CC BY
0
ПЛОДОРОДИЕ
doi: 10.24412/0044-3913-2025-1-10-15 УДК 631.41:631.445.4(470.323)
Роль природных и агротехнических факторов в длительной динамике агрохимических свойств чернозёмных почв лесостепи ЦЧР
О. Г. ЧУЯН, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: agrochemgis@ mail.ru)
Л. Н. КАРАУЛОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник О. А. МИТРОХИНА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск, 305021, Российская Федерация
Исследование проводили с целью установления влияния рельефа, климатических и агротехнических факторов на изменение содержания гумуса и физико-химических свойств черноземов лесостепи ЦЧР. Использовали данные полевого опыта по физическому моделированию систем земледелия с 1984 по 2023 гг. в условиях зерно-паропропашного севооборота. Мор-фометрические параметры рельефа обусловливали 44 % объясненной дисперсии содержания гумуса и 76 % рН. На эродированных склонах северной и южной экспозиции в слое 0...20 см количество гумуса на 0,31 и 0,65 % меньше, чем на водораздельном плато. На склоне северной экспозиции pHKCI ниже на 0,31 ед., а южной экспозиции -выше на 1,46 ед., в сравнении с водораздельным плато. На содержание гумуса основное влияние оказывала крутизна склонов - на каждый 1° снижение составило 0,09 %. Различия в кислотности почвы обусловлены в большей щ мере гидротермическими условиями, q связанными с экспозицией склонов: ^ повышение теплообеспеченности ме-^ стоположения на 10 % соответствовало Z росту pHKCI на 1,9 ед. Существенный ие вклад в изменения свойств почвы вно-^ сила динамика климатических условий, Ч рассчитываемая по гидрологическим ле периодам. Рост суммы активных тем-2 ператур за май-сентябрь на 100 °C П приводил к уменьшению содержания гу-
муса на 0,09 %, а средней температуры холодного гидрологического полугодия (октябрь-март) на 1 °С - на 0,06 %. Повышение суммы осадков за апрель-март на 100 мм способствовало уменьшению количества гумуса на 0,09 %. Под сельскохозяйственными культурами рНКС1 и содержание гумуса уменьшались в следующем ряду: озимая пшеница > ячмень > пропашная культура > чистый пар. Подкисление фиксировали в почве водораздельного плато и склона северной экспозиции. Из климатических параметров основное влияние оказывала температура холодного полугодия, ее рост на 1 С сопровождался понижением рНКС1 на 0,04...0,05 ед. Минеральные удобрения подкисляли почву на 0,04.0,14 ед. в расчете на 100 кгд.в. NPK/га.
Ключевые слова: содержание гумуса; физико-химические свойства; рельеф; гидротермические условия; минеральные удобрения, сельскохозяйственные культуры.
Для цитирования: Чуян О. Г., Кара-улова Л. Н., Митрохина О. А. Роль природных и агротехнических факторов в длительной динамике агрохимических свойств чернозёмных почв лесостепи ЦЧР// Земледелие. 2025. № 1. С.10-15. бок 10.24412/0044-3913-2025-1-10-15.
Количественная характеристика роли природных факторов в формировании и динамике параметров плодородия имеет важное значение для прогнозов их изменений, рационального использования самих почвенных ресурсов. В оценке динамики содержания гумуса в условиях полевых опытов установлено весомое влияние основных элементов системы земледелия и, особенно, типа севооборота [1]. Повышение в структуре посевных площадей доли пропашных культур и чистого пара при ограниченном внесении органических удобрений может приводить к существенному уменьшению запасов гумуса в почве. На-
учно обоснованные севообороты с многолетними бобовыми травами позволяют поддерживать бездефицитный баланс органического вещества почвы без внесения удобрений или при их невысоком применении благодаря поступлению в почву пожнивных остатков с большим содержанием азота [2].
Для Центрального Черноземья характерна высокая доля кислых почв, особенно в Курской (71,0 %), Тамбовской (77,3 %) и Липецкой (77,9 %) областях. Отмечено, что в текущем веке процесс подкисления усилился, особенно пахотных почв лесостепной зоны [3]. При интенсивном сельскохозяйственном использовании пахотные почвы лесостепной зоны Центрально-Черноземного района подвержены декальцинированию. Этот процесс запускает механизм деградации, вследствие чего происходит подкисление почвенного раствора, потери органического вещества, ухудшение агрофизических параметров и снижение эффективности удобрений [4]. Значимую роль в подкислении почвы играют минеральные удобрения [5, 6].
В исследованиях почвы, как правило, основное внимание уделяют количественным изменениям её свойств по результатам антропогенного воздействия [7, 8]. В то же время влияние рельефа, а также гидротермических условий на гумус-ное состояние почвы может быть существенным. Например, согласно результатам большинства исследований южные склоны менее обеспечены органическим веществом, чем склоны северных направлений. Это связано с преимущественным развитием на инсолируемых склонах эрозионных процессов, кроме того, для южных склонов характерна более интенсивная минерализация гумуса [9].
В последние годы учёные наблюдают значимые тренды изменения климатических условий [10, 11], которые способны воздействовать на параметры почвенного плодородия [12]. Так, под влиянием климата изменяются тепловой и водный режим почв. Повышение температуры способствует большему испарению, а, следовательно, снижению влажности почвы и ускорению разложения органических веществ. В связи с этим происходит изменение баланса питательных веществ, снижется ее плодородие [13].
Необходима комплексная оценка изменений параметров плодородия почв под влиянием агротехнических факторов в зависимости от рельефа и климатических условий.
Цель исследований - установить влияние рельефа, климатических и агротехнических факторов на изменение содержания гумуса и параметров физико-химических свойств черноземов ЦЧР для прогноза динамики плодородия почв в условиях изменяющегося климата.
Исследования выполняли с использованием системного анализа результатов многофакторного полевого опыт по физическому моделированию систем земледелия (номер опыта по реестру Рос-сельхозакадемии 075) за период с 1984 по 2023 гг. Опыт расположен на склонах северной экспозиции (СЭ), водораздельном плато (ВП) и склоне южной экспозиции (ЮЭ). Склон северо-северо-западной экспозиции крутизной 4,7о и юго-юго-восточной - 5,5о. Площадь делянок на водораздельном плато и склоне южной экспозиции 100 м2, а на склоне северной экспозиции - 280 м2,- по-вторность двухкратная, размещение делянок рендомизированное.
Объектами исследований служили: чернозем типичный мало-гумусный среднемощный, залегающий на приводораздельной части; чернозем выщелоченный малогумусный маломощный сла-босмытый - на склоне северной экспозиции; чернозем типичный малогумусный среднемощный сла-босмытый - на склоне южной экспозиции. По гранулометрическому составу исследуемые почвы тяжелосуглинистые. Работу осуществляли в зернопаропропашном севообороте: чистый пар - озимая пшеница - пропашная культура - яровой ячмень. Основная обработка почвы -вспашка. Первые 4 ротации в качестве пропашной культуры выращивали сахарную свеклу, затем кукурузу на зеленый корм. Минеральные удобрения вносили на трех уровнях: без удобрений; одинарная доза -М140Р150К160 за ротацию севооборота;
1. Варьирование гидротермических условий периода исследований
(1984-2023 гг.)
-280' 300-320 0ДИНар-
Параметр х Min Max Sd. V, %
Учетный период в годы, предшествующие отбору проб
Сумма активных температур (май-сентябрь), °С 2695 2317 3193 172 6,4
Сумма осадков (май-сентябрь), мм 326 202 522 67 20,4
ГТК (май-сентябрь) 1,22 0,63 1,93 0,28 23,3
Учетный период предшествующего и текущего года
Температура воздуха (октябрь-март), °С -1,23 -4,90 2,52 1,57 127,7
Сумма осадков (октябрь-март), мм 280 191 435 65 23,2
Годовая сумма осадков (апрель-март), мм 615 448 825 101 16,4
Учетный период года отбора почвенных проб
Сумма активных температур (май-июль), °С 1661 1420 1993 133 8,0
Сумма осадков (май-июль), мм 204 86 306 63 30,7
тябрь - март), °С; осадки за период (октябрь - март), мм; осадки текущего года (май - июль), гидротермический коэффициент.
Оценка влияния рельефа в регрессионных уравнениях проведена на основе учета крутизны склонов, а также коэффициентов относительной теплообеспеченности местоположений в зависимости от направлений склонов [14]. Анализ влияния сельскохозяйственных культур севооборота на содержание гумуса учитывал соответствующие им коэффициенты эрозионной опасности (Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия / под ред. А. Н. Каштанова, А. П. Щербакова, Г. Н. Черкасова. Курск: Чудо, 2001. 258 с.), а для физико-химическихсвойств использованы относительные коэффициенты потерь оснований почвы [15].
Экспериментальные данные обрабатывали с помощью программ статистической обработки Microsoft Excel, STATGRAPHICS, STATISTIKA. Применяли алгоритм пошагового регрессионного анализа для получения уравнений регрессии со значимыми коэффициентами (р < 0,05).
Гидротермическиеусловия в годы проведения полевого опыта суще-
ственно различались. Среднегодовая температура воздуха за период исследований с 1984 по 2023 гг. варьировала от 3,4 до 9,0 °С, а осадки за год - от 448 до 825 мм (табл. 1). Гидротермический коэффициент периода май-сентябрь составил 1,22 при изменении в пределах 0,63...1,93. Отмечали значимые тренды роста температур: за каждые 10 лет среднегодовая температура воздуха прирастала на 0,78 °С, а температура холодного периода на 0,93 °С. При этом, и максимальное варьирование по годам характерно для температуры холодного периода, и изменения во времени даже несколько превышали среднегодовой тренд.
Выявлено, что уровни параметров физико-химических свойств чернозема типичного распределены в агроландшафте нелинейно при повышении теплообеспеченности местоположений по элементам рельефа. Для слабоэродированных почв склонов в контрольных (без удобрений) вариантах характерно более низкое содержание гумуса, по сравнению с водораздельным плато: на склоне северной экспозиции - на 0,31 %, а южной экспозиции - на 0,65 % (табл. 2). Это обусловлено как гидротермическими условиями, так и проявлением эрозионных процессов.
двойная доза - N280P300K3: ные дозы по культурам составляли: озимая пшеница - N20P40K40, пропашная культура - N90P80K90, яровой ячмень - N30P30K30.
Почвенные свойства оценивали: гумус - по Тюрину (ГОСТ 26213-91); подвижные фосфор и калий - по Чи-рикову (ГОСТ 26204-91); pH - в 1,0 н KCl вытяжке (ГОСТ 26483-85); гидролитическая кислотность (Нг) - по Каппену (ГОСТ 26212-84); обменно-поглощенные основания Са2+ и Mg2+ - комплексонометриче-ским методом (ГОСТ 26487-85).
Для рассматриваемого объекта учитывали следующие гидротермические параметры: сумма активных температур (более 10 °C) предшествующего года (май - сентябрь); сумма осадков за год (апрель - март), мм; температура воздуха за период (ок-
2. Различия содержания гумуса и физико-химических свойств черноземных почв (0.. .20 см) в вариантах опыта (в среднем за 1984-2023 гг.)
Элемент релье- Удобрения Гумус, рНкс|, Нг, ммоль/100 г Са2+ + Mg2+,
фа (фактор А) (фактор В) % ед. почвы ммоль/100 г почвы
СЭ без удобрений (контроль) 5,13 5,39 4,42 26,58
N Р К 35 37,5 40 N Р К 70 75 80 без удобрений (контроль) 5,27 5,22 5,40 5,31 4,37 4,91 27,91 26,44
ВП 5,44 5,70 3,88 27,74
N Р К 35 37,5 40 N Р К 70 75 80 без удобрений (контроль) 5,43 5,56 4,08 27,88
5,47 5,42 4,89 27,62
ЮЭ 4,79 7,16 0,73 29,56
N Р К 35 37,5 40 N Р К 70 75 80 СЭ 4,85 4,81 7,25 7,22 0,66 0,65 30,02 29,78
Среднее 5,21 5,37 4,57 26,98
по фактору А ВП 5,45 5,56 4,28 27,75
ЮЭ 4,82 7,21 0,68 29,79
Среднее без удобрений 5,12 6,08 3,01 27,96
по фактору В (контроль)
N Р К 35 37,5 40 N Р К 70 75 80 5,18 5,17 6,07 5,98 3,04 3,48 28,60 27,95
НСР05 фактор А, В НСР05 частных сре 0,09 0,20 0,65 0,89
дних 0,16 0,34 1,13 1,54
СО (D 3 ü
(D
д
(D
5
(D
М О м сл
Рис. 1. Изменения содержания гумуса в почве в зависимости от (а) суммы осадков (апрель-март) и (б) средней температуры холодного периода (октябрь - март):
Ш-СЭ;Ш-ВП;Ш-ЮЭ.
Физико-химические свойства почв наибольшие различия проявляют на полярных склонах южной и северной экспозиций. По сравнению с плакором, в варианте без удобрений на склоне северной экспозиции величина рНКС| ниже на 0,31 ед., южной экспозиции - выше на 1,46 ед.
Рис. 2. Изменения содержания гумуса в почве в зависимости от гидротермического коэффициента:Ш - склон северной экспозиции; Я - водораздельное плато;
Ш-склон южной экспозиции.
Гидролитическая кислотность почвы на склоне северной экспозиции выше, чем на южной экспозиции, на 3,69 ммоль/100 г почвы, а сумма обменно-поглощенных оснований (Са2+ + Мд2+) на южной экспозиции
больше на 2,98 ммоль /100 г относительно северной.
Подкисление почвы вследствие применения минеральных удобрений с насыщением 112 и 225 кг действующего вещества ЫРК на га не проявилось на почве южного склона. По сравнению с контрольным вариантом, достоверным отмечено влияние двойной дозы на водораздельном плато: -0,28 ед. рНКС| и +1,01 ммоль /100 г Нг. Внесение минеральных удобрений существенно повышало содержание гумуса в почве варианта с одинарной дозой на склоне северной экспозиции - на 0,14 %.
За весь период наблюдений в пахотном слое почв на разных элементах рельефа происходили изменения всех изучаемых параметров свойств, что характеризовалось наличием временного тренда. В порядке возрастания среднегодовое снижение содержания гумуса в почве соответствовало следующему ряду: склон южной экспозиции (-0,017 % за 1 год, г = 0,68) < северный склон (-0,024 %, г = 0,76) < водораздельное плато (-0,031 %, г = 0,87). Подкисление почв происходило на склоне северной экспозиции (-0,009 ед. рН в год, г = 0,55) и водораздельном плато (-0,020 ед. рН, г = 0,81). Ги-
дролитическая кислотность возрастала на склоне северной экспозиции (+0,031 мг-экв./100 г в год, г=0,52) и водораздельном плато (+0,034 мг-экв./100 г, г=0,72). Сумма обменных оснований имела тенденцию к снижению во всех элементах рельефа, что было связано с сокращением содержания гумуса и повышением уровня кислотности почв.
Для выявления причин изменения свойств почв, оценки общей тенденции и направленности влияния исследуемых факторов проведена группировка агрохимических параметров по гидротермическим условиям. Установлено, что изменения величин физико-химических свойств почв во времени и варьирование их по отдельным годам в значительной мере обусловлены динамикой и различиями гидротермических условий гидрологического периода. Значительное влияние оказывали условия зимнего полугодия - с 1 октября по 31 марта (см. табл. 1).
Выявлено, что одностороннее повышение температурного режима или количества осадков приводило к снижению содержания гумуса. Наибольшее его содержание зафиксировано при сумме осадков (апрель-март) в интервале 560...700 мм во всех элементах рельефа: 5,39±0,39 % на северной экспозиции, 5,56±0,33 % - на водораздельном плато и 4,96±0,23 % - на склоне южной экспозиции (рис. 1а). При осадках менее 560 мм количество гумуса уменьшалось на склоне северной экспозиции на 0,24±0,09 % (^ 2,61 > ^2,01) и склоне южной экспозиции -
на 0,21±0,07 % (Г 2,89 > и2,01). Мак' ' * ф ' 05 ' '
симальное в опыте снижение зафиксировано при выпадении более чем 700 мм осадков: 0,43±0,08 % (^ 5,18 > 2,03) - на северном склоне, 0,43± 0,07 % аф 6,03 > 2,03) - на водораздельном/1 плато и 0,28±0,05 % (!ф 5,29 > 2,03) - на южном склоне.
рН_СЭ Меап = 5,2756-0.0863** рН ВП Мнд г 5,4879-0.037'* рН_ЮЭ Меап * 7,2015-0,0081 'X
-3,7 -2,4 -1,2 0,0 1,3 2,5
ТХ, град С 1 Рн_юэ
а)
Нг_СЭ Меап = 4,8155-0.262'к Нг_ВП Меап = 4,ЭЭ65+0.1014Ч Нг_ЮЭ Мевп = 0,6954+0,0207'*
-4,9 -3,7 -2,4 -1,2 0,0 1,3 2,5
б)
ТХ, град, С
»Нг СЭ
Ц Нг ВЛ Ж Нг_ЮЭ
Рис. 3. Влияние температуры холодного периода на изменения кислотности почврН (а) и Нг (б): Х- склон северной экспозиции;^.- водораздельное плато; А-склон южной экспозиции.
6,0 5,6 5,6 ^ 5,4 ¿5,2 & 5,0 4,8 4,6 4A
I *
1 "ч 1 * t
т 1 1 ........ i I ... т Т
I " ----- 1 1
Пшеница оз. Пар
Ячмень Пропашная * ¡-у^с вп
Культура * гумус„юэ
7,4 7,2 7,0 6,8 6,6
0 6,4
1 6,2 а6,0
5,8 5,6 5,4 5,2 5,0
t г
Л L
Т Т 7
X
Пшеница оз. Пар
Ячмень Пропашная
Культура
б)
рН_СЭ
рн_вп
рН_ЮЭ
Рис. 4. Влияние произрастающей культуры на изменение содержание гумуса (а) и кислотности почв (б):Щ-склон северной экспозиции; И - водораздельное плато; 0- склон южной экспозиции.
Рост температуры холодного периода также способствовал понижению его содержания (рис. 1б). При температурах холодного периода (октябрь- март) менее -2 °С количество гумуса отмечено выше, чем при положительных (более 0 °С) значениях на северном склоне
на 0,26±0,08 % (Г 3,36 > и 2,01), на во' ' * ф ' 05 ' ''
дораздельном плато - на 0,22±0,09 % (Г 2,46 > и 2,01) и на 0,18±0,06 %
ф 05
(^ 2,75 > ^ 2,01) на склоне южной
ф 05
экспозиции.
При этом относительно гидротермического коэффициента область наибольших величин содержания гумуса приходилась на интервал 1,3...1,6 ГТК. Следовательно, оптимальные условия для развития растений служат таковыми и для накопления органического вещества почвы (рис. 2).
Также к гидротермическому режиму чувствительны физико-химические свойства почвы, поскольку кислотно-основное состояние почв служит прямым следствием складывающегося баланса оснований в зависимости от интенсивности восходящего и нисходящего движения влаги [13]. Это
обусловливает тесную взаимосвязь наблюдаемых изменений кислотности почвы с гидротермическими условиями, местоположением в рельефе. Если на склоне южной экспозиции значимых изменений не зафиксировано, то на склоне северной экспозиции кислотность почвы возрастала с ростом температур холодного периода более чем в 2 раза интенсивнее, чем на водораздельном плато (рис. 3).
Повышение зимних температур уменьшало глубину промерзания почвы, что в условиях склонового рельефа способствовало трансформации элементов стока с преобладанием внутрипочвенного [16]. Данное положение, по-видимому, - основополагающий фактор интенсификации процесса подкисления почв черноземного ряда, происходящего в последние годы [17].
Группировка исследуемых параметров по агротехническим факторам выявила снижение содержания гумуса в ряду: озимая пшеница > ячмень> чистый пар > пропашная культура (рис. 4а). В целом, это соответствовало ожидаемому балансу гумуса с учетом как количества оставляемых
культурами севооборота органических веществ, так и интенсивности минерализации гумуса почвы [18]. По влиянию на кислотностьтакая иерархия была характерна только для почвы северного склона и водораздельного плато (рис. 4б).
Отмечено, что гидротермические условия на склоне северной экспозиции могут усиливать подкисляющее действие чистого пара. Значимое снижение величины рНКС| в почве парового поля, по сравнению с предшествующей культурой ярового ячменя, составило 0,15±0,05 ед. (1ф 3,20 > 105 2,01).
Комплексное влияние рельефа, климатических факторов, сельскохозяйственных культур и минеральных удобрений на содержание гумуса и физико-химические свойства почвы отражено уравнениями множественной регрессии (табл. 3). Установлено, что учтенные факторы характеризуют пространственно-временную динамику содержания гумуса на 67 %, а физико-химических свойств - на 56.94 %. Для содержания гумуса морфометрические параметры рельефа обусловливают
3. Взаимосвязь содержания гумуса и величин физико-химических свойств почвы от исследуемых факторов во всех
элементах рельефа*
Уравнение R F
У= 12,31 - 0,0855 x1 - Гумус, % 0,0364 х2 - 0,0009 х3 - 0,0622 х4 - 0,0009 х6 - 0,3509 х7 0,818 64
pHKCI, ед.
У = -13,58 + 0,1463 x1 + 0,1983 x2 - 0,0002 x3 - 0,0254 x4 - 0,1084 x8 - 0,0496 x9 0,969 528
У = 44,92 - 0,3268 x1 Нг, ммоль/100 г 0,4166 x2 + 0,0911 x4 + 0,0016 x5 + 0,3549 x8 + 0,2068 x9 0,946 291
Са2+ + Mg2+, ммоль/100 г
У = -30,60 + 0,2927 x1 + 0,4067 x2 + 0,0021 x3 - 0,2059 x4 + 0,0045 x6 + 1,56 x10 0,748 39
е
*х1 - крутизна склона (северная экспозиция - 4,7о, водораздельное плато - 0°, южная экспозиция - 5,5°); х2 - теплообеспеченность §
местоположений (северная экспозиция - 95,6 %, водораздельное плато - 100 %, южная экспозиция - 104,3 %); х3 - сумма активных е
температур предшествующего года (май-сентябрь); х4 - температура воздуха за предшествующий период (октябрь-март), С°; х5 - 2 осадки за предшествующий период (октябрь-март), мм; х6 - сумма осадков за год (апрель-март), мм; х7 - сельскохозяйственная
культура для гумуса (1,0 - чистый пар, 0,85 - пропашная культура, 0,75 - ячмень, 0,4 - озимая пшеница); х8 - сельскохозяйственная ^
культура для физико-химических свойств (1,8 - чистый пар, 1,4 - пропашная культура, 1,1 - ячмень, 1,0 - озимая пшеница); х9 - ми- 0
неральные удобрения (без удобрений - 0, одинарная доза - 1,125, двойная - 2,25 ц д.в. ЫРК на 1 га севооборотной площади); х10 - 5 содержание гумуса, %.
4. Относительный вклад климатических и агротехнических факторов в изменение содержания гумуса и кислотности черноземных почв по элементам рельефа, %
РНКС| Гумус
Фактор склон северной экспозиции водораздельное плато склон южной экспозиции среднее склон северной экспозиции водораздельное плато склон южной экспозиции среднее
Сумма активных 0 32 0 11 23 38 34 32
температур (май-сентябрь) Температура воздуха 46 25 0 23 25 21 0 15
(октябрь - март) Осадки 0 0 0 0 17 0 0 6
(октябрь - март) Годовая сумма осадков 0 0 0 0 0 29 0 10
(апрель - март) Осадки 0 0 0 0 0 0 36 12
(май-июль) Всего: климат 46 57 0 33 65 88 70 74
культура 29 0 0 10 35 12 30 26
удобрения 25 43 0 23 0 0 0 0
Всего агротехника 54 43 0 33 35 12 30 26
■л сч о
СЧ
Ф ^
Ф
4
Ш ^
5
Ф
СО
44 % объясненной дисперсии, и, при этом большее значение имеет крутизна склонов - 27 %. Для кислотности почв рельеф имеет ведущее значение - 76 %, из которых 51 % влияния приходится на теплообе-спеченность местоположений. Отметим, что изменение содержания обменно-поглощенных оснований прямо зависело от содержания гумуса, а также положительно влияли сумма активных температур и осадки предшествующего года.
Согласно коэффициентам при членах уравнений (р<0,05), повышению теплообеспеченности склонов на 10 % соответствовало уменьшение содержания гумуса на 0,36 % и увеличение рНКС| на 1,9 ед. при снижении гидролитической кислотности на 0,42 ммоль/100 г. Рост крутизны склонов на 1° сопровождался понижением содержания гумуса на 0,09 %, а величина рНКС| при этом возрастала на 0,15 ед.
Следует отметить, что полученные параметры в целом подтверждают ранее выявленные данные влияния рельефа на других объектах с аналогичными почвами [10].
При детальном анализе по отдельным элементам рельефа установлено, что повышение температур холодного (октябрь-март) гидрологического полугодия на 1 °С соответствовало падению рНКС| на 0,051 и 0,043 ед. на северном склоне и водораздельном плато. Минеральные удобрения способствовали повышению кислотности почвы, что составило -0,04 и -0,14 ед. рНКС| для почвы северного склона и водораздельного плато в расчете на 100 кг д.в. ЫРК на га. Для южного склона изменения кислотности не достоверны. Величина рНКС| под сельскохозяйственными культурами в ряду озимая пшеница > ячмень > пропашная культура> чистый пар на единицу учетного коэффициента потерь оснований снижалась на 0,17 и 0,26 ед. для
почвы северного склона и водораздельного плато соответственно (г=0,51...0,56).
Для динамики содержания гумуса почвы характерно, что рост температурного режима предшествующего сезона на 100 °С (СТ . , ) сопро-
* май-сентябрь7 ^
вождался снижением содержания гумуса на 0,05 % для почвы северного склона, на 0,13 и 0,06 % для водораздельного плато и южного склона соответственно. Рост температуры предшествующего холодного гидрологического полугодия (ТХ , )
1 ^ * октябрь-март7
на 1 °С также способствовал уменьшению содержания гумуса для почвы северного склона и водораздельного плато на 0,06 и 0,08 % соответственно. Содержание гумуса под сельскохозяйственными культурами на единицу коэффициента эрозионной опасности (пар) снижалось в среднем на 0,55-0,29-0,40 % для почвы северного склона - водораздельного плато - южного склона (г=0,64.. .0,83).
Установлен вклад климатических и агротехнических факторов в изменение содержания гумуса и кислотности черноземных почв по отдельным элементам рельефа для зернопаро-пропашного севооборота.
В условиях зернопаропропаш-ного севооборота динамика показателя кислотности почв в среднем по элементам обусловлена как климатическими (33 %), так и агротехническими (33 %) факторами, а для органического вещества почв определяющими служили климатические условия - 74 % (табл. 4). Различия по элементам рельефа сводились к тому, что в повышении кислотности почв насклоне северной экспозиции, по сравнению с плакором, проявлялось влияние сельскохозяйственных культур (29 %), а вклад наиболее значимого климатического фактора - температуры холодного периода (октябрь-март) был выше на 21 %.
В динамике содержания гумуса ведущим фактором отмечена сумма активных температур предшествую-
щего года (май-сентябрь). Для южного склона характерно уменьшение содержания гумуса при повышении осадков теплого периода (май-июль) текущего года, что может быть сопряжено с ростом биологической активности прогреваемого склона и более интенсивной минерализацией органического вещества [17]. На склоновых слабоэродированных почвах возрастала роль сельскохозяйственных культур.
Таким образом,пространственно-временные различия содержания гумуса и физико-химических свойств почвы зависят от местоположения в рельефе, динамики во времени и гидротермических условий по годам, влияния сельскохозяйственных культур и применения удобрений.
Наибольшие различия между параметрами свойств почвы связаны с рельефом: по содержанию гумуса - между почвой водораздельного плато и южной экспозиции 0,65 %, по кислотности - между почвой южной и северной экспозиций 1,78 ед. рНКС|. Повышение теплообеспеченности склонов на 10 % сопровождалось снижением количества гумуса на 0,36 % и повышением рНКС| на 1,9 ед. Рост крутизны склонов на 1° сопровождался уменьшением содержания гумуса на 0,09 % и ростом рНКС| на 0,15 ед.
Наблюдаемая динамика климатических параметров в условиях зернопаропропашного севооборота усиливала деградацию черноземов: содержание гумуса каждые 10 лет на склоне южной экспозиции снижалось на 0,17 %, северной - на 0,25 %, на водораздельном плато - на 0,31 %. При этом кислотность почвы на склоне северной экспозиции повышалась на 0,09 ед. рН, на водораздельном плато - на 0,20 ед. В среднем по элементам рельефа рост активных температур на 100 °С в период с мая по сентябрь сопровождался понижением количества гумуса на 0,09 %, а средней температуры холодного гидрологического полугодия
(октябрь-март) на 1 °C - на 0,06 %. Содержание гумуса под чистым паром уменьшалось в среднем на 0,35 %.
На динамику кислотности почв значительно влияла температура холодного полугодия. Ее рост на 1 °C сопровождался изменением рН на 0,04.0,05 ед. В среднем по опыту показатель кислотности почвы снижался на 0,05 ед. в расчете на 100 кг NPK/га. Подкисляющее действие чистого пара на склоне северной экспозиции составило 0,15 ед. pHKCl.
Финансирование работы
Работа выполнена в рамках государственного задания ФБГНУ «Курский федеральный аграрный научный центр» по теме FGZU-2023-0001. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.
Конфликт интересов
Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Литература
1. Тютюнов С.И., Логвинов И. В., На-вольнева Е. В. Изменение показателей плодородия чернозёма типичного под влиянием зернотравянопропашного севооборота // Плодородие. 2024. № 3. С. 14-19. doi: 10.24412/1994-8603-2024 -3138-14-19.
2. Турусов В.И., Сальников Р. В. Изменение микрофлоры и группового состава гумуса почвы в зависимости от звена севооборота // Центральный научный вестник. 2019. Т. 4. № 3(68). С. 20-21.
3. Мониторинг основных агрохимических показателей плодородия пахотных почв в Центрально-Черноземном районе России / Р. В. Некрасов, С. В. Лукин, Д. А. Куницын и др. // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 9. С. 4-10. doi: 10.53859/02352451_2021_35_9_4.
4. Макеева Т.Ф., Наконечный А. Г., Казьмин В. М. Мониторинг уровня кислотности в пахотных почвах Орловской области // Russian Agricultural Science Review. 2015. Т. 6. № 6-1. С. 166-172.
5. Минакова О. А., Александрова Л. В., Вилков В. М. Изменение почвенного плодородия и урожайности культур при краткосрочном и длительном использовании удобрений в зерносвекловичном севообороте ЦЧР // Российская сельскохозяйственная наука. 2024. № 1. С. 11-16.
6. Гаврилова А. Ю., Конова А. М. Урожайность многолетних трав и плодородие дерново-подзолистой почвы при длительном внесении минеральных удобрений // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. № 2 (54). С. 71-77.
7. К комплексной оценке воздействия агротехнологий на плодородие, здоровье и устойчивость черноземов / Н. П. Ма-сютенко, Н. А. Чуян, М. Н. Масютенко и др. // Достижения науки и техники АПК.
2023. Т. 37. № 8. С. 12-18. doi: 10.53859/ 02352451_2023_37_8_12.
8. Суринов А. В. Динамика плодородия пахотных черноземов лесостепной зоны Центрально-Черноземных областей России // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16. № 1(61). С. 57-61.
9. Dubovik E. V., Dubovik D. V., Masyuten-ko N. P. Features of the humus status of gray forest soil depending on slope aspect and steepness // Moscow University Soil Science Bulletin. 2024. Vol. 79. No. 3. P. 226-234.
10. Modern climate-related changes in heat supply, moistening, and productivity of the agrosphere in Russia / O. D. Sirotenko, E. V. Abashina, V. N. Pavlova, et al. // Russian Meteorology and Hydrology. 2007. Vol. 32. No. 8. P. 538-546. doi.org/10.3103/ S1068373907080109.
11. Никитин С. Н., Шарипова Р. Б. Оценка изменения агроклиматического потенциала ульяновской области на производство продукции растениеводства // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. № 3(59). С. 36-42.
12. Трансформация поверхностного слоя пахотного горизонта почв под влиянием атмосферных осадков / Е. Ю. Прудникова, И. Ю. Савин, М. П. Лебедева и др. // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1407-1420. doi: 10.31857/S0032180X21110113.
13. Исмагилов Р. Р., Абдулвалеев Р. Р. Пространственная изменчивость плодородия почвы на рельефе // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-2. С. 287.
14. Чуян О.Г., Золотухин А. Н., Глазунов Г. П. Оценка ресурсов продуктивности пашни в склоновых агроландшафтах ЦЧР // Земледелие. 2023. № 1. С. 8-13. doi: 10.24412/0044-3913- 2023-1 -8-13.
15. Чуян О. Г. База данных для регулирования физико-химических свойств кислых почв в адаптивно-ландшафтном земледелии (для Центрального Черноземья). Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2012. 78 с.
16. Петелько А. И. Влияние глубины промерзания почвы на формирование стока талых вод // Научные ведомости БелГ У. Естественные науки. 2017. № 18(267). Вып. 40. С. 149-156.
17. Мацнев И.Н., Арзыбов Н. А. Изменение уровня гумусированности и кислотности почв Тамбовской области // Вестник Мичуринского ГАУ. 2006. № 1. С. 79-81.
18. Новоселов С.И. О методических подходах к расчету баланса гумуса в севообороте // Агрохимия. 2020. № 10. С. 28-35. doi: 10.31857/S0002188120100075.
The role of natural and agrotechnical factors in the long-term dynamics of agrochemical properties of chernozem soils of the forest-steppe of the Central Black Earth Region
O. G. Chuyan, L. N. Karaulova, O. A. Mitrokhina
Federal Agricultural Kursk Research Center, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. The study aimed to establish the influence of relief, climatic and agrotechnical factors on changes in the humus content and physicochemical properties of chernozems in the forest-steppe of the Central Chernozem Region. The data of a field experiment on physical modelling of farming systems from 1984 to 2023 under grain-fallow-row crop rotation conditions were used. The morpho-metric parameters of the relief determined 44 % of the explained variance of the humus content and 76 % of pH. On the eroded slopes of northern and southern exposure, the humus content in the 0-20 cm layer was 0.31 and 0.65 % less than on the watershed plateau. On the slope of northern exposure, pHKCI was 0.31 units lower, and on the southern exposure it was 1.46 units higher than on the watershed plateau. The humus content was mainly influenced by the steepness of the slopes - for every 1 degree a decrease was 0.09 %. Differences in soil acidity are largely due to hydrothermal conditions associated with slope exposure: a 10 % increase in heat supply at a location corresponded to a 1.9 unit increase in pHKCI. A significant contribution to changes in soil properties was made by the dynamics of climatic conditions calculated based on hydrological periods. An increase in active temperatures by 100 degrees Celsius in May-September led to a decrease in humus content by 0.09 %, and an increase in the average temperature of the cold hydrologi-cal half-year (October-March) by 1 degree Celsius - by 0.06 %. An increase in precipitation by 100 mm in April-March contributed to a decrease in humus content by 0.09 %. Under agricultural crops, pHKCll and humus content decreased in the following order: winter wheat > barley > row crop > bare fallow. Acidification was recorded in the soil of the watershed plateau and the northern-facing slope. Of the climatic parameters, the main influence was exerted by the temperature of the cold half of the year, its increase by 1 degree Celsius was accompanied by a decrease in pHKCll by 0.04-0.05 units. Mineral fertilizers acidified the soil by 0.04-0.14 units per 100 kg of active substance NPK/ha.
Keywords: humus content; physico-chemical properties; relief; hydrothermal conditions; mineral fertilizers, agricultural crops.
Author Details: O. G. Chuyan, D. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: [email protected]); L. N. Karaulova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; 3 O. A. Mitrokhina, Cand. Sc. (Agr.), senior | research fellow. §
For citation: Chuyan OG, Karaulova g LN, Mitrokhina OA [The role of natural § and agrotechnical factors in the long- s term dynamics of agrochemical prop- z erties of chernozem soils of the forest- 10 steppe of the Central Black Earth Region]. M Zemledelie. 2025;(1):10-15. Russian. O doi: 10.24412/0044-3913-2025-1-10-15. ■ 5
