CC BY
106
dry years with SCC <1.0. The main reason for lower yields of spring wheat after green manure crops is a significant deterioration in soil moisture (30-40%) than for pure steam. For soil conservation in the appropriate crop rotations introduce perennial grasses, and eroded land translate into fallow or grasslands. In order to protect fallow from deflation to sow oats in late July - early August with a reduced-tion seeding rate (30 kg / ha). Thus, the efficiency of farming methods biologizatcii depends on agro-ecological conditions agrolandscape areas of Central Siberia.
Key words: agroecological conditions, area, soil, biologization, agriculture.
УДК 631.4
ТРАНСФОРМАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ КАМЕННОЙ СТЕПИ В УСЛОВИЯХ СЕЗОННОГО ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ
Ю.И. ЧЕВЕРДИН, доктор биологических наук, зав. отделом
Т.В. ТИТОВА, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии
E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью изучения физических свойств почв Каменной Степи различной степени гидроморфизма в зависимости от характера использования угодий и их комплексной оценки в условиях сезонного переувлажнения. Опыты заложены в Воронежском НИИСХ (Каменная Степь) на залежных участках, находящихся в режиме косимой степи более 100 лет (с 1892 г.) и их пахотных аналогах. С ростом степени гидроморфизма происходило увеличение плотности сложения почв. По почвенному профилю отмечаются существенные различия в характере формирования плотности сложения в зависимости от увлажнения: равномерное, гомогенное - в автоморфной почве и резкое, скачкообразное - в черноземно-луговой. В пахотных почвах на глубине от 10 до 25 см отмечается появление зоны агрогенного переуплотнения, обусловленного длительным периодом сельскохозяйственного использования. Усиление гидроморфизма в почвах пахотных участков способствовало увеличению плотности твердой фазы. Нарастание гидроморфизма уменьшало общую порозность почв по профилю в среднем на 5...9 %, порозность аэрации - на 12.17 %. Наряду с этим, происходило увеличение всех категорий почвенной воды. Распашка степных почв приводит к переорганизации почвенной матрицы. Наибольший размер частиц отмечен в пахотной лугово-черноземной почве. Он слабо варьировал по профилю и средневзвешенный диаметр частиц составлял 6,13.6,93 мм. Наименьший размер почвенных частиц наблюдался в пахотном слое чернозема обыкновенного - 3,21.3,5 мм. С нарастанием гидроморфизма средневзвешенный диаметр структурных отдельностей увеличивался. Чернозем обыкновенный, находящийся в режиме залежи и интенсивного антропогенного воздействия, обладал лучшей водопроницаемостью, чем почвы лугового ряда. Ключевые слова: черноземы; автоморфные, гидроморфные почвы; физические свойства почв.
В степных регионах России, в том числе в Воронежской области, со сложной структурой почвенного покрова в отдельные годы при определенно складывающихся гидротермических условиях отмечается появление локально переувлажненных черноземных почв. Значительное увеличение переувлажнения почвы, особенно в ранневесенний период, происходит в случае, когда количество осадков в течение ряда лет превышает среднемноголетние значения. В последние десятилетия отмечается значительный рост площади
почв, подверженных сезонному переувлажнению, что подтвердило повторное почвенное картирование земель Окско-Донской низменности. Наиболее отчетливо динамика поднятия уровня грунтовых вод проявляется в Окско-Донском плоскоместье. Там складываются благоприятные условия для формирования гидроморфных почв. Площади отдельных массивов (с включенными западинами) достигают 250...300 га и более [1]. Для всего Центрального Черноземья точная статистика отсутствует. В то же время площадь угодий, представленных комплексами зональных черноземов с различной долей участия в них разнообразных по гидроморфизму, морфологии и физико-химическим свойствам солонцовых и солончаковатых почв, в целом по ЦЧП составляет порядка 550 тыс. га. Переувлажненные земли в регионе представлены лугово-черноземными, черноземнолуговыми, солонцовыми и солончаковатыми почвами.
В Таловском районе Воронежской области по оценке, проведенной с использованием материалов аэрофотосъемки в 90-х гг. прошлого столетия, площадь пашни вследствие усиления луговости почв по верховьям лощин уменьшилась на 700 га (0,5 %).
Наличие таких почв затрудняет использование в качестве пашни прилегающих к ним черноземов нормальных по грунтовому увлажнению. Не представляется возможным продуктивное использование переувлажненных почв и в случае их залужения, вследствие изрезанности глубокими колеями, образуюшимися в результате прохода техники.
В связи с ожидаемым потеплением климата и увеличением количества выпадающих осадков площадь локально-затапливаемых земель в ближайшем будущем, очевидно, будет возрастать [2]. На территории Каменной Степи (НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева) в 2006 г. отмечено 95 ареалов сезонно переувлажненных и затопленных почв в период с марта-начала апреля (после снеготаяния) до мая-июня. Одна треть таких ареалов приурочена к западинам на плоских водоразделах, две трети - расположены в вогнутых частях склонов, ложбинах и лощинах. Для всех отмеченных ареалов характерно близкое залегание от поверхности слабоводопроницаемых глин [3].
Важная составная часть почвенного плодородия - агрофизическое состояние различных категорий земель. Интенсивное антропогенное использование почвенного покрова ЦЧЗ с осложненной гидроморфизмом струк-
турой почвенного покрова (СПП) приводит во многих случаях к активизации деградационных процессов, затрагивающих глубокие горизонты. Еще В.В. Докучаев отмечал, что неправильная обработка почвы «приводит к разрушению зернистой структуры черноземов в пыль». В ней он видел главное достоинство черноземов и считал, что «в первую очередь надо заботиться не об удобрениях, а о восстановлении этой чудной структуры».
Деградационные изменения агрофизических свойств черноземов, которые в наибольшей степени влияют на размеры урожаев требуют проведения мониторинговых исследований с целью прогноза изменения состояния и качества земель, определения путей оптимизации структурного состава и плотности почв. В то же время сегодня систематический контроль за структурным состоянием почв фактически не осуществляется, его оценочные критерии и оптимальные параметры для конкретных почв не разработаны. Поэтому для разработки эффективных мер по устранению физической деградации почв необходимы количественные показатели оценки их физического состояния.
Цель наших исследований - дать оценку трансформации физических свойств почв различной степени гидроморфизма в зависимости от характера использования угодий.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в Воронежском НИИСХ (Каменная Степь) на залежных участках, находящихся в режиме косимой степи более 100 лет (с 1892 г.), и их пахотных аналогах. Объектами исследований были почвы Каменной Степи различной степени гидроморфизма, включающие экспериментальные пахотные участки - чернозем обыкновенный (агрочернозем сегрегационный) и лугово-черноземная почва (агрочернозем гидромета-морфизованный), а также комплекс переувлажненных почв - лугово-черноземные (агрочерноземы гидроме-таморфизованные) и черноземно-луговые слабозасо-ленные (гумусово-гидрометаморфические засоленные почвы). В качестве контроля были выбраны почвы залежей 1882 г. - черноземы обыкновенные (черноземы сегрегационные) и 1885 г. - черноземно-луговые почвы (гумусово-гидрометаморфические типичные почвы).
Изучали такие физические свойства, как плотность сложения; плотность твердой фазы; средневзвешенный диаметр частиц; водопроницаемость; максимальная гигроскопичность; пористость общая и аэрации; объем пор, занятых прочносвязанной водой, рыхлосвязанной водой, капиллярной водой. Определения проводили по слоям 0...10 см, 10...20 см, ..., 90...100 см.
Анализы выполняли по следующим методикам: плотность сложения - методом режущих колец по Н.А. Качин-скому; плотность твердой фазы - пикнометрически, ГОСТ 5181-78 и ГОСТ 5180-84; средневзвешенный диаметр частиц - расчетным способом по Н.Б. Хи-трову (1994); водопроницаемость - методом трубок; максимальная гигроскопичность - по А.А. Николаеву; пористость общая и аэрации, объем пор, занимаемых прочносвязанной, рыхлосвязанной и капиллярной водой - расчетным способом по Н.А. Качинскому.
Результаты и обсуждение. Плотность сложения -один из наиболее важных качественных интегральных показателей состояния почв. По результатам наших исследований наименьшие ее величины отмечены на залежных участках (рис. 1, табл.). В гумусовом профиле чернозема обыкновенного до глубины 50 см плотность имела близкие величины и изменялась от 0,92 г/см3 (слой 0.10 см) до 0,99 г/см3 (слой 50.60 см).
Черноземно-луговая почва (на залежи) несколько отличалась по характеру изменения плотности по профилю почвы. В верхнем слое (0.10 см) она имела наименьшие значения и составляла всего 0,68 г/см3. Такое снижение, по сравнению с автоморфным аналогом, связано с хорошо развитым дерновым слоем, наличием мощной дернины с большим количеством грубой полуразложив-шейся органической массы. Но глубже 20 см плотность сложения черноземно-луговой почвы резко возрастает до 1,07.1,08 г/см3 в слое 20.40 см, а затем постепенно увеличивается до 1,16.1,25 г/см3 в горизонте 40.60 см. Таким образом, по почвенному профилю отмечаются значительные различие в характере формирования плотности сложения в зависимости от условий увлажнения: равномерное, гомогенное - в автоморфной почве и резкое, скачкообразное - в черноземно-луговой.
Пахотные аналоги также характеризовались рядом особенностей, вызванных длительным антропогенным влиянием. Основная из них - увеличение плотности сложения, по сравнению с целинными аналогами.
В абсолютном отношении наибольшее уплотнение отмечено в автоморфных почвах, оно варьирует от 0,08 до 0,26 г/см3, причем наибольшие различия наблюдаются в пахотном слое. Необходимо также отметить наличие агрогенного уплотнения на глубине 10.25 см, обусловленное воздействием тяжелой сельскохозяйственной техники. По нашим данным, в верхнем слое автоморфной почвы (0.10 см) плотность сложения составляла 1,12 г/см3, в слое 10.20 см она увеличивалась до 1,20 г/см3, а в подпахотном горизонте (20.30 см) снова уменьшалась до 1,11 г/см3. Таким образом, есть все основания говорить о формировании уплотненных горизонтов в профиле черноземов под влиянием интенсивного сельскохозяйственного использования.
Наибольшая плотность сложения отмечена в лугово-черноземной почве. В верхнем 0.10 см слое она равнялась 1,19 г/см3, или выше обыкновенного
г/см3
0,6
0,8
1,2
1,4
10
20
Щ 30
40
50
60
< А
< / \ . > ]. X i \ • 1 •-4 J
> \ у НА • 1 ■ 1
' | ’ Г* 1 *. V
1 \ \ % \ \ \
< N \ \ & \ \ й х
Рис. 1. Плотность сложения почв, г/см3: —е— - залежь
автоморфная; - залежь гидроморфная; --а---------пашня
автоморфная; - -х— пашня гидроморфная.
Таблица. Пределы изменения физических свойств почв Каменной Степи, 2006-2008 гг. (слой 0...50 см)
Физические свойства почв
Чернозем обыкновенный залежи (1882 г.)
Черноземнолуговая залежи (1885 г.)
Чернозем обыкновенный на пашне
Луговочерноземная на пашне
Черноземнолуговая солон-чаковатая сла-бозасоленная на равнинном понижении
Луговочерноземная на равнинном повышении
Черноземнолуговая солон-чаковатая сла-бозасоленная в ложбинообразном понижении
Плотность, г/см3 Плотность твердой фазы, г/см3 Средневзвешенный диаметр частиц, мм МГ, %
Р б , %
Р°бщ, %
Раэр ' %
Рмг , %
Рр' %
кап.’
0,92.0,99 0,68.1,16 1,06.1,281,19.1,33 1,07.1,21
2,49.2,58 2,47.2,57 2,63.2,642,66.2,71 2,52.2,60
2,91.4,75 3,66.6,57 3,21.3,506,03.6,93 4,77.5,77
11,8.13,0
62,7.61,6
31,4.28,4
7,8.8,1
4,7.4,8
11.0.13.0
66.0.52.9 42,1.19,4
7,3.8,9
4,4.5,3
11,4.11,711,9.12,0 57,8.52,750,9.56,6 18,4.14,4 6,1.14,0
8.5.9.8 9,0.10,4
5.1.5.9 5,4.6,2
11,0.11,7
53,5.58,8
11,9.14,4
7,9.8,8
4,8.5,3
21,4.17,9 12,2.19,3 25,8.22,627,6.30,6 20,3.29,7
0,94.1,10
2,54.2,71
4,07.6,63
11,4.11,8
57,5.63,0
20,8.34,2
7,1.8,7
4,3.5,2
17,4.22,6
1,12.1,32
2,54.2,63
5,50.6,90
11.6.11.9
49.8.55.9 5,1.12,0 8,8.10,2 5,3.6,1
28,4.29,8
чернозема на 0,07 г/см3, увеличение плотности отмечается по всему профилю почв.
Результат изменения плотности сложения почвы -трансформация порового пространства. В частности, мы установили уменьшение порозности почвы. Снижение ее общей пористости в луговых залежных почвах, по сравнению с автоморфными аналогами, составило в среднем 5.9 %, пористости аэрации - 12.17 % (см. табл.). Различия в количестве воздухоносных пор ав-томорфных и гидроморфных аналогов залежных почв варьировали в пределах 6,8.11,8 % (большие значения в корнеобитаемом слое). В почвах пашни, особенно лугово-черноземной отмечено значительное уменьшение пор аэрации. Так, на пашне в черноземе обыкновенном их количество изменялось от 18,4 % (слой 0.10 см) до 14,4 % (слой 40.50 см), а в лугово-черноземной почве -соответственно, от 11,3 до 6,1 %. Из приведенных данных следует, что наибольшие деградационные изменения отмечаются на пахотных почвах лугового ряда.
Изучение профильного распределения объема пор, занятых прочносвязанной водой (Рмг), рыхлосвязанной водой (Ррсв) и капиллярной водой (Ркап) показало, что все почвы лугового ряда характеризуются увеличением показателей всех категорий влаги.
Объем пор, занятых прочносвязанной водой (Рмг), находится в тесной корреляционной зависимости с плотностью сложения (г = 0,90 ± 0,121).
Профильное распределение объема пор, занятых капиллярной водой, в гидроморфной почве залежи варьирует от 12,2 % в верхней части профиля до 15,2 % на метровой глубине. В полуметровой толще черноземно-луговой почвы залежи объем пор, занятых капиллярной водой, изменялся от 12,2 % в верхней части профиля до 19,3 % на глубине 50 см; лугово-черноземной почве пашни - от 29,6 до 28,2 %; в черноземно-луговой солончаковатой слабозасоленной почве понижения - от 29,2 до 20,3 %; в черноземно-луговой солончаковатой слабозасоленной почве ложбинообразного понижения - от 29,8 до 28,4 %.
Результаты наших исследований свидетельствуют об увеличении плотности твердой фазы в пахотных аналогах почв, подверженных переувлажнению. Так, в гумусовом горизонте черноземно-луговой почвы залежи она изменялась от 2,47 г/см3 в верхней части профиля до 2,57 г/см3 на глубине 50 см; лугово-черноземной почвы пашни - соответственно от 2,66 до 2,71 г/см3; черноземно-луговой солончаковатой слабозасоленной почвы понижения - от 2,52 до 2,60 г/см3; черноземнолуговой солончаковатой слабозасоленной почвы ложбинообразного понижения - от 2,54 до 2,63 г/см3.
Плотность твердой фазы залежной черноземнолуговой почвы вниз по профилю увеличивалась от 2,47 г/см3 в верхней части до 2,68 г/см3 на метровой глубине.
В пахотных почвах отмечается увеличение плотности твердой фазы. По сравнению с залежной почвой, в обыкновенном черноземе величина этого показателя пахотном слое возрастает с 2,49.
2.51 г/см3 до 2,64 г/см3, в лугово-черноземной - с
2.47.2.51 до 2,66.2,67 г/см3.
Расчет средневзвешенного диаметра почвенных частиц при сухом просеивании показал, что распашка степных почв приводит к переорганизации почвенной матрицы. Наибольший размер почвенных частиц отмечен в пахотной лугово-черноземной почве. Он слабо варьировал по профилю в интервале 6,13.6,93 мм. Наименьший размер частиц наблюдался в пахотном слое чернозема обыкновенного пашни - 3,21.3,5 мм.
Залежные аналоги пахотных почв по величине этого показателя в верхнем корнеобитаемом слое были близки между собой. В слое 0.10 см средневзвешенный диаметр частиц в черноземе обыкновенном залежи составлял 4,75 мм, в черноземно-луговом залежном аналоге - 4,91 мм, в слое 10.20 см - 4,06 и 3,66 мм соответственно. Значительное увеличение размера почвенных частиц в луговой почве отмечено в нижнем, гумусово-иллювиальном горизонте. Если в автоморфном черноземе он изменялся в пределах 2,91.3,65 мм (слой почвы 20.50 см), то в черноземнолуговой почве увеличивался до 6,35.6,92 мм. В этой связи необходимо отметить профильное увеличение средневзвешенного диаметра почвенных частиц в почвах, подверженных переувлажнению, в то время как в черноземе обыкновенном залежи 1882 г. он оставался практически без изменений (см. табл.).
Наибольшие значения максимальной гигроскопичности (МГ) отмечены на залежных почвах, не подверженных антропогенному воздействию. В гумусовой толще черноземно-луговой почвы она варьировала от 13,0 (0.10 см) до 11,0 % (40.50 см). Пахотный аналог характеризовался меньшими показателями МГ, которые не превышали 12,0 %. Усиление гидроморфности (черноземно-луговые солончаковатые слабозасолен-ные почвы) способствовало снижению максимальной гигроскопичности до 11,0.11,9 %.
В почвах лугового ряда величина этого показателя в верхних горизонтах увеличивалась, что связано с их большей гумусированностью. Проведенный анализ подтвердил, что МГ тесно коррелирует с содержанием
1 - чернозем обыкновенный залежи 1882 г. (автоморфный); 2 - черноземно-луговая почва залежи 1885 г. (гидроморфная). 3 - полугидроморфная лугово-черноземная почва на пашне; 4 - автоморфный чернозем обыкновенный на пашне.
гумуса. Коэффициент парной корреляции г = 0,80±
0,166.
Коэффициент установившейся фильтрации (Кф) с поверхности на 6-м часу наблюдения в исследуемых почвах варьировал в пределах от 2,73 мм/мин. в автоморфном черноземе пашни до 3,72 мм/мин. в автоморфном черноземе обыкновенном залежи (рис. 2). В почвах залежных участков, в связи с лучшими физическими свойствами, впитывание идёт быстрее, их водопроницаемость больше, чем у пахотных почв. Замедление впитывания на пахотных участках обусловлено распылением и более плотной упаковкой почвенных частиц верхнего слоя.
Среди почв лугового ряда наибольшей водопроницаемостью обладала чернозёмно-луговая на равнинном понижении. Здесь впитывание происходило быстрее вслед-
ствие сильной трещиноватости поверхности. Меньшей водопроницаемостью отличалась чернозёмно-луговая со-лончаковатая слабозасолён-ная почва в ложбинообразном понижении, что обусловлено плохой оструктуренностью и повышенной плотностью ее верхнего горизонта.
Выводы. Таким образом, в условия Каменной Степи с возрастанием степени гидроморфизма происходит увеличение плотности сложения почв - объектов исследования. Усиление гидроморфизма в почвах пахотных участков способствовало увеличению плотности твердой фазы. В залежных почвах она оставалась практически неизменной.
В пахотных почвах на глубине от 10 до 25 см отмечается появление зоны агрогенного переуплотнения, обусловленного длительным сельскохозяйственным использованием.
Нарастание гидроморфизма уменьшало общую по-розность и порозность аэрации по профилю исследуемых почв. Наряду с этим, происходило увеличение всех категорий почвенной воды. С ростом гидроморфизма средневзвешенный диаметр частиц увеличивался.
Чернозем обыкновенный, находящийся в режиме залежи и интенсивного антропогенного воздействия, обладал лучшей водопроницаемостью, чем почвы лугового ряда. Высокая водопроницаемость верхних слоев почвы на залежи способствовала наилучшему впитыванию выпадающих осадков. Почвы, обладающие низкой водопроницаемостью, подвергались большему переувлажнению.
Литература.
1. Ахтырцев А.Б. Геоэкология гидроморфных почв и ландшафтов лесостепи Русской равнины, их мониторинг и оптимизация // Вестник Воронежского государственного ун-та. - 2001. - № 2. - С. 87-91.
2. Рымарь В.Т., Чевердин Ю.И., Поротиков И.Ф. и [др.]. Сохранение плодородия и рациональное использование сезон-нопереувлажненных почв: Рекомендации. - Воронеж: «Истоки», 2008. - С. 10-11.
3. Хитров Н.Б., Чевердин Ю.И. Распространение сезонно переувлажненных и затопленных почв в Каменной Степи// Каменная Степь: проблемы изучения почвенного покрова: науч. тр. - М.: Почв. ин-тим. В.В. Докучаева, 2007. - С. 121-133.
TRANSFORMATION OF PHYSICAL PROPERTIES OF SOILS OF STONE STEPPE IN THE CONDITIONS
OF SEASONAL REHUMIDIFYING
Yu.I. Cheverdin , T.V. Titova
Summary. A research objective - to study physical properties of soils of Stone Steppe of a various degree of hydromorphism depending on character of use of lands and to state their complex estimate in the conditions of a seasonal overwetting. Examinations were made to the Voronezh Research Institute of Agriculture of V.V. Dokuchaeva (Stone Steppe) on long fallow the steppe plots which are in a regimen of a moving steppe more of 100 years (since 1892) and their arable analogues. Reduction of the general porosity and porosity of aerations of soils, increase in all categories of soil water, decrease in MG (the maximum hygroscopicity), water permeability; increase in density of addition and density of a firm phase; deterioration of a structural condition of soils. In soils of Stone Steppe of a various degree of hydromorphism to ascending of its degree there was an augmentation of density of build of soils - objects of examination. On a soil profile essential difference in character of formation of density of build depending on character of humidification becomes perceptible. Uniform, homogeneous - in automorphic soil and sharp, abrupt - in chernozemno-meadow. In arable soils occurrence of a band of an agrogene repacking on depth from 10 to 25 sm, agricultural use caused by the long-term continuance becomes perceptible. Hydromorphism magnification in the soils which are on arable plots, promoted augmentation of density of a solid phase. By examinations it is erected that hydromorphism increase reduced a blanket porosity of soils and an aeration porosity on a profile of explored soils. Depression of blanket porosity averaged 5 - 9 %, porosity of aeration - 12 - 17 %. Along with it, there was an augmentation of all categories of soil water. Scarifying of steppe soils leads to the reorganisation of a soil template. The maximum dimension of soil particles is noted in arable lugovo-chernozem soil. It weakly varied on a profile of soil in the range of 6,13 - 6,93 mm. The minimum dimension of soil particles was observed in black earth ordinary arables - 3,21 -3,5 mm in an arable layer. With increase of hydromorphism the average diameter of particles was enlarged. Black earth ordinary, being in a regimen of a long fallow and intensive man impact, possessed the best infiltration of water, than soils of a meadow series.Determinative of change of physical properties is feature of character and a degree of implication of a seasonal overwetting of chernozem soils.
Key words: chernozems, automorphic, hydromorphic soils; physical properties of soils.
