Моделирование засоленности почв с использованием кондуктометрии

Засоленность почв остается одной из приоритетных проблем деградации земельных ресурсов, особенно в засушливых и орошаемых регионах Центральной Азии и юга Казахстана. В статье рассматривается возможность применения метода кондуктометрии как экспресс-способа оценки степени засоленности почв с использованием измерений электропроводности (EC) водной вытяжки. Работа выполнена на примере почв Шаульдерского массива Туркестанской области, характеризующихся различными уровнями солевой нагрузки. Полевые исследования включали отбор 76 почвенных образцов с разной глубины (до 1 м), подготовку вытяжек в соотношении почва:вода — 1:5 и измерение EC с использованием кондуктометра FieldScout Direct Soil EC Meter (CTS 50C). На основании полученных значений EC и содержания суммы солей была проведена классификация почв по степени засоленности в соответствии с международной классификацией Richards (1954) и FAO. Диапазон значений электропроводности составлял от 0,254 до 15,420 мСм/см, что охватывает спектр от незасоленных до сильно засоленных почв. Для количественного описания взаимосвязи между EC и содержанием растворимых солей построены и сравнены пять типов регрессионных моделей: линейная, логарифмическая, степенная, а также полиномиальные модели второй и третьей степени. Оценка точности проводилась с использованием коэффициента детерминации (R²), среднеквадратической ошибки (MSE) и дисперсионного анализа (ANOVA). Наилучшие результаты показала полиномиальная модель третьей степени (R²=0,947; MSE=0,034), обеспечивая наиболее точную аппроксимацию эмпирических данных. Линейная модель также продемонстрировала высокую точность (R²=0,904; MSE=0,062), что позволяет оперативно использовать модель в прикладных задачах. Логарифмическая модель оказалась наименее информативной (R²=0,668; MSE =0,215). Проведенный дисперсионный анализ подтвердил статистическую значимость влияния электропроводности на содержание солей (p <0,001). Полученные результаты могут быть использованы для экспресс-диагностики засоленности, зонирования земель по степени пригодности для сельскохозяйственного использования, а также для планирования мелиоративных мероприятий. Метод кондуктометрии рекомендован к применению как в исследовательской, так и в производственной практике, включая дистанционный мониторинг с использованием EC-датчиков и ГИС-технологий.

1. Global map of salt-affected soils [Электронный ресурс]: FAO Soils Portal. – Режим доступа: https://www.fao.org/soils-portal/data-hub/soil-maps-and-databa-ses/global-map-of-salt-affected-soils/ar/, свободный.

2. FAO. Global status of salt-affected soils – Main report. – Rome, 2024. – 148 с.

3. Rhoades J.D., Kandiah A., Mashali A.M. The use of saline waters for crop production. – Rome: FAO, 1992. – 133 p.

4. Corwin D.L., Lesch S.M. Apparent soil electrical conductivity measurements in agriculture// Computers and Electronics in Agriculture. – 2005. – Vol. 46, Issue 1–3. – P. 11–43.

5. Hillel, D. Introduction to Environmental Soil Physics. – Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2004. – 494 p.

6. Richards, L.A. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils// USDA Agriculture Handbook. – Washington, DC: U.S. Government Printing Office, 1954. - № 60. – 160 p.

7. Slavich P.G., Petterson G.H. Estimating the electrical conductivity of saturated paste extracts from 1:5 soil: water suspensions and texture// Australian Journal of Soil Research. – 1990. – Vol. 28. – P. 453–463.

8. Ayers, R.S., Westcot, D.W. Water Quality for Agriculture// FAO Irrigation and Drainage Paper. – Rome: FAO, 1985. – № 29. – 174 p.

9. Kargas G., Kerkides P. Electrical conductivity and total dissolved solids in irrigation water in relation to soil properties// Agricultural Water Management. - 2008. - Vol. 95, № 5. - P. 603–612.

10. Shirokova, Y.I., Forkutsa, I., Sharipova, S.S. et al. Soil salinization in Central Asia: Monitoring approaches and problems// Sustainability. – 2021. – Vol. 13, Issue 11. – P. 6146.

11. Zhang M., Liu Z., Zhang Z. et al. Mapping soil salinity using remote sensing and soil characteristics: A case study in the Bosten Lake watershed, China// Geoderma. – 2018. – Vol. 311. – P. 1–12.

12. Алиев И. А. Засоление почв юга Казахстана и пути их мелиорации. Вестник КазНАУ. - 2016. - № 2. - C. 25–32.

13. Алиев, И.А. Состояние и использование орошаемых земель Южного Казахстана// Агроөнеркәсіп кешені Қазақстанда. – 2016. – № 3 (55). – С. 22–26.

14. Сейдахметов М.С. Анализ состояния засоленных почв Туркестанской области// Почвоведение и агрохимия. - 2019. - № 4. - C. 14–19.

15. Gharib S., Naseri A., Ashraf S. Evaluation of Soil Salinity Mapping Based on Electrical Conductivity// Soil & Tillage Researchю - 2019. - V. 189. - P. 129–136.

16. Жумабеков, Ж.К., Абдраманова, А.А. Использование электропроводности при оценке засоленности почв// Аграрная наука Евразии. – 2021. – Т. 11, № 3 (39). – С. 49–53.

17. Xu, X., Wang, J., & Deng, L. (2014). Relationships between soil salinity and electrical conductivity under different moisture conditions// Environmental Monitoring and Assessment. – 2014. – Vol. 186, № 6. – P. 3451–3460.

18. Власова, Н.А., Иванова, Л.А., Широкова, Л.В. Электропроводность почвенного раствора как показатель засоленности// Почвоведение. – 2007. – №3. – С. 84–89.

19. Исмаилов, Р.Р., Абдрахманов, К.Ш. Применение экспресс-методов для определения засоленности почв// Почвоведение и агрохимия. – 2020. – № 2(74). – С. 55–61.

20. Mukhamedjanov, H.K., Toderich, K.N. Monitoring of soil salinization using GIS and remote sensing in Central Asia// Environmental Earth Sciences. – 2015. – Vol. 74. – P. 4539–4547.

21. Gupta R.K., Abrol I.P. Salt-affected soils: Their reclamation and management for crop production// Journal of Advances in Soil Science. – 1990. – Vol. 11. – P. 223–288.

22. Keren R., Miyamoto S. Reclamation of saline and sodic soils // Advances in Agronomy. – 2012. – Vol. 115. – P. 325–380.

23. Мельников П.В., Сатпаев А.Н. Оценка засоления почв по электропроводности водных вытяжек// Вестник аграрной науки. – 2020. – № 6. – С. 64–69.

24. Zaman M. et al. Soil salinity monitoring approaches using EC measurements// Journal of Environmental Management. – 2019. – Vol. 236. – P. 90–99.

25. Панова С.В. Оценка экспресс-методов для диагностики солевого загрязнения почв// Агрохимия. – 2017. – № 11. – С. 48–55.