CC BY
53
АГРОЭКОЛОГИЯ
УДК 631.43 В.Л. Татаринцев,
Л.М. Татаринцев
ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОПОЧВ КОЛОЧНОЙ СТЕПИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕКСТУРЫ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
Введение
Физические и гидрофизические свойства основных пахотных почв Алтайского Приобья изучены сравнительно неплохо и широко используются в практике проектирования объектов мелиоративного строительства. Однако все расчёты производятся по данным так называемых «типичных площадок», не имеющих статистического обоснования. Между тем в пределах класса почв по гранулометрическому составу физические и гидрофизические свойства имеют высокую пространственную изменчивость, очень часто с широким размахом варьирования. Это было показано Л.М. Татаринцевым (1993,
2005). Исследования В.Л. Татаринцева (1998, 2004) подтверждают значительное варьирование свойств в пределах разновидности почв по гранулометрическому составу. Проведённые исследования касались только пахотного горизонта. Для мелиоративной и агрофизической оценки почв необходимы данные по всему генетическому профилю.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования стали чернозёмы обыкновенные и выщелоченные ко-лочной степи Алтайского края четырёх разновидностей: крупнопылевато-песча-
ные, песчано-крупнопылеватые, иловатокрупнопылеватые и пылеватые, различающиеся соотношением фракций гранулометрического состава, в частности, песка, крупной пыли, суммы средней и мелкой пыли, ила. Такое соотношение гранулометрических фракций элементар-
ных почвенных частиц (ЭПЧ) Н.А. Качин-ский (1958) называл разновидностью почв, В.П. Панфилов (1973) и В.Л. Татаринцев (1998) — структурой, И.В. Михеева (2001)
— формулой, а Е.В. Шеин (2006) — текстурой гранулометрического состава. В дальнейшем можно использовать все понятия как синонимы. Гранулометрический состав агропочв изучен методом Н.А. Ка-чинского (1958). Физические и воднофизические свойства определяли по методам, описанным в пособии А.Ф. Вадю-ниной и З.А. Корчагиной (1986). Сравнительная оценка физических и гидрофизических свойств почв с разной текстурой гранулометрического состава проведена методами вариационной статистики (Доспехов, 1979; Плохинский, 1970 и др.).
Результаты и их обсуждение
В подзоне встречаются почвы трёх классов гранулометрического состава легко-, средне- и тяжелосуглинистые. Легко- и тяжелосуглинистые почвы имеют крайне ограниченное распространение среди агропочв. Поэтому специфику физических и гидрофизических свойств разновидностей почв колочной степи дадим на примере класса среднесуглинистых почв. Чернозёмы обыкновенные и выщелоченные, являющиеся главными представителями почв подзоны, составляющие основу пахотных земель, чаще всего имеют крупнопылевато-песчаный, песчано-крупнопылеватый и иловато-крупнопылеватый гранулометрический состав. Значительно реже распространены пылеватые почвы. Характеристика названных
текстур гранулометрического состава представлена в таблице 1.
Из материалов следует, что подтипы чернозёмов колочной степи одинаковы по текстуре гранулометрического состава. В исследуемом ряду разновидностей (круп-нопылевато-песчаные, песчано-крупнопылеватые, иловато-крупнопылеватые и пылеватые) уменьшается среднее содержание песчаных частиц с 29-43 до 2-12%, одновременно увеличивается среднее содержание крупной пыли с 24-28 до 4457%. Также растёт количество физической глины с 35 до 41%. Разница между
разновидностями по содержанию илистой фракции не превышает 3-5%. Самым высоким содержанием ила отличаются иловато-крупнопылеватые разновидности и иллювиальные генетические горизонты почв. Оценка существенности разности выборочных средних показала на различие разновидностей по содержанию песчаных частиц и крупной пыли (НСР05 < d). По содержанию средней, мелкой пыли и ила различия между разновидностями не всегда доказываются величиной НСР05.
Таблица 1
Среднее содержание фракций ЭПЧ в зависимости от текстуры гранулометрического состава
Разновидность почвы Гори- зонт Содержание фракций, %; размер, мм
1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,001 < 0,001 < 0,01
Чернозёмы выщелоченные
Крупнопылевато-песчаные А ^пах 36,9 26,1 14,9 19,4 34,3
АВ 36,6 26,9 13,3 21,2 34,5
В 34,8 27,6 12,8 23,4 36,2
Ск 33,0 28,3 14,5 23,4 37,9
Песчано-крупнопылеватые А пах 25,7 34,3 16,5 21,0 37,5
АВ 24,4 36,6 16,7 20,1 36,8
В 25,0 35,6 14,2 21,3 35,5
Ск 23,2 38,5 13,1 19,7 32,8
Иловато-крупнопылеватые А пах 16,1 41,8 16,4 19,7 36,1
АВ 16,9 40,8 16,8 24,0 40,8
В 17,0 40,5 11,8 25,9 37,7
Ск 11,2 41,6 14,3 23,0 37,9
Пылеватые А пах 12,6 53,7 16,4 24,9 41,3
АВ 10,6 45,4 21,9 19,2 41,1
В 10,5 47,0 21,1 20,8 41,9
Ск 11,8 43,6 23,0 18,3 41,3
Чернозёмы обыкновенные
Крупнопылевато-песчаные А пах 39,5 24,7 15,1 19,3 34,4
АВ 39,6 25,6 13,2 20,9 34,1
В 29,0 24,5 16,5 24,6 41,1
Ск 42,8 26,5 10,6 20,6 30,7
Песчано-крупнопылеватые А пах 25,4 34,7 18,2 18,2 36,4
АВ 23,5 36,0 15,8 21,0 36,8
В 25,7 35,1 17,0 16,9 33,9
Ск 24,8 38,5 14,6 17,2 31,8
Иловато-крупнопылеватые А пах 22,6 34,8 16,3 24,0 40,3
АВ 16,7 45,5 14,7 24,0 38,7
В 12,9 45,1 13,0 23,8 36,8
Ск 13,6 42,5 12,7 22,4 35,1
Пылеватые А пах 7,7 48,6 23,6 17,9 40,6
АВ 6,1 50,8 19,5 20,0 39,5
В 2,5 57,2 17,1 24,2 41,3
Ск 2,6 52,0 10,5 24,0 31,5
Чернозёмы обыкновенные по сравнению с чернозёмами выщелоченными содержат больше крупной пыли и меньше средней, мелкой пыли и ила. Различия обусловлены местоположением подтипов на местности, а вследствие этого — разной интенсивностью седиментогенеза пылеватых частиц на наветренных (с чернозёмами обыкновенными) и подветренных (с чернозёмами выщелоченными) склонах. Некоторое повышение количества ила в чернозёмах выщелоченных обусловлено его накоплением в процессе почвообразования. Кроме того, чернозёмы обыкновенные отличаются от чернозёмов выщелоченных более резкой тенденцией по снижению фракции песка и повышению содержания крупной пыли.
Среднеарифметические величины физических и водно-физических свойств представлены в таблице 2. Из данных следует, что по мере нарастания степени дисперсности почвенных частиц, то есть от крупнопылевато-песчаной разновидности почв к иловато-крупнопылеватой, в чернозёмах выщелоченных колочной степи уменьшается плотность почвы, увеличиваются общая порозность, порозность аэрации, максимальная гигроскопическая влага (МГ), водоудерживающая способность (НВ) и коэффициент впитывания. В указанном ряду разновидностей плотность почвы уменьшается на 10%, общая по-розность и порозность аэрации увеличиваются на 7-10%, а МГ и НВ — на 15 и 13% соответственно. Изменение физических и водно-физических свойств обусловлено ростом микро- и макроагрегирован-ности (Татаринцев В.Л., 2004), приводящих к росту общего объёма пор, пор аэрации, повышению водоудерживающей способности и скорости впитывания за первый час наблюдения.
Плотность твёрдой фазы всех разновидностей чернозёмов выщелоченных, в среднем для профиля, относительно постоянная величина. В то же время по горизонтам АВ, В и даже Ск по мере движения от крупнопылевато-песчаных почв к иловато-крупнопылеватым достаточно отчётливо просматривается тенденция к росту величин плотности твёрдой фазы.
Существенные различия выборочных средних плотности исследуемых разновидностей наблюдаются в горизонтах АВ и Ск. Горизонт В иловато-крупнопылеватых выщелоченных чернозёмов рыхлее, чем песчано-крупнопылеватых. По плотности
твёрдой фазы различия между крупнопы-левато-песчаными и песчано-крупнопылеватыми разновидностями обнаружены в пахотном и иллювиальном горизонтах (НСР05 < d). Разница средних величин МГ существенна для крупнопылевато-пес-чаных и песчано-крупнопылеватых разновидностей во всех горизонтах выше почвообразующей породы. В горизонте существенные различия установлены между всеми разновидностями. Песчано-крупнопылеватые и иловато-крупнопылеватые разновидности существенно различаются по величине предельной полевой влагоём-кости во всех горизонтах кроме подпахотного АВ.
Доказуемое различие крупнопылеватопесчаных и песчано-крупнопылеватых чернозёмов установлено в горизонтах АВ и В. Песчано-крупнопылеватые чернозёмы выщелоченные колочной степи отличаются от других разновидностей того же подтипа по коэффициенту впитывания. При сравнении эмпирических кривых между разновидностями различия не установлены.
В исследуемом ряду разновидностей чернозёмов обыкновенных в отличие от чернозёмов выщелоченных плотность горизонтов почвы растёт. Исключением является только горизонт В. Рост плотности чернозёмов обыкновенных по мере нарастания дисперсности почв обусловлен ростом потерь влаги на испарение, приводящих к иссушению почвенного профиля, а вследствие этого — бульшей усадке и уплотнению. Также отмечается повышение величин МГ и НВ и коэффициента впитывания. При этом плотность почвы повышается на 5%, МГ — на 17, НВ — на 9, а коэффициент впитывания — на 45%. Снижение порозности общей и порозности аэрации, соответственно, происходит на 13-30%. Такие свойства, как общая по-розность и порозность аэрации в исследуемом ряду разновидностей чернозёмов обыкновенных изменяются быстрее, чем в чернозёмах выщелоченных, остальные свойства — наоборот, медленнее.
Все разновидности чернозёмов обыкновенных различаются по плотности почвы, плотности твёрдой фазы почвы в горизонте АВ (НСР05 < d). Пахотный горизонт иловато-крупнопылеватых чернозёмов оказывается более плотным по сравнению с песчано-крупнопылеватыми. Доказанное различие крупнопылевато-пес-
чаных и иловато-крупнопылеватых чернозёмов установлено в горизонте Ск. По величине МГ все разновидности имеют различия в горизонте В. Крупнопылеватопесчаные и песчано-крупнопылеватые чернозёмы существенно различаются по величине МГ в пахотном горизонте. Пахотный горизонт песчано-крупнопылеватых чернозёмов имеет самую высокую величину НВ по сравнению с другими разновидностями. Также по величине МГ различны крупнопылевато-песчаные и песчано-крупнопылеватые чернозёмы в горизонтах АВ и В. По эмпирическим кри-
вым распределения величин различия не выявлены ^ < 1,36) вследствие недостаточной численности выборок.
Сравнительная оценка изменения физических и водно-физических свойств чернозёмов колочной степи по почвенным профилям сделана на основе коэффициентов изменения, рассчитанных как отношение величины свойства в любом горизонте к величине этого свойства в почвообразующей породе (Милановский,
2006). Коэффициенты изменения физических свойств представлены в таблице 3.
Таблица 2
Физические и водно-физические свойства почв колочной степи в зависимости от разновидности (средние данные)
Разновидность Гори- зонт Плотность почв Плотность твёрдой фазы Порозность, % объёма % массы Кв, мм/мин.
г/см3 общ. аэрац. МГ НВ
Чернозёмы выщелоченные
Крупнопылевато- песчаные Апах 1,12 2,47 54,7 23,1 6,1 29,2 1,30
АВ 1,35 2,51 46,2 21,3 5,4 20,2 -
В 1,39 2,54 45,3 21,6 5,2 18,9 1,32
Ск 1,40 2,64 47,0 21,5 4,7 18,2 -
Песчано- крупнопылеватые А пах 1,11 2,52 56,0 26,8 6,8 28,1 1,48
АВ 1,25 2,57 50,6 20,2 6,5 26,7 -
В 1,39 2,57 45,9 19,0 5,5 20,8 1,93
Ск 1,49 2,60 42,7 19,0 5,4 17,7 -
Иловато- крупнопылеватые Апах 1,09 2,50 56,4 23,2 6,6 32,4 2,60
АВ 1,19 2,55 53,3 23,0 6,2 27,7 -
В 1,29 2,58 50,0 23,9 6,3 22,7 1,47
Ск 1,44 2,64 45,5 23,0 5,4 17,3 -
Пылеватые А пах 1,06 2,48 57,3 26,0 5,9 30,8 1,06
АВ 1,20 2,57 53,3 24,5 6,7 26,5 -
В 1,30 2,54 48,8 24,6 6,6 20,8 0,81
Ск 1,39 2,62 46,9 21,5 5,5 20,4 -
Чернозёмы обыкновенные
Крупнопылевато- песчаные А пах 1,13 2,54 55,5 26,0 5,6 27,9 1,19
АВ 1,17 2,50 53,2 28,6 5,9 22,7 -
В 1,45 2,68 45,9 19,8 5,9 19,4 1,50
Ск 1,47 2,66 44,7 22,3 4,3 16,6 -
Песчано- крупнопылеватые А пах 1,16 2,53 54,1 22,5 6,3 29,0 1,66
АВ 1,25 2,59 51,7 21,4 6,1 25,8 -
В 1,41 2,66 47,0 19,2 6,5 21,1 1,56
Ск 1,50 2,65 43,4 19,6 4,8 17,2 -
Иловато- крупнопылеватые А пах 1,25 2,56 51,2 19,7 6,1 26,8 1,26
АВ 1,34 2,54 47,2 17,7 5,8 23,5 -
В 1,37 2,61 47,5 19,1 5,8 22,2 1,78
Ск 1,50 2,61 42,5 18,0 5,0 17,7 -
Пылеватые А пах 1,24 2,45 50,0 19,5 7,0 27,0 2,20
АВ 1,36 2,51 45,8 19,6 7,0 26,8 -
В 1,39 2,59 46,3 17,7 6,4 22,0 1,70
Ск 1,48 2,63 43,7 18,0 4,8 18,7 -
Таблица 3
Коэффициенты изменения физических и водно-физических свойств
чернозёмов колочной степи
Гори- зонт Плотность* Плотность твёрдой фазы МГ НВ
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Чернозёмы выщелоченные
Апах 0,80 0,78 0,76 0,94 0,97 0,95 1,30 1,26 1,22 1,60 1,59 1,87
АВ 0,94 0,84 0,83 0,95 0,97 0,97 1,15 1,20 1,15 1,11 1,51 1,60
В 0,99 0,33 0,90 0,96 0,99 0,98 1,11 1,02 1,17 1,04 1,17 1,31
Ск 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Чернозёмы обыкновенные
А пах 0,78 0,77 0,83 0,95 0,95 0,98 1,30 1,31 1,22 1,68 1,69 1,51
АВ 0,80 0,83 0,89 0,94 0,98 0,97 1,37 1,27 1,16 1,37 1,50 1,33
В 0,99 0,94 0,91 1,01 1,00 1,00 1,37 1,36 1,16 1,17 1,23 1,25
Ск 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
- песчано-крупнопылеватые; 3 - иловато-крупнопылеватые.
* 1 — крупнопылевато-песчаные; 2
Судя по коэффициентам, плотность пахотного горизонта по отношению к породе в чернозёме обыкновенном уменьшается на 17-23%. Это меньше, чем в чернозёмах выщелоченных на 2-7%. Во всех генетических горизонтах чернозёмов выщелоченных, коэффициент изменения плотности указывает на повышение степени изменения параметра от крупнопыле-вато-песчаных почв к иловато-крупнопылеватым. Та же закономерность сохраняется в иллювиальном горизонте чернозёмов обыкновенных. В вышележащих горизонтах (Апах и АВ) по мере движения от крупнопылевато-песчаных чернозёмов к иловато-крупнопылеватым степень изменения плотности, наоборот, уменьшается, что мы полагаем, обусловлено повышением аридности почвообразования на инсолируемых склонах, где получили развитие чернозёмы обыкновенные. Очевидно, иловато-крупнопылеватые чернозёмы в этих условиях испытывают бульшее иссушение, чем другие более грубодисперсные разновидности, а, следовательно, большую усадку и уплотнение. По этой причине в результате почвообразования наблюдается меньшее разуплотнение, чем в других разновидностях чернозёмов. Изменение плотности твёрдой фазы также уменьшается от крупнопылеватопесчаных чернозёмов к иловатокрупнопылеватым. В чернозёмах выщелоченных плотность твёрдой фазы изменя-
ется на большую глубину, чем в чернозёмах обыкновенных. Это обусловлено более интенсивным выветриванием минералов в чернозёмах выщелоченных.
Степень изменения МГ и НВ увеличивается снизу вверх. Сходство коэффициентов в пахотном горизонте чернозёмов ко-лочной степи указывает на одинаковую степень изменения МГ. Причём в этом горизонте степень изменения МГ уменьшается от крупнопылевато-песчаных разновидностей к иловато-крупнопылеватым. В подпахотных горизонтах АВ и В чернозёмов обыкновенных степень изменения МГ выше, чем в тех же горизонтах чернозёмов выщелоченных. Уменьшение степени накопления адсорбированной влаги в выщелоченных чернозёмах может свидетельствовать о преобладании процессов выщелачивания, приводящих к снижению коэффициентов изменения МГ. В чернозёмах обыкновенных сильнее выражены процессы накопления (аккумуляции) гумуса и ослаблены процессы выноса минеральных веществ, например, железа, алюминия, карбонатов. В чернозёмах выщелоченных приращение величины НВ увеличивается снизу вверх и от круп-нопылевато-песчаных почв к иловатокрупнопылеватым. При этом степень приращения НВ в крупнопылевато-песчаных чернозёмах затрагивает горизонт А, песчано-крупнопылеватых — горизонты А и АВ и иловато-крупнопылеватых — три
верхних горизонта (А, АВ и В). В связи с этим лучшие условия влагообеспеченности растений складываются в чернозёмах выщелоченных иловато-крупнопылеватых, а худшие — в чернозёмах крупнопылеватопесчаных. В чернозёмах обыкновенных растения лучше обеспечены влагой при песчано-крупнопылеватом гранулометрическом составе, гораздо хуже — в круп-нопылевато-песчаных почвах в силу большей опесчаненности профиля и иловатокрупнопылеватых по причине большей плотности верхних горизонтов. В целом степень приращения величины НВ находится в полном соответствии с изменением плотности горизонтов.
Выводы
1. В границах колочной степи выявлены крупнопылевато-песчаные, песчано-крупнопылеватые, иловато-крупнопылеватые и пылеватые разновидности. В указанном ряду разновидностей слева направо уменьшается среднее содержание песка, растёт количество крупной пыли. В чернозёмах выщелоченных увеличивается количество средней и мелкой пыли. Также в исследуемых подтипах чернозёмов колоч-ной степи повышается количество физической глины. В исследуемом ряду разновидностей чернозёмов выщелоченных снижение количества песка и повышение количества крупной пыли происходят медленнее, чем в чернозёмах обыкновенных.
2. В чернозёмах выщелоченных по мере движения от грубодисперсных крупно-пылевато-песчаных разновидностей к тонкодисперсным иловато-крупнопылеватым и пылеватым уменьшается плотность почвы и увеличиваются все другие свойства. Тогда как в чернозёмах обыкновенных растут плотность почвы и водно-физические свойства (МГ, НВ, коэффициент впитывания), уменьшаются, соответственно, общая пористость и порозность аэрации. Лучшие почвенно-физические условия складываются в чернозёмах выщелоченных, а худшие — в чернозёмах обыкновенных. В свою очередь, в чернозёмах выщелоченных лучшие физические свой-
ства отмечаются в иловато-крупно-
пылеватых, а в чернозёмах обыкновенных
— наоборот, в крупнопылевато-песчаных.
Библиографический список
1. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв /
A.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. М.: Аг-ропромиздат, 1986. 415 с.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. М.: Колос, 1979. 416 с.
3. Качинский Н.А. Механический и мик-роагрегатный состав почв, методы его изучения / Н.А. Качинский. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 192 с.
4. Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества как система гидрофобно-гидрофильных соединений: автореф. дис. д-ра биол. наук / Е.Ю. Милановский. М., 2006. 94 с.
5. Михеева И.В. Вероятностно-статисти-
ческие модели свойств почв / И.В. Михеева. Новосибирск: Изд-во СО РАН,
2001. 200 с.
6. Панфилов В.П. Физические свойства и водный режим почв Кулундинской степи / В.П. Панфилов. Новосибирск: Наука СО, 1973. 259 с.
7. Плохинский Н.А. Биометрия / Н.А. Плохинский. М.: Изд-во МГУ 1970. 367 с.
8. Татаринцев В.Л. Структура гранулометрического состава и её влияние на физическое состояние пахотных почв Алтайского Приобья: дис. канд. с.-х. наук /
B.Л. Татаринцев. Барнаул, 1998. 185 с.
9. Татаринцев В.Л. Структура грануло-
метрического состава и её влияние на физическое состояние пахотных почв Алтайского Приобья: монография / В.Л. Татаринцев. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2004.
179 с
10. Татаринцев Л.М. Физическое состояние пахотных почв юга Западной Сибири: монография / Л.М. Татаринцев. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005. 300 с.
11. Шеин Е.В. Агрофизика / Е.В. Ше-ин, В.М. Гончаров. Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. 400 с.
+ + +
