Все о солончаке

На фоне всхолмленной поверхности медленно выплывает белёсый солончак, который, как будто по волшебству, образует плавные очертания. В его центре, напоминающий терракотовую фигурку, неподвижно стоит верблюд, как будто выставленный на блюде, подчеркивая дисгармонию и странное спокойствие этого пейзажа.

Солончаки

Почва представляет собой важнейшее богатство каждого государства, поскольку на ней производится значительная часть аграрной продукции, обеспечивающей продовольственную безопасность. Формирование почв зависит от множества факторов, включая климатические условия и тип растительности. Также свой вклад вносят горные породы, которые составляют поверхностный слой. Разнообразие климатических условий на планете приводит к образованию различных природных зон, и, следовательно, почвы в каждой из зон имеют свои особенности. Эти почвы являются зональным компонентом природы. В этом многообразии типов почв выделяются солончаки — особый класс почв.

Что такое солончаки

Солончаки — это уникальный тип почвы, который характеризуется высоким содержанием легкорастворимых солей. В любом виде почвы содержатся минеральные соли, растворяющиеся в воде, однако в солончаках концентрация этих солей значительно выше. Это высокое содержание солей препятствует росту большинства растений кроме тех, которые обладают стойкостью к условиям повышенной солёности.

Солончаки — это распространённое явление на планете. Их географическое распределение связано в первую очередь с засушливыми климатическими зонами. Такие почвы легко найти в центральной Азии, Африке, Австралии и Северной Америке. В России солончаки распространены в таких регионах, как Прикаспийская низменность, Алтайский край и Омская область.

Наиболее обширный солончак находится в Боливии, известный как высохший замкнутый водоём Уюни. Его площадь превышает 10 тысяч квадратных километров. В непосредственной близости к этому уникальному природному объекту расположены несколько гостиниц, построенных из соляных блоков, в которых даже стены и мебель выполнены из соли, предавая особую атмосферу необычности этому месту.

Что это такое?

Определение солончака заключается в его ключевой характеристике — это почва, где содержание растворимых солей значительно превышает таковое в других типах почв. Одним из простейших способов борьбы с нежелательной растительностью является посол почвы. Тем не менее, нельзя полагать, что солончак будет абсолютно безжизненным: существуют так называемые галофиты — растения, специализированные на обитании в условиях высокой солёности. Но стоит отметить, что ни одно из таких растений не имеет широкого хозяйственного применения, и они не образуют зелёные ковры, как это делает обычная трава, а растут отдельными кустиками, напоминающими пейзажи пустынь, которые можно увидеть на школьных уроках географии, за исключением случаев, когда пустыня явно песчаная, как, например, Сахара.

Следует учесть, что многие пустыни на планете сформированы вовсе не песком, а солончаками в сочетании с крайне засушливым климатом. В умеренных, субтропических и тропических климатических зонах существуют целые природные территории, которые образуются на месте солончаков; это чаще всего степи, полупустыни и пустыни. Видовой состав растительности на этих территориях зависит от уровней содержания соли в почве и объёмов осадков. Формирование солончаков происходит в условиях водного режима, характеризующегося недостатком осадков, что приводит к тому, что соли вымываются в почву медленнее, чем образуются; данный процесс является ключевым в образовании солончаков.

Необходимые условия для формирования солончаков существуют во множестве регионов на планете — они встречаются на всех континентах. Однако наибольшее разнообразие солончаков наблюдается в Средней Азии, где они, по сути, доминируют, а также на территории Прикаспийской низменности, в то время как в других степных регионах России солончаки встречаются гораздо реже.

Известные солончаки также находятся в Крыму и в Херсонской области Украины.

Морфология

Структура почвенного профиля солончаков практически одинакова на всех континентах. Соли находятся в таком количестве, что их присутствие видно невооружённым глазом, и в некоторых местах они формируют корку толщиной до нескольких сантиметров, что затрудняет прорастание каких-либо живых организмов, кроме человека с лопатой. При этом соль может образовывать не сплошную корку, а находиться в виде рыхлого белого или сероватого порошка.

В подсоленном слое теоретически может находиться плодородный гумусовый горизонт. Однако в случаях запущенной засоленности этот гумусовый слой может быть очень тонким и едва различимым, хотя в некоторых случаях он может быть и достаточно значительным. Гумус отличается от солевого слоя своим цветом — он обычно серый или буроватый. Если засоление произошло сравнительно недавно, остатки разлагающейся растительности, характерные для данного региона, все ещё могут быть видны в гумусовом слое.

В подгумусном горизонте иногда можно встретить глеевый слой — это грунт глубинного залегания, который образуется при чрезмерной влажности. Его наличие говорит о том, что появление солончаков, возможно, связано с неправильным подходом человека к увлажнению территории. Глей можно определить по его плотной структуре, минимальному количеству пор, отсутствию явной структуры и характерным расцветкам, варьирующим от серого до ржавого, голубого или зеленого оттенка.

Солончак в публицистике и научно-популярной прозе

В некоторых песчаниках встречаются масштабные образования шаровидной формы, которые, подвергаясь выветриванию и размыванию, остаются конкретными рядами на поверхности равнины (например, в районе Мансу, у подножия Аккупа). В большинстве случаев выходы песчаников скрыты либо под движущимися песками, результатом эолового воздействия на песчаники, либо такырной глиной, иногда переходящей в солончаковую, либо горизонтальным слоем конгломерата неизвестного возраста. Наибольшее развитие песчаные образования приобретают у колодцев Туар, которые более влажные в урочище Джанак; такыры и солончаки находятся между колодцем Туар и копанями Кумерли, где наблюдается вышеупомянутый конгломерат, состоящий из небольших фрагментов кремня, связанных туфовидным известняковым цементом.

Я спешу поделиться с вами своими наблюдениями о солонцах, хоть и не успел собрать достаточно информации. Боюсь, что это письмо не успеет дойти до вас к 15-му числу ― прошу прощения за возможную задержку. От всех, кто занимается исследованием солонцов, мне бы хотелось задать один вопрос, на который я постараюсь ответить сам через исследования собранных образцов солонцов. Понимая под солонцами тип почвы, содержащий минеральные соли, мы можем выделить несколько способов их образования: 1) или эти соли возникли из подлежащих пород одновременно с их образованием (как это наблюдается в морских отложениях), или 2) эти соли были внесены в породы и солонцы в результате вторичных метаморфических химических процессов, протекающих в осадочных породах. В такой ситуации эти соли могут образовываться везде (при благоприятных климатических условиях и влажности) в результате разложения различных минералов. Например, пирит, подвергаясь выветриванию, образует серную кислоту, которая способствует образованию гипса, как это наблюдается под Градижском, где гипсовые конкреции связаны с остатками пирита или находятся в его окружении вместе с бурым железняком. Серная кислота также должна воздействовать на окружающие глинистые массы и силикаты — так может образовываться MgSO₄, который, по всей видимости, содержится в значительных количествах в кременчугских солонцах. Это всего лишь один из множества химических процессов, которые теоретически могут привести к образованию солонцов.

В водной растворимости солонцов Кременчуга находится либо алюминий, либо кремневые соли, судя по предварительным исследованиям. Однако пока я с осторожностью утверждаю это: мало ли что можно пропустить в процессе первых опытов! Если это так, то образование солонцов связано с формированием кварцевых земель. Другое следствие такого подхода к изучению солонцов таково, что солонцы могут терять соли, образуя нерастворимые соединения магния, натрия и других солей кремнезёма, оставаясь при этом солонцами, поскольку солонец не является лишь почвой, насыщенной соляными растворами, но и почвой, изменённой под воздействием соляных растворов. Не исключено, что переход от солонцов, не содержащих соли, к солонцам с содержанием солей — это результат химического процесса: оба типа солонцов могут быть взаимосвязаны. Конечным продуктом этого процесса, конечной стадией развития любого солонца, содержащего соли, будет солонец, который не содержит таковых.

Область между 55 и 51 северной широты, на краю южной линии Сырта, ранее была освобождена от моря и почти совпадает с полосой глубочайшего и наиболее плодородного чернозёма. Считается, что этот чернозём возник в результате длительного разложения обильной растительности, благоприятствующей здесь климатическим условиям: в состав этого урожайного чернозема входит более 10% перегноя. Напротив, области к югу от этой полосы, образующие степную зону и позднее вышедшие из-под моря, покрыты тонким растительным слоем, который располагается на песчаном солончаковом грунте, оставшемся от отступившего моря, и содержанием перегноя, значительно уступающим показателям чернозёма. Ближе к Каспийскому морю, в астраханских степях, почва лишена даже такого тонкого покрова, и голые солончаки часто выступают на поверхность. Песчаные солончаковые участки и солёные озёра, разбросанные по этой низменности, говорят о том, что она ещё совсем недавно была дном моря.

Солончак в мемуарах, беллетристике и художественной прозе

― Или еще хуже обстоит на солончаках у самого Каспия: солнце палит, и солончак сверкает, также как и море… От этого блеска возникает головокружение, даже хуже, чем от пахучих ковыльных трав, и совершенно неясно, где ты находишься, в каком уголке мира — жив ты или уже мёртв, подвергшись невыносимым мукам за свои грехи. Там, где степь поросла ковылем, она все еще выглядит живописно; по холмам хотя бы изредка можно встретить шалфей или мелкий полынь, или чабрец, пестреющий на фоне белизны. А здесь все лишь однородное свечение… <. >Несмотря на всю свою скучность, это все еще можно пережить, но на солончаке, о Господи, никому не желаю задерживаться дольше. Конь находит момент удовольствие, угощаясь солью и набирая вес, но человеку там ― лишь погибель. Животных тоже не наблюдается, разве что одна незаметная птичка с красной окантовкой губок, она напоминает ласточку, на первый взгляд незаметная, но с характерной красной каймой на клюве. Зачем она даже летит к этим морским берегам — не знаю, но сесть ей тут некуда, и поэтому она однажды опустится на солончак, полежит своей безмятежной жизнью и снова взлетит, а ты, увы, лишён подобного, не имея крыльев, остаешься здесь наедине с судьбой, и нет тебе ни покоя, ни дыхания, а если и умрёшь, то как баранина, оказавшись в соли, будешь лежать тут до самой кончины мира, став солониной.

У столов сидят писцы; на столах расположена пара из них; перед каждым — перо и чернила, сочетание со скомплектованной стопкой бумаги; стальной писец скрипит пером по бумаге, перелистывая листы, а лист шелестит и упрямо звенит (должно быть, зловещее растение вереск получило свое имя из-за избавления его от этого звука); шум осеннего леса, когда ветер гуляет по деревьям, как и шелест песка, издаваемый в пустырях, на солончаковых просторах Оренбургской, Самарской или Саратовской областей.

Я пересел и быстро прибыли в Шерифхане. Здесь я столкнулся с чем-то невообразимым. Пустыня-солончак. Обширное, мертво-равномерное, гладкое озеро. Вдоль берега растянулись длинные причалы на сваях. Несколько крупных чёрных барж грузятся чем-то. Но самое странное то, что на берегу не видно ни одного жилого сооружения, не обнаружено ни одного человека. Одна лишь пустыня. И пустынные склады. Рядом лежат товары. Мотки колючей проволоки. Несколько амбаров. Десяток вагонов стоит на рельсах. Но порт ― мёртв. Это главный порт Урмийского озера, место, как говорят, с огромным будущим. Противоположного берега нельзя разглядеть.

Монголы восклицали: «Только не сворачивайте с тропинки!» И действительно, по бокам с острыми краями плит чернели ямы, и сама тропинка была усеяна выбоинами, в которые животное могло легко повредить ногу. Лошади шли особенно осторожно. Из верблюдов лишь один провалился на самой тропинке, и только со значительными усилиями его удалось вытащить. Солончаковая пыль окутала всё это место странным туманом, глубоко проникая в лёгкие. Ночью вспыхивали красные огоньки. И ламы отказывались двигаться дальше, привлекая наше внимание к каким-то случайным силуэтам, которые оказывались не чем иным, как соляными столбами. Утром соляные плитки постепенно превращались в белый порошковый осадок и сменялись песками. Незадолго до этого появляются кусты и высокая трава, которой жадно щипали наши голодные животные. На горизонте синели горы. Это была Нейджи, географическая граница Тибета, хотя первые пограничные посты встретились лишь много позже.

После исследования тибетского нагорья я направился к Лоб-Нору, чтобы оттуда вернуться в Россию. Тарым, страдающий от пустыни, изнемогая, из последних вод образует обширное тростниковое болото, современный Кара-Кошук-Куль, Лоб-Нор Пржевальского, — и Лоб-Нор ханских времён, — что бы ни говорил Ритгофен. Это болото окружено солончаками, однако вода солёная только у самых берегов, так как камыш не рос бы рядом с солёным озером. Однажды весной я за пять дней обогнул его. Там, среди тростников, мне удалось открыть замечательную полуводяную бабочку с примитивной системой жилок. Кочковатый солончак был усеян раковинами моллюсков.

Галофобы

Галофобы (гликофиты) представляют собой растения, которые имеют цитоплазму, плохо проницаемую для солей, и к ним относятся полыни (Artemisia), лохи (Elaeagnus). Эти растения обитают на солончаках при умеренных уровнях засоления почвы. Их адаптация к условиям повышенной солёности осуществляется благодаря увеличению осмотического давления клеточного сока путём накопления углеводов, а не поглощаемых солей. В общем, их внешний вид несёт в себе элементы ксероморфизма и больше всего напоминает склерофиты, которые способны добывать влагу, развивая глубокие корни. К этой же группе также относятся виды, способные накапливать излишки соли в специализированных образованиях, например, на листьях в виде пузырьков.

Криногалофиты составляют другую группу видов, избегающих вредного воздействия соли за счёт выделения её на поверхность с помощью специализированных железок, количество которых способно увеличиваться пропорционально уровню засоления почвы. Эта группа обладает ещё большей морфологической разнообразностью, включая такие разные растения, как тамарикс (Tamarix), армерия (Armeria), кермек (Limonium). Эти растения характеризуются мезоморфными чертами с слабо выраженными признаками галоморфизма, а криногалофиты проявляют высокую степень приспособленности. Они успешно колонизируют не только степи и полупустыни, но и прибрежные дюны, соленые марши, каменистые пляжи и океанические берега. Некоторые виды сбрасывают листья или ветки годичного прироста, чтобы избавиться от накопленных солей, переходя в жизненную форму полукустарника.

Криногалофиты также включают растения из рода авиценния (Avicennia), которые формируют мангровые заросли. Во время прилива эта прибрежная полоса мангровых лесов затопляется морской водой, в результате чего корни и даже стволы деревьев оказываются погружены в соленый раствор океана. Стоит отметить, что не все виды мангров относятся к криногалофитам. Например, корни ризофоры (Rhizophora), формирующие плотную полосу вдоль побережья, способны фильтровать соль из морской воды. Следовательно, в сосуды поступает достаточно опресненная вода, хотя со временем соль всё же накапливается в листьях растений.

Важно упомянуть, что молодые проростки более чувствительны к высоким концентрациям соли, и у ризофоры в процессе эволюции выработалось значимое свойство — прорастание семян еще на материнском растении, что называется живорождением. Это явление гарантирует, что у проростка имеется защитный заслон ткани, через которую проходит фильтрация соленой воды. В результате проросток получает почти пресную воду. Молодое растение остается на материнском дереве достаточно долго, в период от 30 до 40 недель до одного года, прежде чем упасть, проникая острыми корешками в ил, что помогает ему закрепиться в почве. Прораставшие в воде семена способны в течение длительного времени (около года) сохранять жизнеспособность в соленой морской воде, что позволяет им перемещаться на большие расстояния вдоль побережья.

Ксероморфизм — это морфолого-анатомические особенности, присущие ксерофитам, то есть растениям, обитающим в условиях недостатка влаги.

Соль и солнце

Существовали различные гипотезы относительно влияния высокой концентрации соли на растения, включая токсичность солей и физиологическую сухость. Однако исследования показали, что галофиты, имеющие внешний вид ксерофитов, существенно отличаются от них в внутреннем строении. В частности, солеустойчивые галофиты имеют крупные клетки паренхимы, заполненные водой, и они покрыты тонким эпидермисом, их морфологические признаки в наибольшей степени напоминают листья светолюбивых растений. Увеличение концентрации соли в почве приводит к увеличению размеров клеток у галофитов, в отличие от уменьшения размеров клеток у ксерофитов. Интересно, что у растений, которые стремятся избегать солёных почв, при их засолении размеры клеток уменьшаются. Более того, крайне сильное засоление почвы (например, в условиях пересыхания солончака) также может вызвать уменьшение размеров клеток у галофитов, тормозить процессы роста и даже приводить к состоянию покоя.

Несмотря на общие внешние признаки солеустойчивых и засухоустойчивых растений, это подтверждает единство путей морфологических адаптаций растений к неблагоприятным условиям. При этом механизмы физиологического выживания в условиях засоления различаются от тех, что используются для борьбы с нехваткой влаги. Напомним, что галофиты представляют собой уникальную экологическую группу, для которой солевой режим является важным или, даже, определяющим фактором окружающей среды.

Лебеда сереющая — типичный эугалофит Мелколепестник сизый — растение утесов и дюн океанического побережья Мангровые заросли из ризофоры

Методы борьбы с солонцами

В мероприятия по рассолению солонцовых почв входят следующие процедуры:

• Гипсование
• Самогипсование
• Кислование
• Землевание

Гипсование

Этот метод относится к химическим способам мелиорации солонцов и включает внесение гипсосодержащих удобрений, что приводит к преобразованию натриевых соединений в более легко вымываемые. Конкретно, добавление гипса, содержащего сульфат кальция, вступает в химическую реакцию с обменным натрием благодаря сере в своём составе. В результате обменный натрий трансформируется в легкорастворимый сульфат натрия (Na₂SO₄), который может быть благополучно удалён путём вымывания из плодородного горизонта почвы.

(ППК)Na⁺+CaSO₄=(ППК)Ca²⁺+Na₂SO₄

Выведенный натрий заменяется ионом кальция из гипса.
Кроме того, гипс способен преобразовывать вредную соду (Na₂CO₃) с образованием того же легкорастворимого сульфата натрия (Na₂SO₄). Также кальций, находящийся в гипсе, положительно влияет на структуру почвы и уменьшает в ней щелочную реакцию.

Na₂CO₃ +CaSO₄=CaCO₃+Na₂SO₄

Поскольку вымывание сульфата натрия из почвы возможно лишь при наличии достаточного количества влаги, гипсование рекомендуется проводить в условиях, когда годовая норма осадков составляет не менее 350 мм. При этом эффективность работы гипса зависит от повышения его равномерности и распределённости в солонцовом слое. Поэтому целесообразно вносить гипс после глубокой зяблевой вспашки.

На корковых и мелких солонцах гипс вносят после вспашки перед культивацией. На средних солонцах при залегании солей на глубине от 10 до 18 см внесение производится в два этапа: первый этап — под вспашку, второй этап — под культивацию после вспашки. При глубоком залегании солонца больше 18 см весь объём нормы гипса вносят перед вспашкой и затем заделывают плугом с предплужниками.

Норма внесения гипса напрямую зависит от содержания обменного натрия в солонцовом слое. Чем больше обменного натрия, тем выше должна быть норма внесения гипса. Обычно эти нормы рассчитываются в специализированных лабораториях на основе результатов анализов проб почвы.

Если солонцовые участки занимают менее 70% площади поля, норму внесения гипса устанавливают для каждого отдельного солонцового участка, основанную на отборе индивидуальных проб почвы. В случае, если площадь, поражённая солонцем, превышает 70%, тогда рассчитывается единая норма внесения для всего поля.

Для антисолонцовой гипсовой добавки используются:

• двуводный гипс (сыромолотый гипс)
• отходы производства фосфорных удобрений – фосфогипс или глиногипс
• отходы содового производства

Одновременно с гипсованием применяются и другие мероприятия по восстановлению засоленных земель, такие как влагонасыщение, снегозадержание, глубокая обработка чизелем и щелевание междурядий пропашных посевов, а также использование в севообороте солестойких культур.

Кислование солонцов

Этот химический способ обработки используется в случаях, когда в почвах присутствуют солонцы и содовые соединения в виде карбонатов и бикарбонатов. Такой вид засоления имеет место при наличии солонца и шёлковатости, где за счёт высокого уровня щелочного pH (более 8-9) практически ничего не вырастает. В случае таких почв внесение гипса оказывается практически бесполезным, так как они очень плохо растворяются в щелочной среде.

Фитомелиорация засоленных земель

Этот метод рекультивации включает в себя отбор севооборота солестойких полевых культур, которые помогают улучшить водопроницаемость почвы и запустить биологические процессы в засолённом почвенном горизонте. В профессиональной среде агрономов этот метод борьбы с солонцами называется — фитомелиорацией.

Экономическая доступность

Несмотря на то, что процесс снижения солёности почвы данным способом занимает больше времени, его основной плюс заключается в экономической доступности и том, что он не требует использования специализированного оборудования в агрономии.

Часто посев культур осуществляется без предварительной обработки почв, что существенно снижает затраты. В процессе восстановления специалисты не рекомендуют применять гербициды, поскольку сорная растительность играет положительную роль в борьбе с засолением почвы.

Активизация регенерации плодородия

Для восстановления водопроницаемости почвы и её обогащения воздухом рекомендуется осуществлять посевы смесями культур с разными корневыми системами — как стержневыми, так и мочковыми.

Развитие мочковатых корней в верхнем засоленном монолитном слое должно обеспечивать изменение его структуры с делением на мелкие комочки. Таким образом, восстанавливается насыщение воздухом и влагой на капиллярном уровне.

Глубокое проникновение стержневых корней может обеспечивать влагообмен между горизонтами почвы, тем самым стимулируя вымывание вредных солей в более нижние горизонты.

Кроме того, благодаря затенению поверхности поля культурой замедляется процесс испарения влаги, что способствует предотвращению засоления верхнего гумусного слоя. В почве возобновляются различные биологические процессы, способствующие образованию гумуса. В результате нейтрализации действия токсичных солей появится возможность возделывать и менее стойкие к соли культуры.

Солеустойчивые культуры

В целях восстановления почв, поражённых солонцами, в севооборотах применяются следующие наиболее солеустойчивые культуры:

Подбор культур и стратегии севооборота

Следует отметить, что успех регенерации почв сильно зависит от множества факторов, включая:

• физический и химический состав
• годовая норма осадков
• температурный режим
• рельеф поля
• расположение и состав грунтовых вод
• действия ветровой эрозии

Учитывая сложность влияния вышеперечисленных факторов, невозможно создать точную формулу для подбора высеваемых культур; поэтому выбор и их чередование проводят опытным путём.

Для этого осуществляют посадку смесей из двух, трёх или четырёх культур на засоленных участках. В результате наблюдения за всходами и концом формирования стеблей определяют наиболее устойчивые виды растений для конкретных засолённых участков. Затем второй посев проводится с приоритетом той культуры, которая показала наилучшие результаты в первом посеве. При этом наблюдают за изменениями в структуре почвы и её химическом составе. С улучшением ситуации в севооборот включают другие культуры. Таким образом, создаётся стратегия чередования культур в севообороте с постоянным контролем динамики улучшения проблемных участков.

В среднем с использованием такой стратегии удаления солонцовых пятен происходит в течение 4-5 лет. Кроме того, следует понимать, что такие подверженные засолению участки не могут обрабатываться стандартным образом и после проведённого рассоления требуют постоянного контроля для корректировки севооборота.