WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

БЕСПАЛОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ КАМЕННОЙ СТЕПИ

Специальность 03.02.13 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2012

Работа выполнена в отделе агропочвоведения ГНУ Воронежского научноисследовательского института сельского хозяйства имени В.В. Докучаева Россельхозакадемии доктор биологических наук, заведующий отделом агропочвоведения ГНУ

Научный консультант: Воронежского НИИСХ Россельхозакадемии Чевердин Юрий Иванович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Белгородской государственной сельскохозяйственной академии Уваров Геннадий Иванович

Официальные оппоненты:

кандидат биологических наук, доцент МГУ им. М.В. Ломоносова Моргун Евгений Георгиевич ГНУ Всероссийский научно

Ведущая организация:

исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии Россельхозакадемии

Защита состоится «15» мая 2012 г. в 15 ч 30 мин в аудитории М-2 факультета почвоведения МГУ на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д.

1, стр. 12, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «__» апреля 2012 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета или присылать отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью, по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д. 1, стр. 12, факультет почвоведения, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета Алла Сергеевна Никифорова доктор биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Главной особенностью современного развития почв является многостороннее и многогранное антропогенное воздействие на почвообразовательный процесс.

Особенно остро эта проблема стоит в Центрально-Черноземной зоне (ЦЧЗ) с длительным периодом антропогенного воздействия и высокой распаханностью территории. Почвы региона подвержены периодическим стрессовым антропогенным и природным нагрузкам. Не является исключением и Каменная Степь, где почвы подвержены нагрузкам уже более ста лет. С момента начала проведения исследований в Каменной Степи они подвергались воздействию часто повторяющихся засух. В последние десятилетие значительный ущерб почвенному покрову наносится вследствие нерационального ведения хозяйства, нарушения земледельческих технологий, связанных с изменившейся экономической ситуацией в стране и ухудшением экологических условий.

Это приводит к изменению многих физико-химических свойств черноземов.

Отмечается снижение содержания гумуса, насыщенности почвенного поглощающего комплекса (ППК) обменными основаниями, показателей эффективного плодородия почв. Нарушается водный баланс, в связи с трансформацией физических свойств черноземов в худшую сторону. Поэтому необходимо как можно более эффективно способствовать сохранению почвенного плодородия.

В связи с тем, что в последнее время значительно сократилось количество мониторинговых исследований, снизилось их качество и значительно уменьшилось количество получаемой информации, возросла актуальность и необходимость проведения детальных наблюдений за изменением свойств черноземных почв. В первую очередь это необходимо для планирования мероприятий, способствующих повышению и сохранению исходно высокого потенциала почвенного плодородия черноземов, и составления длительных долгосрочных прогнозов.

На решение целого ряда проблем, связанных с разработкой комплексной оценки современного состояния черноземных почв Каменной Степи, испытывающих на себе различную степень и интенсивность антропогенной нагрузки, и была направлена наша работа.

Цель исследований и задачи исследования. Целью работы является изучение пространственно-временной динамики изменения основных агрохимических и агрофизических показателей почвенного плодородия черноземов Каменной Степи при различных антропогенных воздействиях.

В процессе работы решались следующие задачи:

1. Создать сеть среднесрочных и долгосрочных мониторинговых площадок для изучения изменения свойств почв во времени и провести оценку современного состояния почвенного плодородия черноземов.

2. Изучить механизм профильного изменения основных показателей почвенного плодородия и оценить степень варьирования этих показателей в пространстве и во времени.

3. На основе полученного материала построить картосхемы распределения основных показателей плодородия черноземов на изучаемых площадках.

4. Рассчитать некоторые статистические характеристики распределения основных показателей почвенного плодородия черноземов.

5. Определить зависимость основных физических, физико-химических и химических свойств и изменение показателей плодородия черноземов при различной длительности антропогенного воздействия, и их взаимосвязь с урожайностью сельскохозяйственных культур в краткосрочном опыте.

Научная новизна работы. Впервые в Каменной Степи установлены особенности современного состояния и формирования агрохимических и физикохимических свойств чернозёмных почв на основе длительно функционирующих мониторинговых площадок. Результаты исследований углубили и расширили существующие представления о временной динамике органического вещества и других показателей плодородия черноземов Каменной Степи при различной длительности антропогенных воздействий с учетом особенностей их пространственного распределения. В результате комплексных исследований на основе системного подхода дана всесторонняя характеристика гумусного, агрохимического и агрофизического состояния чернозёмных почв.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Почвенный покров агроландшафтов Каменной Степи представлен сложными сочетаниями, пятнистостями и комплексами обыкновенных, выщелоченных, типичных и перерытых черноземов разной степени мощности и выщелоченности, которые характеризуются значительным внутрипольным варьированием основных морфометрических параметров.

2. Черноземы Каменной Степи характеризуются значительным пространственно-временным варьированием и различием профильного распределения некоторых основных показателей почвенного плодородия:

содержания гумуса и его состава, обменных оснований, показателей кислотности.

3. Вовлечение в сельскохозяйственное производство степных (залежных) угодий приводит к заметному изменению количественных и качественных показателей физических, физико-химических и химических свойств черноземных почв.

Практическая значимость работы. Установленные закономерности варьирования свойств почв могут быть использованы при разработке адаптивноландшафтных систем земледелия. Полученные материалы лягут в основу составления базы данных и разработки геоинформационной системы для почв Каменной Степи с перспективой применения точечного земледелия.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса» (Курск, 2008), на Всероссийской конференции «Энтузиасты аграрной науки» (Краснодар, 2008), на заседании Территориального координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧЗ» (Каменная Степь, 2009, 2011), на IV Всероссийской конференции с международным участием (Томск, 2010), на Ученом совете ГНУ Воронежского НИИСХ имени В.В.

Докучаева Россельхозакадемии.

Личный вклад соискателя. Работа выполнена в отделе агропочвоведения ГНУ Воронежского НИИСХ имени В.В. Докучаева Россельхозакадемии в 2007-2010 гг.

Программа исследований представлена и поддержана в виде отдельного проекта РФФИ №08-04-01195 а «Постагрогенная регенерация и эволюция почв черноземной зоны». Автору принадлежит постановка целей и задач исследований, проведение полевых и частично аналитических работ, статистическая обработка экспериментальных данных, систематизация, теоретическое обобщение, интерпретация полученных данных, формулировка выводов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе работы — в рецензируемых изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Содержит 171 страницу машинописного текста, включает 19 таблиц, 31 рисунок, 24 таблицы приложения и описание почвенных разрезов. В список использованной литературы внесено 3источник, в том числе 10 иностранных авторов.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю диссертационной работы д. б. н. Чевердину Ю.И., к. б. н. Зборищук Ю.Н. за полезные советы при написании диссертации, всему коллективу отдела агропочвоведения за оказанную помощь в проведении лабораторных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан обзор работ последних десятилетий, посвященных исследованиям гумуса (Тюрин, 1937, 1965; Ваксман, 1937; Костычев, 1949; Кононова, 1951, 1953, 1963; Александрова, 1978; Гринченко, 1979; Пономарева, Плотникова, 1980; Ковда, 1981 и др.; Лыков, 1982; Воронин, 1998; Щеглов, 2000; Scheffer, 1957;

Klapp, 1967; Schulze, 1974; Oberlander, 1977) и других показателей почвенного плодородия (Клечковский, 1967; Мишустин, 1972; Воробьев и др., 1972; Забавская, 1974; Юркин, 1975; Гинзбург, 1981; Мязин, 1994; Парахневич, 1996), а также изменению этих показателей при различных антропогенных воздействиях (Адерихин, 1964; Ковда, 1973; Кузнецова, 1979; Егоров, 1981; Чесняк, 1981; Щербаков, Рудай, 1983; Щербаков, 1996; Уваров, 1997; Когут, 1998; Надежкин, 2000; Королев, 20Муха, 2004; Щеглов и др., 2006). Рассмотрены различия внутрипольного варьирования показателей плодородия с учетом структуры почвенного покрова (Афанасьева, 1966;

Дайнеко, Чижикова, 1967; Фридланд, 1972, 1984; Добровольский, 1993; Васенева и др., 2000; Сорокина, 1993, 2000, 2003; Хитров, 2009).

Во второй главе описаны почвенно-климатические условия ЦентральноЧерноземной зоны и Каменной Степи, а также объекты и методы исследований.

Центрально-Черноземная зона расположена в средней части европейской территории России. Она представлена двумя природными зонами: лесостепной и степной. По характеру рельефа западная часть Центрально-Черноземной зоны, расположенная на Среднерусской возвышенности, резко отличается от восточной, расположенной преимущественно на Окско-Донской равнине.

Климат Центрально-Черноземной зоны характеризуется умеренной континентальностью с довольно продолжительным теплым летом и относительно мягкой зимой. Среднегодовая норма атмосферных осадков колеблется от 550-575 мм на северо-западе до 410-450 мм на юге и юго-востоке.

Заметные климатические различия в пределах зоны определили формирование неоднородного почвенного покрова. На севере-западе лесостепи в Орловской и Курской областях широко распространены серые лесные и частично дерновоподзолистые почвы, которые в направлении юго-востока постепенно переходят в оподзоленные, а затем в выщелоченные и типичные черноземы. В южной лесостепи на юге Воронежской и юго-востоке Белгородской областей преобладают обыкновенные черноземы. Южная граница распространения обыкновенного чернозема примерно совпадает с границей, разделяющей лесостепь от степи. В степной зоне преобладают обыкновенные маломощные и южные черноземы.

Каменная Степь расположена на юго-востоке Воронежской области, на границе двух природных зон: южной лесостепной и северной степи.

Характерной особенностью климата переходной зоны является изменчивость, непостоянство режима осадков. В связи с изменением гидротермических условий в последние десятилетия в Каменной Степи уровень грунтовых вод изменился в Докучаевском колодце с 7,5 метров в конце XIX века до 3,0-3,5 метров в начале XXI века. (Зборищук и др., 2007).

Почвенный покров Каменной Степи по данным почвенных изысканий, проведенных сотрудниками ЦЧО гипрозема и ВГУ в 1983 г., а также по уточненным данным сотрудников ВГУ в 2004 г., представлен сложными комбинациями из луговочерноземных и черноземно-луговых почв разной степени выщелоченности, карбонатности, солонцеватости и солончаковатости, черноземами обыкновенными, типичными, зоогенно-перерытыми в сочетании с осолоделыми и солонцеватозасоленными почвами западин, ложбин и склонов гидрографической сети, а также аллювиально-делювиальными почвами. В условиях плоских поверхностей в слабо выраженных микропонижениях заметно выражены явления выщелачивания, что ведет к формированию нетипичных для степи выщелоченных черноземных почв.





Почвенный покров Каменной Степи к настоящему времени претерпел изменения. Это связано с изменением почв в связи с динамикой почвообразовательных процессов, обусловленных как природными, так и антропогенными факторами (Зборищук и др., 2007).

Метеорологические условия в годы проведения исследований (2007-2010 гг.) Годы исследований отличались разнообразными погодными условиями как по количеству осадков, так и по температурному режиму (рис. 1).

За годы наблюдений наиболее влажными были зимний (январь, февраль) и осенний (сентябрь и ноябрь) периоды 2007 г.; в 2008 г. влажными были январь, март и сентябрь; в 2009 г. наиболее влажными были зимние месяцы. Более засушливыми периодами за годы исследований были летние периоды 2007, 2008 и 2010 гг. В июне, июле 2010 года выпало меньше всего осадков, чем за весь период наблюдений, а также были установлены рекорды температурных максимумов.

Рис. 1 – Количество осадков и среднемесячная температура 2007-2010 гг.

Объектами исследования послужили черноземные почвы Каменной Степи с учетом структуры почвенного покрова. Для оценки пространственного и временного изменения некоторых основных свойств черноземных почв в 2007-2008 гг. были заложены мониторинговые участки площадью в пределах 1га (рис. 2):

1) поле №2 южного селекционного севооборота (МУ-1);

2) участок поля эколого-ландшафтных систем севооборотов между лесополосами № 178, 179 и 180 (МУ-2);

3) бывший орошаемый участок поля между лесополосами №138, 211 и 1(ОУ-1);

4) бывший орошаемый участок поля отдела кормопроизводства между лесополосами №138, 211 и 156 (ОУ-2);

5) участок на солонцовом мелиоративном стационаре №1(СТ-1).

6) участок на солонцовом мелиоративном стационаре №2 (бывший участок десятого поля элитного севооборота), расположенном в верховье балки Нужной (СТ2);

7) контрольный участок, заложенный Ю.И. Чевердиным в 2006 г., на косимой залежи заповедника №1.

Вторая часть исследований посвящена выявлению степени временного варьирования некоторых основных свойств черноземных почв Каменной Степи под влиянием антропогенных факторов в зависимости от срока эксплуатации пашни, ее расположения в агроландшафте (широкий плоский водораздел и склон). Для этого нами был заложен ряд ключевых участков (рис. 2):

1) контрольный участок – залежь косимая 1882 г.;

2) пашня на водоразделе, введенная в эксплуатацию в 1992 г.;

3) пашня на водоразделе, введенная в эксплуатацию в 1952 г.;

4) пашня на склоне восточной экспозиции с уклоном 1-3о, введенная в эксплуатацию 1952 г. и расположенная южнее лесополосы № 126.

Почвенный покров мониторинговых участков плоского водораздела представлен четырехкомпонентной пятнистостью черноземов обыкновенных (агрочерноземов сегрегационных), черноземов типичных (агрочерноземов миграционно-мицелярных), черноземов зоогенно-перерытых (агрочерноземов зоотурбированных) и черноземов выщелоченных (агрочерноземов глинисто-иллювиальных). Почвенный покров солонцовых стационаров №1 и №2 представлен сочетанием черноземов обыкновенных и черноземов зоогенно-перерытых на выпуклых элементах рельефа, черноземов солонцеватых на пологих бортах лощин, лугово-степных черноземных содово-сульфатных солонцов и черноземов выщелоченных (несолонцеватых) по днищам лощин (Антипов-Каратаев и др., 1960).

МУ-ОУ-ОУ-СТ-МУ-СТ-Рис. 2. Схема расположения заложенных мониторинговых участков (МУ-1, МУ-2, ОУ-1, ОУ-2, СТ-1, СТ-2) и ключевых участков (1 – косимая залежь, 2 – пашня 1952 г. на водоразделе, 3 – пашня 1992 г., 4 – пашня 1952 г. на склоне) в межполосье Каменной Степи Методы проведения исследований На мониторинговых участках была нанесена регулярная сеть скважин ручного бурения через каждые 25 м. На солонцовых стационарах №1, 2 скважины бурились также по сетке, но с учетом особенностей СПП данных участков. Каждая скважина привязана с помощью GPS. Планируется, что периодичность наблюдения за данными мониторинговыми участками составит 5; 10; 15; 25 и 50 лет.

В процессе бурения устанавливалась глубина залегания горизонтов, отличающихся окраской и наличием карбонатов кальция (тест на вскипание от 10% HCl), и производился отбор образцов почв. Образцы почв отбирались сплошной колонкой с глубины: 0-20, 20-30, 30-50, 50-70, 70-100, 100-120 и 120-150 см.

Исследования, наблюдения и анализы проводились в лаборатории агропочвоведения ГНУ Воронежского НИИСХ имени В.В. Докучаева:

1. Гумус – по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симаковой (ГОСТ 26213-91).

2. Качественный состав гумуса – по методу И.В. Тюрина в модификации В.В.

Пономаревой и Т.А. Плотниковой (Орлов и др., 1969).

3. Обменные кальций и магний – трилонометрически по методике Почвенного института («Агрохимические методы исследования почв», 1960).

4. Обменный натрий – метод ЦИНАО (1977) (ГОСТ 26950-86).

5. рН солевой (1,0н KCl) и водной вытяжек – потенциометрически (ГОСТ 26483-85).

6. Гидролитическая кислотность по Каппену (ГОСТ 26212-91).

7. Сумма поглощенных оснований – по Каппену-Гильковицу (ГОСТ 27821-88);

8. Степень насыщенности основаниями – расчетным способом по гидролитической кислотности и сумме обменных оснований.

9. Влажность почвы – термостатно-весовым методом (взятие проб до глубины 1 м через каждые 10 см) (Александрова, Найденова, 1986).

10. Структурный состав по Саввинову (Вадюнина, 1986).

11. Объемная масса почвы – методом взятия почвенных проб с ненарушенным сложением с помощью режущих колец (Вадюнина, 1986).

12. Плотность твердой фазы почвы (удельный вес) – пикнометрически (ГОСТ 5181-78 и ГОСТ 5180-84).

13. Нитратный азот – спектрофотометрически.

14. Подвижный фосфор и обменный калий – по Чирикову (1956).

15. Морфологические свойства почв – по методическому руководству описания свойств почв в поле («Базовая шкала…», 1982).

16. Глубина нахождения карбонатов – по вскипанию горизонта от раствора 10% соляной кислоты.

17. Фенологические наблюдения – по методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (1971).

18. Учет продуктивности растений методом метровок в 5-кратной повторности, зерно в пересчете на 14% влажность.

19. Метеорологические наблюдения по среднемесячной температуре и сумме выпавших осадков представлены из материалов Каменно-Степной метеостанции.

20. Экспериментальные данные подвергались статистической обработке дисперсионным и корреляционным методами по Б.А. Доспехову (1985) с помощью прикладных программ Microsoft Exel и Statistika. Графики выполнены с помощью программ Microsoft Exel и Statistika. Для пространственной экстраполяции результатов использовались геостатистические возможности стандартного пакета Surfer – V.9.0.

В третьей главе показано пространственное распределение основных показателей плодородия черноземов Каменной Степи.

Основные морфометрические показатели. С учетом особенностей структуры почвенного покрова нами получены статистические характеристики варьирования морфометрических показателей черноземов Каменной Степи, отражающих мощность и глубину залегания границ генетических горизонтов (табл. 1). Максимальная мощность гумусового горизонта характерна для косимой залежи и солонцового Таблица 1 – Статистические характеристики распределения морфометрических показателей на мониторинговых участках Статистические Мощность Нижняя граница Глубина вскипания показатели (Апах+А), см гор. AВ, см от HCl, см Водораздел (МУ-1) Среднее (n=16) 38 75 Минимум 28 64 Нижний квартиль 32 69 Медиана 36 74 Верхний квартиль 45 79 Максимум 52 87 Коэффициент вариации, % 19,6 10,0 28,Косимая залежь Среднее (n=15) 53 81 Минимум 38 60 Нижний квартиль 48 72 Медиана 55 80 Верхний квартиль 59 91 Максимум 66 100 1Коэффициент вариации, % 15,8 16,9 40,Бывший орошаемый участок (ОУ-1) Среднее (n=16) 37 66 Минимум 28 39 Нижний квартиль 30 56 Медиана 34 67 Верхний квартиль 40 78 Максимум 58 89 1Коэффициент вариации, % 25,0 24,0 28,Поле эколого-ландшафтных севооборотов (МУ-2) Среднее (n=15) 31 55 Минимум 25 25 Нижний квартиль 30 48 Медиана 30 55 Верхний квартиль 34 67 Максимум 37 68 Коэффициент вариации, % 10,2 21,7 28,Солонцовый стационар №1 (СТ-1) Среднее (n=32) 39 72 Минимум 20 42 Нижний квартиль 32 50 Медиана 38 73 Верхний квартиль 45 88 1Максимум 80 115 1Коэффициент вариации, % 31,7 28,5 53,Солонцовый стационар №2 (СТ-2) Среднее (n=27) 45 77 Минимум 20 41 Нижний квартиль 32 57 Медиана 40 67 Верхний квартиль 48 94 Максимум 100 150 1Коэффициент вариации, % 40,5 37,2 40,стационара №2 - 53 и 45 см соответственно. Для остальных объектов она изменяется от 28 до 38 см. Повышенная мощность гумусового горизонта для почв избыточного увлажнения, характерного для солонцовых стационаров, обусловлена концентрацией в них основной массы корней и снижением интенсивности минерализации органического вещества. Статистическая обработка данных показывает, что максимальная величина коэффициента вариации мощности гумусового горизонта наблюдается в черноземах солонцовых стационаров – 40%, на плоских водоразделах коэффициент вариации не превышает 25%.

На основе морфологического описания получены картосхемы распределения в пространстве нижней границы горизонта АВ и верхней границы вскипания от HCl (рис. 3; 4). Различия мощности гумусового горизонта соответствуют особенностям СПП и влиянию микрорельефа данных участков. Проведенные нами исследования показали, что почвенный покров агроландшафтов Каменной Степи представлен сложными сочетаниями, пятнистостью и комплексами обыкновенных, выщелоченных, типичных и зоогенно-перерытых черноземов разной мощности и степени выщелоченности, которые характеризуются значительным внутрипольным варьированием основных морфометрических параметров.

11198 151.0277 185 1151.0276 88 186 184 51.0150 151.0279 178 76 140 151.0274 74 30 51.0273 51.0272 64 71 51.0272 51.0271 40.6795 40.68 40.6805 40.681 40.6815 40.733 40.7331 40.7332 40.7333 40.7334 40.7335 40.7336 40.7337 40.7338 40.7339 40.734 0 10 20 30 40 50 а) б) в) Рис.3. Картосхемы мощности гумусового горизонта: а) поле южного селекционного севооборота (водораздел); б) косимая залежь; в) участок на солонцовом стационаре №51.0251.0251.05151.0110551.0568 1100 51.0504 16451.0251.05151.055651.0251.0502 51.058 4851.0270 51.0579 4051.0265 51.05 51.0560 36 51.028 55 51.0577 50 2451.0251.0551.0435 51.0251.0540.74 40.7402 40.7404 40.7406 40.7408 40.741 40.7412 40.7206 40.7207 40.7208 40.7209 40.721 40.7211 40.7212 40.7213 40.7214 40.7215 40.7106 40.7108 40.711 40.7112 40.7114 40.7116 40.71а) б) в) Рис.4. Картосхемы глубины вскипания от HCl: а) бывший орошаемый участок; б) поле экологоландшафтных систем севооборотов; в) участок на солонцовом стационаре №На рис. 5 изображены диаграммы размаха морфометрических параметров на ключевых участках.

Диаграмма размаха горизонта А, см Диаграмма размаха глубины залегания горизонта АВ, см 111 Среднее Среднее Среднее±0,95 Дов. интервал Среднее±0,95 Дов. интервал 0 Водораздел Орошение СТ-2 Среднее±1,96*Ст.откл. Водораздел Орошение СТ-2 Среднее±1,96*Ст.откл.

Севообор СТ-1 Залежь Севообор СТ-1 Залежь а) б) Диаграмма размаха глубины вскипания от HCl, см 1111 Среднее Среднее±0,95 Дов. интервал - Среднее±1,96*Ст.откл.

Водораздел Орошение СТ-Севообор СТ-1 Залежь в) Рис. 5. Диаграммы размаха: а) мощности горизонта А, см; б) нижней границы горизонта АВ, см; в) глубины вскипания от HCl, см При сравнении средних величин мощности гумусового горизонта (по t-критерию Стъюдента) получены достоверные отличия этого показателя на пашнях и солонцовом стационаре №1 по сравнению с косимой залежью. Максимальное различие было отмечено между участком МУ-2 и косимой залежью (tрасч. =9,56>tтаб. =2,04), минимальное – между участком ОУ-1 и косимой залежью (tрасч. =3,18>tтаб. =2,04). Для пары участков СТ-2 и косимая залежь существенных различий найдено не было (tрасч.

=1,95tтаб. =2,04) и МУ-2 (tрасч. =5,53>tтаб. =2,04) по сравнению с косимой залежью. Между водораздельным участком, солонцовыми стационарами и косимой залежью существенных различий найдено не было (tрасч.

Таким образом, для всех почв Каменной Степи характерен более или менее одинаковый диапазон мощности гумусового горизонта (Апах+А) и гумусового слоя в целом (Апах+А+АВ). Преобладают среднемощные виды (40-80 см). Почвы Каменной Степи наиболее заметно различаются по глубине появления сплошной пропитки карбонатами кальция (глубине вскипания по HCl). Величина этого показателя обусловлена формой рельефа, роющей деятельностью животных, эрозионными процессами и сезонным изменением уровня грунтовых вод.

Содержание гумуса и его групповой состав. Нами проводилось изучение гумусового состояния черноземных почв Каменной Степи на заложенных мониторинговых участках. Все определенные показатели содержания и группового состава гумуса были подвергнуты статистической обработке.

Наши исследования показали, что наибольшее содержание гумуса отмечено в почвах заповедных участков и на мониторинговом участке СТ-1. В верхнем 0-20 см слое почвы количество гумуса составило на косимой залежи 9,95% (табл. 2), на СТ-1 – 9,81% (табл. 2).

В почве пашни процессы минерализации происходят более интенсивно, чем на залежи, поэтому наблюдается снижение содержание гумуса. Так, в слое 0-20 см на пашне значение этого показателя колеблется от 6,49 до 8,23% (табл. 2). На рис. показаны картосхемы распределения содержания гумуса на исследуемых мониторинговых участках, а на рис. 7 – диаграмма его размаха.

Таблица 2 – Статистические данные гумусного состояния мониторинговывх участков, 0-20, см Статистические Степень Снег. ост./ показатели Гумус, Сорг., Сгк : Сфк Снегид. гумификаци Собщ., % % % ост.,% и орг. в-ва, % Среднее (МУ-1) 8,23 2,036 5,11 2,739 34,33 57,Минимум 7,60 1,772 1,73 2,427 27,85 52,Максимум 8,70 2,322 13,57 3,046 39,59 61,Коэффициент вариации, % 3,6 7,3 55,8 6,2 9,0 4,Среднее (ОУ-1) 7,55 1,880 3,02 2,501 31,76 57,Минимум 6,58 1,491 1,40 2,033 18,61 49,Максимум 8,44 2,360 4,99 3,327 41,69 68,Коэффициент вариации, % 8,1 13,9 35,5 13,3 18,0 9,Среднее (МУ-2) 6,49 1,769 3,09 1,993 34,95 52,Минимум 5,74 1,511 2,20 1,647 29,42 47,Максимум 7,00 2,043 5,25 2,203 38,87 57,Коэффициент вариации, % 5,1 7,8 31,8 7,9 6,9 5,Среднее (ОУ-2) 6,98 1,597 3,18 2,450 29,38 60,Минимум 6,47 1,240 1,80 1,967 21,40 51,Максимум 7,78 1,964 5,34 2,870 37,01 68,Коэффициент вариации, % 5,5 13,4 33,7 11,3 12,9 8,Среднее (СТ-1) 9,81 2,247 3,48 3,441 29,73 60,Минимум 7,78 1,751 1,45 2,580 20,48 52,Максимум 12,12 2,845 9,62 4,705 38,61 66,Коэффициент вариации, % 11,1 11,2 49,4 14,4 14,1 5,Среднее (СТ-2) 7,93 1,883 4,81 2,716 32,68 58,Минимум 6,64 1,464 1,50 2,029 21,14 51,Максимум 9,23 2,232 11,04 3,523 42,90 68,Коэффициент вариации, % 9,9 11,0 55,7 15,4 15,5 7,8.8.8.51.028.6 8.8.55 8.51.058.5 8.51.028.45 8.8.8.7.51.028.51.0502 7.8.7.8.7.51.0274 8.7.8.7.8.51.05 7.51.027.7.7.7.7.51.026.7.51.046.7.7.7 6.51.027.65 6.7.6 6.40.733 40.7331 40.7332 40.7333 40.7334 40.7335 40.7336 40.7337 40.7338 40.7339 40.734 40.74 40.7402 40.7404 40.7406 40.7408 40.741 40.74а) б) 151.0251.0212.11.8 51.011.11.70 11.11.11.51.0211.11.60 10.10.8 10.51.0210.10.50 10.10.51.029.10.9.40 9.9.8 9.51.029.8.9.8.51.09.2 8.8.8.7.51.0251.020 10 20 30 40 50 40.7106 40.7108 40.711 40.7112 40.7114 40.7116 40.71 в) г) Рис. 6. Картосхемы распределения содержания гумуса в слое 0-20 см на мониторинговых участках, %: а) МУ-1, б) ОУ-1, в) косимая залежь (данные Ю.И. Чевердина (2006)), г) СТ-Диаграмма размаха содержания гумуса в слое 0-20 см, % Среднее Среднее±0,95 Дов. интервал Среднее±1,96*Ст.откл.

Водораздел Орошение-1 СТ-Севообор Орошение-2 СТ-Рис. 7. Диаграмма размаха содержания гумуса в слое 0-20 см, % Наши исследования показали, что антропогенное воздействие сопровождалось изменением характера аккумуляции гумуса по почвенному профилю, изменением состава гумуса (отношение Сгк:Сфк увеличивалось до 3,02-5,11) по сравнению с залежью, уменьшением содержания негидролизуемого остатка (в среднем от 60 до 53%). Степень гумификации на всех мониторинговых участках осталась на прежнем, по сравнению с залежью, высоком уровне.

По данным Б.П. Ахтырцева и др. (2004), высокая увлажненность гидроморфных почв в течение всего теплого периода способствует накоплению негидролизуемого остатка и снижению содержания гуминовых кислот, связанных с кальцием.

Нами были определено профильное распределение содержания гумуса на участках (рис. 8). В пределах почвенного профиля тип распределения гумуса неодинаков. В его верхней части, примерно до глубины 25-30 см, накопление гумуса идет равномерно, ниже (40-100 см) – по равномерно-аккумулятивному типу и с глубины 100-110 см – по регрессивно-аккумулятивному.

а) б) в) г) Рис. 8. Профильное распределение гумуса в черноземах Каменной Степи: а) МУ-2, б) косимая залежь*, в) ОУ-1, г) СТ-*Примечание. Данные по косимой залежи Ю.И. Чевердина за 2006 г.

Состав обменных оснований. Выполненные нами исследования черноземных почв под различными угодьями в Каменной Степи показали, что при увеличении длительности антропогенного воздействия, длительном периоде орошения, постмелиоротивном воздействии в составе почвенно-поглощающего комплекса черноземов отмечается перераспределение состава обменных оснований – снижение содержания поглощенного кальция, и увеличение содержания поглощенных магния и натрия.

По нашим данным содержание обменного кальция на мониторинговых участках лежит в пределах 22,3-32,4 ммоль (экв) /100г (рис. 9). Коэффициент вариации изменяется от 8,5 до 26,4%. Содержание обменного магния на исследуемых участках осталось на прежнем уровне и лежит в пределах 6,6-9,8 мг-экв/100г. Коэффициенты вариации для магния выше, чем для кальция, и лежат в пределах 11,3-49,2% (рис. 9).

Содержание обменного натрия – 0,38-5,21 мг-экв/100г; коэффициент вариации изменяется от 21,1 до 92,0%. Содержание и коэффициенты вариации для натрия максимальны для участков Ст-1 и СТ-2.

Диаграмма размаха обменного кальция в слое 0-20 см, ммоль(экв)/100г Диаграмма размаха обменного магния в слое 0-20 см, ммоль(экв)/100г 15 Среднее Среднее Среднее±0,95 Дов. интервал - Среднее±0,95 Дов. интервал Водораздел Орошение-1 СТ-1 Среднее±1,96*Ст.откл. Среднее±1,96*Ст.откл.

Водораздел Орошение-1 СТ-Севообор Орошение-2 СТ-2 Севообор Орошение-2 СТ- а) б) Диаграмма размаха обменного натрия в слое 0-20 см, ммоль(экв)/100г Диаграмма размаха гидролитической кислотности 16 в слое 0-20 см, ммоль(экв)/100г --- Среднее Среднее Среднее±0,95 Дов. интервал Среднее±0,95 Дов. интервал -6 -Водораздел Орошение-1 СТ-1 Среднее±1,96*Ст.откл. Среднее±1,96*Ст.откл.

Водораздел Орошение-1 СТ-Севообор Орошение-2 СТ-2 Севообор Орошение-2 СТ- в) г) Рис. 9. Диаграммы размаха обменных оснований: а) кальция; б) магния; в) натрия; г) Hг На рис. 10 и рис. 11 представлены картосхемы пространственного распределения обменного кальция и магния на мониторинговых участках.

40.5 51.0239.5 51.0538.51.0251.037.36.51.0235.51.0534.51.0233.51.0228 32.51.51.0227 31.26 30.51.0229.51.0428.40.6795 40.68 40.6805 40.681 40.6851.0271 27.26.40.733 40.7331 40.7332 40.7333 40.7334 40.7335 40.7336 40.7337 40.7338 40.7339 40.734 40.74 40.7402 40.7404 40.7406 40.7408 40.741 40.7412 а) б) в) Рис. 10. Картосхемы распределения кальция в черноземах Каменной Степи в слое 0-20 см, ммоль(экв)/100 г: а) МУ-1, б) ОУ-1, в) СТ-51.0251.0584 51.0218.5 12.17.51.0583 14.11.5 51.051.0516.5 13.51.0582 10.15.12.51.0214.9.5 11.51.0513.51.0286 10.51.0502 8.12.5 51.058 9.7.5 51.0211.8.51.0510.7.6.51.0251.05 9.5 6.51.055.8.5.51.07.5 51.0577 4.5 4.6.5 3.3.5 51.0251.0498 51.055.2.4.51.0575 51.023.40.74 40.7402 40.7404 40.7406 40.7408 40.741 40.7412 40.7206 40.7207 40.7208 40.7209 40.721 40.7211 40.7212 40.7213 40.7214 40.7215 40.7106 40.7108 40.711 40.7112 40.7114 40.7116 40.71а) б) в) Рис. 11. Картосхемы распределения магния в черноземах Каменной Степи в слое 0-20 см, ммоль(экв)/100 г: а) ОУ-1, б) МУ-2, в) СТ-Дополнительное поверхностное и грунтовое увлажнение оказывает существенное влияние на состав обменных оснований. На рис. 12 представлены графики профильного распределения обменного кальция и магния на примере бывшего орошаемого участка. Из графиков видно, что вниз по профилю происходит уменьшение доли кальция в составе ППК. Увеличение содержания поглощенного магния в нижних постоянно влажных горизонтах обусловлено тем, что растворимость карбоната магния, содержащегося в составе почвенных карбонатов в 20-30 раз выше растворимости карбоната кальция. Это повышает содержание магния в почвенном растворе переувлажненных горизонтов и повышает его содержание в составе ППК. Для бывшего орошаемого участка характерно равномерное распределение поглощенного магния (рис. 12-б) в связи с периодическим промывом профиля почвы орошаемыми водами.

а) б) Рис. 12. Профильное распределение обменного кальция (а) и магния (б) в черноземах Каменной Степи При сравнении средних величин содержания обменных кальция, магния и натрия в слое 0-20 см (по t-критерию Стъюдента) получены достоверные отличия этих показателей на пашнях по сравнению с солонцовым стационаром №2. Для всех исследуемых пар ключевых участков tрасч. был больше tтаб.

Реакция среды. По данным Н.Н. Никаноровой (1953), проводившей исследования почв Каменной Степи в рамках экспедиции АН СССР, среднее значение величины рН водной вытяжки в середине прошлого века в почвах Каменной Степи составляло в пахотном слое почвы 6,72, солевой – 6,32. По нашим данным показатели рН водной вытяжки изменяются в среднем от 7,5 до 8,0, т.е. реакция за несколько десятилетий изменилась в щелочную сторону (рис. 13). На рис. 14 изображены графики профильного распределения величины рН водной вытяжки. Из графиков видно, что реакция среды изменяется в щелочную сторону вниз по профилю. При сравнении средних величин водного и солевого рН, в слое 0-20 см (по t-критерию Стъюдента) получены достоверные отличия этих показателей на пашнях по сравнению с солонцовым стационаром №2. Для всех исследуемых пар ключевых участков tрасч. был больше tтаб.

Диаграмма размаха рНвод в слое 0-20 см 8,8 Диаграмма размаха рНсол в слое 0-20 см 8,8,7,8,7,7,8,7,8,7,7,6,7,6 6,6,7,6,7,6,7,5, Среднее Среднее Среднее±0,95 Дов. интервал 6,8 5,6 Среднее±0,95 Дов. интервал Водораздел Орошение-1 СТ-1 Водораздел Орошение-1 СТ-1 Среднее±1,96*Ст.откл.

Среднее±1,96*Ст.откл.

Севообор Орошение-2 СТ-2 Севообор Орошение-2 СТ-Рис. 13. Диаграммы размаха рН водной и солевой вытяжек Рис.14. Профильное распределение рНвод в черноземах Каменной Степи Четвертая и пятая главы посвящены изучению изменения основных свойств и показателей эффективного плодородия черноземов Каменной Степи в зависимости от длительности антропогенной нагрузки.

Влажность почвы. В 2007-2010 гг. проводились исследования по определению влажности почвы в течение вегетационного периода. Анализ экспериментальных данных показывает, что характер увлажненности почвенного профиля исследованных почв зависел от складывающихся гидротермических условий года. Важной особенностью, которую необходимо отметить, является то, что на водоразделе количество влаги в почве достоверно выше, чем на склоне. Причем данная закономерность характерна для всех слоев почвы (табл. 3).

Таблица 3 - Влажность почв Каменной Степи, % (среднее за 2007-2010 гг.) Ключевой Срок Слой почвы, см участок определения 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 0-Залежь косимая Май 28,1 26,7 27,8 26,9 25,6 27,Август 17,7 17,9 16,9 17,0 16,5 17,Распашка1992 г. Май 29,8 30,0 29,1 28,3 26,7 28,водораздел Август 18,2 16,2 19,4 18,3 18,8 18,Распашка1952 г. Май 27,9 27,5 28,2 28,9 27,6 28,водораздел Август 18,2 17,1 17,6 18,5 19,0 18,Распашка1952 г. Май 25,9 26,4 26,0 24,3 22,8 25,склон Август 16,7 16,3 18,1 19,0 18,5 17,Длительное сельскохозяйственное использование пашни приводит к значительному снижению влагообеспеченности культурных растений. В наших исследованиях мы сравнивали также запасы продуктивной влаги в почвах залежи и смежной с ней пашни (табл. 4).

Залежь за период исследований 2007-2010 гг. характеризовалась достоверно большим запасом продуктивной влаги верхних слоев (0-20 и 0-50 см), но по большему общему запасу влаги в метровом слое характеризовалась пашня.

Таблица 4 - Запас продуктивной влаги в почвах Каменной Степи, мм (среднее за 2007-2010 гг.) Ключевой Срок Слой почвы, см участок определения 0-20 0-50 0-1Залежь косимая Май 31,3 79,2 150,Июль 15,1 25,1 51,Сентябрь 8,3 17,7 39,Распашка 1952 г., Май 25,9 75,7 146,водораздел Июль 10,2 34,0 82,Сентябрь 1,9 11,5 41,Структура почв. Распашка и длительное использование черноземных почв в агроценозах приводит к изменению их структурного состояния. В наибольшей степени они затрагивают верхние слои почвы. Для определения влияния различной антропогенной нагрузки на черноземы Каменной Степи в 2007-2009 гг. нами был проведен структурный анализ почв (табл. 5). Данные структурного анализа свидетельствуют о значительном содержании агрономически ценных агрегатов, размером от 0,25 до 10 мм. Их количество в слое 0-20 см колеблется от 72% на пашне со сроком распашки с 1952 г. (склон) до 93% на залежи косимой.

Таблица 5. Структурный состав черноземных почв Каменной Степи, 0-20 см Коэффициент Сумма агрегатов Сумма глыбистых Сумма пылеватой структурности, Кс Ключевой участок 10-0,25 мм, % агрегатов >10, % фракции<0,25 мм 2007 2008 2009 2007 2008 2009 2007 2008 2009 2007 2008 20Залежь косимая 93,3 91,0 91,6 5,9 8,0 5,7 0,8 1,0 2,8 14,0 10,1 10,1882 г.

Распашка1992г.

73,5 - 81,3 23,2 - 15,5 3,3 - 3,2 2,8 - 4,(водораздел) Распашка1952г.

88,3 85,4 89,0 11,1 13,5 8,6 0,7 1,2 2,4 7,5 5,8 8,(водораздел) Распашка1952г.

75,9 - 71,6 19,3 - 24,1 4,9 - 4,3 3,1 - 2,(склон) Введение в сельскохозяйственное использование залежных участков приводит к ухудшению почвенной структуры в первые 15 лет после распашки, которое проявляется в увеличении количества глыбистых агрегатов, уменьшении доли фракции агрономически ценных агрегатов, уменьшении коэффициента структурности.

При дальнейшей культурной обработке почвы происходит улучшение почвенной структуры (распашка 1952г. – водораздел).

Плотность сложения и плотность твердой фазы почвы. Сравнивая современное состояние плотности почв с данными Н.Н. Никаноровой (1953), ясно прослеживается тенденция увеличения ее как на пахотных участках, так и на целинном аналоге (косимой залежи). Так, в 1953 году в слое почвы 0-20 см на косимой залежи плотность была 0,94 г/см3. В настоящее время показатель плотности несколько изменился в сторону увеличения и составил 0,97 г/см3. На пашне за указанный период изменение плотности характеризуется большими величинами. Если в 1953 г. она составила 0,98-1,11 г/см3, то в настоящее время повысилась до 1,04-1,17 г/см3 (табл. 6).

Данные по определению плотности сложения на почвах с одинаковым сроком распашки, но расположенных на различных элементах рельефа (водораздел и склон) позволяет выделить следующее. На склоновом участке плотность оказалась достоверно выше, чем на водоразделе и составила для слоя 0-20 см 1,17 и 1,15 г/смсоответственно (табл. 6).

Введение в сельскохозяйственное использование залежных почв приводит к увеличению плотности твердой фазы почвы с увеличением длительности использование пашни. Плотность твердой фазы пашни достоверно отличается от значения этого показателя на залежи. Почва пашни, расположенной на склоне, имеет наибольшее значение плотности твердой фазы (табл.6).

Таблица 6 – Плотность сложения и твердой фазы почв Каменной Степи, 0-20 см (2007-2009 гг.) Плотность сложения, Плотность твердой фазы, Вариант г/см3 г/смЗалежь косимая 1882 г. 0,97 2,Распашка 1992 г. 1,04 2,Распашка 1952 г. - водораздел 1,15 2,Распашка 1952 г. - склон 1,17 2,НСР05 0,02 0,Состав обменных оснований. На данный момент содержание обменного кальция залежи равняется 33,2 ммоль(экв) /100 г почвы. Содержание магния в составе ППК чернозема обыкновенного залежи в 1953 г. составляла 5,5 ммоль(экв) /100 г почвы, на данный момент оно осталось на том же уровне. В черноземе на пашне содержание магния в составе ППК в 1953 г. составляло 4,4 ммоль(экв) /100 г почвы, сегодня оно лежит в пределах 4,9-8,9 ммоль(экв) /100 г почвы. Практически на всех пахотных аналогах с увеличением срока распашки отмечается снижение содержания обменного кальция и увеличение содержания обменного магния по сравнению с залежью, а также сужение отношения обменного кальция к магнию (табл. 7).

Таблица 7. Состав обменных оснований почв Каменной Степи (2007-2009 гг.) в слое 0-20 см Моль(экв)/100 г почвы Отношение Вариант Ca2+ Mg2+ Ca2+ + Mg2+ Ca2+/Mg2+ Залежь косимая 1882 г. 33,2 5,5 38,7 6,Распашка 1992 г. (водораздел) 29,7 8,9 38,6 3,Распашка 1952 г. (водораздел) 27,8 4,9 32,7 5,Распашка 1952 г. (склон) 26,1 8,7 34,8 3,Реакция среды почв Каменной Степи. Рассматривая современные показатели кислотности почв, отмечаем что, почвы, занятые естественной растительностью, имеют значения рН близкие к 7. Так по нашим данным значения водного рН в почве косимой залежи составили величины порядка 6,85 (на глубине 0-30 см).

Таблица 8 - Реакция среды почв Каменной Степи Вариант Глубина, см рНвод.

Залежь косимая 1882 г. 0-30 6,Распашка 1992 г. (водораздел) 0-30 7,Распашка 1952 г. (водораздел) 0-30 7,Распашка 1952 г. (склон) 0-30 6,На пахотных почвах водораздела реакции среды черноземных почв изменялась в слабощелочную сторону и составила 7,13-7,31 единиц (табл. 8), почвы склона и залежи характеризуются нейтральной реакцией среды.

Некоторые показатели гумусного состояния почв Каменной Степи. С увеличением длительности антропогенного воздействия содержание гумуса достоверно уменьшается по сравнению с залежью (табл. 9). Пашни с одинаковым сроком распашки, но расположенные на различных элементах рельефа также достоверно различается по содержанию гумуса. Длительное сельскохозяйственное использование пашни сопровождается изменением состава гумуса в исследуемых почвах. Так, отношение СГК:СФК на пашне в первые 15 лет после распашки уменьшилось по сравнению с залежью. При последующем антропогенном воздействии происходит некоторое увеличение этого отношения. Содержание негидролизуемого остатка увеличивается после распашки, но в последующий сорокалетний период снова уменьшается. Степень гумификации в первые 15 лет после распашки снижается, но при дальнейшем использовании пашни степень гумификации достигает значений на залежи (табл. 9). Таким образом, изменяется не только количество гумуса на пашне по сравнению с залежным аналогом, но и его качественный состав.

Таблица 9. Качественный состав гумуса в почвах Каменной Степи в зависимости от длительности сельскохозяйственного использования в 2008-2009 гг., % Варианты Глубина, Гумус,% Сгк : Сфк Снегид..ост., Степень гум. Снег. ост./ см % орг. в-ва, % Собщ., % Залежь косимая 0-20 9,95 2,6 3,20 32,0 55,1882 г. 20-30 9,60 3,1 3,01 34,6 54,Распашка 1992 г. 0-20 8,20 2,1 3,00 24,8 63,(водораздел) 20-30 8,77 1,8 3,28 22,6 64,Распашка 1952 г. 0-20 6,90 3,2 2,19 34,6 54,(водораздел) 20-30 6,62 5,0 2,21 35,3 57,Распашка 1952 г. 0-20 5,75 2,9 1,86 33,0 55,(склон) 20-30 5,38 2,5 1,67 33,3 53,Показатели эффективного плодородия. Распашка залежных почв приводит к заметному изменению содержания питательных веществ по мере увеличения длительности антропогенной нагрузки. Так, введение в сельскохозяйственное использование залежных почв приводит в первые 15 лет после распашки к увеличению запасов нитратного азота. Дальнейшее использование пашни в течение периодов, превышающих 50 лет, приводит к постепенному уменьшению количества нитратного азота в почве. Особенно это касается участков пашни, расположенных на склоне (табл. 10). Уменьшение нитратного азота связано с выносом его вместе с урожаем.

Таблица 10. Среднее содержание подвижных элементов (2007-2010 гг.) Угодье Срок Слой почвы, см опред.

0-10 10-20 20-30 0-10 10-20 20-30 0-10 10-20 20-N-NO3, мг/кг Р2О5, мг/100 г К2О, мг/100 г Залежь косимая Май 8,5 7,5 6,4 3,6 3,6 3,6 14,3 6,8 4,Июль 12,8 9,8 6,3 3,3 3,5 3,9 10,2 7,6 7,Распашка 1992 г., Май 19,1 20,3 19,2 8,9 8,4 7,9 10,9 8,9 5,водораздел Июль 28,3 32,0 32,9 8,5 8,4 8,1 11,8 12,0 9,Распашка 1952 г., Май 15,9 16,5 15,8 15,5 15,7 14,1 20,7 18,1 10,водораздел Июль 21,1 21,0 18,7 15,0 14,2 12,5 17,6 17,0 11,Распашка 1952 г., Май 12,0 14,4 12,5 7,7 7,3 5,6 11,2 8,9 4,склон Июль 27,4 23,2 17,6 8,1 7,0 5,4 12,2 9,3 6,В результате наших исследований было установлено, что с увеличением длительности использования пашни происходит увеличение содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве. Это накопление связано с постоянным внесением калийных и фосфорных удобрений. Пашни с одинаковым сроком распашки, но расположенные на различных элементах ландшафта, также различается по количеству обменного калия и подвижного фосфора. На склоне содержание данных подвижных элементов достоверно ниже содержания их на водоразделе в связи с выносом этих элементов со склона по действием водной и ветровой эрозии (табл. 10).

Урожайность кукурузы. Уровень эффективного плодородия той или иной почвы определяется, прежде всего, урожайностью возделываемых сельскохозяйственных культур и во многом зависит от свойств почвы.

В 2007-2010 гг. нами проводились исследования по оценке продуктивности разновозрастных пашен при возделывании зерновых культур. На пашнях возделывалась кукуруза на зерно бессменно в двух вариантах: без удобрений, с внесением удобрений (NPK)60. Уборка урожая проводилась вручную на делянках по м2 в 6-кратной повторности (табл. 11).

Таблица 11. Урожайность зерна кукурузы 2007-2010 гг. (ц/га, 14%-ая влажность) 2007г. 2008 г. 2009 г. 2010 г.

Объект исследования 1 1 2 1 2 1 Пашня 1992 г. (водораздел) 54,3 72,5 81,2 5,2 8,59,9 51,Пашня 1952 г. (водораздел) 49,9 66,8 83,3 7,6 5,52,9 44,Пашня 1952 г. (склон) 39,1 55,9 74,7 0 44,8 39,НСР05 3,6 3,2 4,3 3,6 3,2,5 4,Примечание. 1 – без удобрений (данные Дорохина И.Н.), 2 – (NPK)60 (данные Беспалова В.А.) Продуктивность зерна растений кукурузы достоверно убывала по мере снижения содержания гумуса, влаги в почве от пашни 1992 г. на водоразделе до пашни 1952 г. на склоне. Следует отметить засушливые условия 2010 г., в результате которых была получена очень низкая урожайность на всех вариантах опыта (рис. 11).

ВЫВОДЫ 1. Почвенный покров агроландшафтов Каменной Степи представлен сложными сочетаниями, пятнистостями и комплексами обыкновенных, выщелоченных, типичных и зоогенно-перерытых черноземов разной мощности и степени выщелоченности, которые характеризуются значительным внутрипольным варьированием основных морфометрических параметров. Почвы Каменной Степи наиболее заметно различаются по глубине появления сплошной пропитки карбонатами кальция (глубина вскипания изменяется от 5 до 147 см). Варьирование этого показателя обусловлено формой рельефа, роющей деятельностью животных, эрозионными процессами и сезонным изменением уровня грунтовых вод.

2. Черноземы исследованных участков Каменной Степи характеризуются четко выраженным пространственным варьированием изученных показателей почвенного плодородия и различием их профильного распределения. Коэффициент вариации содержания гумуса составляет 4-11%, обменного кальция – 10-30%, обменного магния – 20-50%, обменного натрия – 20-90%, гидролитической кислотности – 50-100%.

3. Для всех черноземных почв Каменной Степи характерен более или менее одинаковый диапазон мощности гумусового горизонта (Апах+А) и гумусового слоя в целом (Апах+А+АВ). Преобладают среднемощные виды (40-80 см). Накопление гумуса до глубины 25-30 см идет равномерно, ниже (40-100 см) – по равномерноаккумулятивному типу и с глубины 100-110 см – по регрессивно-аккумулятивному.

4. В почвенном поглощающем комплексе черноземов Каменной Степи в последние десятилетия отмечается изменение состава обменных оснований – снижение содержания поглощенного кальция до 26-32 ммоль(экв)100 г и увеличение содержания поглощенных магния до 9 ммоль(экв)/100 г и натрия до 0,ммоль(экв)/100 г, а также сужение соотношения кальция к магнию по сравнению с косимой залежью с 6 до 3.

5. На почвах водораздела Каменной Степи в последние десятилетия реакция среды часто изменяется в слабощелочную сторону, почвы склона и залежи характеризуются нейтральной реакцией среды. Вниз по профилю реакция среды изменяется в щелочную сторону на всех объектах исследования.

6. Введение в сельскохозяйственное использование залежных участков приводит к ухудшению почвенной структуры в первые 15 лет после распашки (количество глыбистых агрегатов увеличивается с 6 до 23%, доля фракции агрономически ценных агрегатов уменьшается с 93 до 74%, коэффициент структурности убывает с 14 до 3%). При дальнейшей сорокалетней культурной обработке почвы происходит улучшение почвенной структуры. С увеличением длительности использования пашни происходит увеличение плотности сложения и плотности твердой фазы черноземных почв до 1,2 и 2,6 г/см3 соответственно.

7. Длительное антропогенное воздействие на черноземы Каменной Степи сопровождается изменением качественного состава гумуса. В первые 15 лет отношение Сгк:Сфк уменьшилось с 3 до 2 по сравнению с залежью. При последующем антропогенном воздействии происходит некоторое увеличение этого отношения до 35. Содержание негидролизуемого остатка увеличивается после распашки с 56 до 63%, но в последующий сорокалетний период снова уменьшается до 55%. Степень гумификации в первые 15 лет после распашки снижается, но при дальнейшем использовании пашни степень гумификации достигает значений на залежи.

8. Введение в сельскохозяйственное использование залежных почв приводит в первые 15 лет после распашки к увеличению запасов нитратного азота. Дальнейшее использование пашни приводит к постепенному уменьшению содержания нитратного азота в почве. С увеличением длительности использования пашни происходит увеличение содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве. В зависимости от ландшафтной принадлежности черноземные почвы Каменной Степи отличаются по содержанию подвижных форм элементов минерального питания и по урожайности сельскохозяйственных культур (урожайность зерна кукурузы достоверно убывает от пашни 1992 г. на водоразделе до пашни 1952 г. на склоне).

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Беспалов В.А., Киценко В.П. Варьирование морфологических свойств черноземных почв // Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса / Матер. Междунар. научно-практ. конф. – Курск, 2008. – С. 305-307.

2. Чевердин Ю.И., Беспалов В.А., Киценко В.П. Состав обменных оснований почв разновозрастных пашен // Энтузиасты аграрной науки: Труды КубГАУ.- Краснодар, 2008. – Вып.7. – С. 182-185.

3. Беспалов В.А., Чевердин Ю.И. Зависимость количества гумуса от размера фракции черноземных почв Каменной Степи // Материалы заседания Территориального координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧЗ». – Каменная Степь 29 мая 2009 г, ч.1. Земледелие, агропочвоведение, агрохимия, растениеводство. – Воронеж, «Истоки», 2009. – С.107-108.

4. Беспалов В.А. Пространственное варьирование основных показателей почвенного плодородия черноземов Каменной Степи // Отражение био–, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове: Сборник материалов IV Всероссийской научной конференции с международным участием. – Томск: ТМЛПресс, 2010. – Т 1. – С. 24-27.

5. Чевердин Ю.И., Беспалов В.А. Различия в пространственном распределении содержания гумуса в черноземах Каменной Степи // Матер. Всеросс.

научно-практ. конф. и засед. совета по земледелию ЦЧЗ Отделения земледелия Россельхозакадемии.– Воронеж: изд. «Истоки», 2011. – С. 263-267.

6. Чевердин Ю.И., Беспалов В.А., Воронин Д.А. и др.

Агролесомелиоративный комплекс как фактор изменения водно-солевых характеристик черноземов // Матер. Всеросс. научно-практ. конф. и засед. совета по земледелию ЦЧЗ Отделения земледелия Россельхозакадемии. – Воронеж: изд.

«Истоки», 2011. – С. 299-303.

7. Чевердин Ю.И., Беспалов В.А. Пространственное варьирование содержания гумуса в черноземах Каменной Степи//Плодородие, 2011.–№ 4. – С. 28-29.

8. Зборищук Ю.Н., Беспалов В.А. Структура почвенного покрова Каменной степи // Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение. – 2011. – №4. – С. 12-16.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.