CC BY
60
УДК 631.4 : 551.5
ЗАПАСЫ ПРОДУКТИВНОЙ ВЛАГИ В ПАХОТНЫХ ПОЧВАХ ПРИМОРСКОГО АГРОЛАНДШАФТА С РАЗВИТИЕМ ЭРОЗИИ
О. А. Анциферова
RESERVES OF AVAILABLE MOISTURE IN ARABLE SOILS OF SEASIDE AGRICULTURAL LANDSCAPE WITH ADVANCING EROSION
О. А. Antsiferova
Исследования проведены на пахотном поле в пределах Светлогорского городского округа Калининградской области (Самбийская холмисто-моренная равнина). Изучены почвы: бурозем супесчаный (несмытый) на повышении, бурозем песчаный сильносмытый на склоне и намытая почва у подножия холма. Период исследования включал годы с разным увлажнением: 2012 г. - 962 мм осадков (очень влажный); 2013 г. - 723 мм (средний); 2014 г. - 589 мм (очень сухой). Весенние влагозапасы в пахотном горизонте и метровой толще бурозема супесчаного на повышении являются оптимальными для озимых и яровых культур. В слое 0-100 см автоморфной почвы запасы продуктивной влаги не опускались ниже критического значения 60 мм. Весенний и летний дефицит влаги характерен для сильносмытого песчаного бурозема. Это отрицательно сказывается на яровой пшенице и озимой ржи; потери урожая на таких почвах составляют 60 - 70 % по сравнению с несмытым буроземом на повышении. Избыток влаги (свыше 200 мм водяного слоя) в весенний и осенний периоды отмечается в метровой толще намытой почвы понижения с неглубоким залеганием верховодки. В сырых погодных условиях осени наблюдается развитие водной эрозии под посевами озимых культур в холмистом рельефе, опесчанивание почв на склонах, перекрывание всходов в понижениях наносами. Приведены данные об объемах смыва и потерях гумуса для различных почв поля. Тесная зависимость запасов продуктивной влаги в апреле от количества осенне-зимних осадков установлена только для бурозема супесчаного на повышении (атмосферное питание). Формирование влагозапасов в сильносмытой почве на склоне и намытой почве происходит под влиянием намывных вод и эрозии. Поэтому корреляционная связь весенних запасов продуктивной влаги с осадками предыдущей осени и зимы четко не выражена.
приморский гумидный климат, запасы продуктивной влаги, водная эрозия, катена с эродированными почвами, продуктивность, яровая пшеница, озимая рожь
Research has been carried out on the arable field within the Svetlogorsk urban district of the Kaliningrad region (Semba hilly moraine plain). The following soils have been studied: sandy-loam brown soil (burozem, cambisol) on the increase (flat top of
the hill), strongly eroded sandy brown soil on the slope and washed soil (diluvium) at the foot of the hill. The investigation period included years with different moisture: 2012 - 962 mm of rain (very wet); in 2013 - 723 mm (average); in 2014 - 589 mm (very dry). Spring moisture reserves in the arable horizon and meter thickness of the sandy-loam brown soils on the rise are optimal for winter and spring crops. In 0-100 cm layer of the automorphic soil, available moisture reserves did not drop below the critical value of 60 mm. Spring and summer soil moisture deficit is specific to a strongly eroded sandy brown soil. This has a negative impact on spring wheat and winter rye; loss of crops on such soils make up 60 - 70 % compared to sandy-loam brown soil on the top hill. Excess moisture (above 200 mm water layer) in the spring and autumn period is observed in meter thick washed soil (diluvium) depressions with shallow irregular temporary water. In wet weather conditions of autumn there is development of water erosion under winter crops in the hilly relief, increase sandy fraction in soils on the slopes, the overlapping seedlings in depressions with sediment. The paper presents data on volumes of erosion loss and the losses of humus in various soils of the field. Close relationship of available moisture reserves in April, the number of autumn-winter precipitation has been observed only on sandy-loam brown soil on the top hill (atmospheric food). Formation of moisture available reserves in the strongly eroded soil on the slope and washed soil occurs under the influence of reclaimed water and erosion. Therefore, correlation relationship of the spring reserves of available moisture with precipitation of the previous autumn and winter is not clear.
seaside humid climate, available moisture reserves, water erosion, catena with eroded soils, productivity, spring wheat, winter rye
ВВЕДЕНИЕ
В условиях интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур именно физические свойства почв и гидрологические особенности нередко являются факторами, лимитирующими урожай. Поэтому актуальной задачей является детальное изучение агрофизических свойств для прикладных целей земледелия, моделирования и прогнозирования продукционного процесса [1-4]. Согласно агрогидрологическому зонированию территории страны, Калининградская область относится к зоне капиллярного увлажнения, что обеспечивает большие запасы продуктивной влаги под озимыми и яровыми культурами в течение всего вегетационного периода. Однако возможен недостаток влаги сельскохозяйственным растениям в летний период при глубоком стоянии грунтовых вод и отсутствии верховодок в сухие годы [5, с. 311]. В Калининградской области отсутствует научная информация о влагообеспеченности почв с учетом их ландшафтного положения и степени окультуренности или деградации. Цель исследования: выяснить особенности динамики запасов продуктивной влаги (ЗПВ) в пахотных почвах приморского агроландшафта с развитием эрозии. Задачи работы: 1) провести мониторинг запасов продуктивной влаги в почвах в годы с различной обеспеченностью осадками; 2) выяснить закономерности динамики ЗПВ в почвах катены с апреля по ноябрь; 3) оценить урожайность сельскохозяйственных культур на почвах разной эродированности и влагообеспеченности.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в 2012 - 2014 гг. на ключевом участке «Светлогорский» в Светлогорском городском округе Калининградской области в пределах Самбийской холмистой равнины (возвышенности).
Территория ключевого участка располагается в полосе прибрежно-морс-кого климата, для которого характерна более теплая температура осенью по сравнению с весной [6]. Средняя температура воздуха весной (5,10С) на 30С ниже, чем осенью (8,10С) [7, с. 40 - 41]. Поэтому район отличается самым поздним сроком по области перехода среднесуточной температуры через 100С (начало мая) и меньшим количеством дней за год с температурой выше 100С (около 140) [8, с. 91]. Территория исследований относится к I агроклиматическому району -западному, прохладному, с песчаными и супесчаными почвами. Зима здесь наиболее теплая и малоснежная по сравнению с остальной частью Калининградской области. Характерен длительный безморозный период (около 170-180 дней) с колебаниями в отдельные годы от 120 до 210 дней [8, с. 92; 9, с. 23]. Начало отрицательных среднесуточных температур воздуха и промерзания почвы сдвинуто на декабрь. В этом районе снеговой покров неустойчив чаще, чем в других. Сумма осадков за вегетационный период составляет 300-380 мм, а за год - в среднем около 800 мм. Коэффициент увлажнения по Высоцкому-Иванову выше 1,3, что указывает на гумидность климата. Потребность во влаге озимых культур в весенне-летний период в прибрежной полосе меньше из-за высокой влажности воздуха (около 70 %). Влагообеспеченность озимых и яровых культур в пределах оптимума (100-145 %), вблизи моря она повышается для яровых до 150, для пропашных составляет 110-130 % [9, с. 31].
Рельеф ключевого участка - холмистый. Склоны имеют прямую или выпуклую форму, осложнены микроложбинами. Крутизна склонов варьирует от 2 до 10°. По длине склоны очень короткие и короткие. Наличие склоновых поверхностей, сложенных неустойчивыми к размыву породами (пески и супеси), является причиной развития водной эрозии на пахотных почвах. Дефляция сдерживается высокой влажностью воздуха и преимущественным возделыванием в последнее десятилетие зерновых культур, обладающих меньшим коэффициентом дефляционной опасности по сравнению с пропашными [10]. Почвы изученного поля не осушаются никаким видом дренажа.
Свойства почв определяли следующими методами: гранулометрический состав по Качинскому; плотность твердой фазы пикнометрически; плотность сложения методом режущих колец (цилиндров) объемом 100 см ; общую пористость и пористость аэрации - расчетными методами; максимальную гигроскопическую влажность (МГ) и наименьшую влагоемкость (НВ) - по Николаеву; влажность за-вядания (ВЗ) - методом вегетационных миниатюр и расчетным методом с использованием коэффициента Н.А. Качинского (1,5); изучение режима влажности -термостатно-весовым методом; запасы продуктивной (доступной) влаги рассчитывали как разность между полевой влажностью и влажностью завядания с учетом мощности и плотности слоя [11, 12]. Интенсивность эрозионных процессов изучалась методом пассивного эксперимента в природе с использованием методики измерения и расчета объема русел временных водотоков на пашне (ручейков и промоин). Статистическая обработка данных проведена в Excel.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
ЗПВ определяются расчетным путем и являются количественным показателем. Результаты расчета сравниваются с оценочной шкалой, которая не универсальна. Наиболее общепринята шкала, приведенная А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной [11, с. 151]. В.В. Медведевым с соавторами для условий Украины предложено оценивать ЗПВ по разнице (НВ - ВЗ) в слое 0-20 см при появлении входов и в слое 0 - 100 см при цветении и формировании генеративных органов [13]. Таким образом, в подходе В.В. Медведева признается, что весной наиболее важны ЗПВ в пахотном горизонте, а по мере роста и развития корневой системы культурных растений возможно использование ими влаги из метровой толщи. В шкале, предложенной А.Г. Бондаревым, помимо выделения критической границы недостатка влаги, указываются пределы, выше которых влага является избыточной, что также, как и недостаток, вредит посевам [14].
В шкалах по оценке ЗПВ нет единых границ, ниже которых запасы влаги однозначно признаются плохими (недостаточными), что влечет резкое снижение урожайности. Так, в шкале А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной эта граница для слоя 0 - 20 см составляет 20 мм, а для слоя 0 - 100 см - 60 мм; по В.В. Медведеву -10 и 60; по А.Г. Бондареву 20 и 50; в системе Гидрометеослужбы 20 и 90 мм соответственно.
Проанализировав литературные источники, для оценки ЗПВ мы приняли следующие границы критических величин: в слое 0 - 20 см - 20 мм, а в слое 0 - 100 см - 60 мм.
Изученный период характеризовался чередованием лет с различным количеством осадков: 2012 г. выдался сырым (962 мм по данным ближайшей метеостанции г. Пионерского), 2013 г. - средним (723 мм), а 2014 г. - сухим (589 мм). Распределение осадков по декадам с апреля по ноябрь отражено на рис. 1. Включение ноября (обычно берут отрезок апрель - октябрь) обусловлено теплой приморской осенью, о чем было сказано выше, и частым смещением сроков сева озимых культур на конец сентября - начало октября. Поэтому в ноябре при среднесуточных температурах выше 50С происходит кущение озимых и возникает необходимость получения информации об увлажнении почв.
Важно знать количество осадков за период вегетации и созревания культур с апреля по июль. Именно с суммой осадков за эти месяцы наблюдается более тесная взаимосвязь урожайности, чем с годовым количеством. За исследованные годы сумма осадков за апрель-июль составила: в 2012 г. - 317 мм, в 2013 г. - 246, в 2014 г. - 175 мм. Погода августа является фоном для уборки зерновых колосовых в области.
В пределах поля общей площадью 41 га была изучена типичная катена, основными компонентами которой являются: 1) на плоском повышении - бурозем несмытый супесчаный с подстиланием со 140 см водно-ледниковыми песками; 2) на покато-крутом склоне восточной экспозиции крутизной 5 - 70 - бурозем сильносмытый песчаный с подстиланием со 120 см суглинками; 3) в понижении -мощная намытая почва (гумусированный делювий мощностью свыше 130 см). Агрофизические свойства и почвенно-гидрологические константы опорных разрезов на каждом ареале почв описаны нами ранее [15]. В 2012 и 2014 гг. выращивалась озимая рожь, в 2013 - яровая мягкая пшеница. Агрохимические показатели пахотного горизонта почв дифференцированы в зависимости от степени эродиро-ванности почв катены [15].
На основании данных о физических свойствах почв мы оценили запасы продуктивной влаги при влажности, равной НВ (табл. 1). Эти значения (по формуле ЗПВ = НВ - ВЗ) позволяют сравнивать разные почвы независимо от колебаний полевой влажности.
80 70 60 Е50 Щ.40
s
о
о 30 20 10
О
- — ,....... 1
■ |Т ............ш --
iImIiiII , ii .l,-,«,!" t \ ? 4 ju
О
15 5 5, !;
10
с
5 а>
2012 г.
80
70
60
= 50 Ш
§§ 40
Si
о
О 30 20 10 0
— 1 1 .п.п.п.п.п.п.п. 4 1 t
U
О
15 "ТС
С
f
4 Г1 Я. 10 д
а
Е
5 I
2013 г.
80 70 60 Е 50
140
п
о
О 30 20 10 0
2014 г.
5
0
IV
V
VI
IX
X
XI
5
0
о
IV
V
VI
IX
X
XI
Рис. 1. Погодные условия (апрель - ноябрь) 2012 - 2014 гг. (составлено на основании данных метеостанции г. Пионерского) Fig. 1. Weather conditions (April - November) 2012 - 2014 (based on data of the weather station Pionerskiy)
Несмытый супесчаный бурозем на повышении характеризуется удовлетворительными запасами продуктивной влаги. В сильносмытом буроземе склона в слое 0 - 20 см они неудовлетворительные, а в метровой толще - плохие. Здесь на величину запасов влаги влияет песчаный состав пород, которые обладают низки-
ми поглотительными и влагоудерживающими свойствами. В намытой почве р. 428 потенциальные запасы продуктивной влаги в пахотном горизонте и метровой толще удовлетворительные.
Таблица 1. Запасы влаги в почвах катены ключевого участка «Светлогорский» при влажности, равной наименьшей (полевой) влагоемкости Table 1. Moisture reserves in the soils of Catena key area «Svetlogorsk», the humidity is equal to field moisture capacity_
Разрез Почва Запасы влаги (мм) в слое
0 - 20 см 0 - 100 см
426 Бурозем несмытый супесчаный 24,2 99,5
427 Бурозем сильносмытый песчаный 12,3 71,0
428 Намытая мощная почва 2012/2014 20,1/23,0 96,3/112,9
Развитие эрозионных процессов осенью 2012 и в 2013 г. (табл. 2) привело к накоплению в верхней части намытых почв слоев с повышенным содержанием пыли и ила, что немного увеличило поглотительную способность и величины почвенно-гидрологических констант. Поэтому ЗПВ в 2014 г. выше по сравнению с 2012. Этот пример показывает динамичность водно-физических свойств в пахотных агроландшафтах с развитием эрозии, на что следует обращать внимание при построении различного рода моделей и прогнозов. Особенностью развития эрозионных процессов на ключевом участке является их сезонность в зависимости от количества осадков и возделываемой культуры. В условиях теплой и дождливой осени и часто положительных температур всего декабря (а в отдельные годы и всех зимних месяцев) наиболее эрозионно опасными периодами в посевах озимых культур являются осень и начало зимы (табл. 2).
Таблица 2. Густота ручейковой сети и смыв почвы под посевами озимой ржи на ключевом участке «Светлогорский». Осенне-зимний период развития эрозии. Усредненные данные для всего поля
Table 2. Density of the rib network and soil loss under crops of winter rye at key area «Svetlogorsk». The autumn-winter period of erosion. Averaged data for all fields_
Почвы Среднее количество ручейков Потери почвы, т/га
(шт./га) в осенне-зимний период
2011-2012 2013-2014 2011-2012 2013-2014
ЛБ\ 26 14 0,9-1,2 0,5-0,7
ЛБ\ (70%) + 30 19 2,5-3,0 1,3-1,9
Лту 36 27 2,7-4,7 2,1-3,0
ттБФФФ Л у, п 49 45 5,2-6,4 2,7-5,7
- бур
оземы слабосмытые супесчаные; Лб - буроземы среднесмытые супесчаные; Лб - буроземы сильносмытые супесчаные и песчаные
Весна обычно отличается малым количеством осадков в марте и апреле [7]. А вот майские и летние ливни способны активизировать эрозионные процессы на поле в первую очередь под посевами яровых культур, особенно пропашных.
Динамика ЗПВ отражена на рис. 2 - 4.
В апреле 2012 г. к началу возобновления вегетации озимой ржи в связи с высокой влажностью (диапазон НВ - ПВ) ЗПВ были оптимальными в пахотном горизонте и метровой толще на повышении и склоне. В намытой почве ЗПВ избыточные вследствие переувлажнения склоновым внутрипочвенным стоком (рис. 2).
Слой 0 - 20 см
Слой 0 - 100 см
fi 20
40 35 30 25
20 15 10 5
I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 0
V VI VII VIII IX X XI
I 35 s"
« 30 с
m
1 25 I m g 20
0+J-L+ IV
l l
I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 0 V VI VII VIII IX X XI
¡5200
I 70
s
и 60
Si 30
Q. с
3 20
V VI VII VIII IX
- запасы продуктивной влаги, мм1
критическое значение ЗПВ
Рис. 2. Динамика ЗПВ в почвах катены ключевого участка «Светлогорский» в 2012 г. (сверху вниз почвы по катене: несмытая, сильносмытая, намытая) Fig. 2. Dynamics of available moisture reserves in the soils of the Catena of key area «Svetlogorsk» 2012 (soils from the top down of the catena: non eroded, strongly eroded, washed soil (diluvium))
40
250
35
,200
30
= 25
о 150
15
J 10
S 50
50
5
0
0
V
IV
V
VI
IX
X
XI
40
250
S150
20
100
15
J 10
^ 50
50
5
0
IV
V
VI
IX
X
XI
B0
80
320
280
240
5 50
5 200
£ 40
ЕЁ
s 160
20
80
S 10
40
0
V
X XI
V
V
VI
IX
X
XI
Быстрое повышение среднесуточных температур воздуха, расход воды на рост озимой ржи, испарение и транспирацию повлекли снижение ЗПВ к маю, что особенно заметно стало выражено в последней засушливой декаде. В итоге в пахотном горизонте возник дефицит влаги во всех почвах катены, но в метровой толще ЗПВ не опускались ниже критического значения в буроземе повышения и намытой почве. А вот в сильносмытом песчаном буроземе склона произошло быстрое иссушение, влажность верхнего слоя находилась в диапазоне ВЗ - ВРК, и в метровой толще ЗПВ оказались критическими. Посевы, ослабленные с осени в результате развития эрозии и усиленного выноса минеральных элементов, испытали сильный недостаток влаги в период выхода в трубку и цветения. Корневая система ржи в таких условиях развивалась плохо, что отразилось на условиях питания и, в конечном счете, привело к резкому снижению высоты растений и массы зерна (табл. 3). Хотя количество продуктивных стеблей на сильносмытой почве было сопоставимо с таковым на несмытой, соломина сформировалась тонкая, длина колоса была маленькой, а количество зерна в нем низкое, с высоким процентом щуплости и мелкой фракции.
Промачивание почв в начале июля значительно повысило запас влаги в метровой толще. Внутрипочвенный сток усилил вынос нитратного азота и обеспечил лучшее азотное питание намытой почвы в понижении. Благодаря этому высота и масса зерна озимой ржи в этом ареале были значительно выше.
Таблица 3. Показатели продуктивности озимой ржи (2012, 2014 гг.) и яровой пшеницы на почвах катены
Table 3. Productivity of winter rye (2012, 2014) and spring wheat on soils of the Catena
Почвы Высота растений, см Количество стеблей с Биологический
колосом, шт. урожай зерна, т/га
2012 2013 2014 2012 2013 2014 2012 2013 2014
Лб у 156 83 149 316 270 312 3,0 2,0 4,2
119 63 118 316 123 300 1,1 0,6 1,7
Лб ~ у 170 76 128 324 251 252 3,6 2,4 2,8
Лб - бурозем несмытый супесчаный, р. 426; Лб^ - бурозем сильносмытый песчаный, р. 427; Лб ~ - намытая супесчаная почва, р. 428.
Вторая половина августа была засушливой, что отразилось на ЗПВ в почвах. Под стерней озимой ржи пахотный горизонт и метровая толща значительно просохли. Пополнение ЗПВ в осенний период связано с большим количеством осадков на фоне понижения температур воздуха.
Сырая осень 2012 г. (345 мм осадков) и зима (195 мм) создали высокий, местами избыточный запас влаги в почвах повышений и понижений катены к весне 2013 г. (рис. 3). Только в сильносмытом песчаном буроземе весенние запасы были на уровне оптимальных значений. Таким образом, посев яровой пшеницы проведен на фоне обеспеченности входов влагой в апреле. Однако засушливые последняя декада апреля и весь май (рис. 1) привели к быстрому иссушению пахотного слоя, так что в период кущения стал ощущаться недостаток влаги на повышениях и склонах. Самые неблагоприятные условия сложились в сильносмытом песчаном буроземе, где ЗПВ опустились ниже критического
уровня не только в пахотном горизонте, но и в метровой толще в мае - начале июня. Яровая пшеница - культура требовательная к плодородию, со слабой корневой системой (в отличие от озимой ржи) - на сильносмытой почве не смогла раскуститься, отличалась низкорослостью, продуктивные стебли или вовсе не образовывались, или были тонкими, с коротким колосом, содержащим много недоразвитых колосков. Пополнение влагозапасов произошло только в июле за счет атмосферных осадков. Однако даже после дождей ЗПВ в пахотном слое сильнос-мытого песчаного бурозема были ниже критических. В метровой толще они увеличились за счет формирования латерального фронта влаги над подстилающей породой, но уже в августе опустились ниже критического уровня.
Слой 0 - 20 см
Слой 0 - 100 см
40
g 35
SI 30 >s
0
ш 25
1 20
ч
in 15
| 10 с
п 5
0 +J-4 IV
I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 I 0 V VI VII VIII IX X X
£
S 100
IV V VI VII
IX X XI
40
1 35
I 30 с
0
125
1 m
| 20
t 15
а
с
3 10
i 5 п 5
0
V VI VII VIII IX X X
IV V VI VII VIII IX X XI
80
i70 I 60
с
0
150
1
0
1 40 *
130
а
с
I 20
я5 1П П 10
0
V VI VII VIII IX X XI
¡1 150
I 1 I I 1 I 1 1 I 1 'I'M' I I I 1 I 1 1 I 1 'I'M' 1 I
IV V VI VII VIII IX X XI
250
250
200
200
S 150
150
20
100
50
50
0
250
25C
200
200
0 150
150
20
S 100
100
50
50
0
V
300
300
2 250
250
■ 200
200
150
o. 100
100
С 50
50
V
Рис. 3. Динамика ЗПВ в почвах катены ключевого участка «Светлогорский» в 2013 г. (сверху вниз почвы по катене: несмытая, сильносмытая, намытая) Fig. 3. Dynamics of available moisture reserves in the soils of the Catena of the key area «Svetlogorsk» 2013 (soils from the top down of the catena: non eroded,
strongly eroded, washed soil (diluvium))
В несмытом буроземе на повышении и в намытой почве понижения, несмотря на колебания влажности пахотного горизонта, в метровой толще ниже 60 мм ЗПВ не опускались. В понижении из-за притока влаги с повышений и склонов влагообеспеченность посевов была наилучшей. Поэтому урожай зерна и кустистость в этом ареале оказались выше. Высота растений была меньшей по сравнению с несмытым буроземом ввиду сильной засоренности посевов.
За первую декаду сентября выпало 84 мм осадков. Это привело к развитию водной эрозии на склонах в условиях распаханного и засеянного озимой рожью поля, переувлажнению почв в понижении, вымоканию всходов и перекрыванию их делювиальными наносами [15]. Засушливые октябрь и ноябрь отрицательно сказались на ЗПВ в пахотном слое только Лб^. Высокая влажность воздуха, постоянные туманы, низкие температуры в ноябре привели к восстановлению влагозапасов в почвах повышений и склонов.
Слой 0 - 20 см Слой 0 - 100 см
„п
135" 1 30" с m 0 25 - X S3 ■E 20 ■■ * 1 15" a с 5 10-■ с й 5"' pi -■35 ■■30 ■■25 ■■20 ■■ 15 ■■ 10 -■5 Запасы продуктивной влаги, мм ■■201 ■■ 150 ■■100
1
:
IV V VI VII VIII IX X я IV V VI VII VIII IX X XI
Запасы продуктивной влаги, мм 112 2 3 3 4 |-1-1-1-+-1-1-1-1 j 40 ■■35 ■■30 -■25 ■■20 ■■ 15 -■ 10 -■5 Запасы продуктивной влаги, мм э о о о о о 1-1-1-1-1-1 25 1 ■■201 ■■ 151 ■■ 101
In
1 1 ■■50
V V VI VII VIII IX X я IV V VI VII VIII IX X XI
Запасы продуктивной влаги, мм 1—1—1—1—1 Т 1—1—1—1—| 50 ■■45 ■■40 ■■35 ■■30 ■■25 ■■ 15 ■■ 10 ■■5 Запасы продуктиной влаги, мм Э О 0 0 0 0 ' ■ ' ' 1 ,н -г 2 50 -■2)0 ■■150 ■■100
г:
V V VI VII VIII IX X я V V VI VII VIII IX X XI
Рис. 4. Динамика ЗПВ в почвах катены ключевого участка «Светлогорский» в
2014 г. (сверху вниз почвы по катене: несмытая, сильносмытая, намытая) Fig. 4. Dynamics of available moisture reserves in the soils of the Catena of the key area «Svetlogorsk» 2014 (soils from the top down of the catena: non eroded, strongly eroded, washed soil (diluvium))
Зимний период 2013-2014 гг. принес небольшое (146 мм) количество осадков, зато умеренно влажным выдался март 2014 г. - 53 мм против обычных 5 - 20 мм. Апрель был засушливым (рис. 1). Так что ЗПВ в супесчаном буроземе на повышении были ниже по сравнению с предыдущими годами, а в сильносмы-той почве на склоне они опустились ниже критического уровня (рис. 4).
Только намытая почва в понижении имела, как обычно, избыточные ЗПВ вследствие питания намывными склоновыми водами. Между тем внесенная азотная подкормка положительно сказалась на продуктивности, хотя высота ржи была ниже, чем в 2012 г., на повышении и в понижении (табл. 3).
Дефицита ЗПВ в метровой толще супесчаного бурозема и намытой почвы не было, что дало возможность сформироваться нормальному урожаю, адекватному технологии возделывания. На сильносмытом буроземе продуктивность резко снижается вследствие худших агрофизических и агрохимических условий.
Надо отметить, что, несмотря на проточный характер верховодки в породах легкого гранулометрического состава, в ареалах понижений встречаются локальные замкнутые депрессии. В них весной и осенью формируются лужи, что приводит к вымоканию посевов, увеличению засоренности и снижению урожайности на 20 - 40 % по сравнению с цифрами табл. 3 для намытых почв.
Осенние месяцы 2014 г. отличались крайне малым количеством осадков (92 мм), поэтому ЗПВ на конец ноября во всех почвах катены были значительно ниже предыдущих лет, что отрицательно сказалось на урожае ярового ячменя в 2015 г.
Мы проанализировали влияние осадков осени и зимы на ЗПВ в изученных почвах (табл. 4).
Таблица 4. Влияние осадков осени и зимы на запасы продуктивной влаги в начале апреля на почвах повышения и склона
Table 4. Influence of autumn and winter precipitation on the reserves of available moisture in early April, on the soil of increase and slope_
Сумма осадков (мм) за период ЗПВ (мм) в начале апреля в почвах
Осень Зима Осень + зима Год Лб у
Год Осадки Год Осадки 0 - 20 см 0-100 см 0 - 20 см 0-100 см
2011 213 20112012 211 424 2012 37 209 21 166
2012 345 20122013 195 540 2013 40 231 30 156
2013 188 20132014 146 334 2014 29 169 17 164
2014 92 20142015 189 281 2015 25 152 15 140
Исследование показало, что ЗПВ в автоморфном несмытом супесчаном буроземе в начале апреля зависят от осадков осени и зимы (суммарно) или от осадков осени предыдущего года. Коэффициент детерминации составил более 0,8 как для пахотного горизонта, так и для метровой толщи почвы. Связь с количеством зимних осадков несущественная.
В сильносмытом песчаном буроземе ЗПВ в слое 0 - 20 см также тесно связаны с количеством осенне-зимних осадков. А вот для метровой толщи такая зависимость сильно размыта и недостоверна. Это объясняется наличием внутрипоч-венного стока с повышений, особенно в условиях «подпирания» латерально двигающейся гравитационной влаги подстилающей суглинистой породой.
В намытой почве понижения, занимающей в катене подчиненное геохимическое положение, тесной корреляции между ЗПВ и осадками осени - зимы не выявлено. Почва заболачивается намывными склоновыми водами, уровень верховодки находится весной на 80 - 100 см, вероятно кратковременное образование луж на поверхности. В таких условиях обнаружена средняя степень корреляции в паре признаков «ЗПВ в слое 0-20 см - осадки зимы». Коэффициент детерминации показывает, что ЗПВ только на 25 - 40 % зависят от величины осенне-зимних осадков. В большей степени режим влажности изученной намытой почвы контролируется притоком воды со склонов, повышений и с открытых понижений более высокого гипсометрического уровня, т.е. площадью водосбора.
ВЫВОДЫ
1. В катене, включающей несмытую, сильносмытую и намытую почвы, выявлены следующие закономерности динамики ЗПВ:
- весенние влагозапасы в пахотном горизонте и метровой толще бурозема супесчаного на повышении являются оптимальными для озимых и яровых культур; дефицит влаги в слое 0 - 20 см наблюдается в отдельные периоды мая и летом, что слабо влияет на озимую рожь, а в большей степени - на яровую мягкую пшеницу; в метровой толще автоморфной несмытой почвы ЗПВ не опускались ниже критического значения в 60 мм в 2012 - 2014 гг.;
- весенний дефицит влаги в пахотном горизонте почв характерен для сильносмытого песчаного бурозема: в сырые и средние по осадкам годы он возникает с середины апреля - начала мая, а в сухие - уже с начала апреля; ЗПВ опускаются ниже критического значения в метровой толще в средние и сухие по осадкам годы (отдельные декады июня - июля в период цветения и формирования генеративных органов); дефицит продуктивной влаги в сильносмытой почве склона отрицательно сказывается на яровых культурах (особенно пшенице) и озимой ржи; потери урожая на таких почвах составляют 60 - 70 % по сравнению с несмытым буроземом на повышении;
- избыток влаги (свыше 200 мм водяного слоя) в весенний и осенний периоды наблюдается в метровой толще намытой почвы понижения с неглубоким залеганием верховодки; ЗПВ в пахотном слое почвы подвержены сильным колебаниям с апреля по ноябрь в связи с интенсивным испарением влаги и биологическим потреблением, однако в метровой толще дефицита влаги за изученный период не возникало.
2. В сырых погодных условиях осени наблюдаются не только промачива-ние профиля и пополнение запасов продуктивной влаги, но и развитие водной эрозии под посевами озимых культур в условиях холмистого рельефа, опесчани-вание почв на склонах, перекрывание всходов в понижениях наносами, что отрицательно влияет на продуктивность сельскохозяйственных растений.
3. Установлена тесная зависимость апрельских ЗПВ от количества осенне-зимних осадков только для бурозема супесчаного на повышении (атмосферное
питание). На формирование влагозапасов в сильносмытой почве на покато-крутом склоне и намытой почве понижения влияют латеральный поток влаги, интенсивность эрозионных процессов, водопроницаемость пород, площадь водосбора. Поэтому связь весенних ЗПВ с осадками предыдущей осени и зимы четко не выражена за исследованный период 2012 - 2014 гг.
4. Оптимальный урожай озимой ржи в приморской полосе Самбийской возвышенности формируется при количестве осадков 170 - 180 мм с апреля по июль.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Бондарев, А. Г. Некоторые пути определения оптимальных параметров агрофизических свойств почв / А. Г. Бондарев, В. В. Медведев // Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров почв: труды // Труды Почвенного института им. В. В. Докучаева. - Москва, 1980. - С. 85 - 98.
2. Letey, J. Relationship between soil physical properties and crop production / J. Letey // Adv. Soil. Sci.1985. №1. P. 277 - 294.
3. Da Silva, A.P. Characterization of the least limiting water range of soils / A.P. Da Silva, B.D. Kay, E. Perfect // Soil Sci. Soc. Am. J. 1994. № 58. P. 1775 - 1781.
4. Лебедева, В. М. Основы сельскохозяйственной метеорологии. Т. II. Методы расчетов и прогнозов в агрометеорологии. Кн. 2. Оперативное агрометеорологическое прогнозирование / В. М. Лебедева, А. И. Страшная; под ред. А. Д. Кле-щенко, И. Г. Грингофа. - Обнинск: ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД», 2012. - 216 с.
5. Вериго, С. А. Почвенная влага (применительно к запросам сельского хозяйства) / С. А. Вериго, Л. А. Разумова. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1973. -328 с.
6. Борисов, А. А. Климат и микроклимат Калининградской области и их практическое использование / А. А. Борисов, Г. М. Баринова // Изученность природных ресурсов Калининградской области. Записки Калининградского отдела Географического общества. Вып. 1.- Ленинград, 1972. - С. 43 - 53.
7. Баринова, Г. Н. Калининградская область. Климат / Г. Н. Баринова. - Калининград, 2002. - 196 с.
8. Географический атлас Калининградской области / гл. ред. В. В. Орленок. - Калининград: Изд-во КГУ; ЦНИТ, 2002. - 276 с.
9. Агроклиматические ресурсы Литовской ССР и Калининградской области РСФСР. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1972. - 144 с.
10. Лопырев, М. И. Защита земель от эрозии и охрана природы / М. И. Ло-пырев, Е.И. Рябов. - Москва: Агропромиздат, 1989.- 240 c.
11. Вадюнина, А. Ф. Методы исследований физических свойств почв / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. - Москва: Агропромиздат, 1986. - 416 с.
12. Зайдельман, Ф. Р. Методы эколого-мелиоративных изысканий и исследований почв / Ф. Р. Зайдельман. - Москва: КолосС, 2008. - 486 с.
13. Медведев, В. В. Критерии оценки пригодности земель Украины для возделывания зерновых культур / В. В. Медведев [и др.] // Почвоведение - № 2.2002.- С. 216 - 227.
14. Бондарев, А. Г. О классификации водного режима орошаемых почв / А. Г. Бондарев // Почвоведение. - 1996. - № 8. - С. 1017-1020.
15. Анциферова, О. А. Особенности режима влажности эродированных буроземов агроландшафтов холмистых равнин в сухой год / О. А. Анциферова // Известия КГТУ. - 2015. - № 37. - С. 115 - 124.
REFERENCES
1. Bondarev A. G., Medvedev V. V. Nekotorye puti opredeleniya optimal'nykh parametrov agrofizicheskikh svoystv pochv [Some ways of determining optimal parameters of agrophysical properties of soils]. Teoreticheskie osnovy i metody opredeleniya optimal'nykh parametrov pochv. Trudy Pochvennogo instituta im. V. V. Dokuchaeva [Theoretical framework and methods of determining optimal parameters of soils. Proceedings of V. V. Dokuchaev Soil Institute]. Moscow, 1980, pp. 85-98.
2. Letey J. Relationship between soil physical properties and crop production. Adv. Soil. Sci. 1985, no. 1, pp. 277-294.
3. Da Silva A. P., Kay B. D., Perfect E. Characterization of the least limiting water range of soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 1994, no. 58, pp. 1775-1781.
4. Lebedeva V. M., Strashnaya A. I. Osnovy sel'skokhozyaystvennoy meteorolo-gii. T. II. Metody raschetov i prognozov v agrometeorologii. Kn. 2. Operativnoe agro-meteorologicheskoe prognozirovanie [Basic agricultural meteorology. Vol. II. Methods of calculation and forecast in agrometeorology. Book 2. Operational forecasting]. Obninsk, FGBU "VNIIGMI-MTsD", 2012, 216 p.
5. Verigo S. A, Razumova L. A. Pochvennaya vlaga (primenitel'no k zaprosam sel'skogo khozyaystva) [Soil moisture (as applied to agricultural requests)]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1973, 328 p.
6. Borisov A. A., Barinova G. M. Klimat i mikroklimat Kaliningradskoy oblasti i ikh prakticheskoe ispol'zovanie [Climate and microclimate of the Kaliningrad region and their practical use]. Izuchennost' prirodnykh resursov Kaliningradskoy oblasti. Zapiski Kaliningradskogo otdela Geograficheskogo obshchestva. Vyp. 1. [State of knowledge about the nature resources of the Kaliningrad region. Proceedings of the Kaliningrad branch of the Geographical society. Number 1]. Leningrad, 1972, pp. 43-53.
7. Barinova G. N. Kaliningradskaya oblast'. Klimat [Kaliningrad region. Climate]. Kaliningrad, 2002, 196 p.
8. Geograficheskiy atlas Kaliningradskoy oblasti [Geographical atlas of the Kaliningrad region]. Kaliningrad, Izd-vo KGU; TsNIT, 2002, 276 p.
9. Agroklimaticheskie resursy Litovskoy SSR i Kaliningradskoy oblasti RSFSR [Agroclimatic resources of the Lithuanian SSR and the Kaliningra region of RSFSR]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1972, 144 p.
10. Lopyrev M. I., Ryabov E. I. Zashchita zemel' ot erozii i okhrana prirody [Protection of soils from erosion and environmental protection]. Moscow, Agropromizdat, 1989, 240 p.
11. Vadyunina A. F., Korchagina Z. A. Metody issledovaniy fizicheskikh svoystv pochv [Methods of studying physical properties of soils]. Moscow, Agropromizdat, 1986, 416 p.
12. Zaydel'man F. R. Metody ekologo-meliorativnykh izyskaniy i issledovaniy pochv [Methods of ecological and ameliorative research of soils]. Moscow, KolosS, 2008, 486 p.
13. Medvedev V. V., Bulygin S. Yu., Laktionova T. N. i dr. Kriterii otsenki pri-godnosti zemel' Ukrainy dlya vozdelyvaniya zernovykh kul'tur [Criteria for evaluation of Ukrainian soils for cultivation of crops]. Pochvovedenie, 2002, no. 2, pp. 216-227.
14. Bondarev A. G. O klassifikatsii vodnogo rezhima oroshaemykh pochv [On classification of moisture regime of the arable soils]. Pochvovedenie, 1996, no. 8, pp.1017-1020.
15. Antsiferova O. A. Osobennosti rezhima vlazhnosti erodirovannykh buroze-mov agrolandshaftov kholmistykh ravnin v sukhoy god [Aspects of moisture regime of eroded brown soils of agricultural landscapes of hilly plains in a dry year]. Izvestiya KGTU, 2015, no. 37, pp. 115-124.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Анциферова Ольга Алексеевна - Калининградский государственный технический университет; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент;
E-mail: [email protected]
Antsiferova Olga Alekseevna - Kaliningrad State Technical University; PhD in Agricultural Sciences, Associate Professor; E-mail: [email protected]
