Солонцы и солонцеватые почвы занимают в нашей стране более 30 млн. га, из них около 10 млн. га, расположено на пашне. Солонцы широко распространены в южных районах Поволжья, Западной и Восточной Сибири, Южного Урала и Северного Кавказа.
Наличие большого количества обменного натрия в солонцах и высокая щелочность, оказывает негативное влияние на водно-физические свойства почвы и делает их малопригодными для сельскохозяйственного использования из-за низкой продуктивности растений. В солонцах выделяют элювиальный (надсолонцовый), солонцовый и подсолонцовый горизонты. Солонцовый горизонт отличается столбчато-призматической структурой, тяжелым гранулометрическим составом, щелочной реакцией среды, высокой набухаемостью во влажном состоянии и сильным уплотнением при высыхании. Подсолонцовые горизонты часто содержат токсичные для растений растворимые соли, карбонаты и гипс.
В зависимости от условий образования солонцы существенно отличаются друг от друга по мощности и глубине залегания генетических горизонтов, содержанию обменного натрия в ППК, количеству и составу растворимых солей. Количество обменного Na в ППК солонцового горизонта колеблется от 10 до 50% и выше от суммы обменных оснований (ЕКО). Наряду с натрием в составе обменных катионов может содержаться много (15-35% и более) магния. Высокое содержание натрия вызывает пептизацию почвенных коллоидов и постепенное вымывание их из верхнего в нижний слой почвы, где они образуют плотный столбчатый горизонт.
Солонцы характеризуются неблагоприятным водно-физическими свойствами: при увлажнении солонцовый горизонт сильно набухает и становится водонепроницаемым, а при высыхании превращается в плотную глыбистую массу, препятствующей росту корней растений и обработке почвы.
В связи с большим многообразием солонцов методы их мелиорации также отличаются. Пестрота агрохимических, биологических, водно-физических свойств и плотности сложения почвы отдельных участков поля, при наличии большого количества пятен солонцов значительно затрудняет их освоение и использование.
Солонцы характеризуются низким естественным плодородием. Урожаи сельскохозяйственных культур на солонцовых землях очень низкие. После гипсования почвы приобретают благоприятные агрофизические свойства, вследствие чего повышается их плодородие. Урожайность зерновых культура на солонцеватых черноземах после гипсования повышается на 4-12 ц/га, каштановых почвах — на 4-6 ц/га.
Целесообразность и вид мелиорации определяются состоянием солонцовых почв, климатическими и хозяйственными ресурсами. В зависимости от характера засоления окультуривание солонцов проводят агротехническими приемами: за счет фитомелиорации и внутрипочвенных запасов кальция (самомелиорации) и химической мелиорации (внесение гипса и других мелиорантов. В первую очередь мелиорируют солонцы с высокой степенью засоления.
В зависимости от содержания обменного натрия в поглощающем комплексе почвы (ППК) подразделяются на: несолонцеватые — при содержании натрия менее 5% от ЕКО, слабосолонцеватые — 5-10%, солонцеватые 10-20 % и солонцы — более 20 %.
По характеру засоления солонцы подразделяются на нейтральные и щелочные.
К первым относятся хлоридно-сульфатные и сульфатно-хлоридные солонцы, к щелочным — содовые, сульфатно-содовые и содово-сульфатные, в которых кроме обменного натрия содержатся бикарбонаты и карбонаты натрия, растворимые в воде и обусловливающие высокую щелочность почвы.
В зависимости от глубины залегания солонцового горизонта выделяют мелкие, или корковые (не глубже 7 см от поверхности почвы), среднестолбчатые (на глубине 7-15 см) и глубокостолбчатые (глубже 15 см) солонцы.
Установлено, что негативное влияние натрия на физические свойства почвы зависит от его долевого содержания в ППК. Существенное отрицательное действие натрия на свойства почвы и урожайность культур наблюдается лишь при содержании обменного Na в почве более 10% от ЕКО. Поэтому гипсование почв проводят в том случае, если доля обменного натрия в ППК выше 10%.
Нуждаемость в гипсовании почв возрастает с увеличением доли Na в ЕКО от 510 до 20 % и боле, при переходе от слабосолонцеватых к солонцам. Гипсование необходимо, прежде всего, для солонцов, содержащих более 20% Na от ЕКО и солонцовых почв (10-20 % натрия). Улучшение физических свойств слабосолонцеватых почв достигается агротехническими приемами окультуривания.
Следует отметить, что некоторые хлоридно-сульфатные и сульфатно-хлоридные солонцы каштановых почв на глубине 35-45 см содержат слои гипса. Для окульуривания таких солонцов можно применить самогипсование путем проведения плантажной вспашки трехъярусным плугом на глубину 45-50 см, при которой гипсоносный слой перемешивается с верхним солонцовым горизонтом. При высоком содержании в подпахотном слое почвы карбоната кальция его также можно использовать для самомелиорации солонцов, хотя действие СаСО3 действует значительно хуже, чем СаSO4 . Наряду с глубокой обработкой, в систему агротехнических мероприятий по улучшению плодородия солонцов входит посев многолетних трав, внесение органических и минеральных удобрений.
Для содовых и сульфатно-содовых солонцов химическая мелиорация является основным способом их окультуриванияя. Применение гипса на содовых солонцах устраняет избыток натрия в ППК и соду в почвенном растворе.
Поскольку содержание обменного натрия менее 10% от ЕКО (0,1Т) не оказывает заметного отрицательного влияния на физические свойства почвы, то нет необходимости удалять его из почвы. Дозы гипса рассчитывают по эквивалентному количеству Na в ППК, подлежащему замене на Са.
Количество Na+ , подлежащее замене на Са2+ представляет разницу между общим количеством обменного натрия и безопасным его содержанием (Na — 0,1Т) в почве.
Для химической мелиорации солонцов используют кальцийсодержащие соединения (гипс, фосфогипс, мел, известняк, хлористый кальций и их смеси). Можно использовать также серу, сульфат железа, пирит, однако они не получили широкого применения. Для химической мелиорации солонцов применяют в основном гипс и фосфогипс. Дозу гипса рассчитывают исходя из допустимого содержания обменного натрия в ППК по формуле:
Д = 0,086 (Na — 0,1 T)∙H∙d,
где: Д — доза гипса, т/га; Na — содержание обменного натрия, мг-экв на 100 г почвы; Т — емкость катионного обмена (ЕКО), мг-экв на 100 г почвы; Н — глубина мелиорируемого слоя, см; d — объемная масса мелиорируемого слоя, г/см3.
Способы внесения гипса зависят от глубины залегания солонцового горизонта.
Основным способом улучшения агрофизических и биологических свойств солонцов является внесение в почву гипса CaSO4 ∙ 2Н2О, который вытесняет из ППК обменный натрий по схеме:
[ППК] Na2 + CaSO4 = [ППК] Са + N2SO4.
При содовом засолении одновременно устраняется щелочность:
Na2CO3 + CaSO4 = СаСО3↓ + Na2SO4
Образующийся сульфат натрия хорошо растворим в воде, имеет нейтральную реакцию и легко вымывается из почвы атмосферными осадками или при орошении.
При неглубоком залегании солонцового слоя гипс после равномерного внесения заделывают дисковой бороной или культиватором, а затем плугом без предплужников. При залегании солонцового горизонта глубже 20-25 см всю дозу гипса заделывают плугом с предплужником.
Важно отметить, что в условиях степного богарного земледелия гипсование солонцов эффективно лишь в зоне с годовым количеством осадков более 400-450 мм. В сухостепной зоне, где среднегодовое количеством осадков менее 300-350 мм химическая мелиорация солонцов эффективна только в при орошении.
При гипсовании многонатриевых солонцов (более 20% натрия) образующийся Na2S04 необходимо удалять путем промывания при орошении.
Для химической мелиорации солонцов используют в основном гипс и фосфогипс, являющийся побочным продуктом производства фосфорной кислоты.
Для гипсования используют природные залежи гипса и других минералов, а также отходы промышленности. Для гипсования солонцов и солонцеватых почв используют сыромолотый гипс, фосфогипс (отход производства фосфорной кислоты).
Гипс сыромолотый, белый мягкий порошок, класс А содержит не менее 85% , класс Б — 70% CaSO4 ∙ 2H2O. Получается путем размола природного гипса. Остаток на сите с размером ячеек 0,25 мм не должен быть более 25%. При влажности более 8% слеживается. Растворимость в воде 2 г/л при температуре 20°С. В почве постепенно вступает в обменные реакции с ППК.
Фосфогипс мелкий порошок белого или сероватого цвета, при повышенной влажности слеживается. Является отходом производства экстракционной фосфорной кислоты. Содержит около 93% CaSO4 ∙ 2H2O и 1,5-2,5% фосфора (Р2О5). При внесении фосфогипса необходимо учитывать при расчете доз фосфорных удобрений, содержащийся в нем фосфор.
Глиногипс — природная смесь гипса и глины. Содержание CaSO4 ∙ 2H2O различное, размола не требует.
Для вытеснения натрия из ППК можно применять также кальцийсодержащие отходы промышленности (СаCl2, дефекат и др.), однако их использование ограничено.
Солонцы и солонцеватые почвы встречаются обычно пятнами среди других почв. Если они занимают меньше 30% площади поля, то гипс вносят только на солонцовые пятна. Дозы гипса обычно составляет для хлоридно-сульфатных солонцов 4-6 т/га, для солонцов с содовым засолением — 8-10 т/га.
Лучшим местом в севообороте для внесения гипса являются чистые пары и пропашные культуры. Применяют его обычно под зяблевую вспашку.
Гипсование позволяет наиболее эффективно улучшить водно-физические и химические свойства солонцов и значительно повысить их плодородие. Применение гипса снижает щелочность почвы, содержание обменного натрия в ППК и повышает степень насыщенности его кальцием.