Контроль засоления почвы

Тон или стиль этой статьи могут не отражать энциклопедический тон, используемый в Википедии . См. Рекомендации в руководстве Википедии по написанию лучших статей . ( Февраль 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Программа SegReg : урожай горчицы ( рапса ) и засоление почвы

Контроль засоления почв относится к решению проблемы засоления почв и рекультивации засоленных сельскохозяйственных земель.

Целью контроля засоления почвы является предотвращение деградации почвы из- за засоления и рекультивация уже засоленных (засоленных) почв. Мелиорация почвы также называется улучшением почвы, восстановлением, восстановлением, рекультивацией или мелиорацией.

Основная искусственная причина засоления - орошение . Речная вода или грунтовые воды, используемые для орошения, содержат соли, которые остаются в почве после испарения воды .

Основным методом контроля засоления почвы является выщелачивание 10-20% воды для орошения , которая будет дренироваться и сбрасываться через соответствующую дренажную систему . Концентрация соли в дренажной воде обычно в 5-10 раз выше, чем в оросительной воде, поэтому экспорт соли соответствует импорту соли и не накапливается.

Проблема засоления почвы [ править ]

Соленые (засоленные) почвы - это почвы с высоким содержанием соли . Преобладающей солью обычно является хлорид натрия (NaCl, «поваренная соль»). Следовательно, засоленные почвы также являются натриевыми почвами, но могут быть и не засоленные, а щелочные почвы .

Согласно исследованию Университета ООН, затронуто около 62 миллионов гектаров (240 тысяч квадратных миль; 150 миллионов акров), что составляет 20% орошаемых земель мира, по сравнению с 45 миллионами гектаров (170 тысяч квадратных миль; 110 миллионов акров) в мире. начало 1990-х гг. ^[1] На Индо-Гангской равнине , где проживает более 10% населения мира, потери урожая пшеницы , риса , сахарного тростника и хлопка, выращиваемых на засоленных землях, могут составить 40%, 45%, 48% и 63 %, соответственно. ^[1]

Соленые почвы являются общей чертой и экологическая проблема в орошаемых землях в засушливых и полузасушливых районах, что приводит к плохому или мало растениеводству. ^[2] Проблемы часто связаны с высоким уровнем грунтовых вод , вызванным отсутствием естественного подземного дренажа в землю. Плохой подземный дренаж может быть вызван недостаточной пропускной способностью водоносного горизонта или тем, что вода не может выйти из водоносного горизонта, например, если водоносный горизонт расположен в топографической впадине.

Во всем мире основным фактором развития засоленных почв является отсутствие осадков. Наиболее засоленные почвы находятся в (полу) засушливых регионах и климатических условиях Земли.

Основная причина [ править ]

Основной причиной искусственного засоления является попадание соли с поливной водой. Вся оросительная вода, получаемая из рек или грунтовых вод, даже «сладкая», содержит соли, которые остаются в почве после испарения воды.

Например, если принять оросительную воду с низкой концентрацией соли 0,3 г / л (равной 0,3 кг / м³, соответствующей электропроводности около 0,5 FdS / м) и скромный годовой запас воды для орошения в размере 10 000 м³ / га (почти 3 мм / сутки) приносит 3000 кг соли / га в год. В отсутствие достаточного естественного дренажа (как в заболоченных почвах) и без надлежащей программы промывки и дренажа для удаления солей это в конечном итоге приведет к высокому засолению почвы и снижению урожайности сельскохозяйственных культур .

Большая часть воды, используемой для орошения, имеет более высокое содержание соли, чем в этом примере, что усугубляется тем фактом, что во многих ирригационных проектах используется гораздо больший годовой запас воды. Например, сахарному тростнику требуется около 20 000 м ³ / га воды в год. В результате орошаемые площади часто получают более 3000 кг / га соли в год, а некоторые - до 10 000 кг / га в год.

Вторичная причина [ править ]

Вторичной причиной засоления является заболачивание орошаемых земель. Орошение вызывает изменение естественного водного баланса орошаемых земель. Большое количество воды в ирригационных проектах не потребляется растениями и должно куда-то уходить. В проектах орошения невозможно достичь 100% эффективности орошения, когда вся поливная вода потребляется растениями. Максимально достижимая эффективность орошения составляет около 70%, но обычно она составляет менее 60%. Это означает, что минимум 30%, но обычно более 40% поливной воды не испаряется и должна куда-то уходить.

Большая часть воды теряется таким образом , хранится под землей , которые могут изменить первоначальную гидрология из местных водоносных горизонтов значительно. Многие водоносные горизонты не могут поглощать и транспортировать такое количество воды, поэтому уровень грунтовых вод повышается, что приводит к заболачиванию.

Заболачивание вызывает три проблемы:

• Низкий уровень грунтовых вод и недостаток оксигенации корневой зоны снижает урожайность большинства сельскохозяйственных культур.
• Это приводит к накоплению солей, попадающих с поливной водой, поскольку их удаление через водоносный горизонт блокируется.
• При восходящем просачивание в грунтовые воды больше соли вносят в почву и засоление обостряется

Условия водоносного горизонта на орошаемых землях и сток грунтовых вод играют важную роль в засолении почв ^[3], как показано здесь:

• Иллюстрация влияния условий водоносного горизонта на засоление почв орошаемых земель
• Засоление почвы в нижних частях холмистой местности с хорошим водоносным горизонтом

• Засоление почвы на неорошаемых участках равнины с хорошим водоносным горизонтом

• Засоление почв на орошаемых равнинах без водоносного горизонта

• Засоление почвы в прибрежной дельте от орошения выше

Зона воздействия соли [ править ]

Обычно засоление сельскохозяйственных земель затрагивает значительную часть ирригационных проектов, порядка 20-30%. Когда сельское хозяйство на такой части земли прекращается, достигается новый солевой и водный баланс , достигается новое равновесие и ситуация становится стабильной.

В одной только Индии тысячи квадратных километров сильно засолены. Китай и Пакистан не сильно отстают (возможно, в Китае даже больше засоленных земель, чем в Индии). Региональное распределение 3 230 000 км² засоленных земель во всем мире показано в следующей таблице, составленной на основе Почвенной карты мира ФАО / ЮНЕСКО. ^[4]

Пространственная вариация [ править ]

Хотя принципы процессов засоления довольно легко понять, сложнее объяснить, почему одни части земли страдают от проблем, а другие нет, или точно предсказать, какая часть земли станет жертвой. Основная причина этого - изменение природных условий во времени и пространстве, обычно неравномерное распределение поливной воды и сезонные или ежегодные изменения методов ведения сельского хозяйства . Только для земель с холмистым рельефом прогноз прост: депрессивные области будут деградировать больше всего.

Подготовка солевого и водного балансов ^[3] для различимых подобластей в ирригационном проекте или использование моделей агрогидрозасоления ^[5] может быть полезным для объяснения или прогнозирования масштабов и серьезности проблем.

Диагноз [ править ]

Измерение [ править ]

Засоление почвы измеряется как концентрация соли в почвенном растворе в единицах г / л или электропроводность (ЕС) в дСм / м . Отношение между этими двумя единицами составляет примерно 5/3: yg / l => 5y / 3 dS / m. Морская вода может иметь концентрацию соли 30 г / л (3%) и EC 50 dS / m.

Стандарт для определения засоления почвы основан на экстракте насыщенной пасты почвы, и ЕС тогда записывается как ECe. Экстракт получают центрифугированием . Соленость легче измерить без центрифугирования в смеси вода: почва 2: 1 или 5: 1 (в граммах воды на грамм сухой почвы), чем в насыщенной пасте. Соотношение между ECe и EC _{2: 1} составляет около 4, следовательно: ECe = 4 EC _{1: 2} . ^[8]

Классификация [ править ]

Почвы считаются засоленными, когда ECe> 4. ^[9] Когда 4 <ECe <8, почва называется слабозасоленной, когда 8 <ECe <16 - (умеренно) засоленной, а когда ECe> 16 - сильно засоленной.

Допуск на урожай [ править ]

Чувствительные культуры теряют жизнеспособность уже на слабозасоленных почвах, на большинство сельскохозяйственных культур отрицательно влияют (умеренно) засоленные почвы, и только устойчивые к засолению культуры хорошо растут на сильно засоленных почвах. Университет Вайоминга ^[10] и правительство Альберты ^[11] сообщают данные о солеустойчивости растений.

Принципы контроля солености [ править ]

Дренаж - основной метод борьбы с засолением почвы. Система должна позволять сливать небольшую часть оросительной воды (примерно от 10 до 20 процентов, дренажную или промывную фракцию) за пределы ирригационного проекта.^[12]

На орошаемых территориях со стабильным засолением концентрация солей в дренажной воде обычно в 5-10 раз выше, чем в поливной воде. Экспорт соли соответствует импорту соли, и соль не накапливается.

При рекультивации уже засоленных почв концентрация солей в дренажной воде изначально будет намного выше, чем в поливной воде (например, в 50 раз выше). Экспорт соли значительно превысит импорт соли, поэтому при той же фракции дренажа происходит быстрое рассоление. Через один-два года засоление почвы уменьшается настолько, что соленость дренажных вод снижается до нормального значения и достигается новое, благоприятное равновесие.

В регионах с ярко выраженным засушливым и влажным сезонами дренажная система может работать только во влажный сезон и закрыта в засушливый сезон. Такая практика контролируемого или контролируемого дренажа позволяет экономить поливную воду.

Сброс соленой дренажной воды может создать экологические проблемы для территорий, расположенных ниже по течению. Опасности для окружающей среды следует рассматривать очень внимательно и, при необходимости, принимать меры по их снижению. По возможности дренаж должен быть ограничен только влажными сезонами, когда соленые стоки причиняют наименьший вред.

Дренажные системы [ править ]

Осушение земель для контроля засоления почвы обычно осуществляется с помощью горизонтальной дренажной системы (рисунок слева), но также используются вертикальные системы (рисунок справа).

Дренажная система, предназначенная для отвода соленой воды, также снижает уровень грунтовых вод . Чтобы удешевить систему, опускание необходимо свести к минимуму. Максимально допустимый уровень грунтовых вод (или минимально допустимая глубина) зависит от методов орошения и ведения сельского хозяйства, а также от вида сельскохозяйственных культур.

Во многих случаях средняя сезонная глубина зеркала грунтовых вод от 0,6 до 0,8 м является достаточно большой. Это означает, что уровень грунтовых вод может иногда быть менее 0,6 м (скажем, 0,2 м сразу после полива или ливня). Это автоматически означает, что в других случаях уровень грунтовых вод будет глубже 0,8 м (скажем, 1,2 м). Колебание уровня грунтовых вод способствует дыхательной функции почвы, в то же время способствует вытеснению углекислого газа (CO ₂ ), производимого корнями растений, и вдыханию свежего кислорода (O ₂ ).

Установление не слишком глубокого уровня грунтовых вод дает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что не рекомендуется чрезмерное орошение полей, поскольку повышение уровня грунтовых вод отрицательно скажется на урожайности сельскохозяйственных культур, и можно сэкономить поливную воду.

Сделанные выше утверждения об оптимальной глубине грунтовых вод носят очень общий характер, потому что в некоторых случаях требуемый уровень грунтовых вод может быть все же мельче, чем указано (например, на рисовых полях), в то время как в других случаях он должен быть значительно глубже (например, в некоторых садах ). Установление оптимальной глубины уровня грунтовых вод относится к критериям сельскохозяйственного дренажа . ^[13]

Выщелачивание почвы [ править ]

Аэрации зона из почвы ниже поверхности почвы и грунтовых вод подвергается четырем основным гидрологических притока и оттока факторов: ^[3]

• Инфильтрация дождевой и поливной воды (Irr) в почву через поверхность почвы (Inf):
• Inf = дождь + Irr
• Испарение почвенной воды через растения и прямо в воздух через поверхность почвы (Evap)
• Просачивание воды из почвы ненасыщенной зоны в грунтовые воды через водяной стол (Perc)
• Капиллярного поднятия из грунтовых вод движется под действием капиллярных сил всасывания в зоне аэрации (Cap)

В устойчивом состоянии (то есть количество воды, хранящейся в ненасыщенной зоне, не изменяется в долгосрочной перспективе) водный баланс ненасыщенной зоны выглядит следующим образом: Приток = Отток, таким образом:

• Inf + Cap = Evap + Perc или:
• Irr + Rain + Cap = Evap + Perc

и солевой баланс является

• Irr.Ci + Cap.Cc = Evap.Fc.Ce + Perc.Cp + Ss

где Ci - концентрация соли в оросительной воде, Cc - концентрация соли в капиллярном подъеме, равная концентрации соли в верхней части подземного водоема, Fc - доля общего испарения, производимого растениями, Ce - концентрация соли в воде, поглощаемой корнями растений, Cp - концентрация соли в перколяционной воде, а Ss - увеличение накопления соли в ненасыщенной почве. Это предполагает, что дожди не содержат солей. Только вдоль побережья это может быть неправдой. Далее предполагается, что сток или поверхностный дренаж не происходит.
Количество удаляемого растениями (Evap.Fc.Ce) обычно пренебрежимо мало: Evap.Fc.Ce = 0

Концентрацию соли Cp можно принять как часть концентрации соли в почве в ненасыщенной зоне (Cu), что дает: Cp = Le.Cu, где Le - эффективность выщелачивания . Эффективность выщелачивания часто составляет от 0,7 до 0,8 ^[14], но в плохо структурированных тяжелых глинистых почвах она может быть меньше. В польдере Leziria Grande в дельте реки Тежу в Португалии было обнаружено, что эффективность выщелачивания составила всего 0,15. ^[15]
Предполагая, что кто-то желает избежать засоления почвы для увеличения и поддержания засоления почвы Cu на желаемом уровне Cd, мы имеем:
Ss = 0, Cu = Cd и Cp = Le.Cd. Следовательно, солевой баланс можно упростить до:

• Perc.Le.Cd = Irr.Ci + Cap.Cc

Устанавливая количество перколяционной воды, необходимое для выполнения этого солевого баланса, равным Lr ( требование к выщелачиванию ), обнаруживается, что:

• Lr = (Irr.Ci + Cap.Cc) / Le.Cd.

Подстановка здесь Irr = Evap + Perc - Rain - Cap и перестановка дает:

• Lr = [(Evap − Rain) .Ci + Cap (Cc − Ci)] / (Le.Cd - Ci) ^[12]

При этом также могут быть рассчитаны требования к поливу и дренажу для контроля засоления.
В ирригационных проектах в (полу) засушливых зонах и климатических условиях важно проверять требования к промывке, при этом необходимо учитывать эффективность полива (с указанием доли оросительной воды, просачивающейся в землю).
Желаемый уровень засоления почвы Cd зависит от устойчивости растений к соли. Университет штата Вайоминг , ^[10] США, и правительство Альберты , ^[11] Канада, данные отчета толерантности культур.

Полосовая обрезка: альтернатива [ править ]

На орошаемых землях с ограниченными водными ресурсами, страдающих от дренажа (высокий уровень грунтовых вод) и проблем засоления почвы, полосная обработка земли иногда практикуется с полосами земли, где каждая вторая полоса орошается, а полосы между ними остаются под паром . ^[16]

Благодаря поливу на орошаемых полосах, они имеют более высокий уровень водонепроницаемости, что вызывает приток грунтовых вод к неорошаемым полосам. Этот поток функционирует как подземный дренаж для орошаемых полос, при этом уровень грунтовых вод поддерживается на не слишком малой глубине, возможно выщелачивание почвы, а засоление почвы можно контролировать на приемлемо низком уровне.

На неорошаемых (жертвенных) полосах почва сухая, а грунтовые воды поднимаются по капиллярам и испаряются, оставляя соли, так что здесь почва засолена. Тем не менее, они могут быть полезны для домашнего скота , посева устойчивых к засолению трав или сорняков . Кроме того, можно сажать полезные солеустойчивые деревья, такие как Casuarina , Eucalyptus или Atriplex , имея в виду, что деревья имеют глубокую систему укоренения и соленость влажного грунта ниже, чем верхнего слоя почвы . Таким образом можно контролировать ветровую эрозию . Неорошаемые полоски также можно использовать для соли. сбор урожая.

Модели засоления почвы [ править ]

Большинство компьютерных моделей, доступных для переноса воды и растворенных веществ в почве (например, SWAP, ^[17] DrainMod-S, ^[18] UnSatChem, ^[19] и Hydrus ^[20] ), основаны на дифференциальном уравнении Ричарда для движения вода в ненасыщенной почве в сочетании с дифференциальным уравнением конвекции-диффузии Фика для адвекции и диспергирования солей.

Модели требуют ввода характеристик почвы, таких как отношения между переменным содержанием ненасыщенной влажности почвы , напряжением воды, кривой водоудержания , ненасыщенной гидравлической проводимостью , дисперсностью и коэффициентом диффузии . Эти отношения сильно различаются от места к месту и время от времени, и их нелегко измерить. Кроме того, модели трудно откалибровать в полевых условиях фермера, потому что засоленность почвы здесь очень изменчива в пространстве. В моделях используются короткие временные шаги, и им требуется, по крайней мере, ежедневная, если не ежечасная, база данных гидрологических явлений. В целом это делает применение модели в достаточно большом проекте. работа команды специалистов с широкими возможностями.

Упрощенные модели, как SaltMod , ^[5] на основе ежемесячной или сезонной воды и остатков почвы и эмпирической функции капиллярного поднятия, также доступны. Они полезны для долгосрочных прогнозов засоления в связи с практикой орошения и дренажа .

LeachMod ^{[21] [22],} использующий принципы SaltMod, помогает в анализе экспериментов по выщелачиванию, в которых засоление почвы отслеживалось в различных слоях корневой зоны, в то время как модель оптимизирует значение эффективности выщелачивания каждого слоя, чтобы получить соответствие наблюдаемых при моделировании значений засоленности почвы.

Пространственные вариации из-за вариаций топографии могут быть смоделированы и предсказаны с использованием моделей солености и грунтовых вод , таких как SahysMod .

См. Также [ править ]

• Щелочные почвы
• Опреснение
• Солеустойчивость сельскохозяйственных культур

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]