CC BY
78
антропогенного воздействия на почву // Почвоведение. 2003. № 2. С. 202-210.
8. Бородкин О. И., Безлер Н. В., Сумская М. А. Динамика численности микроорганизмов, участвующих в трансформации азотсодержащих веществ, в посевах культур зернопропашного севооборота // Плодородие. 2011. № 5. С. 19-21.
9. Основные тенденции в формировании почвенного микробного сообщества в условиях стационарного полевого опыта по данным высокопроизводительного секвенирования библиотек гена 16Б-рРНК / В. А. Думова, Е. В. Першина, Я. В. Мерзлякова и др. // Сельскохозяйственная биология. 2013. № 5. С. 85-92.
10. Оценка длительного воздействия агротехнических приемов и сельскохозяйственных культур на почвенные микробные сообщества / И. О. Корвиго, Е. В. Першина, Е. А. Иванова и др. // Микробиология. 2016. № 2. С. 199-210.
11. Подковырова К.С., Наплёкова Н. Н. Микрофлора почвы под козлятником восточным третьего года жизни //Достижения науки и техники АПК. 2011. № 11. С. 15-16.
12. Гордеева Т. Х., Новоселов С. И. Биологическая активность почвы и продуктивность смешанных бобово-злаковых агроценозов // Совмещенные посевы полевых культур в севообороте агроландшафтов Кубани: материалы Междунар. науч. конф. Краснодар: КубГАУ 2016. С. 197-201.
13. Синеговская В. Т. Наумченко Е. Т., Кобозева Т. П. Методы исследований в полевых опытах с соей. Благовещенск: Изд-во «Одеон», 2016. 115 с.
14. Титова В. И., Козлов А. В. Методы учета численности и биомассы микроорганизмов почвы: Учебно-методическое пособие. Нижний Новгород: Нижегородская с.-х. академия, 2011. 40 с.
15. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
16. Голубев В. В. Агрофизические исследования почв. Благовещенск: БСХИ, 1984. 53 с.
17. ГОСТ 26207 - 91 Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. - Взамен ГОСТ 26207 - 84; введён 29.12.91 № 2389 до1998 г.- М.: Изд-во стандартов, 1992.
18. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования). 5-е изд., доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
19. Звягинцев Д. Г., Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 445 с.
20. Наумченко Е.Т., Банецкая Е.В. Влияние длительного применения удобрений на продуктивное использование элементов минерального питания посевами пшеницы // Дальневосточный аграрный вестник. 2018. № 1 (45). С. 42-48.
° 21. Тильба В. А., Синеговская В. Т. Роль О симбиотической азотфиксации в повышении ^ фотосинтетической продуктивности сои // о| Доклады Российской академии сельскохо-2 зяйственныхнаук. 2012. №5. С. 16-18. | 22. Тильба В. А., Шабалдас О. Г Использование биологического азота как средства Ч биологизации системы земледелия // Вест-| ник АПК Ставрополья. 2015. № 2. С. 96-100. 2 23. Испытание штаммов ризобий сои ви-$ дов ВгаСугЫгоЫит japonicum и БтогЫгоЫит
fredii / Л. А. Дега, О. И. Хасбиуллина, М. В. Якименко и др. // Защита и карантин растений. 2016. № 10. С. 23-24.
Influence of Crop Rotation Cultures on Microbiological Activity, Soil Agrophysical Properties and Soybean Yield
K.A. Nikulichev1, E.V. Banetskaya1 2
1All-Russian Research Institute of Soybean Breeding, Ignat'evskoe sh., 19, Blagoveshchensk, Amurskaya obl., 675027, Russian Federation 2Far Eastern State Agrarian University, ul. Politekhnicheskaya, 86, Blagoveshchensk, Amurskaya obl., 675005, Russian Federation
Abstract. The goal of the research was to determine the soybean productivity during its cultivation in a crop rotation and in monoculture, depending on the microbiological activity and agrophysical properties of the soil. The studies were carried out in the Amur region in meadow chernozem-like heavy loamy medium-thicksoil. The arable layer of the soil was characterized by a weakly acid (pH was 4.9-5.0) medium reaction and an average value of hydrolytic acidity (2.32-2.48 meq/100 g), average availability of mobile phosphorus (75-98 mg/kg), very high provision with exchange potassium (more than 180 mg/kg). The design of the experiment included soybean cultivation in the crop rotation after barley and corn and in monoculture. Agrophysical and microbiological studies were carried out according to generally accepted methods. The maximum yield was obtained when growing soybean in the crop rotation after corn (2.52 t/ha), the minimum one (1.14 t/ha) - in monoculture. The total number of microorganisms during the vegetation ranged from 7.3 to 38.4 million CFU/1 g of soil. In the soybean monoculture, an increase in the number of ammonifying and immobilizing microflora was revealed, which inversely correlates with the crop yield. It was found that under soybean crops in monoculture, the soil density was high (1.20-1.25 g/cm3), while in the crop rotation it decreased to 1.13 g/cm3. The value of total porosity ranged from satisfactory in monoculture to excellent in the crop rotation. The reserves of productive moisture in all areas in the crop rotation were assessed as good. A close inverse dependence of soybean yield on soil density was revealed, both at the beginning and the end of the growing season, the correlation coefficient was -0.98 in both cases.
Keywords: soybean (Glycine max); crop rotation; monoculture; agrophysical properties of soil; physiological groups of microorganisms; yield.
Author details: K. A. Nikulichev, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: nka@ vniisoi.ru); E. V. Banetskaya, research fellow, post graduate student (e-mail: bev@vniisoi.ru).
For citation: Nikulichev KA, Banetskaya EV. [Influence of crop rotation cultures on microbiological activity, soil agrophysical properties and soybean yield]. Zemledelie. 2020;(1):11-4. Russian. doi: 10.24411/00443913-2020-10103.
doi: 10.24411/0044-3913-2020-10104 УДК 631.459.01:631.435
Диагностика эродированности почв с
использованием современных подходов к интерпретации параметров гранулометрического состава
И. А. САМОФАЛОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (e-mail: samofalovairaida@mail.ru)
Пермский государственный аграрно-технологический университет, ул. Петропавловская, 23, Пермь, 614000, Российская Федерация
Процессы эрозии, длительная механическая обработка, интенсивное выращивание культур отражаются на гранулометрическом составе почв, который выступает лимитирующим возделывание культур фактором. При этом эрозионная устойчивость почв в большей степени зависит от соотношения гранулометрических фракций. Цель исследований - выявить показатели гранулометрического состава, пригодные для диагностики эродированности почв. Исследования проводили в Пермском крае, территория которого характеризуется как эрозионно-опасная. На катене южной экспозиции с перепадом высот с 230 до 215 м над уровнем моря и протяженностью 415 м на элементах рельефа разной крутизны заложены 5 почвенных разрезов. В пределах склона выделены элювиальный, трансэлювиальный, транзитный, транс-элювиально-аккумулятивный, аккумулятивный ландшафты. Гранулометрический анализ выполнен по Н. А. Качинскому. Гранулометрический состав почв интерпретировали по профильному распределению частиц, структурным формулам, энтропии, коэффициентам и соотношениям. В пахотном слое почв отмечали утяжеление гранулометрического состава по катене от среднесуглинистого до легкоглинистого. Наибольшая его неоднородность по профилю установлена в транзитной части склона, что обусловлено максимальным проявлением эрозии. С использованием энтропии определен вклад элементарных почвенньк частиц в формирование гранулометрического состава почв. Соотношения частиц в почвенном материале обусловливают эрозионную стойкость почв. Коэффициентэрозионной устойчивости прямо зависит от содержания средней пыли и крупного песка, и обратно от количества ила. Зафиксированадостоверная тесная обратная связь между энтропией и коэффициентом
эрозионной устойчивости. Определены структурные формулы гранулометрического состава по соотношениям частиц, которые закономерно изменяются в почвах по склону. Разность между средневзвешенным содержа -нием крупной пыли и илом тесно связана с показателями гранулометрического состава почв. Для диагностики эродированности почв можно использовать такие показатели, как энтропия, приращение энтропии, коэффициент эрозионной устойчивости, разница между средневзвешенным содержанием крупной пыли и ила.
Ключевые слова: эродированность почв, геохимические ландшафты, эрози-онно-аккумулятивная катена, элемент рельефа, диагностика, энтропия, структурная «формула», соотношения почвенных частиц, коэффициент эрозионной устойчивости, неоднородность.
Для цитирования: Самофалова И. А. Диагностика эродированности почв с использованием современных подходов к интерпретации параметров гранулометрического состава//Земледелие. 2020. № 1. С. 14-19. бог. 10.24411/0044-3913-2020-10104.
Основная агрофизическая характеристика почвы - гранулометрический состав (ГС). Знание ГС дает представление не только о генезисе и эволюции почв, но и о рациональном их использовании в любой производственной отрасли и защите от эрозии [1, 2, 3]. Почвенно-физические свойствазависят не столько от содержания физической глины [4, 5, 6], сколько от соотношения гранулометрических фракций [7, 8], определяющих особенности структуры и функции на более высокихуровняхорганизации почвы [2, 9, 10]. ГС учитывается как важнейшая составляющая плодородия почв, каждой разновидности присваивается свой поправочный коэффициент к баллам бонитета, в зависимости от влияния на благоприятные свойства почв [11].
Гранулометрический состав - лито-генное свойство почвы. Содержание механических элементов, или, так называемых элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) принято считать одним из наиболее консервативных свойств почв с длительным временем изменения - 102.. ,104 лет [6]. С другой стороны, в научной литературе показано, что на ГС почвы влияют процессы эрозии, длительная механическая обработка, интенсивные технологии выращивания культур. Кроме того, имеет место и аэральный региональный и глобальный перенос частиц [8]. Количественная оценка современных изменений ГС почв - одна из задач почвенно-экологического мониторинга. При этом может быть выделен генетический аспект формирования современных почв по оценке различий содержания отдельных фракций в почвенных горизонтах, и собственно мониторинговый аспект по оценке изменений ГС почв, связанных с антропогенным влиянием, затрагивающим в основном верхние горизонты.
Общепринятая система выражения результатов гранулометрического анализа в виде процентного содержания фракций частиц различной крупности наиболее полно решает вопрос лишь о классификационной принадлежности почв. Изучение почв на уровне разновидностей устанавливает определенные соотношения фракций ГС, которые И. В. Михеева [12, 13] назвала «формулой» ГС почвообразующих пород и почв, а В. Л. Татаринцев - структурой ГС [6, 7]. Формула ГС может быть записана как пять-шесть чисел, отражающих среднее содержание основных фракций(ила, мелкой, средней и крупной пыли, мелкого, крупного и среднего песка). Установлено, что эрозионнаяустойчивость почв зависит от соотношения гранулометрических фракций [4, 7, 9].
Согласно агроэкологической классификации земель В. И. Кирюшина [13], ГС относится к лимитирующим нерегулируемым факторам, ограничивающим возделывание сельскохозяйственных культур.
В Предуралье основные лимитирующие факторы - рельеф и тяжелый ГС [14, 15, 16]. На сложных эродированных склонах региона эффективную защиту почв от эрозии может обеспечить почвозащитное адаптивно-ландшафтное земледелие [17, 18, 19].
Цель исследований - выявить на основе гранулометрического состава показатели, пригодные для диагностики эродированности почв.
Для ее достижения определяли ГС почв и проводили его интерпретацию с использованием следующих современных подходов: структурные формулы, энтропия, соотношение фракций, расчет коэффициентов эро-
зионной устойчивости и корреляции между различными показателями.
Исследования проводили в СПК «Хлебороб» Оханского района на юго-западе Пермского края (рис. 1). Его территория, согласно природно-сельскохозяйственному районированию, входит в южно-таежную зону среднерусской провинции [20]. В Оханском районе 10909 га пашни подвержены эрозии, из них 9290 га -слабосмытые, 560 га - среднесмытые и 1059 га - сильносмытые [21]. То есть территория эрозионно-опасная и это необходимо учитывать при ведении сельского хозяйства.
Оханский район расположен в зоне с умеренно-континентальным климатом в IV агроклиматическом районе [21]. Средняя продолжительность безморозного периода 113 дней. Климат подходит для выращивания пропашных и зерновых культур. В геологическом отношении территория сложена напластованиями казанского и уфимского ярусов верхней перми, состоящими из красно-бурых мергелистых глин, переслаивающихся серыми и зеленовато-серыми песчаниками. Коренные породы покрыты толщей четвертичных отложений, состоящих из покровных глин и суглинков, элювиально-делювиальных отложений, двухъярусных пород [22]. Общий характер рельефа - платоо-бразный с наклоном, слабоволнистый, нередко с увалами, создающими волнисто-увалистый рельеф. Согласно почвенному районированию Пермского края исследуемая территория находится в зоне дерново-подзолистых почв (Оханско-Пермский почвенный район) [23]. Преобладающие почвы -дерново-средне- и слабоподзолистые глинистые и суглинистые.
и
ф
з
ф
М О м о
300 кт
Пермский край ® *Почвенный разрез
Рис. 1. Местоположение объекта исследования.
1. Геоморфологические условия формирования почв
Геохимический ландшафт Разрез Индекс Элемент рельефа Высота, м Почвообразующая порода
Элювиальный 1 Пд2САД Водораздел 230 Древнеаллювиальная
Трансэлювиальный 2 Л1САД| Вогнутый склон 225 Древнеаллювиальная
Транзитный 3 П^САДи Выпуклый склон 220 Древнеаллювиальная
Трансэлювиально- 4 Пд1СЭД Выположенная 215 Элювиально-
аккумулятивныи часть склона делювиальная
Аккумулятивный 5 Пд4ГАД| Шлейф склона 211 Древнеаллювиальная-делювиальная
После рекогносцировочного обследования на территории хозяйства выбран склон южной экспозиции. Угодье - пашня (поле площадью около 70 га), культура - клевер 1 года пользования в фазе цветения. На разных участках катены заложено 5 разрезов и отобраны почвенные образцы. Гранулометрический анализ выполнен в лаборатории кафедры почвоведения Пермского ГАТУ по Н. А. Качинскому с подготовкой почвы растиранием с пирофосфатом натрия.
Использовали разные методы интерпретации данных ГС почв. Профильное распределение частиц в почвах рассматривали в пределах катены. Способ представления ГС почв - устойчивое среднее соотношение фракций ГС («формула» ГС). Структурную формулу ГС почв определяли по средневзвешенному содержанию фракций по профилю по методике В. Л. Татаринцева [6]. Расчет энтропии (Б) ГС почв проводили по формуле [12]:
-ОДМ*)
где, х - содержание частиц; G - сумма всех частиц, %; N - число частиц по размерам.
Использовали коэффициент эрозионной устойчивости и различные соотношения между содержанием ЭПЧ и фракций. Статистическую обработку проводили в программах «Анализ данных» в Microsoft Excel и STATISTICA 6,0.
Для исследуемой катены построен почвенно-геоморфологический профиль. Склон имеет сложную форму, крутизна его варьирует в пределах от 2° до 5°, длина - 415 м. Катена по классификации [24] определена как эрозионно-аккумулятивная и характеризуется сменой следующих элементарных геохимических ландшафтов: элювиальный (Э), трансэлювиальный (ТЭ), транзитный (Т), трансэлювиально-аккумулятивный (ТЭА), аккумулятивный (А) (табл. 1).
На разных элементах рельефа обнаружены почвы разной степени опод-jjJ золенности и смытости. Почвенную ® комбинацию можно охарактеризовать 1 как сочетание, где ведущим фактором ^ формирования выступает мезорельеф, о» который контролирует проявление про-| цессов оподзоленности, гидроморфиз-
ма и смытости почв. ® Мощность пахотного слоя сни-S жается по катене с 32 до 26 см, что $ объясняется результатом эрозии. По
морфологии пахотного слоя отмечается нарастание смытости на выпуклой части склона по усилению буроватости в связи с припашкой нижележащего буроватого горизонта А2В. В пределах катены изменяется мощность горизонта А2. Так, на элювиальном ландшафте она составляет 10 см. В транзитных ландшафтах подзолистый горизонт отсутствует в связи либо с распашкой, либо с проявлением эрозионных процессов, которые могут усиливаться в результате механической обработки почвы. В аккумулятивном ландшафте отмечается намытость в верхней части профиля, что, по-видимому, объясняет глубокое залегание горизонта А2, а в связи с усилением про-мываемости происходит и увеличение мощности горизонта.
ГС почв, расположенных на различных элементах рельефа изменяется следующим образом: на водоразделе и на вогнутой части склона - от средне-суглинистой разновидности в пахотном горизонте до среднеглинистой в породе; на выпуклой части катены - от тяжелосуглинистой до легкоглинистой в породе; на выположенной части склона - ГС в верхнем и нижнем горизонте глинистый; в почвах на шлейфе склона - ГС сменяется с легкоглинистого на среднеглинистый.
Во всех почвах отмечена опесчанен-ность, причем в верхней части катены, и, особенно, на выпуклой ее части, где содержание песчаной фракции в верхних горизонтах составляет более 30 % (рис. 2). Максимум крупнопылеватой фракции зафиксирован в почвах в нижней части катены (выпуклый и вы-
положенный участки, шлейф склона), а в верхней части катены (в Э и ТЭ ландшафтах) - в верхней части профиля. По содержанию илистой фракции профили резко дифференцированы, происходит утяжеление ГС по катене от среднесугли-нистого до легкоглинистого.
Доля илистой фракции закономерно увеличивается от 19,5 % в Апах до 40,1 % в породе. Ее распределение близко к нормальному практически во всех горизонтах кроме иллювиального В2, в котором проявляется максимальное варьирование (по дисперсии). Содержание физической глины в почвах катены изменяется с 46,3 % в Апах до 63,0 % в по-чвообразующей породе. Распределение во всех горизонтах близко к нормальному. Почвообразующая порода характеризуется минимальным варьированием содержания и ила, и физической глины. Их накопление и наибольший размах варьирования отмечены в иллювиальном горизонте В2 и переходном горизонте ВС. Для почв эрозионно-аккумулятивной катены характерна выраженная гранулометрическая элювиально-иллювиальная дифференциация профиля с коэффициентом дифференциации по илу, равным 2,06, а по физической глине - 1,38. Наибольшая дифференциация профиля проявляется в почвах, формирующихся на Э и Т ландшафтах.
Критерием оценки структурной организации почв выступает энтропия -количественная характеристика вероятностных распределений свойств системы [8, 12, 25].
Энтропия ГС почв изменяется в пределах катены. Максимальные ее величины отмечены на склоне (вогнутая, выпуклая и выположенная части). Приняв энтропию ГС в почве на водоразделе в пахотном слое за исходный фон, мы рассчитали разницу между ее величинами по катене. Разница (АБ1) в пахотных слоях почв свидетельствует о том, что наибольшее разнообразие и неупорядоченность по ГС характерны для почвы транс-аккумулятивного ландшафта (АБ1=-0,10), затем на транзитной
Рис. 2. Пространственное распределение ЭПЧ в пахотном слое почв на эрозионно-
аккумулятивной катене:--песчаная;---— крупная пыль; — - — средняя
пыль;----— мелкая пыль; .............. — ил.
2. Корреляционная матрица связи (г)* между содержанием ЭПЧ и величиной энтропии
Геохимический ландшафт
ЭПЧ, мм Э ТЭ I Т I ТЭА А
Почвы
Пд2САД Л1САД| | Пд1САДЦ | Пд1СЭД Пд4ГАД\
1...0,25 02,96 0,87 0,93 0,35 0,79
0,25...0,05 0,87 0,93 0,72 0,08 0,71
0,05...0,01 0,14 0,51 -0,81 0,16 0,84
0,01...0,005 0,22 0,28 0,90 0,39 0,40
0,005...0,001 0,78 -0,25 -0,93 0,58 0,42
<0,001 -0,98 -0,99 -0,72 -0,92 -0,96
* коэффициенты корреляции при г=+0,39 и более достоверны на уровне значимости < 0,05
(АБ1=-0,16) и трансэлювиальной (ДБ1 = -0,19) части склона. То есть почвы этих ландшафтов в большей степени подвержены процессам эрозии и неустойчивы к сельскохозяйственному использованию.
С помощью ДБ„(БЛ -Б ) установ-
^ 2 * Апах порода7 1
лено, что наиболее дифференцированы по профилю по содержанию ЭПЧ почвы элювиальных, трансэлювиальных и транзитных ландшафтов - 0,48; 0,31; 0,36 соответственно. В почвах ландшафтов с аккумуляцией, ДБ2 варьирует в пределах 0,13.. .0,19. Энтропия, как характеристика варьирования ГС, отражает большую неоднородность профиля почв в верхней части катены на выпуклых и вогнутых склонах, что в свою очередь может служить мерой эродированности почв.
Установлено, что в почвах катены энтропия гранулометрического состава имеет сильную обратную связь с содержанием ила (табл. 2), причем в транзитном ландшафте она менее сильная, чем в транс-элювиальном (ТЭ) и элювиальном (Э). Для дерново-подзолистой почвы на элювиальном (Э) ландшафте значительный вклад в создание ГС вносит содержание песчаной фракции, особенно крупного песка.
В транс-элювиальном (ТЭ) ландшафте кроме песчаной фракции неоднородность в ГС вносит крупная пыль. В почве транзитного ландшафта (Т) с меньшим уклоном местности, величина энтропии зависит от содержания песчаной фракции и средней пыли, проявляется обратная корреляция с содержанием крупной и мелкой пыли, а также с илом. То есть неоднородность гранулометрического состава в этой части склона - результат максимального проявления эрозии.
В транс-элювиально-аккумулятивном ландшафте отмечена менее тесная связь, причем только с содержанием пылеватой фракции (0,01.0,001 мм) с преобладающим значением связи с мелкой пылью. При этом известно, что избыток неагрегированной мелкой пыли способствует уплотнению почв, увеличению набухаемости и усадки, ухудшению водопроницаемости, тре-щинноватости.
В аккумулятивном ландшафте все ЭПЧ участвуют в создании неоднородно-
сти и неупорядоченности дисперсности ГС. Значительную роль в этом играют крупная пыль и песчаная фракция.
Таким образом, с помощью энтропии определен вклад ЭПЧ в формирование гранулометрического состава. Установлено, что большую роль играет содержание частиц размером более 0,01 мм. Это указывает на то, что почвы могут обладать низкой поглотительной способностью, порозностью, способны к уплотнению, слабо набухают, легко распыляются, способны к заплыванию.
ние глинистой фракцией в элювиальных и транс-элювиальных ландшафтах. В аккумулятивных ландшафтах (ТЭА, А), напротив, содержание глинистой фракции выше, что способствует ухудшению водно-физических свойств, заплыва-нию, переувлажнению.
Представляет интерес совместное рассмотретние профильного распределения коэффициента эрозионной устойчивости и энтропии в почвах. В ландшафтах, где проявляются элювиальные и транзитные процессы (Э, ТЭ, Т), величины этих показателей пересекаются (рис. 3). Причем точка пересечения кривых сменяется с 45...50 см на Э ландшафте до 80 см на ТЭ ландшафте, а в Т ландшафте выделяются две точки пересечения на глубине около 50 и 100 см, адалее кривые сливаются в пределах профиля.
В ландшафтах с аккумуляцией вещества коэффициент эрозионной устойчивости менее, а энтропия более дифференцировано изменяются в пределах профиля. Профильные кривые имеют различные точки пересечения. Так, на выположенном участке склона
Рис. 3. Профильное распределение показателей коэффициента эрозии (К) и энтропии (Б): а) водораздел, 1Р2САД, разрез № 1, Э; б) вогнутая часть склона, Л]САД[, разрез № 2, ТЭ; в) выпуклая часть склона, Пд1САДЦ, разрез № 3, Т.
Соотношения ЭПЧ в почвенном материале обусловливают эрозионную стойкость почв, которую определяют по отношению глинистой фракции к сумме крупнопылеватой и мелкопесчаной [1]. Для почв катены зафиксировано обедне-
они пересекаются на глубине около метра, на шлейфе склона на глубине 85 см (рис. 4).
Определена статистически достоверная тесная обратная связь (г= -0,70) между энтропией и коэффициентом
Рис. 4. Профильное распределение показателей коэффициента эрозии (К) и энтропии (Б) в ландшафтах с аккумуляцией вещества: а) вьтоложенньш участок склона, Пд1СЭД, разрез № 4, ТЭА; б) шлейф склона, Пд4ГАД\_, разрез № 5, А.
м о м о
Рис. 5. Структурные формулы ганулометрического состава почв: а) водораздел (Э), высота 230м, разрез № 11Р2САД, 8:20:3:7:17:29; б) вогнутая часть склона (ТЭ), высота 225м разрез № 2 Л1САД{, 9:28:17:7:17:22; в) выпуклая часть склона (Т), высота 220 м, разрез № 3П'1САДЦ, 5:17:25:7:17:29; г) вьтоложенньш участок (ТА), высота 215м, разрез № 4Пд1СЭД, 7:18:23:8:17:28; д) шлейф склона (А), высота 211 м, разрез № Пд/АД\_, 1:10:31:12:12:34.
эрозионной устойчивости - чем выше энтропия почв по ГС, тем менее устойчива почва к эрозии и смыву. Изучена зависимость коэффициента эрозионной устойчивости почв (У) от энтропии (X). На этапе спецификации была выбрана парная линейная регрессия. Оценены её параметры методом наименьших квадратов. Получено линейное уравнение регрессии У=30,952Х-32,108. Статистическая значимость уравнения проверена с помощью коэффициента детерминации и критерия Фишера. Установлено, что в исследуемой ситуации 55 % общей вариабельности У объясняется изменением X. Установлено также, что параметры модели статистически значимы.
Для диагностики эродированности почв использовали метод структурных формул ГС, который позволяет установить устойчивые соотношения фракций. Графическое изображение структурных формул показывает, что на водоразделе в дерново-среднеподзолистой почве на элювиальном ландшафте отмечается высокое содержание ила, среднего и мелкого песка (рис. 5а). В транс-элювиальном ландшафте на
свойств почв. В аккумулятивном ландшафте в дерново-глубоко-подзолистой намытой почве отмечается почти равное содержание частиц крупной пыли и ила при содержании пылеватых и песчаных частиц в 3 раза меньше (рис. 5д). Отсутствие разбавления песчаными и пылеватыми частицами может привести к задержке влаги и в результате к оглее-нию и заболачиванию.
Структурные формулы гранулометрического состава по выявленным устойчивым соотношениям ЭПЧ в почвах позволяют выделить следующие особенности: снижение содержания песчаных частиц в профиле почв от элювиальных ландшафтов к аккумулятивным; устойчивое нарастание содержания фракции крупной пыли от 3 % на водоразделе до 31 % и ила от 22.. .29 до 34 %; стабильное средневзвешенное содержание средней и мелкой пыли в профиле почв по катене.
Установлена достоверная тесная и средняя прямая связь между средневзвешенным содержанием ЭПЧ и высотой местности, а также приращением энтропии (табл. 3).
песка и связана обратной зависимостью с содержанием ила, мелкой пыли, крупного песка.
Рассчитаны различные соотношения по средневзвешенному содержанию ЭПЧ, которые имеют достоверные взаимосвязи с высотой местности, коэффициентом эрозионной устойчивости, энтропией и приращением энтропии. Из этих соотношений выделяется разность между содержанием крупной пыли и илом, которая тесно связана со всеми показателями (кроме энтропии) и может служить диагностическим критерием для оценки эродированности почв.
Таким образом, местоположение почвы по высоте оказывает влияние на ГС в результате разного проявления денудации и крутизны склона, что сказывается на процессах, происходящих в почвах, и, соответственно, на распределении ЭПЧ и их соотношениях. Неоднородность гранулометрического состава, выявленная по энтропии, оказывает существенное влияние на устойчивость почв к эрозии на основании степени организованности дисперсной системы почв. Соотношения между ЭПЧ и фрак-
3. Корелляционная матрица связи (г)* между показателями гранулометрического состава почв
Показатель** Средневзвешенное содержание ЭПЧ Соотношение средневзвешенного содержания ЭПЧ
1...0,25 0,25... 0,05 0,05... 0,01 0,01... 0,005 0,005... 0,001 <0,001 I (1,0...0,05) + (0,05...0,01) I (0,01...0,005) + (< 0,001) (0,05...0,01) -(< 0,001)
И 0,24 0,55 0,28 0,72 0,40 0,58 -0,33 -0,64 0,88
К 0,75 0,53 0,62 0,90 0,42 -0,92 0,85* 0,48 0,86
Б -0,67 0,87 0,14 0,87 -0,96 -0,98 0,48 0,36 0,19
АБ 0,79 0,52 0,42 0,82 0,76 0,64 0,31 0,51 -0,81
* коэффициенты корреляции при г=0,48 и более достоверны на уровне значимости <0,05 **1 - высота, К - степень отсортированности, Б - энтропия, АБ - приращение энтропии
вогнутой части склона в светло-серой слабосмытой почве заметно выделяется по содержанию фракция среднего ^ и мелкого песка при очень низком ° количестве средней пыли, что может свидетельствовать о слабой острукту-^ ренности почвы (рис. 5б). о» Структурные формулы на выпуклом и | выположенном участках склона катены близки. В дерново-слабоподзолистых ® почвах происходит аккумуляция крупной 5 пыли и ила (рис. 5 в, г), что может способ-$ ствовать ухудшению технологических
Связь между содержанием ЭПЧ и коэффициентом эрозионной устойчивости математически достоверна. В большей степени величина этого коэффициента прямо зависит от содержания средней пыли и крупного песка, и обратно - от содержания ила. В первую очередь потоки воды выносят тонкие частицы, что и обусловливает снижение устойчивости почв к эрозии при повышенном содержании неагрегированного ила. Энтропия в большей степени зависит от содержания крупной пыли и мелкого
циями варьируют в пределах катены, также изменяется и дифференциация профиля по содержанию ЭПЧ.
Применение современных подходов интерпретации ГС позволило выявить такие особенности изменения ГС в пределах катены, как накопление глинистой фракции вниз по профилю, с основной её концентрацией в переходных горизонтах; дифференциация глинных и песчаных компонентов по профилю; уменьшение содержания ила в почве с увеличением степени смытости.
Выявлены показатели, связанные с эрозионной устойчивостью почв, которые можно применять в качестве диагностических при оценке эроди-рованности: энтропия, коэффициент эрозионной устойчивости, приращение энтропии, разница между средневзвешенным содержанием крупной пыли и ила. Их использование целесообразно для агроэкологической оценки гранулометрического состава, так как позволяет на ранних этапах выявить участки, испытывающие проявление эрозии, а также обеспечить рациональную и эффективную эксплуатацию эрозионно-опасных участков в сельскохозяйственном производстве.
Литература.
1. Заславский М. Н. Эрозия почв. М.: Мысль, 1978. 245 с.
2. Березин П. Н. Особенности распределения гранулометрических элементов почв и почвообразующих пород // Почвоведение. 1983. № 2. С. 52-64.
3. Гаврюхов А. Т., Штомпель Ю. А. Экологически устойчивые агроландшафты - основа прекращения деградации почв // Эрозия почв: Науч. тр. Почв, ин-та им. В. В. Докучаева под ред. А. Н. Каштанова. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2007. С.259-265.
4. Иванов Д. А., Рубцова Н. Е. Исследование факторов эрозионной деградации почв в пределах Евро-Северо-Востока РФ // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2010. № 4 (19). С. 29-34.
5. Теории и методы физики почв / под ред. Е.В. Шеина, Л.О. Карпачевского. Тула: Гриф и К, 2007. 616 с.
6. Татаринцев В. Л. Гранулометрия агро-почв юга Западной Сибири и их физическое состояние: монография. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. 261 с.
7. Татаринцев В. Л., Татаринцев Л. М. Агроэкологическая оценка гранулометрического состава почв Алтайского края // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2008. № 4. С. 43-52.
8. Михеева И. В. Изменение вероятностных распределений фракций гранулометрического состава каштановых почв Кулундин-ской степи под воздействием природных и антропогенных факторов // Почвоведение. 2010. № 12. С. 1456-1467.
9. Телегуз О. В. Агроэкологическая оценка эродированных почв пахотных земель Львовской области // Материалы Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения / под ред. Б. Ф. Апарина. СПб.: Изд. Дом С.-ПГУ, 2011. С. 174-176.
10. Самофалова И. А. Системный анализ гранулометрического состава дерново-подзолистых почв // Актуальные проблемы аграрной науки в XXI веке: Материалы межд. научно-практической конференции, май 2014. ФГБОУ ВО «Пермская ГСХА». Пермь: ИПЦ «Прокростъ», 2014. С. 97-100.
11. Качинский Н. А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 192 с.
12. Кирюшин В. И. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия - основа современной агротехнологической политики России // Земледелие. 2000. № 3. С. 4-6.
13. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: Методическое руководство / под ред.
B. И. Кирюшина. М.: ФГНУ «Росинформагро-тех», 2005. 784 с.
14. Самофалова И. А., Мудрых Н. М., Карякина Е. В. Выделение агроэкологиче-ски однородных участков и их оценка (на примере фермерского хозяйства) // SOIL SCIENCE AND AGROCHEMISTRY Azerbaijan National Academy of Science (NANA). Baku: «Elm», 2011. Vol. 20. № 2. P. 94-98.
15. Агроэкологическая типизация земель как основа совершенствования систем севооборотов и удобрений / И. А. Самофалова, Н. М. Мудрых, Н. Ю Каменских и др. // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. N 5. С. 45-50.
16. Самофалова И. А., Лобанова Ю. А. Агроэкологическая типизация земель как основа внутрихозяйственного землеустройства // Материалы Международной научно-практической конференции «Научное и практическое обеспечение земельных отношений». Пермь: Пермская ГСХА, 2011.
C.148-153.
17. Самофалова И. А. Региональные закономерности гранулометрического состава в дерново-подзолистых почвах в Пермском крае // Роль аграрной науки в устойчивом развитии сельских территорий: Сб. III Всероссийской (национальной) научной конференции. Новосибирск: НГАУ 2018. С. 167-173.
18. Михеева И. В. Вероятностно-статистическая оценка устойчивости и изменчивости природных объектов при современных процессах (на примере каштановых почв Кулудинской степи) / Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Институт почвоведения и агрохимии. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. 103 с.
19. Михеева И. В. Вероятностно-статистическое моделирование почвенных свойств и процессов: результаты и перспективы // Материалы докладов VI съезда Общества почвоведов им. В. В. Докучаева (Петразоводск-Москва, 13-18 августа 2012 г.). Петрозаводск: КНЦ РАН, 2012. Кн. 1. С. 168-169.
20. Почвы Оханского района Пермской области и рекомендации по их использованию (пояснительный текст к почвенной карте) / Составитель доц. Ю. К. Попов. Пермь: Пермский государственный сельскохозяйственный институт имени академика Д.Н. Прянишникова. Пермь, 1976. 62 с.
21. Агроклиматический справочник по Пермской области. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1959. 156 с.
22. Скрябина О. А. Почвообразующие породы Пермской области. Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 1998. 32 с.
23. Коротаев Н. Я. Почвы Пермской области. Пермь: Пермское книжное изд-во, 1962. 279 с.
24. Урусевская И. С. Почвенные катены Нечерноземной зоны РСФСР // Почвоведение. 1990. № 9. С. 12-30.
25. Самофалова И. А. Математические методы интерпретации гранулометрического состава почв // Информационные системы и коммуникативные технологии в современном образовательном процессе: сборник научных трудов. Пермь: ИПЦ «Про-кростъ», 2014. С. 88-90.
Diagnosis of Soil's Erosion Index Using Modern Approaches to the Interpretation of Data on the Granulometric Composition
I. A. Samofalova
Perm State Agrarian and Technological University,ul. Petropavlovskaya, 23, Perm', 614000, Russian Federation
Abstract. Erosion processes, prolonged machining, intensive crop cultivation are reflected in the granulometric composition of soils, which acts as a limiting factor in crop cultivation. It is believed that soil resistance to erosion is more dependent on the ratio of granulometric fractions. The purpose of the study was to identify indicators that diagnose soil erosion based on particle size distribution. The studies were carried out in the Perm region, where the territory is erosion-hazardous. On the catena of the southern exposure with a vertical drop from 230 to 215 m above sea level and a length of 415 m, 5 soil profiles were made on elements of relief of different steepness. Within the slope, eluvial, trans-eluvial, transit, trans-eluvial-accumulative, accumulative landscapes are distinguished. The granulometric analysis was performed according to N. A. Kachinsky. The granulometric composition of soils was interpreted according to the profile distribution of particles, structural formulas, entropy, coefficients and ratios. In the arable layer of soils, an increase in the particle size distribution along the catena from medium loam to light clay was noted. The greatest heterogeneity of the particle size distribution in the soil profile was established in the transit part of the slope, which is the result of the maximum manifestation of erosion. Using entropy, the contribution of elementary soil particles to the formation of the granulometric composition of soils was determined. The ratio of particles in the soil material determines the erosion resistance of soils. The coefficient of erosion resistance depends on the content of medium dust and coarse sand and inversely depends on the content of the sludge. Reliable close feedback was found between the entropy and the coefficient of erosion resistance. The structural formulas of particle size distribution are determined by the ratios of particles, which naturally vary in the soils along the slope. The difference between the weighted average coarse dust and silt content is closely related to the soil particle size distribution. The indicators associated with soil erosion resistance, which can be used to diagnose their erosion, are revealed: entropy, entropy increment, erosion resistance coefficient, the difference between the weighted average content of coarse dust and silt.
Keywords: soil erosion; geochemical landscapes; erosion-accumulative catena; relief element; diagnostics; entropy; structural formula; soil particle ratio; erosion re- 3 sistance coefficient; heterogeneity. ®
Author details: I. A. Samofalova, Cand. | Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: samofa- e lovairaida@mail.ru). ^
For citation: Samofalova IA. [Diagnosis u of soil's erosion index using modern ap- m proaches to the interpretation of data on the granulometric composition]. Zemledelie. 1 2020;(1):14-9. Russian. doi: 10.24411/0044- 2 3913-2020-10104. °
■ 0
