Целый автобус специалистов-почвоведов впервые прибыл в хозяйство канадского фермера Гранта Ригби, расположенное на юго-западе провинции Манитоба, в августе 2012 г. На поле, засеянном люцерной, они исследовали тридцатиметровую траншею шириной в метр, которая простиралась от заброшенного низинного участка, заросшего лисохвостом, до близлежащего выветренного пригорка. Целью исследования было изучить засоленность суглинистых почв фермера.
Специалисты определили, что белые вкрапления в верхнем слое почвы под зарослями лисохвоста — это сульфат кальция. Это положило начало рассуждениям о том, что применяемая повсеместно с 1978 по 2001 г. практика внесения сульфатов в качестве удобрения в смеси с азотом и фосфором могла повлечь наблюдаемое в настоящее время засоление почв сульфатом кальция (гипсом).
В России проблема сульфатного засоления почв с участием гипса наблюдается в основном в южных регионах. В целом по стране засоленные почвы составляют 54 млн га, или 3,3% общей площади РФ и 5% площади почв равнин. Площадь вторично засоленных почв оценивается в 36 млн га, или 18% от общей площади орошаемых земель. Наибольшие площади засоленных почв сосредоточены в Поволжье — 31%, на Северном Кавказе — 17% и за Уралом — 16%.
Про гипс российские ученые говорят, что он не оказывает отрицательного действия на растения вследствие малой растворимости — 1,9 г/л. Тем не менее почвы, засоленные сульфатом кальция, считаются токсичными при концентрации солей более 1%. Высокая концентрация гипса способствует образованию сплошной губчатой массы, непроницаемой для воды, воздуха и корней, что приводит к угнетению растений и их гибели.
На ферме г-на Ригби почвы под лисохвостом на глубине все еще были влажными, несмотря на засуху, которая длилась уже год, и то, что рядом не было ни одного водоема. Ее электропроводность в расчете на весь объем растворенных солей была настолько высока, что ни одно растение не могло добыть воду из сильнейшего осмотического захвата рассола сульфата кальция. Разросшемуся рядом пырею не удалось покорить засоленный участок, и он отступил перед лучше приспособленным для этой задачи лисохвостом, корни которого располагаются ближе к поверхности и позволяют ему процветать на этом типе почв.
Ниже слоя, засоленного сульфатом кальция, на глубине около метра, обнаружилась песчаная прослойка, в отличие от желтого суглинка, расположенного на аналогичной глубине в траншее. Было высказано предположение, что серу и, возможно, кальций, принесло к этому месту потоком вод по песчаной прослойке из каких-то более глубоких слоев под пригорком.
Соли сульфата кальция были сконцентрированы над песчаной прослойкой. И когда ветер высушивал влагу с жесткой поверхности бесплодного поля, в колеях проехавшей техники, а также весной перед вспашкой на поверхность почвы через капилляры выступало еще больше соли.
Хозяйство, основанное предками Гранта Ригби в 1882 г., не сталкивалось с проблемой засоленности почв примерно до 1998 г. Не было такой проблемы и на протяжении десятков тысяч лет, прошедших с того момента, как чистая талая вода хлынула с тающих вековых ледников. Какие же действия фермера вызвали ионы сульфатов и кальция из глубин и заставили их раствор просачиваться сквозь землю?
У специалистов есть несколько гипотез относительно причин произошедшего. Они также дают рекомендации по устранению засоленности, которые основаны на практическом опыте.
Удаление дерна
Разрушив глубоко проникающие корни растений и прекратив продолжавшееся на протяжении тысячелетий снабжение глубоких слоев почвы многолетних прерий продуктами фотосинтеза, фермеры вызвали уничтожение биомассы, находившейся глубоко в земле. Это освободило серу, с давних времен связанную в биомассе в виде минерализованных вымываемых сульфатов.
Только лишь глубокие корни шиповника переживали вспашку на пригорках в прошлом столетии, а в нынешнем веке глифосат справился и с ним, что и привело к освобождению серы.
Дороги
Захоронение древнего верхнего слоя почвы под плотным покрытием дорог привело к уничтожению биомассы под ними из-за отсутствия фотосинтеза и недостатка кислорода. Это повлекло минерализацию сульфатов, которые затем поднялись по капиллярным протокам на поверхность дорог, а оттуда ветром или дождевыми потоками были смыты в канавы и на соседние поля.
Аналогичный процесс происходит, когда фермеры прокладывают дороги через поле, что подтверждается захватом этих территорий лисохвостом как видом, способным выжить в засоленной почве.
Пастбища
Непрерывный выпас скота вблизи ворот и скотных дворов снижает ежедневную энергию, поступающую от процессов фотосинтеза для жизненной активности корней, в результате чего корни мельчают. Глубинные слои почвы не получают энергии, и биомасса умирает, высвобождая серу.
Сульфаты
Добавление отрицательно заряженных анионов сульфатов в стандартную смесь удобрений, не в полной мере потребляемую культурными растениями даже там, где ее недостаточно, приводит выщелачиванию избытка сульфата.
Аммиачные удобрения
Добавление положительно заряженных катионов аммония или катионов калия вытесняет оригинальные катионы кальция с ионообменной поверхности отрицательно заряженных коллоидов глинистых почв. В конечном счете они соединяются с анионами сульфатов в почвенной среде, накапливаются в глубоко расположенных песчаных прослойках или на лугах и в озерах, а также скапливаются в виде раствора сульфата кальция.
Новое питание
Предотвратить засоленность почв сульфатом кальция могла бы конвертация ионных химических удобрений в богатые питательными веществами микроорганизмы или водоросли с последующей их ферментацией перед внесением в почву. Подобным образом можно удобрять почвы в Африке, которые страдают от слабой катионообменной емкости.
Кольцевое засоление
Талые воды на топких участках проникают примерно на два метра вертикально вниз, и столько же — горизонтально, попадая на смежные поля. Грунтовые воды с возвышенностей спускаются вниз до границы с водами топкого участка, где минеральные соли в концентрированном виде остаются, а пресная вода испаряется.
Остатки гербицидов
Некоторые биоразлагаемые гербициды могут сохраняться неразрушенными на засоленных участках из-за высокой концентрации солей, которая подавляет деятельность микроорганизмов-деструкторов.
Глифосат
Хелатирование глифосатом микроэлементов, таких как цинк, на кончиках глубоких корней, удаленных от поверхностных бактерий, которые участвуют в разложении глифосата, вероятно, приводит к постоянному недостатку этих важных микроэлементов в глубинных слоях почвы.
Это тормозит распад биомассы с участием грибов-деструкторов, ограничивая возможность укоренения последующих культур, и ведет к избытку всех других питательных веществ, которые тысячелетиями находились в сбалансированном состоянии внутри глубоко живущей биомассы почвы. Излишки сульфатов в этом случае выводятся.
Фунгициды
Разложение растительных остатков — это живой процесс, в котором участвуют грибы-деструкторы. Они высвобождают энергию и питательные вещества для последующего использования новыми организмами. Фунгициды прекращают этот круговорот питательных веществ, поскольку убивают грибы.
В итоге питательные вещества выпадают из биологического оборота, поскольку фунгициды прерывают замкнутую пищевую цепь. Минерализованные фосфат и сульфат затем вымываются, как чай, из сухих листьев или корней, и концентрируются в высолах или просачиваются через источники в озера.
Двулетние культуры
Замена непрерывного нахождения глубоких слоев почвы под паром, вызванного интенсивной обработкой и применением неселективного глифосата, новыми агрономическими подходами и инновациями с целью сохранения непрерывной жизни глубоко уходящих корней, может остановить дальнейшее истощение почв в местах возвышенностей и выщелачивания питательных веществ в виде засоления в низинах. Использование гербицидов селективного действия, включение клевера, люцерны в севооборот, а также селекция новых двулетних зерновых культур поможет остановить засоление путем поддержания постоянного энергоснабжения продуктами фотосинтеза глубинной биомассы. Ведь биомасса, расположенная глубоко в почве, сохраняет и повторно использует биологическую серу.
Изменение экосистемы
Прекращение дальнейшего вывода питательных веществ из почв на возвышенностях может остановить разрастание рогоза широколиственного, который уже занял доминирующее над другими травами положение на болотах. Это также, вероятно, поможет ограничить цветение озер из-за размножения токсичных азотфиксирующих цианобактерий, которые получают приток избыточного фосфора, серы и других микроэлементов от ежегодно обрабатываемых сельхозугодий.
Солевой заработок
Сбор соли сульфата кальция, сконцентрированной в виде белых сухих крупинок на поверхности почвы, а затем разбрасывание ее на обессоленных пригорках будет снижать засоленность и восстанавливать однородность баланса питательных веществ. Старые фермеры, владеющие искусством буртования зерна, могут таким образом заработать немного денег. Стоки из плиточного дренажа могут быть локально возвращены в почву с помощью капельного орошения, чтобы получить урожай на истощенных холмах, вместо того чтобы способствовать росту токсичных голубых водорослей в озере Виннипег.
Опыт фермера
В хозяйстве Гранта Ригби для борьбы с засолением с 2002 г. были прекращены все опрыскивания гербицидами, интенсивная обработка почвы, внесение удобрений, устройство дорог и осенняя вспашка. С тех пор исчезла кохия, а заросли лисохвоста сократились до единично встречающихся растений. В хозяйстве не осталось голых участков земли, и засоление было остановлено.
Тем не менее, г-н Ригби призывает ученых и практиков к критике выдвигаемых гипотез. Он также обращается к аграриям с предложением вступить в дискуссию, чтобы обсудить и выявить корреляцию между сложившейся агрономической практикой и засолением почв.
Г-н Ригби также предлагает Министерству сельского хозяйства и продовольствия Канады ежегодно публиковать карты засоления, чтобы помочь рыночной оценке сельхозугодий и вознаградить хозяйства за хорошее состояние почв. Он обращается к научному и профессиональному сообществу с просьбой признать засоленность как серьезную угрозу цивилизации.
Наталья Лотова
