Agents of soil salinization in “Chervlenoe” and “Duboovrazhniy” plots of the Svetloyarsk irrigation system

Засоление почв является негативным процессом, широко распространенным в южных регионах России, и приводит к потере урожая (Засоленные…, 2006) . Сценарий, по которому протекает процесс засоления, определяется природными и антропогенными факторами (Ковда, 1980) . К ним относятся:

• -    климат (количество осадков, испаряемость, давление паров влаги в воздухе, их динамика);

• -    геологические, геоморфологические, геохимические, гидрологические и гидрохимические факторы (естественный дренаж, глубина и флуктуации уровня грунтовых вод, их химический состав и общая минерализация, направление и скорость горизонтального потока, исходная засоленность почвообразующих пород, расчлененность территории);

• -    свойства почв (строение профиля, механический состав, структура, водопроницаемость, содержание легкорастворимых солей, состав обменного комплекса, рН и т. д.);

• -    агротехнические (землепользование, выращиваемые культуры, методы обработки почв и т. д.);

• -    характер орошения (количество оросительной воды, частота и способ ее подачи, содержание солей и их химизм в ирригационных водах, организация искусственного дренажа и т. д.);

Изучение факторов засоления на конкретных примерах позволяет найти пути решения проблемы засоления почв и дать рекомендации по применению тех или иных методов мелиорации засоленных почв.

Цель исследования – выявление вклада различных факторов засоления почв, как природных, так и антропогенных, на примере двух участков Светлоярской оросительной системы: “Червленое” и “Дубоовражный”.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования – участок “Дубоовражный” и участок “Червленое” Светлоярской оросительной системы – расположены на юге Волгоградской области, на границе с Калмыкией. Схематичное расположение участков исследования изображено на физической карте России (рис. 1).

Оба участка локализованы в границах сухостепной зоны. Климат континентальный, засушливый, К_увл = 0.3. Естественные почвы на обоих участках были представлены светло-каштановыми солонцовыми комплексами (Дягтерева и др., 1970) .

Рис. 1. Схематичное расположение участков “Червленое” и “Дубоовражный” на физической карте России.

Fig. 1. Schematic location of the “ Chervlenoe ” and “ Duboovrazhniy ” plots on the physical map of Russia.

Участок “Червленое” занимает северные отроги возвышенности Ергени. Почвообразующие породы – лёссовидные суглинки, содержащие водорастворимые соли (Засоленные…, 2006) . Грунтовые воды сульфатно-хлоридного магниево-натриевого состава (Горохова, 1992; Панкова и др., 2004; Новикова и др., 2009) залегают на глубине 9–11 м, по данным за 2017 г. Орошаемые почвы – светло-каштановые орошаемые (Классификация…, 1977) , агрозе-мы светлые дисперсно-карбонатные или сегрегационно-карбонатные, в некоторых случаях карбонатно-аккумулятивные (Полевой…, 2008) . Орошение на этом участке частично отсутствует, некоторые поля орошаются дождеванием (Кравченко и др., 2018) . Содержание солей постепенно увеличивается с глубиной, сумма токсичных солей в верхних горизонтах составляет 0–0.4 %, а на глубине 2 м достигает 4 % в солонцах и 1.5 % – в светлокаштановых почвах (Засоленные…, 2006) .

Впервые засоление почв на этом участке было зафиксировано в 1990-е годы. Отмечалось, что на участке присутствует сильное и очень сильное поверхностное засоление, которое было заметно на аэрофотоснимках в виде светлых пятен и полос с “ба- хромой” по краям, в то время на участке применялось орошение поверхностным способом (Горохова, 1992). В период 1990–2000 гг. участок не орошался. В работах (Панкова и др., 2004; Новикова и др., 2009) было отмечено, что в результате прекращения орошения под действием атмосферных осадков произошло рассоление поверхностных горизонтов почв и увеличение содержания солей на глубине 1–2 м. Орошение дождеванием было возобновлено с 2000-х годов. Современное состояние почв участка “Червленое” было изучено в августе 2017 г. В статье (Кравченко и др., 2018) зафиксировано, что в пределах первого метра орошаемые почвы имеют слабую и среднюю степень засоления, максимум солей располагается во втором метре, распределение содержания солей по глубине срединно-аккумулятивное.

Участок “Дубоовражный” расположен в Сарпинской ложбине Прикаспийской низменности (Доскач, 1979) . Почвообразующие породы на этом участке – хвалынские суглинистые отложения, подстилаемые хвалынскими шоколадными глинами, локально хвалынские глины перекрыты песчаными линзами мощностью до 1 м. Грунтовые воды залегают на глубине 7–8 м. Орошаемые почвы – светло-каштановые орошаемые (Классификация…, 1977) , агроземы светлые дисперсно-карбонатные, в некоторых случаях карбонатно-аккумулятивные (Полевой…, 2008) . Все поля этого участка орошаются капельным способом.

Ранее участок “Дубоовражный”, так же, как и “Червленое”, входил в состав Светлоярской оросительной системы, известно, что на нем осуществлялось орошение посредством дождевальных установок. Состояние засоления орошаемых почв этого участка до настоящего момента не было изучено. По состоянию на 2018 г. этот участок принадлежит частному фермерскому хозяйству.

Из литературы (Засоленные…, 2006) известно, что почвы, близко подстилаемые шоколадными глинами, имеют неравномерный тип распределения солей: верхняя часть профиля обычно имеет слабую степень засоления (плотный остаток 0.2–0.4 %), ниже 40–50 см количество солей резко возрастает (плотный остаток 1.5–1.7 %), а на глубине 70–80 см величина плотного остатка достигает 2.5–2.7 %. Сумма токсичных солей с поверхности до 30 см близка к 0, а с глубины 70–200 см составляет 1–1.2 %

(Засоленные…, 2006) .

Для обследования были выбраны именно эти участки, поскольку, во-первых, они подвергались орошению в течение длительного времени (1960–1990 гг.) и частично орошались позднее (после 2000-х годов), что позволяет наблюдать динамическое изменение характеристик засоленности почв в условиях длительного орошения. Во-вторых, участки располагаются в сходных климатических условиях, но сильно отличаются геологическим строением и геоморфологией, что представляет интерес с научной точки зрения.

В поле были взяты образцы с участков “Червленое” и “Дубоовражный”. Всего было получено 122 образца, отобранных буром до глубины 2 м послойно с шагом 10–30 см из 11 скважин на участке “Червленое”, и 109 образцов из 10 скважин участка “Дубоовражный”.

В программе Statistica-6 выполнен 4-факторный дисперсионный анализ (Searle et al., 1992; Swallow et al., 1984) суммы токсичных солей по водной вытяжке (1 : 5) для участка “Червленое” и для общего массива данных по двум участкам. Для анализа были взяты качественные градации факторов: элемент мезорельефа (выровненная поверхность, пологий выпуклый склон, пологий вогнутый склон, ложбина); растительность/культура (арбузы, лук, капуста, морковь, хлопок, полынь, козлятник и т. д.); зафиксированный в поле характер гранулометрического состава почвообразующих пород (среднесуглинистые и легкосуглинистые, песчаные, хвалынские шоколадные глины); способ орошения (капельный полив, дождевание, отсутствует). Фактор “способ орошения” не используется для участка “Дубоовражный”, так как этот участок целиком орошается капельным способом, для этого участка выполнен 3-факторный дисперсионный анализ.

Построение эмпирических кумулятивных статистических распределений средневзвешенного содержания суммы токсичных солей и круговых диаграмм сделано в пакете программ Excel-2003.

Выделение различных степеней засоления по сумме токсичных солей в зависимости от химизма засоления проводилось по классификации, приведенной в монографии (Научные…, 2013) .

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рассмотрим соотношение (%) образцов по степени засоления, определенной по сумме токсичных солей (Sтокс., %) с учетом химизма горизонтов (рис. 2). Заметно, что на обоих участках преобладают незасоленные варианты. На участке “Червленое” 36 % составляют среднезасоленные образцы, 15 % – слабозасоленные и всего 2 % – сильнозасоленные образцы, варианты с очень сильным засолением отсутствуют. На участке “Дубоовражный” примерно поровну, 16–19 % составляют соответственно слабо-, средне- и сильнозасоленные образцы, и 1 % – очень сильно засолен.

А               Б

• □    незасоленные

  
  
  
  
  
  

• □    слабозасоленные

• □    среднезасоленные

• □    сильнозасоленные

• □    очень сильно

засоленные ду “Червленое” (N = 122), Б) участка “Дубоовражный” (N = 109), N – количество исследуемых образцов.

Fig. 2. The ratio of samples (%) according to the degree of salinity for A) the “Chervlenoe” plot (N = 122), B) “Duboovrazhniy” plot (N = 109), N is the number of samples studied.

Ниже приведены результаты дисперсионного многофакторного анализа для участков “Дубоовражный” (табл. 1), “Червленое” (табл. 2) и общего массива данных (табл. 3) для двух участков.

Красным цветом выделены значимые эффекты (р < 0.05), MS – средний квадрат отклонений для изучаемого фактора, F – значение критерия Фишера, p – соответствующий ему уровень значимости.

Вклад каждого фактора рассчитывался по формуле:

k = (MS/^MS)*100 % .

Таблица 1. Влияние факторов для участка “Дубоовражный”

Table 1. The influence of factors for “Duboovrazhniy” plot

	Степень свободы df	S токс. , % MS	Ошибка df	Ошибка MS	F	р
{1}Элемент рельефа	3	0.116	98	0.033	3.469	0.019
{2}Растительность/ культура	3	0.078	98	0.033	2.325	0.079
{3}Породы	4	0.957	98	0.033	28.61	0.000

На участке “Дубоовражный” вклад пород в общую дисперсию составил 83.1 % (хвалынским шоколадным глинам соответствуют значения 0.4–0.6 % суммы токсичных солей, по другим параметрам они не превышают 0.2 %), элементов рельефа – 10 %, вида выращиваемой культуры – 6.9 %.

Аналогично были проведены анализы для участка “Червленое” и всего массива данных по двум участкам с целью выявить влияние различных способов орошения. Для участка “Червленое” (табл. 2) значим только фактор породы, его вклад достигает 84.2 %. Для общего массива из двух участков (табл. 3) вклад способа орошения незначим, пород – 73 %, растительности/культур – 14 %, рельефа – 13 %.

Таблица 2. Влияние факторов для участка “Червленое”

Table 2. The influence of factors for “Chervlenoe” plot

	Степень свободы df	S токс. , % MS	Ошибка df	Ошибка MS	S токс. , % F	S токс. , % р
{1}Элемент рельефа	2	0.157	113	0.097	1.622	0.202
{2}Растительность/ культура	5	0.216	113	0.097	2.226	0.056
{3}Породы	1	1.995	113	0.097	20.55	0.000
{4}Способ орошения	0	0.000

Таблица 3. Влияние факторов для обоих участков “Червленое” и “Дубоовражный”

Table 3. The influence of factors for the both plots “Chervlenoe” and “Duboovrazhniy”

	Степень свободы df	S токс. , % MS	Ошибка df	Ошибка MS	S токс. , % F	S токс. , % р
{1}Элемент рельефа	4	0.204	211	0.067	3.019	0.019
{2}Растительность/ культура	10	0.218	211	0.067	3.231	0.001
{3}Породы	5	1.165	211	0.067	17.25	0.000
{4}Способ орошения	0	0.000

Для выявления распределения засоления по глубине был проведен анализ кумулятивных кривых средневзвешенной для слоя суммы токсичных солей (S токс. срвзв. , %) в почве (рис. 3а, 3б) в слоях 0–30 см, 30–100 см, 100–150 см, 150–200 см, (градации глубин взяты из классификации почв по глубине залегания первого от поверхности засоленного горизонта (Научные…, 2013) : слой 0–30 см соответствует солончаковым вариантам, 30–100 см – солонча-коватым, 100–150 см – глубокосолончаковатым, 150–200 – глубокозасоленным), который показал различную картину на участке “Дубоовражный” и участке “Червленое”.

Глубина залегания солей не является фактором засоления почв, а, скорее, результатом действия факторов, обуславливающих засоление. Тем не менее, на участке “Дубоовражный” в пределах почвенного профиля на разной глубине вскрываются различные породы (суглинки и шоколадные глины), которые, в свою очередь, могут оказывать влияние на содержание солей на этой глубине. Кроме того, пахотный слой 0–30 см находится в зоне антропогенного воздействия, которое также может влиять на содержание солей в почве.

В слое 0–30 см на обоих участках встречаются незасоленные горизонты с незначительным участием слабозасоленных (Sтокс. не превышает 0.1 %). График для слоя 30–100 см более пологий на участке “Червленое”, что свидетельствует о более высокой частоте встречаемости солончаковатых вариантов. Толща 100–200 см однородна по сумме токсичных солей для участка “Червленое”, но

на участке “Дубоовражный” чаще встречается сильное засоление в слое 150–200 см, что может объясняться подстиланием суглинистой толщи хвалынскими шоколадными глинами на этой глубине.

а

—<— 0-30 см

-1—30-100 см

-*- 100-150 см

150-200 см

-♦- 0-30 см

-1— 30-100 см

100-150 см

150-200 см

Рис. 3. Кумулятивная частота встречаемости различных степеней засоления для диапазонов глубин 0–30 см, 30–100 см, 100–150 см, 150– 200 см на участках а) “Червленое”; б) “Дубоовражный”.

Fig. 3. The cumulative frequency of occurrence of different degrees of salinization for the depth ranges of 0–30 cm, 30–100 cm, 100–150 cm, 150–200 cm on plots a) “Chervlenoe”; b) “Duboovrazhniy”.

б

В настоящее время существует множество способов обработки данных по засоленным почвам, особенно широко распространены графические способы представления данных (Sharp- Heward et al., 2014) , в том числе построение графиков изменения показателей по глубине (He et al., 2014) , площадных карт распределения показателей засоления (Teartisup et al., 2007) , двумерных профилей (Новикова и др., 2009; Кравченко и др., 2018) , моделирование (Wang et al., 2007) . Реже встречаются временные схемы и диаграммы (Inam et al., 2015) , 2-факторный анализ (Wang et al., 2015) . Многофакторный анализ, использованный в данной статье, позволяет выявлять какие из заданных качественных факторов определяют степень засоления почв, выраженную в данном случае суммой токсичных солей. Кроме того, данный анализ дает более широкое представление об исследуемом объекте, и полезную информацию для дальнейших исследований.

ВЫВОДЫ

На обоих ключевых участках “Червленое” и “Дубоовражный” наибольший вклад в дисперсию суммы токсичных солей вносят почвообразующие породы. На участке “Дубоовражный” значимыми оказались также факторы рельеф и тип выращиваемой культуры. Фактор различных способов орошения незначим, то есть способ орошения этих участков не повлиял на состояние засоленности горизонтов.

Около 50 % всех исследуемых образцов на обоих участках незасолены. На участке “Червленое” 36 % составляют среднезасоленные горизонты, около 20 % имеют слабое засоление. На участке “Дубоовражный” на слабую, среднюю и сильную степень засоления приходится соответственно по 17, 16 и 19 % образцов. Верхний слой 0–30 см на обоих участках незасолен, либо слабозасолен, на участке “Червленое” преобладают солончаковатые варианты, на участке “Дубоовражный” подстилающие шоколадные хвалынские глины обуславливают более сильное засоление в слое 150–200 см.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Выражается благодарность сотрудникам Почвенного института имени В.В. Докучаева – Хитрову Н.Б, Гороховой И.Н. – за организацию экспедиционных исследований и помощь в интерпретации результатов.

Волгоград: Нижне-Волжское книжное изд-во, 1970. 319 с.