Анализ изменения состава и свойств черноземов лесостепи и степи Зауралья при распашке

Влияние удобрений на водно-физические свойства черноземов

Исследования влияния удобрений на свойства черноземов проводились многими учеными. Отмечено (И.С. Кауричев, 1982): структурно-агрегатный анализ черноземов на удобренных (NPK по 60-90, 120-180 и 1200 кг д.в. на 1 га, а также отдельные виды удобрений в тех же дозах) и неудобренных вариантах показывает, что содержание глыб и пыли различается в них незначительно. В первые два года после внесения повышенных доз удобрений, особенно на фоне азотного удобрения, отмечается снижение содержания агрономически ценных агрегатов (с 70 до 60 %), их водостойкости (с 49 до36 %). Но через два-три года происходит восстановление исходного уровня оструктуренности.

На фоне полного минерального удобрения структурный состав (сухое просеивание) чернозема обыкновенного несколько улучшается, водоустойчивость снижается, вследствие чего на 10 % снижается и водопроницаемость. Почвенно-гидрологические константы, плотность почвы и дифференциальная пористость изменяются незначительно.

При внесении в чернозем (мощный) 20-30 т/га навоза один раз в 4-5 лет повышаются водоустойчивость и водопроницаемость, но снижается равновесная плотность почв и отдельных агрегатов (с 1,26 до 1,20 г/см3 и с 1,55-1,60 до 1,49-1,51 г/см3). Обнаруживается некоторое увеличение содержания микроагрегатов крупнее 0,05 мм.

При внесении навоза в один прием в вегетационном опыте уже через полгода удается достичь улучшения водоустойчивости и водопроницаемости почвы (В.В. Медведев, 1979).

Влияние орошения на состав и свойства черноземных почв

Черноземы обыкновенные и южные лимитированы во влаге, поэтому они являются объектами орошения. Орошение не только повышает урожайность сельскохозяйственных культур, но и наиболее существенно влияет на свойства почвы.

Исследование влияния длительного регулярного орошения на состояние черноземов показывает (В.П. Панфилов и другие, 1988), что под действием искусственного обводнения происходит: а) увеличение общего количества гуминовых кислот в основном за счет фракций, связанных с кальцием, и соответственное уменьшение количества подвижных гуминовых кислот; б) уменьшение общего количества фульвокислот за счет фракций, связанных с кальцием, при одновременном относительном увеличении их подвижных фракций; в) резкое уменьшение содержания гуминов; г) активный вынос водорастворимых фракций.

Увеличение количества солей в черноземах при орошении нередко стимулирует приобретение ими солонцеватости и других негативных признаков может; может быть следствием привноса их с поливными водами, минеральными удобрениями и возросшей интенсивности процессов минерализации биогенных остатков и гумуса.

При орошении реакция среды в черноземах сохраняется в пределах, свойственных типу почвообразования. Некоторые изменения показателей pHВОД. отражают активизацию при орошении черноземов процессов образования бикарбонатов и их внутрипочвенной вертикальной и боковой миграции (М.М. Разумова, 1977). Определение pHСОЛ применительно к черноземам обеспечивает возможность косвенной оценки состояния карбонатной системы, с которой тесно связана их подтиповая сущность. Способность подщелачивать раствор KCl закономерно убывает в ряду от типичного к оподзоленному чернозему.

В черноземах, ненормированно орошаемых в течение нескольких лет, намечается тенденция изменения катионного состава коллоидного комплекса в направлении увеличения относительной доли Mg2+ и Na+,т.е. развития явлений осолонцевания. Декальцирование коллоидного комплекса свойственно в большей или меньшей степени всей бескарбонатной толще профиля.

По данным И.С. Кауричева (1982), вызванное орошением изменение условий функционирования черноземов не выводит их на настоящем этапе из автоморфного режима.

Ненормированный режим орошения в почвенном профиле создает условия для прямых непродуктивных инфильтрационных потерь поливных вод и питательных элементов.

В профиле орошаемых черноземов происходят довольно значительные изменения в соотношении их водной, воздушной и твердой фаз. Суммарный эффект всех этих изменений выражается в уменьшении буферности черноземов в отношении переувлажнения. Заметно выражена тенденция снижения их водопроницаемости, особенно в нижних горизонтах

Изменение гидрологического состояния и сложения черноземов сказывается на их теплофизических свойствах и температурном режиме.

Плодородие и мелиоративное состояние почв, их способность противостоять различным антропогенным воздействиям сильно зависят от их агрегатного состава. Отмечается ухудшение структурного состояния черноземов при длительном орошении: увеличение глыбистости, снижение водопрочности почвенных агрегатов, слитизацию.8).

Улучшение водного режима почв путем орошения стимулирует жизнедеятельность почвенной микрофлоры, в результате чего могут усиливаться процессы минерализации органических веществ (В.П. Панфилов и другие, 1988).

Таким образом, при неконтролируемом использовании оросительной воды, эксплуатации сельскохозяйственной техники происходит деградация свойств черноземов. Она усиливается при длительной механической обработки в условиях применения низких доз органических и минеральных удобрений.

1.5 Пути сохранения и повышения плодородия черноземов

Важнейшая задача сельскохозяйственного производства на черноземных почвах - правильное использование их высокого потенциального плодородия, предохранение гумусового слоя от разрушения.

Черноземные почвы обладают высоким потенциальным плодородием, но их эффективное плодородие зависит от тепло- и влагообеспеченности, биологической активности. Черноземы лесостепи характеризуются лучшей влагообеспеченностью по сравнению со степными черноземами. Продуктивность их выше. Уровень эффективного плодородия степных черноземов снижается из-за ухудшения условий влагообеспеченности, снижения биологической активности, проявления периодических засух.

Для повышения эффективного плодородия черноземных почв очень важно накопление влаги и ее рациональное использование, особенно в подзонах распространения обыкновенных и южных черноземов. Поэтому рекомендуются следующие агротехнические мероприятия: ранняя глубокая зябь, прикатывание, осеннее бороздование и щелевание полей для поглощения талых вод и предотвращения эрозии (В.П. Ковриго и др., 2000).

Перспективным приемом повышения продуктивности черноземов является орошение. Но орошение должно быть строго регулируемым, сопровождаться тщательным контролем над изменением свойств черноземов (В.П. Панфилов, и другие, 1988).

Эффективное плодородие черноземов в пределах каждого подтипа определяется родовыми и видовыми признаками: степенью солонцеватости и карбонатности, мощностью гумусовых горизонтов и содержанием гумуса, механическим составом, степенью эродированности, свойствами и мощностью почвообразующих пород, а также уровнем окультуривания почв. Чем больше мощность гумусовых горизонтов и запасы гумуса, тем богаче черноземы общими запасами элементов питания, тем благоприятнее водный режим. Поэтому в черноземах наблюдается прямая корреляция между урожаем сельскохозяйственных культур и мощностью гумусового слоя, запасами гумуса. Чтобы стабилизировать и повысить содержание гумуса в черноземах, необходимо, прежде всего, остановить эрозию внедрением комплекса почвозащитных мероприятий

Таким образом, основные пути сохранения и повышения плодородия черноземов - рациональные приемы обработки (в том числе, внедрение минимальной обработки) почвы, накопления и правильного расходования влаги, внесение удобрений, улучшение структуры посевных площадей, введение высокоурожайных культур и сортов, борьба с эрозией (И.С. Кауричев, 1989).

2 УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились по материалам первой почвенной экспедиции, проходившей в июне 2001 года и третьей - в июле 2003 года. Маршрут экспедиции института агроэкологии пролегал с севера на юг Челябинской области, исследования почвенного покрова проводились в пределах лесостепной и степной зон.

2.1 Условия почвообразования

Челябинская область расположена на предгорной части лесостепи и степи Западно-Сибирской равнины и на территории восточного склона Уральских гор. Более ? территории области находится в лесостепном и степном Зауралье и около ? - в горном Урале. Значит, сложившиеся условия области, обладающей четко выраженной природной зональностью в силу географического расположения, обуславливают следующие условия почвообразования: климат, растительность, рельеф и почвообразующие породы.

Характеристика агроклиматических ресурсов Челябинской области представлена в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика агроклиматических ресурсов Челябинской области (А.П. Козаченко, 1997)

Северная лесостепная зона - это зауральская холмистая равнина. Климат характеризуется умеренно теплым вегетационным периодом. На всей территории преобладают черноземы выщелоченные, меньше - черноземы обыкновенные.

Южная лесостепь расположена в пределах зауральского пенеплена и Западно-Сибирской низменности. Она характеризуется относительно большим количеством тепла и явным дефицитом влаги. Рельеф зоны типично равнинный. В почвенном покрове преобладают черноземы выщелоченные - 49% пашни, черноземы обыкновенные - 26 %.

Степная зона представлена предгорной и равнинной степью. Предгорная часть зоны отличается достаточно теплым и умеренно засушливым климатом, равнинная - наиболее теплым, но засушливым климатом. Занимая восточную часть предгорья Южного Урала, степная зона представляет собой сочетание вытянутых с юга на север увалов и плоских водоразделов. Почвенный покров зоны представлен черноземами обыкновенными, выщелоченными и солонцами. Почвообразующими породами являются желто-бурые карбонатные суглинки.

Естественные лесные, луговые, лугово-степные и степные растительные группировки в достаточно полной мере обеспечивают протекание процессов почвообразования.

Погодные условия

Осадков за вегетационный период 2001 года было меньше нормы. Начало лета теплое, влаги в почве достаточно. Средняя температура воздуха за июль составила 17,4 0C, что на 0,5 0C ниже нормы.

Вегетационный период 2003 года характеризуется как умеренно влажный и теплый. В мае выпало 60,2 мм осадков (при норме 42 мм). Июнь оказался теплым и влажным: средняя температура за месяц 15,4 0C (при норме 16,4 0C), выпало 103,2 мм осадков (52 мм). Июль жаркий: средняя температура 18,1 0C (16,2 0С); за месяц выпало 53,5 мм осадков (82 мм).

2.2 Объекты и методика исследований

Объектами исследований послужили черноземные почвы, изученные во время первой и третьей почвенных экспедиций и в настоящее время являющиеся экспонатами геолого-почвенного музея.

Маршрут полевых почвенных исследований экспедиции пересекал разные природные зоны, при этом использовался сравнительно-географический метод исследования (Принципы организации и методы стационарного изучения почв, 1976). Сравнительно-географический метод выявляет зависимости между почвами, их свойствами и составом, с одной стороны, и совокупностью факторов почвообразования, с другой.

В каждой природной и почвенной зонах использовался метод заложения почвенно-геоморфологических профилей (И.С. Кауричев, 1982). Сущность метода заложения почвенно-геоморфологических профилей заключается в заложении почвенных разрезов на характерных элементах рельефа. Результаты исследований можно использовать для характеристики почв аналогичных почвенно-геоморфологических профилей почвенных зон или подзон.

При изучении черноземов использовался и сравнительно-аналитический метод, который позволяет путем применения химических, физико-химических и других методов анализа судить о составе и свойствах почв.

Почвенный покров черноземной зоны является комплексным: на близком расстоянии друг от друга встречаются различные по генезису и свойствам почвы. В данной работе сравниваются зональные почвы - черноземы равнинных территорий на целине и на пашне.

В лабораторных условиях выполнены следующие анализы черноземных почв:

- NPK - подвижные формы;

- pH водной вытяжки;

- содержание гумуса;

- гранулометрический состав;

- плотность твердой фазы;

- плотность сложения;

- наименьшая влагоемкость;

- гигроскопическая влага (для перерасчета на абсолютно сухую почву);

- агрегатный состав (сухое просеивание);

- водопрочность структуры (мокрое просеивание).

Анализы выполнены по общепринятым методикам (Н.Ф. Ганжара. 2002; А.А. Яскин и другие, 1999).

При изучении черноземов использовался метод сравнения (И.С. Кауричев, 1982).

Урожайность яровой пшеницы определялась на полях, где были заложены разрезы в трех повторениях по каждому подтипу черноземов:

чернозем выщелоченный (опытное поле института агроэкологии);

чернозем обыкновенный (Увельский район, колхоз «Рассвет»);

чернозем южный (Брединский район, совхоз «Первомайский»).

Результаты по урожайности яровой пшеницы обрабатывались математически методом дисперсионного анализа (Б.А. Доспехов, 1985).

Методика почвенно-экологической оценки

Методика почвенно-экологической оценки разработана в Почвенном институте РАСХН (И.И. Карманов, 1985). Она позволяет оценить состояние почв различных угодий. Технология выполнения работ по данной методике состоит в следующем:

- подготовка почвенно-агрохимических и агроклиматических данных;

- почвенно-экологическая оценка.

Почвенно-экологическая оценка

Проводится на основании свойств почв и климатических показателей. В основу положен расчет почвенно-экологического индекса (ПЭи) по формуле (1), предложенной Л.Л. Шишовым и другими (Д.Н. Дурманов, И.И. Карманов, 1991):

, (1)

где ПЭи - почвенно-экологический индекс;

V - плотность (объемная масса) почвы в среднем для метрового слоя, г/см3;

2 - максимально возможная плотность г/см3;

П - «полезный» объем почвы в метровом слое;

Дс - дополнительно учитываемые свойства почвы: содержание гумуса, рН, степень эродированности и другие;

t>10 - среднегодовая сумма активных температур;

Р - поправка к коэффициенту увлажнения;

КК - коэффициент континентальности;

А - итоговый агрохимический показатель содержания элементов питания.

Расчет почвенно-экологических показателей

Множитель 12,5 является постоянным для всех типов почв.

Величина 2-V рассчитывается на основании объемной массы метрового слоя почвы с учетом поправки на коэффициент увлажнения (КУ-Р).

Коэффициент П позволяет учитывать полезный объем почвы различного гранулометрического состава.

Среди дополнительных свойств почв (Дс) важнейшим является содержание гумуса.

Коэффициент на содержание гумуса (Кг) рассчитывается следующим образом. Фактическое содержание гумуса в конкретной почве сравнивается со средним содержанием по региону в почве того же типа. Отношение выражается в процентах, и по его величине находят Кг.

Определение климатических показателей

Коэффициент увлажнения КУ-П определяется по формуле (2):

КУ=, (2)

где Дк - дополнительный коэффициент; Дк=5,1 для лесостепной зоны,

Дк=4,9 для степной зоны.

Ос - среднегодовая сумма осадков, мм

Уt>10 - среднегодовая сумма активных температур.

Рассчитанные по этой формуле величины КУ, превышающие 1,10, принимаются 1,10. Поправку к коэффициенту увлажнения берут в соответствии с таблицей.

Коэффициент континентальности КК рассчитывается по формуле (3):

(3)

где t max - среднемесячная температура самого теплого месяца;

t min - среднемесячная температура самого холодного месяца;

ц- широта местности.

Агрохимические показатели характеризуют, прежде всего, содержание элементов питания - подвижного фосфора и обменного калия. Коэффициенты взяты из литературных источников (А.П. Козаченко, 1999).

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Морфологические признаки черноземов

Морфологические признаки черноземов выявлены при описании их профилей (рисунок 1).

Рисунок 1 - Профили черноземов на целине: А - выщелоченного;

Б - обыкновенного; В - южного

Разрез 1. Целина. Равнина. Чернозем выщелоченный среднемощный среднесуглинистый. Растительность - разнотравно-ковыльно-типчаковая.

Дернина.

Темно-серый, почти черный, пылевато-комковатый, слабо уплотнен, средний суглинок, густо пронизан корнями, переход постепенный.

Темно-серый с коричневым оттенком, комковатый, тонкопористый, ходы корней, переход постепенный.

Бурый с гумусовыми затеками и примазками, вскипает от НCl с глубины 73 см, карбонаты в виде псевдомицеллия, призматический, уплотнен, переход отчетлив, граница выделена по скоплению карбонатов.

Белесесовато-бурый, вскипает, карбонаты в виде пропитки, призматический, уплотнен, переход постепенный.

Белесовато-бурый с белесыми пятнами, вскипает, карбонаты в виде пятен и пропитки, призматический, тонкопористый, плотный.

Разрез 2. Пашня. Равнина. Посев пшеницы (опытное поле). Чернозем выщелоченный маломощный, среднесуглинистый.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6