Засоление почв
Засоле́ние почв, процесс накопления в почвенном профиле легкорастворимых солей, который не компенсируется их выносом. В результате засоления формируются солевые горизонты и солевой профиль почвы.
Различают первичное (природное) и вторичное засоление почв. Первичное засоление почв связано с наличием разнообразных источников солей, их аккумуляцией и последующей миграцией в ландшафтах. Вторичное засоление – следствие ошибок человека при использовании водных и земельных ресурсов, когда создаются условия для усиленного испарения солоноватых грунтовых вод, приводящее к засолению почв и потере ими плодородия.
Теоретические основы образования и эволюции засолённых почв были заложены в начале 20 в. К. К. Гедройцем, получили развитие в работах Н. А. Димо, Б. Б. Полынова, Л. П. Розова, В. А. Ковды, И. Н. Антипова-Каратаева, Н. И. Базилевич, С. Ф. Аверьянова и др.
Распространение засолённых почв
Засолённые почвы развиты на всех континентах, практически во всех природных зонах, господствуют в зонах степей, полупустынь и пустынь. Формируются в областях с аридным и семиаридным климатом в аккумулятивных или палеоаккумулятивных ландшафтах. По разным сведениям, их общая площадь варьирует от 250 до 950 млн га, преобладая в Северной и Центральной Азии, Австралии и Океании.
Точная информация о площади засолённых почв на территории РФ, как и в мире, отсутствует. По данным государственного земельного кадастра, около 21 % площади сельскохозяйственных земель России относится к категории засолённых, из них 16,3 млн га (около 9 %) составляют засолённые (несолонцовые) почвы и более 23 млн га (12,5 %) приходится на засолённые почвы солонцовых комплексов.
Распределение засолённых почв на территории России также неравномерно и определяется зональными и провинциальными особенностями. 
Бывшее дно Аральского моря.В наибольшей степени они приурочены к южным регионам Европейской части (сухостепной и полупустынной зонам), Западной Сибири (лесостепной, степной и сухостепной зонам). Здесь распространены чернозёмы солонцеватые, каштановые и бурые пустынно-степные солонцеватые, солончаковые и солончаковатые почвы. В Поволжье засолённые почвы составляют 31 % общей площади экономического района, на Северном Кавказе – 16,5 %, на Урале – 15,6 %, в Западной Сибири – 7 %, в Центральночернозёмном регионе – 3,6 %. В ряде административных областей (Астраханская, Волгоградская, Новосибирская, Омская области, республика Калмыкия) занимают более 40 % сельскохозяйственных угодий.
Пространственная дифференциация соленакопления
Распространение засолённых почв на территории России и сопредельных стран подчинено определённой закономерности и зависит от длительности и интенсивности. Сочетание этих условий вызывает дифференциацию мигрирующих солей в пространстве, зависящую от свойств солей, времени их образования, быстроты движения в грунтах, растворимости, взаимных реакций и т. д.
Почвовед В. А. Ковда (1946) выделил провинции и подчинённые им области соленакопления, которые характеризуются общностью происхождения, физико-географических условий и химизма территории.
Для территории России и ближайших стран выделены следующие провинции соленакопления (с юга на север, хотя провинции смещаются как к западу, так и северо-западу и северо-востоку):
хлоридного соленакопления;
сульфатно-хлоридного соленакопления;
хлоридно-сульфатного и сульфатного соленакопления;
сульфатно-содового и содового соленакопления.
Классификация засолённых почв
Для разделения засолённых и незасолённых почв в РФ используются данные анализов водных вытяжек. Засолённость почв оценивается по 4 показателям:
Глубина расположения верхней части солевого горизонта (поверхностно-, глубоко-, среднепрофильно-засолённые почвы);
Химизм солей (хлоридное, сульфатное, нитратное, гидрокарбонатное засоление);
Степень засоления (слабо-, средне-, сильнозасолённые почвы);
Солевой профиль.
На основании обобщения работ В. А. Ковды (2008) выделяются следующие типы таких образований:
солевые коры (известковые, гипсовые, соляные) современного или реликтового происхождения, мощностью от 3–5 см до нескольких метров. Распространены в полупустынях и пустынях. На их поверхности часто образуются химически почти чистые солевые отложения (содержание солей 50–60 %);
солончаки (содовые, сульфатные, хлоридные и т. д.), в основном распространены в полупустынях и пустынях. Для этих почв характерно значительное содержание легкорастворимых солей (более 2–3 %, иногда 10–30 %) в верхнем горизонте (0–30 см);
солончаковатые почвы (средней степени засолённости) засолены менее, чем солончаки. Содержат в верхних горизонтах 0,3–0,8 % солей. По химизму подразделяются на почвы содового, хлоридного, сульфатного, боратного, нитратного и обычно смешанного засоления. Распространены чаще в степях и сухих степях;
щелочные почвы (солонцы, солонцеватые почвы), встречаются в степях, саваннах и лесостепях. Легкорастворимые соли сосредоточены не на поверхности, а на глубине 30–100 см. Сильная щёлочность, неудовлетворительные гидрофизические свойства;
такыры – засолённые бесплодные почвы аридных глинистых пустынь Азии и Северной Африки, занимают обширные равнинные территории, практически лишены растительности. Поверхность сухого такыра покрыта плотной глинистой коркой (полигонально растрескивающейся и напоминающей паркетный пол) мощностью 3–5 см, ниже располагается горизонт с содержанием солей до 0,5–1,5 %;
вертисоли (чёрные слитые почвы), развиты на плоских равнинных древнеозёрных или древнеаллювиальных поверхностях в сухих тропиках и субтропиках. Обладают слабой засолённостью нижних горизонтов, часто имеют повышенную щёлочность.
В «Классификации и диагностике почв России» (2004) засоление почв оценивается на разных таксономических уровнях:
отдел – галоморфные почвы;
типы – солончаки;
подтипы – основная часть солонцеватых и засолённых чернозёмов, каштановых, бурых, аллювиальных почв и др.
Для типов солончаков и подтипов засолённых почв родовой иерархический ранг выделяется по химизму засоления (хлоридный, сульфатный и т. д.) и по соотношению катионов (натриевый, кальциево-натриевый и т. д.), а видовой – по глубине залегания солевого горизонта (солончаковые, солончаковатые и т. д.) и по степени засоления (слабая, средняя и т. д.).
В «Классификации и диагностике почв СССР» (1977) разновидности засолённых почв выделяются на уровне типов, родов и видов; подтиповой иерархический ранг отсутствует.
Характеристика легкорастворимых солей
Засолённые почвы содержат в профиле легкорастворимые соли в жидкой (ионной) форме, твёрдой (в виде минералов) фазе и в форме обменных оснований. Легкорастворимые соли снижают плодородие почв и отрицательно влияют на рост и развитие большинства сельскохозяйственных культур. Все формы солей представляют единую динамичную равновесную ионно-солевую систему – они способны переходить из одного состояния в другое в зависимости от влажности почв, реакции среды и т. д.
К легкорастворимым относятся соли, растворимость которых выше растворимости гипса: карбонаты и гидрокарбонаты щелочных металлов, хлориды и сульфаты щелочных металлов и магния, хлориды кальция, нитраты и нитриты щелочных и щёлочноземельных металлов.
Все легкорастворимые соли токсичны для растений. Они увеличивают осмотическое давление почвенной влаги, снижая её доступность для растений, нарушают нормальное соотношение элементов минерального питания, отрицательно воздействуют на свойства почв. Физиологическая токсичность солей зависит от их химизма. Наиболее токсичны карбонаты натрия, затем следуют хлориды и нитраты. Сульфаты обладают наименьшей токсичностью. Преобладание одной соли всегда вреднее для растений, нежели смесь различных солей.
Источники легкорастворимых солей
Разрушающиеся под воздействием выветривания горные породы – основной источник образования солей. Из продуктов распада первичных минералов образуются соли: сульфаты, хлориды, нитраты, особенно много карбонатов (за счёт взаимодействия катионов с СО2 воздуха). С поверхностными и грунтовыми водами соли мигрируют, пока не достигают океана или бессточного бассейна на суше. В Мировой океан поступает до 3 млрд т в год, в бессточные области континентов – до 1 млрд т солей в год.
Соленосные горные породы разного происхождения – способствуют интенсивному засолению ландшафтов при выходе на поверхность вследствие тектонических поднятий или при контакте с грунтовыми водами на глубине. Засолённые породы и минерализованные грунтовые воды – доминирующие источники солей (90–99 %), могут поставлять в почву десятки тонн солей на 1 га в год.
Извержения вулканов – поставщик газообразных продуктов, выделяемых в различной форме, в последующем образующих кислоты и соли. Вулканические газы содержат Cl, SO2, CO2; термальные источники, связанные с вулканической деятельностью, выносят на поверхность соли (особенно хлориды и соду). Предполагается, что анионный состав Мирового океана связан прежде всего с извержением вулканов, а катионный – с растворением горных пород континентов.
В атмосферных осадках содержание солей обычно не превышает 20–30 мг/л, но в приморских районах может достигать 400 мг/л. В современных условиях загрязнённости атмосферы городов ежегодно выпадает от 14 до 180 кг/га нитратов, сульфатов и хлоридов.
Эоловое засоление – ветровой вынос солей в атмосферу, перенос и выпадение их в форме сухих и дождевых осадков на поверхность почв. С осадками и пылью в почву может поступить 20–500 кг/га в год, в экстремальных случаях эоловый принос может достигать до 3,4 т/га в год, но при этом наблюдается и эоловый вынос до 7 т/га в год. Несмотря на небольшую величину поступления солей за счёт этого источника на поверхность суши, последующее их движение с водами поверхностного и подземного стока в бессточные равнины и водоёмы может приводить к заметному накоплению солей.
Естественная растительность (особенно галофитная), в некоторых случаях может быть причиной накопления солей в почвах. Обладая глубокой и мощной корневой системой (кермек – 5 м, тамарикс – 30 м) и высокой зольностью (солянки – 20–55 %), растения солонцовых и солончаковых почв способствуют транспортировке легкорастворимых солей из глубоких горизонтов в верхние. Количество солей, поступающее за счёт биогенной аккумуляции, измеряется в кг/га в год.
Оросительные воды при бездренажном орошении – опасный источник солей для почв. От 40 до 60 % орошаемых земель планеты подвержены засолению, а приход солей за счёт оросительной воды достигает в среднем 5–10 т/га в год.
Специфические локальные источники поступления солей:
месторождения каменной соли и соляных куполов – в древних озёрных водоёмах и лагунах высокой минерализации;
восходящие растворы нефтяных вод и грязевых вулканов.
Значение того или иного источника солей, определяющего процессы засоления почв, зависит от ряда природных факторов и прежде всего водного режима почв. В почвах гидроморфного ряда основным источником солей являются грунтовые воды, а в автоморфных условиях – соленосные почвообразующие или подстилающие породы, а также биогенная аккумуляция солей. Эоловый и атмосферный факторы как источники засоления не зависят от водного режима и могут проявляться на фоне любых почв.
Факторы, определяющие поступление солей в почву
Факторы, влияющие на процесс засоления почв: биоклиматические условия, водный режим, рельеф и дренированность территории, глубина и минерализация грунтовых вод и свойства самих почв (водно-физические и физико-химические).
Климат
Наиболее типичное и резко выраженное соленакопление на суше приурочено к областям экстрааридного континентального климата пустынь, в которых формируются озёрные, почвенно-грунтовые воды максимальной концентрации (до 350–450 г/л), а в составе солей значительную роль играют хлориды и участвуют нитраты. Это особенность проявляется и в прибрежно-морских низменностях. В ослабленной форме процессы соленакопления характерны и для районов умеренно сухого и жаркого климата полупустынь, степей и лесостепи.
Водный режим
Наиболее частое условие образования засолённых почв – сухой климат с преобладанием величины испарения над количеством атмосферных осадков, т. е. господство испарительного водного режима.
Геоморфология и рельеф
Соленакопление развивается в геоморфологически и гидрологически бессточных территориях, где грунтовые воды залегают близко к поверхности (выше 1,5–4 м). Топографически оно приурочено к низменностям или их частям. Гидрологически аккумуляция солей проявляется в районах низкой дренированности с незначительным подземным стоком или его отсутствием, где баланс подземных вод регулируется не оттоком, а испарением и транспирацией.
Нарастание аридности климата в гидроморфных условиях активизирует засоление почв геохимически подчинённых позиций, в автоморфных – процессов засоления не наблюдается. Исключением являются автоморфные почвы, подверженные дополнительному поступлению солей (с эоловой пылью, поливными водами).
Области полупустынь, сухих саванн и степей обычно отличаются менее аридным климатам. Процессы соленакопления проявляются обычно сезонно (в сухие сезоны).
Мезо- и микрорельеф
Соленакопление не захватывает сплошные пространства, а приурочено к отрицательным формам мезо- и микрорельефа: высыхающим старицам, лиманам, понижениям между гривами, чашам и т. д.
Разница в высоте рельефа на 50–100 см создаёт различие в водно-солевом режиме почв. Понижения мезорельефа засоляются быстрее и интенсивнее, а повышения (гривы, гряды) вследствие большей глубины грунтовых вод не засоляются или засоляются в меньшей степени. Большая роль принадлежит гранулометрическому составу: пониженные участки обычно суглинистые, а повышенные – легкосуглистые.
Приуроченность к повышениям микрорельефа наиболее засолённых почв обусловлена горизонтальным и вертикальным перемещением растворов солей в их направлении, а сами микроповышения являются очагами более быстрого просыхания и испарения. При небольшой разнице по высоте (10–20 см) на расстоянии 20–50 м различия в соленакоплении составляют 2–3 раза.
Глубина и минерализация грунтовых вод
Минерализация грунтовых вод увеличивается по мере возрастания их расхода на испарение и транспирацию, а также от приближения вод к поверхности. Предельная глубина, с которой происходит сильное испарение, равна 2,25 м; заметный расход начинается с 3,5–4 м, а предел поднятия солей – 7–9 м. Расход грунтовых вод на испарение (включая минерализацию) выше в условиях жаркого и засушливого климата. В южных областях глубина активного испарения составляет 3–3,5 м, в северных – 1,3–1,5 м.
Чем тяжелее и менее структурны почвогрунты, тем больше потенциальная высота подъёма воды. Агрегированные почвогрунты испаряют меньше грунтовых вод, с утяжелением гранулометрического состава влияние уровня и минерализации вод в процессе засоления возрастает.
Важная роль принадлежит сезонным процессам. В сухой период грунтовые воды при испарении оставляют соли в водоносном горизонте и почве; во влажный период под влиянием атмосферных осадков соли сбрасываются нисходящими растворами обратно в грунтовые воды, повышая их уровень. Многолетние повторяющиеся сезонные циклы способствуют накоплению солей и росту минерализации грунтовых вод; если последняя достигает 50–100 г/л, расход на испарение и транспирацию замедляется.
Мелиорация засолённых почв
При использовании основной части засолённых почв необходимо уменьшить концентрацию солей в корнеобитаемых горизонтах до величин меньше токсичных.
Наиболее простой приём – промывка солей ирригационной водой. В случае благоприятных условий естественного дренажа и наличия выраженного оттока грунтовых вод положительные результаты по рассолению почв даёт сочетание промывки, мелкого дренажа (сброса) и обязательно травосеяния (залужение на 2–3 года), особенно люцерны. В естественно-недренированных районах радикальными мерами улучшения почв и предохранения их от повторного засоления является применение глубокого дренажа в неразрывном комплексе с другими мелиоративными мероприятиями.