AGROECOLOGICAL ASSESSMENT OF SALINE SOILS IN THE KARAUZYAK AND TAKHTAKUPYR DISTRICTS OF THE REPUBLIC OF KARAKALPAKSTAN

УДК 631.445.4

Аннотация

В статье представлены результаты комплексной агроэкологической оценки засоленных почв Караузякского и Тахтакупырского районов Республики Каракалпакстан. Исследованы гранулометрический состав, физико-химические свойства, степень и химизм засоления, содержание гипса и карбонатов, а также обеспеченность почв гумусом, азотом, фосфором и калием. Анализ почвенных образцов выполнен с использованием общепринятых лабораторных методов определения водорастворимых ионов, электропроводности, кислотности среды, органического вещества и подвижных форм элементов питания.

Установлено, что исследуемые почвы характеризуются высокой щелочностью (pH 8,4–10,0). По показателям электропроводности и содержанию легкорастворимых солей верхние горизонты относятся к сильно- и очень сильнозасоленным. В составе токсичных солей преобладают Na₂SO₄, NaCl и MgSO₄, формирующие преимущественно сульфатно-хлоридный и хлоридно-сульфатный типы засоления. Содержание карбоната кальция составляет 12,17–20,00 %, что характеризует исследуемые почвы как карбонатные.

Агрохимический анализ выявил высокую обеспеченность верхних горизонтов подвижными формами азота, фосфора и калия. Максимальное содержание гумуса (2,95 %) отмечено в почвах Караузякского района, однако с глубиной его количество снижается. Основным фактором, ограничивающим продуктивность исследуемых земель, является высокий уровень засоления. Полученные результаты подтверждают необходимость проведения комплексных мелиоративных мероприятий, включая промывку почв, совершенствование дренажа и оптимизацию системы удобрений для повышения плодородия и устойчивого использования земель Северного Приаралья.

Abstract

This study presents the results of a comprehensive agroecological assessment of saline soils in the Karauzyak and Takhtakupyr districts of the Republic of Karakalpakstan. The investigation included the analysis of particle-size distribution, physicochemical properties, salinity degree and type, gypsum and carbonate contents, as well as soil fertility indicators, including humus, nitrogen, phosphorus, and potassium. Soil samples were analyzed using standard laboratory methods for determining water-soluble ions, electrical conductivity, soil pH, organic matter, and available plant nutrients.

The results showed that the studied soils are characterized by high alkalinity, with pH values ranging from 8.4 to 10.0. Based on electrical conductivity and the content of readily soluble salts, the upper soil horizons were classified as strongly to extremely saline. Sodium sulfate (Na₂SO₄), sodium chloride (NaCl), and magnesium sulfate (MgSO₄) were identified as the dominant toxic salts, resulting predominantly in sulfate–chloride and chloride–sulfate salinity. The calcium carbonate content ranged from 12.17% to 20.00%, classifying the soils as calcareous.

Agrochemical analysis revealed high concentrations of available nitrogen, phosphorus, and potassium in the upper soil horizons. The highest humus content (2.95%) was recorded in the Karauzyak soil profile, although it decreased with soil depth. Severe salinity was identified as the primary factor limiting the agricultural productivity of the studied lands. The findings highlight the need for integrated reclamation measures, including soil leaching, improvement of drainage systems, and optimization of organic and mineral fertilizer applications to enhance soil fertility and promote the sustainable use of land resources in the Northern Aral Sea region.

Ключевые слова: засоление почв, агроэкологическая оценка, плодородие почв, гумус, карбонаты, гипс, электропроводность, элементы питания растений, Каракалпакстан, Северное Приаралье.

Keywords: soil salinity; agroecological assessment; soil fertility; humus; carbonates; gypsum; electrical conductivity; plant nutrients; Republic of Karakalpakstan; Northern Aral Sea region.

Введение

Почвенные ресурсы являются важнейшей составляющей природного потенциала любой страны и основой устойчивого развития сельского хозяйства. В условиях аридных и полуаридных территорий Центральной Азии особое значение приобретают вопросы сохранения плодородия почв, рационального использования земельных ресурсов и предотвращения процессов их деградации. Одной из наиболее серьёзных экологических проблем региона является засоление почв, оказывающее существенное влияние на продуктивность агроэкосистем, водно-физические свойства почвы и эффективность сельскохозяйственного производства [1, 3, 5].

Республика Каракалпакстан расположена в зоне Северного Приаралья и относится к числу наиболее уязвимых территорий по степени воздействия процессов опустынивания и засоления земель. Экологический кризис, вызванный усыханием Аральского моря, привёл к существенным изменениям природных условий региона, повышению минерализации грунтовых вод, усилению дефляционных процессов и накоплению легкорастворимых солей в почвенном профиле. По данным исследований, значительная часть орошаемых земель Каракалпакстана подвержена вторичному засолению различной степени, что сопровождается ухудшением агрохимических свойств почв, снижением урожайности сельскохозяйственных культур и сокращением эффективности использования водных ресурсов [1, 2, 3, 4, 11, 14].

Степень негативного воздействия засоления на растения определяется не только общим содержанием солей, но и их качественным составом, распределением по почвенному профилю, уровнем щёлочности среды и обеспеченностью почвы элементами минерального питания. Особое значение имеют исследования химизма засоления, содержания токсичных солей, карбонатов и гипса, поскольку эти показатели позволяют оценить мелиоративное состояние земель и определить наиболее эффективные способы их улучшения [3, 5, 8]. Наряду с этим важнейшими характеристиками плодородия почв являются содержание гумуса, обеспеченность азотом, фосфором и калием, а также их доступность для растений.

В последние годы возрастает необходимость проведения комплексной агроэкологической оценки почв Северного Приаралья с использованием современных методов анализа [2, 6, 8, 10]. Такие исследования позволяют не только определить текущее состояние почвенного покрова, но и разработать научно обоснованные рекомендации по восстановлению плодородия земель, совершенствованию систем орошения и повышению эффективности мелиоративных мероприятий.

В связи с этим целью настоящего исследования являлась комплексная оценка агроэкологического состояния засоленных почв Караузякского и Тахтакупырского районов Республики Каракалпакстан на основе изучения их физико-химических свойств, степени и химизма засоления, содержания карбонатов и гипса, а также обеспеченности органическим веществом и элементами минерального питания. Полученные результаты позволяют оценить современное состояние исследуемых земель и определить основные направления повышения их продуктивности и экологической устойчивости [2, 6].

Методы анализов

Физические характеристики почв

Механический состав почв (texture) определяли методом седиментации с предварительной диспергацией частиц пирофосфатом натрия. Метод основан на использовании закона Стокса, согласно которого скорость выпадения частиц в осадок увязана с их размерами [3]. Образец мелкозема почвы с помощью взбалтывания диспергируется реагентом и сливается в мерный цилиндр, емкостью 1 литр [13].

Определение показателей засоленности и анализ содержания растворимых ионов в почве

Для определения засоленности почв проведены измерения электрической проводимости в водной вытяжке при соотношении объёмов почва: вода 1:5 (ЕС 1:5). Измерения проводили в dS/m элекрокондуктометром, имеющим электрод с температурным компенсатором [3, 5].

Метод оценки степени засоления почв по электрической проводимости насыщенных почвенных экстрактов принят в международной практике из-за его простоты, однако в местных условиях ранее широко не применялся.

Подготовка образцов почвы

Образцы почвы высушиваются на воздухе, размельчаются в фарфоровой ступке с помощью пестика и просеивается через сито с ячейками размером в 1 мм. По международным стандартам широко используется просеивание почвы через сито диаметром 2 мм [3].

Содержание органического вещества

Содержание органического вещества в почве определяется по методу И.В. Тюрина [6]. Метод основан на окислении углерода гумуса раствором хромового ангидрида в серной кислоте и титровании неиспользованного хромового ангидрида солью Мора.

Определение азота нитратов, аммиака.

Содержание усвояемого азота в почве определяется колориметрированием [6]. В щелочной среде тринитрофенол образует солеобразное производное, имеющее желтую окраску. Аммиак из почвы извлекается 1%-ным раствором хлористого калия.

Доступный фосфор и обменный калий

Доступный для питания растений фосфор определяется методом колориметрирования 1%-ой углеаммонийной вытяжки [6, 10]. В карбонатных почвах региона фосфор в основном находится в виде соединений кальция и магния, которые легко извлечь слабой кислотой.

Статистический анализ и контроль качества

Все лабораторные анализы проводились в трех повторениях (n=3), и представленные значения представляют собой среднее арифметическое повторных измерений. Контроль качества анализа осуществлялся посредством плановой калибровки лабораторных приборов, использования сертифицированных аналитических реагентов, контрольных образцов и дублирующих анализов, проводимых в соответствии со стандартными протоколами контроля качества лаборатории.

Для всех измеренных параметров были рассчитаны описательные статистические данные, включая среднее значение и стандартное отклонение (СО). Различия между почвенными профилями и почвенными горизонтами оценивались с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ДА), за которым следовал критерий Тьюки (HSD) для множественных сравнений, где это было уместно. Статистическая значимость принималась при p<0,05. Корреляционный анализ (коэффициент корреляции Пирсона, r) применялся для оценки взаимосвязей между электропроводностью (ECe), общим содержанием растворимых солей и основными растворимыми ионами.

Статистический анализ проводился с использованием IBM SPSS Statistics 27.0 и Microsoft Excel 2021 для обработки данных и графического представления.

Аналитическая точность лабораторных определений оценивалась путем повторных измерений. Относительное стандартное отклонение (OCO) повторных анализов, как правило, оставалось ниже 5% для измерений pH и электропроводности и ниже 10% для определения растворимых ионов и концентраций питательных веществ, что указывает на удовлетворительную аналитическую точность и воспроизводимость.

Результаты и обсуждения

По данным анализа определения содержания гипса и карбонатов (Таблица №1, Рисунок №1), установлено, что в почве разреза Р-1 (Караузяк) имеется гипс (CaSO₄⸱2H₂O), максимальное количество которого 7,08 % содержится в верхнем 0-50 см слое. Ниже содержание гипса снижается от 1,99 % до 0,48 % к массе почвы.  Согласно классификации, при содержании гипса от 0 до 10 % CaSO₄⸱2H₂O почвы оцениваются, как «негипсированные».

Содержание карбонатов кальция в обоих разрезах более значительно, чем гипса 12,17-20,00 % к массе. При содержании CaCO₃<30 % почвы классифицируются, как «карбонатные». По данным литературных источников, содержание карбонатов выше 20 % повышает уплотнение и снижает водопроницаемость почв [5, 8].

Полученные результаты свидетельствуют, что почвы Караузякского и Тахтакупырского районов характеризуются выраженной пространственной неоднородностью гранулометрического состава, высокой щелочностью и значительной степенью засоления. Такие особенности обусловлены природно-климатическими условиями Северного Приаралья, где аридный климат, высокая испаряемость, близкое залегание минерализованных грунтовых вод и длительное [1, 2, 12, 14] орошение способствуют накоплению легкорастворимых солей в верхних горизонтах почвенного профиля.

Высокие значения pH (8,4–10,0) указывают на развитие щелочной среды, которая ограничивает доступность ряда макро- и микроэлементов для растений [3, 5]. Несмотря на высокое содержание подвижных форм азота, фосфора и калия в верхних горизонтах, их эффективное использование сельскохозяйственными культурами может существенно снижаться вследствие высокой концентрации растворимых солей и повышенного осмотического давления почвенного раствора. Следовательно, высокая обеспеченность элементами питания не всегда сопровождается высокой продуктивностью растений в условиях сильного засоления.

Установленное преобладание сульфата натрия (Na₂SO₄), хлорида натрия (NaCl) и сульфата магния (MgSO₄) свидетельствует о доминировании сульфатно-хлоридного и хлоридно-сульфатного типов засоления, характерных для орошаемых земель Северного Приаралья [2, 4, 8]. Аналогичные особенности солевого состава отмечены в исследованиях почв Каракалпакстана и других засушливых регионов Центральной Азии, где накопление натриевых солей рассматривается как один из основных факторов деградации орошаемых земель. Высокая концентрация этих соединений приводит к ухудшению водно-физических свойств почвы, снижению водопроницаемости и ограничению роста корневой системы растений [5].

Таблица 1. Содержание гипса и карбонатов в исследованной почве

*) - 0-10 % CaSO₄⸱2H₂O - негипсированные

**) - < 30 % CaCO₃ - карбонатные

Содержание карбоната кальция (12,17–20,00 %) позволяет отнести исследуемые почвы к карбонатным, тогда как содержание гипса не достигает диагностических значений, характерных для гипсированных почв. Повышенная карбонатность в сочетании с высокой щелочностью способствует снижению подвижности фосфора и отдельных микроэлементов, что необходимо учитывать при разработке систем удобрений для данных территорий [3, 6, 9].

Рисунок 1. Распределение гипса и карбонатов по профилю почвы в Разрезах 1 и 2

Исследование также показало закономерное уменьшение содержания гумуса и валовых запасов элементов питания с глубиной почвенного профиля. Наиболее благоприятные показатели гумусового состояния отмечены в верхних горизонтах разреза Караузяк, тогда как в нижележащих слоях содержание органического вещества существенно снижается. Такая вертикальная дифференциация характерна для аридных почв и обусловлена концентрацией растительных остатков и микробиологической активности преимущественно в поверхностном слое [8, 12].

Полученные результаты согласуются с данными современных исследований, посвященных почвам Северного Приаралья, которые указывают, что засоление остается главным лимитирующим фактором сельскохозяйственного использования земель региона [10, 11]. В связи с этим повышение продуктивности исследуемых почв должно основываться не только на применении органических и минеральных удобрений, но прежде всего на эффективном регулировании водно-солевого режима посредством совершенствования дренажных систем, рационального управления орошением и проведения мелиоративных мероприятий. Комплексное применение этих мер позволит замедлить процессы вторичного засоления, повысить плодородие почв и обеспечить более устойчивое использование земельных ресурсов Северного Приаралья.

Таблица 2. Оценка обеспеченности почвы питательными элементами (NPK) в подвижной форме

Из таблицы №2 видно, что по данным анализа содержания подвижных питательных элементов доступных для растений, почва Разреза 1, по всем горизонтам имеет «высокую», а в горизонте 25-50 см «очень высокую» обеспеченность подвижным азотом в форме N-NO₃.

Также, по всему профилю, кроме горизонта 100-125 см, обнаружена «очень высокая» обеспеченность подвижным фосфором P₂O₅ 87,5-145,0 мг/кг. Обеспеченность обменным калием также очень (нереально) высокая по всему профилю до 125 см от 1059,5 до 8187,0 мг/кг [10].

Таблица 3. Стандартная таблица по оценке плодородия почвы

По данным анализа и оценки содержания в почве гумуса и валовых (общих) запасов питательных элементов (таблицы №3 и №4), почва Разреза 1 Р –1 Караузяк в слое 0-50 см очень богата гумусом, азотом, фосфором и очень бедна калием. Ниже слоя 50 см почва оценивается, как бедная и очень бедная по всем этим показателям. Только по содержанию фосфора, в слое 50-75 см она оценивается как «среднеобеспеченная».  По запасам калия почва оценивается как «бедная» и «очень бедная» [6, 9]. 

Заключение

Исследованные почвы имеют pH от 8,4 до 9,4, а в почвенном разрезе Р-1 и 9,1 до 10,0.  При этих значениях в разрезах pH почвы превышает благоприятный предел pH=8,4,  выше которого усвоение питательных и микроэлементов растениями из почвы снижается. Для уменьшения щёлочности почвы ближе к нейтральной рекомендуется провести подкисление почвы.

По данным анализов, степень засоленности почвы в Разрезе 1 до глубины100 см, а в Разрезе 2 до 50 см, почвы оцениваются, как «очень сильнозасолённые», а ниже, как сильнозасолённые и среднезасоленные. Таблица солеустойчивости культур, которая   приведена в приложении, показывает, что обнаруженное в почве содержание солей, представляет опасность снижения урожая для любых культур, и особенно, - для чувствительных овощных культур.

В Разрезе 1, преобладают токсичные (хорошо растворимые) соли Na₂SO₄, NaCl и MgSO₄. При этом соль, - Na₂SO₄ составляет от 38 до 56 % всех солей. На втором месте по содержанию находится соль NaCl (21-37 %), за исключением горизонта 125-150 см.

Таблица 4. Оценка обеспеченности почвы гумусом и питательными элементами (NPK) в валовой  форме