CC BY
15
УДК 634.43
А.М. Плотников, С.А. Еликбаева
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЁМОВ ЮЖНОГО ЗАУРАЛЬЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ
ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ
A.M. Plotnikov, S.A. Elikbaeva PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF LEACHED BLACK CHERNOZEMS OF THE
SOUTH ZAURALYE AT VARIOUS LEVELS OF AGRICULTURAL INTENSIFICATION FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA
Алексей Михайлович Плотников
Aleksei 1МкЬ|аПомсЬ| кандидат сельскохозяйственных наук, доцент [email protected]
Светлана Алевтиновна Еликбаева
Svetlana Alevtinovna Elikbaeva [email protected]
Аннотация. Изложены результаты полевого обследования выщелоченных чернозёмов в условиях Зауралья в разных агроклиматических зонах. Установлено, что при сельскохозяйственном использовании чернозёмов происходит снижение содержания обменного кальция в почвенно-поглоща-ющем комплексе и увеличение кислотности почвы. На чернозёмах легкого гранулометрического состава центральной агроклиматической зоны опытного поля Курганской ГСХА емкость катионного обмена на целине составляет 32,4 мг-экв./100 г почвы, на пашне - 29,0 мг-экв./100 г почвы. На почвах тяжелого гранулометрического состава также отмечается снижение емкости катионного состава 2,2-5,3 мг-экв./100 г почвы при повышении антропогенной нагрузки. В северо-западной агроклиматической зоне снижение степени насыщенности основаниями составляет 10-12%.
Исследования гидролитической кислотности на Южном опытном поле показали, что в агроценозах возрастает доля обменного водорода, повышается кислотность почвы в чернозёме выщелоченном. Обменная кислотность составила 5,98 единиц, на пашне - 5,73 единицы. На пахотном участке отмечается увеличение гидролитической кислотности с 3,5 до 4,2 мг.-экв./ 100 г почвы.
Для снижения процессов подкисления чернозёмов необходима разработка комплекса мероприятий по использованию химических мелиорантов и других кальций содержащих соединений.
Ключевые слова: чернозём выщелоченный, физико-химические свойства, кислотность, обменный кальций, почвенно-поглощающий комплекс.
Abstract. The field survey results of leached chernozems in Zauralye in different agroclimatic zones are presented. It has been established that during the agricultural use of chernozems there is a decrease in the content of metabolic calcium in the soil-absorbing complex and an increase in soil acidity. On the chernozems of light granulometric composition of the central agroclimatic zone of Kurgan State Agricultural Academy experimental field base exchange capacity on virgin soil is 32.4 mEq / 100 g of soil, on arable land - 29.0 mEq / 100 g of soil. On soils of heavy particle size distribution, a decrease in base exchange capacity of 2.2-5.3 mEq / 100 g of soil is also observed with an increase in anthropogenic load. In the northwestern agroclimatic zone, a decrease in the degree of base saturation is 10-12%.
Studies of hydrolytic acidity in the Southern Experimental Field showed that the share of metabolic hydrogen in agrocenoses increases and the acidity of the soil in leached chernozem increases. Exchange acidity amounted to 5.98 units, on arable land - 5.73 units. In the arable area, an increase in hydrolytic acidity from 3.5 to 4.2 mg.-equiv. / 100 g of soil is noted.
To reduce the processes of acidification of chernozems, it is necessary to develop a set of measures for the use of chemical ameliorants and other calcium-containing compounds.
Keywords: leached chernozem, physicochemical properties, acidity, calcium exchange, soil-absorbing complex.
Введение. В результате сельскохозяйственного использования черноземы Зауралья потеряли значительную часть природного плодородия. При этом снизилось содержание гумуса, уменьшилось количество питательных веществ. Увеличение кислотности связано с обеднением пахотного и подпахотного горизонтов подвижными формами кальция, в результате их вымывания, выноса с сельскохозяйственной продукцией и расхода на нейтрализацию физиологически кислых удобрений [1-8]. Познание закономерностей физико-химических процессов, протекающих в чернозёмной почве в условиях Зауралья под влиянием антропогенного фактора, является в настоящее время актуальной задачей для решения проблемы стабилизации и расширенного воспроизводства плодородия чернозёмов.
Проблема антропогенной нагрузки на почву на сегодняшний день является весьма актуальной. Одним из аспек-
тов антропогенной нагрузки на почву является интенсивная сельскохозяйственная деятельность. При постоянном изменении основных свойств почв во времени и в пространстве современная система земледелия должна ориентироваться на решение вопросов использования, сохранения и поддержания почвенного плодородия пахотных почв и охраны земельных ресурсов [12, 13].
В борьбе с деградацией физико-химического состояния черноземов важное место занимает проблема подкисления почвы как важнейшего фактора, определяющего агроэкологические условия почвенного плодородия этих почв [5, 11]. Чрезмерное увеличение кислотности ухудшает состояние гумусового фонда почвы. Повышение подвижности гумуса вследствие возрастания его водорастворимой части негативны последствием этого процесса, так как приводит к обеднению органическим веществом
18 Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
пахотного слоя.
Процесс деградации физико-химических свойств наиболее сильно выражен у чернозёмов выщелоченных. Он проявляется в увеличении гидролитической кислотности, обменной и даже актуальной кислотности, в снижении ёмкости поглощения, суммы поглощенных оснований, прежде всего катионов Са2+ и Мд2+, а также степени насыщенности [10, 11].
На территории Курганской области тип чернозёмов представлен двумя подтипами, занимающими 2149,7 тыс. га или 30,3% общей площади (выщелоченным - 14,9% и обыкновенным - 15,4%) [4].
Повышение актуальной, обменной и потенциальной кислотности у старопахотных чернозёмов связано, прежде всего, с отрицательным балансом кальция - этого стража плодородия почв. Его вынос из почвы с урожаем зерновых культур составляет 18-20 кг/га, зернобобовых - 40-50 кг/га, кормовых культур и картофеля - 60-100 кг/га Кроме того, чернозёмы лесостепной зоны теряют 137-646 кг/га кальция в результате вымывания в нижние горизонты и за пределы почвенного профиля. Эти потери, в конце концов, истощают запасы свободных солей кальция (карбонатов) из почвенного поглощающего комплекса. Потребление растениями обменного кальция без его внутренней и внешней компенсации приводит к замене катионов Са2+ на катионы Н+ и является главной причиной негативной трансформации чернозёмов [3, 7].
Различия в климатических условиях районов обуславливают зональную смену растительного и почвенного покрова. Существенно влияют на характер почвенного покрова и некоторые широтные различия климатических условий, способствуя развитию его провинциальных особенностей [6, 7, 11].
Методика. С 2007 по 2012 годы проводились исследования чернозёмных почв на опытных полях (ОП) Курганского НИИСХ: в северо-западной агроклиматической зоне - Шадринская опытная станция (ОС) и Шадринское ОП, в восточной зоне - Макушинское ОП, в южной зоне - Южное ОП, в центральной - Центральное ОП, а также исследования проводились на ОП Курганской ГСХА в центральной зоне Курганской области.
Для определения влияния антропогенного фактора на процессы почвообразования проводились сопряженные исследования почв с различной сельскохозяйственной нагрузкой. Отбор образцов проводился на возможно близком расстоянии друг от друга так, чтобы природные факторы почвообразования в отличие от антропогенного фактора были максимально близкими.
Обменные катионы кальция и магния определяли из 1 н вытяжки №С! трилонометрическим титрованием, кислотность почвы - потенциометрическим методом, гидролитическую кислотность - по Каппену [9].
Результаты. Исследования показали, что из-за отрицательного баланса кальция в агроценозах происходит уменьшение его количества в поглощающем комплексе, возрастает доля обменного водорода, повышается кислотность почвы в чернозёме выщелоченном, а в обыкновенном увеличивается доля обменного натрия. Проявляется тенденция разрушения почвенного поглощающего комплекса, в результате чего уменьшается емкость кати-онного обмена.
Сумма обменных катионов кальция и магния на опытном поле КГСХА на целине в гумусовом горизонте составила 29,0 мг-экв./100 г почвы. При этом ЕКО составила 32,4 мг-экв./100 г почвы, а степень насыщенности основаниями - 89,5%. В результате вымывания кальция осадка-
ми и хозяйственного выноса возделываемыми культурами содержание его на пашне снизилось до 19,1 мг-экв./100 г почвы, а степень насыщенности - до 84,7% (таблица 1).
На других ОП наблюдается такая же картина - максимальное количество обменных оснований в целинных участках, а минимальное - на пашне. При этом залежные участки занимают промежуточное положение.
Таблица 1 - Емкость поглощения и состав поглощенных оснований выщелоченных чернозёмов
Генетич. горизонт Мг-экв на 100 г почвы У,% Мг-экв на 100 г почвы У,%
Са2+ Мд2+ Н+ ЕКО Са2+ Мд2+ Н+ ЕКО
Чернозём выщелоченный легкосуглинистый (Опытное поле КГСХА)
Целина Пашня
АПЛХ' А 24,1 4,9 3,39 32,4 89,5 19,1 5,2 4,42 28,7 84,7
АВ 20,7 4,8 2,40 27,6 91,0 17,0 4,7 2,63 24,3 89,3
Залежь 11 лет Залежь 4 года
АПЛХ' А 22,0 5,0 4,11 31,1 86,8 19,3 5,3 4,42 29,0 84,8
АВ 18,2 4,8 3,17 26,2 87,8 17,0 4,6 2,91 24,5 88,2
Чернозём выщелоченный легкосуглинистый (Центральное ОП)
Целина Пашня
АПЛХ' А 22,5 6,7 2,94 32,1 91,0 16,3 2,6 4,88 23,8 79,4
АВ 19,3 6,0 1,60 26,9 94,0 16,7 2,8 3,13 21,8 85,8
Залежь 10 лет Залежь 4 года
АПЛХ' А 20,5 6,0 3,00 29,5 89,8 16,6 3,0 4,68 24,3 80,7
АВ 17,1 6,1 1,32 24,5 94,7 16,5 3,1 1,82 21,4 91,6
Чернозём выщелоченный тяжелосуглинистый (Шадринское ОП)
Целина Пашня
АПЛХ' А 18,4 3,0 2,91 24,3 88,0 14,2 3,1 5,07 22,4 77,2
АВ 16,2 3,1 2,37 21,7 88,9 13,1 2,1 4,28 19,6 78,1
Залежь 8 лет Залежь 2 года
АПЛХ' А 17,3 3,3 3,78 24,4 84,4 15,2 4,2 5,04 24,4 79,5
АВ 16,1 3,2 2,69 22,1 87,8 14,4 2,5 4,18 21,1 80,1
При исследовании влияния различных видов обработки почвы на Шадринской ОС на состав ППК определилась следующая тенденция. На обрабатываемых почвах происходит увеличение гидролитической кислотности, снижение обменных кальция и магния, степени насыщенности основаниями. Но более интенсивное ухудшение наблюдается с применением овальной обработки (рисунок).
ш
ш.
1
Целина
Залежь 10лет Залежь 2 года Отвал. обр-ка Безотвал.обр-ка
□ Са2+ ■ Мд2+ □ Н+
Рисунок - Состав поглощенных оснований чернозёма выщелоченного тяжелосуглинистого в горизонте А, (АПАХ) (Шадринская ОС, 2008 г.)
Исследования гидролитической кислотности на Южном опытном поле показали, что в агроценозах возрастает
20
16
о 12 -
8 -
4
0
доля обменного водорода, повышается кислотность почвы в чернозёме выщелоченном. На пахотном участке отмечается увеличение гидролитической кислотности с 3,5 до 4,2 мг.-экв./ 100 г почвы. Обменная кислотность составила 5,98 единиц, на пашне - 5,73 единицы (таблица 2).
Таблица 2- Формы кислотности чернозёма выщелоченного (ОПХ Южное, 2007 г)
рН вытяжки "m -Û рН вытяжки "m ^ рН вытяжки "m -Û
Объект о m ф >S О X со 1 О 1— с 2 >_ о в ф >S О X 1 о 1— с 2 >_ о в ф >S О X со 1 О 1— с 2 >_
о о о в □Е 52 о о о в i 5 о о о в □Е 5
Целина Мн. травы Пашня
АПДУ А 5,98 7,20 3,5 5,76 7,06 3,8 5,73 6,88 4,2
АВ 5,96 7,26 2,8 5,70 7,02 3,0 5,94 7,19 2,4
В 6,02 7,48 1,4 5,80 7,28 1,7 6,30 7,58 1,2
ВС 7,26 8,42 0,5 7,26 8,58 0,5 7,26 8,45 0,5
Ёмкость катионного обмена на целинном участке составила 25,1 мг-экв./ 100 г почвы, на пашне - 22,7 мп-экв./ 100 г почвы, при этом степень насыщенности основаниями составила соответственно 86,1 и 81,4% (таблица 3)
Таблица 3 - Состав обменных катионов чернозёма выщелоченного (ОПХ Южное, 2007 г)
Генетический горизонт Мг-экв на 100 г почвы V,%
Ca2+ Mg2+ H+ ЕКО
целина
А 16,0 5,6 3,5 25,1 86,1
АВ 14,4 6,2 2,8 23,4 88,0
многолетние травы
А 14,4 6,8 3,8 25,0 84,4
АВ 10,3 7,2 3,0 20,5 85,4
пашня
А 12,4 6,1 4,2 22,7 81,4
АВ 10,6 6,9 2,4 19,9 87,9
Содержание обменного кальция в пахотном горизонте снизилось до 12,4 мг.-экв./ 100 г почвы. Степень насыщенности основаниями также снизилась с 86,1% до 81,7%
Выводы: 1. Исследования показали, что на почвах разного гранулометрического состава происходят изменения физико-химических свойств чернозёмов под воздействием антропогенной нагрузки.
2. Для снижения процессов подкисления чернозёмов необходима разработка комплекса мероприятий по использованию химических мелиорантов и других кальций содержащих соединений.
Список литературы
1 Абрамов Н.В., Еремин Д.И. Морфогенетические особенности черноземных почв восточной окраины Зауральской лесостепи // Аграрный вестник Урала. 2008. № 2. С. 62-64.
2 Абрамов Н.В., Еремин Д.И. Формирование профиля черноземов выщелоченных Северного Зауралья в условиях длительной распашки // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 3. С. 7-9.
3 Возбуцкая А.Е. Химия почвы /А.Е. Возбуцкая. М.: Высшая школа, 1968. 428 с.
4 Егоров В.П. Почвы Курганской области / Л.А. Кривонос. Курган.: Зауралье , 1995. 176 с.
5 Еремин Д.И., Притчина Г.Д. Динамика кислотности чернозема выщелоченного под действием длительного использования органоминеральной системы удобрений в условиях лесостепной зоны Зауралья // Аграрный вестник
Урала. 2012. № 10. С. 4-7.
6 Еремин Д.И. Физические свойства выщелоченных чернозёмов северного Зауралья в условиях длительного сельскохозяйственного использования/ Еремин Д.И., Еремина Д.В., Фисунова Ж.А.// Аграрный вестник Урала. 2009. № 4 (58). С. 49-51.
7 Ерёмин Д.И., Ерёмина Д.В., Уфимцева М.Г. Состояние старопахотных черноземов лесостепной зоны Зауралья // Аграрная наука. 2014. № 6. С. 8-10.
8 Кузнецов П.И., Егоров В.П. Научные основы экологизации земледелия Курганской области: учебное пособие. Курган: Изд-во "Зауралье", 2001. 366 с.
9 Минеев В.Г Практикум по агрохимии / под ред. В.Г Минеева. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
10 Синявский В.А. Плодородие и экология чернозёмных почв Зауралья // Вестник ЧГАУ. 1996. Т. 15. С. 139-146.
11 Синявский И.В. Агрохимические и экологические аспекты плодородия чернозёмов Зауралья: монография // ЧГАУ Челябинск, 2001. 275 с.
12 Система адаптивно-ландшафтного земледелия Курганской области / под ред. А.Л. Иванова. Куртамыш: ГУП «Куртамышская типография», 2012. 494 с.
13 Системы удобрения в агротехнологиях Зауралья / О.В. Волынкина. (и др.) / под ред. О.В. Волынкиной. Куртамыш: ООО «Куртамышская типография», 2017. 284 с.
List of references
1 Abramov N.V., Eremin D.I. Morphogenetic features of chernozem soils in the eastern outskirts of Zauralye forest-steppe // Agrarian Bulletin of the Urals. 2008. № 2. Рр. 62-64.
2 Abramov N.V., Eremin D.I. The formation of the leached chernozem profile of the North Zauralye in conditions of long-term plowing // Achievements of science and technology of the AIC. 2012. № 3. Рр. 7-9.
3 Vozbutskaya A.E. Chemistry of the soil / A.E. Pozbutska-ya. M.: Higher school, 1968. 428 р.
4 Egorov V.P. Soils of the Kurgan region / L.A. Krivonos. Kurgan.: Zauralie, 1995. 176 р.
5 Eremin D.I., Pritchina G.D. Acidity dynamics of leached chernozem under the influence of prolonged use of the or-ganomineral fertilizer system in the forest-steppe zone of Zauralye // Agrarian Bulletin of the Urals. 2012. № 10. Рр. 4-7.
6 Eremin D.I. Physical properties of leached chernozems of the northern Trans-Urals under long-term agricultural use / Eremin D.I., Eremin D.V., Fisunova J.A. // Agrarian Bulletin of the Urals. 2009. № 4 (58). Рр. 49-51.
7 Eremin D.I., Eremin D.V., Ufimtseva M.G. The state of old arable chernozems of the forest-steppe zone of Zauralye // Agrarian science. 2014. № 6. Рр. 8-10.
8 Kuznetsov P.I., Egorov V.P. The scientific basis of the ecologization of agriculture in the Kurgan region: a training manual. Kurgan: Publishing House of Zauralye ", 2001. 366 p.
9 Mineev V.G. Workshop on agrochemistry / ed. V.G. Mineeva. M.: Publishing House of Moscow State University, 2001. 689 p.
10 Sinyavsky V. A. Fertility and ecology of chernozem soils of Zauralye // Vestnik of ChSAU. 1996.Vol. 15. Pр. 139-146.
11 Sinyavsky I.V. Agrochemical and environmental aspects of the fertility of chernozems of the Trans-Urals: monograph // ChSAU. Chelyabinsk, 2001. 275 р.
12 The adaptive landscape farming system of the Kurgan region / ed. A.L. Ivanova. Kurtamysh: State Unitary Enterprise "Kurtamysh Printing House", 2012. 494 p.
13 Fertilizer systems in agricultural technologies of TransUrals / O.V. Volynkina. (et al.) / Ed. O.V. Volynkina. Kurtamysh: Kurtamysh Printing House LLC, 2017. 284 p.
