CC BY
22
УДК 631.445.4:631.41(571.51)
ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМОВ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Е.В. Лозневая (научный руководитель - Н.Л. Кураченко, д.б.н.) Центр агрохимической службы «Красноярский», e-mail: lev101979@yandex.ru
В системе локального агроэкологического мониторинга (1996-2011 гг.) изучена направленность и интенсивность изменения агрохимических свойств черноземов Назаровской лесостепи Красноярского края. С привлечением современных методов статистического анализа выявлена значимость трендовой составляющей временных рядов подвижного фосфора и обменной кислотности. Показано, что тенденции изменения гумуса и обменного калия слабо выражены.
Ключевые слова: чернозем выщелоченный, агрохимические свойства, временные ряды, интенсивное земледелие, Назаровская лесостепь.
CHANGE OF AGROCHEMICAL PROPERTIES OF CHERNOZEMS IN CONDITIONS OF INTENSIVE AGRICULTURE IN KRASNOYARSK REGION
E.V. Loznevaya
State Center for Agrochemical Service «Krasnoyarsky», e-mail: lev101979@yandex.ru
In the system of local agroecological monitoring (1996-2011) studied the direction and intensity of changes of agrochemical properties of chernozems of the Nazarovskaya forest-steppe in Krasnoyarsk region. With attraction of modern methods of statistical analysis reveals the significance of the trend component of the time series of mobile phosphorus and exchangeable acidity. It is shown that the change trends of humus and exchangeable potassium are weakly expressed.
Keywords: leached chernozem, agrochemical properties, time series, intensive agriculture, Nazarovskaya forest-steppe.
В условиях высокой сельскохозяйственной нагрузки на лесостепные районы земледельческой части Красноярского края, где основу пахотного фонда составляют черноземные почвы, довольно остро стоит проблема агрогенной трансформации почв. Хозяйственной деятельностью человека изменены 22% земледельческой территории края, в результате частичного или полного разрушения плодородного слоя снижена ценность 1,5 тыс. га сельскохозяйственных угодий [1]. В то же время снижены и масштабы воспроизводства плодородия почв. Применение минеральных удобрений по сравнению с 1985-1990 гг. сократилось в 3,6 раза, органических - в 5,3 раза. Исключение составляют хозяйства Назаровской лесостепи (Назаровский район) и часть хозяйств Чулымо-Енисейской лесостепи (Ужурский, Шарыповский районы), где объем и динамика применения минеральных удобрений практически остались на прежнем уровне.
Цель работы - выявить общую направленность и интенсивность варьирования агрохимических свойств почв за 15-летний период (1996-2011 гг.) в условиях высокой интенсификации земледелия.
Исследования проведены на черноземах выщелоченных среднемощных легкоглинистых в условиях эталонных (реперных) участков, выделенных для ведения локального агроэкологического мониторинга в зоне Назаровской лесостепи Краснояр-
ского края. Эта территория имеет вид слабоволнистой равнины с усложнением рельефа по мере приближения к восточной и южной границе, ограниченной хребтом Арга, Восточным Саяном, Солгон-ским кряжем и Кузнецким Алатау. На западе лесостепь соединяется с Западно-Сибирской равниной. Назаровская котловина относится к умеренно-прохладному достаточно увлажненному климатическому району (ГТК 1,46-1,53). Среднегодовая температура воздуха изменяется от 0,3 до 1°С, сумма активных температур - от 1660 до 1684°С. Продолжительность периода биологической активности составляет 103-115 суток.
Реперные участки (РУ) по 4 га заложены в 1996 г. на территории СЗАО «Ададымское» (РУ-4) и ЗАО «Назаровское» (РУ-9). На РУ-9 в период 19962002 гг. возделывали костер с применением азотных удобрений (75,0 кг/га д.в.), далее - зерновые культуры с внесением органических (4,1 т/га) и повышенных доз минеральных удобрений (КРК -52,6 кг/га д.в., 36,2 кг/га д.в. и 3,3 кг/га д.в. соответственно). На РУ-4 возделывали зерновые с однолетними травами и паром (зернопаровой севооборот) с применением азотных (18,1 кг/га д.в.) и органических (1,2 т/га) удобрений. Система обработки почвы минимальная. Среднегодовая урожайность зерновых культур составила 29,4-35,6 ц/га, многолетних трав на зеленый корм - 90 ц/га.
Для изучения характеристики объектов исследования отбирали образцы по генетическим горизонтам в разрезах, заложенных на каждом РУ в 2013 г. в соответствии с географическими координатами их местоположения в 1996 г. (55о58'003"с.ш. и 90о11'617"в.д. на РУ 4 и 55041'414"с.ш. и 90о21'728"в.д. на РУ-9). В работе использовали навигатор GPSmap 76CSx фирмы GARMIN с загруженными материалами векторных слоев РУ, координатами закладки почвенных разрезов и отбора точечных проб. В почвенных пробах подвижные формы фосфора в карбонатных горизонтах (Вк, Ск) по Мачигину, обменные катионы Са2+ и Mg2+ -по Шмуку. Для оценки многолетней динамики плодородия почв учитывали содержание гумуса, обменную кислотность, подвижные формы фосфора и калия. Смешанные почвенные образцы отбирали в 4-кратной повторности из пахотного слоя почвы ежегодно до 2002 г., далее - 1 раз в 2 года. Результаты обрабатывали методами анализа временных рядов с использованием ППП Statgraphics Centurion XVI.I и Statistica 10.
Морфологическое строение профиля черноземов выщелоченных Назаровской лесостепи выражается совокупностью генетических горизонтов: Апах. -(А) - АВ - В - (Вк) - Ск (табл. 1). Черноземы выщелоченные при средней мощности гумусово-аккумулятивного горизонта характеризуются высокой гумусированностью (8,5-8,7%). С увеличением глубины количество гумуса снижается, что обусловлено особенностями гидротермического режима. Небольшая глубина проникновения температур выше 10°С и малая мощность промачивания почвенного профиля приводит к локализации микробиологических процессов в поверхностных горизонтах [2]. Верхняя и средняя часть профиля РУ 4 характеризуется слабокислой и среднекислой реакцией среды, РУ 9 - слабокислой и близкой к нейтральной. В нижней части профилей, содержа-
щей карбонаты, реакция переходит в слабощелочную. Ю.П. Танделов и О.В. Ерышева [3] отмечают, что выщелоченные черноземы Назаровской лесостепи отличаются более низкими значениями pHKCl, вплоть до среднекислой реакции почвы. По их исследованиям кислые черноземы приближены к предгорным территориям с выраженной лесной растительностью, нейтральные - к открытым остепненным участкам. Гидролитическая кислотность - повышенная (4-5 ммоль/100 г), сумма поглощенных оснований - очень высокая (30-51 ммоль/100 г), что обусловлено глинистым гранулометрическим составом и высоким содержанием гумуса. С падением гумусированности сумма поглощенных оснований закономерно уменьшается. В составе обменных катионов доминирует Са2+, его содержание в 5,6-7,8 раза превышает содержание магния. Черноземы лесостепи характеризуются (метод Чирикова) повышенным и очень высоким содержанием подвижных фосфатов в пахотном горизонте (108-202 мг/кг). Обеспеченность Апах обменным калием очень высокая (163 мг/кг) и повышенная (106 мг/кг), что определяется высоким содержанием ила, богатого калийсодержащими и ка-лийфиксирующими минералами [4].
Содержание гумуса в слое 0-20 см - важнейший интегральный показатель, определяющий уровень потенциального и эффективного плодородия почвы. В зависимости от степени интенсификации земледелия (типа севооборота, дозы органических и минеральных удобрений, системы обработки почвы) ежегодное снижение гумуса в основных земледельческих районах России составляет 0,5-2,5 т/га [5, 6]. На окультуренных черноземах Назаров-ской лесостепи при ежегодном внесении органических и минеральных удобрений отмечается тенденция к снижению содержания гумуса. Ежегодные потери гумуса составили 0,01% (0,28-0,29 т/га) или 4,20-4,35 т/га за исследуемый период.
1. Агрохимические и физико-химические свойства черноземов выщелоченных ___Назаровской лесостепи__
Горизонт Глубина, см Гумус, % Подвижные, мг/кг PHrci Поглощенные катионы, ммоль/100 г Нг, ммоль/100 г V, %
Р2О5 К2О Са2+ Mg2+ X поглощ. осн.
СЗАО «Ададымское» (РУ 4)
А 0-27 8,7 202,0 163,0 5,4 27,6 4,9 50,3 4,7 91,4
АВ 27-47 3,7 12,0 87,1 4,5 21,7 3,5 29,8 4,2 73,0
В 47-80 1,0 14,0 108,0 4,7 27,1 4,1 31,8 3,8 89,4
Ск 80-100 0,9 1,0 *- 7,2 12,9 2,5 *- *- *-
ЗАО «Назаровское» (РУ 9)
А -^пах. 0-20 8,6 108,0 106,0 5,5 31,2 4,4 51,3 4,7 91,6
А 20-36 8,3 79,5 88,6 5,3 29,3 4,0 49,8 4,3 92,0
АВ 36-62 4,4 13,0 78,2 5,7 29,9 3,8 49,8 2,5 95,3
В1 62-72 1,3 14,0 82,5 6,3 29,2 3,1 40,8 0,9 97,8
Вк 72-93 1,0 2,0 *- 7,2 13,7 1,9 *- *- *-
Ск 93-115 0,9 1,0 *- 7,1 11,7 1,5 *- *- *-
* не определяли.
2. Статистические параметры изменения агрохимических показателей в черноземах выщелоченных Назаровской лесостепи за 15-летний период сельскохозяйственного
использования (0-20 см, п = 11)
Параметр Гумус, % рН КС1 Р2О5 К2О
мг/кг
РУ 4 РУ 9 РУ 4 РУ 9 РУ 4 РУ 9 РУ 4 РУ 9
А -0,01 -0,01 0,06 0,07 1,96 4,56 1,76 -1,41
Тпр, % 0,2 0,2 1,5 1,6 1,3 9,0 1,4 1,8
т, т/га -0,29 -0,28
Г1 -0,12 0,04 0,56 0,61 0,03 0,60 0,26 -0,33
01 0,21 0,02 4,51 5,41 0,02 5,10 1,00 1,60
Р (01) 0,65 0,88 0,03 0,02 0,90 0,02 0,32 0,21
Г2 -0,33 0,14 0,26 0,31 0,36 0,34 0,22 0,27
02 1,92 0,35 5,61 6,92 2,08 6,98 1,79 2,73
Р (02) 0,38 0,84 0,06 0,03 0,35 0,03 0,41 0,26
Гз -0,13 -0,02 0,05 0,10 0,09 0,09 -0,06 -0,31
0з 2,20 0,36 5,66 7,09 2,24 7,13 0,34 4,48
Р (0з) 0,53 0,95 0,13 0,07 0,53 0,07 0,60 0,21
Примечание: А - среднегодовой абсолютный прирост (абсолютное изменение); Тпр - среднегодовой темп прироста;
т - потери запасов гумуса за год; г1 - линейный коэффициент автокорреляции 1-го порядка; г2 - линейный коэффи-
циент автокорреляции 2-го порядка; г3 - линейный коэффициент автокорреляции 3-го порядка; 01, 02, 03 - расчет-
ные значения распределения Льюнга-Бокса; Р (00, Р (02), Р (03) - расчетный уровень значимости линейных коэф-
фициентов автокорреляции 1-го, 2-го и 3-го порядка соответственно; выделенные показатели статистически значи-
мы с доверительной вероятностью Р = 0,95.
3. Регрессионные модели динамики агрохимических показателей
Параметр Модель временного ряда (уравнение тренда) Я2, % ^набл Р (1набл) Рнабл Р (Рнабл) Г1 Онабл Р (Онабл)
Гумус, %
РУ 4 у = 8,4019 + 0,4354/г 19,5 a (76,10) Ь (1,48) 0,000 0,174 2,18 0,174 -0,11 0,16 0,687
РУ 9 у = 8,667 + 0,47Н - 0,034812 54,7 a (12,72) Ь1 (2,25) Ь2 (-2,70) 0,000 0,054 0,027 4,83 0,042 -0,39 2,20 0,138
Р2О5, мг/кг
РУ 4 у = 166,589 + 0,289Н2 35,8 a (13,20) Ь (2,24) 0,000 0,052 5,02 0,052 -0,45 2,93 0,09
РУ 9 у = 42,1897 + 4,56461 89,3 a (9,77) Ь (8,65) 0,000 0,000 74,75 0,000 0,16 0,37 0,54
К2О, мг/кг
РУ 4 у = 136,715 + 0,390Н2 37,9 a (8,40) Ь (2,34) 0,000 0,044 5,49 0,044 -0,25 0,91 0,34
РУ 9 у = 134,805 - 0,176712 18,1 a (11,00) Ь (-1,41) 0,000 0,192 1,99 0,192 0,59 5,04 0,02
рНка
РУ 4 у = 5,0782 + 0,05581 72,5 a (54,17) Ь (4,87) 0,000 0,001 23,68 0,001 0,02 0,01 0,94
РУ 9 у = 4,4798 + 0,06611 73,9 a (41,88) Ь (5,05) 0,000 0,001 25,53 0,001 0,22 0,70 0,40
Примечание: 1 - количество лет от базового 1996 г.; Я2 - коэффициент детерминации (величина достоверности аппроксимации); 1набл - расчетное значение распределения Стьюдента; Р (1набл) - расчетный уровень значимости коэффициентов уравнения регрессии; Рнабл - расчетное значение распределения Фишера; Р (Рнабл) - расчетный уровень значимости уравнения регрессии; 0набл - расчетное значение распределения Льюнга-Бокса; Р (0набл) - расчетный уровень значимости линейного коэффициента автокорреляции 1-го порядка в отклонениях (остатках) уравнения регрессии; выделенные модели (уравнения регрессии) статистически значимы с доверительной вероятностью Р = 0,95.
Проверка существенности трендовой составляю- ждать, что тенденции снижения гумуса на окуль-щей временных рядов гумуса с использованием туренных черноземах Назаровской лесостепи за автокорреляционной функции позволила утвер- 15-летний период интенсивного сельскохозяй-
ственного воздействия слабо выражены, т.к. значимость линейных коэффициентов автокорреляции как 1-го, 2-го, так и 3-го порядка не доказана (табл. 2). Аналитические функции, достоверно аппроксимирующие отрицательные тенденции гумуса, не установлены (табл. 3).
Временная динамика подвижного фосфора в аг-роценозах интенсивного типа имеет положительный характер и происходит со скоростью 1,96-4,56 мг/кг в год или 27,5-68,1 мг/кг за 15-летний период. Установлен значимый тренд увеличения фосфора в черноземах выщелоченных РУ 9 (табл. 2) вследствие достоверности линейных коэффициентов автокорреляции 1-го и 2-го порядка (Р = 0,02, Р ^2) = 0,03). Положительная тенденция описывается статистически значимой линейной моделью (табл. 3) при величине достоверности аппроксимации 89,3%, Р (^абл) = 0,00, Р ^набл) = 0,00 и отсутствии автокорреляции в отклонениях (остатках) уравнения регрессии (Р ^набл) = 0,54).
Фосфор удобрений сохраняется в подвижной части минеральных фосфатов почвы, обусловливая длительное последействие фосфорных удобрений. При внесении избыточной концентрации фосфорных удобрений, происходит переход (трансформация) подвижных фосфатов в труднорастворимую форму [7]. Это дает основание говорить о достоверном увеличении содержания подвижного фосфора в черноземах выщелоченных РУ 9 при длительном интенсивном сельскохозяйственном воздействии с использованием органических и фосфорных удобрений.
На реперном участке ЗАО «Назаровское» установлена тенденция снижения обменного калия (1,41 мг/кг в год), а на РУ 4 тенденция увеличения калия (1,76 мг/кг). Проверка значимости трендовой составляющей временных рядов выявила слабовы-раженные изменения обменного калия на окультуренных черноземах Назаровской лесостепи, т.к. достоверность линейных коэффициентов автокорреляции не доказана (табл. 2). Регрессионные модели, адекватно отражающие тенденции изменения калия, также не определены (табл. 3). Слабовыра-женные изменения обменного калия обусловлены динамическим равновесием между различными формами калия и способностью черноземов при интенсивной нагрузке на агроценоз восстанавливать доступные формы калия за счет необменных (фиксированных) форм при высоких валовых запасах калия в черноземах глинистого гранулометрического состава. В черноземах Средней Сибири сумма фиксированного калия составляет 23-26% от его валового количества и определяется генетическими особенностями почв [8].
В зависимости от типа почв, вида агроценоза, гидротермического режима и удобренности почвы определяются различные тенденции динамики кис-
лотности [9]. На окультуренных черноземах Назаровской лесостепи при ежегодном внесении органических и минеральных удобрений отмечается достоверное изменение pHKCl в сторону щелочного интервала. Ежегодное увеличение составило 0,060,07 ед. рН, или 0,8-0,9 ед. рН за 15 лет (табл. 2). Временные ряды достоверно описываются линейными моделями, аппроксимирующими основную тенденцию динамики на 72,5-73,9% при Р ^набл) = 0,001, Р ^набл) = 0,001 и отсутствии автокорреляции в отклонениях (остатках) уравнения регрессии (Р (QHa&0 = 0,40-0,94). Причина значимого сдвига pHKCl в сторону щелочного интервала имеет двусторонний характер. При использовании органических удобрений (навоза) происходит рост количества обменно-поглощенных катионов кальция и магния, а под действием минеральных удобрений (NPK) - их снижение за счет замены на ионы водорода и частичного выщелачивания [10]. Но, в связи с увеличением объемов применения азотно-магниевого удобрения взамен физиологически кислых и особенностями водного режима черноземов Назаровской лесостепи, снижения катионов кальция и магния за счет замены на ионы водорода и частичного вымывания не происходит. Наоборот, при промерзании почв с жидкой фазой почвенной влаги наблюдается передвижение и накопление Са2+ и Mg2+ в верхних горизонтах, опережая их вымывание в довольно короткий вегетационный период Средней Сибири.
Таким образом, черноземы выщелоченные Назаровской лесостепи характеризуются высокой гумусированностью, слабокислой и близкой к нейтральной реакцией среды, повышенным и очень высоким содержанием подвижных форм фосфора и калия. Проверка значимости трендовой составляющей временных рядов агрохимических показателей с использованием автокорреляционной функции в условиях регулярного применения минеральных и органических удобрений, соблюдения научно-обоснованных севооборотов на фоне минимальной обработки почвы показала достоверный тренд снижения кислотности почв и значимый тренд увеличения подвижного фосфора только на черноземах выщелоченных ЗАО «Назаровское». Тенденции изменения гумуса и обменного калия слабо выражены, что позволяет говорить о равновесном (динамично-стационарном) содержании гумуса и обменного калия на окультуренных черноземах Назаровской лесостепи.
Литература
1. Чупрова В.В., Кураченко Н.Л., Сорокина О.А. и др. Современное состояние земельных и почвенных ресурсов Красноярского края / Почвы Сибири: сб. науч. тр. -Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2012, Вып. 4. - С. 13-37.
2. Бугаков П.С., Чупрова В.В. Агрономическая характеристика почв земледельческой зоны Красноярского края. -Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 1995. - 176 с.
3. Танделов Ю.П., Ерышова О.В. Черноземы Красноярского края и проблема известкования. - Красноярск: Крас-ГАУ, 2005. - 20 с.
4. Бугаков П.С., Горбачева С.М., Чупрова В.В. Почвы Красноярского края. - Красноярск, 1981. - 127 с.
5. Гамзиков Т.П., Кулагина Н.М. Изменение содержания гумуса в почвах в результате сельскохозяйственного использования. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1992. - 48 с.
6. Бурлакова Л.М., Морковкин Г.Г. Антропогенная трансформация почвообразования и плодородия черноземов в системе агроценозов // Агрохимический вестник, 2005, № 1. - С. 2-4.
8. Орлов Д.С., Трофимов С.Я., Бирюкова О.Н. и др. Де-гумификация пахотных почв / Деградация и охрана почв. -М.: МГУ, 2002. - С. 196-233.
9. Черников В.А., Милащенко Н.З., Соколов О.А. Устойчивость почв к антропогенному воздействию. - Пу-щино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001. - 203 с.
10. Бурлакова Л.М. Плодородие алтайских черноземов в системе агроценозов. - Новосибирск: Наука, 1984. - 197 с.
11. Антипина Л.П. Фосфор в почвах Сибири: автореф. дисс. д.с.-х.н. - Омск: ОмСХИ, 1991. - 32 с.
12. Соколов А.В. Зафосфачивание почв и последействие фосфорных удобрений // Агрохимия, 1976, № 2. - С. 3-6.
13. Храмцов И.Ф. Влияние длительного применения
минеральных и органических удобрений на плодородие почвы и продуктивность агроценозов / Длительное применение удобрений. Агрохимические, агрономические и экологические аспекты: материалы междун. науч. -практ. конф. - Новосибирск: Россельхозакадемия, 2011. - С. 46-52.
14. Рейнфельд Л Б. Изменение агрохимических свойств почв на стационарных участках при их сельскохозяйственном использовании // Агрохимия, 1974, № 9. - С. 47-52.
15. Якименко В.Н. Калий в агроценозах Западной Сибири. - Новосибирск: СО РАН, 2003. - 231 с.
16. Горбачева С.М. Формы калия в почвах Красноярской лесостепи: автореф. дисс. к.б.н. - Новосибирск, 1977. - 23 с.
17. Джанаев З.Г. Негативные изменения в поглощающем комплексе почв Северного Кавказа // Плодородие, 2006, № 4. - С. 7-10.
18. Подколзин А.И., Шкабарда С.Н. Состояние и динамика изменения поглощающего комплекса почв Центрального Предкавказья // Агрохимия, 2008, № 1. - С. 16-25.
19. Мерзлая Г.Е., Семин В.Ю., Надежкин С.М. Плодородие чернозема при длительном применении удобрений // Плодородие, 2007, № 3. - С. 11-12.
20. Семина Е.В., Вередченко Ю.П. Черноземы Красноярской лесостепи и их провинциальные особенности / О почвах Урала, Западной и Центральной Сибири. - М.: Изд-во АН СССР, 1962. - С. 170-190.
УДК 631.459:332.64
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗВИТИЯ ЭРОЗИИ В ТАДЖИКИСТАНЕ
1Б.А. Мансуров, 2Е.В. Косивцова, 2В.А. Попов (научный руководитель - В.И. Савич, д.б.н.)
1 Институт почвоведения Таджикской АСХН, e-mail: bmansurov@mail.ru 2РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, e-mail: savich.mail@gmail.ru
В работе предложена оценка развития эрозии во времени и в пространстве с учетом свойств и протекающих почвообразовательных процессов. Показано, что при действии на почву факторов, определяющих эрозию, проявляются эффекты синергизма и антагонизма, в т.ч. и при совместном проявлении и ветровой эрозии в разные периоды года. Приведены математические закономерности развития эрозии в исследуемых почвах Северного Таджикистана. Установлено, что экологические убытки при развитии эрозии определяются не только потерей урожая и уменьшением плодородия почв, но и уменьшением числа степеней свободы сельскохозяйственного использования почв, экологическими изменениями, увеличением энтропии системы.
Ключевые слова: Таджикистан, эрозия почв, оценка, математические закономерности.
INTEGRAL ESTIMATION OF EROSION IN TAJIKISTAN
:B.A. Mansurov, 2E.V. Kosivtsova, 2V.A. Popov
1 Institute for Soil Sciences, Tajik Academy of Agricultural Sciences, e-mail: bmansurov@mail.ru 2Russian Timiryazev State Agrarian University, e-mail: savich. mail@gmail. ru
Article presents erosion assessment in time and space taking into account properties and soil formation processes occurring. It is shown that under the action of soil factors determining erosion manifest synergy and antagonism, including and joint manifestations and wind erosion at different seasons. The mathematical patterns of erosion advancing in explored soils of Northern Tajikistan are cited in the work. It has been established that the environmental damage in the development of erosion determined not only by the loss of crops and reduction in soil fertility, but also by decrease in the number of degrees offreedom of the agricultural use of soil, environmental changes, system entropy increasing.
Keywords: Tajikistan, soil erosion, estimation, mathematical particularities.
