5.6.4. Вторинне засолення і осолонцювання ґрунтів: прогнозування та профілактика

Зрошення в степовій зоні України, яке здійснюється в комплексі з агротехнічними і агромеліоративними заходами, підвищує родючість ґрунту, покращує його теплові та біологічні властивості, мікроклімат, дозволяє рослинам більш ефективно використовувати сонячну енергію, а отже сприяє одержанню високих і сталих врожаїв сільськогосподарських культур. Проте багаторічне зрошення призводить і до суттєвої зміни структури водно-сольового балансу, що викликає підйом підгрунтових вод, збільшує їх мінералізацію. Близьке до поверхні землі залягання рівня високомінералізованих підгрунтових вод, а також надходження солей із зрошувальною водою є основними причинами вторинного засолення ґрунтів.

Засолення ґрунтів – це процес накопичення розчинених солей в ґрунті, який призводить до створення солончакуватих (засолення глибинне) і солончакових (засолення поверхневе) ґрунтів.

Розрізняються первинне і вторинне засолення ґрунтів. Первинне засолення – це процес природного накопичення солей в ґрунті за рахунок випаровування підгрунтових вод, вмісту солей у материнських породах або під впливом еолових, біогенних чи інших факторів.

Вторинне засолення являє собою процес накопичення солей в ґрунті внаслідок штучних змін водного режиму, наприклад при порушенні наукових основ зрошення. В більшості випадків вторинне засолення виникає при переміщенні до поверхні землі водно-розчинених солей з глибинних шарів підстилаючих порід та підгрунтових вод, або за умови притоку мінералізованих зрошувальних вод. Вторинне засолення грунтів, поряд з їх заболочуванням, підтопленням та осолонцюванням знижує ефективність зрошення. На півдні України площа вторинно засолених зрошуваних ґрунтів складає близько 100 тис. га, в т.ч. середньо- та сильнозасолених – до 20 тис. га.

Найбільш поширеними сучасними негативними процесами при використанні зрошуваних земель є осолонцювання і підтоплення. Розрізняють природну та вторинну (іригаційну) солонцюватість. Солонцюватість – сукупність властивостей ґрунту, яка обумовлена наявністю обмінного натрію (Na⁺) в грунтовому вбирному комплексі [9]. Вторинна солонцюватість виникає внаслідок входження Na⁺ в ґрунтовий вбирний комплекс при промивках безгіпсових солончаків або при використанні лужних зрошувальних вод (рН > 8).

Слабкий ступінь вторинної солонцюватості ґрунтів знижує врожай на 15–20%, середній – на 20–30 сильний – на 40–50 % і більше. Зрошення призводить до підвищення вмісту увібраного натрію з 0,6–1,0 до 1,5–2,0% суми обмінних катіонів при використанні прісних зрошувальних вод і до 3–8% – при використанні мінералізованих вод. Сумарний вміст Na⁺ та К⁺ при цьому сягає 2–4 і 5–12% відповідно. Процес осолонцювання визначається якістю поливних вод (мінералізацією та співвідношенням кальцію до натрію), початковими властивостями ґрунтів, що визначають їх буферність до осолонцювання (вміст карбонатів кальцію, активність іонів кальцію), та глибиною і мінералізацією підгрунтових вод. За даними гідрогеолого-меліоративної служби Держводгоспу України, загальна площа зрошуваних солонцюватих ґрунтів сягає 800–900 тис. га [3]. Найбільш поширені процеси осолонцювання ґрунтів в південно-східному регіоні України (Донецька, Дніпропетровська, Запорізька, Миколаївська, Одеська та Херсонська області), де використовуються зрошувальні води з мінералізацією понад 0,8–1,0 г/л.

Прогнозування вторинного засолення і осолонцювання ґрунтів, профілактика та боротьба з ними.

Прогнозування вторинного засолення ґрунтів необхідне для визначення оптимальних параметрів дренажу – горизонтального і вертикального, та території його першочергового будівництва.

Методи прогнозу вторинного засолення ґрунтів розроблені в наукових працях вітчизняних вчених-меліораторів (С.Ф. Аверья-нов [1]; В.А. Ковда [22]; Г.В. Новікова [38] та ін.).

В основу більшості методів прогнозу вторинного засолення ґрунтів покладені дані стаціонарних спостережень за процесами соленакопичення в ґрунтах у типових грунтово-гідрогеологічних, кліматичних і водогосподарських умовах, а також модельних дослідів в лабораторних умовах.

Класичні методи прогнозу водного і сольового режимів ґрунтуються на вирішеннях рівнянь водного і сольового балансу та математичному моделюванні.

Значення робіт С.Ф. Авер'янова відносно боротьби з засоленням зрошуваних земель полягає в тому, що ним вперше був розкритий складний процес переміщення в однорідних і неоднорідних ґрунтах сольових розчинів, формування водного і сольового режиму зрошуваних земель.

Г.В. Новіковою запропонований найбільш простий метод сольового прогнозу ґрунтів, який використовується на зрошуваних землях півдня України. Цей метод включає два етапи:

– гідрогеологічне прогнозування – дає можливість визначити положення рівня підгрунтових вод в різні строки від початку зрошення;

– безпосередній сольовий прогноз, сутність якого полягає у вивченні впливу підгрунтових вод, які піднялися, на зміну властивостей грунту.

Метод використовується також при розрахунку кількості солей з урахуванням процесу їх конвективної дифузії.

Найбільш надійні методи прогнозування вторинного засолення ґрунтів під час зрошення базуються на комплексному використанні різноманітних варіантів водно-сольового балансу і фактичних даних, одержаних на дослідно-виробничих ділянках.

Наприклад, для складних грунтово-гідрогеологічних умов безстокових і слабодренованих ландшафтів Кримського Присивашшя (зона Північно-Кримського каналу) польовими дослідженнями ННЦ „Інститут грунтознавства і агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН і Херсонського державного аграрного університету визначені оптимальні параметри горизонтального дренажу (відстані між дренами 240–300 м і глибина дрен – 3,0–3,8 м) та режим його роботи, що забезпечує сприятливий меліоративний стан ґрунтів в процесі багаторічного зрошення. Ці параметри були використані "УкрГІПРОВОДГОСПом" (нині Укрводпроект) при проектуванні колекторно-дренажної мережі на площі понад 70 тис. га.

Основними методами боротьби із вторинним засоленням ґрунтів, як негативним наслідком зрошення, є впровадження комплексних ландшафтно-меліоративних заходів: радикальних – будівництво колекторно-дренажної мережі, облицювання зрошувальних каналів, будівництво лоткової міжгосподарської зрошувальної мережі та внутрішньогосподарських закритих зрошувальних систем з малоінтенсивною дощувальною технікою (ДМ "Фрегат", ДФ-120 "Дніпро", "Ока" та ін.), будівництво крапельних зрошувальних систем; профілактичних – поліпшення якості зрошувальної води, нормування водоподачі і водовідведення, використання ресурсо- та енергозберігаючих технологій зрошення, використання фізичних і біологічних заходів щодо ліквідації процесів засолення і осолонцювання ґрунтів; агротехнічних і агромеліоративних.

Впровадження комплексу відповідних науково-обгрунтованих меліоративних заходів дало можливість в цілому подолати вторинне засолення зрошуваних ґрунтів в південному регіоні Сухого Степу України. Воно зустрічається лише на ділянках, які зрошуються водою з високою мінералізацією (більше 1,0–1,5 г/л), та на підтопленій території.

Підтоплення земель викликається підйомом підгрунтових вод внаслідок підвищення їх рівня при влаш-туванні водосховищ, наливних ставків на річках, при будівництві гідротехнічних споруд, насиченні ґрунтів при фільтрації води з каналів, втраті води з водопровідної і каналізаційної мережі, замуленні русел річок та зменшенні природної дренованості земель. Сільськогосподарські ландшафти вважаються підтопленими у випадку підйому підгрунтових вод вище їх критичного рівня в зоні зрошення і вище норми осушення (на термін більше 10 діб – для зернових і просапних культур і 15 діб – для трав) в гумідній зоні. Під критичною глибиною рівня підгрунтових вод розуміється така їх глибина, за якої кореневмісний шар ґрунту і грунтоутвоюючих порід при дотриманні прийомів агротехніки не втрачає своєї родючості.