CC BY
147УДК 631.43/631.445.25
ХАРАКТЕРИСТИКА ОТДЕЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ И ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТРОВОГО ПРОФИЛЯ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
С.И. Зинченко, д.с.-х.н — Владимирский НИИСХ Е-mail: [email protected]
Установлены параметры водно-физических показателей в метровом профиле серой лесной слабооподзоленной среднесуглинистой почвы Владимирского ополья. Обнаружена прямая отрицательная корреляционная связь между содержанием гумуса и плотностью твердой фазы (r= - 0,93), а также между плотностью сложения и содержанием гумуса (r= -0,74). Плотность сложения пахотного слоя составляла 1,32 г/см3, что соответствует сильно уплотненной почве. Ниже 30 см наблюдался резкий рост величины этого показателя, обусловленный не только отсутствием механического воздействия, но и значительным снижением содержания органического вещества, а также генезисом образования серых лесных почв. Определение почвенно-гидрологических констант (полной влагоемкости (ПВ), наименьшей влагоемкости (НВ), капиллярной влагоемкости (КВ), влажности завядания растений (ВЗР)) дало возможность оценить профильное распределение влаги. Диапазон доступной влаги в метровом слое серой лесной почве по разности между НВ (302,2 мм) и ВЗР (115,0 мм) составил 187,2 мм. Полученные результаты могут применяться при создании программ усовершенствования технологий адаптивно-ландшафтного земледелия с учетом физических свойств почв конкретных агроландшафтов.
Ключевые слова: почвенно-гидрологические константы, серая лесная почва, удельная плотность, плотность сложения, агроландшафты, Владимирское ополье.
Агрофизическое исследование почв и почвенного покрова на распаханных территориях всегда имеет целью выявление их агрогенной трансформации и деградации. Важнейшие свойства, которые необходимо учитывать при ана-
ополья привело к их активному сельскохозяйственному использованию и изменению комплекса свойств, в том числе агрофизических.
Цель исследований - определение основных физических и почвенно-ги-
лизе устойчивости почв к деградации физического состояния и способности к его восстановлению - гранулометрический состав, структурное состояние, плотность сложения, условия увлажнения. Связано это с тем, что основные факторы трансформации физического состояния, особенно почв суглинистого и глинистого гранулометрического состава, - процессы дезагрегации почвенной массы в результате дегумифи-кации и уплотняющего воздействия на почву движителей сельскохозяйственной техники и почвообрабатывающих орудий [1-4].
В работах основателей агрофизики и их последователей - И.Б. Ревута, Л.О. Карпачевского, Н.А. Качинского, А.Г. Бондарева, Е.В. Шеина и др. - установлено, что физические свойства почв определяют интенсивность продукционного процесса, а также ширину оптимума условий для роста и развития сельскохозяйственных культур [5]. Гетерогенность и многофазность формирует характерные водно-физические свойства, присущие для почв определенного региона.
Высокое потенциальное плодородие серых лесных почв Владимирского
дрологических параметров в метровом профиле серой лесной почвы агро-ландшафтов.
Представленная работа содержит конкретную экспериментальную и аналитическую информацию по отдельным агрофизическим свойствам агро-генных серых лесных почв.
Исследования по изучению основных физических показателей проводили на серой лесной слабооподзоленной среднесуглинистой почве, преобладающей в почвенном покрове экспериментального участка Владимирского НИИСХ. Почвенные разрезы располагали на защитной полосе полевого опыта, в котором с 1986 г. проводится эксперимент по оценке эффективности влияния приемов основной обработки серой лесной почвы на параметры почвенного плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур.
Работу выполняли по общепринятым методикам, предусмотренным в агрофизических исследованиях [6-8]. Показатели физических свойств почвы для всех отобранных проб определяли по ГОСТ 5180-84, ГОСТ 28268-89, а также по методикам, изложенным в руко-
№ 1 (83) 2018
водствах А.Ф. Вадюниной, З.А. Корчагиной (1986). Плотность сложения почвы измеряли методом режущего кольца, плотность твердой фазы - пикноме-трическим методом (ГОСТ 5180-84, А.Ф. Водюнина, З.А. Корчагина, 1986). Образцы отбирали из почвенного профиля 0-100 см по слоям через 10 см, в 3-х кратной повторности. Влажность почвы, полную влагоемкость, наименьшую влагоемкость, капиллярную вла-гоемкость и влажность устойчивого за-вядания определяли по ГОСТ 28268-89.
Полученные результаты обрабатывали статистическими методами с использованием программы Statistica.
Результаты. Одна из наиболее важных физических характеристик почвы - плотность твердой фазы, которую рассчитывают как отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при 4 0С. Согласно результатам исследований, величина этого показателя варьировала в интервале от 2,50 г/см3 в слое 0-10 см до 2,61 г/см3 в слое 87-90 и 90-100 см (табл. 1). В агро-геннозависимом гумусированном слое почвы 0-30 см она была самой низкой (2,50-2,53 г/см3), что обусловлено преобладанием частиц органического происхождения, количество которых закономерно снижается с глубиной (как и содержание гумуса), где твердую фазу почвы преимущественно составляют вторичные минералы.
Резкое увеличение плотности твер-
ВлаЗимгрсШ ЗешебЪдецТз
1. Показатели плотности серой лесной почвы агроландшафтов
Слон ПОЧЕЫ, см Гумус, % Плотность твердой фазы. Плотность сложения.
г/см3 среднее отклонение, г/см- среднее отклонение, =
0-10 3,56 2,50 0,09 1,30 0,08
10-20 3,49 2,51 0,10 1,32 0,07
20-30 2,61 2,53 0,08 1,37 0,06
30-40 1.74 2.54 0.11 1.52 0.05
40-50 1.05 2.54 0.10 1.56 0.05
50-60 0.SS 2.55 0.08 1.55 0.05
60-70 0.17 2.57 0.09 1.56 0.06
70-S0 0.0 2.59 0.07 1.55 0.06
80-90 0.0 2.61 0.11 1.58 0.05
90-100 0.0 2.61 0.03 1.58 0.05
дой фазы наблюдается с глубины 70 см, и в слое 70-100 см она достигает 2,59 г/см3. Это свидетельствует о незначительном присутствии органической составляющей и преобладании минеральных частиц. Проведенный корреляционный анализ показал наличие прямой отрицательной связи между содержанием гумуса и плотностью твердой фазы (r = - 0,93) в метровом профиле серой лесной почвы.
В земледельческой практике показатель плотности твердой фазы необходим для расчета других важнейших водно-физических характеристик серой лесной почвы, в том числе запасов почвенной влаги.
Определение удельной массы почвы дает возможность узнать массу ее твердой фазы, занимающую весь объем, без порового пространства. Характеризует почву как гетерогенную систему, включающую и поровое пространство в единице объема, показатель - плотность сложения почвы (объемная масса). Она зависит от механического состава, содержания органического вещества, структурного состояния и сложения почвы.
Характеристике плотности сложения пахотных горизонтов серых лесных почв Владимирского ополья посвящено значительное количество исследований [9-13]. Их результаты свидетельствуют о динамичности величины этого показателя в пахотных горизонтах, которая зависит от приемов основной обработки почвы, культур севооборота, сезона и климатических условий года, генетических особенностей почвенных разностей серой лесной почвы.
Плотность сложения пахотного слоя серой лесной слабооподзолен-ной среднесуглинистой почвы в наших исследованиях находилась в интервале от 1,30 г/см3 в слое 0-10 см до 1,32 г/см3 в слое 10-20 см, что соответствует, согласно классификации Н.А. Качинского, состоянию сильного уплотнения [14]. Максимальное вли-
яние почвообрабатывающих орудий на величину этого показателя отмечали до глубины 30 см, средняя плотность почвы в слое 0-30 см составляла 1,33 г/см3. Ниже 30 см наблюдали резкий рост ее величины, что связано не только с отсутствием механического воздействия, но и со значительным снижением содержания органического вещества, а также с генезисом образования серых лесных почв. Самую высокую плотность отмечали на глубине 80-100 см - 1,58 г/см3. Содержание гумуса в почвенном профиле и плотность сложения также связаны отрицательной корреляционной зависимостью (г= - 0,74).
В агрономической практике определение плотности сложения почвы позволяет рассчитать содержание воды и воздуха, а также запасы питательных веществ в любом горизонте почвы.
Влага представляет собой одну из важнейших составных фаз почвы. Она играет важную роль не только в почвоо-
бразовании, но и имеет определяющее значение для сельскохозяйственного производства. Управление водным режимом почвы - один из основных приемов повышения производительности агроландшафтов [15]. Вследствие постоянно происходящего обмена влагой между почвой, атмосферой, грунтом и растительностью содержание ее непрерывно меняется и должно изучаться с учетом этой динамики.
На сегодняшний день в почвенной гидрофизике сложились определенные представления о движении влаги, разработаны математические схемы, описывающий этот процесс [15, 16]. В основу изучения ее перемещения положены два подхода, которые взаимодополняют один другой - это использование почвенно-гидрологических констант и основных гидрофизических функций.
А.А. Роде [17] рассматривает по-чвенно-гидрологические константы как точки на шкале влажности почвы, при которых количественные изменения содержания воды приводят к ее качественным отличиям. В почве вода находится в разных формах, которые различаются по своей доступности для растений.
Влагоемкость или водовместимость - это способность почвы удерживать воду. Для определения полной влаго-емкости (ПВ), которая характеризуется величиной наибольшего количество воды, содержащейся в почве при полном заполнении всех пор и пустот, за исключением занятых «защемлённым» и адсорбированным воздухом, использовали метод площадок в полевых условиях [8].
Исследования позволили устано-
2. Почвенно-гидрологические константы серой лесной почвы, мм
Слон, сы Полная влагоеы кость Наиыень шая влагоеы кость Капилляр нал влагоемко сть Влажность завядания растений Продуктивная влага
0-10 38,9 27,7 30,7 9,0 18,7
10-20 39,0 31,0 31,S 10,0 21,0
20-30 37,9 29,0 25,2 9,0 20,0
30-40 36,4 30,4 27,0 10,0 20,4
40-50 34,4 31,2 30,0 11,0 20,2
50-60 33,2 29,6 31,0 12,0 17,6
60-70 34, & 29,3 28,7 13,0 16,3
70-80 32,4 30,3 27,5 14,0 16,3
SO-90 32,4 32,0 30,9 14,0 18,0
90-100 32,4 31,7 26,6 13,0 18,7
0-100 351,8 302,2 2S9,4 115,0 187,2
ВлаЭимгрсШ ЗешеШеф
№ 1 (83) 2018
вить, что показатель полной влагоём-кости для метрового слоя серой лесной почвы равен 351,8 мм (табл. 2). Максимальное количество воды, которое способен удержать ее пахотный слой составляет 38,9-39,0 мм. С глубиной ПВ почвы снижается и в слое 70-100 см достигает своего минимума - 32,4 мм. Необходимо отметить существенное отклонение полной полевой влагоемкости от средних показателей, что может быть обусловлено спецификой сложения почвы, структурой порового пространства и в целом неоднородностью почвенного профиля.
Капиллярная влагоемкость (КВ) -это количество влаги в почве, удерживаемое капиллярными силами в зоне капиллярной каймы грунтовых вод (капиллярно-подпертая влага). В метровом профиле серой лесной почвы величина этого показателя находится в диапазоне от 25,2 мм до 31,8 мм. Суммарная капиллярная влагоемкость метрового слоя составила 289,4 мм. Это количество воды, которое он удерживает в капиллярных порах после стека-ния гравитационной воды.
Наименьшая влагоемкость (НВ) -это наибольшее количество влаги, которое почва в природном залегании может удерживать в неподвижном или практически неподвижном состоянии после обильного увлажнения и свободного стекания избытка гравитационной влаги при глубоком залегании грунтовых вод (капиллярно-подвешенная влага). Достигается она, как правило, через 2-3 дня после интенсивного дождя или полива хорошо дренируемой гомогенной почвы [1]. Показатели НВ в метровом профиле серой лесной почвы находились на уровне 27,732,0 мм. В целом содержание воды в слое 0-100 см при наименьшей влаго-емкости составило 302,2 мм. Как и все почвенно-гидрологические константы, эта характеристика зависит от дисперсности почвы, специфики ее сложения, структуры порового пространства, содержания солей по профилю.
Интервал от полной влагоемкости (ПВ) до наименьшей влагоемкости (НВ) - диапазон подвижной влаги. Это количество воды, которое может стечь из рассматриваемой почвенной толщи при наличии свободного стока. От наименьшей влагоемкости (НВ) и до влажности завядания растений (ВЗР) - диапазон доступной (продуктивной) влаги, который требует дальнейшего уточнения и изучения.
Влажность завядания растений (ВЗР) - это нижний предел физиологически доступной для растений влаги в почве, после которого растения не могут потреблять ее из почвы и устойчиво завядают даже при помещении в
атмосферу, насыщенную парами воды. ВЗ зависит не только от свойств почвы, но и от характеристик растения. Экспериментально мы ее определяли вегетационным методом с использованием проростков индикаторного растения -ячменя сорта Зазерский 85.
Если принять, что ВЗР метрового профиля соответствует 115 мм, то величина доступной или продуктивной влаги в метровом слое серой лесной почве составит разность между НВ (302,2 мм) и ВЗР (115,0 мм) и будет равна 187,2 мм.
Иногда этот расчет заменяют другим (НВ - 70% НВ). Такой диапазон влажности следует поддерживать в корнеобитаемом слое, чтобы избежать непродуктивных потерь влаги на стекание в нижележащие слои и одновременно обеспечивать наиболее эффективную работу фотосинтетического аппарата растений.
Представленные почвенно-гидро-логические константы в отношении передвижения воды, основываются на фильтрационном принципе, согласно которому почвенная влага с растворенными в ней веществами равномерно пропитывает с поверхности почвенную толщу. Вода, количество которой превышает величину НВ того или иного слоя почвы, считается избыточной (гравитационной), так как находится только под влиянием гравитационных сил. Она не удерживается капилляр-но-сорбционными силами почвы и попадает в ниже лежащие слои. Используя величины НВ можно определить глубину промачивания почвы после осадков, то есть ту толщу, в которой запасы влаги увеличились от начальных до запасов присущих почве при НВ. Это служит основой для расчета глубины передвижения влаги после осадков и поливов. Показатель удобен и при определении динамики влажности, что позволяет наглядно выделять горизонты и периоды переувлажнения или иссушения почвы.
Однако рассмотренные классические подходы к оценке влагообеспе-ченности и передвижения влаги в почвенном профиле с использованием почвенно-гидрологических констант не в полной мере учитывают характерные особенности почв как сложного структурированного пространственно-организованного тела [11]. Решение подобных задач для реальных условий осложняется вертикальным и латеральным распределением исходной влажности и плотности почв, спецификой строения порового пространства. Для точного описания распределения и переноса влаги в почвах необходимы комплексные исследования с привлечением различных методов.
Таким образом, представленные результаты исследования могут быть использованы при решении важных практических задач в области агрофизики, экологии и сельскохозяйственного производства, связанных с прогнозом движения влаги, растворимых питательных и загрязняющих веществ в почвенном профиле агро-генной серой лесной почвы. А также могут применяться при создании технической документации для усовершенствованных технологий адаптивно-ландшафтного земледелия с учетом физических свойств почв конкретных агроландшафтов.
Литература.
1. Бондарев А.Г. Физические и физико - механические свойства в проблеме устойчивости почв к физической деградации: тезисы докладов III съезд Докучаевское общество почвоведов. (11-15июля 2000. Суздаль) Книга 1. М., 2000.С.222.
2. Перфильев Н.В., Вьюшина О.А. Параметры темно-серой лесной почвы при длительном применении различных систем основной обработки // Земледелие. 2016. № 2. С. 23-25.
3. Горянин О.И., Чуданов И.А. Влияние систем обработки почвы на плотность чернозёма обыкновенного в Заволжье // Достижения науки и техники АПК. 2017. № 7. С. 44-47.
4. Трансформация физических показателей черноземов в результате агро-генного воздействия / Ю.И. Чевердин, С.В. Сапрыкин, А.Ю. Чевердин, А.Н. Рябцев// Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 3. С. 5-11.
5. Шеин Е.В., Гончаров В.М. Агрофизика: учебник. Ростов-на-Дону: Феникс, 2006.400с.
6. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. М.: Стандартин-форм, 2004. 8с.
7. ГОСТ 28268-89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений. М.: Стандартинформ, 2004.6с.
8. Водюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследований физических свойств почвы. М.: Колос, 1986. 416 с.
9. Матюк Н.С., Полин В.Д., Николаев В.А. Изменение агрофизических свойств почвы под действием приёмов обработки и удобрений // Владимирский земледелец. № 2 (72). 2015. С.12-15.
10. Зинченко С.И., Зинченко В.С. Формирование плужной подошвы при различных приёмах основной обработки серой лесной почвы// Владимирский земледелец. № 1 (71). 2015. С.2-7.
11. Формирование объемной мас-
№ 1 (83) 2018
Владимгрскш ЗешеШецТз
сы серой лесной почвы в зависимости от антропогенного влияния в агроэко-системах / С.И. Зинченко, А.А. Безмен-ко, И.М. Щукин, Д.А. Талеева // Достижения науки и техники АПК. 2013. №4. С. 11-13.
12. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432с.
13. Борин А.А., Лощина А.Э. Зависимость урожайности зерновых куль-
тур от приёмов агротехники// Владимирский земледелец. 2015. № 2 (72). С.2-6.
14. Практикум по почвоведению/ под ред. И.С. Кауричева. М.: Агропро-миздат, 1986. 336с.
15. Умарова А.Б. Преимущественные потоки влаги в почвах: закономерности формирования и значение в функционировании почв: монография.
М.: ГЕОС, 2011.266с.
16. Зинченко С.И. Особенности использования влаги яровой пшеницей в агроэкосистемах Опольной зоны// Владимирский земледелец. № 1 (75). 2016. С.24-31.
17. Роде А.А. Методы изучения водного режима почв. М.: Изд-во АНСССР. 1960. 244 с.
Characteristic of Individual Physical, Soil and Hydrological Properties a Meter Profile of the Forest Soil
S.I. Zinchenko
Abstract. It was established the values of water-physical parameters in a meter profile of gray forest low-podzolized medium-loamy soil of the Vladimir Opolie. A direct negative correlation was found between the humus content and the density of the solid phase (r = -0.93), and also between the bulk density and the humus content (r = -0.74). The density of the arable layer was 1.32 g/cm3, which corresponds to the strongly compacted soil. Below 30 cm there was a sharp increase in the value of this indicator, due not only to the absence of mechanical action on the soil, but also to a significant decrease in the content of organic matter, and also to the genesis of the formation of gray forest soils. Determination of soil-hydrological constants (total moisture capacity (TMC), minimum moisture capacity (MMC), capillary moisture capacity (CMC), wilting moisture (WM)) made it possible to estimate the profile distribution of moisture. The range of available moisture in the meter layer of gray forest soil according to the difference between MMC (302.2 mm) and WM (115.0 mm) was 187.2 mm. The obtained results can be applied when creating programs for improving adaptive-landscape agriculture technologies taking into account the physical properties of soils of specific agricultural landscapes.
Keywords: soil-hydrological constants, gray forest soil, specific density, bulk density, agrolandscapes, Vladimir Opolie.
УДК 631.8+631.86
ОПТИМИЗАЦИЯ ДОЗ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ
В.В. Окорков, д.с.-х.н — Владимирский НИИСХ Е-mail: [email protected]
Приведены наиболее применяемые сегодня методы расчета доз удобрений под возделываемые культуры. Для более корректного их использования предлагается оценивать вынос элементов питания основной продукцией за ротацию севооборота, опираясь на запасы нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе почвы (мобильный фонд азота) в ранний период вегетации культур. Для его определения использовали тесную линейную взаимосвязь мобилизационного пула азота с его мобильным фондом. Среднегодовую продуктивность севооборота рассчитывали, используя гиперболическую зависимость последней от мобильного фонда азота. Предлагаемые дозы удобрений оценивали по их окупаемости и балансу в почве элементов питания. Минеральные системы удобрения наиболее окупаемы (6,8-7,0 кг зерн.ед./кг д.в.), но они не обеспечивают положительного баланса азота и калия. Для поддержания плодородия серых лесных почв Верхневолжья и обеспечения окупаемости 1 кг д.в. удобрений на уровне 5,3-5,4 кг зерн.ед. (без учета д.в. навоза 8,3-8,8 кг зерн.ед.) наиболее эффективны органоминеральные системы удобрения, которые предусматривают сочетание среднегодовой дозы N4 P45K445 с внесением 40-60 т/га навоза КРС за ротацию 7-польного зернотравяного севооборота.
Ключевые слова: 7-польный зернотравяной севооборот, серая лесная почва, вынос элементов питания за севооборот, мобилизационный пул азота, мобильный фонд азота, баланс элементов питания.
Общую схему системы удобрения каждого агроценоза (севооборота или внесевооборотного участка) разрабатывают (и реализуют) как минимум на полную ротацию возделываемых культур (или более продолжительный период) [1]. Для этого необходимо знать среднемноголетнюю обеспечен-
Владишрскш ЗемлеШеЩ)
ность удобрениями и мелиорантами, средневзвешенные показатели плодородия почвы, а также возможный баланс питательных элементов при реализации принятой схемы.
Для определения оптимальных доз удобрений и расчета баланса питательных элементов под отдель-
ными культурами и в агроценозах используют хозяйственный вынос элементов со среднемноголетними урожаями культур, которые определяют по результатам анализа получаемой продукции или по справочным данным затрат (выноса) элементов с единицей продукции. Величины этих показателей для
№ 1 (83) 2018
