Изменение свойств осушенных торфяно-подзолисто-глеевых почв при длительном использовании Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ПЛОДОРОДИЕ

&-

001: 10.24411/0044-3913-2018-10205 УДК 631.4

Изменение свойств осушенных торфяно-подзолисто-глеевых почв при длительном использовании

А.В. НЕФЕДОВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник А.В. ИЛЬИНСКИЙ1, кандидат сельскохозяйственных наук, директор (e-mail: vniigm@vniigm. ryazan.ru)

А.Е. МОРОЗОВ2, кандидат биологических наук, директор (e-mail: [email protected])

1Мещерский филиал Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, ул. Мещерская (Солотча), 1a, Рязань, 390021, Российская Федерация

2Станция агрохимической службы «Рязанская», ул. Щорса, 38а, Рязань, 390025, Российская Федерация

Исследования проводили с целью оценки изменения свойств осушенной торфяно-подзолисто-глеевой почвы при её длительном использовании в сельскохозяйственном производстве. Наблюдения проводили на мелиоративном объекте «Тинки-2» (Рязанский район, Рязанская область). Под влиянием многолетнего использования в сельском хозяйстве (с 1962 по 2016 гг.) ускоряются процессы минерализации органического вещества. В результате торфяно-подзолисто-глеевая почва, подстилаемая древне-аллювиальными песками, эволюционно претерпевает следующие изменения: торфяной слой уплотняется, гумифици-руется и минерализуется, что приводит к его трансформации в перегнойный горизонт. За первые 21 год интенсивного сельскохозяйственного использования мощность торфяного слоя уменьшилась до 14 см (на 74,5 %), за последующие 20 лет - до 3 см, а затем за еще 14 лет он превратился в однородный перегнойно-гумусовый горизонт, содержащий трудно различимые растительные остатки. За полувековой период сельскохозяйственного использования плотность сложения увеличилась в 6 раз, полная влагоемкость почвы уменьшилась в 3,6 раза. Зольность за первые 21 год возросла с 11,2 до 18,5 %, а к2002г. достигла 27,5 %. Этому

способствовало смешивание пахотного горизонта с минеральным песчаным горизонтом при вспашке. Содержания общего азота в почве снизилось с 1982 по 2016гг. на 1,13 %, углерода органического вещества - на 15,3 %. Динамика изменения кислотности почвы, содержания фосфора и калия была напрямую связана с внесением известковых, органических и минеральных удобрений.

Ключевые слова: торфяники, трансформация, Рязанская Мещера, осушение, перегно-гумусовый горизонт, агрохимические свойства, водно-физические свойства.

Для цитирования: Нефедов А.В., Ильинский А.В., Морозов А.Е. Изменение свойств осушенных торфяно-подзолисто-глеевых почв при длительном использовании // Земледелие. 2018. №2. С. 23-35.

После осушения и окультуривания торфяных почв наблюдается развитие ряда негативных процессов: осадка торфа и его консолидация (уплотнение) в результате удаления гравитационной влаги; активация биохимического разложения органогенной массы до углекислоты, воды и нитратов. Темпы разложения торфяных почв обусловлены тремя факторами: глубиной залегания грунтовых вод, характером сельскохозяйственного использования и климатическими условиями. Так, в лесостепи европейской территории разложение освоенных в сельскохозяйственном производстве торфяных почв протекает весьма интенсивно - до 2-3 см/год, что делает возможным сработку метровой толщи торфа до минерального дна менее чем за 40-50 лет [1, 2, 3, 4].

Рязанская Мещера, охватывает южную часть Мещерской низменности, занимая приблизительно треть территории Рязанской области. По данным С.Р. Тараниной, к 1990 г лучшие кормовые угодья внепойменных территорий Рязанской Мещеры относятся к урочищам на низинных перегнойно-торфянистых и торфяно-

глеевых, а также подзолисто-болотных глеевых суглинисто-песчаных почвах [5, 6, 7]. Помимо этого широкое распространение получили болотно-подзолистые или подзолисто-глеевые почвы, образовавшиеся при заболачивании дерново-подзолистых почв. При этом дерново-подзолистая почва трансформируется в торфяно-подзолисто-глеевую [8, 9, 10].

В результате осушения и длительного использования торфяных почв в сельскохозяйственном производстве отмечается значительное уменьшение торфяного слоя от 30 до 80 % и более [4, 11]. Бессистемная длительная эксплуатация торфяных почв приводит к полной потере плодородия [3, 4, 12, 13, 14]. Таким образом, особую актуальность приобрела проблема изучения трансформации длительно используемых в сельскохозяйственном производстве осушенных торфяных почв, решение которой позволит в дальнейшем разработать современные рекомендации по поддержанию и восстановлению их плодородия.

Цель исследований - оценка изменения свойств осушенной торфяно-подзолисто-глеевой почвы при её длительном использовании в сельскохозяйственном производстве.

Исходная информация для изучения и оценки изменения свойств, осушенных торфяно-подзолисто-глеевых почв (период наблюдений 1962-2016 гг.) представляет собой архивные материалы Рязанского филиала Центрального Государственного проектного института по землеустройству (Центргипрозем), а также результаты периодических обследований станцией агрохимической службы «Рязанская» и Мещерского филиала ФГБНУ «ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова».

Мелиоративная система«Тинки-2» расположена на землях ОПХ «Пол-ково» Рязанского района Рязанской области, ранее ее активно использовали для торфоразработки, а с ы 1962 г. в качестве экспериментальной е базы Мещёрской зональной опытно л мелиоративной станции (МЗОМС). Д По проекту осушено закрытой сетью л 166 га, открытой сетью - 150 га. По- е чвы преимущественно торфянистые. 2 Мелиоративная система «Тинки-2» 2 расположена в границахводосборно- м го участка на второй надпойменной 1 террасе реки Оки. Поверхность водо- 8

1. Динамика изменения мощности горизонтов, степени разложения, зольности и водно-физических свойств почвы

Показатель 1962 г. 1982 г. I 2002 г | 2016 г.

Длительность эксплуатации,лет -* 20 40 55

Мощность, см: перегнойного горизонта, 0 22 25 24

торфяного горизонта 55 14 3 0

Степень разложения, % 22,4 49 - -

Зольность, % 11,2 18,5 27,5 -

Полная влагоемкость, % (от массы) 352 274 140,5 98

Наименьшая влагоемкость, % (от массы) - - 100 76

Плотность твердой фазы, т/ м3 - - 1,84 2,17

Плотность сложения, т/ м3 0,11 0,13 0,46 0,66

*«-» - данные отсутствуют

сборного участка представляет собой слабовыположенную равнину. По механическому составу, пищевому, тепловому и водному режимам почв участок типичен для Мещерской низменности. Исследуемая территория находится в области Московского артезианского бассейна. Водоупо-ром служат глины верхнеюрского и каменноугольного возраста. Верхнечетвертичный водоносный горизонт и нижне-среднечетвертичный водоносный комплекс образуют единый грунтовый поток, направленный от водораздела к магистральному каналу объекта «Тинки-2». Водовмещающие породы - пески светло-серые с желтым оттенком, средне и мелко-тонкозернистые, местами глинистые. Коэффициент фильтрации разнозернистых песков колеблется от 4,9 до 1,92 м/сут (нижне-среднечетвертичные отложения), а мелкозернистых песков - от 0,71 до 1,25 м/сут (верхнечетвертичный комплекс). Воды пресные, гидрокарбонатно-натриевые [5, 15].

В результате обследования проведенного Центргипрозем в 1962 г на объекте «Тинки-2» почва участка площадью 50 га - торфяно-подзолисто-глеевая легкосуглинистая, подстилаемая древнеаллювиальными песками. По визуальным наблюдениям торф древесно-травянистый. Коэффициент фильтрации около 1,0 м/сут.

С 1962 г участок использовали в 6-польном севообороте (однолетние травы с подсевом клевера - клевер I и II года пользования - ячмень на зерно - кукуруза на силос - кукуруза на силос). Средняя урожайность

(1984-1988 гг.) ячменя - 2,67 т/га; кукурузы на силос - 40,4; многолетних трав на сено - 7,6; однолетних трав на зеленый корм - 21,3 т/га. В период 1984-1988 гг. в среднем ежегодно вносили 60 кг д.в./га азотных удобрений; 40 кг/га фосфорных; 80 кг/га калийных, а также по 30 т/га навоза КРС. В 1987 г. внесли доломитовую муку нормой 4,5 т/га. В 1990-1995 гг на поле выращивали горохоовсяную смесь на зеленый корм (урожайность 20 т/га зеленой массы), клевер (10 т/ га зеленой массы), кукурузу на силос (25 т/га). Удобрения в этот и последующий период не вносили. В 2003 г после зяблевой вспашки на глубину 23-25 см и весенней культивации на глубину 7-10 см провели посев овса на зеленый корм в смеси с кострецом безостым (Бготив ¡пвгт1в 1_.). Затем до 2013 г. участок использовали под сенокос и пастбище. Осенью 2013 г провели вспашку и до 2016 г. выращивали яровые зерновые культуры (ячмень, овес).

Агрохимические и водно-физические свойства почвы определяли в слое 0-20 см с использованием следующих методов: рН(КС|| - ГОСТ 27979; гидролитическая кислотность (ммоль/100 г почвы) - ГОСТ 27894.188; подвижный калий и фосфор (мг/ кг) - ГОСТ 27894.6-88; сумма поглощенных оснований (ммоль/100 г почвы) - ГОСТ 27821-88; азот общий (%) - ГОСТ 26715-85; зольность (%) -ГОСТ 11306-83; плотность сложения (т/м3), полная влагоемкость (%, от массы); наименьшая влагоемкость (%, от массы); плотность твердой фазы (т/м3) - общепринятыми методами.

За первые 21 год интенсивного сельскохозяйственного использования мощность торфяного слоя торфяно-подзолисто-глеевых легкосуглинистых на древнеаллюви-альных песках почв мелиоративного объекта «Тинки-2» уменьшилась на 74,5 % до 14 см, за последующие 20 лет - до 3 см, а затем еще за 14 лет он превратился в однородный перегнойно-гумусовый горизонт, содержащий трудно различимые растительные остатки (табл. 1). Существенно изменились и другие показатели почвы. Так, зольность за первый период увеличилась с 11,2 до 18,5 %, а к 2002 г. достигла 27,5 %. Этому способствовало уменьшение торфяного слоя и смешивание его с минеральным песчаным горизонтом при вспашке.

Плотность сложения почвы, во многом зависящая от степени разложения и зольности, за 55 летний период возросла в 6 раз и составила 0,66 т/м3, что соответствует плотности перегнойного слоя. Увеличение плотности сложения приводит к снижению пористости и связанной с ней влагоемкости. В результате за более чем полувековой период использования объекта, полная влагоемкость уменьшилась в 3,6 раза.

Многие авторы отмечают, что при степени разложения более 50 %, зольности более 14,5 %, объемной массе более 0,20 г/см3 торфяная почва превращается в гумифицированную массу, которая при дальнейшем использовании деградирует в бесструктурную массу с трудно различимыми растительными остатками [3, 11, 13].

В результате изучения агрохимических свойств длительно используемых торфяно-подзолисто-глеевых легкосуглинистых на древнеаллювиальных песках почв мелиоративного объекта «Тинки-2» (табл. 2) установлено уменьшение кислотности почвы участка в 2002 г., по сравнению с 1982 г., на 1,2 ед. рН, что связанно с последействием проведенного в 1987 г известкования. Увеличение содержания фосфора к 2002 г., по сравнению с 1962 г., на 32,7 мг/кг и калия - на 13,4 мг/кг почвы обусловлено актив-

2. Динамика изменения агрохимических свойств почвы

Показатель I 1962 г. 1982 г. 2002 г. I 2016 г.

Длительность эксплуатации,лет - 20 40 55

Подвижный калий, мг/кг 5,2 14,3 18,6 12

Подвижный фосфор, мг/кг 9,3 16,8 42 38

Валовое содержание углерода,

% от органической массы 76,3 42,7 28,6 12,2

Азот общий, % 2,4 2,2 1,4 1,07

рН (КС1), ед. рН -* 4,3 5,5 4,8

Гидролитическая кислотность, ммоль/100 г почв - - 1,9 3,1

Сумма поглощенных оснований, ммоль/100 г почвы - - 31,7 22,1

Степень насыщенности почвы основаниями, % 94,3 87,7

данные отсутствуют

ным применением на обследованном объекте минеральных удобрений в восьмидесятые годы двадцатого века. В период с 1989 по 2016 гг удобрения и мелиоранты не вносили. Кроме того, заиление магистрального канала и подпор воды в дренах привели к поднятию уровня грунтовых вод в весенний и осенний периоды до 50 см, что способствует заболачиванию, а в условиях активного водообмена и выносу плохо закрепляемых на легких почвах катионов. В комплексе это вызвало подкисление почвы к 2016 г., по сравнению с 2002 г., на 0,7 ед. рН (до 4,8 ед. рН). Одновременно содержание подвижных форм фосфора уменьшилось на 4 мг/кг, калия - на 6,6 мг/кг почвы. Также следует отметить снижение содержания общего азота с 1982 г. по 2016 г. в почве на 1,13 % и углерода органического вещества на 30,5 %.

При выращивании многолетних трав (с 2003 по 2013 гг.) и зерновых культур (с 2014 по 2016 гг.) без внесения органических, минеральных удобрений и мелиорантов степень насыщенности почвы основаниями уменьшилась на 6,5 %, гидролитическая кислотность увеличилась на 1,2 ммоль/100 г почвы.

Анализ представленных результатов многолетнего мониторингового исследования показывает, что торфяно-подзолисто-глеевая почва в процессе осушения и длительного использования в сельскохозяйственном производстве эволюционно претерпела следующие изменения. Торфяный слой уплотнился, гуми-фицировался и минерализовался. Это в конечном итоге привело к его трансформации в перегнойный горизонт. При использовании таких почв в сельскохозяйственном производстве необходимо разрабатывать и внедрять современные мелиоративные технологии и приемы, направленные на повышение продуктивности длительно используемых мелиорированных сельскохозяйственных земель.

Литература.

1. Данчеев Д.В., Ильинский А.В. К проблеме использования органических отходов урбанизированныхтерриторий при решении вопросов рационального природопользования // Экологические аспекты мелиорации, гидротехники и водного хозяйства АПК: материалы международной научно-практической конференции. М.: Изд. ВНИИГиМ, 2017. С. 184-187.

2. Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв: учебник. М.: Изд-во МГУ, 1987. 304 с.

3. Костяков А.Н. Основы мелиорации: учебник. 6-е изд. М.:, Сельхозгиз, 1960. 662 с.

4. Томин Ю.А., Мажайский Ю.А., Лисю-тин В.А. Экологические аспекты использования торфяных почв в сельскохозяй-

ственном производств // Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства: сб. науч. трудов. Рязань: РПХСА, 2003. № 7. С. 121-125.

5. Ильинский А.В., Побединская Г.В., Игнатенок В.А. Экологические аспекты мониторинга мелиорируемых земель в условиях техногенеза на примере объекта «Тинки-2» Рязанской области // Мелиорация и водное хозяйство: проблемы и пути решения: материалы международной научной конференции. М.: Изд. ВНИИА,

2016. Т. II. С. 144-148.

6. Кузин А.В., Нефедов А.В., Иван-никова Н.А. Экологическое состояние осушительных мелиоративных систем в Рязанской области // 68-я Международная научно-практическая конференция «Принципы и технологии экологизации производства в сельском, лесном и рыбном хозяйстве». Рязань: Издательство РПАТУ, 2017. Ч. 1. С. 376-380.

7. Таранина С.Р. Сельскохозяйственные ресурсы ландшафтов Мещерской низменности в пределах Рязанской области // Природные и хозяйственные ресурсы Рязанской области и оценка их перспектив. Тезисы Рязанской областной научно-практической конференции, РППИ 26-27 февраля. Рязань, 1990. С.119-123.

8. Виленский Д.П. Почвоведение: учебник. М.: Государственное учебно-педагогическое издательство Министерства просвещения РСФСР, 1957. 455 с.

9. Кауричев И.С. Почвоведение: учебник. Изд. 2-е. М.: Колос, 1975. 496 с.

10. Ушаков Р.Н., Нефедов А.В., Иван-никова Н.А. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистых почв в процессе длительного сельскохозяйственного использования // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева.

2017. № 3 (35). С. 78-83.

11. Коршунова Е.П., Томин Ю.А., Ли-сютин В.А. К вопросу эффективного использования длительно эксплуатируемых торфяных почв // Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования: материалы юбилейной международной научно-практической конференции. М.: изд. ВНИИА, 2007. Т. 2. С. 55-58.

12. Бондарев А.П., Кузнецова И.В. К оценке степени деградации почвенного покрова и меры ее предупреждения // Антропогенная деградация почвнного покрова и меры ее предупреждения: тез. докл. Всеросс. конф. Почв. ин-т им.

B.В. Докучаева. М.: РАСХН, 1998. Т. 1.

C. 28-30.

13. Гулюк П.П. Томин Ю.А., Лисютин В.А. Почвенно-экологические особенности использования торфяных почв в сельскохозяйственном производстве // Мелиорация и окружающая среда. М.: изд. ВНИИА, 2004. Т. 1. С. 69-71.

14. Обоснование использования удоб-рительно-мелиорирующей смеси на основе торфа и сапропеля для повышения плодородия деградированных почв / Л.В. Кирейчева, А.В. Нефедов, К.Н. Евсенкин и др. // Вестник Рязанского государственного агротехнологического

университета им. П.А. Костычева. 2016. № 3 (31). С.12-17.

15. Информационный бюллетень о состоянии недр на территории Рязанской области за 2012 год. 2013. № 18. 148 с.

Change in the Properties of Drained Peaty-Podzolic-Gley Soils during Prolonged Use

A.V. Nefedov1, A.V. llinskiy1, A.E. Morozov2

1Tara Branch of All-Russian research institute for hydraulic engineering and reclamation of A.N. Kostyakov, Ryazan, 390021, ul. Meshcherskaya (Solotcha), 1a, Ryazan', 390021, Russian Federation 2Station of Agrochemical Service "Ryazanskaya", ul. Shchorsa, 38a, Ryazan', 390025, Russian Federation

Abstract. The aim of the study was to assess the changes in the properties of drained peaty-podzolic-gley soil during its long-term use in agricultural production. Observations were carried out at the ameliorative facility "Tinky-2" (Ryazan district, Ryazan region). Under the influence of long-term use of the soil in agriculture (from 1962 to 2016), the processes of mineralization of organic matter accelerated. 4s a result, peaty-podzolic-gley soil, underlain by ancient alluvial sands, evo-lutionally undergoes the following changes: the peat layer compressed, humifies and mineralizes, which leads to its transformation into a humus horizon. For the first 21 years of intensive agricultural use, the thickness of the peat layer decreased to 14 cm (by 74.5%). Over the next 20 years, it reduced to 3 cm. Then for 14 years, it turned into a homogenous humous-humic horizon containing indistinct plant remains. Over a half-century of agricultural use, the density of the soil increased six times, the total moisture capacity of the soil decreased 3.6 times. The ash content for the first 21 years increased from 11.2% to 18.5%, and by 2016 it reached 27.5%. This was facilitated by the mixing of the arable horizon with the mineral sand horizon during plowing. The content of total nitrogen in the soil decreased by 1.13% from 1982 to 2016, of total carbon -by 15.3%. Dynamics of changes in soil acidity, phosphorus and potassium content correlated with the application of lime, organic and mineral fertilizers.

Keywords: peatland, transformation, Ryazan Meshchera, drainage, humous-humic horizon, agrochemical properties, water-physical properties.

Author Details: A.V. Nefedov, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; A.V. llinskiy, Ы Cand. Sc. (Agr.), director (e-mail: vniigm@ g vniigm.ryazan.ru); A.E. Morozov, Cand. Sc. е (Biol.), director (e-mail: agrohim_62_1b@ д mail.ru). л

For citation: Nefedov A.V., llinskiy A.V., е Morozov A.E. Change in the Properties of z Drained Peaty-Podzolic-Gley Soils during 2 Prolonged Use. Zemledelie. 2018. No. 2. M

Pp. 23-25 (in Russ.). О

■ 8