Агроэкология черноземов южных на склонах

Смытые почвы имеют меньше фракций ила (частицы менее 0,001мм) и физической глины (частицы менее 0,01мм). В них накапливаются более грубые механические элементы, главным образом, песок (0,25-0,05мм). Обычно с увеличением смытости почв увеличивается её бесструктурность. Чем больше смыты почвы, тем значительнее убывает их порозность. У таких почв ухудшается водопроницаемость и аэрация. Чем сильнее смыты почвы, тем меньше влаги они поглощают (Ф.А. Миронченко, 1976).

Вследствие потери почвой питательных веществ и ухудшения водно-физических свойств происходит снижение урожаев. Только на эродированных землях Центрально-Черноземной зоны недобор продукции растениеводства ежегодно составляет в пересчете на зерно 12,2 млн. ц (В.Д. Иванов, 1984).

В результате развития эрозии почв происходит не только количественное снижение урожая, но и ухудшается его качество, уменьшается масса тысячи зерен и изменяется его биохимический состав. Наибольшее уменьшение абсолютного веса зерна наблюдается в засушливые годы, наименьшее - во влажные.

Следует также отметить большую засоренность сорняками смытых почв в связи с тем, что на эродированных почвах сомкнутость культурных растений уменьшена, создаются благоприятные условия для развития сорняков. На среднесмытых почвах засоренность полей в 2-4 раза больше, чем на несмытых.

Смытые почвы имеют следующие общие признаки и свойства: уменьшение мощности, более светлая окраска профиля и небольшая глубина залегания карбонатов, в сравнении с неэродированными почвами; накопление в верхнем горизонте частиц размером более 0,05 мм; уменьшение содержания органического вещества; уменьшение прочности и количества водопрочных агрегатов; ухудшение водного, воздушного, теплового режимов; уменьшение численности почвенных микроорганизмов по сравнению с неэродированными почвами; повышение липкости, пластичности и сопротивляемости при обработке.

Перечисленные свойства эродированных почв в совокупности определяют производительность участков с различной степенью смытости, что, в конечном счете, влияет на величину и качество урожая.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТА И УСЛОВИЙ РАБОТЫ

Климат Челябинской области определяется положением её в центре Евро-Азиатского материка, большим удалением от морей и океанов. На формирование климата существенное влияние оказывают Уральские горы, которые создают препятствие на пути движения воздушных атлантических масс. Все это определяет значительную континентальность и сухость климата (Ф.Я. Кирин, 1973).

По основным агроклиматическим показателям на территории Челябинской области выделяются три зоны: 1) горно-лесная увлажненная, 2) лесостепная с двумя подзонами - умеренно увлажненная северная лесостепь и полузасушливая южная лесостепь, 3) степная засушливая (А.И. Левит, 2001).

Почвенно-полевые исследования проводились в северной части Брединского района, расположенного в степной природной зоне Челябинской области, климат которой является теплым (рисунок 2) и засушливым (рисунок 3).

Среднесуточная температура выше 10оС наступает 5-7 мая. Осенью этот уровень она переходит 18-20 сентября. Таким образом, продолжительность активной вегетации растений составляет 135-140 дней. За это время накапливается 2100-2300ОС положительных температур. Последние заморозки весной приходятся на 19-23 мая, а осенью на 13-17 сентября.

Поэтому период без заморозков в воздухе и на поверхности почвы составит соответственно 110-120 дней и 80-100 дней. Общая обеспеченность теплом достаточна для выращивания не только яровой пшеницы, но и более требовательных к теплу культур (подсолнечник, гречиха, просо, кукуруза).

Зима на территории степной зоны Челябинской области малоснежная и морозная. Высота снежного покрова обычно не превышает 20 см, а абсолютный минимум температур в воздухе достигает минус 44оС. Почва глубоко и сильно промерзает (А.П. Козаченко, 1997).

Климатические условия здесь характеризуются ветрами разной силы и скорости, которые действуют в течение почти всего года (300-320 дней). Здесь часты бураны, пыльные бури (А.И. Левит, 2001).

Рельеф местности представлен сочетанием вытянутых увалов и плоских водоразделов высотой от 200 до 400 м.

Почвообразующие породы представлены желто-бурыми карбонатными суглинками, поэтому почвы характеризуются повышенным содержанием карбонатов кальция в нижней части перегнойного горизонта.

Травянистая растительность представлена на севере зоны разнотравно-ковыльно-типчаковыми ассоциациями (тонконог, ковыли, типчаки, тысячелистник, подорожник, земляника). В настоящее время степь сильно распахана, природная растительность сохранилась на небольших площадях (И.И. Плюснин, Голованов А.И., 1983).

Сочетание рельефа, климата, почвообразующих пород и растительности обеспечило развитие следующих почвообразовательных процессов: дернового, солонцового и солончакового. В связи с этим почвенный покров степной зоны является комплексным

Природные условия степной зоны Челябинской области способствуют развитию эрозионных процессов.

В данной работе представлены результаты исследования зональных почв степной зоны Челябинской области - черноземов южных, расположенных на склонах.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Методика проведения исследований

Исследования проводились на поле в Брединском районе, которое находится под уклоном. Склон сложный, с начала поля до середины наклон составил 4о, затем пологая часть сменяется более крутым наклоном (7о).

Для проведения исследований использовали метод заложения почвенно-геоморфологических профилей (В.В. Добровольский, 1982).

Сущность метода заключается в заложении разрезов на характерных элементах рельефа. А результаты исследования почв, растительности по почвенно-геоморфологическим профилям можно переносить на другие площади природной зоны с аналогичным рельефом. Это позволяет экономить время при картографировании, познании закономерностей распространения почв.

В полевых условиях изучали плотность сложения по Качинскому. Влажность почв определяли термостатно-весовым методом (В.В. Добровольский, 1982).

При морфологическом описании профилей почв одновременно отбирались образцы, в которых определялись свойства лабораторными методами.

В лабораторных условиях, в общекафедральной лаборатории и лаборатории химии почв, выполнены следующие анализы почв по общепринятым методикам (А.А. Яскин, 1999):

гранулометрический состав сокращенный по Качинскому;

содержание гумуса по Тюрину в модификации ЦИНАО;

плотность твердой фазы пикнометрическим методом;

содержание N-NO3 ионно-селективным методом;

содержание Р2О5 по Чирикову;

содержание К2О по Чирикову;

рН колориметрическим методом;

Расчетным методом определены:

порозность общая и порозность аэрации;

запасы гумуса;

общие запасы влаги;

почвенно-экологическая оценка.

Методика определения почвенно-экологической оценки и бонитировки почв разработана в Почвенном институте РАСХН (И.И. Карманов, 1985).

Методика позволяет оценивать состояние почв пашни и других угодий.

Почвенно-экологическая оценка проводится на основании свойств почв и климатических показателей.

В основу положен расчет почвенно-экологического индекса (Пэи) по формуле, предложенной Л.Л.Шишовым и другими (Л.Л. Шишов, 1991):

, (2)

где Пэи - почвенно-экологический индекс;

12,5 - постоянный множитель;

2 - максимально возможная плотность сложения;

V - плотность сложения почвы в среднем для метрового слоя, г/см3;

П - «полезный» объем почвы в метровом слое;

ДС - дополнительно учитываемые свойства почв: содержание гумуса, рН водной вытяжки, степень эродированности почв и др.;

Уt>10 - среднегодовая сумма температур более 10оС;

КУ - коэффициент увлажнения: для степной зоны - 4,9;

Р - поправка к коэффициенту увлажнения;

КК - коэффициент континентальности;

А - итоговый агрохимический показатель - содержание элементов питания.

3.2 Результаты исследований

На исследуемом склоне были заложены четыре разреза: первый - на целине, остальные на пашне в верхней, в средней и нижней частях склона (рисунок 4).

Морфологическое описание заложенных разрезов приводится ниже.

Рисунок 4 - Почвенно-геоморфологический профиль

Разрез 1 (целина).

АД дернина.

А гумусово-аккумулятивный, темно-серый с буроватым оттенком, холодит, средний суглинок, комковатый, густо пронизан корнями растений, слабо уплотнен, тонкопористый, переход очень постепенный.

В1 гумусово-переходный, буровато-серый, влажный, средний суглинок, комковатый, пронизан корнями растений, уплотнен, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты в нижней части, карбонаты в виде пропитки, переход постепенный.

В2 горизонт затеков, неоднородный бурый с затеками гумуса, влажный, средний суглинок, призматический, пронизан корнями растений, уплотнен, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты кальция в виде пятен и пропитки, переход постепенный.

В3 карбонатный горизонт, бурый с белесыми пятнами, холодит, средний суглинок, корни растений редки, плотный, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 82 материнская порода, палевый, влажный, легкий суглинок, призматический, плотный, тонкопористый, бурно вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки.

Почва: чернозем южный среднемощный среднесуглинистый на делювиальном суглинке.

Разрез 2 (пашня, верхняя часть склона).

АПАХ пахотный горизонт, темно-серый с буроватым оттенком, сухой, комковато-пылеватый, средний суглинок, рыхлый, тонкопористый, остатки стерни, корни растений, переход заметный по плотности.

А гумусово-аккумулятивный горизонт, темно-серый с буроватым оттенком, влажный, пылевато-комковатый, средний суглинок, уплотнен, тонкопористый, корни растений, переход постепенный.

В1 гумусово-переходный, буровато-серый, влажный, крупнокомковатый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты в нижней части, карбонаты в виде пропитки, переход постепенный.

В2 горизонт затеков, белесовато-бурый с белыми пятнами, холодит, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, бурно вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

В3 карбонатный горизонт, бурый с белесыми пятнами, холодит, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 82 см аналогичен горизонту С разреза 1.

Почва: чернозем южный среднемощный среднесуглинистый слабоэродированный на делювиальном суглинке.

Разрез 3 (пашня, средняя часть склона).

АПАХ пахотный горизонт, буровато-серый, сухой, комковато-пылеватый, легкий суглинок, рыхлый, тонкопористый, корни растений и пожнивные остатки.

В1 гумусово-переходный горизонт, буровато-серый, влажный, крупнокомковатый, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде пропитки, переход заметный по цвету и структуре.

В2 горизонт затеков, неоднородный, бурый с серыми потеками, влажный, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде пропитки, переход заметный.

В3 карбонатный горизонт, белесовато-бурый с белыми пятнами, холодит, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 66 см аналогичен горизонту С разреза 1.

Почва: чернозем южный маломощный легкосуглинистый среднеэродированный на делювиальном суглинке.

Разрез 4 (пашня, нижняя часть склона).

АПАХ пахотный горизонт, темно-серый, сухой, комковато-пылеватый, тяжелый суглинок, рыхлый, тонкопористый, пожнивные остатки и корни растений, переход заметный по плотности.

А гумусово-аккумулятивный, темно-серый, влажный, призматически-комковатый, тяжелый суглинок, корней много, переход очень постепенный. В1 гумусово-переходный, темно-серый с буроватым оттенком, влажный, ореховатый, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, корней много, переход очень постепенный.

В2 горизонт затеков, неоднородный по цвету, бурый с белесоватым оттенком, с серыми затеками, влажный, комковато-ореховатый, плотный, тяжелый суглинок, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде пятен и пропитки, корни, переход постепенный.

В3 карбонатный горизонт, бурый с белесыми пятнами, влажный, призматический, тяжелый суглинок, плотный, бурно вскипает, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 107 см аналогичен горизонту С разреза 1.

Почва: чернозем южный мощный тяжелосуглинистый на делювиальном суглинке.

По представленным выше морфологическим описаниям разрезов видно, что по склону меняется цвет поверхностных горизонтов почвы. Самая темная почва (темно-серая) находится в нижней части склона, самая светлая - в средней части склона (рисунок 4). По склону меняется не только окраска верхнего пахотного горизонта, но и мощность гумусового горизонта (А+В1): в верхней части склона она составляет 42 см, в средней части - 30 см, в нижней части склона - 57 см. Также видно, что при сельскохозяйственном использовании мощность гумусового горизонта уменьшается на 5 см (таблица 3).

Глубина вскипания от соляной кислоты и глубина максимального накопления карбонатов также различны: в верхней части склона - 41 см и 65 см, в средней - 32 см и 41 см, в нижней - 68 см и 81 см соответственно.

На целине глубина вскипания от соляной кислоты и глубина максимального накопления карбонатов ниже, в сравнении с аналогом в пашне (45 см и 68 см соответственно).

Уменьшение мощности гумусового горизонта, повышение глубины вскипания от соляной кислоты и максимальной глубины накопления карбонатов в пашне, по сравнению с аналогом на целине, свидетельствует о негативном влиянии сельскохозяйственной деятельности на почву.

В средней части склона, крутизна которого составляет 7О, эрозионные процессы проявляются наиболее сильно. Здесь наименьшая мощность гумусового горизонта (30 см), а карбонаты залегают выше (41 см), чем в других разрезах.

В нижней части склона морфологические признаки почв свидетельствуют о наличии процессов аккумуляции продуктов смыва.

Гранулометрический состав. Этот показатель является одним из факторов плодородия. Он влияет на многие агрономические свойства, такие как водопроницаемость, плотность почвы, теплоемкость, поглотительная способность и другие (В.Ф. Моисейченко, 1996).

Поэтому необходимо рассмотреть, как меняется гранулометрический состав по склону: в верхней части склона почва среднесуглинистая, в средней части - легкосуглинистая и в нижней части - тяжелосуглинистая (таблица 3).

Такие изменения гранулометрического состава объясняются смывом водой и сносом ветром мельчайших частиц со склона вниз, где они и аккумулируются.

Заметны изменения в профилях чернозема южного после распашки в отношении гранулометрического состава. Горизонт АПАХ в верхней части склона, в сравнении с горизонтом А на целине, становится легче (таблица 3). Это связано с воздействием сельскохозяйственной техники на почвенную структуру.

Плотность сложения почвы зависит от упаковки почвенных частиц, гранулометрического состава и содержания органического вещества.

Исследованные черноземы южные после весенней обработки имеют благоприятную плотность сложения (1,03-1,10 г/см3) в пахотном горизонте по всему склону (таблица 3). Однако в подпахотном горизонте плотность резко возрастает (1,26-1,40 г/см3), что является результатом постоянной обработки почвы на одинаковую глубину.

Содержание гумуса также повлияло на плотность подпахотного горизонта (таблица 3). Так, в средней части склона, при пониженном содержании гумуса (2%), плотность составила 1,40 г/см3, в то время как в нижней и верхней частях склона при более высоком содержании гумуса (5,6% и 4,0% соответственно) плотность почвы ниже - 1,26 г/см3 и 1,32 г/см3.

Увеличение плотности в средней части склона объясняется и облегчением гранулометрического состава (таблица 3) вследствие смыва мелкозема.

В нижележащих горизонтах плотность сложения увеличивается в соответствии с уменьшением содержания органического вещества и составляет 1,45-1,51 г/см3.

На целине изменение плотности по профилю идет менее резко по сравнению с аналогом в пашне (таблица 3). Это объясняется отсутствием механических обработок и более равномерным распределением корневых систем растений.

Плотность твердой фазы увеличивается вниз по профилю в соответствии с падением содержания гумуса (таблица 3). Рассматривая её изменения в зависимости от рельефа видно, что плотность твердой фазы почвы при аккумуляции органического вещества в нижней части склона понижается (2,58 г/см3), а на эродированном склоне при сносе органики происходит её увеличение (2,63 г/см3).

Плотность твердой фазы в горизонте А на целине ниже в сравнении с аналогом в пашне (таблица 3). Это объясняется снижением содержания гумуса при распашке.

Порозность. Изменения плотности сложения и плотности твердой фазы отражаются на порозности почв (таблица 3). В пахотном, наиболее обогащенном гумусом горизонте общая порозность составляет по склону 58-60%. С глубиной она уменьшается до 45-47%.

Рассматривая порозность почв в зависимости от рельефа, видно, что на склоне (в средней части) в подпахотном горизонте она достигает низкой величины (47%). Понижение порозности в наиболее эрозионно-опасном месте уменьшает впитывание стекающей по склону воды и способствует усилению водной эрозии.

Использование чернозема южного в пашне увеличивает общую порозность в пахотном горизонте на 4% в сравнении с горизонтом А аналога на целине. С глубиной на целине уменьшение общей порозности идет более равномерно по сравнению с пашней (таблица 3).

Порозность аэрации уменьшается с глубиной (от 39% до 20% от общей порозности в пашне).

При этом в подпахотном горизонте наблюдается резкое уменьшение порозности аэрации (таблица 3). Это объясняется уплотнением и уменьшением крупных пор при сельскохозяйственном использовании.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5