CC BY
49
МЕТЕОРОЛОГИЯ, ГЕОЛОГИЯ И ЛАНДШАФТОВЕДЕНИЕ
Известия ТСХА, выпуск 4, 2009 год
УДК 551.1.05 + 632.11
ИЗМЕНЕНИЯ АГРОФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛОДОРОДИЯ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА
А.И. БЕЛОЛЮБЦЕВ
(Кафедра метеорологии и климатологии)
Современные колебания и изменения к лимата территории Центрального Нечерноземья обостряют экологические проблемы агроландшафтов, расположенных на склоновых з емля х южных экспозиций: повышается п лотность с ложения и твердость почвы, снижается пористость и структурное состоя ние, ослабляется водопрочность агрегатов.
Ключевые слова: изменения климата, агроландшафты, агрофизические свойства, деградация почв, агротехнические приемы, минимализация.
Непосредственной причиной ускоренного развития деградационных процессов на склоновых землях было использование для их освоения обычных земледельческих технологий, механически перенесенных с равнинных территорий [5]. Стратегические ошибки, допущенные при использовании таких земель, зеркальным образом отразились на их экологическом состоя нии. Усиление темпов и расширение антропогенной деградации почв сопровождается истощением их питательными веществами, негативным изменением свойств, режимов, экологических функций, снижением продуктивности и, наконец, физическим разрушением [1, 10].
Осуществление агроэкологичес-кой оценки дерново-подзолистых почв склонов южных экспозиций, подверженных интенсивной антропогенной нагрузке, представляет собой непростую задачу. Такие локально-нарушенные экосистемы наход тс под наиболее активным воздействием и природных факторов, где их влия-
ние на основные показатели плодоро-ди почвенного покрова необходимо строго учитывать. Еще более осложняет эту оценку резкое усиление в последние годы пр мого воздействи гидротермических условий на агро-ландшафтные комплексы вследствие глобальных климатических изменений [11].
Условия и методика проведения
Исследования выполнены в 19812005 гг. в стационарном полевом опыте М-01-18-ОП, который был заложен осенью 1980 г. в Московской обл.
Истори ведени опыта включает два периода. В первый период (19801989 гг.) на двух смежных склонах южной экспозиции развернут трехфакторный опыт. Во второй (с 1990 г. и до настоя щего времени) с учетом дальнейшего совершенствовани систем земледелия, комплексного изу-чени принципов разноглубинности, минимализации, почвозащитной целесообразности и экологической адап-
А. Обработка почвы В. Склон
1. Вспашка на глубину 20-22 см, поперёк склона (контроль) 1. 8°
2. Вспашка + щелевание на 40-50 см и нарезанием щелей через 7-8 м 2. 4°
3. Плоскорезная на 18-20 см + щелевание через 1,4 м
4. Плоскорезная + чизелевание на 38-40 см
5. Поверхностная на 6-8 см + щелевание через 3-4 м
6. Поверхностная
тивности приемов обработки почвы, построени на этой основе принципиально новых ландшафтных систем земледели дл эрозионно-опасных территорий полевой опыт был модернизирован.
На опытном участке развёрнут п типольный почвозащитный зерно-травя ной севооборот во времени: 1 — овёс; 2 — ячмень с подсевом многолетних трав; 3 — многолетние травы 1 -го года пользовани ; 4 — многолетние травы 2-го года пользовани ; 5 — озима пшеница.
Предпосевна обработка почвы под возделываемые культуры, за исключением многолетних трав, включает дискование (БДТ-3) и обработку РВК-3,6 на глубину заделки сем н. Основные обработки примен ли дифференцированно. Нарезание щелей (ЩН-2-140) по вспашке и поверхностной обработке (з бь) проводили в позднеосенний период при устойчивом промерзании почвы на глубину 3$5 см, при возделывании озимой пшеницы — перед посевом культуры; многолетних трав — в осенний период до промерзани почвы. В вариантах, включающих плоскорезную обработку в сочетании со щелеванием и чизелеванием, основную обработку проводили в обычные сроки комбинированным агрегатом ПЩН-2,5. Дл усилени почвозащитной эффективности поверхностной обработки после первого укоса многолетних трав 2-го года пользовани (один раз в ротацию севооборота) примен ли чизелевание на глубину 38$40 см плугом ПЧ-4,5М.
Все обработки и посев осуществл ли поперёк склона (стока).
Размещение вариантов в первый период проведени исследований
рендомизированное, во второй — методом организованных повторений. Повторность 3-кратная, число вариантов — 6, деля нок — 36.
Площадь деля нок I поря дка общая 11,5x240 (2760 м2), учётная — 4,2x240 (1008 м2); II поря дка — общая 11,5x120 (1380 м2 ), учётная — 4,2x120 (504 м2). Учётна площадь стоковых площадок 10x120 (1200 м2). Для изучения внутрипочвенного горизонтального
стока заложены стационарные воднобалансовые площадки 10x20 м. Общая площадь опыта 6 га.
Результаты и их обсуждение
В повышении культуры земледе-ли на склоновых земл х значительная роль принадлежит агрофизике почв, изучающей совокупность физических свойств и всех физических процессов и режимов, протекающих в почве, и обеспечивающей направленное их регулирование. Эти показатели служат научным обоснованием дл необходимости применени противоэрозионных агротехнических меропри тий на эрозионно-опасных территори х.
Сложение почвы характеризуется величиной объемной массы, от которой завис т основные физические свойства и режимы плодородия склоновых систем (водный, воздушный, тепловой и пищевой), а в итоге эко-логическа и производительна их
устойчивость. Важным фактором для обеспечения этой устойчивости служит оптимальная плотность сложе-ни . Наиболее благопри тные услови дл большинства культурных растений создаютс при средней плотности пахотного слоя 1,10—1,30 г/см3 [6]. Такие же ее значения обеспечивают наилучшие услови дл водопоглощени талых вод и процессов регулировани водного режима.
Как показывают длительные исследования, общая динамика средней плотности эродированной почвы по п тилетним ротаци м зернотрав ного севооборота складываетс отрицательной (табл. 1). Наиболее заметное повышение плотности сложения отмечается с 1990 гг. и особенно за четвертую ротацию севооборота. Ее величина в зависимости от изучаемых вариантов находилась в пределах 1,36—1,63 г/см3, достигая по отдельным сло м почвы 1,75 г/см3 (20—40 см). Даже в последнюю ротацию, когда согласно полученным данным, установлено некоторое улучшение этого показателя, общая тенденция в целом не изменилась, так как эта ротация из-за
гибели многолетних трав была неполной. При возделывании именно этой культуры отмечаетс самое высокое уплотнение почвы. Поэтому делать выводы об общих позитивных изменениях плотности сложения почвенных горизонтов следует осторожно.
Причины повышени плотности
эродированной почвы многообразны и достаточно сложны. По нашему мнению, главные из них кроются в глобальном изменении природно-климатических характеристик последних лет. В услови х теплых неустойчивых зим из-за переувлажнения вследствие многочисленных оттепелей и высокой степени цементации почвы льдом не происходит активного ее пу-чени . В результате нарушени процессов зимнего разуплотнени почва не достигает равновесного состо ни . Подобная обстановка, причем наиболее выражено, складывается в годы при отсутствии или неглубоком (до 15 см) промерзании пахотного горизонта (в 1989, 1990, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004 гг.). Эти наблюдения подтверждают специальные лабораторные и полевые исследовани [3].
Т а б л и ц а 1
Действие противоэрозионных обработок на плотность сложения почвы,
слой 0-40 см, г/см3
Вариант обработки Ротация севооборота, по годам
1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005
Склон крутизной 8°
Вспашка 1,44 1,45 1,48 1,52 1,50
Вспашка + щелевание 1,43 1,44 1,49 1,52 1,48
Плоскорезная + щелевание - - 1,47 1,53 1,48
Плоскорезная + чизелевание - - 1,46 1,53 1,48
Поверхностная + щелевание - - 1,48 1,53 1,47
Поверхностная 1,45 1,46 1,45 1,51 1,49
Склон крутизной 4°
Вспашка 1,42 1,44 1,49 1,49 1,45
Вспашка + щелевание 1,41 1,43 1,48 1,50 1,43
Плоскорезная + щелевание - - 1,48 1,52 1,43
Плоскорезная + чизелевание - - 1,47 1,52 1,43
Поверхностная + щелевание - - 1,44 1,50 1,43
Поверхностная 1,43 1,44 1,42 1,47 1,45
НСР05 фактор А 0,04 0,02 0,02 0,01 0,02
В 0,05 0,03 0,03 0,02 0,04
Установлено, что в слое почвы выше фронта промерзани плотность ее, как правило, уменьшается (коэффициент морозного пучени среднего суглинка составляет 9—10%), однако ниже — значительно увеличивается . Следствием этого эффекта нередко была существенная усадка грунта (около 14 мм) после оттаивани и общее заметное повышение плотности почвы.
Весной при подготовке эродированной почвы к посеву ровых зерновых культур происходит дополнительное ее уплотнение под действием тяжелых почвообрабатывающих машин и орудий. Разновременное созревание почвы по элементам склона, слитный и заплывший после перезимовки верхний горизонт с разрушенной структурой также существенно усложняют ее подготовку, поэтому требуетс более интенсивна обработка почвы. Как известно, даже при однократном проходе тяжелых колесных тракторов средн плотность па-
хотного слоя возрастает на 20—40%, уплотн юща деформаци распро-
страняется на глубину 40—60 см, а в отдельных случа х до 1 м. Трехкратные проходы тяжелых тракторов по влажной дерново-подзолистой почве уплотняют ее до 1,41 — 1,45 г/см3 [2, 7]. В результате уже в начале вегетации различи в показател х плотности сложения пахотного горизонта по вариантам обработки нивелируются, часто превышают оптимальную и даже равновесную и достигают 1,46—
1,52 г/см3.
Для предупреждения этого я вле-ни при обработке необходимо ориен-тироватьс на физическую спелость почвы. При проведении механической обработки в оптимальных интервалах влажности почва не мажется, не уплотня ется, не образует глыб, пласт хорошо крошится, создаются наиболее благопри тные соотношени твердой фазы, воды и воздуха. Однако с учетом сложившихся неблагоприят-
ных почвенно-климатических и погодных условий холодных сезонов и разновременного созревани почвы на склонах реально добитьс этого весьма проблематично.
Тем не менее, самым сильным естественным фактором, оказавшим негативное вли ние на дальнейшее агрофизическое состо ние эродированной почвы, стало нарастание засушливости периода вегетации и его подпериодов. Почва как физиче-ска система вл етс капилл рно-набухающим телом, состоящим из твердых частиц, расположение которых зависит от количества влаги в ней [9]. Иссушение смытой почвы резко повышает плотность ее сложения .
В этих сложных условиях приме-н емые противоэрозионные обработки оказывают слабое вли ние на снижение величины средней плотности в пахотном слое. На этом фоне выдел -етс лишь поверхностна обработка, где эти показатели были несколько ниже (на 3—6%), чем в контрольном и других изучаемых вариантах. Наиболее заметно эти различи про в-ляются в верхнем 0—10 см слое почвы, что обусловлено повышенным уровнем его гумусированности. Однако уже последующий слой (10—20 см) не имеет таких преимуществ по плодородию, и он более деформирован, чем другие (табл. 2). Кроме того, это обусловлено еще и тем, что слой 10—20 см в почвенном профиле при минимали-зации в наибольшей степени подвержен негативному техногенному воздействию и возможным отрицательным экологическим изменениям, выступа в роли буферного горизонта.
Минимализаци обработки сокращает не только площадь уплотнени и уменьшает интенсивность техногенного воздействи на верхний слой эродированной почвы, но и способствует устранению остаточной деформации в нижележащих ее горизонтах (20—40 см), где эти различия, так же как и в верхнем слое, были достаточ-
Влияние противоэрозионных обработок и крутизны склона на плотность сложения по горизонтам почвы, г/см3 (1989-1992)
Вариант обработки Слой почвы, см
0-10 10-20 20-30 30-40 0-20 20-40
Склон крутизной в°
Вспашка 1,36 1,46 1,б1 1,54 1,41 1,53
Вспашка + щелевание 1,36 1,47 1,52 1,54 1,42 1,53
Плоскорезная + щелевание 1,36 1,49 1,б3 1,54 1,43 1,54
Плоскорезная + чизелевание 1,34 1,48 1,52 1,52 1,41 1,52
Поверхностная + щелевание 1,3б 1,б0 1,52 1,53 1,43 1,53
Поверхностная 1,34 1,47 1,50 1,52 1,41 1,51
Склон крутизной 4°
Вспашка 1,33 1,41 1,48 1,53 1,37 1,51
Вспашка + щелевание 1,33 1,40 1,48 1,52 1,37 1,50
Плоскорезная + щелевание 1,32 1,42 1,46 1,50 1,37 1,48
Плоскорезная + чизелевание 1,32 1,42 1,47 1,50 1,37 1,49
Поверхностная + щелевание 1,31 1,43 1,46 1,51 1,37 1,49
Поверхностная 1,30 1,42 1,46 1,48 1,36 1,47
но очевидны. Этому способствует и проведение периодического (один раз в пять лет) чизелевания на глубину 38—40 см. Заслуживает серьезного внимания и тот факт, что при ми-нимализации обработки устойчивость почвы к неблагопри тным природноантропогенным воздействи м возрастает. Это может стать важной отправной точкой в разработке на склоновых земл х эффективных агротехнических меропри тий по адаптации почвозащитных систем земледели к новым экологическим условия м, сформированным в результате современных колебаний и изменений климата.
Проведенна трендова оценка
плотности сложения почвы за 25-летний период исследований указывает на ее общий заметный рост. Однако факт присутствия длительно-однонаправленных изменений этого показателя имеет неоднозначную агроэко-логическую оценку. Дисперсия тренда по обоим изучаемым склонам не превышает 12%. Тем не менее, если проанализировать осредненную по вариантам обработки динамику плотности
сложения почвы за последние 15 лет, то обща тенденци остаетс пока отрицательной (рис. 1).
Критерии агроэкологической оценки, кроме трансформации конкретных свойств почв и ландшафтов, должны учитывать и дальнейшие прогнозируемые процессы от их использо-вани . В этой св зи подобные изменения плотности сложения почвенного профил не могут не сказатьс на общих экологических и экономических показател х функционировани эрозионно-опасных агроландшафтов. Поэтому переуплотнение пахотных почв южных склонов в результате по-теплени зимних периодов и нарас-тани засушливости климата региона ставит перед современным земледелием весьма серьезную проблему, которая, как показывают наши исследования , с каждым годом становится все острее. Прогноз на обозримое будущее также остается пока неутешительным.
Обработка уплотненной и заплывшей почвы приводит к увеличению глыбистости, что ухудшает, прежде всего, структурное состоя ние пахот-
Год
Рис. 1. Тренд плотности почвы
ного горизонта. Структура почвы является одним из основных факторов её плодородия. Оптимальные водно-воздушный и пищевой режимы, физические, физико-химические и биологические условия для жизни растений возможны лишь на хорошо оструктуренной почве. Не случайно большое значение благопри тной почвенной структуре в повышении плодородия почв и борьбе с эрозией придавали виднейшие ученые нашей страны В.В. Докучаев, А.А. Измаильский, П.А. Костычев, В.Р. Вильямс,
Н.А. Качинский и др.
Расчленение почвы на агрегаты происходит под вли нием многих процессов и явлений, например, в результате промораживания [8] . Слабое или тем более полное отсутствие промораживания почвы, как мы уже указывали выше, в условия х теплых зим не способствует эффективному образованию структуры. При многократном промерзании и оттаивании избыточно увлажненная почва не распадается на агрегаты. Напротив, происходит активное физико-химическое разрушение структуры, особенно
верхнего слоя, что не только не улучшает плодородие почв склонов,
но и резко снижает их устойчивость к эродирующему воздействию стока в весенний период.
Важное влия ние на агрегирование оказывает и механическа обработка почвы. Большинство почвообрабатывающих орудий способны крошить почву на те агрегаты, которые уже сформировались в результате различных процессов. Обработка уплотненной, заплывшей, сухой или, наоборот, сильно увлажненной почвы способствует укрупнению агрегатов и образованию глыб. Такое состоя ние смытых почв склонов южных экспозиций в силу их специфических особенностей и сложившихся гидротермических условий последних лет было не редкостью. При этом не имело особого значения, когда проводилась обработка почвы осенью или весной. Последствия были, как правило, одинаково негативными. В результате коэффициент структурности эродированных дерново-подзолистых почв за 25-летний период исследований снизился в среднем на 0,84, или на 30%, при наиболее существенном изменении на склоне крутизной 8° — на
0,93, или на 36% (табл. 3). Уменьшение количества агрономически ценных
Т а б л и ц а 3
Действие противоэрозионных обработок на коэффициент структурности, слой 0-40 см
Вариант обработки Ротация севооборота по годам
1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005
Склон крутизной 8°
Вспашка 2,5 2,1 2,1 1,8 1,4
Вспашка + щелевание 2,7 2,0 2,0 1,8 1,6
Плоскорезная + щелевание - - 2,1 1,9 1,6
Плоскорезная + чизелевание - - 2,0 1,9 1,6
Поверхностная + щелевание - - 2,3 2,2 1,8
Поверхностная 2,7 2,3 2,5 2,4 2,1
Склон крутизной 4°
Вспашка 2,9 2,4 2,5 2,3 1,9
Вспашка + щелевание 2,8 2,3 2,4 2,3 2,1
Плоскорезная + щелевание - - 2,5 2,4 2,1
Плоскорезная + чизелевание - - 2,4 2,5 1,9
Поверхностная + щелевание - - 2,9 2,7 2,3
Поверхностная 2,9 2,6 3,0 2,9 2,5
НСР05 фактор А 0,38 03 0,14 0,09 01
В 0,47 0,37 0,24 0,16 0,17
агрегатов почвы (10,0$0,25 мм) происходит в основном за счет их укрупне-ни до глыбистых размеров (больше 10 мм) при одновременном сокращении в 1,5-3 раза содержания пылеватых фракций.
Среди изучаемых приемов и систем противоэрозионной обработки почвы позитивный оструктуривающий эффект оказывает минимализаци (дискование на 6-8 см), роль которой в сохранении и улучшении структуры как пахотного, так и подпахотного горизонтов была достаточно очевидна (табл. 4). Ограничение механического воздействия на почву тяжелых почвообрабатывающих машин и орудий способствует повышению коэффициента структурности по отношению к вспашке (контроль) и другим изучаемым вариантам обработки на 15-20% Однако более важным результатом применени поверхностной обработки следует считать вы вленную высокую экологическую устойчивость почвы по этому показателю к неблаго-при тным колебани м и изменени м внешней среды и климата. Если за первую и частично вторую ротации
севооборота различи в структурном состо нии почвы в этом варианте по отношению к обычной вспашке были минимальными (не более 9%), то в последующие три ротации на склоне крутизной 4° они достигли 26$32%, а на склоне крутизной 8° — 33-50%. Следовательно, в этих условиях ми-нимализаци основной обработки смытой почвы путем замены вспашки дискованием вл етс наиболее эффективным способом стабилизации структурного состо ни и оздоров-лени экологической обстановки на склоновых земл х.
Самые заметные изменени в развитии почвенно-деградационных процессов склоновых земель наблюдаются в последние годы. Обеспокоенность вызывает обща устойчива динамика ухудшени структурного состо -ния почв, заметно возрастающая с повышением крутизны склона. Установлена закономерность: чем выше степень эродированности почв, тем больше ее у звимость к неблагопри т-ному воздействию факторов внешней среды. Графический анализ и трендо-ва оценка нагл дно демонстрируют
Влияние агротехнических приемов и рельефа на коэффициент структурности по горизонтам почвы, % (1989-1992)
Вариант обработки Слой почвы,см
0-20 20-40 0-40
Склон крутизной 8°
Вспашка 2,42 1,87 2,15
Вспашка + щелевание 2,43 1,82 2,13
Плоскорезная + щелевание 2,29 1,99 2,14
Плоскорезная + чизелевание 2,36 1,94 2,15
Поверхностная + щелевание 2,57 2,01 2,29
Поверхностная 2,63 2,20 2,42
Склон крутизной 4°
Вспашка 2,69 2,35 2,52
Вспашка + щелевание 2,64 2,31 2,48
Плоскорезная + щелевание 2,60 2,32 2,46
Плоскорезная + чизелевание 2,69 2,37 2,53
Поверхностная + щелевание 2,79 2,48 2,64
Поверхностная 2,74 2,70 2,72
вы вленные закономерности и подтверждают (И2=41%) негативную направленность современных экологических изменений (рис. 2).
Ценность структуры почвы, особенно на склоновых землях в усло-ви х активного развити процессов эрозии, зависит от её водопрочности.
Способность почвенных агрегатов
противосто ть размывающему действию воды и не распадатьс на состав-л ющие их механические элементы или микроагрегаты определ ет физическую и экологическую устойчивость агроландшафтов. В течение периода исследований водопрочность макро-
— Склон 4° — Склон 8°
Год
Рис. 2. Тренд структурного состояния почвы в зависимости от крутизны склонов
агрегатов, сформированных в результате различных процессов и влений, измен етс в достаточно больших пределах и имеет неустойчивую динамику (табл. 5).
В то же время известно, что водо-прочность структуры сама по себе в-ляется величиной динамичной и может изменя ться в пространстве и времени в зависимости от влажности и температуры почвы, ее биологической активности, условий аэрации и т.п. В данном случае общая слабая устойчивость агрегатов эродированных почв обоих склонов объясняется в первую очередь их малой гумусиро-ванностью.
Наиболее водопрочна структура образуется при участии гуминовых кислот. В результате процессов эрозии верхний горизонт почвы тер ет органическое вещество, что приводит к уменьшению количества водопрочных агрегатов. Подтверждением высокой средостабилизирующей роли гумуса в условиях природной и антропогенной деградации почв могут служить результаты исследований,
полученные за последние п ть лет. При общей неустойчивой и в целом отрицательной динамике показателей водопрочности ее повышение составило в среднем 14%, где основной причиной вл етс улучшение гумусного состо ни почвы в эти годы.
Под вли нием природного и антропогенного процессов почвообразова-ни наиболее водопрочна и агрономически ценна структура формируетс в пахотном горизонте, особенно при применении поверхностных обработок. Оптимизация режимов плодоро-ди почвы в этих вариантах, в частности гумусного состо ни верхнего горизонта, обеспечивает повышенную сопротивл емость макроагрегатов к размыву. Однако в подпахотном слое водопрочность структуры снижается и уже уступает контрольному и большинству других изучаемых приемов обработки.
Сокращение физико-механической нагрузки движителей на почву при поверхностной обработке способствует улучшению многих физических и других агрономически значимых ее
Т а б л и ц а 5
Действие противоэрозионных обработок на водопрочность почвенных агрегатов, %
Вариант обработки Ротация севооборота, по годам
1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005
Склон крутизной 8°
Вспашка 44,0 40,7 36,1 35,2 40,6
Вспашка + щелевание 45,9 40,7 36,5 36,1 41,1
Плоскорезная + щелевание - - 37,6 36,9 44,2
Плоскорезная + чизелевание - - 37,6 36,7 44,7
Поверхностная + щелевание - - 38,0 37,9 44,0
Поверхностная 44,6 39,0 37,0 37,2 41,4
Склон крутизной 4°
Вспашка 45,8 38,6 40,0 37,1 43,6
Вспашка + щелевание 48,7 39,0 40,0 37,2 42,4
Плоскорезная + щелевание - - 37,0 37,8 41,5
Плоскорезная + чизелевание - - 42,0 39,1 43,5
Поверхностная + щелевание - - 41,3 42,2 45,3
Поверхностная 47,4 41,2 42,6 44,5 44,6
НСР05 фактор А 3,34 4,18 2,76 1,29 1,99
В 4,09 5,12 4,78 2,23 3,45
свойств. Высокую эффективность ми-нимализации, особенно в засушливые годы, подтверждают и многолетние исследования других авторов [4].
Вместе с тем одной обработкой хорошей структуры, строения и сложения создать невозможно. В оптимизации физических свойств почв хорошо известна роль растений. Так, при анализе процессов структурообразо-вани почв под различными культурами выя влено, что макроагрегатный состав почв, занятых многолетними травами 1-го года пользования, в процентном отношении представлен более водопрочными агрегатами, чем под зерновыми и даже под травами 2-го года пользования. Это является важным свидетельством сниже-ни средостабилизирующих функций травосмеси с возрастом в сложив-шихс экологических услови х воз-делывани с.-х. культур в последние годы (табл. 6).
Многолетние травы, оцениваемые как богатый источник поступлени в почву органической массы в форме пожнивных остатков, улучшают структурное состо ние эродированных почв, активизирует процессы агреги-ровани . Однако показатели плотности сложения почвы и твердость при
возделывании смеси трав заметно уступают таковым при выращивании ровых и озимых зерновых культур. Наиболее плотной почва формируется в период вегетации многолетних трав 2-го года пользования, где осреднен-на ее величина по склонам состав-ля ет 1,54 г/см3, что определя ет я вно неблагоприятный физический режим почвы и услови дл роста растений. Поэтому для поддержания оптимальных параметров плодороди смытых почв необходимо осуществл ть правильную агротехнику, внедр ть севообороты с насыщением многолетних трав, применять органические и минеральные удобрени с учетом специфики склоновых земель.
При оценке в среднем за 25 лет непрерывных исследований комплексного вли ни антропогенно-
природных факторов на основные показатели плодороди эродированной дерново-подзолистой почвы можно констатировать общее ухудшение агрофизического ее состо ни (табл. 7). Это выражается в повышении плотности сложения и твердости почвы, снижении пористости и количества агрономически ценной макроструктуры, ослаблении устойчивости макроагрегатов к размывающему действию
Т а б л и ц а 6
Действие полевых культур на агрофизические свойства почвы на склонах разной крутизны, слой 0-40 см (1981-2005)
Вариант обработки Плотность, г/см3 Твердость, кг/см2 Коэффициент структурности, Кст Водопроч-ность агрегатов, %
Склон крутизной 8 °
Овес 1,48 44,8 2,06 41,5
Ячмень + мн. травы 1,46 38,8 2,07 38,7
Мног. травы 1-го года пользования 1,49 48,2 2,08 41,8
Мног. травы 2-го года пользования 1,54 45,4 2,12 38,6
Озимая пшеница 1,46 38,9 1,97 38,3
Склон крутизной 4 о
Овес 1,45 42,4 2,45 41,7
Ячмень + мн. травы 1,43 33,2 2,41 39,6
Мног травы 1-го года пользования 1,43 46,4 2,59 43,6
Мног. травы 2-го года пользования 1,53 41,8 2,42 38,1
Озимая пшеница 1,44 36,4 2,43 41,6
Изменения агрофизических свойств почвы под действием противоэрозионных приемов обработки и рельефа, слой 0-40 см (1981-2005)
Вариант обработки Плотность, г/см3 Общая пористость, % Твердость, кг/см2 Коэффициент структурности Водопрочность агрегатов, %
Склон крутизной 8Р
Вспашка 1,48 48,0 42,1 1,98 39,3
Вспашка + щелевание 1,47 47,3 39,2 2,01 40,2
Поверхностная 1,46 46,8 44,2 2,39 40,2
Склон крутизной 4°
Вспашка 1,46 47,1 38,1 2,38 40,7
Вспашка + щелевание 1,45 48,1 36,1 2,35 41,0
Поверхностная 1,44 46,2 41,7 2,75 43,5
НСР05 фактор А 0,012 0,08 1,06
В 0,015 0,10 1,29
П р и м е ч а н и е. Твердость почвы указана за период с 1981 по 1993 г
воды и, наконец, общей тенденции на обеструктуривание, особенно заметной в 1990-е годы. Сочетание этих свойств и показателей ухудшают водно-воздушный, тепловой и питательный режимы почв, снижают ее устойчивость к эрозии, обостряют экологические проблемы склоновых земель и окружающей среды в целом. Вместе с тем нельз не отметить и определенную позитивную динамику в состо нии основных агрофизических показателей плодороди смытых почв (плотности сложения, водопроч-ности макроструктуры), особенно за последние п ть лет. Это вл етс
важным и достаточно обнадеживаю-щимсвидетельствомвысокойсредоста-билизирующей эффективности при-меня емого комплекса адаптивных агротехнических мероприятий, направленных на обеспечение долговременной экологической устойчивости ландшафтов.
Таким образом, одной из основных причин неудовлетворительного физического состо ни эродированных почв в последние дес тилети вл -
ютс колебани и направленные из-менени климата территории Нечерноземной зоны в сторону потеплени . Агроэкосистемы, расположенные на склонах южных экспозиций, в силу
своих особенностей и специфики естественных почвообразовательных процессов я вляются наиболее уя зви-мыми к этим изменения м. Наложение неблагопри тного природного комплекса факторов на антропогенный и взаимное их усиление значительно осложня ет экологическую обстановку на таких территориях, а в ближайшей перспективе может привести к еще более серьезному кризису. Поэтому, принима во внимание текущий характер этих изменений и прогнозируемое их развитие, необходимо уже сейчас применять комплекс упреждающих мер, адекватный современным представления м по охране окружающей среды и принципам безопасного природопользовани .
Возможным решением этой проблемы могут стать экологические ограничени интенсивных антропогенных нагрузок, в частности, через минимализацию обработки. Сокращение числа технологических операций способствует, прежде всего, активизации процессов саморегул ции почвенного профиля, восстановлению его природных свойств, режимов и экологических функций, что в конечном итоге повышает экологическую устойчивость почв к неблагопри тным воздействи м внешних факторов.
1. Ахтырцев Б.П. История антропогенной деградации почв лесостепи в голоцене // Вестник ВГУ. Серия химия, биология, 2000. С. 80-85.
2. Воробьев Г.Я. Беречь почву от переуплотнения техникой // Земледелие, 1987. № 9. С. 15-17.
3. Калюжный И.Л., Лавров С.А., Штыков В.И. О влиянии промерзания почвы на ее плотность // Метеорология и гидрология, 2001. № 3. С. 91-102.
4. Качанин А.Л., Гармашов В.М., Нужная Н.А. и др. Обработка почвы и эффективность использования ее плодородия // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 2002. № 1. С. 81-83.
5. Кононов В.М. Агроэкологическая оценка земель Оренбургской области и принципы формирования адаптивного землепользования // Вестник ОГУ, 2002. №3. С. 84-89.
6. Кочетов И.С. Агроландшафтное земледелие и эрозия почв в Центральном Нечерноземье. М.: Колос, 1999.
7. Кочетов И.С. Эродированные почвы Центрального Нечерноземья и их интенсивное использование. М., 1988.
8. Мотузов Я.Я. Влияние мороза на структуру и эрозионную стойкость почвы в зависимости от ее влажности // Почвоведение, 1960. № 3. С. 53-58.
9. Семенов В.А., Решетин О.Л., Орлов С.Ю. Физические основы формирования температурного, влажностного и воздушного режимов в почве // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2003. № 2. С. 22-24.
10. Уткаева В.Ф., Щепотьев В.Н. Деградация физических свойств аллювиальных почв в результате агротехноценоза // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2003. № 5. С. 28-30.
11. dimate Chang. Impacts, Adaptations and Vulnerability Contribution of Working Group II to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. WMO/UNEP // Cambridge, Cambridge University Press, UK., 2001.
Рецензент — д. с.-х. н. Г.И. Баздырев
SUMMARY
Recent climatic variability and changes of Central non-black soil area exacerbate environmental problems agrolandscapes located on hillside lands of southern expositions: both compactness and soil firmness increase while porosity and structural condition decrease, water-stability of aggregates weakens.
Key words: climatic changes, agrolandscapes, agrophysical properties, soil degradation, cultural practices, minimization.
Белолюбцев Александр Иванович — д. с.-х. н., РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева. Тел. 977-73-55. Эл. почта: [email protected]
