Влияние водопроницаемости биологически активного слоя чернозема выщелоченного на развитие водной эрозии

Водопроницаемость водопрочных агрегатов размером крупнее 1-5 мм значительно выше, чем неводопрочных агрегатов тех же размеров. По мере уменьшения величины неводопрочных агрегатов от 7 до 1 мм водопроницаемость возрастает, у водопрочных же агрегатов наибольшая водопроницаемость наблюдается у агрегатов величиной 3-2 мм с уменьшением величины агрегатов, наблюдается падение водопроницаемости. Водопроницаемость прочных и неводопрочных агрегатов, меньших 1 мм, примерно одинакова. Крупные неводопрочные агрегаты при воздействии на них воды разрушаются, а затем расплываются на более мелкие элементы значительно быстрее, чем водопрочные. Об этом свидетельствуют данные, уменьшения скорости просачивания за второй час наблюдений. Просачивание за второй час наблюдений уменьшилась по сравнению с первым часом наблюдений для водопрочных агрегатов размером от 2 до 3 мм на 38%, у неводопрочных - на 49%. Для третьего часа наблюдений оно уменьшение составило соответственно 42 и 55%. У водопрочных агрегатов размером от 1 до 2 мм скорость просачивания за второй час опыта уменьшилась на 24%, у неводопрочных - на 34%. Снижение водопроницаемости почвы с водопрочными агрегатами протекало интенсивнее, за третий час и она составила соответственно 53 и 37%.

Очень важным фактором, влияющим на водопроницаемость почвы, является ее влажность. Для оценки инфильтрационной способности почвы в зависимости от степени ее увлажнения используется величина дефицита влажности почвы, вычисленную как разность между полной влагоемкостью и ее фактической влажностью в момент опыта.

По данным Г.В. Назарова (1970) суглинистые почвы по мере увеличения влажности становятся менее водопроницаемыми.

Из данных в таблице-4 видно, что при увеличении влажности поверхностного почвенного горизонта и подпочвы с 20 до 45% их водопроницаемость уменьшилась в 6 раз.

Таблица 4-Влияние влажности почвы на ее водопроницаемость

При увеличении влажности почвы в слое 0-10 см с 14 до 23% водопроницаемость почвы при дождевании уменьшилась с 47 до 11 мм (64,3 раза), а при влажности 30% впитывание прекратилось.

В опытах М.Н. Заславского (1970) увеличение влажности чернозема карбонатного среднегумусного с 16,8 до 35,5% в слое 0-10 см привело к уменьшению водопроницаемости. При интенсивности дождевания i = 1,0 мм/мин в течение одного часа скорость впитывания уменьшилась с 41,8 до11,4 мм/час, а при интенсивности дождевания i = 2,0 мм/мин в течение 30 мин - уменьшилось с 24,9 до 9,4 мм/час (в 2,6 раза).

Однако существует мнение, что «сухая почва, трудно смачиваясь, оказывает большое сопротивление движению воды, чем относительная влажность». Правда, при этом он отмечает, что в почвах богатых коллойдными соединениями, способных к сильному набуханию, может наблюдаться обратное явление, то есть с увеличением влажности почвы уменьшается ее водопроницаемость.

Для каждого генетического типа почвы существуют свои зависимости между инфильтрацией и различными почвенными характеристиками. Так, инфильтрация подзолистых почв имеет наиболее тесную связь с механическим составом почвы, а инфильтрация черноземов - с содержанием органического вещества.

2. ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования явился чернозем выщелоченный, на склоне опытного поля Института агроэкологии. Поле используется с 1914 года, и находилось в землепользовании Красноармейского совхоза, а затем с образованием Красноармейского аграрного колледжа этот участок отошел к нему. Основными культурами, возделываемыми на поле, были яровые зерновые и картофель. Исследования начаты в 2003 году. Выкопав почвенные монолиты, на целине и пашне мы отметили, что мощность гумусово-аккумулятивного горизонта на пашне вверху склона значительно отличалась от его мощность у подножия склона. Вверху склона она составляла 18 см, а внизу - 37см. На целине же мощность гумусово-аккумулятивного горизонта изменялась в пределе 2 см.

С помощью нивелира марки Н-3 определили уклон участка вдоль склона по схеме (геометрическое нивелирование «вперед»), предварительно забивали через каждые 10 метров колышки и отбирали пробы почвы для анализа их в лабораторных условиях. Масса пробы составляла приблизительно 1 кг(Приложение А, таблица А1)

В лабораторных условиях выполнили моделирование степени оструктуренности почвы и выполнили определение водопроницаемости отлично, хорошо, удовлетворительно, плохо и очень плохо оструктуренной почвы (Приложение Б, таблица Б1).

2.1 Почвенно-климатические условия проведения опыта

2.1.1 Общая характеристика климатических условий

Опытное поле Института агроэкологии расположено в лесостепной зоне Челябинской области.

Челябинская область в силу географического расположения вдоль Уральского хребта обладает резко выраженными природными особенностями. Климат континентальный, характеризуется холодной и продолжительной зимой с частыми метелями, теплым летом, с периодически повторяющимися засушливыми периодами (А.П. Козаченко, 1997).

Сумма температур воздуха за период с температурой выше 100С составляет 2000-22000С, продолжительность этого периода 125-135 дней (5-10 мая по 15-19 сентября). Период с температурой выше 150С длится 80-90 дней. Заморозки прекращаются в конце мая. Продолжительность безморозного периода составляет 100-120 дней. Лимитирующим фактором для успешного ведения сельскохозяйственного производства в районе, является влага. Годовая сумма осадков в северной лесостепной зоне Челябинской области составляет в среднем 200-250 мм. За время активной вегетации растений осадков выпадает 172-225 мм.

Нередко встречаются годы с явно выраженной летней засухой. При этом наибольшая вероятность засушливого периода приходится на май, июнь, а наиболее вероятный максимум осадков - на июль.

Быстрое нарастание температуры вызывает в конце апреля и в начале мая сильное испарение влаги из почвы и ее подсыхание. Осадки в мае практически не пополняют запасов влаги в почве. Имея ливневый характер, они быстро испаряются из почвы.

Лето жаркое, сухое, особенно первая его половина, наблюдается недостаток влаги. Август и сентябрь более благоприятны для роста и развития растений, в этот период невысокие дневные температуры сочетаются с достаточным количеством влаги для растений.

Осень обычно ранняя, пасмурная, нередко дождливая, что затрудняет уборку зерновых культур (Г.В. Воронцов, 1998).

Бывают годы, когда осадков выпадает меньше средней многолетней нормы, а большая часть годовой суммы осадков приходится на тёплое время.

Наблюдения Г.В. Воронцова (1998) показывают, что в зимнее время путем проведения различных мероприятий можно задержать на полях значительную часть выпадающего снега. Обычно к концу марта толщина снежного покрова достигает 25-35 см, что может дать 80-90 мм влаги. П.И. Кузнецовым (1980) установлено, что снегозадержанием толщину снежного покрова можно увеличить на 15-25 см, а запасы влаги в снеге довести до 120-130 мм.

В последние годы наблюдается большая засушливость климата. Осадков выпадает недостаточно, распределяются в году они неравномерно.

Для формирования высоких урожаев нужно, чтобы растения не испытывали дефицита влаги, т.е. необходимо проведение ряда мероприятий по накоплению и сохранению влаги (орошение, снегозадержание и другие), а также подбор засухоустойчивых сортов.

2.1.2 Характеристика почв лесостепи

Челябинская область расположена на Южном Урале. Более трех четвертых ее территории лежит в степном и лесостепном Зауралье, около одной четверти заходит в пределы горно-лесного Урала. Рельеф и почвенный покров Южного Урала чрезвычайно разнообразный.

Челябинская область отличается многообразием форм поверхности. В ее пределах имеются низменности и холмистые равнины, плоскогорья и горы. Причем повышение поверхности идет в виде уступов с востока на запад.

Горная часть Челябинской области занимает южный, наиболее низкий и узкий участок среднего Урала и северную наиболее широкую и высокую часть Южного Урала. Географической границей между ними является гора Юрма, которая является северным форпостом южной высокогорной зоны.

Челябинская область находится на стыке трех крупных природных зон: лесной, лесостепной и степной, что имеет немаловажное значение для создания разнообразного хозяйства на ее территории (Ф.Я. Кирин, 1969).

Солонцово-солончаковые почвы занимают значительные площади в административных районах Челябинской области, расположенных на Западно-Сибирской низменности. В березовых колках встречаются солоди. Солодь - тип почвы, характеризующийся сильно вымытым верхним горизонтом, имеющим белесоватый цвет. Они чаще всего встречаются в лесостепной зоне в блюдцеобразных западинах и лиманах с повышенным увлажнением (Ф.Я. Кирин, 1969).

Основу почвенного покрова лесостепной зоны Челябинской области составляют черноземы выщелоченные, в том числе и тучные черноземы. На долю выщелоченных черноземов приходится 58% всего фонда пахотно-пригодных почв лесостепной зоны.

В этих черноземах удачно сочетаются благоприятные физические свойства с обеспеченностью основными элементами питания растений (А.П. Козаченко, 1997).

На большей части Челябинской области по свидетельству Г.А. Маландина (1963), Ю.Д. Кушниренко (1968) и А.П. Козаченко (1997), черноземы выщелоченные имеют суглинистый гранулометрический состав.

Одним из важнейших факторов плодородия почв являются элементы питания - азот, фосфор и калий. Анализы показали, что в пахотном слое концентрация азота на опытном поле составляет в Апах - 0,264 %. С глубиной количество элемента уменьшается и в горизонтах В1 и В2 содержится 0,172 - 0,174 %. Запас азота пахотном слое составил 7,84 т/га.

Чернозем выщелоченный, опытного поля, характеризуется большей степенью потерь азота при сельскохозяйственном освоении - 7,09 т/га или 24,4 % и крайне низкой подвижностью азотных соединений. Поэтому при достаточно высокой гумусности и общей обеспеченности азотом многие сельскохозяйственные культуры при возделывании на черноземах выщелоченных Южного Урала будут нуждаться в азотных удобрениях даже после хороших предшественников (И.В. Синявский, 1998).

Фосфор, как один из важнейших элементов питания растений, изучен еще в меньшей степени, чем азот. Работы Г.А. Маландина (1963), Н.Н. Макеева (1954), А.Ф. Бахаревой, А.В. Терпугова (1969) и Ю.Д. Кушниренко (1993) свидетельствуют, что содержание Р2О5 в пахотном слое черноземов выщелоченных колеблется в широких пределах - от 0,057 до 0,168%. Этот вывод подтверждают и исследования опытного поля. В пахотном слое Апах концентрация фосфора составила 0,135%, в горизонте АВ - 0,089%. С глубиной его содержания резко уменьшается в В1 и В2 - 0,36 - 0,50%, а в переходном горизонте ВС составило 0,034%. Валовое содержание Р2О5 в материнской породе опытного поля - 0,035, в горизонтах Апах в 3 - 4 раза больше. Обогащение фосфором гумусовых горизонтов обязано длительной биологической аккумуляции Р2О5 растительностью.

Валовой запас фосфора в черноземах выщелоченных, во-первых, невелик, во-вторых, он сосредоточен в аккумулятивном гумусовом горизонте Апах и составляет 3,72 т/га. Все приведенные данные свидетельствуют о напряженном режиме фосфорного питания растений и необходимо применения удобрений под все сельскохозяйственные культуры.

Чернозем выщелоченный опытного поля имеет высокое содержание калия. В пахотном слое и горизонте А содержится 2,22- 2,23%, а в материнской породе (горизонте С) - 2,03 %. Запас калия в почвенном слое составляет 351 т/га.

Таким образом, азотный фонд чернозема выщелоченного опытного поля достаточно большой, но содержание подвижных форм азота невысокое. Содержание и запасы фосфора в черноземах низкие даже в гумусово-аккумулятивном горизонте. Калийный фонд, судя по результатам анализа чернозема выщелоченного опытного поля Института агроэкологии ЧГАУ, относится к группе высокой обеспеченности (И.В. Синявский,1998).

На основании вышеизложенного, можно отметить, что почвы опытного участка обладают хорошим естественным плодородием и агрофизическими свойствами.

2.2 Описание почвенных монолитов

Описание профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на целине.

Шурф №1.

А0 0-5/5 см. Травянистый войлок; состоит из не разложившихся или полуразложившихся растительных остатков. Окраска темно-серая (черная).

Структура мелкокомковатая, размер агрегатов 1-0,25 мм. Сложение рыхлое. Много корней многолетних травянистых растений.

А ---------- Гумусово-аккумулятивный. Окраска черная. Структура мелкоглыбистая, размер агрегатов от 10 до 1 см. Сложение плотное. Встречаются новообразования в виде корней растений и включения в виде гальки.

АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Окраска языков серая, а горизонта В коричневая, Структура столбчатая. Сложение очень плотное. Встречаются новообразования в виде корней растений и включения.

В1---------- Иллювиальный, в нем откладываются вещества, которые вымываются из выше расположенных горизонтов. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см. Сложение плотное. Новообразования в виде корней многолетних растений.

Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая. Сложение очень плотное. Карбонаты начинают вскипать на глубине от 70 см, встречаются в виде белоглазки и присыпки. Новообразования в виде корней многолетних растений.

Описание почвенного профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на целине. Шурф №2.

А0 --------- Травянистый войлок; состоит из не разложившихся растительных остатков. Окраска черная. Структура мелко комковатая, более или менее правильной формы, поверхность ровная, грани не выражены, размер агрегатов 7-5 мм. Сложение рыхлое. Большое количество корней многолетних травянистых растений.

А ---------- Гумусово-аккумулятивный. Окраска черная. Структура ореховатая, размер агрегатов от 10 до 7 мм. Сложение плотное. Новообразования в виде корней растений.

АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Окраска языков серая, а горизонта В темно-бурая, Структура столбовидная, от 3 до 5 см - отдельности слабо оформлены, с неровными гранями и округленными ребрами. Сложение очень плотное. Новообразований нет.

В ---------- Иллювиальный, выщелоченный от карбонатов горизонт. Окраска темно-бурая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см, грани хорошо выражены, с ровной глянцевой поверхностью, с острыми ребрами. Сложение очень плотное. Новообразований нет.

Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура столбчатая - правильной формы с довольно хорошо выраженными гладкими боковыми и вертикальными гранями, размер 3см. Сложение очень плотное. Карбонаты вскипают от 2% HCl на глубине 80-90 см, встречаются в виде белоглазки и присыпки. Включения в виде гальки.

Описание почвенного профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на пашне. Шурф №3.

Апах-----------Пахотный горизонт, расположенный с поверхности на пахотных землях, образуется за счет поверхностных слоев почв в него входит весь гумусовый горизонт. Окраска черная. Структура зернистая, размер агрегатов 3-1мм. Сложение рыхлое. Новообразования в виде корневых остатков злаковых растений.

АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Переход в горизонт В виде «кармана». Окраска темно-серая. Структура крупноореховатая. Сложение плотное. Новообразований нет.

В ---------- Иллювиальный, выщелоченный от карбонатов горизонт. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см. Сложение плотное. Включения в виде гальки. Переход в горизонт Вк постепенный.

Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая. Сложение очень плотное. Карбонаты начинают вскипать на глубине от 85 см, встречаются в виде белоглазки. Включений нет.

Описание почвенного профиля чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, отобранного на пашне. Шурф №4.

Апах-----------Пахотный горизонт, расположенный с поверхности на пахотных землях, образуется за счет поверхностных слоев почв в него входит весь гумусовый горизонт А. Окраска темно-серая. Структура зернистая, размер агрегатов 3-1мм. Сложение рыхлое. Новообразования в виде корневых остатков злаковых растений.

АВ --------- Переходный, горизонт гумусовых затеков. Переход в горизонт В извилистый в виде затеков. Окраска черная, местами темно-бурая. Структура крупноореховатая. Сложение плотное. Включения в виде гальки на глубине 70 см.

В ---------- Иллювиальный, выщелоченный от карбонатов горизонт. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая, размер агрегатов 5-3 см. Сложение очень плотное. Включения в виде гальки на глубине 80 см. Переход в горизонт Вк постепенный.

Вк---------- Карбонатный. Окраска коричневая. Структура крупнопризматическая. Сложение очень плотное. Карбонаты начинают вскипать на глубине от 90 см, встречаются в виде присыпки. Включений нет.

2.3 Определение водопроницаемости в полевых условиях методом заливки площадок

Ход определения:

Выбирают типичную для почвенных условий площадку и врезают в почву на глубину 5-10 см металлическую или деревянную раму размером 2525 см и высотой 20-25см. Вокруг рамы врезают вторую раму 5050 см такой же высоты. Почву у стенок рамы уплотняют. Внутри каждой рамы устанавливают линейку, чтобы по ней следить за уровнем воды.

Вначале опыта одновременно наливают в обе рамы воду слоем 5 см. В дальнейшем непрерывно поддерживают постоянный напор воды (5 см) в обеих рамах, подливая ее мерными кружками, цилиндрами

Учитывают расход воды по внутренней раме. Первый учет подливаемой воды проводят через 2 минуты после начала опыта, затем через 3 минуты, далее через 5-10 минут. С уменьшением расхода воды интервалы увеличивают до 30 минут и 1 часа.

Наблюдения за водопроницаемостью ведут до более или менее постоянной скорости впитывания, на не орошаемых участках не менее 3 часов, на орошаемых - 6 часов.

Для каждого интервала времени водопроницаемость вычисляют по формуле:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6