CC BY
35
Выводы. Сравнительный анализ почвенно-эколо- также мелиорационные работы по снижению иссу-
гической оценки показал, что территории, находя- шения или подтопления сельскохозяйственных зе-
щиеся вдоль фасов отвалов, обладают наименьшим мель, их очистку от крупного обломочного материа-
почвенно-экологическим индексом, что связано с ин- ла, противоэрозионные меры, внесение удобрений
тенсивностью проявления антропогенного воздей- и подсев многолетних трав. Отсутствие мер направ-
ствия. При удалении от техногенного объекта вели- ленных на стабилизацию территорий, находящихся
чина негативного воздействия и степень трансфор- в неустойчивом равновесии на фоне нарастающе-
мации свойств почвенного покрова снижаются и но- го экологического кризиса, со временем приведет
сят локальный характер. Для уменьшения негатив- к еще большему нарушению экосистем таких ланд-
ного воздействия, необходимо проведение рекуль- шафтов и потребует серьезных финансовых вложе-
тивационных мероприятий, как на самих техноген- ний для стабилизации их состояния. Поэтому такие
ных ландшафтах, так и на прилегающих к ним есте- территории рекомендуется использовать в качестве
ственных территориях в краткосрочный период. Эти сенокосов и пастбищ с регулированием стравлива-
мероприятия включают в себя создание стабильно- ния сельскохозяйственным животным, либо выво-
го растительного покрова на поверхности отвалов, а дить в длительную залежь.
Литература.
1. Assink J.W. Contaminated soil. - Dordrect, 1986, - 923 p.
2. d'Irti F.M., Wolfson L.G. Rural groundwater contamination. - Chebsea, 1987, - 416p.
3. Каск Р.П. Агропочвоведческая характеристика и оценка (бонитировка) сельскохозяйственных угодий Эстонской ССР// Авторефератдокт. дис. - М., 1973. - 44с.
4. Тюменцев Н.Ф. Сущность бонитировки почв на генетико-производственной основе. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1975. - 140с.
5. Щербинин В.И. Принципы бонитировки почв Западной Сибири. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1985. - 117с.
6. Шишов Л.Л., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ефремов В.В. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв. - М.: ВО «Агропромиздат», - 1991. - 307с.
7. Беланов И.П. Аккумуляция эоловой пыли на поверхности снежного покрова в результате техногенеза // Труды Vмежду-народной конференции «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы». Пущи-но, 2009. - С. 251-252.
8. Беланов И.П. Влияние техногенных ландшафтов на температурный режим почв прилегающих естественных территорий // Сборник материалов IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био-, гео-, ан-тропосферных взаимодействий в почве и почвенном покрове». Томск, 2010. - С. 19-22.
SOIL-ENVIRONMENTAL ASSESSMENT PRONE AREAS OF ANTHROPOGENIC NFLUENCES AND FUTURE PROSPECTS OF AGRICULTURAL USE
I.P. Belanov
Summary. induct of soil-ecological assessment of areas prone to human impacts from the dumps of overburden and surrounding rocks. Shows the grading scale soil-ecological index for agricultural land, used as hayfields and pastures located in forest-steppe and steppe zones of Western Siberia. The basic reasons for the decline of soil fertility natural areas dedicated to industrial landscapes, proposed measures to reduce and prevent negative consequences from the perspective of agricultural use.
Key words: Soil-environmental assessment, soil-environmental index, ecogenesis, tehnogenic landscapes.
УДК504.54:63.631.445.4 (470.44)
КОНТУРНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
И.Ф. МЕДВЕДЕВ, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник
Д.И. ГУБAРЕВ, кандидат сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник НИИСХ Юго-Востока A.A. ВAЙГAНТ, директор ООО «Фотограмметрия и ГИС»
E-mail: [email protected]
Резюме. В статье приводятся закономерности формирования на уровне ЭПС и ЭПА контурной структуры
основных элементов плодородия почвы пашни Саратовской области и коэффициенты контурной вариации. Выявлена географическая закономерность количественного изменения гумусовых контуров в пределах ЭПС. В среднем, по элементарным почвенным ареалам черноземной зоны наиболее высокий коэффициент пространственной вариации выявлен для подвижного фосфора - 54,0 % и нитратного азота - 50,9 %, минимальный для реакции среды (рН) - 8,3 %. Коэффициенты вариации для гумуса и калия занимают промежуточное положение и составляют соответственно 23,8 и 27,0 %. Площадь наибольшего количества контуров по таким
элементам плодородия почвы, как содержание гумуса, нитратного азота, подвижного фосфора и кислотность (рН) не превышает 10 га. Их доля в общей контурной системе составляет44...63 %. Только по подвижному калию доминируют контуры с площадью 10.50 га (35,5 %) и >100 га (35,5 %).
Специфика почвенного покрова черноземной степи Саратовской области в полной мере отражает неоднородность ее климата и ландшафтное разнообразие. Высокий уровень распаханости и сложное геоморфологическое строение территории, активность процессов эрозии, некомпенсированные системы земледелия усиливают экологическую напряженность почвенно-растительных систем [4].
Учитывая, что сегодня более 60 % территории черноземной степной зоны Саратовской области перешли в категорию малопродуктивных, отличающихся большой пестротой плодородия почвы, возникает проблема адаптации к различным экологическим условиям, прежде всего зерновых культур, которые занимают более 70 % всех посевных площадей этой зоны.
В таких условиях усиливается роль оперативной почвенно-агрохимической диагностики, основанной на применении компьютерных технологий, которая при интенсивном использовании почвенных ресурсов дает возможность отразжать контурную дифференциацию плодородия на любом уровне и проводить более глубокую адаптацию сельскохозяйственных культур к природным условиям [2, 3, 4, 6].
Цель наших исследований - выявить уровень дифференциации основных элементов плодородия и реакцию на них сельскохозяйственных культур в рамках элементарной почвенной структуры (ЭПС) и элементарных почвенных ареалов(ЭПА) черноземной зоны на основе использования современных компьютерных технологий
Условия, материалы и методы. В рамках существующего локального почвенного мониторинга исследования проводили на 5 элементарных почвенных ареалах (локальные блоки) черноземной степи Саратовской области (см. рисунок).
Для исследований были взяты три почвенных ареала на черноземах обыкновенных, сформированных в различных экологических условиях на Окско-Донской равнине (полигон №10, Самойловский «Конезавод») и на Приволжской возвышенности (полигон №2, ГУОПП «Елизаветинское» Аткарского района; полигон №4, ООО «Лидер» Хвалынского района). Кроме того, в пределах Приволжской возвышенности изучали ареал чернозема выщелоченного (полигон №3 «ИП Спиридонов» Базарно-Карабулакского района) и ареал чернозема южного (полигон №5, «Экспериментальное хозяйство» ГНУ НИИСХ Юго-востока).
Площадь каждого из полигонов 1000 га, почвенный покров представлен черноземами среднегумус-ными среднемощными тяжелого гранулометрического состава (содержание физической глины >55 %), крутизна склонов не более 1°.
Содержание гумуса определяли по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО по ГОСТ 26213-84, нитратного азота (N-NO3) - потенциометрическим методом на иономере; нитрификационную способность - по методу Кравкова, подвижный фосфор и калий - в 1 %-ной углеаммонийной вытяжке по Мачигину по ГОСТ 26205-91.
Почвенно-агрохимическое тестирование проводили с помощью ГИС-технологии с применением компьютерных программ AutoCad, ArcView и Surfer.
Результаты и обсуждение. Элементарная почвенная структура (ЭПС) черноземной зоны Саратовской области представлена двумя крупными орографическими единицами. В центральной её части находится Приволжская возвышенность, а западная - входит в состав Окско-Донской равнины. В свою очередь орографические единицы отличаются большой пестротой геоморфологических, литологических и экологических условий, что нашло отражение при размещении локальных блоков мониторинга и элементарных почвенных ареалов (ЭПА).
В рамках черноземной зоны ЭПА приурочены к типичным преобладающим почвенным условиям в Саратовской области. Их различия между собой определяются, прежде всего, характером и интразональ-ностью экологических условий почвообразовательных процессов.
Полигон № 41
I Полигон № 2|
№
КШЙИОЙСШЙ’ ' Г
' АфгадаюиМ!
бапаногмй _
-I-
Полигон № б]
Полигон № 11
Полигон №Т|
[Полигон № 81
Рисунок. Схема размещения локальных блоков почвенного мониторинга Саратовской области. Достижения науки и техники АПК, №02-2011 ---------------------------------------
При детальном исследовании тестовых полигонов, размещенных по локальным блокам (ареалам) в поле зрения находятся два нижних уровня варьирования почвенных свойств: между ЭПА, то есть в пределах элементарной почвенной структуры, и внутри ЭПА, то есть уровень почвенного индивидуума (контур).
Каждый почвенный контур на поле характеризуется свойственным только ему плодородием и своеобразием агрохимических характеристик, мало связанных с другими внутрипольными контурами. Характер распределения агрохимических показателей не совпадает, поскольку они формируются под влиянием различных, в том числе генетически обусловленных, факторов [2, 6]. Вместе с тем, пространственное распределение каждого исследуемого показателя отличается в целом сравнительно плавным переходом от одного контура к другому. Это позволяет применять ГИС-технологии для преобразования данных, получаемых при точечном отборе почвенных проб, в пространственное (двух-
мерное) распределение контролируемых показателей. Отраженные на электронных и бумажных носителях они дают возможность определять наиболее активные зоны проявления эрозионных процессов, пестроту почвенного плодородия и на этой основе разрабатывать, прежде всего, дифференцированные системы удобрений, что позволяет в максимальной степени увеличивать эффективность применения средств химизации с учетом экологического состояния почвенно-растительной системы [1, 4, 5, 6].
Интенсивное хозяйственное использование почвенного покрова в условиях геоморфологического разнообразия и высокой активности различных процессов эрозии коренным образом изменяет плодородие и особенно его дифференциацию, как на уровне элементарных почвенных ареалов, так и в целом по элементарной почвенной структуре.
Анализ гумусовых контуров, определенных в результате сплошного почвенно-агрохимического обследования пашни, показал, что внутри ЭПС численное преимущество имеют контуры с площадью до 10 га. Их доля составляет более 67 %, а контуры с площадью более 100 га - занимают всего лишь 2,4 % от общей суммы (табл. 1).
Мелкоконтурность на пашне формируется, прежде всего, под влиянием эрозионных процессов и пестроты материнских пород. Контуры с площадью до 10 га в условиях черноземной степи,как правило, размещаются на склонах в пределах мелких ландшафтных единиц на уровне
фации. Чем меньше площадь гумусового контура, тем активнее в нем проявляются различные эрозионные процессы, особенно связанные с водноветровыми потоками и неправильным применением технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Поэтому средневзвешенное содержание гумуса в контурной системе от 1 до 50 га на 0,4...0,8 % ниже, чем в системе контуров площадью >50 га. Кроме того, мелкие по площади контуры характеризуются более высоким коэффициентом вариабельности содержания гумуса. При площади <10 га он был почти в 2 раза выше, чем при величине этого показателя >100 га.
Определенное влияние на структуру почвенных гумусовых контуров внутри ЭПС оказали различия экологических условий основных ландшафтных орографических единиц. Степень расчлененности территории Окско-Донской равнины ниже, чем на Приволжской возвышенности, в среднем на 31 %, а степень пораженности пахотных почв водной эрозией - на 61 %. Поэтому на Приволжской возвышенности доля самых малых по площади гумусовых контуров на 33,9 % выше, чем на Окско-Донской равнине.
В целом по численности в контурной системе ЭПС и ЭПА наибольшее количество, независимо от элемента плодородия, занимают контуры с площадью <10 га. Их доля в общей контурной системе составила по содержанию гумуса 55 %, нитратному азоту - 63 %, подвижному фосфору - 63 %, рН - 44 %, и только по подвижному калию доминирующими оказались контуры с площадью 10...50 га и >100 га (оба по 35,5 %).
Для условий Правобережья количество гумусных контуров на пашне увеличивается с запада на восток и с юга на север, что обусловлено геоморфологическими особенностями и количеством выпадающих атмосферных осадков.
В рамках ЭПА наиболее сильная пестрота плодородия отмечена на черноземе выщелоченном (полигон №3), обыкновенном, сформированном на коренных породах (полигон №4) и южном (полигон №5). Пашня этих ареалов отличается более выраженным рельефом и высоким уровнем вертикальной и плоскостной эрозии, чем почвенный ареал на Окско-Донской равнине. В среднем по трем перечисленным ареалам коэффициент вариации гумуса в контурах был на 8 % выше, чем в контурах на Окско-Донской равнине (табл.2).
Природные условия и хозяйственная деятельность человека в большей мере влияют на элементы эффективного плодородия (содержание нитратного азота,
Таблица 2. Коэффициент вариации содержания гумуса в контурах различ-
ной площади по элементарным почвенным ареалам (ЭПА)
Полигон Коэффициент пространственной вариации гумуса в различных по площади контурах,%
<10 га 10...50 га 50...100 га >100 га В среднем
№10 18,6 18,9 12,4 10,8 17,6
№2 26,5 7,9 0 15,5 24,7
№3 26,5 28,4 0 0 22,8
№4 24,3 17,6 0 0 26,9
№5 28,5 17,9 0 0 27,1
В среднем 24,9 18,1 2,5 5,3 23,8
Таблица 1. Среднее число гумусных контуров на обследованной пашне и их
пространственная вариация в пределах элементарной почвенной структуры (ЭПС)
Площадь контура, га Число контуров на ЭПСпашни Доля контура % Средневзвешенное содержание гумуса, % Коэффициент вариабельности гумусовых контуров, %
1...10 800 67,6 5,0 31,5
10...50 300 25,3 5,2 25,0
50.100 56 4,7 5,8 15,9
>100 28 2,4 5,6 16,8
Всего 1184 29,0
доступного фосфора, обменного калия), чем на гумус и реакцию почвенной среды. Внесение удобрений, посев многолетних и однолетних трав, систематическая обработка почвы более заметно изменяют динамику элементов эффективного плодородия в почве.
В среднем по элементарным почвенным ареалам черноземной зоны, наиболее высокий коэффициент пространственной вариации выявлен для подвижного фосфора - 54,0 % и нитратного азота - 50,9 %, а наименьший - для реакции среды (рН) - 8,3 %, для гумуса и калия они занимали промежуточное положение и составляли соответственно 23,8.27,0 %.
В среднем по ЭПС статистическая обработка данных по урожайности озимой пшеницы, полученных на различных по уровню гумусированности контурах, не выявила устойчивой связи между величинами этих показателей (г=0,2). По-видимому, пестрота плодородия, различия по биоклиматическому потенциалу и неравномерное во времени и пространстве выпадение атмосферных осадков привело к выравниваю урожайности в ЭПС.
В почве исследуемых полигонов увеличение содержания гумуса с 4 до 5 % приводило к росту продуктивности озимой пшеницы на 5,6 ц/га (табл. 3).
Таблица 3. Взаимосвязь гумуса и показателей эффективного плодородия почвы с урожайностью озимой пшеницы в рамках одного поля
Содержание гумуса, % Урожайность, ц/га Нитрификаци-онная способность, мг/кг Доступный фосфор, мг/ кг Обменный калий, мг/кг рН
4,0 22,5 6,9 16,2 270 5,8
5,0 28,1 10,8 21 390 6,1
6,0 29,0 13,1 20,2 460 6,1
7,0 33,6 11,2 18,8 360 5,6
Среднее 5,5 28,3 10,5 19,05 370 5,9
Ккорр. урожайности с 0,6 0,2 0,6 -0,1
Ккорр. гумуса с 0,9 0,8 0,4 0,8 0
Дальнейшее повышение уровня гумусированности с 5 до 6 % обеспечило прибавку в 0,9 ц/га, а разница в урожайности при содержании гумуса 7 %, по отношению к 4 %, составила 11,1 ц/га.
Коэффициент корреляции сбора зерна с содержанием в почве гумуса был равен 0,9. Средний уровень связи урожайности отмечен с нитратным азо-
том и обменным калием, умеренный и низкий - с доступным фосфором и реакцией среды. Уменьшение корреляции с элементами эффективного плодородия, по-видимому, следует увязать с более активной их реакцией на складывающиеся погодные условия в рамках тестовых полигонов.
Увеличение в почве гумуса приводит кулучшению качественных показателей зерна озимой пшеницы. Средний уровень связи отмечен между содержанием гумуса и физическими свойствами зерна. Коэффициент корреляции гумуса с массой 1000 семян составил 0,47, а с натурной массой - 0,44.
Выводы. По численности в контурной системе ЭПС и ЭПА черноземной степени Саратовской области по большинству элементов плодородия чаще всего встречаются контуры с площадью <10 га. Их доля по содержанию гумуса составляет 55 %, нитратного азота - 63 %, подвижного фосфора - 63 %, рН - 44 % и только по подвижному калию доминируют контуры площадью 10.50 га (35,5 %) и >100 га (35,5 %).
Для элементарной почвенной системы (ЭПС) черноземной зоны не установлено устойчивой связи продуктивности озимой пшеницы с содержанием в почве гумуса (г=0,2).
В рамках тестового полигона, размещенного на элементарном почвенном ареале, коэффициент корреляции урожайности озимой пшеницы с содержанием в почве гумуса составил 0,9. Средний уровень связи сбора зерна отмечен с нитратным азотом и обменным калием, умеренный и низкий - с доступным фосфором и реакцией среды.
Полученная на основе применения ГИС-техно-логий контурная пространственная дифференциация плодородия черноземных почв и реакция сельскохозяйственных культур на уровень элементов плодородия в контурах послужит основанием для разработки новых экологически обоснованных агроландшафтов.
Литература.
1. Афанасьев Р.А. Учет внутрипольной гетерогенности почвы и посевов при дифференцированном применении удобрений // Интенсификация, ресурсосбережение и охрана почв в адаптивно-ландшафтных системах земледелия: сб. докладов Международной научно-практической конференции ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 10-12 сентября 2008 г., Курск. 2008. - С. 304-320.
2. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России (теория и практика). - М.: ООО «Издательство Агро-рус», 2004 - 1109с.
3. Павлова А.И., Каличкин В.К. Геоинформационное картографирование неоднородности почвенного покрова.//Достиже-ния науки и техники АПК. - 2010. - №10. - С. 55-57
4. Сычев В.Г., Афанасьев Р.А Агрохимические факторы координатного земледелия . - Плодородие . - №6 (25) . - 2005. -С.29-32.
5. Формирование системы точного земледелия в республике Татарстан/ Р.И. Сафин, А.Р. Валиев, Р.В. Миникаев, Б.Г. Зи-ганшин, Н.И. Семушкин, Р.З. Набиуллин, Р.М. Низамов//Вестник Казанского ГАУ. - 2010. - Т. 16. - № 2. - С.153-156
6. Якушев В.П. На пути к точному земледелию. - Сиб Изд. ПИЯФ РАН, 2002. - 458 С.
CONTOUR DIFFERENTIATION OF CHERNOZEMS SOIL FERTILITY OF THE RIGHT BANK OF SARATOV REGION
I.F. Medvedev, D.I. Gubarev, A.A. Vajgant
Summary. In article laws of formation at levels (ESS) and (ESA) planimetric structure of basic elements of fertility of soil of an arable land of the Saratov area, factors of a planimetric variation are resulted. Connection of efficiency and quality of a winter wheat is established with levels of the maintenance of elements of fertility of soil. Geographical law of quantitative change humus contours within (ESS) is revealed. On the average, on elementary soil areas chernozem zones the highest factor of a spatial variation is revealed for mobile phosphorus - 54,0 % and nitrate nitrogen - 50,9 %, minimum for (рН) -8,3 %. Factors of a variation for humus and potassium occupy intermediate position and make accordingly 23,8-27,0 %. Key words: fertilization, humus, soil structure, soil area, chernozem, phosphorus, potassium, acidity.
