CC BY
7
УДК 630*114:631.436:630(571.15)
С.В. Макарычев S.V. Makarychev
ФОРМИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА В ЧЕРНОЗЕМЕ ПОД НАСАЖДЕНИЯМИ БЕРЕЗЫ ТОПОЛЕЛИСТНОЙ И ПАРАМЕТРЫ ОРОШЕНИЯ
THE FORMATION OF WATER REGIME IN CHERNOZEM SOIL UNDER BETULA POPULIFOLIA PLANTINGS AND IRRIGATION PARAMETERS
Ключевые слова: береза, чернозем, влажность, водный режим, орошение, влажность завядания, наименьшая влагоемкость, дефицит влаги, поливная норма.
Пригородный лес и лесные насаждения активно воздействуют на воздушные массы, качество подпочвенных вод и тем самым способствуют сохранению экологического равновесия на территории г. Барнаула. Значительную роль в этом играет дендрарий, который находится в юго-восточной нагорной части города на территории НИИСС им. М.А. Лисавенко. В нем сосредоточено большое количество деревьев, кустарников, декоративных культур различных видов. Одним из них является береза тополелистная (Betula populifolia). С учетом этого была поставлена задача - исследование водного режима, формирующегося в почвенном профиле под березовыми насаждениями, и определение возможностей по его регулированию. Летом 2014 г. в первой половине вегетации влагозапасы в гумусовом горизонте были очень хорошими, но затем перешли в ранг удовлетворительных. В результате продолжительное время гумусовый слой чернозема испытывал дефицит доступной влаги, В почвообразующей породе дефицит влаги с конца июня до начала сентября превышал 40 мм, в результате чего поливные нормы составили здесь 400-450 м3/га. В мае 2016 г. продуктивные влагозапасы в гумусовом горизонте были очень хорошими, но к середине июня за отсутствием осадков эти показатели резко снизились и стали неудовлетворительными. В результате возникла потребность в орошении поливной нормой 831 м3/га. С начала августа началось постепенное иссушение почвенного профиля, и возник дефицит доступной влаги. В 2017 г. наблюдалась аналогичная гидрофизическая ситуация. Таким образом, исследования, проведенные нами с 2014 по 2017 гг., показали, что водный режим в профиле чернозема большую часть вегетации оставался напряженным, поэтому возникала необходимость в гидромелио-
рации различными поливными нормами в зависимости от формирующегося гидрологического состояния.
Keywords: Betula populifolia, chernozem, moisture content, water regime, irrigation, wilting moisture, lowest moisture capacity, moisture deficit, irrigation rate.
The suburban forest and forest plantings actively affect the air masses and the quality of subsoil water and that way contribute to the preservation of the ecological balance in the territory of the City of Barnaul. A significant role is played by the arboretum located in the south-eastern upland part of the city in the territory of the Research Institute of Gardening in Siberia named after M.A. Lisavenko. The arboretum contains a large number of trees, shrubs and ornamental plants of various species. One of them is the birch species Betula populifolia. Taking this into account, the research goal was to study the water regime forming in the soil profile under birch plantings and to determine the possibilities for its regulation. In the summer of 2014, in the first half of the growing season, the moisture reserves in the humus horizon were very good, but then passed to the level of satisfactory. As a result, for a long time the humus layer of the chernozem experienced a deficit of available moisture. In the parent rock, the moisture deficit exceeded 40 mm from late June to early September; as a result the irrigation rates amounted to 400-450 m3 ha. In May 2016, the available moisture reserves in the humus horizon were very good, but by mid-June due to the lack of precipitation these indices decreased dramatically and became unsatisfactory. As a result, there was a need for the irrigation rate of 831 m3 ha. From the beginning of August, a gradual drying out of the soil profile began, and a shortage of available moisture arose. In 2017, a similar hydro-physical situation was observed. Thus, the studies carried out from 2014 through 2017 showed that the water regime in the chernozem profile remained tense for most of the growing season; therefore, there was a need for irrigation with different irrigation rates depending on the emerging hydrolog-ical condition.
Макарычев Сергей Владимирович, д.б.н., профессор, ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ, г. Барнаул, Российская Федерация, e-mail: Makarychev1949@mail.ru.
Makarychev Sergey Vladimirovich, Dr. Bio. Sci., Prof., Altai State Agricultural University, Barnaul, Russian Federation, e-mail: Makarychev1949@mail.ru.
Введение
Пригородный лес и лесные насаждения активно воздействуют на воздушные массы, качество подпочвенных вод и, тем самым, способствуют сохранению экологического равновесия на территории г. Барнаула. Значительную роль в этом играет дендрарий, который находится в юго-восточной нагорной части города на территории НИИСС им. М.А. Лисавенко. В нем сосредоточено большое количество деревьев, кустарников, декоративных культур различных видов. Одним из них является береза тополе-листная (БвЫа рориНЬНэ). В этой связи нами была поставлена задача - исследование водного режима, формирующегося в почвенном профиле под березовыми насаждениями, и определение возможностей по его регулированию.
Познание внутрипочвенных процессов аккумуляции и распространения запасов влаги в почвах дендрария позволило разработать мелиоративные мероприятия по созданию оптимального водно-физического состояния почвенного покрова под пологом леса [1, 2].
В России к роду березы тополелистной (БвШ-1арори11Ю!1а) относятся до 60 видов семейства. Она может произрастать на малоплодородных почвах, вырубленных участках леса или гарях. Средний возраст 40 лет. Это самая недолговечная из древовидных берез, достигающая высоты 15 м. Растет преимущественно в дендрариях или ботанических садах. Древесина и кора березы широко используются в производстве [3].
Развитие подроста березы происходит очень медленно. Это определяется тем, что их стержневой корень, достигнув некоторой длины, в определенный момент времени постепенно отмирает. Но вместе с этим наблюдается активный рост боковых и придаточных мочковатых корней, которые поставляют влагу и элементы питания к надземной части растения. Береза является влаголюбивым растением. В засушливое время года она за счет своих крепких, длин-
Плотность, гумус и гидрофизичес
ных и извилистых корней может получать влагу из водоносных внутри почвенных слоев. В сутки взрослое дерево потребляет до 50 л воды.
Объекты и методы
Объектом исследования явились черноземы обыкновенные под березовыми насаждениями, расположенные на территории НИИ садоводства Сибири им. М. А. Лисавенко. Цель работы - изучение водного режима, формирующегося в почве, и возможностей его регулирования. Для измерения влажности чернозема использовался метод взвешивания [4]. Поливная норма рассчитывалась на основе наименьшей влагоемкости [5-7].
Результаты исследований
Профиль обыкновенного среднемощного среднегумусного чернозема под березовыми насаждениями состоит из дернины Ад (до 3 см), гумусово-аккумулятивного горизонта А (от 3 до 29 см), переходного АВк (29-56 см), иллювиального Вк (56-112 см) и почвообразующей породы Ск (глубже 112 см) [8]. Глубина разреза 150 см, вскипание с 42 см. Имеется травяной растительный покров. Признаков эрозии нет. Профиль чернозема до глубины 56 см (Ад-АВк) легкосуглинистый, а ниже (Вк-Ск) - среднесуглини-стый.
В таблице 1 представлены значения плотности сложения, гидрофизические постоянные и содержание гумуса в генетических горизонтах чернозема под березовыми насаждениями.
Данные таблицы 1 показывают, что плотность сложения чернозема при переходе от гумусового слоя к нижележащим постепенно увеличивается с 1210 до 1510 кг/м3. Гидрофизические константы высоки и обусловлены дисперсностью и мощностью генетических горизонтов. В результате НВ в иллювиальном горизонте Вк равна 209 мм при толщине слоя 56 см, а в поч-вообразующей породе - 86,2 мм, но уже при мощности 21 см.
Таблица 1
свойства чернозема обыкновенного
Горизонт Глубина, см Плотность сложения, кг/м3 ВЗ, мм НВ, мм Г, %
А 3-29 1210 19,9 118,3 5,7
АВк 29-56 1320 20,4 94,1 3,8
Вк 56-112 1490 47,8 209,4 1,6
ВСк 112-129 1510 13,6 68,8 0,3
Ск 129-150 1460 18,9 86,2 -
Поскольку целью данной работы является анализ сезонного влагосодержания в профиле обыкновенного чернозема под березовыми насаждениями, то в таблице 2 показаны величины влагозапасов как в гумусово-аккумулятивном горизонте, так и в почвообразующей породе, складывающиеся в течение лета 2014 г. На рисунке 1 отражены изменения дефицита доступной влаги в отдельных слоях почвенного профиля, а также величина поливных норм.
Анализируя данные таблицы 2 и рисунка 1, можно заключить, что общие запасы влаги в верхнем 20-сантиметровом слое чернозема под березовыми насаждениями с мая по июнь 2014 г. превышали 80 мм. Тем не менее отсутствие значимых атмосферных осадков вплоть да начала августа снизило их количество до 50-60 мм, и только к концу августа они увеличились на 15-20 мм. Соответственно, менялась и продуктивная влага. Если до середины июня влагозапасы составляли 69 мм и более и соот-
ветствовали по классификации А.Ф. Вадюниной очень хорошим, то затем они перешли в ранг удовлетворительных и только в конце августа вернулись в прежнее состояние. В результате довольно продолжительное время гумусовый слой чернозема испытывал дефицит доступной влаги, который определяется разностью между наименьшей влагоемкостью и реальной влажностью почвы. Вследствие этого возникла необходимость орошения поливными нормами, достигающими 600 м3/га и более.
В почвообразующей породе на глубине 112-150 см как общие, так и продуктивные вла-гозапасы были гораздо ниже. Так, доступная влага в этом горизонте в начале лета не превышала 37,5 мм, а с течением времени ее значения опускались до 22 мм, т.е. приближались к рангу плохих. Дефицит такой влаги с конца июня до начала сентября превышал 40 мм, в результате чего поливные нормы для этого горизонта оказались равными 400-450 м3/га.
Таблица 2
Общие (числитель) и продуктивные запасы влаги (знаменатель) гумусово-аккумулятивного горизонта и почвообразующей породы (2014 г.), мм
Сроки наблюдений
30.05 10.06 24.06 08.07 22.07 05.08 19.08 02.09
Гумусово-аккумулятивный горизонт, р = 1210 кг/м3
89.3 69.4 93.4 73.5 60.7 40.8 57.6 37.7 57.3 37.4 52.5 32.6 65.1 45.2 71.1 51.2
Почвообразующая порода, р = 1460 кг/м3
53.0 34.1 56.4 37.5 42,9 24,0 50.3 31.4 42.6 23.7 40.7 21.8 41.1 22.2 42,9 24,0
Примечание. Дефицит - разность между НВ и фактической влажностью почвы.
100
90
80
5 70
г
£ 60 ПЗ т
5
(Ц
с!
50 40 30 20 10
Рис. 1. Динамика дефицита продуктивной влаги (поливных норм) в гумусовом горизонте _и в почвообразующей породе чернозема обыкновенного в 2014 г._
Аналогичные наблюдения 2016 г. показали, что влагосодержание в почве за вегетацию претерпевало значительные изменения (табл. 3). Такие же изменения испытывал и дефицит вла-госодержания (рис. 2).
В середине мая общие и продуктивные вла-гозапасы в гумусово-аккумулятивном горизонте были максимальны (98,5 и 78,6 мм) при незначительном дефиците доступной влаги. Но к 11.06 за отсутствием осадков эти показатели резко снизились. Так, продуктивные запасы воды здесь составили только 15,3 мм, т.е. оказались неудовлетворительными. В результате возникла потребность в орошении поливной нормой 831 м3/га.
В середине мая общие и продуктивные вла-гозапасы в гумусово-аккумулятивном горизонте были максимальны (98,5 и 78,6 мм) при незначительном дефиците доступной влаги. Но к 11.06 за отсутствием осадков эти показатели резко снизились. Так, продуктивные запасы воды здесь составили только 15,3 мм, т.е. оказались неудовлетворительными. В результате возникла потребность в орошении поливной нормой 831 м3/га.
Атмосферные осадки конца июня увеличили увлажнение верхнего 20-сатиметрового горизонта. Общие запасы воды возросли до 84,6 мм, а продуктивные - 64,7 мм. С начала августа началось постепенное иссушение почвенного профиля, в результате которого доступной влаги стало меньше. 20 августа 2016 г. она опустилась до 36,7 мм, а к 24 сентября составляла только 28,2 мм, т.е. влагозапасы в течение этого периода оставались удовлетворительными. Тем не менее дефицит воды сохранялся высоким (60-70 мм), поэтому возникла необходимость в поливе нормой, аналогичной дефициту, или
600-700 м3/га, чего, к сожалению, сделано не было.
В почвообразующей породе в течение вегетационного периода складывалась более стабильная ситуация, при которой продуктивные запасы влаги колебались в малых пределах - от 32,9 мм в мае до 26,8 мм в августе. Кстати, в конце сентября они имели минимальное значение - 16,4 мм. В итоге было отмечено раннее пожелтение березовой листвы и ее преждевременный опад.
Летом 2017 г. были проведены наблюдения за влагосодержанием в профиле чернозема в июне и августе, но уже во всем почвенном профиле (табл. 4).
В гумусовом горизонте мощностью 26 см общие запасы влаги 24 июня оказались равны 54,5 мм, а продуктивные - только 24, мм. При этом дефицит воды превысил 60 мм (рис. 2). В переходном слое АВк толщиной 27 см эти же запасы воды составили 47,7 и 25,1 мм соответственно. Но в иллювиальном горизонте Вк мощностью 56 см доступная влага опустилась до 42,8 мм при дефиците 132,4 мм. В итоге почвенный профиль чернозема оказался иссушен, поэтому поливная норма для верхнего 26-сантиметрового слоя увеличилась почти до 64 мм, или 640 м3/га.
К концу августа гидрофизическое состояние в генетических горизонтах за счет прошедших дождей улучшилось. Продуктивные влагозапасы в гумусово-аккумулятивном горизонте стали очень хорошими (71,2 мм). Аналогичные изменения были отмечены и в переходном слое, а в иллювиальном увеличились незначительно (только на 20 мм), поэтому дефицит почвенной влаги здесь остался высоким.
Общие (числитель) и продуктивные запасы влаги (знаменатель) гумусово-аккумулятивного горизонта (2016 г.), мм
Таблица 3
Сроки наблюдений
14.05 28.05 11.06 25.06 23.07 20.08 03.09 24.09
Гумусово-аккумулятивный горизонт, р = 1210 кг/м3
98.5 78.6 71.4 51.5 35.2 15.3 84.6 64.7 72.4 52.5 56.6 36.7 54.4 34.5 48.1 28.2
Почвообразующая порода, р = 1460 кг/м3
51.8 32.9 44.5 25.6 38.0 19.1 40.1 21.2 52.1 33.2 40.8 21.9 45.7 26.8 35.3 16.4
Рис. 2. Динамика дефицита продуктивной влаги (поливных норм) в гумусовом горизонте и в почвообразующей породе чернозема обыкновенного в 2016 г.
Таблица 4
Общие (числитель) и продуктивные (знаменатель) запасы влаги по профилю чернозема (2017 г.), мм
Горизонт Глубина, см 24.06.17 19.08.17
л 54,5 101,8
А 3-29 24,0 71,2
Дефицит влаги 63,8 16,5
АВк 4И 80,3
29-56 25,1 57,7
Дефицит влаги 46,4 13,8
р51/ 77,0 97,3
вк 56-112 42,8 63,1
Дефицит влаги 132,4 112,1
Таким образом, исследования, проведенные в 2014-2017 гг., показали, что водный режим в профиле чернозема обыкновенного под березовыми насаждениями большую часть вегетации оставался напряженным, поэтому возникала необходимость в гидромелиорации различными поливными нормами в зависимости от формирующегося гидрологического состояния.
Выводы
1. Летом 2014 г. в первой половине вегетации влагозапасы в гумусовом горизонте оказались довольно высокими (около 90 мм), но затем перешли в ранг удовлетворительных. В результате продолжительное время гумусовый слой чернозема испытывал дефицит доступной влаги, В почвообразующей породе дефицит влаги с конца июня до начала сентября превышал 40 мм, в результате чего поливные нормы составили здесь 400-450 м3/га.
2. В мае 2016 г. продуктивные влагозапасы в гумусовом горизонте очень хорошие (свыше 60 мм), но к середине июня за отсутствием осадков эти показатели резко снизились и стали неудовлетворительными. В результате возникла потребность в орошении поливной нормой 831 м3/га. С начала августа началось постепенное иссушение почвенного профиля, и возник дефицит доступной влаги.
3. В 2017 г. наблюдалась аналогичная гидрофизическая ситуация. Таким образом, исследования, проведенные нами в 2014-2017 гг., показали, что водный режим в профиле чернозема большую часть вегетации оставался напряженным, поэтому возникала необходимость в гидромелиорации различными поливными нормами в зависимости от формирующегося гидрологического состояния.
Библиографический список
1. Абаимов, В. Ф. Дендрология / В. Ф. Абаи-мов. - Москва: Академия, 2009. - 363 с. - Текст: непосредственный.
2. Булыгин, Н. Е. Дендрология / Н. Е. Булы-гин. - Москва: Агропромиздат, 1985. - 280 с. -Текст: непосредственный.
3. Исследование физико-механических свойств композиционных материалов из древесины, полученных без использования связующих веществ / Б. Н. Салин, Ю. Г., Скурыдин, М. М. Чемерис [и др.]. - Текст: непосредственный // Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных сред: труды Всероссийской научно-технической конференции. -Барнаул, 1997. - С. 47-50.
4. Вадюнина, А. Ф. Методы исследования физических свойств почвы / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. - Москва: Агропромиздат, 1986. - 416 с. - Текст: непосредственный.
5. Болотов, А. Г. Расчет энергии водоудержи-вающей способности почвы через почвенно-гидрологические константы / А. Г. Болотов. -Текст: непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -2014. - № 11. - С. 34-36.
6. Болотов, А. Г. Гидрофизическое состояние почв юго-востока Западной Сибири: диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук / Болотов Андрей Геннадьевич; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова]. - Барнаул, 2016. - 351 с.: ил. - Текст: непосредственный.
7. Макарычев, С. В. Теплофизическое состояние черноземов плодовых садов Алтайского Приобья: монография / С. В. Макарычев, И. В. Гефке, А. В. Шишкин. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. - 190 с. - Текст: непосредственный.
8. Макарычев, С. В. Физические основы экологии: учебное пособие / С. В. Макарычев, М. А. Мазиров. - Владимир: Изд-во НИИСХ, 2000. - 242 с. - Текст: непосредственный.
9.. Бурлакова, Л. М. Почвы Алтайского края: учебной пособие / Л. М. Бурлакова, Л. М. Тата-ринцев, В. А. Рассыпнов. - Барнаул, 1988. -69 с. - Текст: непосредственный.
10. Лебедева, Л. В. Влагосодержание и теп-лофизические свойства почв под древесными
фитоценозами в условиях дендрария / Л. В. Лебедева. - Текст: непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2017. - № 8 (154). - С. 67-71.
References
1. Abaimov V.F. Dendrologiia. - Moskva: Akad-emiia, 2009. - 363 s.
2. Bulygin N.E. Dendrologiia. - Moskva: Ag-ropromizdat, 1985. - 280 s.
3. Salin B.N. Issledovanie fiziko-mekhani-cheskikh svoistv kompozitsionnykh materialov iz drevesiny, poluchennykh bez ispolzovaniia sviazuiushchikh veshchestv / B.N. Salin, Iu.G., Skurydin, M.M., Chemeris, S.V., Makarychev i dr. // Eksperimentalnye metody v fizike strukturno-neodnorodnykh sred. Tr. Vserossiiskoi nauchno-tekhn. konf. - Barnaul, 1997. - S. 47-50.
4. Vadiunina A.F. Metody issledovaniia fizi-cheskikh svoistv pochvy / A.F. Vadiunina, Z.A. Korchagina. - Moskva: Agropromizdat, 1986. -416 s.
5. Bolotov A.G. Raschet energii vodouderzhiva-iushchei sposobnosti pochvy cherez pochvenno-gidrologicheskie konstanty / A.G. Bolotov // Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universi-teta. - 2014. - No. 11. - S. 34-36.
6. Bolotov A.G. Gidrofizicheskoe sostoianie pochv iugo-vostoka Zapadnoi Sibiri: diss. ... doktora biol. nauk. - Moskva: MGU imeni M.V. Lo-monosova, 2017. - 351 s.
7. Makarychev S.V. Teplofizicheskoe sostoianie chernozemov plodovykh sadov Altaiskogo Priobia: monografiia / S.V. Makarychev, I.V. Gefke, A.V. Shishkin. - Barnaul: Izd-vo AGAU, 2008. -190 s.
8. Makarychev S.V. Fizicheskie osnovy ekologii: uchebnoe posobie / S.V. Makarychev, M.A. Mazirov. - Vladimir: Izd-vo NIISKh, 2000. -242 s.
9. Burlakova L.M. Pochvy Altaiskogo kraia: ucheb. posob. / L.M. Burlakova, L.M. Tatarintsev, V.A. Rassypnov. - Barnaul, 1988. - 69 s.
10. Lebedeva L.V. Vlagosoderzhanie i teplofizi-cheskie svoistva pochv pod drevesnymi fitotseno-zami v usloviiakh dendrariia // Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - No. 8 (154). - S. 67-71.
+ + +
