CC BY
215
УДК 631.431+631.434/453
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКИ РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВ ЮСЬВИНСКОГО РАЙОНА ПЕРМСКОГО КРАЯ
О.А. Скрябина, канд. с.-х. наук, доцент,
ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА,
ул. Петропавловская, 23, г. Пермь, 614990, Россия,
И.С. Боталов, агроном,
СПК «Колхоз «Заря будущего»,
ул. Советская, 10, с. Юсьва, Пермский край, 619170, Россия, E-mail: Kf.pochv.pgsh@yandex.ru
Аннотация. При поиске оптимальных решений снижения неравномерности урожая в масштабах сельскохозяйственного поля и одновременно экономии средств необходимо учитывать вариабельность показателей почвенного покрова, что дает возможность выделить контуры благоприятной или неблагоприятной агрофизической обстановки. Учет агрофизических свойств почв обязателен для оптимизации управления ростом сельскохозяйственных культур. Однако при почвенно-картографических работах им уделяется значительно меньшее внимание, чем химическим свойствам. Впервые для северо-западной территории Пермского края приводятся показатели не только общих физических, но и водно-физических (влажность завядания, наименьшая влагоемкость, влажность разрыва капиллярных связей), воздушных свойств почв тяжелого гранулометрического состава. Приведены аналитические показатели агрофизических свойств, которые являются наименее изученными для региона исследований. Результаты определения плотности свидетельствуют о тенденции к антропогенному уплотнению почв под влиянием сельскохозяйственной техники. Водно-физические свойства характеризуются такими показателями, как максимальная гигроскопичность, влажность завядания, наименьшая влаго-емкость, влажность разрыва капиллярных связей. По двум последним константам информация ограничена или вообще отсутствует для северо-западной части Пермского края. Между тем, она имеет большое практическое значение, так как позволяет дифференцированно оценить водный режим сельскохозяйственных культур на генетически разных почвах в течение периода вегетации. Для характеристики воздушного режима почв приводятся показатели воздухоемко-сти. Показано, что одним из главных факторов деградации почв являются эрозионные процессы. Поэтому традиционно относимые к наиболее плодородным, но сильносмытые литогенные почвы по комплексу агрофизических свойств уступают зональным дерново-подзолистым почвам на более выровненных элементах рельефа.
Ключевые слова: плотность, коэффициент структурности, общая пористость, диапазон продуктивной влаги, воздухоемкость.
Введение. Физические свойства почв имеют важнейшее значение для их плодородия, так как определяют водный, воздушный, питательный режимы. Неблагоприятные физические свойства могут лимитировать урожайность сельскохозяйственных культур более жестко, чем недостаток питательных веществ. Изучение физических свойств в региональном аспекте актуально для решения теоретических и практических вопросов обработки почв в точном земледелии [1,2]. Целый ряд авторов изучает трансформацию физических свойств при сельскохозяйственном использо-
вании земель [3]. Знание физических свойств способствует углубленной агрохимической характеристике [4] и используется при построении математических моделей водной эрозии [5, 6, 7, 8]. Для северо-западной части Пермского края соответствующая информация крайне ограничена.
Методика. Исследования проведены в 2013-2014 годах на территории СПК «Колхоз «Заря будущего»» Юсьвинского района, где были заложены разрезы и взяты почвенные образцы, а также в лаборатории кафедры почвоведения Пермской сельскохозяйственной
академии. Общие физические и химические свойства определены по стандартным методикам. Для водно-физических свойств указания на методику выполнения сделаны в тексте статьи.
Результаты. Юсьвинский район расположен в бассейне реки Иньва. Рельеф осложнен на юге отрогами Верхне-Камской возвышенности, на севере - Кондасскими увалами высотой до 250 м. Территория сложена породами белебеевской свиты казанского яруса среднего отдела пермской системы. Они представлены глинами, красно-бурыми известко-вистыми мергелями, песчаниками с линзами конгломератов [9]. Значительное вертикальное расчленение рельефа, наличие протяженных склонов увалов крутизной 3-8° привели к широкому развитию процессов водной эрозии и формированию на пашне слабо-, средне-, сильносмытых почв. Эродированность ухудшает гумусное состояние, в значительной степени нивелируя различия между генетически различными почвами по содержанию органического вещества (1,1-2,14 %). Емкость кати-онного обмена дерново-бурых и дерново-карбонатных почв землепользования - 27,233,6 ммоль/100 г, дерново-подзолистых - 14,217,3 ммоль/100 г почвы. Дерново-бурые и дерново-подзолистые почвы являются средне-кислыми (рНКС1 4,98-4,65), дерново-
Плотность почвы определялась в полевых условиях в образцах с ненарушенным строением (табл. 2). Плотность пахотного слоя зависит от структурного состояния, характера и времени обработки. Во всех разрезах она находится на верхней границе допустимых значений 1,24-1,26 г/см3, за исключением раз-
карбонатные - нейтральными (рНКС1 6,90). Основополагающим физическим свойством является гранулометрический состав (табл. 1). Дерново-подзолистые почвы сформировались на покровных отложениях, которые, по нашему мнению, в северо-западной части Пермского края являются продуктом плейстоценового оледенения и образованы в периферической части ареала водно-ледниковых пород. Доказательством является некоторая литогенная опесчаненность (содержание фракции песка 415 %), а также повышенное содержание фракции крупной пыли (по профилю 26,6-42,9 %) и мелкой пыли (12,32-21,87 %). Почва разреза 4 по гранулометрическому составу может быть определена как глинистая пылевато-крупнопылеватая. Распределение фракции менее 0,001 мм имеет элювиально-иллювиальный характер и обнаруживает резкий вынос ила из верхних элювиальных горизонтов. Содержание этой фракции в горизонтах А2, А2В1 - 7,64-30,46 %, в иллювиальной части профиля оно повышается до 47-53 %. В профиле дерново-бурой почвы на элювии пермских глин (разрез 2) распределение фракции менее 0,001 мм достаточно равномерное, стабильное, что свидетельствует об ослаблении процесса подзолообразования. Все горизонты профиля имеют глинистый гранулометрический состав.
реза 4, где она оптимальна - 1,14 г/см3. В нижележащих горизонтах плотность закономерно возрастает, достигая максимальных значений в горизонте С - 1,46-1,51 г/см3.
Плотность твердой фазы почвы представляет собой среднее значение плотностей всех слагающих компонентов. Ее величина опреде-
Таблица 1
Гранулометрический состав почв Юсьвинского района_
Номер разреза, индекс почвы Горизонт, глубина образца, см Содержание гранулометрических элементов, мм %
1-0,25 0,250,05 0,050,05 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01
4, Пд3гЛ см 3 Ап 0-30 5,45 6,99 37,98 13,07 21,87 17,64 52,58
А2В1 30-40 0,76 3,68 42,87 5,64 16,59 30,46 52,69
В1 50-60 1,26 2,17 26,60 4,87 12,32 52,78 69,97
В2 75-85 3,01 2,35 27,15 2,39 17,39 47,80 67,58
ВС 100-110 1,61 4,41 29,69 4,41 12,75 47,14 64,30
С 113-123 7,21 7,75 20,65 2,47 20,61 41,30 64,38
2, ДБгЭ1 см 3 Ап 0-20 2,08 1,29 33,64 6,48 23,37 33,14 62,99
В! 50-60 0,40 2,66 26,35 5,09 27,07 38,43 70,59
В2 80-90 0,51 11,29 20,68 9,94 19,91 37,67 67,52
ВС 110-120 0,24 6,81 24,16 9,19 28,27 33,33 68,79
С 130-140 0,63 7,02 19,63 19,59 26,24 26,89 72,72
ляется минералогическим составом почвы и содержанием в ней органического вещества. Поэтому в пахотном слое, относительно более гумусированном по сравнению с остальными горизонтами, данный показатель несколько ниже. Дерново-бурые и дерново-карбонатные почвы, обогащенные по сравнению с дерново-подзолистыми вторичными железосодержащими минералами (монтмориллонит, гематит), характеризуются несколько повышенными значениями плотности твердой фазы.
Общие физические свойства
Общая пористость (порозность) имеет огромное значение для плодородия, так как в порах твердой фазы размещаются газообразная, жидкая фазы и живые организмы. При общей пористости пахотного слоя 55-65 % этот показатель оценивается как отличный; 55-50 % -хороший [10]. Следуя данному критерию, пористость всех проанализированных почв можно считать хорошей. Наиболее высокий показатель имеет дерново-неглубокоподзолистая почва разреза 4 - 55,7 % (табл. 2).
Таблица 2
почв Юсьвинского района
Номер разреза Индекс почвы Горизонт, глубина, см Плотность, г/см3 Плотность твердой фазы, г/см3 Общая пористость, %
1 Пд3гЛ см 2 Ап 0-30 1,25 2,59 51,8
В1 30-40 1,30 2,60 50,0
В2 60-70 1,33 2,62 49,3
В2 85-95 1,34 2,61 48,7
ВС 120-130 1,35 2,64 48,7
С 150-160 1,42 2,64 46,2
4 Пд3гЛ см 1 Ап 0-30 1,14 2,57 55,7
А2В! 30-40 1,30 2,58 49,7
В! 50-60 1,32 2,60 49,3
В2 75-85 1,34 2,61 48,7
С 113-123 1,46 2,69 45,7
2 ДБгЭ1 см 3 Ап 0-20 1,26 2,65 52,5
В! 50-60 1,28 2,68 52,3
В2 80-90 1,28 2,68 52,2
В2С 110-120 1,28 2,67 52,1
С 150-160 1,35 2,75 51,0
3 ДК1гЭ5 см 3 Ап 0-30 1,24 2,67 53,6
В 40-50 1,25 2,68 53,3
ВС 75-85 1,31 2,76 52,6
С 100-110 1,51 2,73 44,7
Согласно результатам сухого просеивания (табл. 3), все проанализированные почвы имеют повышенную глыбистость, что является следствием глинистого гранулометрического состава на фоне резкого снижения гумуси-рованности при выраженных процессах эрозии. Наиболее высокие коэффициенты струк-
Структурное состояние пахотно
турности, характеризующие содержание водопрочных агрономически ценных агрегатов, отмечаются у обогащенных илистой фракцией почв на элювии коренных пород (разрезы 2, 3) - 1,25-1,67, а также слабосмытой дерново-подзолистой почвы - 1,7.
Таблица 3
слоя почв Юсьвинского района
Номер разреза, индекс Содержание агрегатов, мм, % Коэфф. структурности К
более 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 менее 0,25 10-0,25
1 Пд3гЛ см 2 35,9 38 56 0,34 97 0,88 9,5 1,82 12,4 4,8 92 11,7 88 18,64 51 61,82 59 38,18 1,38 0,62
4 Пд3гЛ см 1 59,1 3,62 1,44 70 1,86 66 3,34 52 3,78 73 10,88 28 16,28 26 25,36 33,44 41,3 62,94 0,64 1,7
2 ДБгЭ1 см 3 63,2 3,84 81 0,62 70 2,72 65 4,42 37 6,26 62 15,12 22 13,2 12 13,32 19 40,50 34,9 55,56 0,54 1,25
3 ДК1гЭ5 см 3 57,3 3,82 85 4,22 46 4,94 10,3 6,5 61 7,36 69 13,96 21 13,18 16 12,44 26 33,58 40,1 62,60 0,67 1,67
Водные свойства почв представлены такими почвенно-гидрологическими константами, как максимальная гигроскопическая влажность (МГ), влажность завядания (ВЗ), наименьшая влагоемкость (НВ), полная влаго-емкость (ПВ). Кроме того, в таблице 4 приводятся данные по диапазону активной влаги (ДАВ) и влажности разрыва капиллярных связей (ВРК). Максимальная гигроскопическая влажность коррелирует с содержанием органических и минеральных коллоидов. На дер-
ново-подзолистых почвах с минимальным содержанием илистой фракции этот показатель имеет наиболее низкие значения - 4,265,03 %. Для пахотного слоя дерново-бурой и дерново-карбонатной почвы он в два раза выше. В нижних горизонтах профиля разница между почвами в значительной степени нивелируется. Полная влагоемкость почвы в объемных процентах была принята равной общей пористости [11].
Таблица 4
Водно-физические свойства почв Юсьвинского района
Номер разреза Индекс почвы Горизонт, глубина, см МГ ВЗ НВ ПВ, % от объема ДАВ, % от объема ВРК, % от объема
% от массы % от объема % от массы % от объема % от массы % от объема
1 Пд3гЛ см 2 Ап 0-30 5,03 6,29 7,55 9,44 34,71 43,39 51,8 21,36 30,37
В! 30-40 9,07 11,99 13,61 17,70 32,15 41,79 50,0 23,21 29,25
4 Пд3гЛ см 1 Ап 0-30 4,26 4,86 6,39 7,28 35,07 39,98 55,7 32,70 27,99
А2В! 3040 5,52 7,18 8,58 11,15 31,15 40,50 49,7 29,35 28,35
2 ДБгЭ! см 3 Ап 0-20 10,83 13,65 16,25 20,47 32,05 40,31 52,5 19,84 28,22
В! 50-60 11,58 14,82 17,37 22,23 31,19 39,92 52,3 17,69 27,94
3 ДК1гЭ5 см 3 Ап 0-30 9,05 12,14 13,57 16,83 31,3 38,81 53,6 21,97 27,17
В 40-50 8,55 10,69 12,83 18,04 30,17 37,71 53,3 19,17 26,40
Наименьшая влагоемкость НВ определена нами экспериментально путем установления влажности изолированной от окружающего пространства почвы в стеклянных цилиндрах, по достижении полного стекания гравитационной влаги, которое отмечается через трое суток после полного насыщения почвы водой. Согласно полученным данным, этот показатель составляет в пахотном слое почв 31,335,07 весовых процента, соответственно, 38,81-43,39 объемных процента. Наиболее высокие значения НВ получены для пахотного слоя дерново-подзолистых почв.
В подпахотных горизонтах всех почв величина НВ понижается. С агрономической точки зрения, большое значение имеет такой показатель, как диапазон активной (продуктивной) влаги - ДАВ. Чем выше этот показатель, тем благоприятнее складывается водный режим растений. Наименее прочно удерживает влагу и делает ее доступной для растений дерново-подзолистая почва разреза 4. Она ха-
рактеризуется широким диапазоном - 32,7 %. Почвы на элювии коренных пород обладают гораздо более узким диапазоном продуктивной влаги - 21-19 %. Величина влажности разрыва капиллярных связей ВРК представляет собой границу легкодоступной и труднодоступной растениям влаги. При падении влажности до ВРК подвижность почвенной влаги резко снижается, поскольку водное тело теряет сплошность. Е.В. Шеин [12] предлагает считать ВРК для суглинистых почв близкой к 70 % от наименьшей влагоемкости. В таблице 4 данные по ВРК приведены, исходя из указанных соображений. Для пахотного слоя показатель колеблется в пределах 27,17-30,37 объемных процента. В таблице 5 представлены данные по воздухоемкости, т.е. пористость аэрации при влажности почвы, равной наименьшей влагоемкости. Минимальные значения содержания воздуха, при которых растения могут успешно развиваться, составляют для трав 6-10 %, для злаковых - 10-20 %.
Таблица 5
Воздухоемкость почв Юсьвинского района
Номер разреза Индекс почв Горизонт, глубина, см Воздухоемкость, % от объема
1 Пд3гЛ Ап 0-30 8,41
см 2 В! 30-40 8,21
4 Пд3гЛ Ап 0-30 15,72
см 1 А2В! 30-40 9,2
2 ДБгЭ! Ап 0-20 12,19
см 3 В! 50-60 11,38
3 ДК1гЭ5 Ап 0-30 14,79
см 3 В 40-50 15,59
В пахотном слое почв хозяйства воздухо-емкость находится в допустимых пределах, составляя 12-15 %. Наименее благоприятный воздушный режим может складываться в дерново-подзолистой среднесмытой почве, где показатель равен 8,41 %. Во влажные периоды здесь вероятно возникновение восстановительных условий и резкое снижение окислительно-восстановительного потенциала.
Выводы. Дерново-бурые и дерново-карбонатные почвы имеют в 2-2,2 раза белее высокий показатель влажности завядания по сравнению с дерново-подзолистыми, т.е. в засушливые периоды вегетации сельскохозяйственные культуры сильнее испытывают на
них дефицит влаги. Аналогичное заключение можно сделать на основании значений диапазона продуктивной влаги. Таким образом, зональные дерново-подзолистые почвы тяжелого гранулометрического состава, слабо подверженные или не подверженные эрозии, имеют более благоприятный водный режим, чем литогенные сильноэродированные почвы. Кроме того, указанные дерново-подзолистые почвы характеризуются более удовлетворительной плотностью (1,14 г/см3) и общей пористостью (55,7 %). Агротехнические приемы регулирования физических свойств почв необходимо совмещать с комплексом проти-воэрозионных мероприятий.
Литература
1. Иванов А.И., Якушев В.В. Методические аспекты информационного обеспечения точного земледелия. // Материалы Всеросс. научн. конф. 29-30 сент. 2009 г. М., 2010. С. 304-309.
2. Bolenius E., Rogstrand G., Arvidsson J., Strenberg B.,ThylenL.On-the-go measurements of soil penetration resistance on a Swedish EutricCambisol/ // International Soil Tillage Research Organization I7thTriennal Conference. Kiel. Germany, 2006. P. 867-870
3. Кузнецова И.В., Уткаева В.Ф., Бондарев А.Г. Оценка изменения физических свойств пахотных дерново-подзолистых суглинистых почв Нечерноземной зоны России в зависимости от характера антропогенного воздействия. // Почвоведение. 2009. № 2. С. 152-162.
4. Травникова Л.С., Артемьева З.С., Сорокина Н.П. Распределение гранулоденсиметрических фракций в дерново-подзолистых почвах, подверженных плоскостной эрозии. // Почвоведение. 2010. № 4. С. 495-504.
5. Morgan R. P. C., Quinton J.N.,Smith R.E. et. al. The European Soil Erosion Model (EUROSEM): documentation and guide. SilsoeCollege, CranfieldUniversity. 1998. P. 1-29.
6. LaflenJ.M., Lane L.J., Faster G. R. WEPP A new generation of erosion prediction technology. // J. Soil and Water Cons. 1991. V. 46. P. 34-38.
7. Nearing M.A., Bradford J.M., Parker S.C. Soil detachment by shallow flow at low slopes. // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1991. V. 55. P. 339-344.
8. Morgan R.P.C., DyzanJ.H.ModifiedMMF (Morgan-Morgan-Finney) model for evaluating effects and vegetation cover on soil erosion. // Earth Surface Processes and Landforms. 2008. V. 32. P. 90-106.
9. Атлас Пермского края. / ред. А.М. Танаковский. Пермь: Изд-во Перм. гос. национально-иссл. ун-та, 2012.
124 с.
10. Физика почв и грунтов: учебно-метод. пособ. / В.В. Карпушенков; Перм. гос. с.-х. акад. Пермь: Изд-во ПГСХА, 2009. 44 с.
11. Шеин Е.В., Гончаров В.М. Агрофизика. Ростов н/Д: Изд-во Феникс, 2006. 400 с.
12. Шеин Е.В., Карпачевский Л.О. Теория и методы физики почв. М.: Гриф и Ко, 2007. 616 с.
PHYSICAL PROPERTIES OF GENETICALLY DIFFERENT SOILS IN YUSVINSKY DISTRICT OF PERMSKII KRAI
O.A. Skriabina, Cand.Agr.Sci., Perm State Agricultural Academy, Petropavlovskaia st., 23, Perm, 614990, Russia, I.S. Botalov, agronomist,
Agricultural production cooperative: Zaria budushchego Collective farm, Sovetskaia st., 10, v. Iusva, Perm, 61619170, Russia, E-mail: Kf.pochv.pgsh@yandex.ru
ABSTRACT
While searching for optimal solutions to reduce the non-uniformity of the harvest in the scale of the agricultural field and cost savings at the same time it is necessary to consider the variability of indicators of topsoil, which gives an opportunity to highlight the contours of favorable or unfavorable agrophysical situation. Taking into account the agrophysical soil properties is required to optimize the management of crop growth. However, while the soil-mapping work they are paid much less attention than chemical properties. For the first time for the northwestern territory of Permskii krai the indicators of not only common physical, but also of water and physical (wilting point, the lowest moisture content, moisture discontinuity of capillary), air properties of soil of heavy granulometric composition are given. The analytical indicators of agrophysical properties that are the least studied for the field of research are given. The results of the determination of density show the tendency for anthropogenic soil compaction under the influence of agricultural equipment.Water and physical properties are characterized by such indicators as maximum hygroscopicity, wilting point, the lowest moisture content, moisture of capillary break ties. The information of the latter two constants is limited or non-existent for the northwestern part of Permskii krai. Meanwhile, it is of great practical importance, since it allows evaluating differentially the water regime of crops on genetically different soils during the growing season.To characterize the air regime of soil air intensity indicators are provided. It is shown that one of the major factors of soil degradation is erosion process. Therefore, traditionally assigned to the most fertile, but highly-eroded lithogenic soils according to the complex of agrophysical properties are inferior to zonal sod-podzolic soils on more aligned relief elements.
Key words: density, coefficient of structure, total porosity, range of available moisture, air intensity.
References
1. Ivanov A.I., Iakushev V.V. Metodicheskie aspekty informacionnogo obespechenija tochnogo zemledelija (Methodological aspects of information support of precision agriculture), Materials of Russian national scientific conference 29-30 September 2009. M., 2010, pp. 304-309.
2. Bolenius E., Rogstrand G., Arvidsson J., Strenberg B., Thylen L. On-the-go measurements of soil penetration resistance on a Swedish Eutric Cambisol, International Soil Tillage Research Organization I7th Triennal Conference. Kiel. Germany, 2006, pp. 867-870
3. Kuznecova I.V., Utkaeva V.F., Bondarev A.G. Otsenka izmeneniia fizicheskih svoist v pahotnyh dernovo-podzolistyh suglinistyh pochv Nechernozemnoizony Rossii v zavisimosti ot haraktera antropogennogo vozdeistvija (Evaluation of changes in the physical properties of cultivated sod-podzolic loamy soil non-chernozem belt of Russia depending on the nature of human impact), Soil sciences, 2009, No.2, pp. 152-162.
4. Travnikova L.S., Artemeva Z.S., Sorokina N.P. Raspredelenie granulodensimetricheskih frakcij v dernovo-podzolistyh pochvah, podverzhennyh ploskostnoi erozii (Distribution of granule densimetric factions in sod-podzolic soils undergo to sheet erosion) Soil sciences, 2010, No.4, pp. 495-504.
5. Morgan R.P.C., Quinton J.N., Smith R.E. et. al. The European Soil Erosion Model (EUROSEM): documentation and guide. Silsoe College, Cranfield University, 1998, pp. 1-29.
6. Laflen J.M., Lane L.J., Faster G. R. WEPP A new generation of erosion prediction technology. J. Soil and Water Cons, 1991, Vol. 46, pp. 34-38.
7. NearingM.A., Bradford J.M., Parker S.C. Soil detachment by shallow flow at low slopes. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1991, Vol. 55, pp. 339-344.
8. Morgan R.P.C., Dyzant J.H. Modified MMF (Morgan-Morgan-Finney) model for evaluating effects and vegetation cover on soil erosion. Earth Surface Processes and Landforms, 2008, Vol. 32, pp. 90-106.
9. Atlas Permskogo kraja (Atlas of Permskii krai) under ed. A.M. Tanakovskiy. Perm: Perm State Scientific and Research University publishing, 2012, P. 124.
10. Karpushenkov V.V., Fizikapochv i gruntov (Physics of soils): a teaching manual.Perm State Agricultural Academy. Perm: Perm State Agricultural Academy publishing, 2009, P.44.
11. Shein E.V., Goncharov V.M. Agrophysics. Rostov-on-Don: Feniks publishing, 2006, P.400.
12. Shein E.V., Karpachevskij L.O. Teorija i metody fiziki pochv (Theory and methods of soil physics). M.: Grif i Ko, 2007, P.616.
