Засоленные почвы естественных и агротехногенных ландшафтов Южного Урала (27.09.2010)

Автор: Сулейманов Руслан Римович

Научная новизна. Впервые для условий Южного Урала проведены комплексные исследования почв засоленного ряда в естественных и агротехногенных условиях. Изучены запасы и состав природных агрономических удобрений и показана эффективность использования сапропеля, сплавины и цеолита для улучшения свойств и биопродуктивности как природных, так и техногенно засоленных и осолонцованных почв. Показаны сходства и различия комплекса свойств в профиле засоленных и осолонцованных почв естественного и техногенного происхождения. Выявлен механизм вторичного засоления почв, загрязненных сырой нефтью, при проведении биологической рекультивации через 15-30 лет после загрязнения. Установлено, что для опреснения подземных вод, загрязненных в результате воздействия пруда-накопителя нефтепромысловых сточных вод (НСВ), должно пройти 140 лет. Выявлен механизм засоления чернозема выщелоченного при длительном орошении маломинерализованной водой в овощном севообороте. Выявлены процессы гидрогенного накопления солей в местах выхода минеральных источников на дневную поверхность. На примере изучения почв археологических памятников показано, что природные условия равнинного междуречья в Предуральской степи за последние 3,5 тысячи лет способствовали рассолению почв.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Генезис, распространение, свойства природных почв засоленного ряда Южного Урала. Ухудшение их агроэкологических свойств при длительном сельскохозяйственном использовании и повышение плодородия путем использования природных агрономических удобрений.

2. Формирование засоленных и осолонцованных почв при загрязнении сырой нефтью и высокоминерализованными НСВ, сходства и различия комплекса их свойств с природными почвами засоленного ряда.

3. Проведение рекультивации техногенно засоленных и осолонцованных почв насыщенных основаниями и (или) имеющих свободные карбонаты в своем профиле без использования кальций содержащих мелиорантов. Процесс замещения натрия в почвенно-поглощающем комплексе имеющимся в почве кальцием активизируется при фитомелиорации и использовании природных удобрений.

4. Пруды-накопители нефтепромысловых сточных вод - источники загрязнения пород, грунтовых вод и почв. Повышение минерализации подземных вод и смена химического состава в зоне их влияния, накопление токсичных элементов (выше ПДК) в растениях и почвах на территории, превышающей площадь непосредственного воздействия.

5. Влияние мелиорации на солевой режим почв и механизм засоления при орошении черноземов маломинерализованными водами.

6. Анализ направленности процессов засоления–рассоления на основании сравнительного изучения современных и погребенных почв археологических памятников.

Реализация результатов исследований и практическая значимость. На основе результатов исследований, проведенных совместно с институтом БашНИПИНефть, разработан и внедрен руководящий документ «Проведение рекультивации техногенно-нарушенных земель при добыче нефти» РД 39-00147275-056-2000. БашНИПИНефть. Уфа, 2000. 102 с. Разработаны способы очитки почв от нефтяных загрязнений (Патенты РФ № 2170149; № 2198747; № 2199406). Совместно с ОАО ПИИ «Башгипроводхоз» проведены почвенно-мелиоративные обследования и составлены рекомендации по использованию почв на оросительных системах (Абзелиловский, Зилаирский, Буздякский, Уфимский, Стерлитамакский районы Республики Башкортостан).

Материалы исследований используются в учебном процессе при чтении курса «Мелиорация и рекультивация земель» на факультете Землеустройство и лесное хозяйство Башкирского государственного аграрного университета и курса «География рекультивируемых ландшафтов» на Географическом факультете Башкирского государственного университета.

Связь работы с научными программами. Различные этапы диссертационной работы были поддержаны: грантами РФФИ конкурс «Агидель» №№ 02-04-97912, 05-04-97907, 05-04-97902; грантом РГНФ № 06-01-84102; Комиссией про грантам при Президенте РФ (МК-1587.2004.5); Программами фундаментальных исследований ОБН РАН: «Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами» (2003-2005 г.г.) и «Биологические ресурсы России: Фундаментальные основы рационального использования» (2006-2008 г.г.); Государственными научно-техническими программами Академии наук Республики Башкортостан (1999-2009 г.г.).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на региональных конференциях: Республика Башкортостан, Уфа 1998-2010 г.г. На всероссийских конференциях: Съезды общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004; Ростов-на-Дону, 2008; Докучаевские молодежные чтения. Санкт-Петербург, 2002; 2004; «Проблемы геоэкологии Южного Урала». Оренбург, 2005, 2007; «Природообустройство и рациональное природопользование». Москва, 2005; «Почвоведение и агрохимия в XXI веке». Санкт-Петербург, 2006; XIII Всероссийская школа «Экология и почвы». Пущино, 2006. На международных конференциях: «Современные проблемы загрязнения почв». Москва, 2004; «Плодородие почв – уникальный природный ресурс – в нем будущее России». Санкт-Петербург, 2008; «Soil and Water Conservation, Climate Change and Environmental Sensitivity». Budapest. Hungary, 2008; «Global Change – Challenges for Soil Management: From Degradation on through Soil and Water Conservation to Sustainable Soil Management». Tara Mountain. Serbia, 2009; «Soil Fertility and Soil Productivity, Two Features to be Distinguished - Differences of Efficiency of Soils for Land Uses, Expenditures and Returns». Berlin. Germany, 2010.

Общий список опубликованных работ состоит из 47 наименований. По теме работы изданы 2 монографии, в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 19 статей.

Исходные материалы. В основу работы положены результаты многолетних (1996-2009 г.г.) полевых, модельных и аналитических исследований, проведенных в лаборатории почвоведения Учреждения РАН Институт биологии Уфимского научного центра РАН.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований явились основные типы почв, сформированные в разных почвенно-климатических зонах Южного Урала (на территории Республики Башкортостан), подверженные естественному и агротехногенному засолению. Экспериментальная работа проводилась на основе сравнительно-географических маршрутных и обзорно-площадных экспедиционных исследований, режимных наблюдений в полевых условиях, в микрополевых и лабораторных опытах. Почвенные разрезы закладывались в различных ландшафтах на почвах засоленного ряда природного генезиса и на участках с характерными признаками техногенного воздействия: загрязненных (нефтью, высокоминерализованными сточными водами), заболоченных, осушенных, орошаемых, пирогенно-деградированных и при необходимости и возможности, на аналоговых фоновых почвах. Образцы почв отбирали из основных генетических горизонтов, их лабораторно-аналитические исследования проводились в соответствии с принятыми в почвоведении методами. Обработка материалов выполнена с использованием методов математической статистики.

Структура и объем работы. Работа изложена на 409 страницах и состоит из введения, 7 глав, выводов, библиографического списка из 321 наименований, в том числе 54 – зарубежных авторов, включает 94 таблицы, 34 рисунка и 18 приложений.

Личный вклад автора. Автором определены цели и задачи исследований, принято участие в проведении десятков экспедиционных и маршрутных выездов, заложении почвенных разрезов и полевых опытов, ряде аналитических исследований, обработаны и обобщены полученные материалы. Часть работ по изучению использования природных агроруд для повышения плодородия засоленных почв в Зауральской степной зоне выполнены совместно с к.б.н. Дашкиным С.М., которой защитил кандидатскую диссертацию под руководством автора.

Выражаю глубокую признательность и благодарность зав. лабораторией почвоведения д.б.н. проф. Габбасовой И.М., чл. корр. АН РБ

д.б.н. Хазиеву Ф.Х., д.б.н. Мукатанову А.Х., старейшему научному сотруднику лаборатории почвоведения Ганиеву Х.И., а также к.с-х.н. Гарипову Т.Т.,

к.с-х.н. Назыровой Ф.И., к.с-х.н. Простяковой З.Г., к.б.н. Сидоровой Л.В.,

Хакимовой Г.А. и Фазлыевой Ф.Ш., оказавших огромную помощь в проведении полевых, аналитических работ и сбору материала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Территории Республики Башкортостан расположена на рубеже Европы и Азии. Она занимает часть восточной окраины Русской равнины, гор Южного Урала и возвышенно-равнинного Зауралья, что объясняет большое разнообразие ее физико-географических, геоморфологических и климатических условий, почвообразующих пород, почв и типов растительности. Основной почвенный фон территории республики составляют почвы черноземного (37,2%) и лесного типа (27,7%).

Республика Башкортостан входит в пояс засоленных почв России, протянувшегося в основном с запада на восток по южным рубежам страны (Панкова, Новикова, 2002(. В группу засоленных почв входят солонцеватые разновидности зональных подтипов черноземов обыкновенных и южных, распространенных преимущественно в Зауральской степи республики, и солончаковатые разновидности луговых почв. В пределах республики развиты также типичные солончаки и солонцы, которые часто встречаются в Зауралье, реже на юге Предуралья, комплексируясь с зональными типами почв, их солонцеватыми родами.

2. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ

Изучению засоленных почв региона в связи с их небольшим распространением посвящено значительно меньше работ, чем основным генетическим типам. Первые сведения об этих почвах обобщены в работе

Д.В. Богомолова (1954(, позже их изучали П.Я. Бульчук (1966; 1973(,

Б.М. Миркин (1973(.

Значительно больше внимания уделялось вторичному засолению почв при мелиорации. Влиянию орошения на свойства почв, в том числе солевому режиму, посвящены работы Б.В. Шумакова (1979(; Р.Ф. Абдрахманова и В.Г. Попова (1985(, А.В. Комиссарова (1989(, Я.Т. Суюндукова (1989, 1995(, Х.М. Сафина (1996, 2000(, С.А. Юнусова (2004(, И.М. Габбасовой и др. (2004, 2006, 2009(. Изменение количественного и качественного состава солей при осушении показано в работах Э.Г. Ашимова (1982(, Р.А. Уразметовой и Х.И. Ганиева (1982(, Ф.Х. Хазиева и

А.Х. Мукатанова (1985(. В целом информация о засоленных почвах региона обобщена в двух томной монографии Почвы Башкортостана (1995, 1997(.

В настоящее время проблема, связанная с засолением почв, обостряется в связи с загрязнением почв сырой нефтью и попутными рассолами в районах нефтедобычи. Исследования процессов техногенного засоления и осолонцевания почв при загрязнении высокоминерализованными поллютантами проводились в последние годы в лаборатории почвоведения Института биологии УНЦ РАН.

3. ПОЧВЫ ЗАСОЛЕННОГО РЯДА ЗАУРАЛЬСКОЙ СТЕПНОЙ ЗОНЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Характеристика почв засоленного ряда Зауральской степной зоны

Целью маршрутных исследований было выявление и характеристика засоленных и осолонцованных почв в Зауральской степи. Всего было заложено 15 полнопрофильных разрезов и серия прикопок. Дополнительно анализировались материалы почвенного обследования Хайбуллинского района, проведенные Институтом «Волгогипрозем» и архивные материалы лаборатории почвоведения Института биологии УНЦ РАН.

Эти исследования показали, что наиболее распространенными почвами засоленного ряда являются черноземы обыкновенные и южные, сильно различающиеся по мощности, содержанию гумуса, выраженности засоления и осолонцевания и развитости почвенного профиля. Собственно типы солончаков и солонцов, а также солодей выявлены не были. Эти почвы не образуют самостоятельного фона, обычно они комплексируются с черноземами и лугово-черноземными почвами.

Как известно, солончаки и солончаковые почвы относятся к гидроморфному ряду. Их образование обусловлено наличием солей в почвообразующих породах и грунтовых водах. Рассоление солончаков, в составе солей которых имеется натрий, приводит к формированию солонцовых почв. Наиболее частой причиной этого процесса бывает понижение уровня грунтовых вод вследствие усиливающейся ксерофитизации климата. В зависимости от колебаний климатических условий, определяющих гидротермический режим почв, процессы засоления-осолонцевания сдвигаются в ту или иную сторону. При достаточно длительной солонцовой стадии начинают развиваться процессы осолодения.

Анализ морфологических свойств показывает, что солончаки луговые отличаются слабой дифференциацией почвенного профиля, наличием выцветов солей, слабой уплотненностью, отсутствием выраженной структуры, тяжелым механическим составом, вскипают по всему профилю. Солонцы-солончаки и в большей степени солонцы в отличие от солончаков обладают выраженной дифференциацией профиля на генетические горизонты. Характеризуются хорошо выраженной комковато-пылеватой или пластинчатой структурой верхних и ореховато-призмовидной, глыбистой или столбчатой структурой иллювиальных горизонтов. Они очень плотные, в сухом состоянии трещиноватые. Карбонаты отмечаются обычно в иллювиальных горизонтах. Среди структурных агрегатов в верхних гумусово-аккумулятивных горизонтах преобладают фракции размером 5-3 и 3-1 мм (их доля составляет 23-30% от общего числа), с глубиной начинают преобладать глыбистые фракции. Верхние горизонты также характеризуются высокой водопрочностью агрегатов (коэффициент водопрочности составляет 80-95), в осолонцованных горизонтах водопрочность агрегатов заметно снижается. Известно, что замещение поглощенных Ca и Mg на Na вызывает повышение дисперсности почвы, увеличение способности к набуханию во влажном состоянии, что приводит к резкому снижению или полному прекращению фильтрации влаги.

Морфологический профиль черноземов обыкновенных и южных при наличии засоления и осолонцевания наряду с характерной для этих почв резкой языковатостью, высокой плотностью и призматической структурой приобретают более выраженную слитость и столбчатость структуры осолонцованных горизонтов, в засоленных слоях появляются выцветы солей и белесоватая присыпка. В верхних гумусово-аккумулятивных горизонтах наряду с агрономически ценными агрегатами размером 3-1 мм начинают преобладать пылеватые фракции. Коэффициент водопрочности несколько ниже, чем у солончаков луговых и составляет 83-87.

По степени засоления исследованные почвы сильно различаются. Максимальное содержание сухого остатка наблюдается в солончаках луговых, степень засоления которых относится к градации очень сильной. Распределение солей в профиле солончаков относительно равномерное с максимумом скопления в верхней части. Преобладающий тип засоления – сульфатный и хлоридно-сульфатный.


загрузка...