Μέθοδοι βελτίωσης προβληματικών εδαφών

Περιεχόμενα

1 Εισαγωγή
2 Βελτίωση των προβληματικών λόγω αλάτων εδαφών
3 Βελτίωση των Αλκαλιωμένων και Αλατούχο-αλκαλιωμένων Εδαφών
4 Η Χρήση της Γύψου ως Εδαφοβελτιωτικού και τα Πλεονεκτήματα της
5 Χρήση Οργανικών Υλών
6 Θρεπτικές Απαιτήσεις των Καλλιεργειών στα Αλκαλιωμένα Εδάφη
7 Διαχείριση των Βελτιωμένων Λόγω Αλάτων Προβληματικών Εδαφών
8 Βελτίωση των Όξινων Εδαφών
9 Αποτελεσματικότητα της Ασβέστωσης
10 Ρύθμιση του pH των Κανονικών Εδαφών
11 Μέθοδοι Εφαρμογής του Υλικού Ασβέστωσης
12 Βελτίωση των Ασβεστούχων Εδαφών
- 12.1 Χημικές Μέθοδοι
  - 12.1.1 Οξίνιση των ασβεστούχων εδαφών
- 12.2 Αγρονομικές μέθοδοι
13 Σχετικές σελίδες
14 Βιβλιογραφία

Εισαγωγή

Η αύξηση του πληθυσμού της γης και οι τεράστιες απαιτήσεις σε είδη διατροφής και ένδυσης καθιστούν αδήριτη την ανάγκη της αποτελεσματικής αξιοποίησης της γεωργικής γης. Λαμβανομένου υπόψη του γεγονότος της συνεχούς μείωσης της κατά κεφαλήν γεωργικής έκτασης, που παρατηρείται τα τελευταία χρόνια λόγω της πληθυσμιακής έκρηξης και της εκτεταμένης εναλάτωσης και απερήμωσης της γης, καθίσταται αναγκαία η βελτίωση των προβληματικών εδαφών για την κατά το δυνατόν επιτυχέστερη και αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση των επισιτιστικών προβλημάτων του πληθυσμού της γής. Δυστυχώς, σήμερα πολλά εκατομμύρια εκταρίων της παραμένουν αναξιοποίητα λόγω της εναλάτωσης τους ή της νατρίωσης ή του χαμηλού pH και της υψηλής περιεκτικότητας σε ανθρακικό ασβέστιο. Η χώρα μας, παρά τη μικρή σχετικά έκταση της, έχει αρκετές χιλιάδες εκταρίων προβληματικών εδαφών λόγω των ξηροθερμικών συνθηκών που επικρατούν και οι οποίες ευνοούν την εναλάτωση και νατρίωση των εδαφών, καθώς και τη συσσώρευση του CaCO3 προς δημιουργία ασβεστούχων εδαφών. Επίσης, οι υψηλές βροχοπτώσεις που επικρατούν στις ορεινές περιοχές, τα πετρώματα όξινης προέλευσης που ενίοτε κυριαρχούν, καθώς και η κατά το παρελθόν κατάχρηση στα αζωτούχα λιπάσματα και κυρίως στη θειική αμμωνία, συνέβαλαν στη δημιουργία των όξινων εδαφών, τα οποία καλύπτουν περίπου το 15% του συνόλου των γεωργικών εδαφών. Όλες αυτές οι προβληματικές εκτάσεις χρήζουν μερικής ή καθολικής βελτίωσης για την αύξηση της παραγωγικότητας τους. Υπολογίζεται ότι τα παθογενή λόγω αλάτων εδάφη της χώρας ανέρχονται συνολικά σε 832.000στρ. τα οποία σημειωτέον αναμένουν τη μερική ή ολική βελτίωση τους. Το παρόν κεφάλαιο είναι αφιερωμένο στις πρακτικές και γενικά στις μεθόδους και τις τεχνικές που εφαρμόζονται στη βελτίωση των προβληματικών εδαφών. Για την περαιτέρω διευκόλυνση των χρηστών δίνεται και το σχετικό λογισμικό για την ταυτοποίηση των προβληματικών εδαφών, την εκτέλεση των σχετικών υπολογισμών για την εύρεση της ποσότητας των προς προσθήκη εδαφοβελτιωτικών και γενικά παρέχονται οδηγίες για την κατά το δυνατόν αποτελεσματικότερη βελτίωση των εδαφών αυτών.

Βελτίωση των προβληματικών λόγω αλάτων εδαφών

Η εντατικοποίηση της χρήσης της γης και η επέκταση της αρδευόμενης γεωργίας δημιουργούν συνθήκες που ευνοούν ιδιαίτερα την εναπόθεση και συσσώρευση των αλάτων στα γεωργικά εδάφη, ήτοι τη δημιουργία αλατούχων εδαφών, με δυσμενέστατες συνέπειες σε βάρος της παραγωγικότητας τους. Εάν δε τα νερά άρδευσης περιέχουν και υψηλές συγκεντρώσεις Na, τότε ή άρδευση των εδαφών συμβάλλει στη δημιουργία των αλκαλιωμένων εδαφών ή ακόμη και των αλατουχοαλκαλιωμένων. Τα εδάφη αυτά για να επαναχρησιμοποιηθούν για γεωργική παραγωγή θα πρέπει να βελτιωθούν. Η βελτίωση τους, ανάλογα με το είδος του προβληματικού εδάφους, επιτυγχάνεται βασικά με την προσθήκη εδαφοβελτιωτικών και με την έκπλυση των ελεύθερων διαλυτών αλάτων. Στη συνέχεια εξετάζεται η τεχνική της βελτίωσης των προβληματικών λόγω αλάτων εδαφών.

Βελτίωση των αλατούχων εδαφών

Η βελτίωση των αλατούχων εδαφών επιτυγχάνεται με την εφαρμογή της τεχνικής της έκπλυσης με τη χρήση νερού σχετικά καλής ποιότητας. Βασική προϋπόθεση για την επίτευξη της έκπλυσης είναι η ύπαρξη δικτύου στράγγισης διά του οποίου τα εν διαλύσει άλατα μεταφέρονται στο στραγγιστικό δίκτυο της περιοχής και διοχετεύονται στον κύριο αποδέκτη των νερών στράγγισης της λεκάνης απορροής. Ο σκοπός της έκπλυσης είναι η απομάκρυνση των διαλυτών αλάτων από την περιοχή της ριζόσφαιρας, ώστε να μην έρχονται σε επαφή με τα νερά των αρδεύσεων που θα ακολουθούν, αλλά και με τις ρίζες των φυτών. Κατά την έκπλυση ο φρεάτιος ορίζων θα πρέπει να διατηρείται σε βάθος >=2m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Τα αλατούχα εδάφη συχνά έχουν μια στρώση γύψου ή είναι πολύ λεπτόκοκκα. Η παρουσία αυτών των χαρακτηριστικών παρεμποδίζει την αποτελεσματική έκπλυση και απομάκρυνση των αλάτων στο επιθυμητό βάθος, κάτω από τη ριζόσφαιρα. Για τη διευκόλυνση της διήθησης του νερού και την έκπλυση των αλάτων θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο εδαφοσχίστης (chizel), ούτως ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή στράγγιση.

Ποσότητα νερού έκπλυσης

Γενικά, η ποσότητα του νερού που απαιτείται για την έκπλυση εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: α) το βάθος του εδάφους στο οποίο βρίσκονται τα υπό έκπλυση άλατα, β) το ποσοστό των αλάτων που επιθυμούμε να απομακρυνθούν και γ) τη μέθοδο εφαρμογής του νερού (λεκάνες, τεχνητή βροχή κ.λπ.)

Η ποσότητα του νερού έκπλυσης μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα μ' ένα γενικό κανόνα που αναφέρει ότι <<η εφαρμογή νερού ύψους μιας μονάδας απομακρύνει το 80% των αλάτων ανά μονάδα βάθους της κατατομής>> Π.χ. η εφαρμογή 30cm νερού απομακρύνει το 80% των αλάτων σε βάθος 30 cm της κατατομής του εδάφους. Επίσης, η ποσότητα νερού για την έκπλυση των αλάτων μπορεί να υπολογιστεί με τη βοήθεια της εξής μαθηματικής σχέσης (1):

Υ= 30,1 In X + 35,28 (1)

Υ= το επιθυμητό ποσοστό έκπλυσης των αλάτων (%) Χ= ποσότητα νερού που απαιτείται για την έκπλυση (cm).

Η στράγγιση του νερού κατά την έκπλυση των αλάτων

Κατά την άρδευση το εφαρμοζόμενο νερό μεταβάλλει την ισορροπία μεταξύ των βροχοπτώσεων και του συνόλου των επιφανειακών και των υπόγειων νερών και της εξατμισοδιαπνοής της λεκάνης απορροής. Δηλαδή διαταράσσεται η εξής ισορροπία:

Βροχόπτωση-Επιφανειακή απορροή+Υπόγεια Στάθμη+Εξατμισοδιαπνοή

Είναι προφανές, ότι η τυχόν διατάραξη της ισορροπίας αυτής θα οφείλεται στην ανύψωση της υπόγειας στάθμης λόγω της προσθήκης νερού μέσω της βαθειάς διήθησης-στράγγισης κατά τις διενεργούμενες αρδεύσεις. Η ανύψωση της στάθμης πολύ πλησίον της επιφάνειας του εδάφους (<2m) συμβάλλει στην τριχοειδή ανύψωση του νερού μέχρι της επιφάνειας του εδάφους και στην εν διαλύσει μεταφορά των αλάτων, τα οποία, μετά την εξάτμιση του νερού, συμπυκνώνονται και συμβάλλουν στη δημιουργία της αλατότητας. Έχει βρεθεί ότι η σχέση μεταξύ βάθους της υπόγειας στάθμης και του βαθμού εξάτμισης στην επιφάνεια του εδάφους είναι στατιστικά σημαντική. Η σχέση αυτή δείχνει το κρίσιμο βάθος της στάθμης του υπόγειου νερού πάνω από το οποίο μπορεί να υπάρχει μια μεγάλη αύξηση του ρυθμού εξάτμισης και επομένως συμπύκνωσης και εναλάτωσης του εδάφους. Το κρίσιμο αυτό βάθος της στάθμης του υπόγειου νερού κυμαίνεται μεταξύ 1,5-3,0m και εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του εδάφους, τη ριζική ζώνη των φυτών και την περιεκτικότητα του υπόγειου νερού σε άλατα. Από τα παραπάνω αναπτυχθέντα συμπεραίνεται ότι, για την αποφυγή της συγκέντρωσης των αλάτων στην επιφάνεια και επομένως την αποτροπή της εναλάτωσης του εδάφους, θα πρέπει η υπόγεια στάθμη να διατηρείται σε βάθος >=2m, με την εξασφάλιση επαρκούς στράγγισης με τους εξής τρόπους:

Την κατασκευή επιφανειακών αυλακιών, έτσι ώστε το πλεονάζον νερό να απομακρύνεται προς τον αποδέκτη, ήτοι τον αγωγό στράγγισης, για να μη μπορεί να εισέρχεται στο έδαφος. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να επιτυγχάνεται η επιφανειακή στράγγιση.
Υπεδάφια στράγγιση, η οποία μπορεί να είναι φυσική ή τεχνητή. Εάν η φυσική στράγγιση είναι ανεπαρκής για να δεχτεί το πλεονάζον νερό και να οδηγήσει τα εν διαλύσει άλατα μακράν του εκπλυνόμενου εδάφους, τότε θα πρέπει να εγκατασταθεί υπόγειο σύστημα στράγγισης, ήτοι εγκατάσταση ειδικών διάτρητων σωλήνων για την επίτευξη της υπεδάφιας στράγγισης στο επιθυμητό βάθος. Οι σωλήνες συνήθως καλύπτονται με υαλοβάμβακα ή με χονδρόκοκκη άμμο για την προστασία τους από εμφράξεις, λόγω συσσώρευσης της αργίλου.
Κατασκευή ανοιχτών αυλακιών.
Κατασκευή στραγγιστήρων (Mole Drains). Πρόκειται για κανάλια που διανοίγονται μεσω του εδάφους με ειδικό μηχάνημα για τη βελτίωση της στράγγισης των βαρέων αργιλωδών εδαφών, αλλά και των αδρομερών. Τα mole drains διαρκούν 2-3 χρόνια και θα πρέπει να ανακατασκευάζονται. Είναι γενικά οικονομικά σε σύγκριση με την τοποθέτηση υπεδάφιων διάτρητων σωλήνων.
Εγκατάσταση αγωγού με ανοιχτά σημεία σύνδεσης ή διάτρητα, τα οποία συγκεντρώνουν την περίσσεια του νερού. Οι αγωγοί αυτοί μπορεί να είναι κατασκευασμένοι από τσιμέντο ή να είναι κεραμικοί ή πλαστικοί. Οι κεραμικοί έχουν μήκος 30-60m και εσωτερική διάμετρο 12-25cm. Επίσης, χρησιμοποιούνται αγωγοί από PVC ή υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο.

Μέθοδοι εφαρμογής του νερού κατά την έκπλυση

Η επιτυχής απομάκρυνση των αλάτων κατά την έκπλυση εξαρτάται από το βαθμό κορεσμού του εδάφους με νερό. Η αποτελεσματική απομάκρυνση των αλάτων από την περιοχή της ριζόσφαιρας επιτυγχάνεται, όταν το έδαφος βρίσκεται σε ακόρεστη κατάσταση. Η επίτευξη ακόρεστων συνθηκών στο έδαφος επιτυγχάνεται με τη διακεκομμένη (διαλείπουσα) εφαρμογή του νερού (intermittent irrigation). Αυτό μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση της τεχνητής βροχής (Sprinkler irrigation), όπου το νερό εφαρμόζεται σε τακτά χρονικά διαστήματα και με ρυθμούς μικρότερους της εξατμισοδιαπνοής. Η μέθοδος της διαλείπουσας (διακεκομμένης) εφαρμογής του νερού για την έκπλυση των αλάτων με τη χρήση της τεχνητής βροχής έχει επιτυχώς εφαρμοστεί στα αλκαλιωμένα εδάφη με χαμηλή περατότητα, γεγονός που βελτίωσε την υδραυλική αγωγιμότητα και την ταχύτητα διήθησης από 30 μέχρι > 100%.

Η διατήρηση των βελτιωθέντων αλατούχων εδαφών

Η εναλάτωση είναι ένα δυναμικό φυσικό φαινόμενο, διότι βρίσκεται σε συνεχή εξέλιξη ως εκ τούτου είναι αναγκαίο και απαραίτητο να λαμβάνονται τα προσήκοντα μέτρα και μετά τη βελτίωση τους, διότι τα εδάφη αυτά ευρισκόμενα υπό το καθεστώς της αρδευόμενης γεωργίας υπόκεινται, όπως είναι φυσικό, στον κίνδυνο της επανεναλάτωσης τους. Τα ληφθησόμενα μέτρα συνίστανται στην εφαρμογή κατά την άρδευση του <<κλάσματος άρδευσης>>, το οποίο είναι επιπλέον της ποσότητας νερού της εξατμισοδιαπνοής. Με την προσθήκη του κλάσματος αυτού αποσκοπείται η απομάκρυνση των αλάτων που συσσωρεύονται στην περιοχή της ριζόσφαιρας που, όταν η αλατότητα υπερβεί τα όρια της αντοχής των φυτών στα άλατα, μπορεί να επιδράσει δυσμενώς στην ανάπτυξη των φυτών.

Υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής, μεταξύ των οποίων είναι κι εκείνη η μέθοδος που είναι γνωστή ως τροποποιημένη μέθοδος Blaney-Griddle. Για την εφαρμογή της πρέπει να έχουμε υπόψη τα εξής: α) Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται εκεί όπου τα διαθέσιμα κλιματικά στοιχεία αναφέρονται μόνο στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος (Τ). β) Ο παράγων εξάτμισης (F) προσδιορίζεται μόνον συναρτήσει της μέσης θερμοκρασίας του αέρα (T) και του ημερήσιου ποσοστού συνολικών ετήσιων ωρών ημέρας (P). γ) Επειδή η εξατμισοδιαπνοή δεν επηρεάζεται μόνο από τη θερμοκρασία (Τ), αλλά και από άλλους παράγοντες, όπως ηλιοφάνεια, ταχύτητα ανέμου κ.λπ., γι'αυτό η πραγματική εξατμισοδιαπνοή (ΕΤr) προσδιορίζεται συναρτήσει του παράγοντα εξάτμισης F, ο οποίος λαμβάνει υπόψη και τις προαναφερθείσες παραμέτρους εξάτμισης ήτοι την ηλιοφάνεια, ταχύτητα ανέμου κ.λπ. Επεκτάθηκε η συνάρτηση προσδιορισμού της ETr για οποιεσδήποτε συνθήκες, συνεκτιμώντας την επίδραση του λόγου n/Ν, όπου n= πραγματική ηλιοφάνεια, N= θεωρητική ηλιοφάνεια, καθώς και τη μέση ημερήσια ταχύτητα του αέρα σε ύψος 2m από την επιφάνεια του εδάφους (V2= m/sec). Επομένως, η ΕΤr δίνεται από τη σχέση:

ETr = a + bF

όπου: F = P (0,46 x T +8,16)

και a = 0,0043RHmin - (n/Ν) -1,41

Το δίλημμα της έκπλυσης των αλάτων

Τόσο η αρδευόμενη γεωργία όσο και η βελτίωση των αλατούχων εδαφών επιβάλλονται εκ λόγων ανάγκης, που στόχο έχουν την αξιοποίηση της γής και την παραγωγή γεωργικών προϊόντων για τις ανάγκες διατροφής και ένδυσης της ανθρωπότητας. Εδώ ακριβώς βρίσκεται το μεγάλο δίλημμα. Η συνέχιση της ύπαρξης της αρδευόμενης γεωργίας, που ούτως ή άλλως αποτελεί μια ανάγκη, και χαρακτηρίζεται εκ των ων ουκ άνευ, σημαίνει ότι η συγκέντρωση των αλάτων στη ριζόσφαιρα θα πρέπει να διατηρείται σε επίπεδα, που να μην ενεργούν ως ανασταλτικοί παράγοντες της ανάπτυξης των φυτών. Όμως, παράλληλα, αυτό συνεπάγεται κακή ποιότητα (υψηλή αλατότητα) των νερών στράγγισης, που επιστρέφονται στους ποταμούς, τις λίμνες και τις θάλασσες. Το ερώτημα που τίθεται ενώπιον μας είναι: μπορεί να συνεχιστεί η υποβάθμιση των επιφανειακών νερών αλλά και των υπόγειων από τη ρύπανση τους με τα νερά στράγγισης, τα οποία είναι επιβαρημένα με άλατα της έκπλυσης; Θα πρέπει, λοιπόν, τα επιστρεφόμενα από την άρδευση και έκπλυση νερά στράγγισης να είναι καλής κατά το δυνατόν ποιότητας για την αποφυγή της υποβάθμισης των υπόγειων και επιφανειακών νερών, τα οποία συνδέονται άμεσα με την ποιότητα ζωής της σύγχρονης κοινωνίας. Η διατήρηση της καλής ποιότητας των νερών στράγγισης, δηλαδή της επίτευξης χαμηλής αγωγιμότητας τους, αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για τους ερευνητές, οι οποίοι θα πρέπει να καταβάλουν μια ιδιαίτερη προσπάθεια, σε τρόπο ώστε τα νερά στράγγισης να επιστρέφονται στους φυσικούς αποδέκτες σε καλή κατάσταση από πλευράς ποιότητας, για να σταματήσουν την υποβάθμιση του περιβάλλοντος. Για την επίτευξη του ανωτέρου στόχου, θα πρέπει τα εκπλυνόμενα άλατα να μεταφέρονται κάτω από τη ριζόσφαιρα και να εναποτίθενται μεταξύ του κατώτερου σημείου αυτής και των παραφυών της τριχοειδούς κινήσεως του νερού αμέσως πάνω από την υπόγεια στάθμη. Είναι προφανές ότι θα πρέπει να γίνουν εκτεταμένες και συστηματικές έρευνες για την επίτευξη του εξαιρετικά δύσκολου και μεγαλεπήβολου αυτού στόχου, ο οποίος επί του παρόντος φαίνεται πολύ δύσκολος στην υλοποίηση του.

Βελτίωση των Αλκαλιωμένων και Αλατούχο-αλκαλιωμένων Εδαφών

Κατά τη βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών βασικός σκοπός μας είναι να αντικαταστήσουμε το προσροφημένο στην επιφάνεια των κολλοειδών της αργίλου, Na με κατιόντα Ca^2+. Ως πηγή Ca^2+ χρησιμοποιούνται διάφορες χημικές ενώσεις. Κύριος παράγοντας που θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη βελτίωση των εδαφών αυτών είναι η υδραυλική αγωγιμότητα. Η χρήση νερών καλής ποιότητας, ήτοι χαμηλής αγωγιμότητας για την έκπλυση του Na+ των νατριωμένων εδαφών, μειώνει σημαντικά την υδραυλική αγωγιμότητα λόγω της έκπλυσης των ηλεκτρολυτών και της αύξησης των κατιόντων του Na+. Επομένως είναι αναγκαία η διατήρηση της συγκέντρωσης των ηλεκτρολυτών (διαλελυμένων αλάτων) στο εδαφοδιάλυμα σε τέτοια επίπεδα, ώστε να εξάσφαλίζεται μια ικανοποιητική υδραυλική αγωγιμότητα. Γενικά όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση των ηλεκτρολυτών, τόσο μεγαλύτερο είναι και το κλάσμα του εναλλακτικού νατρίου και τόσο πιο υψηλή είναι η αγωγιμότητα του εδάφους. Κάθε έδαφος όμως έχει μια συγκεκριμένη και μοναδική τιμή συγκέντρωσης αλάτων, πέρα από την οποία αρχίζει η εμφάνιση των προβλημάτων αγωγιμότητας και περατότητας.

Επίδραση των ηλεκτρολυτών στην υδραυλική αγωγιμότητα

Η υδραυλική αγωγιμότητα και γενικά η περατότητα εξαρτάται από το βαθμό αλκαλίωσης (ESP) και την περιεκτικότητα των ελεύθερων αλάτων που είναι διαλελυμένα στο εδαφοδιάλυμα, δηλαδή από τη συγκέντρωση των ηλεκτρολυτών στο εδαφοδιάλυμα, η υδραυλική αγωγιμότητα και η περατότητα τείνουν να μειωθούν. Η μείωση αυτή οφείλεται στους εξής λόγους:

α) στη διόγκωση της αργίλου, β) στη διασπορά της αργίλου γ) στη συνακόλουθη έμφραξη των πόρων.

Ωστόσο, η περατότητα μπορεί να διατηρείται σε υψηλά επίπεδα παρουσία υψηλού ESP υπό την προϋπόθεση ότι η τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας (EC) του εδαφοδιαλύματος είναι πάνω από ένα κρίσιμο όριο. Ως τέτοια τιμή νοείται εκείνη κατά την οποία η περατότητα μειώνεται από 10% έως 15% σε δοθείσα τιμή ESP. Επομένως, σύμφωνα με την ανωτέρω αρχή εφαρμογής του νερού σε έδαφος με τιμή ESP = 5, αλλά μη τηρουμένης της ανωτέρω αρχής, μπορεί να μειώσει την υδραυλική αγωγιμότητα μέχρι τουλάχιστον δύο φορές. Γενικά, τα περισσότερα νερά άρδευσης έχουν EC =0,5 ds x m^-1, ενώ η βροχή έχει EC = 0,1 ds x m^-1. Παρά ταύτα, τα νατριωμένα εδάφη υφίστανται δυσμενέστερες επιπτώσεις, ως προς την αγωγιμότητα τους, από τα νερά της βροχής, απ' ότι από τα νερά της άρδευσης. Και τούτο διότι τα τελευταία περιέχουν περισσότερα άλατα εν διαλύσει, δηλαδή έχουν υψηλότερη συγκέντρωση ηλεκτρολυτών. Υπάρχει μια στενή σχέση μεταξύ της διόγκωσης και της διασποράς της αργίλου με την παρουσία των ελεύθερων αλάτων στο εδαφοδιάλυμα. Επίσης, η διόγκωση της αργίλου σχετίζεται αρνητικά με την υδραυλική αγωγιμότητα του εδάφους και επομένως με την κίνηση του νερού.

Μέθοδοι βελτίωσης των αλκαλιωμένων και αλατουχοαλκαλιωμένων εδαφών

Η βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορους τρόπους, οι οποίοι εξαρτώνται από τις επικρατούσες συνθήκες, τη διαθεσιμότητα εδαφοβελτιωτικών και τις υφιστάμενες οικονομικές δυνατότητες. Οι εδαφοβελτιωτικές ύλες που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση των εδαφών αυτών ταξινομούνται στις εξής δύο κατηγορίες: α) στις ύλες που άμεσα εφοδιάζουν το έδαφος με εναλλακτικό Ca^2+, που είναι απαραίτητο για την αντικατάσταση του προσροφημένου Na+ και β) στις ύλες που έμμεσα ενεργοποιούν (διαλυτοποιούν) το φυσικώς απαντώμενο CaCO3 στα νατριωμένα εδάφη, το οποίο παρέχει την αναγκαία ποσότητα Ca^2+ για την αντικατάσταση του Na+.

Οι ανωτέρω δύο κατηγορίες υλών περιλαμβάνουν τις εξής αντίστοιχες ενώσεις: 1η. Κατηγορία, που άμεσα εφοδιάζουν Ca^2+ (διαλυτά άλατα ασβεστίου): -Χλωριούχο ασβέστιο (CaCI2) -Γύψος (CaSO4 x 2Η2Ο) 2η. Κατηγορία που έμμεσα εφοδιάζουν με Ca^2+ (οξέα ή ενώσεις που σχηματίζουν οξέα): -Θειικό οξύ (H2SO4) -Στοιχειακό θείο(S) -θειικός σίδηρος (FeSO4 x 7H2Ο) -θειικό αργίλιο (ΑΙ2(SO4) x 18H2Ο) -Lime sulfur -Πυρίτης (FeS2)

Επίσης, εκτός από τις προαναφερθείσες ενώσεις χρησιμοποιούνται και ορισμένα άλλα υλικά, τα οποία όμως έχουν μικρότερη αποτελεσματικότητα, τα εξής: -Οργανικές ύλες (ζωική κοπριά) -Κομπόστες -Μερικώς διαλυτό CaCO3 -Ιλύς ζαχαρουργείων, η οποία περιέχει 50-60% CaCO3 και μικρή ποσότητα γύψου, καθώς και οργανική ουσία.

Ανεξάρτητα από τη χρήση οποιουδήποτε υλικού, το είδος και η ποσότητα του εδαφοβελτιωτικού, που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση των νατριωμένων εδαφών, εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: α) τα χαρακτηριστικά του εδάφους β) το βαθμό αλκαλίωσης (ESP), γ) το επιθημυτό επίπεδο βελτίωσης του εδάφους δ) το είδος της καλλιέργειας που θα χρησιμοποιηθεί και ε) την οικονομική δυνατότητα

Τα χαρακτηριστικά των εδαφοβελτιωτικών των αλκαλιωμένων εδαφών

Ήδη τονίστηκε ότι για τη βελτίωση των νατριωμένων εδαφών χρησιμοποιούνται διάφορα υλικά με ποικίλλουσα αποτελεσματικότητα και διάφορο κόστος. Κατωτέρω εξετάζονται τα χαρακτηριστικά και οι αντιδράσεις των κυριότερων εδαφοβελτιωτικών:

Γύψος
Χλωριούχο ασβέστιο
Θειικό οξύ
Θείο
Θειικός σίδηρος και θειικό αργίλιο
Πυρίτης

Γύψος

Η γύψος (CaSO4 x 2Η2Ο) είναι ένα λευκό άλας που απαντάται στη φύση ως γεωλογική απόθεση. Είναι μερικώς διαλυτό στο νερό, σε βαθμό που εφοδιάζει τα νατριωμένα εδάφη με επαρκείς ποσότητες εναλλακτικού Ca^2+ για την αντικατάσταση του Na^+. Ήδη τονίστηκε προηγουμένως ότι τα νατριωμένα εδάφη περιέχουν Na2CO3. Κατά την προσθήκη της η γύψος αντιδρά με το Na2CO3 δημιουργώντας θειικό νάτριο (Na2SO4) το οποίο είναι υδατοδιαλυτό και ως εκ τούτου εκπλύνεται εύκολα με το νερό έκπλυσης. Επίσης, η γύψος επηρεάζει την περατότητα του εδάφους αυξάνοντας τη συγκέντρωση των ηλεκτρολυτών και μειώνει το εναλλακτικό Na^+. Εξάλλου, η γύψος μειώνει την επιφανειακή απορροή και διατηρεί υψηλή την ταχύτητα ή το ρυθμό διήθησης του νερού, γεγονός που κάνει την έκπλυση περισσότερο αποτελεσματική.

Χλωριούχο ασβέστιο

Το χλωριούχο ασβέστιο (CaCl2 x 2H2O) είναι μια χημικώς ενεργή ένωση (άλας), πολύ ευδιάλυτη στο νερό, σε τρόπο ώστε να εφοδιάζει απευθείας το εδαφοδιάλυμα με Ca^2+.

Θειικό οξύ

Το θειικό οξύ (H2SO4) είναι ισχυρώς διαβρωτικό, καθαρότητας 95% με παχύρρευστη ελαιώδη εμφάνιση. Κατά την προσθήκη του στο έδαφος αντιδρά με το CaCO3 θειικό ασβέστιο (CaSO4), παρέχοντας έτσι κατιόντα ασβεστίου (Ca) για την αντικατάσταση του Na^+.

Θείο

Πρόκειται για ορυκτό που διατίθεται στο εμπόριο υπό μορφή σκόνης κίτρινου χρώματος, καθαρότητας 50-99%, αδιαλύτης στο νερό. Η συμβολή του S στη βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών είναι ότι παρέχει στο έδαφος έμμεσα τα κατιόντα Ca^2+. Ήτοι, κατά την προσθήκη και ενσωμάτωση του στο έδαφος οξειδώνεται βιολογικά με τη δράση ειδικών μικροοργανισμών (Thiobacillus), οπότε και παράγεται το H2SO4, το οποίο τελικά παρέχει τα κατιόντα Ca^2+ για την αντικατάσταση του προσροφημένου Na.

Θειικός σίδηρος και θειικό αργίλιο

Πρόκειται για δύο ανόργανες ενώσεις (θειικός σίδηρος FeSO4 x 7H2Ο και θειικό αργίλιο (Αl2(SO4)3 x 18H2Ο), αμφότερα κοκκώδους υφής, με ικανοποιητικό βαθμό καθαρότητας και ικανής διαλυτότητας στο νερό. Κατά την εφαρμογή τους στο έδαφος διαλύονται μέσα στο νερό και υδρολύονται προς σχηματισμό H2SO4, το οποίο ακολούθως αντιδρά με τα ανθρακικά άλατα του ασβεστίου και παράγεται η γύψος, η οποία στη συνέχεια με τη σειρά της εφοδιάζει το εδαφοδιάλυμα με κατιόντα Ca^2+ προς αντικατάσταση του προσροφημένου Na^+.

Πυρίτης

Ο πυρίτης ή δισουλφίδιο του σιδήρου (FeS2) απαντά ως ορυκτό σε διάφορες περιοχές του κόσμου, όπως στην Ισπανία κ.λπ. Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την προσθήκη του στο έδαφος είναι χημικής και βιολογικής φύσεως. Ακολούθως, ο FeSO4 όπου ο σίδηρος είναι δισθενής Fe^2+ οξειδώνεται βιολογικώς με τη δράση του Thiobacillus ferroxidans σε τρισθενή σίδηρο (Fe^3+) σχηματίζοντας Fe2(SO4)3.

Επιλογή του εδαφοβελτιωτικού

Οι παράγοντες που επηρεάζουν, αλλά και καθορίζουν την επιλογή ενός συγκεκριμένου εδαφοβελτιωτικού, είναι οι εξής: α) η αποτελεσματικότητα, β) το κόστος και γ) ο χρόνος αντίδρασης στο έδαφος.

Μεταξύ των ανωτέρω παραγόντων ο χρόνος δράσης του εδαφοβελτιωτικού έχει προφανώς ιδιαίτερη σημασία. Ορισμένα εδαφοβελτιωτικά έχουν εξαιρετικά υψηλή διαλυτότητα και μεγάλη χημική ενεργότητα και επομένως είναι πολύ αποτελεσματικά, διότι αντιδρούν κατά την προσθήκη τους στο έδαφος ταχύτατα. Π.χ. τέτοια υλικά είναι η γύψος, το θειικό οξύ κ.λπ. Αντίθετα, το θείο και ο πυρίτης απαιτούν πολύ χρόνο, διότι για να δράσουν θα πρέπει προηγουμένως να οξειδωθούν είτε χημικώς ή βιολογικώς. Η διαδικασία αυτή απαιτεί χρόνο, ο οποίος εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την υγρασία, και την ποσότητα του εδαφοβελτιωτικού. Ωστόσο, τόσο τα ταχέως όσο και τα βραδέως δρώντα εδαφοβελτιωτικά χρησιμοποιούνται σε διάφορες χώρες του κόσμου για τη βελτίωση των νατριώμενων εδαφών. Π.χ. το θειικό οξύ χρησιμοποιείται στην Καλιφόρνια και τη Σοβιετική Ένωση, ενώ η γύψος εφαρμόζεται ευρύτατα σε πολλές χώρες του κόσμου. Εκτεταμένες πειραματικές έρευνες με τη χρήση της γύψου, του θείου και του θειικού οξέος σε νατριωμένα εδάφη έδειξαν ότι οι αποδόσεις αρδευόμενου λειμώνα ήταν σημαντικά υψηλότερες εκεί όπου εφαρμόστηκε το θειικό οξύ, από τις αντίστοιχες αποδόσεις που επιτεύχτηκαν με την προσθήκη της γύψου ή του θείου. Μάλιστα, οι αποδόσεις που πάρθηκαν υπό την επίδραση του S δε διέφεραν στατιστικώς σημαντικά από τις αντίστοιχες του μάρτυρα. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι στην περίπτωση αυτή το θείο δεν έδρασε στατιστικά σημαντικά. Και τούτο διότι το εύρος του pH που ευνοεί την ενεργότητα του Τ.thioxidans και T.ferroxidans για την επίτευξη της οξείδωσης του S είναι 2,0-3,0 και 2,2-4,7 αντίστοιχα. Εφόσον τα νατριωμένα εδάφη έχουν pH > 8,5, η οξείδωση προφανώς περιορίζεται, γι' αυτό και η αποτελεσματικότητα του S είναι σχετικά μικρή. Σε παρόμοια πειράματα με γύψο και πυρίτη. Και εδώ διαπιστώνεται η σημαντική υπεροχή του γύψου έναντι του πυρίτη. Γενικά, συμπεραίνεται ότι η γύψος είναι το πλέον οικονομικό και δεύτερο σε αποτελεσματικότητα, μετά το θειικό οξύ, εδαφοβελτιωτικό των νατριωμένων εδαφών και γι' αυτό χρησιμοποιείται ευρύτατα σ' όλο τον κόσμο, ενώ τα άλλα χρησιμοποιούνται περιορισμένα, λόγω της έμμεσης τους δράσης.

Ποσότητα εδαφοβελτιωτικού

Εργαστηριακός προσδιορισμός
Υπολογιστικός προσδιορισμός

Εργαστηριακός προσδιορισμος

Η προς εφαρμογή ποσότητα του εδαφοβελτιωτικού εξαρτάται από τους εξής παράγοντες:

α) τη μηχανική σύσταση του εδάφους, β) το είδος των ορυκτών της αργίλου, γ) το βάθος του εδάφους που καθορίζεται από το ριζικό σύστημα της καλλιέργειας και δ) το βαθμό αλκαλίωσης (ESP).

Η ποσότητα της γύψου μπορεί να προσδιοριστεί απευθείας στο εργαστήριο με ειδικό τέστ, το οποίο έχει ως εξής: Σε 5g εδάφους προστίθεται διάλυμα κεκορεσμένο με γύψο. Ακολούθως μετράται το Ca^2+ που μένει στο διάλυμα μετά την αντίδραση με τη γύψο. Η διαφορά μεταξύ του ολικού Ca που προστέθηκε στο έδαφος και της μετρηθείσας ποσότητας Ca^2+ στο διάλυμα αποτελεί το Ca^2+ που αντικατέστησε το Na+ στην επιφάνεια των κολλοειδών. Αυτή η διαφορά εκφράζεται σε ton/ha για βάθος εδάφους 30cm. Στις περιπτώσεις που τα νατριωμένα εδάφη περιέχουν Na2CO3, το ανώτερω τεστ συνεκτιμά και την ποσότητα της γύψου που απαιτείται για την εξουδετέρωση του Na2CO, πέραν εκείνης που απαιτείται για την αντικατάσταση του Na+. Όμως, κατά την έκπλυση του Na+ διαλυτοποιείται το Na2CO3 και απομακρύνεται, απαλλάσσοντας από την ανάγκη πρόσθετης ποσότητας γύψου για την εξουδετέρωση του Na2CO3. Κατά συνέπεια, το τέστ προσδιορισμού των αναγκών σε γύψο, θα πρέπει να γίνεται, αφού προηγουμένως εκπλυθεί το δείγμα για την απομάκρυνση του που Na2CO3 τυχόν υπάρχει.

Υπολογιστικός προσδιορισμος

Ένας άλλος τρόπος προσδιορισμού της προς εφαρμογή ποσότητας της γύψου ή όποιου άλλου εδαφοβεδλτιωτικού για τη βελτίωση των νατριωμένων εδαφών είναι ο υπολογιστικός. Για την εφαρμογή του, θα πρέπει να έχουμε υπόψη ορισμένα δεδομένα τα οποία μας παρέχονται από τα εδαφολογικά εργαστήρια με την ανάλυση του εδάφους. Τα δεδομένα αυτά είναι τα εξής: α) βαθμός αλκαλίωσης (ESP) β) εναλλακτική ικανότητα του εδάφους (CEC)

Εάν τώρα επιθυμούμε να μειώσουμε τον ESP σε μια τελική επιθυμητή μέση τιμή π.χ. 15%, αυτό σημαίνει ότι ο ESP θα πρέπει να μειωθεί κατά 40-15=25%. Δηλαδή θα πρέπει να αντικατασταθεί το 25% της CEC με Ca^2+. Επειδή οι ιοντοανταλλακτικές αντιδράσεις είναι ισοδύναμες, δηλαδή μια ισοδύναμη ποσότητα Na+ αντικαθίσταται από μια ισοδύναμη ποσότητα Ca^2+.

Η Χρήση της Γύψου ως Εδαφοβελτιωτικού και τα Πλεονεκτήματα της

Η γύψος χρησιμοποιείται παγκοσμίως ως το βασικό εδαφοβελτιωτικό για τη βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών, διότι πλεονεκτεί έναντι των άλλων αφενός και αφετέρου έχει μελετηθεί επισταμένως από διάφορους ερευνητές και οι ευνοϊκές τις επιδράσεις έχουν επιβεβαιωθεί τόσο πειραματικά όσο και στην πράξη. Τα βασικά πλεονεκτήματα της είναι το σχετικά χαμηλό κόστος και η ικανοποιητική διαλυτότητα της. Προέρχεται από την εξόρυξη γεωλογικών κοιτασμάτων και επίσης παράγεται ως υποπροϊόν της βιομηχανίας φωσφορικών λιπασμάτων. Η ευνοϊκή επίπτωση της γύψου στα νατριωμένα εδάφη συνίσταται βασικά στην αύξηση της περατότητας του εδάφους που προκαλείται από την αύξηση της συγκέντρωσης των ηλεκτρολυτών και τη μείωση του Na+. Συγκριτικές μελέτες της γύψου με το επίσης υδατοδιαλυτό εδαφοβελτιωτικό CaCl2 x 2H2Ο έδειξαν ότι η διήθηση νερού απεσταγμένου (EC=0 ds x m^-1), που δέχτηκε το έδαφος στο οποίο είχε προστεθεί το εν λόγω εδαφοβελτιωτικό, μειώθηκε και αργότερα ελαχιστοποιήθηκε μέχρι μηδενισμού. Αντίθετα, στην περίπτωση της προσθήκης της γύψου το έδαφος διατήρησε υψηλή περατότητα. Στο ασβεστούχο έδαφος δεν παρατηρήθηκαν διαφόρές στην περατότητα μεταξύ της προσθήκης των δύο ανωτέρω εδαφοβελτιωτικών. Αν και αμφότερα είχαν την ίδια ικανότητα αντικατάστασης του Na+, οι διαφορές που προέκυψαν στην περατότητα αποδόθηκαν στην επίδραση των ηλεκτρολυτών. Από τα πειράματα αυτά αποδείχθηκε ότι η γύψος απελευθερώνει ηλεκτρολύτες με σταθερούς ρυθμούς και συμβάλλει στη διατήρηση της υδραυλικής αγωγιμότητας του εδάφους σε υψηλό επίπεδο με την προσθήκη νερών ελάχιστης έως μηδενικής EC. Ειδικότερα, ως προς την προσθετέα ποσότητα γύψου, αυτή εξαρτάται γενικά από τους εξής παράγοντες: α) Από την επάρκεια των ηλεκτρολυτών από την οποία θα εξαρτηθεί η αποτροπή της διασποράς της αργίλου και της διόγκωσης της. Δηλαδή εάν το νερό άρδευσης έχει αυξημένη EC, ήτοι υψηλή συγκέντρωση ηλεκτρολυτών, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί μικρότερη ποσότητα γύψου εάν το νερό έχει χαμηλή EC, τότε θα εφαρμοστεί μεγαλύτερη ποσότητα γύψου. β) Από το βαθμό επίδρασης της συγκέντρωσης των αλάτων. Εάν η επίδραση αυτή είναι λιγότερο σπουδαία και η κύρια επίδραση της γύψου στην ιοντοανταλλαγή είναι σημαντική, τότε η ποσότητα της γύψου, που θα απαιτηθεί, θα εξαρτηθεί από το επίπεδο του εναλλακτικού Na+ του εδάφους, ήτοι από το βαθμό αλκαλίωσης.

Έχει βρεθεί ότι η αποτελεσματικότητα της αντικατάστασης και απομάκρυνσης του Na που είναι προσροφημένο στην επιφάνεια των κολλοειδών μεταβάλλεται ανάλογα με το επίπεδο του προσροφημένου Na και είναι πολύ μεγαλύτερη στα υψηλά ποσοστά του ESP. Κάτω του επιπέδου του 10 mmole/Kg Na είναι κατά 30% χαμηλότερη και τούτο διότι ένα μεγάλο κλάσμα του Ca^2+ μετατοπίζει το Mg^2+. Επίσης, στα λεπτής υφής εδάφη η αποτελεσματικότητα της αντικατάστασης του Na+ από το Ca^2+ μπορεί να είναι ωσαύτως χαμηλότερη κατά 20-40%, λόγω της βραδείας εναλλαγής του Na+ με το Ca^2+, που λαμβάνει χώρα εντός των δομικών στοιχείων της αργίλου. Ένα πρόβλημα που συχνά παραθεωρείται είναι ότι κατά την εφαρμογή της γύψου σε μεγάλες ποσότητες είναι δυνατόν να μειωθεί προσωρινά η υδραυλική αγωγιμότητα λόγω της απόφραξης των εδαφικών πόρων από τα τεμαχίδια της γύψου. Η κατάσταση αυτή μπορεί να διαρκέσει μέχρι της διαλυτοποίησης τους. Ωστόσο, σπανίως λαμβάνεται υπόψη ο εν λόγω ανασταλτικός της κίνησης του νερού παράγων, κατά την εφαρμογή της γύψου, παρόλον ότι έχει δυσμενείς επιπτώσεις στην περατότητα του εδάφους. Η κατά το δυνατόν ταχεία διαλυτοποίηση της γύψου είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την αποτελεσματική δράση της στο έδαφος. Αυτό εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη ποσότητα της γύψου και από την ταχύτητα κίνησης του νερού. Γενικά, η υψηλή ταχύτητα κίνησης του νερού ευνοεί τη γρήγορη διαλυτοποίηση της γύψου, αλλά όμως πολύ υψηλές ταχύτητες μειώνουν το χρόνο επαφής της γύψου με το νερό, με τελική συνέπεια τη μείωση του ρυθμού διαλυτοποίησης της γύψου. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού προτείνεται η ταχύτητα του εδαφικού νερού να είναι μικρότερη από την αντίστοιχη της διάχυσης, οπότε μπορεί να επιτευχθεί η σχετική ισορροπία κατά τη διαλυτοποίηση της γύψου. Η χηημική ισορροπία διαλυτοποίησης της γύψου μπορεί να επιτευχθεί σε εδάφη με συγκριτικά υψηλή υδραυλική αγωγιμότητα ή σε εδάφη που έχουν γύψο με μεγάλους κόκκους καλυμμένους με CaCO3. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τα πρώτα στάδια έκπλυσης των νατριωμένων εδαφών το νερό εισέρχεται βραδέως εις το έδαφος. Π.χ. εφαρμογή νερού 50cm για την έκπλυση μπορεί να διαλυτοποιήσει 1,2 ton/στρ. γύψου. Η εφαρμογή μεγαλύτερων ποσοτήτων γύψου μπορεί να γίνει μόνο με την προϋπόθεση ότι θα διεισδύσει στο έδαφος σημαντική ποσότητα νερού.

Μέθοδοι εφαρμογής της γύψου

Η συνήθης μέθοδος εφαρμογής της γύψου είναι η επιφανειακή ομοιόμορφη διασπορά και η ενσωμάτωση της σε επιθυμητό βάθος, το οποίο συνήθως είναι 15cm. Μερικοί συνιστούν και την απλή διασπορά χωρίς ενσωμάτωση και μάλιστα αυτή μπορεί να είναι και περισσότερο αποτελεσματική. Άλλοι πάλι συνιστούν την ανάμειξη περιορισμένης ποσότητας γύψου σε μικρό σχετικά βάθος του εδάφους, παρά σε μεγάλο, για τη λήψη καλύτερων αποτελεσμάτων. Αναφέρουν ότι η ενσωμάτωση της γύψου σε μεγαλύτερο βάθος μπορεί να είναι λιγότερο αποτελεσματική λόγω αραίωσης της σε μεγαλύτερα βάθη, δεδομένου ότι μεγαλώνει η μάζα του εδάφους. Επίσης, η βαθύτερη τοποθέτηση της γύψου οδηγεί σε μεγαλύτερη εξουδετέρωση του Na2CΟ3 με συνέπεια ένα σημαντικό κλάσμα της προστιθέμενης γύψου να μη συμμετέχει στις αντιδράσεις της ιοντοανταλλαγής του Ca^2+ με το Na+.

Αποτελεσματικότητα της γύψου

Η αποτελεσματικότητα της γύψου εξαρτάται από το βαθμό διαλυτότητας της, ο οποίος και αυξάνει τη χημική ενεργότητα της. Σπουδαίο ρόλο προς την κατεύθυνση αυτή παίζει και το μέγεθος των κόκκων. Όσο πιο λεπτόκοκκη είναι η γύψος, τόσο περισσότερο αυξάνει η αποτελεσματικότητα της. Η γύψος καθώς εξορύσσεται, είναι αδρομερούς υφής. Κατά συνέπεια πρίν τη διάθεση της στην αγορά κοκκοποιείται. Το επιθυμητό μέγεθος των κόκκων είναι 2mm. Η διαλυτότητα της γύψου είναι 0,25% σε 25⁰C. Η ποσότητα του νερού που εφαρμόζεται κατά την προσθήκη της γύψου στο έδαφος εξαρτάται από τη διαλυτότητα της και, όπως είναι φυσικό, όσο μικρότερη είναι αυτή, τόσο περισσότερο νερό θα πρέπει να προστεθεί. Τη διαλυτότητα της γύψου τη ευνοούν οι αντιδράσεις της ιοντοανταλλαγής του Ca^2+ με το Na+. Υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ της στερεής φάσης της γύψου και των κατιόντων του Ca^2+ που απελευθερώνονται στο εδαφοδιάλυμα και λαμβάνουν μέρος στις ιοντοανταλλακτικές αντιδράσεις. Όσο περισσότερα κατιόντα Na+ αντικαθίστανται στην επιφάνεια των κολλοειδών από το Ca^2+, τόσο περισσότερο διαλυτοποιείται η στερεά φαση της γύψου. Γύψος-Εδαφοδιάλυμα-Ανταλλαγή Επομένως, όσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός αλκαλίωσης (ESP) του εδάφους, τόσο περισσότερο θα αυξάνει η διαλυτότητα της γύψου, καλώς εχόντων των λοιπών παραγόντων και κυρίως της θερμοκρασίας.

Ποσότητα νερού έκπλυσης των αλκαλιωμένων εδαφών

Η ποσότητα του νερού που εφαρμόζεται κατά τη βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών, μπορεί να εκτιμηθεί με τους εξής εμπειρικούς τρόπους: 1o. Δεδομένης της μικρής ταχύτητας αντίδρασης της γύψου στο Τύποι εδαφών|έδαφος]], απαιτούνται 1200m^3 νερού για τη διαλυτοποίηση 1 ton. γύψου ή 500 mm για την έκπλυση 1 meq Na^+/100g σε βάθος 30cm. Η ποσότητα της γύψου, σύμφωνα με τον πιο πάνω ερευνητή, θα πρέπει να πολλαπλασιάζεται επί 1,25, επειδή υποστηρίζει ότι παρά το γεγονός ότι θεωρητικά η ανταλλαγή του Na^+ από το Ca^+ είναι χημικά ισοδύναμη, εν τούτοις στο έδαφος λόγω των επικρατουσών συνθηκών δεν ισχύει απόλυτα αυτή η σχέση. 2ο. Εφαρμογή ύψους νερού 1m / ha διαλυτοποιεί 8,6 ton γύψου. Επομένως απαιτούνται 15,6 ton γύψου για την αντικατάσταση 1meq Na/100g σε βάθος 1m με μια αποτελεσματικότητα 75%. Επισημαίνεται ότι, λόγω της πολύ μικρής διηθητικότητας και περατότητας (υδραυλικής αγωγιμότητας) των αλκαλιωμένων εδαφών, η διαδικασία βελτίωσης τους είναι πολύ χρονοβόρα. Κατά συνέπεια, δεν πρέπει να προστίθενται μεγάλες ποσότητες γύψου, αλλά η εφαρμογή της θα πρέπει να γίνεται σταδιακά. 3ο. Νερό ύψους 50cm μπορεί να διαλυτοποιήσει 12ton γύψου/ha. Ως εκ τούτου συνιστά να μην εφαρμόζεται κάθε χρόνο η γύψος σε ποσότητα μεγαλύτερη των 1200kg/ στρ., εκτός εάν το έδαφος έχει ικανοποιητική περατότητα και επιτρέπει την κίνηση του νερού δια της μάζης του. Εξαιτίας των δυσκολιών αυτών, τα αλκαλιωμένα εδάφη κατά το πρώτο έτος της εφαρμογής του γύψου βελτιώνονται σε μικρό σχετικά βάθος. Όταν δε ο ESP είναι πολύ υψηλός, τότε η βελτίωση τους θα πρέπει να πραγματοποιηθεί σε βάθος χρόνου με εφαρμογή κατ'έτος μέχρι της προαναφερθείσας ποσότητας γύψου των 1,2 ton/στρ. και όχι μεγαλύτερης από αυτή. Όσον αφορά τη μέση ημερήσια εξάτμιση, αυτή έχει ως εξή: Από Απρίλιο-Σεπτέμβριο 6mm/μέρα, και για τους λοιπούς μήνες του έτους 0,5-1,0mm/μέρα με Μ.Ο. 0,7mm/μέρα. Επειδή, όπως τονίστηκε, οι εναλλακτικές αντιδράσεις του Ca με το προσροφημένο στην επιφάνεια των κολλοειδών Na^+ του εδάφους δεν είναι απόλυτα χημικά ισοδύναμες, γι' αυτό πολλαπλασιάζεται η γύψος επί το συντελεστή 1,25. Κατά συνέπεια, θα πρέπει και η εφαρμοσθησόμενη ποσότητα νερού (Qw) να πολλαπλασιαστεί επί τον αυτό συντελεστή. Η ποσότητα της 100% καθαρής γύψου (Qg) υπολογίζεται με τη βοήθεια της σχέσης (5). Από την Qg θα πρέπει να αφαιρεθεί αφενός μεν η τυχόν προϋπάρχουσα γύψος στο έδαφος (Qgs) και αφετέρου η ισοδύναμη ποσότητα γύψου προς το Ca του νερού έκπλυσης (Qgw) και ακολούθως η διαφορά να διαιρεθεί δια του ποσοστού καθαρότητας της χρησιμοποιηθησόμενης γύψου (pp)και να πολλαπλασιαστεί επί τον συντελεστή 1,25. Εάν η υπολογιζόμενη ποσότητα γύψου (Qg) πρέπει να εφαρμοστεί σε ένα χρόνο και είναι μεγαλύτερη από 1200 Kg / στρ. στη διάρκεια του ενός χρόνου. Π.χ. τα πρώτα 1200kg /στρ. θα προστεθούν στην αρχή της Άνοιξης και τα δεύτερα 1200kg/στρ. στο τέλος του Φθινοπώρου. Σε κάθε περίπτωση αυτό θα ρυθμιστεί από τον ενδιαφερόμενο ανάλογα με τις δυνατότητες του. Επίσης, όσον αφορά την ποσότητα του νερού που θα εφαρμοστεί, αυτή δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 500mm συνολικά. Επιπλέον η ποσότητα αυτή θα εφαρμόζεται τμηματικά, ήτοι η πρώτη δόση μπορεί να είναι 100-150mm και η δεύτερη επίσης, έως ότου συμπληρωθούν τα 500mm, εντός πάντα του ίδιου έτους. Συνιστάται στα αρχικά στάδια έκπλυσης το νερό να έχει μετρίως ελαφρά αυξημένη αγωγιμότητα για την καλύτερη και ταχύτερη έκπλυση. Εάν το σύνολο της γύψου που υπάρχει στο έδαφος μαζί με την ποσότητα, που αντιστοιχεί στο Ca του νερού έκπλυσης, είναι μεγαλύτερο από την υπολογισθείσα 100% καθαρή ποσότητα γύψου, δηλαδή (Qgs + Qgw) > Qg, τότε θα γίνει απλά μόνο η έκπλυση του υπό βελτίωση εδάφους, διότι με την εφαρμογή του νερού αποσκοπείται η διαλυτοποίηση της εδαφικής γύψου και η απελευθέρωση του Ca^2+ προς αντικατάσταση του Νa^+, που είναι προσροφημένο στις επιφάνειες των κολλοειδών. Η ποσότητα του νερού θα υπολογιστεί με βάση τα προαναφερθέντα για την Qw, και με την εφαρμογή της θα αποσκοπείται η μεταβολή του ESPm (αρχικού βαθμού αλκαλίωσης) στον ESPd (επιθυμητό βαθμό), χωρίς όμως την προσθήκη της γύψου. Το νερό θα εφαρμοστεί σε λεκάνες που θα γίνουν με κατασκευή αναχωμάτων πέριξ της επιφάνειας εφαρμογής του, ύψους μέχρι 30cm. Η αρχική ποσότητα του εφαρμοσθησόμενου νερού των 100-150mm μπορεί να συγκρατηθεί από το ύψος αυτό των αναχωμάτων.

Βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών, με υφάλμυρο νερό

Η χρήση νερών χαμηλής συγκέντρωσης σε ηλεκτρολύτες για τη βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών κάνει πολλές φορές την προσπάθεια βελτίωσης μη αποδοτική και κάθε άλλο παρά συμφέρουσα. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη μικρή περατότητα των υπόψη εδαφών, η οποία καθιστά την έκπλυση μια εξαιρετικά χρονοβόρα διαδικασία. Αντίθετα, η χρήση νερού υψηλής περιεκτικότητας σε άλατα, δηλαδή σε ηλεκτρολύτες, βελτιώνει σημαντικά την περατότητα και διευκολύνει την κίνηση του νερού δια της μάζης του εδάφους, επιταχύνοντας σημαντικά τη διαδικασία της βελτίωσης. Με βάση την προηγούμενη εφαρμογή νερού υψηλής περιεκτικότητας σε άλατα, που χρησιμοποιήθηκε στη βελτίωση των εδαφών προτείνεται η εφαρμογή του θαλάσσιου νερού, πλούσιου σε ηλεκτρολύτες, για τη βελτίωση των αλκαλιωμένων εδαφών, αξιοποιώντας την ευνοϊκή επίδραση των ηλεκτρολυτών στη βελτίωση της συσσωμάτωσης του εδάφους και στην ευνοϊκή δράση στην περατότητα (υδραυλική αγωγιμότητα), καθώς και στον εφοδιασμό του εδάφους με Ca^2+ και Mg^2+ για την αντικατάσταση κατιόντων του Na+ που είναι προσροφημένα στα κολλοειδή. Η προτεινόμενη χρήση του θαλάσσιου νερού γίνεται σε δύο φάσεις. Κατά την πρώτη φάση η τιμή του βαθμού αλκαλίωσης ESP γίνεται ESPο και κατά τη δεύτερη από ESPο στην επιθυμητή τιμή ESPn.

Η αποτελεσματικότητα της βελτίωσης είναι συνάρτηση της τιμής του R. Όσο πιο υψηλή είναι η τιμή του τόσο πιο αποτελεσματική είναι η βελτίωση. Τα βασικά μειονεκτήματα της υπόψη μεθόδου είναι τα εξής: α) η τιμή του παράγοντα R θα πρέπει να είναι πολύ υψηλή για τη μείωση του χρόνου που απαιτείται από τη διαδικασία βελτίωσης και β) απαιτούνται πολύ μεγάλες ποσότητες νερού κυρίως κατά τη διάρκεια της τελευταίας φάσης. Τα δύο αυτά μειονεκτήματα προτείνει ο πιο πάνω ερευνητής να αντιμετωπιστούν με διατύπωση μιας νέας αρχής (concept) σχετικά με τη χρήση νερού υψηλής αλατότητας για τη βελτίωση των νατριωμένων εδαφών. Με μια θεωρητική μαθηματική ανάλυση και με εφαρμογή μιας σειράς εξισώσεων στη βελτίωση ενός νατριωμένου εδάφους με τη μέθοδο της χρήσης του υψηλής αλατότητας θαλάσσιου νερού, το οποίο εμπλουτίζεται με μικρές ποσότητες Ca^2+ υπό τη μορφή γύψου σε κάθε φάση της αραίωσης, καταλήγουμε στα εξής συμπεράσματα: α) Η προσθήκη μικρών ποσοτήτων Ca^2+ (30 ή 10 meq/l) σε κάθε φάση των διαδοχικών αραιώσεων-εκπλύσεων του θαλάσσιου νερού αύξησε την τιμή του παράγοντα R σημαντικά, γεγονός που συνέβαλε στη μείωση του κλάσματος του εναλλακτικού Νa (ESF). β) Μειώθηκε η ποσότητα του εφαρμοζόμενου νερού κατά τη βελτίωση. γ) Διατυπώθηκαν εξισώσεις για τον υπολογισμό του ESF και του ύψους του νερού που απαιτείται για τη βελτίωση. δ) Με εφαρμογή των ανωτέρω επιτεύχθηκε η βελτίωση ενός λεπτόκοκκου εδάφους με μέγεθος κόκκων < 2mm, CEC = 38,6meq/100g αποτελούμενο από μοντμοριλλονιτική άργιλο. Ο ESP κατά την πρώτη αραίωση μειώθηκε στο 29% και κατά τη δεύτερη στο 14%. Το σχετικό πείραμα πραγματοποιήθηκε σε στήλες εδάφους στο εργαστήριο. Η μέθοδος αυτή στη χώρα μας βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο και δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί στην πράξη σε μεγάλη έκταση. Θα πρέπει ωστόσο το όλο θέμα να διερευνηθεί υπό συνθήκες πεδίου. Σημειώνεται ότι έχει εφαρμοστεί στο Πακιστάν με σχετικά καλά αποτελέσματα.