CC BY
0УДК 631.474:631.95
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-379-383
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЁМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО НОВОСИБИРСКОГО ПРИОБЬЯ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ АГРОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
CHANGES IN THE PROPERTIES OF LEACHED CHERNOZEM OF THE NOVOSIBIRSK PRIOB REGION UNDER LONG-TERM AGROGENIC IMPACT
Добрянская С.Л.
Dobryanskaya S.L.
Новосибирский государственный аграрный университет, Новосибирск, Россия Novosibirsk State Agrarian University, Novosibirsk, Russian Federation
E-mail: slb85@bk.ru
Аннотация. Статья посвящена комплексному изучению трансформации свойств чернозёма выщелоченного Новосибирского Приобья при длительном сельскохозяйственном использовании. Основное внимание в работе автор акцентирует на изучение гумусового состояния, агрофизических свойств в условиях длительного использования чернозёма в пашне. Отмечено, что в условиях агроландшафта происходит дегумифмкация почв, сокращение мощности гумусовых горизонтов, разрушение структуры. Показано, что трансформация основных элементов плодородия чернозёма зависит не только от длительности, но и типа использования. Более существенные изменения деградационного характера отмечены в условиях орошения.
Ключевые слова: чернозём выщелоченный, гумус, целина, агрочернозём, орошение.
Abstract. The article is devoted to a comprehensive study of changes in the properties of leached chernozem in the Novosibirsk Ob region during long-term agricultural use. The author focuses the main attention in the work on the study of the humus state and agrophysical properties under conditions of long-term use of chernozem in arable land. It is noted that in the conditions of the agricultural landscape, soil dehumification occurs, the thickness of humus horizons decreases, and the structure is destroyed. It has been shown that the transformation of the main elements of chernozem fertility depends not only on the duration, but also on the type of use. More significant changes of a degradation nature were noted under irrigation conditions.
Key words: leached chernozem, humus, virgin soil, agro chernozem, irrigation.
Введение. В лесостепной и степной зонах Западной Сибири наиболее пригодными почвами для возделывания основных сельскохозяйственных культур являются чернозёмные почвы. Преобладающая часть пашни используется как лучший почвенно-экологический фон для возделывания яровой пшеницы, а также кормовых культур - многолетних и однолетних трав, зернобобовых [1]. В условиях масштабной агрогенной нагрузки активно протекают процессы трансформации основных свойств и режимов почв, что часто проявляется в утрате ими экологических функций. К основным факторам, лимитирующим потенциальное плодородие чернозёмов, можно отнести: сезонный дефицит влаги, недостаток доступных форм питательных элементов, агрогенное переуплотнение, дегумификацию, аллелопатическое почвоутомление [2]. Для обоснования эффективных путей и приемов регулирования свойств и режимов агрочернозёма важно оценить влияние агрогенного воздействия на элементы его плодородия.
Цель исследований - выявить изменения основных свойств чернозёма выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании.
Материалы и методы. Объектом исследования выбрана одна из наиболее распространенных и ценных в хозяйственном отношении почв лесостепи Западной Сибири -чернозём выщелоченный среднемощный среднегумусный иловато-крупнопылеватый на лессовидном суглинке [3], что соответствует агрочернозёму глинисто-иллювиальному темноязыковатому [4] или Luvic Chernozem [5].
Территория района исследований расположена в лесостепной зоне серых лесных почв, оподзоленных, выщелоченных и обыкновенных чернозёмов Западно-Сибирской провинции. Возвышенное положение территории способствовало ее дренированию. Характерный элемент ландшафта Приобской лесостепи представляют лесолуговые комплексы логов, балок, долины рек. Почвообразующими подстилающими породами на Приобском плато являются суглинки, отличающиеся наиболее типичным лессовидным обликом. По гранулометрическому составу это преимущественно средние, реже тяжёлые суглинки с преобладанием крупнопылеватой фракции
(до 40%). Однородная мощная толща (20-30 м и более) пород Приобья не засолена легкорастворимыми солями, богата полевыми шпатами, гидрослюдами, кварцем, что обуславливает их низкую макрооструктуренность, малую водостойкость и водопрочность [6].
Для оценки изменения свойств чернозёма выщелоченного за 45-летний период использования, были заложены почвенные разрезы, из которых отобраны образцы почвы на следующих вариантах:
1. Пашня - полевые севообороты с преобладанием зерновых, пропашных, кормовых культур.
2. Пашня - овощной севооборот. На исследуемом участке возделывался широкий ассортимент овощных культур: капуста, лук, морковь, столовая свёкла. Орошение проводилось дождеванием речной водой, в зависимости от погодных условий и возделываемой культуры за вегетационный период проводили 3-4 полива по 300-400 м3/га.
3. Целина - травостой представлен разнотравно-злаковой ассоциацией.
Все сравниваемые объекты находятся на незначительном удалении друг от друга и сформированы в идентичных условиях почвообразования.
Для выполнения поставленной цели использовали сравнительно-аналитический подход. Все использованные в работе методы хорошо зарекомендовали себя при аналогичных исследованиях, позволяют получить достоверный объем информации для решения поставленных задач [7-9].
Результаты исследований и их обсуждение. Гранулометрический состав относится к числу фундаментальных свойств почвы, оказывает заметное влияние на почвообразование и сельскохозяйственное использование почв. От него зависит интенсивность протекания многих почвообразовательных процессов, связанных с превращением, миграцией и аккумуляцией органических и минеральных соединений в профиле почвы.
По содержанию фракций механических элементов изучаемых чернозёмов было выявлено, что в большинстве случаев, согласно классификации Н.А. Качинского, они являются суглинками средними иловато-крупнопылеватыми. [10]. Однородность гранулометрического состава чернозёмов по всему профилю соответствует однородности валового состава. Несмотря на то, что гранулометрический состав представляет собой достаточно устойчивую систему, длительное сельскохозяйственное использование черноземов привело к некоторому перераспределению фракций по почвенному профилю.
В гранулометрическом составе фракций изучаемых чернозёмов, формирующихся на достаточно мощной толще лёссовидных суглинков, явно доминирует крупная пыль, или так называемая лёссовая фракция при полном отсутствии фракций крупного и среднего песка. Заметное влияние на однородность гранулометрического состава пахотного слоя оказывает перемешивание его при отвальной обработке. Суммарно на долю фракций крупной пыли приходится более 40 %. Распределение механических фракций по профилю равномерное.
Результаты гранулометрического анализа показали сокращение с 15,2 до 8,40% в верхнем гумусовом горизонте неорошаемых черноземов фракции мелкой пыли, несколько увеличилось содержание данной фракции в нижележащем горизонте. Особое внимание необходимо обратить на распределение илистой фракции, так как именно она легче всего подвергается разрушению. Илистая фракция (меньше 0,001мм) состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов и имеет большое значение в создании почвенного плодородия. Ей принадлежит главная роль в физико-химических процессах, протекающих в почве. Она обладает высокой поглотительной способностью, содержит довольно много гумуса, элементов зольного и азотного питания растений. Особо важная роль в структурообразовании и формировании почвенного поглощающего комплекса принадлежит коллоидной части этой фракции [10]. Содержание фракции ила (до 30%) сглаживает отрицательные свойства пылеватой фракции данной почвы. Благоприятные физико-механические свойства чернозёмов, обогащенных илистой фракцией, в значительной мере определяются ее способностью к коагуляции и склеиванию механических элементов в агрегаты [11].
В неорошаемом черноземе содержание фракции мелкой пыли и ила в верхнем слое уменьшилось на 7%, а с глубиной произошло их некоторое увеличение. Отмечено незначительное увеличение ила в нижней части профиля, что связано с засыпанием тонких фракций по трещинами и перемещением их с талыми и дождевыми водами. В орошаемом черноземе в верхнем горизонте потери илистой фракции более существенны, составили 12%, что связано с выносом более тонких частиц ирригационной эрозией, когда формируется
незначительный сток и выносятся преимущественно мелкие частицы, тогда как в процессе более интенсивного смыва талыми и ливневыми водами сносится вся почвенная масса, а не только мелкозем [12, 13]. В целинном аналоге колебание илистой фракции на различной глубине всего профиля очень низкое и не выходит за пределы 5%, что свидетельствует об отсутствии процессов разрушения минеральной части.
В целом высокое содержание илистой фракции в рассматриваемых почвах обуславливает их высокую гигроскопичность, значительное содержание в них прочносвязанной, малоподвижной и недоступной растениям влаги, а также низкую водопроницаемость, но хорошую агрегатообразующую способность [12].
В последние годы широко распространилось мнение о катастрофической дегумификации чернозёмов при сельскохозяйственном их использовании, так как с каждым годом растет отчуждение питательных веществ из почвы, обусловливая непрерывную минерализацию гумуса и снижение его запасов [14-16].
Гумусовый профиль чернозёмов формируется при трансформации органического вещества растительных остатков. Длительное сельскохозяйственное использование почв при дефиците поступления в почву органического вещества с растительными остатками и органическими удобрениями, приводит к снижению содержания гумуса. Результаты исследований показали, что для целинного чернозема, сформированного под влиянием глубокого проникновения ежегодно отмирающих корней травянистых растений, разлагающихся непосредственно в почвенной толще характерно постепенное убывание содержания гумуса по профилю. Значительная доля пропашных культур в севообороте и недостаточное внесение органических удобрений привело к существенному изменению гумусового состояния старопахотных почв. Тенденция к уменьшению содержания и запасов гумуса в профиле изучаемого чернозёма выщелоченного четко прослеживается в полуметровой толще, т.е. в слое наиболее активного почвообразования. Под воздействием сельскохозяйственного производства повсеместно в почвах агроэкосистем трансформируется гумусное состояние, усиливаются процессы дегумификации.
Анализ проведенных исследований показал, что за 45-летний период содержание гумуса в пахотном слое неорошаемого чернозема уменьшилось с 8,9 до 7,3%, потери в пахотном слое составляют более 15%. Потери гумуса прослеживаются по всему гумусовому профилю. С увеличением глубины разница в содержании гумуса постепенно снижается. Интенсивная минерализация органического вещества далеко не единственная причина ухудшения гумусного состояния чернозема. Необходимо отметить негативное влияние на убыль гумуса поверхностного стока талых, ливневых и ирригационных вод, под влиянием которых происходит отчуждение твердой фазы почв, особенно ее илистой фракции, на долю которой приходится до 3/4 от общего количества гумуса, закрепленного твердой фазой почвы [11]. Содержание гумуса в чернозёме овощного севооборота в слое 0-20 см уменьшилось на 25%. Темпы снижения органического вещества отмечены по всему профилю. Известно, что запасы корней в агроценозах овощных культур невелики, и при уборке корне- и клубнеплодов происходит ежегодное отчуждение почвенного мелкозема. Интенсификация процессов минерализации при возросшем потреблении азота со стороны растительных организмов стимулирует тенденцию к обеднению их гумуса. Периодически вносимые органические удобрения 50 т/га интенсифицирует гумификацию, однако не на столько, чтобы существенно повысить степень гумусированности и компенсировать потери гумуса. Практически все запасы гумуса сосредоточены в верхнем 0-40 см слое почвы. Происходит существенное убывание его с глубиной от 3,8% на глубине 20-30 см до 1,3% в слое 40-50 см. В сравнении с целинным вариантом запасы гумуса сократились на 190 т/га. Систематическая обработка и возделывание сельскохозяйственных культур на подпахотный слой, как и на пахотный, оказало негативное, хотя и более слабое воздействие. Уменьшение запасов гумуса в полуметровой толще старопахотной почвы составило 45 т/га, в сравнении с целинным аналогом потери увеличились до 100 т/га. Орошение чернозёмов сопровождается расшатыванием системы их гумусовых веществ, приведением ее в иное, отвечающее новым условиям существования, состояние.
Наиболее корректные выводы о потерях гумуса можно сделать, сравнив пахотные варианты с его целинным аналогом. В целинных черноземах наибольшее скопление растительных остатков и максимальная интенсивность микробной деятельности совпадают и приурочены к самому верхнему слою минеральной толщи. Биологический круговорот органического вещества компенсирован, запас гумуса в полуметровой толще достигает 400 т/га.
В связи с уменьшением поступления свежего органического вещества в виде корнепожневных остатков образуется мало наиболее активных форм типа детрита. В полевых севооборотах основная часть биологической продукции отчуждается в качестве продовольствия, фуража. Основным источником образования гумуса являются корневые и пожнивные остатки сельскохозяйственных культур. Растительные остатки, поступающие в почву и эпизодически вносимые органические удобрения интенсифицирует гумификацию, однако не настолько, чтобы существенно повысить степень гумусированности чернозема. С увеличением периода использования пашни уменьшение запасов гумуса наблюдается во всем гумусовом профиле, постепенно темпы потерь снижаются. При сохранении отмеченных негативных тенденций прогнозируется дальнейшее снижение гумуса в агроценозах.
Уменьшение содержания гумуса в значительной мере повлияло на агрегатный состав чернозёмов. Наиболее значимые изменения структурного состояния отмечены в орошаемом варианте, где содержание глыбистой фракции в пахотном слое возрастает в 3 раза. В целинном чернозёме содержание агрономически ценных агрегатов 1-3 мм составляет 40%. Исходные комковато-зернистые агрегаты трансформируются в орошаемых чернозёмах в ореховатые отдельности. Коэффициент структурности пахотных почв в 3 раза меньше в сравнении с целинным аналогом, что свидетельствует о структурной деградации старопахотного, особенно орошаемого чернозёма. Как известно, при введении целинных чернозёмов и интенсификации систем землепользования отмечается увеличение глыбистости в верхней части гумусово-аккумулятивного горизонта и снижении количества агрономически ценных агрегатов. Процесс агрогенной деградации структуры может распространяться на глубину более 0,5 м и усиливается в условиях проведения агромелиоративных мероприятий. Вместе с ухудшением структурного состояния почв закономерно и в соответствии со степенью развития эрозионных процессов возрастает плотность, уменьшается пористость агрегатов и межагрегатного пространства и, как следствие, снижается водопроницаемость, водоудерживающая способность чернозёмов [11]. При дальнейшем развитии отмеченных негативных тенденций могут ухудшаться функционально связанные физические свойства чернозёма. Плотность твёрдой фазы пахотного слоя при длительном сельскохозяйственном использовании осталась практически неизменной и варьировала в пределах 2,50-2,62 г/см3 с глубиной возросла до 2,7 г/см3. Наименьшей плотностью 1,1 г/см3 и лучшей пористостью 58% обладают богатые гумусом хорошо оструктуренные горизонты целинной почвы. В пахотных горизонтах плотность находится в оптимальных для растений количествах 1,15-1,18 г/см3.
Заключение. Результаты проведенных исследований показали, что интенсивная эксплуатация чернозёмов привела к существенной трансформации их агрофизических свойств и ухудшению гумусового состояния. Для предупреждения негативных явлений при длительном сельскохозяйственном использовании чернозёма в пашне необходимо всестороннее изучение всех элементов его плодородия.
Список литературы
1. Хмелёв В.А., Танасиенко А.А. Земельные ресурсы Новосибирской области и пути их рационального использования // Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 349 с.
2. Антропогенная эволюция чернозёмов // Воронеж: Воронежский ГУ, 2000. 412 с.
3. Классификация и диагностика почв СССР / Составители: В.В. Егоров, В.М. Фридланд, Е.Н. Иванова, Н.Н. Розов, В.А. Носин, Т.А. Фриев. М.: Колос, 1977. 224 с.
4. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
5. IUSS Working Group WRB World Reference Base for Soil Resources International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports. Rome: FAO, 2014. No 106.181 р.
6. Почвы Новосибирской области / под ред. Р.В. Ковалёва. Новосибирск: Наука, 1966. 422 с.
7. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 490 с.
8. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
9. Воробьева Л.А. Химический анализ почвы. М.: Изд-во МГУ, 1998. 289 с.
10. Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы. Методы его изучения. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1958. 192 с.
11. Сиухина М.С., Быкова С.Л. Изменение физических свойств чернозема выщелоченного за 33 года сельскохозяйственного использования // Плодородие. 2017. № 3 (96). С. 20-22.
12. Сиухина М.С., Быкова С.Л., Поплавская Е.В. Свойства чернозема выщелоченного подверженного эрозионным процессам // Достижения науки и техники в АПК. 2011. № 7. С. 15-17.
13. Танасиенко A.A. Специфика эрозии почв в Сибири. Новосибирск: Изд-во СОР АН, 2003.176 с.
14. Добрянская С.Л. Агрогенная трансформация гумусового состояния чернозёма выщелоченного Новосибирского Приобья // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове: Материалы VII Междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию кафедры почвоведения и экологии почв ТГУ. Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2020. С. 220-223.
15. Клёнов Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2000. 176 с.
16. Шарков И.Н. Совершенствование концепции воспроизводства органического вещества в почвах зерновых агроценозов Сибири // Сиб. вест. с.-х. науки. 2003. № 2. С. 72-77.
