CC BY
18
УДК 631.83:531.416.4
ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВНУТРИПОЧВЕННЫМ СТОКОМ ВЛАГИ И АККУМУЛЯЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ В ОСЕННЕ-
ЗИМНЕ-ВЕСЕННИЙ ПЕРИОД
С.М. Пакшина, д.б.н., А.А. Гордеенко
Брянская ГСХА, e-mail: pakshina_s_m@mail.ru
Данная работа относится к серии исследований по изучению процессов восстановления уменьшенных запасов элементов питания после возделывания сельскохозяйственных культур к весне следующего года. Этот вопрос имеет не только теоретический интерес, но и связан с такой задачей, как расчет норм внесения удобрений.
В работе показано, что вертикальный внутрипочвенный сток влаги существенно влияет на аккумуляцию элементов питания в метровом слое серых лесных почв в осенне-зимне-весенний период. Поэтому при закладке опытов по изучению систем удобрения необходимо учитывать роль микрорельефа в процессе аккумуляции элементов питания.
Ключевые слова: серые лесные почвы, инфильтрация, аккумуляция, элементы питания.
STUDY OF CONNECTION BETWEEN TRANSIENT INWARDLY SOIL VERTICAL FLOW OF WATER AND ACCUMULATION OF NUTRIENTS IN GREY FOREST SOILS IN AUTUMN FOR SPRING SOWING
S.M. Pakshina, A.A. Gordeenko
This study is lead to series of studies of less nutrients restoration in soil after agricultural crops cultivation before spring offollowing year. This problem has as theoretical as practical meaning for calculation offertilizer dozes.
It has been shown that the magnitude transient inwardly soil vertical flow of wafer exerts considerable influence on the accumulation of nutrients in grey forest soils in autumn for spring sowing.
Keywords: grey forest soils, transient inwardly soil vertical flow, accumulation, nutrients.
Количественное описание процесса трансформации органических и минеральных соединений в осенне-зимне-весенний период, а также установление связи между аккумуляцией элементов питания от осени к весне следующего года и поверхностными, а также внутрипочвенными вертикальным и боковым стоками влаги - одна из важнейших теоретических проблем [1-3].
Полевые опыты по изучению влияния вертикального внутрипочвенного стока влаги на процесс аккумуляции элементов питания в метровом слое почвы проводили на двух полях Брянской ГСХА. В 2007-2009 гг. опыт проводили на двух очень пологих склонах (а = 1,10) с выпуклой и вогнутой формой профиля. В 2010-2012 гг. опыт был поставлен на склоне (а = 1,50) с ровной поверхностью. В 2007-2009 гг. склоны были заняты чистым паром, 2010-2012 гг. - озимой рожью.
Отбор образцов почвы на определение влажности почвы и содержание элементов питания проводили в третью декаду сентября и первую декаду апреля следующего года. Образцы почвы отбирали на разных частях склонов в каждом слое, равном 10 см, до глубины 1 м. Химические анализы образцов почвы выполнены в Центральной учебно-научной испытательной
лаборатории академии по общепринятым методикам. Для получения данных плотности и гранулометрического состава почвы закладывали разрезы.
Почвы склонов характеризовались большой пестротой. Плато склонов с выпуклой и ровной поверхностью представлены серыми лесными мощными, среднемощными и маломощными почвами. Склоны с вогнутой поверхностью и нижние 1/4 склонов заняты серыми лесными со вторым гумусовым горизонтом (Аь) разной мощности (30-70 см).
Содержание гумуса в горизонте Ajb серых лесных маломощных, среднемощных, мощных и со вторым гумусовым горизонтом составляет соответственно 3,3%, 4,5, 4,9 и 5,0%. Реакция почвенного раствора pHKCI слабо зависит от вида почвы и составляет 4,2-4,4. Гидролитическая кислотность изменяется от 1 до 2,7 мг-экв/100 г. Сумма обменных оснований составляет 14,216,6 мг-экв/100 г, степень насыщенности основаниями -86-96% ЕКО. Почвы характеризуются очень высокой степенью обеспеченности растений легкорастворимым фосфором, высокой и очень высокой - калия.
По окончании опыта рассчитывали запасы влаги и элементов питания в метровом слое почвы в осенний и весенний периоды года. На склонах в весенний период формируются поверхностные стоки влаги от снеготаяния, вертикальные и боковые внутрипочвенные стоки. Вертикальные инфильтрационные стоки влаги (h, мм) определяли по формуле:
h = Qo + H - (Eo + g + Qu»), (1) где Q0, Q^ - соответственно запасы влаги в метровом слое почвы осенью и при предельной полевой влагоемкости; Н - осадки; Е0 - испаряемость; g -поверхностный сток от снеготаяния. Для расчета атмосферных осадков использовали данные Метеостанции БГСХА. Испаряемость в осенне-зимне-весенний период рассчитывали по формуле Н.Н. Иванова [4]. Величины поверхностного стока от снеготаяния (g) для серых лесных почв Выгоничского района, где проводили опыты, взяты из работы Г.В. Бастракова [5]. Миграционные потери элементов питания из метрового слоя почвы за осенне-зимне-весенний период, обусловленные внутрипочвенными потоками влаги, рассчитывали по формуле:
1. Основные метеорологические показатели, необходимые для расчета вертикального
Год, месяц Осадки, мм Ео, мм g, мм КУ
Нж Нтв К *Н ААтв ХН
Х.2007-Ш.2008 142,7 161,9 231,5 374,2 111,8 41 3,35
X.2008-Ш.2009 170,6 132,5 189,5 360,1 78,7 41 4,58
X.2010-ПL20П 153,5 224,3 320,7 474,2 66,3 9 7,15
X.20П-ПL2012 173,6 160,2 229,0 402,7 68,9 9 5,84
Примечание: Нж, Нтв- соответственно жидкие и твердые осадки, Кв - поправка на ветровой недоучет, равная 1,43
[7], Ео - испаряемость, g - сток от снеготаяния.
Qh = Qo (1 - eЛ (2) где Qh - соответственно величина миграционных потерь; Q0 - осенний запас элемента питания, X - миграционная подвижность NO3-; легкорастворимых фосфатов, калия и аммония соответственно равная 4,2; 3,0; 1,6; 1,6 1/м [6].
При расчете суммы осадков за осенне-зимне-весенний период принималась точка зрения А.А. Роде (1980) о необходимости введения поправки на ветровой недоучет твердых осадков (Кв) [7]. Как следует из таблицы 1, в осенне-зимне-весенний период имело место сквозное промачивание метрового слоя почвы.
На рисунке 1 представлены кривые распределения запасов влаги (мм) и содержания Р2О5 (мг/кг) по профилю почвы на нижней 1/4 части склонов с выпуклой и вогнутой формами рельефа весной 2008 г. Перед слоем, равным 80-90 см, имеющем повышенную плотность (1,46-1,51 г/см3), формируется боковой внутрипочвенный сток. Поэтому на глубине 70 см наблю-
60
10
О -I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Глубина почвы,сил
50
О -I-,-,-,-,-,-,-,-,-,-
10 20 30 40 50 60 70 ВО 90 100 Глубина почвы,см
Рис. 1. Кривые распределения запасов влаги (мм) и содержания Р2О5 (мг/кг) по профилю почвы на нижней 1/4 части склонов с выпуклой (1) и вогнутой (2) формами рельефа. Апрель 2008 г.
дается образование концентрационного минимума легкорастворимых фосфатов, передвигающихся по крупным порам в насыщенной влагой почве. В ненасыщенных почвах, наоборот, перед прослойками с повышенной плотностью, возникают концентрационные максимумы, обусловленные задержкой солей тонкими водными слоями или нанокапилярами, в которых двойные электростатические слои перекрыты [8].
5 О
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 глубина почвы,I,см
А
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Глубина почвы, см
Б
о -1-,-,-,-,-,-,-,-,-,—
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Глубина почвы,си
Рис. 2. Кривые распределения запасов влаги (1-нижняя 1/4 склона, 2- плато), содержания Р205 и К20 по профилю почвы на нижней 1/4 склона (А) и на плато (Б). 1 - К20, 2 -Р2О5. Май 2011 г.
2. Разности между весенними и осенними запасами, миграционные потери элементов питания
Месяц, год Форма поверхности склона Место отбора образцов почвы h, мм - Qh/Qo, % ±д (Qb - Qo)/Qo, %
0-100 см
NO3- P2O5 K2O nh4+ NO3- P2O5 K2O nh4+
X.2007-III.2008 Выпуклая Части склона: Плато 97 34 25 15 15 +207 +103 +49 +39
Нижние 3/4 146 46 36 21 21 +228 +73 +26 +50
1/2 159 49 38 22 22 +469 +143 +31 -18
1/4 194 56 44 27 27 +50 +112 -20 +15
Вогнутая Части склона: Плато 192 56 44 27 27 +72 +22 -3 +10
Нижние 3/4 189 55 44 26 26 -18 +20 -24 -8
1/2 306 72 60 39 39 +44 +38 +39 -17
1/4 276 69 16 36 36 +65 +107 -2 -4
X.2008-III.2009 Выпуклая Части склона: Плато 179 53 42 25 25 -3 +29 +30 -19
Нижние 3/4 188 55 43 26 26 0 +16 -20 -17
1/2 226 61 50 30 30 -6 +29 +37 +24
1/4 270 68 56 35 35 -14 +31 +9 +35
Вогнутая Части склона: Плато 280 69 57 36 36 -20 +49 +25 +2
Нижние 3/4 344 76 66 42 42 -19 +42 +13 -5
1/2 328 75 62 41 41 -10 +12 +28 -12
1/4 312 73 61 39 39 +8 -3 +64 -17
X.2010-III.2011 Ровная Части склона: Плато 265 67 55 35 35 +96 +39 +10 +98
Нижние 3/4 265 67 55 35 35 +66 +63 +21 +202
1/2 335 76 63 42 42 -34 -12 -31 -25
1/4 380 80 68 46 46 -17 +17 -30 -42
Примечание: - соответственно весенние, осенние запасы и миграционные потери элементов питания из метрового слоя почвы.
период, кроме процесса соединений элементов
На рисунке 2 представлены кривые распределения запасов влаги и содержания К20 и Р2О5 по профилю почвы на двух частях склона с ровной поверхностью весной 2011 г. Запасы влаги в нижней 1/4 части склона больше, чем на плато. Распределение элементов питания по профилю почвы указывает на формирование двух боковых внутрипочвенных потоков влаги: по плужной подошве (20-30 см) и по слою почвы, равному 70-80 см. Боковые внутрипочвенные потоки на склонах выклиниваются в ложбину.
В осенне-зимне-весенний выноса легкорастворимых питания, протекает процесс трансформации органических и минеральных соединений, который частично или полностью восстанавливает осенние запасы к весне следующего года. В таблице 2 представлены разности между весенними и осенними запасами элементов питания в однометровом слое почвы, величины внутрипочвенного инфильтрационного стока и миграционные потери. На нижней половине пологого склона миграционные потери элементов питания (Оь/Ро) больше, чем на верхней половине. Поэтому восполнение миграционных потерь элементов питания за счет трансформации органических и минеральных веществ на верхней половине склонов протекает более
формой рельефа процесс трансформации веществ зависит от мощности второго гумусного горизонта.
Частичное восполнение миграционных потерь приводит к тому, что к весне следующего года в отдельных случаях не восстанавливаются осенние запасы нитратов, калия и аммония. Осенние запасы фосфора, благодаря высокому содержанию валового фосфора (0,37%), не восстанавливаются только при инфильтрационных стоках влаги, превышающих 300 мм за осенне-зимне-весенний период. Следовательно, в сильноокультуренных серых лесных почвах, в которые на протяжении многих лет регулярно вносили органические удобрения и фосфоритную муку из местных фосфоритов, размеры пополнения элементов питания за счет процесса трансформации веществ могут превышать миграционные потери.
Таким образом, в серых лесных почвах характер изменения весенних запасов элементов питания по сравнению с осенними зависит от величины инфиль-трационного внутрипочвенного стока и интенсивности процесса трансформации веществ. Поэтому необходимо качественное объяснение роли микрорельефа в процессе аккумуляции элементов питания в осенне-зимне-весенний период, которую следует учитывать при закладке опытов по изучению эффективности разных систем органических и минеральных удобрений.
интенсивно, чем на нижней. На склоне с вогнутой
Литература
1. Петербургский А.В. Круговорот и баланс питательных веществ в земледелии. - М.: Изд-во «Наука», 1979. - 168 с.
2. Пакшина С.М. Исследование процессов трансформации соединений элементов питания растений в серых лесных легкосуглинистых почвах // Агрохимический вестник, 2012, № 5. - С. 13-16.
3. Шохова Т. А. Динамика азота, фосфора и калия в серой лесной легкосуглинистой почве Брянского Ополья при разных системах удобрений // Автореф. дисс. к.с.-х.н.-Брянск.: 2011. - 26 с.
4. Иванов Н.Н. Об определении величин испаряемости // Известия Всес. Географического общества, 1954, т. 86, № 2. - С. 189-195.
5. Бастраков Г.В. Эрозионная устойчивость рельефа и противоэрозионная защита земель. - Брянск: Изд-во БГПИ, 1993. - 260 с.
6. Пакшина С.М., Шохова Т.А. Миграционные потери калия, аммония, нитратов и фосфатов из пахотного слоя серой лесной легкосуглинистой почвы в длительном полевом опыте // Агрохимия, 2011, № 9. - С. 14-18.
7. Афанасьева Е. А. Водно-солевой режим обыкновенных и южных черноземов Юга-Востока Европейской части СССР. - М.: Изд-во «Наука», 1980. - 217 с.
8. Пакшина С.М. Задержка солей пленочной влагой почвы и способы воздействия на это явление в мелиорации орошаемых земель // Доклады ВАСХНИЛ, 1981, № 8. - С. 25-76.
