используются внутрипочвенный гипс и карбонаты.

Агрохимическая мелиорация. Выявлены оптимальные дозы внесения мелиорантов (фосфогипс, гипс, вермикулит), органических и минеральных удобрений и их сочетания.

Фитомелиорация. Изучены и подобраны наиболее соле- и солонцеустойчивые кормовые культуры, обладающие мелиоративным эффектом и повышающие продуктивность угодий.

Учитывая результаты многолетних исследований этой проблемы и в целях дальнейшего усовершенствования имеющихся разработок для создания сенокосно-пастбищных угодий на малопродуктивных засоленных и солонцовых землях Казахстана предлагается следующее:

- искать пути рационального использования вышедших из сельскохозяйственного оборота солонцовых земель и трансформации их в сенокосно-пастбищные угодья в конкретных условиях регионов;

- установить диагностические признаки малопродуктивной солонцовой пашни и залежных (бросовых) солонцовых земель и степень их пригодности для освоения под кормовые культуры;

- подобрать оптимальное сочетание мелиоративных агротехнических приемов (менее дорогих) для освоения вышедших из сельскохозяйственного использования солонцовых земель под кормовые культуры;

- определить фитомелиоративные культуры для залужения высвобождаемой солонцовой пашни; разработать агротехнику их возделывания и наладить семеноводство перспективных культур;

- сенокосно-пастбищных угодий на высвобождаемых землях.

Солонцовые почвы на территории республики весьма разнообразны по своим свойствам и требуют дифференцированного подхода к выбору приемов их освоения. В первую очередь необходимо проводить мелиорацию на землях, не требующих сложных мероприятий, где можно наиболее быстро получить эффект. При их массовом освоении используется комплекс агротехнических и химических мероприятий со специальной мелиоративной обработкой, посевом культур- освоителей, применением минеральных и органических удобрений.

Целью исследований была разработка научно-теоретических основ расширенного воспроизводства солонцовых земель.

В зоне сухих степей и полупустынь Казахстана на предварительном этапе освоения солонцовых земель в системе мелиоративных обработок обязательным считается введение однолетних и многолетних кормовых культур, предшествующих залужению. В первые годы освоения однолетние культуры создают благоприятные условия для всего мелиоративного процесса, так как рассолонцевание в сухостепной зоне протекает медленно. Поэтому нужно чтобы в первые годы пахотный слой содержался в рыхлом состоянии.

При создании сенокосов и пастбищ на ранее используемых солонцовых землях необходимо выбрать оптимальные сочетания первоначальных обработок (повторная мелиорация), подобрать культуры-освоители или их травосмеси, обладающие фитомелиорирующим эффектом, определить способ залужения (ускоренный или после предварительных культур).

Освоение старопахотных и залежных солонцовых земель на участках, типичных для высвобождаемой пашни, показало, что в катастрофически засушливые годы (1994-1996 гг.) только комплекс мероприятий (специальные обработки, внедрение однолетних фитомелиорирующих культур) обеспечил положительный результат.

Продуктивность однолетних предварительных культур, возделываемых при комбинированной обработке (вспашка отвальная плугом ПН-8-35 на глубину 22 см с последующим глубоким рыхлением до 35 см специальным противосолонцовым орудием РСН-2,9), достигала при возделывании ячменя 6,9-7,3 ц корм.ед/га, озимой ржи (второй год после обработки)-5,1 ц корм.ед/га, при продуктивности на контроле (обычной вспашке): ячменя - 2,4-2,5; озимой ржи - 1,5-1,9 ц корм.ед/га.

Ускоренное залужение в некоторых регионах республики дает отрицательный результат. Поэтому для рационального использования вышедших из-под сельскохозяйственного оборота солонцовых земель необходимо определить качественный состав и пути трансформации их в сенокосно-пастбищные угодья в конкретных условиях региона.

В западном регионе Казахстана ускоренное залужение дало отрицательный результат, так как многолетние культуры (донник+житняк+волоснец) в молодом возрасте больше реагируют на отрицательные свойства солонцовых почв в связи с биологическими особенностями - мелкосеменностью с относительно слабой устойчивостью к засолению пахотного слоя.

Осенние и весенние посевы травосмесей ускоренного залужения полноценных всходов не обеспечили и в засушливый летний период полностью выпали.

Таким образом, материалы, полученные на Яйсанском солонцовом стационаре, указывают пути наиболее экономически и экологически рациональной трансформации солонцовой пашни (бросовой, залежной, старопахотной) в ценные кормовые угодья. При этом установлены закономерности изменений водно-физических свойств в солонцовой пашне, определен характер распределения по профилю почвы токсичных солей и поглощенного натрия.

Полученные сравнительные данные физико-химических и химических показателей старопахотных, залежных и бросовых солонцовых земель свидетельствуют о резком ухудшении почвы на участках, вышедших из-под сельскохозяйственного использования. В результате данной работы выявлена опасность бессистемного вспахивания солонцовой земли и активного оборота, создающих негативные экологические процессы на бросовых землях.

При правильной эксплуатации высвобождаемой солонцовой пашни вполне возможно создание долголетних искусственных агроценозов пастбищ и сенокосов, доминирующих в последующем в естественных ценозах дикорастущих степей. [27]

1.6 Использование природных циолитов при химической мелиорации засоленных почв

Совместное внесение фосфогипса и цеолита позволяет значительно снизить загрязнение солонцовых почв тяжелыми металлами и оказывает положительное влияние на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур.

С 1992 г. коллектив лаборатории агрономического почвоведения МСХА проводит исследования, связанные с экологическими аспектами химической мелиорации почв солонцовых комплексов.

Перспективность использования природных цеолитов не вызывает сомнения, достаточно сослаться на статьи, появляющиеся в отечественной и зарубежной литературе. В последнее время появилось много исследований по цеолитам осадочного происхождения. Такие цеолиты могут применяться и уже применяются в сельском хозяйстве, медицине, промышленности.

Необходимо отметить, что научное направление лаборатории во многом уникально, так как В.С. Крутилина, Н.П. Панов, Л.П. Родионова, Ю.С. Байкалова отдают предпочтение превентивным вопросам сельскохозяйственной мелиорации, то есть вопросам предотвращения возможного негативного влияния химической мелиорации на содержание загрязняющих агентов в почве; комплексному изучению влияния цеолитов и мелиорантов (отходов промышленности), каковым является фосфогипс, на систему почва - растение.

Фосфогипс, будучи побочным продуктом переработки фосфатного сырья, содержит тяжелые металлы (кадмий), до 3% стронция и фтор. Из-за нехватки природных ресурсов фосфогипс составляет около 87% всех гипсосодержащих материалов. Однако вопрос об экологической безопасности использования больших доз фосфогипса, несмотря на значительное количество исследований, проведенных в последние годы , до сих пор не является до конца решенным. Основным критерием, характеризующим экологическую безопасность содержания Sr в биологических системах, считается отношение Са к Sr, которое не должно быть ниже 200. В этом отношении солонцовые почвы, которые служили основным объектом исследований, имеют неблагоприятный Са/Sr режим.

Изучены сорбционные свойства природных цеолитов различных месторождений, разработаны методика расчета доз цеолитов, технология внесения, изучены их влияние на содержание различных форм стронция и других тяжелых металлов, в основном, кадмия в почве, поступления в растения, влияния цеолитов на рост, развитие, урожайность сельскохозяйственных культур, параметры фотосинтеза и дыхания.

Предварительные серии модельных экспериментов по кинетике и статике Sr цеолитами различных месторождений позволили установить ее параметры, характерные для этих месторождений, сравнить их, выбрать наиболее подходящий кальциево-калиевый цеолит, а также установить дозу цеолита на основании найденного экспериментальным путем оптимального соотношения цеолита и фосфогипса.

Наибольшей десорбирующей способностью обладают вещества слабокислотной природы (то есть Sr цеолита может быть потенциально доступен растениям). Кроме того, наиболее легко десорбируется Sr с внешней поверхности цеолита, которая является относительно постоянной величиной, зависящей от тонины помола. Важно использовать небольшие, близкие к найденным экспериментальным путем, дозы цеолитов, обеспечивая тем самым максимальную сорбцию на внутренней поверхности сорбента.

Фосфогипс значительно увеличивает содержание водорастворимых форм Sr в первый и еще больше во второй год мелиорации. При этом совместное внесение фосфогипса и цеолита при предварительном смешивании обеспечивало соответственно 75% и 15% снижения содержания данной формы стронция в почве. Аналогичные данные были получены и в микровегетационном опыте, причем отмечалось также существенное снижение содержания водорастворимого Cd в почве во вторую ротацию в варианте с предварительным смешиванием мелиорантов.

По данному таблицу 12 влияние цеолита на поступление Sr в растения не однозначно. Увеличение содержания Sr в почве не вызывает адекватного увеличения поступления его в растения, которое к тому же сильно зависит от биологических особенностей выращиваемых культур.

Таблица 12 Влияние фосфогипса и цеолита на содержание Sr системе почва - растение в 1-й год мелиорации

Существенный рост поступления Sr в растения отмечался лишь при содержании насыщенного стронцием цеолита в почве более 5%, то есть очень значительном содержании Sr в почве.

Установлено также, что поступление Sr в растения в большей степени определялось площадью их листовой поверхности (то есть интенсивностью транспирации) и активностью фотосинтеза, чем содержанием водорастворимого Sr в почве приведены в таблице 13.

Хотя отмечали некоторое негативное влияние фосфогипса на развитие проростков ячменя и кукурузы, связанное вероятно с изменением рН почвенного раствора, тем не менее, в вариантах с внесением цеолита и фосфогипса наблюдали повышенную активность хлоропластов и содержание хорофилла, лучшие морфологические показатели развития длины и массы растений, площади листовой поверхности.

Таким образом, внесение природных цеолитов при химической мелиорации солонцовых почв может быть признано перспективным приемом, позволяющим уменьшит риск загрязнения почв тяжелыми металлами, а также положительно влияющим на урожайность сельскохозяйственных культур. [13]