Процессы эволюции черноземов в Республике Moлдoвa в условиях орошения

      С позиций почвообразовательного процесса орошение почв представляет собой мощный фактор воздействия на почву и выведения ее из системного (квазистационарного) равновесия с последующим выходом на новый стационарный режим функционирования, адекватный новым гидротермогеохимическим условиям.

      В этом смысле, установлено, что орошение увеличи­вает скорость агрогенной зволюции почвы в целом и элементарных почвенных процессов. Нарушение есте­ственных трендов развития и функционирования почв ведет к возникновению побочных, часто негативных эффектов, создающих угрозу для гармоничного разви­тия природной среды, а нередко и критических эколо­гических ситуаций. Очень часто среди многочислен­ных процессов, охватывающих различные компоненты и уровни системы, вновь появившиеся процессы ста­новятся ключевыми.

      Обобщение многочисленных собственных исследований а также литературных данных позволило выделить три группы процессов определяющих современное разви­тие орошаемых черноземов (Табл.1, Жигэу, Гуманюк, Га­маюн, 2000; Gumaniuc, Jigău, 2012).

      Представленные в таблице процессы развиваются в раз­личных направлениях и с различными скоростями, т.е. имеют разное характерное время, при котором процесс, признак или свойство развиваются наиболее интенсив­но под влиянием изменившихся факторов среды до тех пор, пока они не придут в равновесие с этим фактором. В дальнейшем их развитие либо прекратится вообще, либо будет варьировать возле средних значений, либо будет развиваться прогрессивно.

      Эти процессы развиваются не спонтанно и не в разрыве друг от друга. Исследованиями установлено, что ход и на­правленность элементарных почвенных процессов отра­жают причинно-следственные связи в почвообразовании, осуществляющиеся в соответствии с иерархией уровней структурной организации почв. Процесс ирригационного оглинивания приводит к разрушению крупных элемен­тарных частиц и накоплению тонких, закупоривающих внутри- и межагрегатные поры. Это частично изменяет водно-воздушный режим орошаемых почв. Вследствие этого начинаются, пусть и слабые, процессы глееобразова­ния. Наряду с процессами увеличения гидрофильности гу­мусовых веществ они приводят к увеличению количества водно пептизируемого ила. Последний придает почвам неблагоприятные физические свойства: существенно сни­жает способность почвенной массы к образованию водо­устойчивых агрегатов, формирует прочный конденсаци­онный тип структурных связей. В результате почвы сильно уплотняются и приобретают слитность. Как и в естествен­ных условиях, при орошении некоторые элементарные почвенные процессы приобретают ведущее значение в почвообразовании. При этом в почвах появляются новые признаки, нетипичные для черноземного типа почвооб­разования. С учетом всего сказанного выше предложены иерархия и значимость реализации элементарных поч­венных процессов, представленные в таблице 2.

      Среди процессов, протекающих на ионно-молекулярном уровне, наибольшее значение имеют засоление и осо­лонцевании. Следует отметить, что если даже соленако­пление в почве при орошение отсутствует, могут иметь место и обычно наблюдаются неблагоприятные явления изменения качественного состава почвенного раство­ра и поглощенных оснований, что, как правило, ведет к осолонцеванию черноземов. В этом смысле Т.В. Попова и В.А. Фильков (1978) установили, что за 30 лет орошения террасовых обыкновенных черноземов на Карогашской и Суклейской системах орошения кальциевый состав солей сменился на магниевый, а затем на магниево-на­триевый при уменьшении их общего количества. Что привело к начальным процессам вторичного осолонце­вания. Эти же авторы установили, что при орошение ти­пичных черноземов водами с минерализацией 1г/л суль­фатно-натриевого состава происходит незначительная аккумуляция солей, сопровождающаяся постепенным изменением состава почвенного раствора с гидрокар­бонатно-кальциевого на сульфатно-натриевый. Накопле­ние сульфата натрия нарушает равновесие, сложившаяся в природных условиях до орошения, в силу чего адсор­бированный кальций вытесняется постепенно натрием.

      По мнению цитируемых авторов, происходящее при этом осолонцевание представляет собой первый этап суль­фатно-натриевого засоления почвы, еще не достигшего высокой степени. Совершенно иные процессы эволюции черноземов установил М.Г. Булат (1985) при орошении черноземов Глодянского района при орошении водой с минерализацией 1г/л, содержащей щелочные соли- Na2 CO3, Na2 HCO3. Цитируемым автором установил, что в этих условиях поглощения натрия протекает очень энергично, так как вытесненный им кальций из почвенного поглоща­ющего комплекса образует трудно растворимый карбо­нат кальция. В этом случае процесс поглощения натрия носит необратимый характер. Вследствие этого процесс осолонцевания протекает без накопления солей. Вместе с тем он сопровождается образованием растворимого гумата натрия, который приводит к ускоренному подще­лачиванию почвенного раствора до рН 8.7-8.9. В этом слу­чае в почвах начинаются сложные процессы пептизации почвенного или (частицы 0, 001 мм) с последующей пере­стройкой системы структурной организации почвенной массы и слитизацией. При этом обращаем внимание, что уже при рН 8,2 в почвах отмечается снижение биологиче­ской активности и сокращение урожаев. При значениях рН 8,7-8,9 сокращение урожаев составляет 40-60%.

      Отмеченные процессы должны настораживать экономи­ческих агентов в связи с последними дискуссиями каса­тельно применения подземных вод для орошения. По данным И.В. Земнина (1972) и В.А. Подражанского (1975) большинство (более 80%) артезианских вод характери­зуются общей минерализацией больше 1г/л. Вместе с тем они характеризуются преобладанием соды в составе солей. В этих условия можно утверждать со всей ответ­ственностью, что орошение подземными водами при­ведет непременно к ускоренному осолонцеванию почв даже в условиях щадящих поливов. В этом смысле М.Г. Булат (1985) установил, что если при орошении пресной водой (минерализация 1г/л), не содержащей соды, в тече­ние 10-12 лет приводит к увеличению содержания погло­щенного натрия в почвенном поглощающем комплексе до 5-8%, то при орошении пресной водой, содержащей соду, за этот же срок содержание поглощенного натрия достигает 20-40% от емкости поглощения. Такие почвы уже относятся к солонцам. При этом обращаем внима­ние, что в этих случаях «предохранительных» методов не существуют. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования, проведенные на кафедре почвоведения и агрохимии, исследования под руководством В.П. Гра­ти в восьмидесятые годы прошлого столетия на юге ре­спублики и стационарные исследования В. Филипчука (Институт почвоведения, агрохимии и защиты почв «Н. Димо») в районах Сынжерей и Сорока.

      Еще сложнее обстоят дела при использовании для поли­вов вод местного стока. По имеющимся данным большин­ство этих вод относятся к слабоминерализованным (мине­рализация 1-3г/л) сульфатно-натриевого состава, содер­жащими соду. По данным М.Г. Булат (1985) поливы водой кальциево-натриевого состава с минерализацией 1-3 г/л, отношением Na/Ca = 3-5, рН 8-9, на протяжении 8-10 лет приводят к средней и сильной степеням осолонцевания черноземов. При использовании вод с минерализацией 1-3 г/л сульфатно-натриевого состава, с отношением Na/Ca 1-3 и рН 7,5-8,5, направленность эволюции черноземов та­кая же, как при поливах вышеуказанными водами, но раз­виваются они с меньшей скоростью. Возрастание активно­сти ионов Na+ по сравнению с Са2 + в почвенном растворе из-за образования ассоциированных ионов Са2+ приводит к внедрению Na+ в почвенном поглощающем комплексе и развитию в пахотном слое за 1-2 года процесса ослонцева­ния, затем распространяющегося в другие горизонты. Это обусловливает переорганизацию массы, возрастание глы­бистости, уплотнения, разрушение макро- и микрострук­туры и потери ее водопрочности. Результатом этих про­цессов является снижение скорости впитывания полив­ной воды, ее застаивание на поверхности почв, особенно в микропонижениях, формирование поверхностных ко­рок. Насыщенность почвенных растворов по кальцию и поступление в них ионов кальция вытесненных натрием из почвенного поглощающего комплекса предотвращает миграцию Са СО3 и «щелочной удар».

      Об интенсивности процессов, происходящих на молеку­лярно-ионном уровне, можно судить по данным Таблицы 3. Из них следует, что черноземы обыкновенные и кар­бонатные Суклейской оросительной системы ведут себя по-разному в условиях орошения. Наиболее ясно это проявляется по режиму карбонатов. Орошение способ­ствует значительному уменьшению запасов карбонатов в обыкновенном черноземе. Одновременно изменяется и карбонатный профиль почв. Первый максимум нако­пления карбонатов в орошаемых обыкновенных черно­земах смещается на 10-20 см. В неорошаемом черноземе на глубине 290-300 см появляются признаки образования второго максимума, а в орошаемом этих признаков нет.

      В черноземе карбонатном под влиянием орошения кар­бонаты подтягиваются к поверхности. Вследствие этого средневзвешенное содержание карбонатов в слое 0-50 см орошаемой почвы (6,2%) на 1,6% выше, чем в неоро­шаемой (4,6%). В орошаемой почве первые признаки образования горизонта аккумуляции карбонатов про­являются уже на глубине 40-50 см. Мощность этого гори­зонта в орошаемой почве составляет 70 см, средневзве­шенное содержание карбонатов в нем равняется 13,8%. В. неорошаемой почве первый максимум аккумуляции карбонатов находится в слое 60-120 см, средневзвешен­ное содержание карбонатов в нем составляет 14%. И в орошаемой, и в неорошаемой почве образуется второй карбонатный горизонт. В орошаемой почве начало вто­рого гумусового горизонта ниже, чем в неорошаемой, на 10-20 см. Средневзвешенное содержание карбонатов в этом горизонте в орошаемой почве на 1,9% ниже, чем в неорошаемой. В орошаемом обыкновенном чернозе­ме намечаются первые признаки образования солеак­кумулятивного горизонта, охватывающего толщу 0-150 см. Здесь средневзвешенное содержание солей (0,11%) на 0,04% превышает значение, полученное для этого же слоя неорошаемой почвы (0,07%). Солевой режим кар­бонатных черноземов под влиянием орошения не из­меняется. Значения рН исследуемых почв варьируют в соответствии с изменениями, отмеченными в карбонат­ном и солевом режимах почв.

      B почвах протекают процессы выветривания первичных минералов, сопровождающиеся освобождением ще­лочных катионов, но признаков накопления последних в почвах не обнаружено. Вместе с тем установлено, что содоустойчивость орошаемых черноземов значительно ниже, чем неорошаемых. Это свидетельствует о посте­пенном расходовании части буферной способности почв на нейтрализацию щелочных солей, образующихся в орошаемых почвах вследствие интенсивного внутрипоч­венного гальмиролиза алюмосиликатов (табл. 4).

      Уровень элементарной почвенной частицы охватывает множество процессов изменения минеральной части почвы. Исследованиями Б.П. Подымова и Э.Е.Скрябиной (1978), Г. Жигэу и др. (1985), П.М. Сапожникова и др. (1992) установлено, что орошение усиливает процессы огли­нивания. На наш взгляд, этому благоприятствуют значи­тельные запасы полевых шпатов в составе частиц пыли черноземов. По расчетам Б.П. Подымова и Э.Е.Скрябиной (1978) при орошении содержание высокодисперстной глины увеличивается на 4%, коллоидов – на 6-7%. Они со­ставляют соответственно 4-2% и 6-8% от общего содер­жания соответствующих фракций. Коэффициент оглини­вания равен 15-25% по глине и 3-10% по коллоидам.

      В Таблице 5 приведены данные, рассчитанные для оро­шаемых и неорошаемых черноземов Рыбницкой и Су­клейской оросительных систем. Из них видно, что со­держание коллоидов возрастает по всему профилю. Уве­личение содержания глины более заметно в верхней и средней частях профиля орошаемых почв. Одновремен­но уменьшается содержание крупной пыли и предколло­идной глины. Следовательно, оглинивание происходит главным образом за счет этих фракции. Тридцатилетнее орошение увеличило содержание физической глины на 4-5% и примерно настолько же уменьшило содержание физического песка.

      Выветривание этих веществ увеличило содержание тон­кой глины на 5-7%, коллоидов – на 6-8%. Научавшаяся дифференциация почвенного профиля проявляется в увеличении содержания тонкой глины в средней части профиля до 41% по сравнению с 37,8% в верхней части. Содержание коллоидов составляет соответственно 25,4 и 22,7%. Вместе с тем, почвы сохраняют свое классифи­кационное место по гранулометрическому составу. Это связано, по-видимому, с малым возрастом процессов ир­ригационного оглинивания.

      Со временем разница между орошаемым и неороша­емыми почвами возрастает, тем более, что орошение сопровождается не только количественными, но и ка­чественными изменениями. Последние проявляются в первую очередь в увеличении степени пептизации или­стой фракции. Из данных Таблицы 6 видно, что орошение увеличило содержание воднопептизированного ила в типичном черноземе в 1,4-1,9 раза. В черноземе обык­новенном содержание этой фракции ила увеличилось в 1,5-1,6 раза. Содержание воднопептизированного ила в карбонатном черноземе под влиянием орошения суще­ственно не изменилось.

      Присутствие карбоната кальция препятствует пепти­зации тонкодисперсной фракции черноземов террас Днестра. Увеличение доли воднопептизированного ила происходит за счет агрегированной фракции. Фракция прочносвязанного ила под влиянием орошения не из­меняется. Высокое содержание воднопептизированного и прочносвязанного ила увеличивает предрасположен­ность орошаемых почв к слитизации.