CC BY
73
УДК 631.4:631.95(571.13)
антропогенная трансформация гумусного состояния ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНых ПОЧВ омской
области
Ю.В. АКСЕНОВА, кандидат биологических наук, доцент
Омский ГАУ
E-mail: [email protected]
Резюме. Комплексные сравнительные исследования изменения гумусного состояния лугово-черноземных почв Омской области, длительное время находящихся под антропогенным влиянием, позволили выявить некоторые закономерности его трансформации. В результате многолетнего орошения и длительного внесения минеральных удобрений в почве увеличилась сумма обменных катионов, содержание валового гумуса в слое 0...20 см повысилось на 1,28.. .1,59 %, в слое 20...40 см - на 1,19...1,45 %, доля фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием, в его составе возросла в слое 0.20 см на 1,5.4 %, в слое 20.40 см - на 4.10 %. Одновременно реакция среды в подпахотном слое сдвинулась в сторону подщелачивания с 6,53.6,54 до 6,75.6,85 ед. рН, а в составе обменных катионов по всему изученному профилю увеличилось содержание магния с 5,6 до 6,8.11,1 мг-экв/100 г почвы.
Полученные сведения можно использовать для оценки и прогнозирования направленности почвенно-мелиоративных процессов, а также степени изменения гумусного состояния орошаемых земель на других территориях зон недостаточного увлажнения. Ключевые слова: орошение, плодородие, гумус, гуминовые кислоты, фульвокислоты, фракционно-групповой состав, многолетние травы, минеральные удобрения, трансформация.
В степной и лесостепной зонах Западной Сибири основу пахотного фонда составляют черноземы и луговочерноземные почвы. Их высокое потенциальное плодородие и агропроизводственные возможности в значительной степени лимитирует недостаточная влагообеспечен-ность. Поэтому для улучшения водного режима и создания агроценозов с повышенной устойчивой биопродуктивностью все больше применяется орошение с использованием местных вод (речных и подземных).
Однако из-за избытка воды и ее неудовлетворительного качества происходит подъем уровня грунтовых вод, засоление, подтопление, осолонцевание, переувлажнение орошаемых и прилегающих к ним территорий [1].
Результаты мониторинга плодородия земель сельскохозяйственного назначения свидетельствуют, что длительное использование почв сопровождается дегумификацией, обесструктуриванием и увеличением степени выпа-ханности [2, 3, 4].
Одна из главных причин уменьшения гумуса в пахотных почвах - усиление минерализации из-за активизации деятельности микрофлоры под влиянием вносимых удобрений и дополнительно поступающей с орошением влаги [5].
Учитывая, что в Омской области мало хороших пахотных почв и отсутствуют естественные условия для развития мощных высоко гумусированны черноземов и луговочерноземных почв, снижение показателей их потенциального плодородия представляет угрозу для развития растениеводства.
Цель наших исследований - изучение измения показателей гумусного состояния пахотных лугово-черноземных почв под влиянием длительного орошения и интенсивной системы земледелия.
В задачи исследование входило определение динамики изменения содержания и фракционного состава гумуса, степени гумификации органического вещества
и др., а также индикаторов ранней диагностики появления неблагоприятных свойств почвы (реакции среды, состава обменных катионов, засоления).
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на базе полевого стационарного опыта Сибирского НИИСХ, заложенного в 1976 г, на лугово-черноземных почвах, орошаемых более 30 лет и используемых в кормовых севооборотах. В 1977 г на полях стационара были созданы четыре фона с разной обеспеченностью фосфором: с естественным плодородием, с высоким, повышенным и высоким содержанием этого элемента (по Чирикову).
В качестве удобрений использовали двойной суперфосфат, аммиачную селитру и хлористый калий. Азотные удобрения в дозе Ы30 вносили под все культуры, под многолетние травы - Ы30+30, калийные удобрения в дозе К60 - только под многолетние травы, фосфорные Р60 - под все культуры кроме многолетних трав. Органические удобрения использовали однократно в 1991 г в дозе 40 т/га, поэтому воспроизводство гумуса в почвах стационара обеспечивает в основном ежегодно создаваемое в агроценозе органическое вещество пожнивно-корневых остатков сельскохозяйственных культур.
Орошение опытных полей, начатое в 1977 г, проводили дождевальными установками типа Волжанка из реки Омь. Норма полива зависит от возделываемой культуры, запасов влаги в почве, уровня залегания грунтовых вод и количества атмосферных осадков. В год исследований за период с июня по август выпало 367 мм атмосферных осадков. Орошение проводии только на полях, занятых многолетними травами, нормой 450 м3/га.
Почвенные образцы отбирали в 2009 г на фоне с повышенным содержанием фосфора из пахотного (0.. .20 см) и подпахотного слоя (20.40 см) в 15-и кратной повторности. В качестве контроля выступал участок на богаре (в год исследования поле было занято пшеницей). Остальные образцы отбирали на полях кормовых севооборотов с различной структурой посевных площадей:
многолетние травы - 81 %, однолетние травы - 16 %, овощные культуры - 3 % (в год исследований козлятник восточный 13-го года жизни);
многолетние травы - 52 %, зерновые культуры - 26 %, однолетние травы - 22 % (в год исследований ячмень);
многолетние травы - 29 %, зерновые культуры - 38,7 %, однолетние травы - 32,3 % (в год исследований суданская трава + бобы).
В отобранных образцах определяли содержание валового гумуса по методу Тюрина в модификации Симакова с дополнениями Никитина; качественный состав гумуса по методу Тюрина в модификации Пономоревой и Плотниковой; состав обменных катионов комплексонометри-ческим методом; сумму обменных катионов по Каппену-Гильковицу; рН потенциометрическим методом.
Оценку гумусного состояния почвы проводили по показателям, разработанным Д.С. Орловым и Л.А. Гришиной [5].
результаты и обсуждение. Интенсивная система земледелия и орошение способствуют активному развитию корней и наземной части растений, а соответственно более обильному поступлению в почву органического вещества, которое служит источником гумуса. Наименьшее его содержание установлено в условиях экстенсивной системы
богарного земледелия - 6,55 % в слое 0.20 см и 5,93 % в слое 20.40 см. Под покровом многолетних трав (козлятник 13-го года жизни) количество гумуса в корнеобитаемом слое достигало 8,14 %, в подпахотном слое - 5,48 %. На фоне однолетних трав (суданская трава + бобы) его содержание было выше, чем в контроле, в слое 0.20 см на 1,41 % и в слое 20.40 см на 1,15 %, а в варианте с зерновыми - на 1,28 и 1,45 % соответственно.
В целом содержание гумуса в почве исследуемого массива можно классифицировать, как высокое, а в слое
20.40 см в контроле и под козлятником 13-го года жизни - среднее.
При анализе фракционного (качественного) состава гумуса негативных последствий длительного орошения и применения минеральных удобрений не установлено. Характерная особенность гумуса почв черноземного ряда - преобладание гуминовых кислот над фульвокислотами, а среди гуминовых кислот - доминирование фракции, прочносвязанной с кальцием (ГК2). Из показателей гумусного состояния почвы важно учитывать содержание свободных гуминовых кислот (ГК1) и гуматов кальция (ГК2). Первые участвуют в питании растений, вторые - в образовании структуры почвы, величину этих показателей можно использовать для прогноза изменения гумусного состояния почвы. В наших исследованиях как на богаре, так и в условиях орошаемого земледелия в пахотном слое отмечено низкое со-
держание свободных гуминовых кислот, которое варьирует от 10,8 до 15,4 %. В подпахотном горизонте количество ГК1 снижается до 12,4.6,3 % и оценивается как очень низкое (см. рисунок).
В условиях экстенсивной системы богарного земледелия содержание фракции ГК2 колеблется в пределах
28,9.28,5 %. Под влиянием дополнительно поступающей влаги и внесения минеральных удобрений оно увеличивается в пахотном слое орошаемого массива до 30,4.34,6 % и характеризуется как среднее. В подпахотном слое почвы, занятой козлятником 13-го года жизни и ячменем содержание фракции ГК2 возрастает до 38,6.38,7 % и оценивается как высокое.
Доля гумусовых кислот, прочносвязанных с глинистыми минералами (ГК3), и нерастворимого остатка (гумин) в пахотных горизонтах зональных почв меняется незначительно и незакономерно, поэтому извлечь из величин этих показателей полезную информацию практически невозможно [6]. Почвы исследуемого массива характеризуются высоким содержанием фракции ГК3, что, вероятно, свидетельствует о закреплении образующихся гуминовых кислот минеральной частью почвы. При этом в варианте с орошением их доля на 4...7 % ниже, чем в контроле.
В условиях дополнительно поступающей влаги на фоне внесения минеральных удобрений в составе фульвокислот наблюдается тенденция к увеличению фракции, связанной с кальцием (на 2.4 % в слое 0.20 см и на 2,5.. .4,5 % в слое
20.40 см). Количество агрессивных (ФК1а) и свободных (ФК1) фульвокислот приближается к величинам в контроле, что, скорее всего, обусловлено их миграцией по профилю почвы с поливными водами, как наиболее подвижного продукта гумификации. При этом в целом тип гумуса не меняется и оценивается как гуматный.
Степень гумификации органического вещества в пахотном и подпахотном горизонтах почвы во всех вариантах очень высокая (54.65 %).
В сложившейся гидрологической ситуации на богарном участке реакция среды в пахотном и подпахотном слоях находится в интервале близком к нейтральному - 6,53.6,54. Вовлечение дополнительной влаги в процессы почвообразования на фоне внесения минеральных удобрений не повлияло на величину рН в пахотном слое, которая варьировало от 6,45 под травами до 6,63 под зерновыми культурами. В подпахотном слое почвы участка, занятого травами, реакция среды несколько сдвигается в сторону подщела-чивания (до 6,75.6,85).
Многолетние орошение лугово-черноземных почв способствовало усилению их гидроморфизма из-за подъема уровня грунтовых вод (до 2,39.3,13 м), но процесса засоления не выявлено. В почвенно-поглощающем комплексе под влиянием орошения наблюдалась тенденция к снижению содержания обменного кальция с 26 до
25,3.24,5 мг-экв/100 г почвы в пахотном слое и до 25.23,7 мг-экв/100 г почвы в подпахотном. Вероятно, такая ситуация обусловлена тем, что на фоне орошения в жаркие сухие периоды складываются благоприятные условия для гумификации, что способствует образованию большего количества свободных гуминовых кислот, которые связывают ионы кальция (см. рисунок). Однако, несмотря на периодические поливы, которые активизируют процессы обессоливания,выщелачивания и декальцирования, содержание обменного кальция в исследуемых почвах оценивается как высокое.
В отношении магния установлено, что его содержание увеличивается с 5,6 до 6,8 мг-экв/100 г почвы в слое 0.20 см под козлятником восточным 13-го года жизни, до 8,4 мг-экв/100 г почвы под травосмесью (суданская трава + бобы) и до 11,1 мг-экв/100 г почвы под зерновыми культурами. В подпахотном горизонте доля магния во всех вариантах возросла в среднем в 1,5-2 раза (с 5,6 до
9,0.12,5 мг-экв/100 г почвы).
В подпахотном горизонте (20.40 см) доля магния во всех вариантах возросла в среднем в 1,5-2 раза. Сумма обменных катионов на орошаемом массиве на фоне минеральных удобрений имеет тенденцию к увеличению, в основном, за счет катионов магния.
Выводы. Антропогенное воздействие на луговочерноземные почвы имеет разнонаправленный характер. С одной стороны, под влиянием минеральных удобрений на фоне орошения наблюдается увеличение валового гумуса по отношению к контролю в слое 0.20 см на 1,28.1,59 %,
о4
40
35 |
30
25 |
20
15 |
10
пНН
Богара - контроль Многолетние травы Однолетние травы Зерновые культуры (козлятник восточный (суданская (ячмень)
13-го г.ж.) трава+бобы)
рисунок. Содержание гуминовых кислот в орошаемой лугово-черноземной почве (Сиб-НИИСХ, 2009 г.): в слое 0.20 см □ - свободных; ■ - прочно связанных с кальцием; в слое 0.40 см □ - свободных; ■ - прочно связанных с кальцием.
а в слое 20.40 см на 1,19.1,45 % , в его составе возрас- му изученому профилю увеличивается содержание магния
тает доля фракции гуминовых кислот, связанных с каль- (с 5,6 до 6,8. ..11,1 мг-экв/100 г почва). Для предотвраще-
цием (на 1,5.4 % в слое 0.20 см и на 4.10 % в слое ния негативных процессов в почах, вовлеченных в условия
20.40 см). С другой, реакция среды в подпахотном слое длительного орошения, необходим регулярный контроль за
сдвигается в сторону подщелачивания (с 6,53...6,54 до направленностью трансформации их гумусного состояния
6,75...6,85 ед. рН), а в составе обменных катионов по все- и интенсивностью проявления миграционных процессов.
Литература.
1. Мозутова Г. В., Безуглова О. С. Экологический мониторинг почв: учебник. - М.: Академический проект; Гаудеамус, 2007. - 237с.
2. Богданов Н.И. Особенности почвенного покрова и эволюции почв Западной Сибири. - Омск: ОмСХИ. - 1977. - 60 с.
3. Градобоев Н.Д., Богданов Н. И. Агрохимическая характеристика почв Омской области //Агрохимическая характеристика почв СССР (районы Западной Сибири). - М.: Наука, 1968. - С. 228-285.
4. Мищенко Л.Н. Земельные ресурсы Омской области и охрана почв: лекция/ ОмСХИ. - Омск, 1988. - 20 с.
5. Химия почв: учебник / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, Н.И. Суханова. - М.: Высш. шк., 2005. - 558 с.
6. Розанова Б.Г. Орошаемые черноземы/Розанова Б.Г. - М., 1989. - 239 с.
ANTHROPOGENIC TRANSFORMATION OF THE HUMUS STATE OF MEADOWY-CHERNOZEM SOILS OF
THE REGION
Y.V. Axsenova
Summary. Complex comparative researches of fertility of lugovo-chernozem soils of the Omsk region involved in conditions of intensive system of irrigation farming, have allowed to reveal laws of transformation of indexes of their humus state. Under the influence of perennial forced-circulation and long entering of fertilizers have increased the sum of exchange cations, the total content of a humus, and as a part of a humus there was a redistribution of fractions of humic acids.
The obtained data can be used for an assessment and forecasting of a state of irrigated lands, an orientation of soil-meliorative processes and degree of change of humus state of soils in other terrains in regions insufficient humidification.
Key words: irrigation, fertility, a humus, humic acids, fulvic acids, a fractionally-group compound, perennial grasses, fertilizers, transformation.
УДК 631.459
влияние агроклиматических условий на структуру размещения сельскохозяйственных культур на юге средней СИБИРИ
Е.Я. ЧЕБОЧАКОВ, кандидатсельскохозяйственныхнаук, зав. лабораторией
НИИ аграрных проблем Хакасии Е-mail: savostyanov [email protected]
Резюме. В статье изложены материалы исследований по влиянию агроэкологических условий на структуру размещения сельскохозяйственных культур на юге Средней Сибири. Установлены существенные изменения посевных площадей сельскохозяйственных культур за период аграрной реформы. Дифференцированное использование земель в соответствии с агроэкологическими требованиями сельскохозяйственных культур позволитусовершенство-вать структуру ихразмещения по почвенно-климатическим зонам. Ключевые слова: агроэкологические условия, сельскохозяйственная культура, зона, почва, размещение.
За годы аграрной реформы в агропромышленном комплексе засушливых районов юга Средней Сибири произошли значительные изменения. Существенно уменьшились посевные площади во всех природных зонах, изменилось соотношение пахотных земель и естественных кормовых угодий, снизилась урожайность сельскохозяйственных культур.
Так, в годы освоения зональных систем земледелия (1986-1990 гг) урожайность зерновых культур в Хакасии составляла 1,35 т/га, в 1991-1995 гг. она снизилась до 0,82 т/га, в 1996-2000 гг - до 0,67 т/га.
В этих сложных социально-экономических условиях не-
обходимо всестороннее обоснование не только технологий возделывания сельскохозяйственных культур, но и их размещения по агроэкологическим районам [1, 2, 3, 4, 5].
Основная цель наших исследований - определить влияние агроэкологических условий на структуру размещения сельскохозяйственных культур в выделенных агроэкологических районах юга Средней Сибири.
Условия, материалы и методы. Формирование экологически устойчивых и высокопродуктивных агроценозов базируется на научно обоснованном агроэкологическом районировании территории которое разрабатывается на основе ландшафтной, экологической и экономической информации. При этом выявляются главные особенности агроландшафтов и выделяются территории, однородные по почвенному покрову, условиям рельефа, климатическим факторам, степени проявления дефляции и эрозии.
Г руппировку земель, посевных площадей и анализ материалов проводили по выделенным агроэкологическим районам на юге Средней Сибири. Размеры посевных площадей взяты из материалов Федеральной службы государственной статистики.
Посевные площади зерновых и кормовых культур, а также структуру их размещения по почвенно-климатическим зонам определяли в период аграрной реформы (1997 г) и через 13 лет (2009 г) При выполнении исследований применяли статистические методы анализа.
Результаты и обсуждение. В условиях горнокотловинных территорий большое значение при размеще-
