Distribution of salinity in irrigated soils in the area of the Sarpinskaya hollow in the Caspian lowland

Засоление орошаемых почв является вторым в мире по разрушительности деградационным процессом после эрозии почв. География распространения засоленных орошаемых почв обширна (бассейн Аральского моря, Индо-Гангский бассейн, бассейн Желтой реки, Евфрата, Мюррей-Дарлинг, Долина Сан-Хоакини и др.), а площади таких земель постоянно растут, поскольку процесс засоления опережает работы по восстановлению и рекультивации земель. Из источника Zaman et al. (2018), со ссылкой на ФАО, в 1988 г. было подсчитано, что в мире засолено 932 млн га земель. Более точной информации о последних оценках засоленных земель в мире не существует, но многие страны произвели подсчеты на национальном уровне. В России, по последним данным, на начало 2017 г. (Доклад о состоянии…, 2019) возделывалось 197.8 млн га, из которых суммарная площадь засоленных и солонцовых почв составила 39.2 тыс. га, или 21.4% сельскохозяйственных угодий.

Существует множество причин природного и антропогенного характера появления засоленных почв. Это, прежде всего, насыщенные токсичными солями почвообразующие и подстилающие породы, перенос солей ветром, высокое поверхностное испарение и транспирация растений, повышение уровня грунтовых вод, большие нормы полива, отсутствующий или ограниченный дренаж, минерализованная поливная вода, чрезмерное использование удобрений, орошение очищенными сточными водами и др.

Изучение засоленных почв проводится многосторонне, используются следующие способы: инструментальные и лаборатор- ные методы определения засоленности почв (Минашина, 1970; Базилевич, Панкова, 1972; Воробьева, 1981; Руководство…, 1990; Научные основы, 2013; Zaman et al., 2018), исследование их морфологических особенностей на макро-, мезо-, микро- и субмикроскопическом уровне, традиционные полевые обследования, дистанционное зондирование и ГИС (Kumar et al., 2015; Lijie et al., 2015; Конюшкова, 2014; Chen et al., 2016; Савин и др., 2014; Jiang, Shu, 2019), геостатистические методы обработки полученных материалов (Fourati et al., 2017; Zaman et al., 2018). Все они постоянно развиваются и совершенствуются.

Сотрудниками Почвенного института им. В.В. Докучаева для исследования влияния природных условий, характера землепользования, тенденций изменения гидрологических условий на почвенный покров с участием засоленных и солонцовых почв и для изучения рационального использования ландшафтов солонцовых комплексов было выбрано четыре различных орошаемых массива в Волгоградской области. Это орошаемые участки: Светлояр-ский, Райгородский, Червленое и Дубоовражный, ‒ расположенные в разных природных районах одной Светлоярской оросительной системы (ОС). Светлоярский и Райгородский массивы расположены на Северной Сарпинской низменной равнине (часть Прикаспийской низменности). Строение почвенного покрова и современное солевое состояние почв этих участков были подробно изложены в работах Гороховой и др. (2018а, 2018б) , Гороховой и Панковой (2017) . Орошаемый массив Червленое находится на возвышенности Ергени. Помимо иных природных условий и почвообразующих пород этот участок имеет свою негативную историю орошения, здесь используют другого качества поливные воды. Результаты обследований данного участка изложены в работах Новиковой и др. (2009) , Кравченко и др. (2018) , Хитрова и др. (2019) , Гороховой и др. (2020) .

В представленной работе анализируются результаты исследований, которые выполнены на орошаемом участке Дубоовражный, находящемся в Сарпинской ложбине Прикаспийской низменности.

Цель исследования ‒ изучение профильного распределения засоленности орошаемых почв территории, где отличительной особенностью является неглубокое распространение засоленных хвалынских шоколадных глин (в пределах 1‒2.5 м) и наличие поверх хвалынских глин песчаных линз.

После длительного периода отсутствия орошения, связанного со сложной экономической ситуацией, сложившейся в стране в 90-х годах прошлого века, очень важно продолжить углубление знаний о закономерностях развития орошаемых почв для их полноценного восстановления, что было предпринято в рамках настоящих исследований.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследований является орошаемый участок (ОУ) Дубоовражный, расположенный в северной части Сарпинской ложбины Прикаспийской низменности (рис. 1).

Сарпинская ложбина представляет собой древнюю долину р. Волги, которая, веерообразно ветвящаяся, протягивается на десятки километров. В северной части глубина ложбины достигает 10 м. К юго-западу и югу она становится все более мелкой и постепенно сливается с плоской поверхностью Прикаспия. Ложбина врезана в засоленные морские (хвалынские) песчано-глинистые отложения, перекрытые суглинками аллювиально-морского генезиса. В северной части ложбины прослеживаются 1‒2 узкие позд-не- и послехвалынские террасы, сложенные слабогумусированным суглинистым аллювием, аналогичным волжскому. Грунтовые воды залегают на глубине 2.5‒3 м. Минерализация варьирует от 3 до 10 г/л. Под озерными котловинами воды опреснены (Доскач, 1979) .

До строительства Волгоградского водохранилища на р. Волге Сарпинская ложбина ежегодно затоплялась паводками, обводнявшими лиманы и озера. В настоящее время их обводнение происходит за счет необильного весеннего талого стока с Ергеней и частично местными талыми водами. Днище ложбины представляет собой опустынивающуюся пойму. В северной части ее ландшафт характеризовался сочетанием усыхающих озер, окаймленных поясами тростниковых зарослей, и в разной степени заболоченных лиманных солончаковых лугов с пышным злаковым и разнотравным покровом. Повышенные участки остепнены. В поч- венном покрове преобладают солонцы солончаковые (>50%), светло-каштановые солонцеватые почвы, в понижениях – луговокаштановые почвы и солончаки. Территория бессточная (Доскач, 1979; Объяснительная записка…, 2006).

Рельеф ОУ Дубоовражный представлен серией вытянутых гряд и понижений между ними. Абсолютные высоты участка варьируют от 7 до 12 м, соответственно, превышение гряд над понижениями изменяется от 1 до 5 м.

ОУ Дубоовражный в 85–90-х годах прошлого века находился в удовлетворительных мелиоративных условиях – уровень грунтовых вод (УГВ) составлял преимущественно 3–5 м, лишь на севере участка на небольшой площади поднимался до 1.5–2 м. Минерализация грунтовых вод была 3–5 г/л, состав – хлоридно-натриево-магниевый и хлоридно-натриевый. Вторичное засоление почв не отмечалось. Доля солонцов на разных полях составляла <5 и 5–10%. При строительстве системы была выполнена планировка поверхности полей. Полив осуществлялся дождеванием ДДА-100М, выращивали в основном кормовые травы (ВГМП¹; Горохо ва, 1992) . В начале 2000-х годов участок не использовался.

В настоящее время ОУ Дубоовражный представляет собой фермерское хозяйство. Здесь выращивают томаты, арбузы, морковь, капусту, тыкву, лук, горчицу и хлопчатник. Способ орошения – капельный. Преобладающие орошаемые почвы – луговатокаштановые и светло-каштановые орошаемые средне- и тяжелосуглинистые (Классификация…, 1977) , или агроземы светлые акку-мулятивно-карбонатные (Полевой…, 2008) , встречаются солонцы.

Полевые исследования проводились в августе 2018 – 2019 гг. Было заложено 27 скважин до глубины от 60 до 350 см (большинство до 200 см), 5 почвенных разрезов и 7 прикопок, отобрано более 200 образцов. Проложено 5 почвенно-геоморфологических профилей (рис. 1), вдоль которых выполнена нивелирная съемка.

При полевом обследовании использовали руководства по морфологическому описанию почв (Базовые шкалы, 1982; Guidelines…, 2006: Руководство по описанию почв…, 2012) , название почв давали по трем классификациям: СССР (1977) (да-

лее К-1977), России (2004, Полевой определитель…, 2008) (далее РК-2004(8)) и международной WRB (IUSS, 2015) (далее WRB-2015).

Содержание водорастворимых солей определяли по активности ионов Na⁺, Ca²⁺ и Cl^-, измеренных в почвенных пастах с влажностью 30–70% (Руководство…, 1990) с помощью ионоселективных электродов (168 образцов). Для определения степени засоления была использована активность ионов натрия в почвенных пастах (градации: <20 ммоль/л соответствует незасоленным разностям, 20–50 ммоль/л – слабозасоленным, 50–150 ммоль/л – среднезасоленным, 150–300 ммоль/л – сильнозасоленным, >300 ммоль/л – очень сильно засоленным разностям). Индикатором вторичного засоления считается такое соотношение активности ионов, при котором активность хлорид-ионов превышает активность натрия, кроме того, в этих почвенных горизонтах наблюдается высокая активность ионов кальция (до 10–15 ммоль/л), что свидетельствует о наличии хлорида кальция в почвенном растворе (Научные…, 2013) .

Профили двумерного распределения активностей ионов Na+, Cl-, Ca2+, измеренных в почвенных пастах, и производных от них величин построены в программе Surfer-13. Номера профилей указаны на рисунке 1. По вертикали отложена глубина почвенных разрезов в сантиметрах и высота местности над уровнем моря в метрах (по результатам нивелирной съемки). По горизонтали отложено расстояние между скважинами в метрах.

Рис. 1. Схема расположения ОУ Дубоовражный, точек опробования и почвенных профилей на разномасштабных космических снимках высокого разрешения. А – общий вид орошаемого участка; Б – почвенные профили и точки опробования, заложенные в 2018 г. (пунктиром помечен профиль 5). В – профиль 5 с морфологическим описанием точек, заложенный в 2019 г.

Fig. 1. Layout of the Duboovrazhny irrigated plot, sampling points and soil profiles on high-resolution satellite images of different scales. A – general view of the irrigated area; Б – soil profiles and sampling points established in 2018 (profile 5 is marked with a dotted line). В – profile 5 with a morphological description of points, researched in 2019.

Долю обменного натрия (Y) оценивали на основе соотношения активности ионов натрия (aNa) и кальция (aCa), измеренных в пасте (Х = a /    ), по регрессионной модели, состоящей из си- aNa  aCa стемы двух уравнений (все коэффициенты значимы):

если Х ≤ 10, то Y = 1.15 + 1.02⋅X, (R2 = 0.89; доверительный интервал Y ± 2%), если 10 < Х < 50, то Y = 3.840 + 0.899X – 0.0072X 2, (R2 = 0.67; доверительный интервал Y ± 5%).

При создании модели были объединены сопряженные данные при одной влажности по активностям ионов натрия и кальция, измеренных ионоселективными электродами в пастах, и определению состава обменных катионов по методу Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой, полученных для разных объектов – почв солонцовых комплексов в Ставрополье, Крыму, Ростовской, Волгоградской, Воронежской областях. Магний в этой модели не учитывается, поскольку нет адекватного ионоселективного электрода. Поэтому погрешность оценки доли обменного натрия заметно выше по сравнению с прямым определением указанным выше методом, но допустимая для принятия оперативного решения. При этом использование модели позволяет получать информацию довольно быстро в большом числе образцов (до 100 анализов в день), в отличие от трудоемкого прямого определения этого показателя (60 анализов в месяц).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Строение почвенного покрова. Преобладающими в почвенном покрове являются агроземы аккумулятивно-карбонатные средне- и тяжелосуглинистые, по РК-2004(8), или Haplic Kastano-zems (Loamic, Aric) по WRB-2015, которые имеют несколько вариаций формулы почвенного профиля в зависимости от: (1) наличия или отсутствия вскипания от HCl в пахотном горизонте, (2) глубины залегания шоколадных хвалынских глин и (3) наличия признаков глееватости в верхних горизонтах.

Формулы P-BCAnc-BCca-Cca-Dca,cs, P-BCAnc-BCca-BDca-

Dca,cs и P-BCAnc-BDca,i-Dca,cs характерны для почв без дисперсных карбонатов в пахотном горизонте, различающихся глубиной залегания шоколадных глин: более 1.6 м – для первой, 1–1.6 м – для второй и менее 1 м – для третьей. Близкое залегание шоколадных глин наблюдается на слабовыпуклых водораздельных пространствах длинных гряд и в верхних частях их склонов. В таких условиях почва сформировалась на двучленных тяжелосугли-нисто-глинистых отложениях, и наличие материала шоколадных глин в пределах первого метра способствовало образованию глинистых кутан на боковых гранях агрегатов в красно-буром переходном горизонте BDca,i. По мере углубления верхней кровли шоколадных глин и увеличения мощности поверхностного суглинистого слоя в нижней части профиля выделяется сначала только переходный гор. BCca, затем BCca и Cca. В днищах вытянутых понижений между грядами шоколадные глины вскрыты на глубине 1.6–2.5 м. Здесь почвы имеют первую формулу профиля.

Формулы Pca-BCAnc-BCca-Cca-Dca,cs, Pca-BCAnc-BCca-BDca-Dca,cs и Pca-BCAnc-BDca,i-Dca,cs представляют профиль почв с карбонатным пахотным горизонтом, аналогично различающихся глубиной залегания шоколадных глин. Эти почвы встречаются на всех элементах мезорельефа. Присутствие дисперсных карбонатов в пахотном горизонте, очевидно, обусловлено капиллярным подтягиванием растворов в поверхностный горизонт орошаемых почв с неглубоким расположением водонепроницаемых глин и расходом их на транспирацию культурной растительностью, тростником и испарение с поверхности с осаждением карбоната кальция.

В одном разрезе в пахотном горизонте на глубине 10–30 см отмечались признаки слабого оглеения в виде мелких сизых пятен на фоне сплошного вскипания от HCl. Формула профиля этой почвы: P1ca-P2ca,g-BCAnc-BCca-BDca-Dca.

При похожем строении верхней части почвенного профиля рассматриваемые почвы, по классификации К-1977, относятся к разным типам: светло-каштановым и луговато-каштановым. Последние выделяются по факторным признакам: положению почвы в вогнутых элементах мезорельефа (в днищах вытянутых понижений), куда собирается поверхностный сток, или наличию верхо- водки на глубине 1–2 м, возникающей за счет орошения, на водораздельных поверхностях гряд. Светло-каштановые орошаемые почвы встречаются на водоразделах и склонах гряд в условиях отсутствия верховодки.

В отличие от ОУ Светлоярский и Червленое (Горохова и др., 2018а, 2018б, 2020; Кравченко и др., 2018; Хитров и др., 2019) , на исследуемом ОУ Дубоовражный в микропонижениях на слабовыпуклых водораздельных пространствах длинных гряд встречаются солонцы (Chromic Solonetz (Loamic, Bathyclayic, Aric, Cutanic, Ochric, Bathygypsic) по WRB-2015). На участках без растительности ареалы глубоких солонцов выделяются более светлой поверхностью. Солонцовый горизонт расположен на глубине 30–50 см. Почвы с поверхности не имеют карбонатов, сплошное бурное вскипание от HCl появляется с глубины 47–57 см. Согласно классификации К-1977, это солонцы степные каштановые пахотные орошаемые солончаковатые глубокие тяжелосуглинистые на двучленных отложениях (суглинки на шоколадных глинах). В терминах РК-2004(8) встретилось два варианта строения почвенного профиля. Формула P-BSN-BCAnc-BDca,i-Dca,cs представляет агросолонец светлый сегрегационно-карбонатный глубокоглинисто-иллювиированный глубокогипссодержащий глубокий тяжелосу-глинисто-глинистый на желто-бурых суглинках, подстилаемых с глубины 120–130 см шоколадными глинами. Вторая формула профиля P-BSN-Bca,th-CATnc-BDca,i-Dca,cs характеризует агросолонец светлый текстурно-карбонатный глубокогипссодержащий глубокий на двучленных отложениях (суглинки на шоколадных глинах) с менее мощным поверхностным суглинистым слоем, так что шоколадные глины являются причиной формирования тек-стурно-карбонатного горизонта в пределах первого метра.

Характеристика солевого состояния почв по активности ионов

Профиль 1 (рис. 2), построенный по точкам Д1 – Д13, пересекает гряды и вытянутые между ними понижения в поперечном направлении. Из рисунка 2А, характеризующего распределение активности ионов натрия, следует, что в двух разрезах (Д4, Д13) засоление отсутствовало до 200 см, а в остальных слабое засоле- ние появилось с глубины от 55 до 160 см, что соответствует родам солончаковатых и глубокосолончаковатых почв. Это связано с двумя причинами. Первая – на грядах засоленные горизонты приурочены к слою хвалынских глин, залегающему на глубине 70– 150 см. Вторая причина – перераспределение солей в ландшафте и сосредоточение их в нижних горизонтах почв и подстилающих пород в днищах вытянутых понижений, которые не имеют естественного и искусственного дренажа. Наиболее высокое засоление, соответствующее средней степени (значения активности ионов натрия 50–115 ммоль/л при влажности пасты 40–50% (мас.)), отмечалось на глубине 180–250 см в понижениях мезорельефа.

Распределение активности хлорид-ионов похоже на распределение ионов натрия при более низких значениях активности хлоридов, варьирующих в интервале от 1 до 5–10 ммоль/л, редко достигая 20 ммоль/л и более на глубине 120–200 см. Наиболее высокие значения (120–140 ммоль/л) характерны для глубины 160– 250 см в понижениях мезорельефа (рис. 2Б).

Активность ионов кальция имело следующее распределение: низкая активность ионов (1–3 ммоль/л) наблюдалась в средней части профиля во всех скважинах на глубине 60–100 см, высокие значения отмечались вблизи поверхности и в нижней части почвенного профиля. Максимальное значение, достигающее 15 ммоль/л, отмечено в понижении рельефа в разрезе Д1 (рис. 2В).

Присутствие хлоридов кальция в почвенных растворах (определяемое по отрицательной разности между значениями активности ионов натрия и хлорид-ионов) приурочено к понижениям рельефа (рис. 2Г – области с красной заливкой). Этот показатель является индикатором вторичного засоления (Научные…, 2013) . Процесс вторичного засоления почв на ОУ Дубоовражный представляется следующим образом: пресные оросительные воды при обильных поливах достигали слабоводопроницаемого слоя засоленных хвалынских глин, насыщались солями, часть их стекала по уклону поверхности глин, сосредотачиваясь в нижних горизонтах почв и пород не дренируемых вытянутых понижений между грядами.

Рассматривать соотношения активности ионов натрия и кальция a /    (рис. 2Д) необходимо для определения величи- aNa  aCa ны обменного натрия, расчеты которого осуществляются с помощью модели, рассмотренной в разделе “ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ”. Высокие значения отношений ионов натрия и кальция свидетельствуют о высокой доле обменного натрия (%) в почвах. Максимальные (20–28%) значения a /     на графиках отмечаются в aNa  aCa наиболее засоленных горизонтах в нижней части почвенного профиля и в понижениях рельефа (рис. 2Е). Стоит обратить особое внимание на то, что заполнение почвенного поглощающего комплекса обменным натрием связано с преобладанием натрия среди катионов почвенного раствора в засоленных горизонтах и не характеризует солонцовый процесс, поскольку почвенный раствор имеет высокую общую концентрацию солей, которая вызывает коагуляцию коллоидных и глинистых частиц.

А

Б

В

Г

Д

Е

Рис. 2. Двумерное распределение активности ионов: А – натрия, Б – хлорид-ионов, В – кальция, Г – разницы aNa-aC l, Д – a т /    , E – a Na  aCa обменный натрий, %. Черная линия – граница земной поверхности. Зеленая линия – верхняя граница первого от поверхности засоленного горизонта. Оранжевая линия – верхняя граница горизонта, содержащего мелкокристаллический гипс. Коричневая линия – верхняя граница горизонта хвалынских шоколадных глин. Синяя точка – новообразования мучнистого гипса. Желтая точка – линзы легких пород. Д1 ... Д13 – номера скважин. Крестики – средняя глубина отбора проб. Значения по правой вертикальной оси – глубина отбора образцов в см относительно поверхности.

Fig. 2. Two-dimensional distribution of ion activity: A – sodium, Б – chloride ions, В – calcium, Г – differences aNa-aCl, Д – a /    , Е – exchangeable a Na  aCa sodium, %. The black line is the boundary of the earth's surface. The green line is the upper boundary of the first saline horizon from the surface. The orange line is the upper boundary of the horizon containing fine crystalline gypsum. The brown line is the upper boundary of the horizon of Khvalynian chocolate clays. Blue dot – powdery gypsum neoformations. Yellow dot – lenses of light rocks. Д1 ... Д13 – well numbers. The crosses are the average sampling depth. Values on the right vertical axis are the sampling depth in cm relative to the surface.

Для профиля 2 аналогичные графики (рис. 3) построены по данным 7 скважин (Д23, Д22, Д35, Д34, Д32, Д33, Д4). Профиль был заложен на слабовыпуклой водораздельной поверхности гряды, имеющей слабый уклон с юга на север, на поле с капустой, убранной на момент заложения точек. Подстилающие хвалынские глины в границах этого профиля имеют слабовогнутую форму верхней границы контакта с более легкими отложениями вдоль гряды, располагаясь ближе всего к поверхности в северной части. В южной наиболее приподнятой части водораздела, по данным скважины Д23, над шоколадными глинами на глубине от 120 до 200 см залегают слоистые отложения из песка, супеси и легкого суглинка.

В южной части гряды (скважина Д23) активность ионов натрия превышала 20 ммоль/л при влажности пасты 50% (мас.) с 40 см в аккумулятивно-карбонатном гор. BCAnc. Это означает, что агрозем (светло-каштановая почва по К-1977) является солон-чаковатым слабозасоленным. Вниз по профилю засоление увеличивалось до средней степени, имея два максимума активности ионов натрия 66 и 74 ммоль/л (влажность 40% (мас.)) на глубине 140–160 см в легкосуглинистом слое, залегающем между супесчаными и песчаными слоями сверху и снизу, и в шоколадных глинах на глубине 210–240 см (рис. 3А).

В средней части гряды на профиле 2 (скважина Д22) активность ионов натрия варьировала в диапазоне 0.8–1.8 ммоль/л (влажность 50% (мас.)) в переделах суглинистого слоя 0–100 см, резко увеличиваясь до 14–16 ммоль/л в шоколадных глинах с глубины 140 см. Почва является незасоленной до 2 м.

В северной части гряды наблюдалось пятнистое засоление. Наиболее засоленными оказались агроземы с бурно вскипающими пахотными горизонтами, в которых наблюдалось много припаханных фрагментов аккумулятивно-карбонатного горизонта (разрез Д34). В настоящее время поверхность рассматриваемого участка на гряде почти ровная. По-видимому, до орошения эта почва была солонцом мелким или средним, поверхностные горизонты которого были срезаны во время планировки. Ареалы агро-земов аккумулятивно-карбонатных и агросолонцов глубоких с пахотными горизонтами, не имеющими дисперсных карбонатов, оказались незасоленными или глубокосолончаковатыми слабозасоленными.

В незасоленных горизонтах активность хлорид-ионов (рис. 3Б) в 1.5–5 раз меньше активности ионов натрия, в слабо засоленных – чуть меньше или равна, тогда как в среднезасоленных горизонтах, наоборот, оказалась больше активности ионов натрия. Это означает заметное изменение химизма засоления в разных горизонтах в профиле 2.

Положительные значения разности активности ионов натрия и хлорид-ионов свидетельствуют о компенсации натрия не только хлоридами, но и сульфатами. Отрицательные значения этой разницы (т. е. хлоридов больше натрия) обусловлены присутствием в почвенных растворах хлоридов не только натрия, но и других ионов (кальция и магния). Последнее подтверждается более высокими значениями активности ионов кальция (рис. 3В, 3Г).

А

Расстояние, м

Б

В

Расстояние, м

Г

Д

Е

Рис. 3. Двумерное распределение активности ионов: А – натрия, Б – хло-рид-ионов, В – кальция, Г – разницы aNa-aC l, Д – a /    , E – обмен- a Na  aCa ный натрий, %. Черная линия – граница земной поверхности. Зеленая линия – верхняя граница первого от поверхности засоленного горизонта. Оранжевая линия – верхняя граница горизонта, содержащего мелкокристаллический гипс. Коричневая линия – верхняя граница горизонта шоколадных хвалынских глин. Желтая точка – линзы легких пород. Д4 ... Д35 – номера скважин. Крестики – средняя глубина отбора проб. Значения по правой вертикальной оси – глубина отбора образцов в см относительно поверхности.

Fig. 3. Two-dimensional distribution of ion activity: A – sodium, Б – chloride ions, В – calcium, Г – differences a Na -a Cl , Д – a N ! a , E – exchangeable sodium, %. The black line is the boundary of the earth's surface. The green line is the upper boundary of the first saline horizon from the surface. The orange line is the upper boundary of the horizon containing fine crystalline gypsum. The brown line is the upper boundary of the horizon of Khvalynian chocolate clays. Yellow dot – lenses of light rocks. Д4 ... Д35 – well numbers. The crosses are the average sampling depth. Values on the right vertical axis are the sampling depth in cm relative to the surface.

Активность ионов кальция принимала самые высокие значения в почвах южной части гряды, максимум (22 ммоль/л) находился в тех же горизонтах, в которых отмечались максимумы хлоридов и ионов натрия. Здесь же морфологически присутствуют скопления мелкокристаллического гипса. Самые низкие значения активности ионов кальция 0.5–2 ммоль/л наблюдались в средней части почвенного профиля агросолонцов глубоких и карбонатного с поверхности сильно срезанного агрозема в северной части гряды (рис. 3В). Это является причиной увеличения соотношения активностей ионов натрия и кальция a /    до максимальных значе- aNa  aCa ний 18–25 (рис. 3Д) и накопления обменного натрия (рис. 3Е).

Распределение ионов на графиках по профилю 3 (рис. 4) оценено по данным 4 скважин (Д24, Д25, Д31, Д6). Профиль заложен на поле с луком, где культура была в угнетенном состоянии. Рельеф представляет собой верхнюю часть приводораздельного склона гряды, имеющую уклон в двух направлениях: вдоль гряды (как расположены скважины), уклон 0.010–0.002 с юга на север с общим перепадом высот 1 м на расстоянии 400 м и поперек гряды, уклон 0.004 с запада на восток. Хвалынские глины вскрываются на глубине от 100 до 140 см. Их поверхность в направлении вдоль гряды в южной части профиля 3 между скважинами Д24 и Д25 имеет уклон 0.003, а в северной части – почти ровная (уклон 0.0007). Вдоль всего профиля 3 почвы сформированы в плаще тяжелых хвалынских суглинков мощностью около 1 м. В районе скважины Д24 между плащом суглинков и шоколадных глин на глубине 100–137 см залегает линза песка. В период капельного полива в 2018 г. над поверхностью шоколадных глин в северной части профиля 3 вскрывалась верховодка на глубине 100–105 см с минерализацией от 3.2 до 7.3 г/л хлоридно-сульфатного магниево-натриевого состава (табл. 1). В 2019 г., когда участок находился под паром, верховодка отсутствовала. Ее возникновение в поливной период связано с формой поверхности водонепроницаемых шоколадных глин, расположенных на малой глубине, в виде небольшой слабонаклонной ступени в верхней части гряды. Такая поверхность создает временные условия сосредоточения стекающих гравитационных вод на контакте су- глинков и глин при медленном их оттоке в латеральном направлении вниз по склону гряды.

Таблица 1. Состав верховодки на ОУ Дубоовражный (август 2018 г.) (S общ. – минерализация)

Table 1. Perched water table composition on irrigated plot Duboovrazhniy (August, 2018) (S общ. – water salinity)

ее Я Я ее в Я и	g ее Я Я хе Ч U	pH	HCO 3 -	Cl-	SO42-	Ca2+	Mg2+	Na+	S общ. г/л
			ммоль(экв)/л
Д5	132	7.45	8.9	66.9	183.0	21.9	91.8	145.1	16.58
Д6	103	7.47	8.6	17.7	84.0	20.5	34.8	55.0	7.28
Д25	100	7.66	6.4	6.2	36.5	11.9	19.0	18.2	3.25

Расстояние, м

А

Б

В

Г

Д

Расстояние,м

Е

Рис. 4. Двумерное распределение активности ионов: А – натрия, Б – хло-рид-ионов, В – кальция, Г – разницы aNa-aC l, Д – a /    , E – обмен- a Na  aCa ный натрий, %. Черная линия – граница земной поверхности. Зеленая линия – верхняя граница первого от поверхности засоленного горизонта. Оранжевая линия – верхняя граница горизонта, содержащего мелкокристаллический гипс. Коричневая линия – верхняя граница горизонта шоколадных хвалынских глин. Синяя точка – новообразования мучнистого гипса. Желтая точка – песчаные линзы. Д6 ... Д24 – номера скважин. Крестики – средняя глубина отбора проб. Значения по правой вертикальной оси – глубина отбора образцов в см относительно поверхности.

Fig. 4. Two-dimensional distribution of ion activity: A – sodium, Б – chloride ions, В – calcium, Г – differences a Na -a Cl , Д – a N ! a , Е – exchangeable sodium, %. The black line is the boundary of the earth's surface. The green line is the upper boundary of the first saline horizon from the surface. The orange line is the upper boundary of the horizon containing fine crystalline gypsum. The brown line is the upper boundary of the horizon of Khvalynian chocolate clays. Blue dot – powdery gypsum neoplasms. Yellow dot – sand lenses. Д6 ... Д24 – well numbers. The crosses are the average sampling depth. Values on the right vertical axis are the sampling depth in cm relative to the surface.

Все агроземы на профиле 3 являются глубокосолончакова-тыми слабозасоленными (рис. 4). Все суглинистые почвенные горизонты до глубины 100 см формально являются незасоленными. Вместе с тем в них активность ионов натрия имела минимум 1–2 ммоль/л (влажность 40% (мас.)) в средней части почвенного профиля на глубине 30–60 см, увеличиваясь как вниз, так и вверх по профилю до 5–8 ммоль/л. Увеличение вниз обусловлено переходом к слабозасоленным шоколадным глинам, в которых активность ионов натрия составляла 22–36 ммоль/л (влажность 60% (мас.)). Увеличение вверх с максимумом в поверхностном слое пахотного горизонта вызвано капиллярным подтягиванием почвенных растворов в область интенсивного расхода воды на транспирацию культурными растениями и испарение с поверхности. Последнее проявлялось в формировании выцветов легкорастворимых солей на оголенной дневной поверхности почвы. Аналогичное распределение имел и хлорид-ион (рис. 4Б).

Отрицательная разница активности ионов натрия и хлоридов (рис. 4Г) и повышенные значения активности ионов кальция (6–14 ммоль/л) (рис. 4В) в нижней части пахотного горизонта свидетельствуют о появлении хлоридов кальция в почвенных растворах ‒ явной тенденции к развитию вторичного засоления, если не организовать локальный дренаж временно возникающей верховодки.

Слабое засоление шоколадных глин сопровождается более высокими значениями a /    и доли обменного натрия (рис. 4Д, a Na  aCa

4Е).

Профиль 4 (рис. 5) построен по данным трех скважин (Д26, Д27, Д8), заложенных вдоль днища вытянутого понижения между грядами на бахче с арбузами и пятнами тростника. Общий перепад высот вдоль днища не превышает 30 см на расстоянии 350 м. Почвообразующие и подстилающие породы на профиле 4 представлены поверхностным плащом тяжелых суглинков мощностью 70– 100 см и слоя пылеватых легких суглинков под ним, лежащем на шоколадных глинах. Кровля шоколадных хвалынских глин залегает на глубине 157–161 см в южной части профиля (скважины

Д26 – Д27), понижаясь до глубины 233 см в северной части (скв. Д8).

На большей части профиля 4 агроземы аккумулятивно-карбонатные (луговато-каштановые почвы по К-1977) имеют пахотный горизонт, содержащий дисперсные карбонаты. Отсутствие вскипания от HCl в пахотном горизонте наблюдается только в ареалах с тростником при самом глубоком залегании шоколадных глин (скв. 8).

Пониженные элементы рельефа в сочетании с водонепроницаемыми шоколадными глинами способствовали засолению слоя пылеватых легких суглинков над глинами и тяжелосуглинистых нижних горизонтов почв (рис. 5А). Почвы являются солончакова-тыми слабозасоленными, тогда как слой легких суглинков и шоколадные глины – среднезасоленными.

Особенностью профиля 4 является наличие хлоридов кальция в глубоких среднезасоленных горизонтах слоя легких суглинков над кровлей шоколадных глин. Об этом свидетельствуют значения активности ионов кальция около 7 ммоль/л и отрицательная разница активности ионов натрия и хлоридов (рис. 5В, 5Г).

А

Расстояние, м

Б

Расстояние, м

В

Расстояние, м

Г

Расстояние, м

— 32

— 24

— -10

Nib

Д

Е

5. Двумерное распределение активности ионов: А – натрия, Б –

Рис.

хлорид-ионов, В – кальция, Г – разницы aNa-aCl, Д – a / , E – a Na aCa обменный натрий, %. Черная линия – граница земной поверхности. Зеленая линия – верхняя граница первого от поверхности засоленного горизонта. Оранжевая линия – верхняя граница горизонта, содержащего мелкокристаллический гипс. Коричневая линия – верхняя граница горизонта шоколадных хвалынских глин. Желтая линия – линзы легких пород. Д26 – номера скважин. Крестики – средняя глубина отбора проб. Значения по правой вертикальной оси – глубина отбора образцов в см относительно поверхности.

Fig. 5. Two-dimensional distribution of ion activity: A – sodium, Б – chloride ions, В – calcium, Г – differences a Na -a Cl , Д – a N ! a , Е – exchangeable sodium, %. The black line is the boundary of the earth's surface. The green line is the upper boundary of the first saline horizon from the surface. The orange line is the upper boundary of the horizon containing fine crystalline gypsum. The brown line is the upper boundary of the horizon of Khvalynian chocolate clays. Yellow line – lenses of light rocks. D26 – well numbers. The crosses are the average sampling depth. Values on the right vertical axis are the sampling depth in cm relative to the surface.

Таким образом, анализ графиков по всем профилям показывает, что преобладает засоление сульфатно-хлоридно-натриевого типа, характерное для естественных почв Сарпинской ложбины, но в ряде почвенных горизонтов имеются следы вторичного засоления, выражающегося в присутствии хлорида кальция в почвенном растворе.

Сравнение разных участков Светлоярской ОС. Проведем сопоставление солевого состояния почвенного покрова Светлояр-ской ОС на четырех ОУ Дубоовражный (настоящая статья), Райгородский, Светлоярский (Горохова, Панкова, 2017; Горохова и др., 2018а, 2018б) и Червленое (Кравченко и др., 2018; Хитров и др., 2019; Горохова и др., 2020) , которые расположены в разных природных районах (табл. 2). До орошения для всех ОУ было характерно 25–50% солонцов и более в составе почвенного покрова и связанным с ними пятнистое засоление. Для полива поверхностными способами при строительстве оросительной системы на всех ОУ была проведена планировка поверхности, способствовавшая срезке солонцовых горизонтов. Современное распределение легкорастворимых солей обусловлено геоморфологическими и гидрогеологическими особенностями ОУ, историей их использования и качеством оросительных вод. В начале 2000-х годов аналогичные общие причины для орошаемых почв Поволжья отмечала В.Е. Приходько (2003) .

Наиболее благоприятная обстановка сложилась на Светло-ярском ОУ в связи с его сравнительно удовлетворительной естественной дренированностью за счет более легких по гранулометрическому составу отложений (легких суглинков, супесей и песков) на глубине от 1.5 до 5 м и относительно глубокого залегания (более 5 м) слабоводопроницаемых шоколадных глин, а также хорошего качества оросительных вод с минерализацией 0.4–0.5 г/л гидрокарбонатно-кальциевого состава. В 1990-х годах после нескольких десятков лет орошения почвы на 67–70% были представлены незасоленными разностями, не имеющими легкорастворимых солей в пределах 0–100 см. Около одной трети почв являлись солончаковатыми или солончаковыми преимущественно слабозасоленными, реже среднезасоленными хлоридно-сульфатными или сульфатными натриевыми.

Таблица 2. Краткая характеристика орошаемых участков Светлоярской ОС Table 2. Brief characteristics of irrigated plots of Svetloyarsk irrigation system

Характеристики	Орошаемые участки
	Светлоярский	Райгородский	Дубоовражный	Червленое
Природный район (Доскач, 1979)	Северная Сарпинская низменная равнина		Сарпинская ложбина	Северные Ергени
Рельеф	Слаборасчленный со слабовыпуклыми широкими поверхностями, пологими склонами и слабовыраженными ложбинами	Слабонаклонная поверхность с лиманами и замкнутыми западинами	Чередование слабовыпуклых гряд меридиональной направленности и вытянутых понижений между ними с амплитудой высоты 1–5 м	Пологие склоны северной экспозиции, слаборасчлененные древовидной сетью ложбин, впадающих в балки
Почвообразующие и подстилающие породы	Средние и тяжелые суглинки мощностью 2–3 м, подстилаемые легкими суглинками, супесями или песками. Глины вскрываются глубже 5 м.	Суглинки и глины мощностью 2–4 м, подстилаемые слоистыми отложениями или шоколадными глинами	Двучленные отложения (средние и тяжелые суглинки, подстилаемые с 80– 250 см шоколадными хвалынскими глинами)	Лёссовидные суглинки мощностью более 10 м
Дренированность	Удовлетворительная за счет песчаных линз	Низкая	Удовлетворительная на грядах и низкая в понижениях	Низкая
Доля солонцов до орошения	25–50%	25–50 и >50%	>50%	25–50 и >50%
Уровень грунтовых вод в 1990-х годах	3–5 м (преимущественно)	1.5–2 м на юге, 2.5–3 м на остальной части	2.5–3 м	2.0–2.5 м (преимущественно), местами 1.5–2 м

Продолжение таблицы 2

Continued Table 2

Характеристики	Орошаемые участки
	Светлоярский	Райгородский	Дубоовражный	Червленое
Природный район (Доскач, 1979)	Северная Сарпинская низменная равнина		Сарпинская ложбина	Северные Ергени
Способ орошения в 1990-х годах	Поверхностный	Поверхностный	Дождевание	Поверхностный
Вторичное засоление почв в 1990-х годах	Нет	Есть	Нет	Есть
Основные возделываемые культуры в 1990-х	Люцерна и др. кормовые травы	Люцерна и др. кормовые травы	Люцерна и др. кормовые травы	Люцерна и др. кормовые травы
Уровень грунтовых вод в 2010-х годах	3–5 и >5 м	>5 м	>5 м; местами верховодка на глубине 1–2 м	>5 м
Способ орошения в 2010-х годах	Влагозарядковый, поверхностный, местами капельный	не орошается, местами капельный	капельный	не орошается, частично дождевание
Остаточные признаки вторичного засоления почв в 2010-х годах	Нет	Ограничено	Ограничено	Ограничено
Основные культуры в 2010-х годах	Озимые зерновые, люцерна, овощи	Залежь, овощи	Овощные и бахчевые	Кормовые травы

Исследования в 2013–2016 гг. на Светлоярском ОУ продемонстрировали преобладание (89–92% точек опробования) незасоленных почв до глубины 100 см и сравнительно редкую встречаемость солончаковатых слабозасоленных почв. Планировка полей привела к тому, что на территории, в пределах которой до строительства Светлоярской ОС отмечалось 25–50% солонцов и солонцеватых почв, на текщий момент собственно солонцы не обнаружены. В настоящее время отмечается постепенное рассоление почв (Горохова и др., 2018а, 2018б) .

На Райгородском ОУ, расположенном в том же природном р-не, что и Светлоярский, но отличающемся более низкой естественной дренированностью, в настоящее время используют капельное орошение овощных культур только в прилегающей к магистральному каналу части. Остальная территория является залежью. На ОУ также отмечается тенденция к рассолению почв на фоне ограниченного проявления остаточных признаков вторичного засоления, наблюдавшегося в 1990-х годах (Горохова, Панкова, 2017) .

Наиболее неблагоприятная солевая обстановка характерна для ОУ Червленое (Кравченко и др., 2018; Хитров и др., 2019; Горохова и др., 2020), отличающегося низкой естественной дрениро-ванностью и исходным засолением большой толщи лёссовидных суглинков Северных Ергеней. В настоящее время 80% почв засолены в первом метре и характеризуются как преимущественно солончаковатые срединно-аккумулятивные слабо- и среднезасоленные с максимумом содержания солей, соответствующему сильной степени засоления, на глубине от 100–120 до 170–200 см хлоридно-сульфатного или сульфатно-хлоридного химизма. Это результат остаточного вторичного засоления почв в 1990-х годах, когда на участке активно практиковались поверхностный способ полива и завышенные поливные нормы, способствовавшие подъему грунтовых вод до критического уровня и формированию преимущественно солончаковых средне- и сильнозаосленных почв. К настоящему времени после длительного периода с момента прекращения орошения и забрасывания полей (на 10–20 лет) уровень грунтовых вод опустился до глубины >5 м. Бывшие орошаемые почвы, используемые в последние годы в системах сухого земле- делия или орошаемые дождевальной техникой, рассолились с поверхности – в основном до глубины 30–50 см. Однако на ОУ Червленое продолжают использовать поливные воды с минерализацией близкой к 0.8–0.9 г/л с заметным содержанием катионов натрия и магния, поэтому, в возникших незасоленных верхних горизонтах образуется токсичная щелочность, а содержание обменного натрия достигает 5–15% от суммы обменных катионов (Кравченко и др., 2018; Хитров и др., 2019).

Своеобразие ОУ Дубоовражный заключается в двучленных отложениях (суглинках, подстилаемых с глубины 1–2.5 м шоколадными глинами) и грядово-волнистом мезорельефе на фоне общей бессточной территории Сарпинской ложбины. Шоколадные глины обеспечивают фоновое слабое или среднее засоление большинства почв глубже 1 м. Сосредоточение поверхностного и внутрипочвенного бокового стока вдоль контакта суглинков и глин приводит к формированию слабозасоленных солончаковатых почв в вытянутых понижениях между невысоких гряд. Орошение капельным способом в настоящее время создает локальное формирование временной верховодки на участках сравнительно ровного залегания шоколадных глин и потенциальную угрозу накопления легкорастворимых солей в пахотных горизонтах в виде возникновения локальных максимумов активности ионов натрия и хлоридов, не приводя пока к реальному засолению этих горизонтов. Для частичного промывания накапливающихся солей атмосферными осадками целесообразно проводить орошение не каждый год.

ВЫВОДЫ

• 1.    Распределение легкорастворимых солей в почвах и грунтах ОУ Дубоовражный определяется: 1) двух- и местами трехчленными хвалынскими отложениями, представленными поверхностным плащом средних и тяжелых суглинков мощностью 70– 120 см, линзами легких суглинков, супесей и песков, и шоколадными глинами, подстилающими весь участок на разной глубине от 70 до 250 см; 2) волнистым мезорельефом в виде чередующихся низких слабовыпуклых гряд и вытянутых понижений между ними; 3) историей землепользования.

• 2.    Основным источником солей на ОУ являются хвалынские шоколадные глины морского происхождения. В связи с этим большинство почв глубже 100 см имеют слабое или среднее засоление.

• 3.    Орошение дождеванием в предшествовавший период способствовало усилению миграции солей в ландшафте и перераспределению их по элементам мезорельефа. На низких грядах и их склонах с залеганием кровли засоленных шоколадных глин на глубине 70–120 см агроземы аккумулятивно-карбонатные тяжелосуглинистые преимущественно формально не засолены до 1 м, являясь глубокосолончаковатыми слабозасоленными. Солончако-ватые агроземы (со слабым засолением в слое 50–100 см) на грядах встречаются пятнами по ареалам срезанных при планировке солонцов. В недренируемых вытянутых понижениях между грядами сформировались преимущественно солончаковатые агрозе-мы (луговато-каштановые почвы по К-1977) за счет перераспределения солей в ландшафте в период орошения дождеванием большими нормами.

• 4.    Капельное орошение в последние годы провоцирует локальное формирование верховодки и тенденцию накопления солей в пахотных горизонтах, пока не превышая формального нижнего порога слабого засоления. В период капельного орошения овощных и бахчевых культур даже в условиях укрытия грядок полиэтиленовой пленкой часто наблюдались выцветы солей на поверхности влажной почвы. Это означает, что для частичного промывания накапливающихся солей атмосферными осадками целесообразно орошение проводить не каждый год.

• 5.    Во многих среднезасоленных горизонтах на глубине более 1 м в 2018–2019 гг. отмечались признаки остаточного вторичного засоления в виде присутствия хлоридов кальция в почвенных растворах.