Контроль засоления почвы - Soil salinity control

«Контроль солености» перенаправляется сюда. Для удаления соли из воды см. Опреснение.
SegReg программа: урожай горчицы (рапс ) и засоленность почвы

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

Целью контроля засоления почвы является предотвращение деградация почвы к засоление и вернуть уже засоленные (засоленные) почвы. Мелиорация почвы также называется улучшением почвы, восстановлением, восстановлением, рекультивацией или мелиорацией.

Основная искусственная причина засоление является орошение. Речная вода или же грунтовые воды используемый при орошении содержит соли, которые остаются в почве после того, как вода испарился.

Основным методом контроля засоления почвы является обеспечение 10-20% поливной воды. выщелачивание почва, которая будет осушена и выведена через соответствующий дренажная система. Концентрация соли в дренажная вода обычно в 5-10 раз выше, чем у оросительной воды, поэтому экспорт соли соответствует импорту соли и не накапливается.

Проблема засоления почвы

Соленые (засоленные) почвы находятся почвы которые имеют высокий соль содержание. Преобладающая соль обычно хлорид натрия (NaCl, «поваренная соль»). Засоленные почвы поэтому также содовые почвы но могут быть натриевые почвы и не засоленные, а щелочной.

Мировая деградация почвенной соли
Этот ущерб составляет в среднем 2000 гектаров орошаемых земель в засушливых и полузасушливых районах ежедневно в течение более 20 лет в 75 странах (каждую неделю мир теряет площадь, превышающую Манхэттен) ... Чтобы прокормить ожидаемые девять миллиардов человек в мире. к 2050 году, и при наличии небольшого количества новых продуктивных земель на палубе будет достаточно всех земель.главный автор Манзур Кадир, помощник директора по водным ресурсам и человеческому развитию Канадского института воды, окружающей среды и здоровья Университета ООН[1]

Согласно исследованию Университета ООН, затронуты около 62 миллионов гектаров (240 тысяч квадратных миль; 150 миллионов акров), что составляет 20% орошаемых земель в мире, по сравнению с 45 миллионами гектаров (170 тысяч квадратных миль; 110 миллионов акров) в начало 1990-х гг.[1] в Индо-Гангская равнина, где проживает более 10% населения мира, потери урожая на пшеница, рис, сахарный тростник и хлопок выращивание на засоленных землях может составлять 40%, 45%, 48% и 63% соответственно.[1]

Соленые почвы - общая черта и проблема окружающей среды в орошаемые земли в засушливый и полузасушливый регионов, что приводит к плохому или низкому урожаю сельскохозяйственных культур.[2] Проблемы часто связаны с высоким грунтовые воды, вызванные отсутствием естественного подземный дренаж в метро. Плохой подземный дренаж может быть вызван недостаточной транспортной мощностью водоносный горизонт или потому, что вода не может выйти из водоносного горизонта, например, если водоносный горизонт расположен в топографический депрессия.

Во всем мире основным фактором развития засоленных почв является отсутствие осадков. Наиболее засоленные естественные почвы находятся в (полу) засушливые регионы и климат земли.

Основная причина

Орошаемые засоленные земли с плохим урожаем

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. При отсутствии достаточного естественного дренажа (как в заболоченных почвах) и без надлежащего промывки и дренаж программы по удалению солей, это приведет к сильному засолению почвы и уменьшению урожайность в долгосрочной перспективе.

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. Сахарный тростник, например, нужно около 20000 м3/ га воды в год. В результате орошаемые площади часто получают более 3 000 кг / га соли в год, а некоторые - до 10 000 кг / га в год.

Вторичная причина

Вторичной причиной засоления является заболачивание на орошаемых землях. Орошение вызывает изменения естественного водный баланс орошаемых земель. Большое количество воды в ирригационных проектах не потребляется растениями и должно куда-то уходить. В ирригационных проектах 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 она должна куда-то уходить.

Большая часть потерянной таким образом воды хранится под землей, что может изменить исходную гидрология из местные водоносные горизонты 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:

  • Мелководный уровень грунтовых вод и отсутствие оксигенация корневой зоны снижает урожай большинства культур
  • Это приводит к накоплению солей, попадающих с поливной водой, поскольку их удаление через водоносный горизонт блокируется.
  • С восходящей просачивание из грунтовые воды больше солей вносится в почву и усугубляется засоление

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 равнинной местности с хорошим водоносным горизонтом

  • Засоление почв на орошаемых равнинах без водоносного горизонта

  • Засоление почвы в прибрежной дельте от орошения выше

Зона воздействия соли

Обычно засоление сельскохозяйственных земель затрагивает значительную часть ирригационных проектов, порядка 20-30%. Когда сельское хозяйство на такой части земли заброшено, появляется новая соль 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]

Область, крайПлощадь (106га)
Австралия84.7
Африка69.5
Латинская Америка59.4
Возле и Средний Восток53.1
Европа20.7
Азия и Дальний Восток19.5
Северная Америка16.0
CumFreq программа: пространственное изменение засоленности почвы

Пространственная вариация

Хотя принципы процессов засоления довольно легко понять, сложнее объяснить, почему некоторые части земли страдают от проблем, а другие нет, или почему предсказывать точно какая часть земли станет жертвой. Основная причина этого - изменение природных условий во времени и пространстве, обычно неравномерное распределение поливной воды, а также сезонные или годовые изменения методы ведения сельского хозяйства. Только в странах с холмистой топография Прогноз прост: депрессивные области деградируют больше всего.

Составление солевого и водного балансов[3] для различимых подобластей в орошение проект или использование моделей агрогидрозасоления,[5] может быть полезным для объяснения или прогнозирования масштабов и серьезности проблем.

Диагностика

Урожай кукурузы (кукурузы) в Египте имеет солеустойчивость ECe = 5,5 дСм / м, при превышении которой урожайность снижается. [6]
Урожай риса в Египте имеет такую ​​же солеустойчивость, как и кукуруза. [7]

Измерение

Засоление почвы измеряется как солевой концентрация почвы решение в г / л или электропроводность (EC) в дСм / м. Отношение между этими двумя единицами составляет примерно 5/3: y g / 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 - это экстракт насыщенной пасты почвы, и ЕС тогда записывается как ECe. Экстракт получают центрифугирование. 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. Связь между ECe и EC2:1 около 4, следовательно: ECe = 4 EC1:2.[8]

Классификация

Почвы считаются засоленными, если ECe> 4.[9] Когда 4 16 - сильно засоленной.

Толерантность к урожаю

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] сообщить данные о солеустойчивости растений.

Принципы контроля солености

Дренаж является основным методом контроля засоления 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 год-два засоление почвы уменьшается настолько, что соленость дренажных вод снижается до нормального значения и достигается новое, благоприятное равновесие.

В регионах с ярко выраженным сухой и влажные сезоны, дренажная система может работать только в сезон дождей и закрыта в сухой сезон. Такая практика контролируемого или контролируемого дренажа позволяет экономить поливную воду.

Слив соленой дренажной воды может вызвать проблемы окружающей среды в низовья. 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 сточные воды причиняют наименьший вред.

Системы дренажа

Параметры горизонтального водоотвода
Параметры системы вертикального водоотвода

Осушение земель для контроля засоления почвы обычно осуществляется система горизонтального дренажа (рисунок слева), но вертикальные системы (рисунок справа) также используются.

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, ведения сельского хозяйства и 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 меньше 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 при удалении углекислый газ (CO2) производства растение корни и вдыхание свежих кислород (O2) продвигается.

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 еще мельче, чем указано (например, на рисовых полях), в то время как в других случаях он должен быть значительно глубже (например, в некоторых сады ). Установление оптимальной глубины уровня грунтовых вод находится в сфере критерии сельскохозяйственного дренажа.[13]

Выщелачивание почвы

Факторы водного баланса в почве

В вадозная зона из почва под поверхностью почвы и уровень грунтовых вод подчиняется четырем основным гидрологический Факторы притока и оттока:[3]

В устойчивое состояние (т.е. количество воды, хранящейся в ненасыщенной зоне, не меняется в долгосрочной перспективе) водный баланс ненасыщенной зоны: 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 - соль концентрация поливной воды, Cc - концентрация соли капиллярного подъема, равная концентрации соли верхней части грунтового водоема, Fc - доля общего испарения, испаряемого растениями, Ce - концентрация соли взятой воды вверх у корней растений, Cp - это концентрация соли в перколяционной воде, а Ss - увеличение накопления солей в ненасыщенной почве. Это предполагает, что дожди не содержат солей. Только вдоль побережья это может быть неправдой. Далее предполагается, что нет сток или поверхностный дренаж.
Количество удаляемого растениями (Evap.Fc.Ce) обычно пренебрежимо мало: Evap.Fc.Ce = 0

Кривые выщелачивания, калибровка эффективности выщелачивания

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 плохо структурированный, тяжелый глина почв 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 солености 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 выщелачивания) обнаружено, 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]

С его помощью можно также рассчитать требования к поливу и дренажу для контроля засоления.
В ирригационных проектах в (полу) засушливые зоны и климат важно проверить требования к выщелачиванию, в результате чего эффективность орошения полей (с указанием доли оросительной воды, просачивающейся в землю) необходимо учитывать.
Желаемый уровень засоления почвы Cd зависит от устойчивости растений к соли. В Университет Вайоминга,[10] США и Правительство Альберты,[11] Канада, сообщите данные о толерантности культур.

Полосовая обрезка: альтернатива

Гидрологические принципы обрезка полосы для контроля глубины грунтовых вод и засоления почвы

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

Благодаря поливу на орошаемых полосах они имеют более высокую уровень грунтовых вод что побуждает поток грунтовых вод к неорошаемым полосам. Этот поток функционирует как подземный дренаж для орошаемых полос, в результате чего уровень грунтовых вод поддерживается на не слишком малой глубине, выщелачивание почвы возможно, и засоление почвы можно контролировать на приемлемо низком уровне.

На неорошаемых (жертвенных) полосах почва сухая, а грунтовые воды поднимаются вверх. капиллярный подъем и испаряется, оставляя соли, так что здесь почва засолена. Тем не менее они могут пригодиться домашний скот, посевной засоление устойчивый травы или же сорняки. Кроме того, полезные солеустойчивые деревья можно сажать, например, Казуарина, Эвкалипт или же Атриплекс, имея в виду, что деревья имеют глубокую корневую систему и соленость влажного грунта ниже, чем у верхний слой почвы. Таким образом ветровая эрозия можно контролировать. Неорошаемые полоски также можно использовать для соль сбор урожая.

Модели засоления почвы

Компоненты SaltMod

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 дифференциальное уравнение для движения воды в ненасыщенной почве в сочетании с дифференциалом Фика уравнение конвекции-диффузии за адвекция и разброс солей.

Модели требуют ввода характеристик почвы, таких как отношения между переменными ненасыщенными влажность почвы содержание, водное давление, кривая удержания воды, ненасыщенные гидравлическая проводимость, дисперсность и диффузионность. Эти отношения сильно различаются от места к месту и время от времени, и их нелегко измерить. Кроме того, модели сложно откалибровать в фермерских полевых условиях, потому что засоленность почвы здесь пространственно очень изменчива. В моделях используются короткие временные шаги, и им нужна как минимум ежедневная, если не ежечасная, база данных гидрологический явления. В целом это делает применение модели довольно большим. проект работа команды специалистов с широкими возможностями.

Более простые модели, например SaltMod,[5] также доступны данные на основе месячного или сезонного баланса воды и почвы и эмпирической функции капиллярного подъема. Они полезны для долгосрочных прогнозов солености в отношении орошение и дренаж практики.

LeachMod,[21] [22] Используя принципы SaltMod, помогает анализировать эксперименты по выщелачиванию, в которых отслеживалось засоление почвы в различных слоях корневой зоны, в то время как модель оптимизирует значение эффективности выщелачивания каждого слоя, так что соответствие будет получено с моделированными значениями засоления почвы.

Пространственные вариации из-за вариаций топография можно смоделировать и спрогнозировать с использованием солености модели подземных вод, подобно SahysMod.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c http://phys.org/news/2014-10-world-hectares-farm-soil-daily.html
  2. ^ И. Аброл, Дж.С.П. Ядав и Ф. Массуд, 1988. Засоленные почвы и управление ими, Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО), Бюллетень по почвам 39.
  3. ^ а б c ИЛРИ, 2003. Дренаж для сельского хозяйства: дренаж и гидрология / соленость - водный и солевой балансы. Конспект лекций Международный курс по дренажу земель, Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. Скачать со страницы: [1], или прямо в формате PDF: [2]
  4. ^ Р.Бринкман, 1980. Засоленные и натриевые почвы. В кн .: Мелиорация и водное хозяйство, с. 62-68. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды.
  5. ^ а б SaltMod: инструмент для переплетения ирригации и дренажа для контроля засоления. В: У. Б. Снеллен (ред.), На пути к интеграции ирригации и управления дренажем. Специальный отчет ILRI, стр. 41-43. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды.
  6. ^ Х. Дж. Найланд и С. Эль-Гуинди, Урожайность, глубина водозабора и засоленность почвы в дельте Нила, Египет. В: Годовой отчет 1983 г. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды.
  7. ^ Онлайн-сбор данных о солеустойчивости сельскохозяйственных культур на основе измерений на фермерских полях [3]
  8. ^ ILRI, 2003 г., В этой статье обсуждается засоление почвы.. Конспект лекций, Международный курс по дренажу земель Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. В сети: [4]
  9. ^ Л. А. Ричардс (ред.), 1954. Диагностика и улучшение засоленных и щелочных почв. Справочник Министерства сельского хозяйства США 60. В интернете
  10. ^ а б Алан Д. Блейлок, 1994, Засоление почв и солеустойчивость садовых и ландшафтных растений. [5]
  11. ^ а б Правительство Альберты, Солеустойчивость растений
  12. ^ а б J.W. ван Хорн и Дж. ван Альфен (2006), Контроль солености. В: H.P. Ритзема (ред.), Принципы и применение дренажа, стр. 533-600, публикация 16, Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. ISBN  90-70754-33-9.
  13. ^ Критерии сельскохозяйственного дренажа, Глава 17 в: H.P. Ritzema (2006), Принципы и применения дренажа, Публикация 16, Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. ISBN  90-70754-33-9. В сети : [6]
  14. ^ Р. Дж. Остербан и М. А. Сенна, 1990. Использование SaltMod для прогнозирования дренажа и контроля солености в дельте Нила. В: Годовой отчет 1989, Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды, стр. 63-74. Видеть Пример из Египта в руководстве SaltMod: [7]
  15. ^ E.A. Ванегас Чакон, 1990. Использование SaltMod для прогнозирования опреснения в Лезирии Гранде Польдер, Португалия. Тезис. Вагенингенский сельскохозяйственный университет, Нидерланды
  16. ^ ИЛРИ, 2000. Орошение, грунтовые воды, дренаж и контроль засоления почвы в конусе выноса Гармсара. Назначение консультантов Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО) ООН, Международному институту мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. В сети: [8]
  17. ^ SWAP модель
  18. ^ Модель DrainMod-S В архиве 2008-10-25 на Wayback Machine
  19. ^ Модель UnSatChem
  20. ^ Модель Hydrus
  21. ^ LeachMod
  22. ^ Рекультивация прибрежного соленого вертизоля при орошаемом посеве риса, интерпретация данных с помощью модели выщелачивания соли. В: Международный журнал экологических наук, апрель 2019 г. В сети: [9]

внешняя ссылка