CC BY
22
3. Танделов Ю.П., Ерышова О.В. Черноземы Красноярского края и проблема известкования. - Красноярск: Крас-ГАУ, 2005. - 20 с.
4. Бугаков П.С., Горбачева С.М., Чупрова В.В. Почвы Красноярского края. - Красноярск, 1981. - 127 с.
5. Гамзиков Т.П., Кулагина Н.М. Изменение содержания гумуса в почвах в результате сельскохозяйственного использования. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1992. - 48 с.
6. Бурлакова Л.М., Морковкин Г.Г. Антропогенная трансформация почвообразования и плодородия черноземов в системе агроценозов // Агрохимический вестник, 2005, № 1. - С. 2-4.
8. Орлов Д.С., Трофимов С.Я., Бирюкова О.Н. и др. Де-гумификация пахотных почв / Деградация и охрана почв. -М.: МГУ, 2002. - С. 196-233.
9. Черников В.А., Милащенко Н.З., Соколов О.А. Устойчивость почв к антропогенному воздействию. - Пу-щино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001. - 203 с.
10. Бурлакова Л.М. Плодородие алтайских черноземов в системе агроценозов. - Новосибирск: Наука, 1984. - 197 с.
11. Антипина Л.П. Фосфор в почвах Сибири: автореф. дисс. д.с.-х.н. - Омск: ОмСХИ, 1991. - 32 с.
12. Соколов А.В. Зафосфачивание почв и последействие фосфорных удобрений // Агрохимия, 1976, № 2. - С. 3-6.
13. Храмцов И.Ф. Влияние длительного применения
минеральных и органических удобрений на плодородие почвы и продуктивность агроценозов / Длительное применение удобрений. Агрохимические, агрономические и экологические аспекты: материалы междун. науч.-практ. конф. - Новосибирск: Россельхозакадемия, 2011. - С. 46-52.
14. Рейнфельд Л Б. Изменение агрохимических свойств почв на стационарных участках при их сельскохозяйственном использовании // Агрохимия, 1974, № 9. - С. 47-52.
15. Якименко В.Н. Калий в агроценозах Западной Сибири. - Новосибирск: СО РАН, 2003. - 231 с.
16. Горбачева С.М. Формы калия в почвах Красноярской лесостепи: автореф. дисс. к.б.н. - Новосибирск, 1977. - 23 с.
17. Джанаев З.Г. Негативные изменения в поглощающем комплексе почв Северного Кавказа // Плодородие, 2006, № 4. - С. 7-10.
18. Подколзин А.И., Шкабарда С.Н. Состояние и динамика изменения поглощающего комплекса почв Центрального Предкавказья // Агрохимия, 2008, № 1. - С. 16-25.
19. Мерзлая Г.Е., Семин В.Ю., Надежкин С.М. Плодородие чернозема при длительном применении удобрений // Плодородие, 2007, № 3. - С. 11-12.
20. Семина Е.В., Вередченко Ю.П. Черноземы Красноярской лесостепи и их провинциальные особенности / О почвах Урала, Западной и Центральной Сибири. - М.: Изд-во АН СССР, 1962. - С. 170-190.
УДК 631.459:332.64
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗВИТИЯ ЭРОЗИИ В ТАДЖИКИСТАНЕ
1Б.А. Мансуров, 2Е.В. Косивцова, 2В.А. Попов (научный руководитель - В.И. Савич, д.б.н.)
1 Институт почвоведения Таджикской АСХН, e-mail: [email protected] 2РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
В работе предложена оценка развития эрозии во времени и в пространстве с учетом свойств и протекающих почвообразовательных процессов. Показано, что при действии на почву факторов, определяющих эрозию, проявляются эффекты синергизма и антагонизма, в т.ч. и при совместном проявлении и ветровой эрозии в разные периоды года. Приведены математические закономерности развития эрозии в исследуемых почвах Северного Таджикистана. Установлено, что экологические убытки при развитии эрозии определяются не только потерей урожая и уменьшением плодородия почв, но и уменьшением числа степеней свободы сельскохозяйственного использования почв, экологическими изменениями, увеличением энтропии системы.
Ключевые слова: Таджикистан, эрозия почв, оценка, математические закономерности.
INTEGRAL ESTIMATION OF EROSION IN TAJIKISTAN
1B.A. Mansurov, 2E.V. Kosivtsova, 2V.A. Popov
1 Institute for Soil Sciences, Tajik Academy of Agricultural Sciences, e-mail: [email protected] 2Russian Timiryazev State Agrarian University, e-mail: savich. mail@gmail. ru
Article presents erosion assessment in time and space taking into account properties and soil formation processes occurring. It is shown that under the action of soil factors determining erosion manifest synergy and antagonism, including and joint manifestations and wind erosion at different seasons. The mathematical patterns of erosion advancing in explored soils of Northern Tajikistan are cited in the work. It has been established that the environmental damage in the development of erosion determined not only by the loss of crops and reduction in soil fertility, but also by decrease in the number of degrees offreedom of the agricultural use of soil, environmental changes, system entropy increasing.
Keywords: Tajikistan, soil erosion, estimation, mathematical particularities.
Оценка причин развития эрозии почв и поиск способов ее предотвращения имеет большое практическое значение. Однако существует многопри-чинность этого явления, синергетический путь развития, многофункциональное его влияние на систему «почва - растение». Эрозия развивается во времени и в пространстве, и на одной и той же почве в разные временные периоды проявляются разные ее типы и виды. При этом негативное влияние эрозии на свойства, процессы и режимы почв, растения, компоненты экологической системы существенно отличаются для разных типов почв, и один уровень градаций не может быть установлен для всех почвенно-климатических зон.
Объект исследования - почвы предгорных районов северной части Таджикистана: светлые, обыкновенные и темные сероземы, горные коричневые почвы и горные дерново-карбонат-ные почвы разной степени эродированности.
Методика исследования: оценка степени эродированности почв в полевых условиях; определение свойств плодородия почв; вычисление математических структурных взаимосвязей между свойствами почв [1].
В работе оценено изменение свойств почв по почвенному профилю для почв Таджикистана формулами парной корреляции. Лучше описывала эту закономерность зависимость: У; = У0 -ЬН, где Н - глубина слоя, см, У; - свойство почвы в горизонте А] - А0.
В темных сероземах уменьшение содержания Р2О5 с глубиной описано уравнением: У = 0,23 -0,001Н; г = -0,19; а в дерново-карбонатных почвах: У = 0,25 - 0,002Н; г = -0,47. Изменение содержания физической глины с глубиной почвенного профиля для светло-коричневых почв описано уравнением: У = 13,7 + 0,06Н; г = 0,46; для темных сероземов: У = 52,2 - 0,1Н; г = -0,43.
При выделении степени развития эрозии по количеству смытой почвы (т/га) на разных типах почв количество смытой почвы в различной степени адекватно уменьшению плодородия почв. На разных типах почв неодинаково изменяется с глубиной как содержание гумуса, так и содержание илистой фракции, подвижных форм фосфора и калия.
В разных типах почв рассматриваемые зависимости отличаются. С агрономической точки зрения оценка степени смытости по потере массы почвы с 1 га и по уменьшению мощности горизонта Апах., степени подпашки А], А2, А2В и т.д. неточна. Такая оценка правомочна только при сравнении смытых почв одного почвенного типа.
Степень смытости почв оценивают по уменьшению в горизонте Ап содержания физической глины и илистой фракции. Это обусловлено тем, что ветром выдуваются из почв наиболее мелкие частицы. Это же происходит и при развитии водной эрозии, однако данное положение правомочно при одинаковом гранулометрическом составе
всего или верхнего слоя почвенного профиля.
Если подпахотные слои более тяжелого гранулометрического состава, то при эрозии почв верхний слой может стать более глинистым, или процесс опесчанивания замедляется. Поэтому оценка степени эродированности по облегчению гранулометрического состава в Апах. не всегда правомочна.
В отдельных типах почв разное содержание гумуса, илистой фракции, биофильных элементов. Поэтому для оценки плодородия почв перспективна оценка изменения почв при эрозии в кодированных переменных, выражая за 100% свойства несмытых почв (табл. 1).
Для оценки степени эродированности почв перспективно выделение градиентов содержания по профилю почв гумуса, К, С : N (табл. 2).
При уменьшении содержания гумуса в не эродированных почвах изменение его градиента по профилю почв в результате развития эрозии ниже. Так, в светлых сероземах эта величина была равна 1,5, в серо-бурых почвах - 1,2. Однако в намытых почвах одновременно происходит и привнос, и отток материала, что изменяет рассматриваемые зависимости. По полученным данным, степень эродированности почв характеризуется отношением С : К, N : Р, что в таблице 3.
Согласно проведенным исследованиям необходимо рассмотрение эрозии почв в зональном аспекте с выделением зон, подзон и фаций, а также в горных и предгорных районах с выделением вертикальной зональности эродированных почв с проявлением эффектов миграции, интерференции, инверсии, обусловленных сменой пород, уклоном поверхности и направлением ветров. Пример такого подхода приведен в ранее опубликованной работе [2]. В связи с этим в уравнения потерь почв при эрозии необходимо вводить параметры, характеризующие породу. Так, средняя неразмывающая скорость потоков воды для супесей и легких суглинков равна 0,65-0,75 м/с, для тяжелых валунных суглинков морены - 1,01,3, для известняков - 2,5-4,5, для твердых кристаллических пород горных массивов - 16,0-20,0 м/с. Породы существенно влияют и на устойчивость почв к ветровой эрозии [3-5].
При оценке опасности развития эрозии целесообразно дополнительно учитывать долю эродированных почв на территории, взаимосвязи в ландшафте, базис эрозии, поч-вообразующие породы, распределение биофильных элементов и гумуса, а также структуры почв и корневой массы по профилю почв.
При математической оценке влияния на эрозию факторов, ее определяющих, необходим учет эффектов синергизма и антагонизма взаимовлияния факторов на почву и указание лимитов применения уравнений. Так, в таежно-лесной зоне водная эрозия развивалась при крутизне склона 2,5° и длине склона 100 м, а в Казахстане - при крутизне 1°, но длине склона 1000 м [1]. Ветровая эрозия на каштановых почвах Тувы развивалась наиболее интенсивно при сочетании высоких температур, скорости ветра больше 11 м/с, низкой влажности и слабом развитии растений весной с проявлением эффектов синергизма [6]. В то же время при увеличении влажности почв, обусловленной содержанием илистой фракции и содержанием органического вещества, развитие эрозии замедлялось.
Математическая связь активной влаги (У), гигроскопической влаги (Х1), влажности завядания (Х2), полной влагоем-кости в % к весу почвы (Х3) и коэффициента фильтрации
1. Свойства почв Таджикистана разной степени
2. Градиент изменения свойств почв по почвенному профилю по разной степени их эродированно-сти (отношение в слое Апах. и В)
3. Изменение отношения С : N N : Р в почвах
Кю мм/мин (Х) описана уравнением: У = 6,5 - 1,11X1 -0,21X2 +0,41Хз - 0,03Х4, R = 0,77; F = 5,4, где У - активная влага при полной влагоемкости, %; Х1 - гигроскопическая влажность, %; Х2 - влажность завядания, %; Х3 -полная влагоемкость, % к весу; Х4 - коэффициент фильтрации К10, мм/мин.
Взаимосвязь влажности завядания от свойств светло-каштановых почв пастбищ описана для квадратичной аппроксимации уравнением: У = 23,53 - 0,592 - 0,49Х -0,002Ъ2 + 0,015ъх + 0,011Х2 и для линейной аппроксимации У = 15,35 - 0,412 + 0,22Х, где У - влажность, %; Ъ -общая влажность, %; Х - содержание илистых частиц, %.
В значительной степени развитие эрозии было связано и с интенсивностью проявления почвообразовательных процессов, уменьшаясь при оглеении, осолонцева-нии, развитии дернового процесса и усиливаясь при развитии засоления [7]. В условиях Таджикистана выделен особый тип эрозии на солончаках [2].
Эрозия почв сопровождается уменьшением содержания энергии в почве и увеличением беспорядка (увеличением энтропии). Это соответствует потере гумуса, уменьшению микробиологической активности, уменьшению доли вторичных алюмосиликатов (слюд, вермикулита, монтмориллонита), уменьшению оструктурен-ности почв, уменьшению разнообразия в почвенном профиле геохимических барьеров и экологических ниш. В конечном итоге, это, с агрономической точки зрения, приводит к уменьшению числа степеней свободы использования отдельных звеньев систем земледелия. Это в определенной степени идентифицируется по инфракрасным спектрам и термограммам.
При эрозии происходит увеличение ДS и уменьшение ДН системы. При этом изменение ДS связано, как с уси-
ленной миграцией вещества, так и с образованием в почве более простых соединений, ослаблением развития дернового процесса почвообразования. Образуются более простые минералы и гумусовые соединения, что соответствует уменьшению в них энергии и информации, частичной потере матричной функции.
Термодинамический анализ развития эрозии [5] подтвердил указанные закономерности и показал, что для отрыва более крупных частиц почвы водой или ветром и переноса их на большие расстояния необходимо не только быстрое возрастание энергии воды (или ветра), но и длительное воздействие на почву этих потоков энергии. При непродолжительном воздействии крупные частицы переносятся только на небольшое расстояние. Согласно расчетам, поле термодинамической неустойчивости почв и природных экосистем характеризуется величинами энтропии S ^ 14-15 энтропийных единиц (кал/град-100 г).
Развитие эрозии уменьшает степень равновесия почв с окружающей средой и увеличивает энтропию. Закрытие термодинамической системы «почва» несколько сдерживает эти процессы. В связи с изменением при эрозии свойств почв и протекающих в них процессов и режимов меняются оптимумы свойств почв, пригодность их под отдельные культуры и технологии, изменяются модели плодородия почв.
Таким образом, развитие эрозии почв необходимо рассматривать с учетом зональности, фа-циальности и вертикальной поясности. При этом градации степени эродированности с агрономической точки зрения не могут быть одинаковыми для всех почвенно-климатических зон и должны дифференцироваться для определенных типов почв, пород и гранулометрического состава. Усиленное развитие эрозии происходит при сочетании нескольких факторов деградации, по влиянию которых на рассматриваемый процесс проявляются эффекты синергизма и антагонизма.
Литература
1. Савич В.И., Шишов Л.Л., Амергужин Х.А. Агрономическая оценка и методы определения агрохимических и физико-химических свойств почв. - Астана, 2004. - 620 с.
2. Ахмадов Х.М. Особенности проявления эрозионных процессов в Таджикистане. - Душанбе, 2010. - 464 с.
3. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П., Григорьев В.Я. Прогнозирование и предупреждение эрозии и дефляции почв. - М.: Издательство МГУ, 1989. - 104 с.
4. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв, основные закономерности количественной оценки. - М.: Издательство МГУ, 1993. - 200 с.
5. Назаров А.Г. Термодинамическая направленность почвообразования / в кн. «Почвы, биогеохимические циклы и биосфера». - М.: КМК, 2004. - С. 70-102.
6. Савич В.И., Жуланова В.Н. и др. Агроэкологиче-ская оценка почв Тувы. - М.: РГАУ-МСХА, 2012. - 440 с.
7. Седых В.А., Савич В.И. Агроэкологическая оценка почвообразовательных процессов. - М.: РГАУ-МСХА, 2014. - 400 с.
эродированности
Изучаемые параметры Смытые почвы Несмытые почвы Намытые почвы
гумус, %, все почвы 68,2 ± 4,2 100 101,1 ± 9,7
%, все почвы 75,6 ± 4,9 100 119,5 ± 10,6
РВАЛ, %, все почвы 99,2 ± 7,5 100 132,2 ± 12,6
Показатель Несмытые Смытые Намытые
почвы почвы почвы
светло-коричневые почвы
гумус, % 3,0 2,0 1,8
N. % 2,6 1,5 1,7
С : N 1,1 1,3 1,1
темные сероземы
гумус, % 5,0 4,5 2,4
N % 2,9 3,1 1,6
С : N 1,5 1,4 1,5
Таджикистана разной степени эродированности
Показатель Несмытые почвы Смытые почвы Намытые почвы
С : N 8,20 ± 0,50 7,40 ± 0,20 7,20 ± 0,30
N : Р 0-20 см 0,98 ± 0,37 0,73 ± 0,27 0,72 ± 0,10
20-50 см 0,58 ± 0,16 0,59 ± 0,10 0,53 ± 0,05
