Мелиорация сельскохозяйственных земель и её виды

Под мелиорацией понимается система организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на улучшение земель в целях создания наиболее благоприятных условий для развития сельского хозяйства или общего оздоровления природной среды. Мелиорация не только повышает продуктивность сельского хозяйства, но и создаёт базу для его устойчивого развития в различные по погодным условиям годы во всех природных зонах, обеспечивает гарантированные высокие урожаи сельскохозяйственных культур.

Объектами мелиорации могут быть: 1) земли с неблагоприятными условиями водно-воздушного режима (болота и заболоченные земли, засушливые степи, полупустыни и пустыни); 2) земли с неблагоприятными физическими и химическими свойствами (засолённые, тяжёлые глинистые почвы, пески и т. д.); 3) земли, подверженные механическомувоздействию воды или ветра (овраги, легко размываемый почвенный покров, склоновые территории), на которых осуществляются противоэрозионные мероприятия. В зависимости от объекта и способа воздействия на почву и растения различают гидротехническую, агротехническую, лесотехническую, химическую и культуртехническую мелиорацию.

Наиболее существенное влияние на улучшение природных условий для развития сельскохозяйственных растений оказывает гидротехническая мелиорация (орошение, обводнение и осушение), изменяющая водно-воздушный режим почвы. Для этого строятся оросительные и осушительные каналы, трубопроводы, создаются водохранилища и плотины.

Агротехническая мелиорация изменяет физические и химические свойства почвы, содержание различных питательных элементов и обеспечивает в конечном итоге повышение её плодородия. Она включает различные виды вспашек, почвоуглубление, залужение крутых склонов, улучшение лугов и пастбищ, снегозадержание.

Под лесотехнической мелиорацией подразумевается улучшение земель путём выращивания древесной растительности. Сюда относятся облесение местности, закрепление движущихся песков, создание защитных лесных полос и т. д.

Химическая мелиорация применяется для улучшения свойств земель путём внесения химических препаратов.

Культуртехническая мелиорация позволяет улучшать состояние поверхности почвы путём удаления камней, пней, кустарника, планировки поверхности.

Химическая мелиорация почв. Целью химической мелиорации является коренное улучшение состава, структуры и химических свойств почв и, как следствие, сохранение и повышение их плодородия. Наряду с устранением природных неблагоприятных агрохимических показателей почв в задачи химической мелиорации (особенно в последнее время) входит предотвращение или ослабление отрицательных последствий интенсификации сельского хозяйства – длительного орошения и осушения, массового применения химических средств защиты растений и т. п., которые нередко приводят к ухудшению гумусного состояния почв, их структуры, кислотно-основных и других характеристик. Объектами химической мелиорации являются, прежде всего, ионообменные и коллоидно-химические свойства почвы, её кислотно-основные характеристики, солевой и микроагрегатный состав; все они во взаимосвязи определяют химико-мелиоративное состояние почвы.

Реакция почвенного раствора. В зависимости от реакции почвенного раствора почвы обычно подразделяются на шесть групп: сильнокислые (рН 3 – 4), кислые (рН 4 – 5), слабокислые (рН 5 – 6), нейтральные (рН 6 – 7), слабощелочные (рН 7 – 8) и сильнощелочные (рН 8 – 9). На территории нашей страны широко распространены почвы, относящиеся к трём первым группам, а также солонцовые и карбонатные почвы с повышенной щёлочностью. Кислотностью почвы называется её способность подкислять воду или растворы гидролитически нейтральных солей. Различают актуальную и потенциальную кислотность почвы. Под актуальной понимают кислотность почвенного раствора; потенциальная кислотность характерна для твёрдых фаз почвы. Поскольку между составом и свойствам и почвенного раствора и твёрдых фаз существует тесная взаимосвязь, между актуальной и потенциальной кислотностью в почве сохраняетсяподвижное равновесие:

Концентрация ионов в почвенном растворе, определяющая актуальную кислотность, зависит от присутствия в нём свободных кислот и кислых солей и степени их диссоциации и выражается через значения рН, определяемые в почвенном растворе или водной вытяжке из почвы. Механизм формирования потенциальной кислотности более сложен. Можно считать, однако, что при её формировании участвуют факторы, перечисленные ниже.

1. Кислотность органических почвенных коллоидов определяется главным образом присутствием в почвенном поглощающем комплексе (ППК) водородных ионов, которые легко поступают в раствор и вступают в обменные реакции с основаниями и нейтральными солями

2. Кислотность минеральных коллоидов

определяется главным образом наличием в обменном состоянии катионов алюминия:

Образовавшийся хлорид алюминия подвергается гидролизу:

AlCl₃ + H₂O «AlOHCl₂ + H⁺ + Cl^–,

в результате чего почвенный раствор подкисляется. Кислотность, обусловленная катионами алюминия, весьма опасна. Прежде всего, сам алюминий токсичен для большинства растений, кроме того, алюминий поступает в почвенный раствор из кристаллической решётки глинистых минералов и его растворение постепенно разрушает минеральный «скелет» почвы. Поэтому чтобы предохранить от разрушения почвенные минералы, необходимо заранее создать в почве среду, в которой алюминий почвенных минералов не переходит в раствор.

Химико-мелиоративное улучшение ППК. Теоретические основы химической мелиорации почв были заложены работами известного почвоведа-химика К.К. Гедройца, который установил связь между ППК и процессом почвообразования и выявил первостепенную роль ППК в создании агрономически ценных почвенных структур.

Анализируя химическое состояние почв зонально-генетического ряда, учёный выделил среди них почвы чернозёмного типа, для которых характерна насыщенность ППК кальцием и магнием при резком преобладании кальция. Именно таким характером поглощающего комплекса учёный объяснил благоприятные агрохимические характеристики чернозёмных почв. Отрицательные агрохимические свойства кислых почв он связывал с насыщенностью их ППК катионами водорода и алюминия, а плохие химические и водно-физические характеристики солонцовых почв – насыщением их ППК катионами натрия. Поэтому необходимо создать у солонцовых и кислых почв состав обменных катионов, близкий к составу чернозёмов.

Основным мероприятием, изменяющим неблагоприятный состав ППК мелиорируемой почвы, является внесение в неё кальцийсодержащих веществ или веществ, способных мобилизовать кальций, входящий в состав малорастворимых почвенных солей. Вытеснение катионов водорода, алюминия, натрия из ППК мелиорируемых почв и замена их катионами кальция приводит к улучшению агрохимических характеристик почвы, повышению эффективности внешних удобрений.

Известкование кислых почв. Ранее отмечалось, что большая часть пахотных земель в основных экономических районах РФ относится к так называемым кислым почвам, ППК которых насыщен катионами водорода и алюминия. Например, почвы таёжно-лесной зоны формируются в условиях избыточного увлажнения, где существенное превышение атмосферных осадков над испаряемостью создаёт промывочный режим и способствует вытеснению катионами водорода из поглощающего комплекса почвы обменных катионов кальция и магния:

[ППК] = Са²⁺ + 2Н⁺ ↔[ППК] + Са²⁺.

В результате формируются твёрдые почвы, бедные кальцием и отличающиеся неблагоприятными агрохимическими свойствами и низким плодородием. Для их улучшения необходимо изменить направление почвообразовательного процесса в сторону искусственного обогащения ППК катионами кальция. При распахивании целины потери кальция из почвы возрастают за счёт выноса его вместе с урожаями сельскохозяйственных культур. Присреднем урожае зерновых почва теряет 20 – 30 кг кальция с 1 га, с пропашными культурами – 60 – 70, с кормовыми культурами – до 200 – 400 кг/га ежегодно. Интенсификация сельского хозяйства, включающая массовое применение минеральных удобрений, которые в большинстве представляют собой гидролитически кислые соли, также способствует повышению кислотности почв. Кислые почвы нуждаются в коренной химической мелиорации, прежде всего известковании, т. е. внесении мелиорантов, содержащих СаСО₃. Установление потребности почвы в известковании и определении необходимых доз известковых материалов основываются на предварительном изучении почвенной кислотности, на практике их доза колеблется от нескольких до десятков тонн мелиоранта на гектар. В качестве известковых мелиорантов используются различные карбонатные породы, а также промышленные отходы. Основное действующее вещество таких мелиорантов – карбонат кальция СаСO₃ – практически нерастворим в воде, однако под влиянием содержащегося в почве СO₂ он постепенно переходит в раствор в виде Са(НСO₃)₂:

СаСО₃ + Н₂O + СO₂↔ Са(НСO₃)₂.

Гидролизуясь, гидрокарбонат кальция образует Са(ОН)₂: Са(НСO₃)₂ + 2Н₂O = Са(ОН)₂ + 2Н₂O + СO₂ ↑,

которыйнейтрализует кислотность почвенного раствора и вытесняет катионы водорода из ППК согласно схеме:

+ Са(ОН)₂ [ППК] = Са²⁺ + 2Н₂O.

Таким образом, известкование не только изменяет актуальную кислотность (рН), но и улучшает другие агрохимические характеристики почвы: снижается её гидролитическая кислотность, возрастают степень насыщенности основаниями и содержание поглощенного кальция. Повышение рН почвенного раствора до значений, близких к нейтральному (6,0 – 6,5), значительно повышает эффективность минеральных удобрений: мочевины, аммиачной селитры, хлорида и сульфата аммония. Одновременно кальций, внесённый с известью, способствует коагуляции почвенных коллоидов, улучшает микроструктуру почвы, повышает её водопрочность; в ней возрастает водопроницаемость и улучшается аэрация.

Мелиорация солонцовых почв. Солонцовыми называют почвы, содержащие большое количество обменного натрия (иногда магния) в ППК. Их образование вызвано рядом причин. Например, в зоне недостаточного увлажнения для орошения почв степных и сухопутных районов используются воды рек и водохранилищ, которые обычно содержат заметные количества натриевых солей. Такие воды при поливе смещают химическое равновесие в системе ППК – почвенный раствор в сторону обогащения почвы обменным натрием:

,

что приводит к осолонцеванию орошаемых почв, то есть к насыщению их ППК ионами натрия, и рН достигает 9 – 10. Основные массивы солонцов в нашей стране расположены в районах с наиболее благоприятными климатическими условиями для произрастания ценных сельскохозяйственных культур. Низкое естественное плодородие солонцовых почв объясняется, прежде всего, их отрицательными водно-физическими и механическими характеристиками. Так, при насыщении натрием в почве уменьшается содержание агрономически ценных фракций с размерами частиц от 0,25 до 0,001 мм и, напротив, резко возрастает содержание коллоидов. Водопроницаемость солонцов низка, и большая часть влаги остаётся недоступной растениям. ППК солонцовой почвы легко распадается под воздействием воды с выделением кремниевой кислоты и оксидов железа и алюминия, что делает нецелесообразным проведение орошения.

Наконец, для таких почв характерно невысокое содержание подвижных соединений фосфора, а также недостаток кальция в почвенном поглощающем комплексе. Все эти свойства солонцов делают их непригодными для использования в сельском хозяйстве без предварительной химической мелиорации.

Радикальным и широко распространенным на практике методом химической мелиорации солонцовых почв является их гипсование, т. е. внесение в почву в качестве мелиорирующего средства гипса CaSО₄ 2H₂О. При этом в почве протекает реакция

.

Удаление натрия из ППК и насыщение его кальцием способствует коагуляции почвенных коллоидов, улучшает структурно-механические и физико-химические свойства почв и одновременно нейтрализует её щёлочность, т. е. снижает рН. Непременным условием успешной мелиорации является последующее удаление Na₂SО₄ из корнеобитаемых горизонтов почвы во избежание её вторичного засоления. Это достигается лишь достаточным естественным увлажнением или проведением специальной промывки.

Кислование содовых солонцов, т. е. обработка разбавленными растворами сильных минеральных кислот ( H₂SO₄, НС1, HNO₃), приводит к их радикальному улучшению: происходит нейтрализация щёлочности, разложение почвенных карбонатов с переходом их в более растворимыесульфаты и гидрокарбонаты.

Образующийся CaSО₄ вытесняет обменный натрий из ППК:

В результате этих процессов происходит коагуляция гидрофильныx коллоидов, улучшаются фильтрационные свойства почвы, её кальциевый и питательный режимы. Наряду с серной кислотой для мелиорации почв содового засоления успешно применяется сульфат железа FeSО₄. Он является кислой солью, которая при взаимодействии с водой образует гидроксид железа-(II) и серную кислоту. Последняя воздействует на солонцовые почвы по механизму, описанному выше. Эффект применения мелиоранта усиливается дополнительным коагулирующим воздействием гидроксида железа.

Одним из методов химической мелиорации почв является силикатирование – внесение в почву силикатов (в основном, кремниевой кислоты), – имеющее целью повышение количества отрицательно заряженных коллоидов почвы. Силикатирование способствует усилению поглощения катионов и ослаблению связывания фосфат-ионов. Это обстоятельство повышает усвояемость фосфора растениями.

Дата добавления: 2014-01-20