CC BY
28
УДК 631.48:631.51
изменения гумусового горизонта черноземов при длительной распашке в западной сибири
В.Е. СУХОВЕРКОВА, кандидат биологических наук, зав. отделом
Алтайский НИИ сельского хозяйства, Научный городок, 35, Барнаул, 656910, Россия E-mail: [email protected]
резюме. Исследования проведены на агроландшафтах Приобского плато в Алтайском крае. Почвы Приобской лесостепи осваиваются в течение 60-100 лет. Почвенный покров изучаемой территории (4,4 тыс. га в границах ОПХим. В.В.Докучаева) представлен в основном черноземами обыкновенными, выщелоченными и оподзоленными. Распаханность территории составляет 85%, соотношение пашня:луг:лес - 1:0,2:0,01. Сельскохозяйственное освоение земель в течение 40 лет привело к незначительным изменениям показателей плодородия распаханных черноземов. Основными критериями оценки трансформации черноземов, вовлеченных в сельскохозяйственный оборот, были морфологические характеристики, содержание гумуса, кислотность, агрофизические показатели. Для алтайских черноземов характерен процесс конвергенции (сближения) свойств пахотных горизонтов. Верхний гумусовый горизонт оказывается для всех почв агроландшафта выровненным по мощности (в пределах25-30 см) и часто совпадает с мощностью перегнойно-аккумулятивного горизонта А, составляя в среднем 29,5 см. Причина формирования антропогенного горизонта в профиле черноземов - подпахивание горизонтов АВ или В. Среднее содержание гумуса в пахотных горизонтах изучаемых черноземов составляет 4,76%. Величина этого показателя, как и мощность гумусовых горизонтов за 40 лет (1968-2008 гг.) остались практически без изменений. В то же время за указанный период наблюдается тенденция к увеличению кислотности почвенного раствора, произошло снижение содержания водопрочных агрегатов, увеличилась распыленность почв. Ключевые слова: черноземы, агроландшафт, конвергенция, морфологические признаки, пахотный горизонт, гумус, агрофизические свойства.
Для цитирования: Суховеркова В.Е. Изменения гумусового горизонта черноземов при длительной распашке в Западной Сибири //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №6. С. 5-7.
Черноземы - наиболее плодородные почвы пахотных угодий юго-восточной части Западной Сибири. В Алтайском крае по состоянию на 01.01.2013 г. пашня занимает 6506,5 тыс. га, при этом ее почвенный покров в основном представлен черноземами (более 80%).
В последние десятилетия распространилось мнение о катастрофической дегумификации черноземов в результате их сельскохозяйственного использования. Однако есть и альтернативные мнения о том, что представления о высоких темпах потерь гумуса в неэродированных черноземах не всегда соответствуют действительности [1, 2]. В результате длительного сельскохозяйственного использования проявились новые свойства почвы. В зависимости от характера антропогенного воздействия, устойчивости биоценозов, особенностей почвенных свойств и режимов могут прослеживаться как конвергенционные, так и дивер-генционные тенденции в антропогенной эволюции почвенного покрова (конвергенция - от лат. сonvergo - сближаю) [3, 4]. В этом случае черноземы нужно рассматривать как элементы антропогенно-преобразованных агроландшаф-тов [5]. Причем для рационального использования пахотных угодий и разработки новых агротехнологий требуются новые научные данные в зональном разрезе. Отслеживать направления происходящих изменений возможно на основании результатов длительных исследований.
Цель нашей работы состояла в изучении черноземов, сформировавшихся под влиянием антропогенной
нагрузки в пространстве и времени, оценке изменений, произошедших в результате вовлечения их в сельскохозяйственное производство.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в Алтайском крае, на сельскохозяйственной территории, представляющей собой холмисто-увалистую равнину (Приобское плато), в границах опытно-производственного хозяйства им. В.В. Докучаева и опытного поля АлтНИИСХ (4,4 тыс. га). Основу покрова изучаемой территории составляют почвы черноземного типа на лёссовидных суглинках. Наиболее распространены черноземы обыкновенные и выщелоченные, реже встречаются оподзоленные. Подчиненное значение имеют лугово-черноземные и серые лесные оподзоленные почвы. Почвенные исследования на агроландшафтах ОПХ ведутся с 1976 г. Пашня расположена преимущественно на черноземах среднесуглинистого гранулометрического состава. Почвообразующие породы — крупнопылеватые лессовидные суглинки, которые подстилают пески, супеси и глины. Объектами исследований служили черноземы выщелоченные и обыкновенные, занимающие 51 и 28% изучаемой территории. В 1997 г. они характеризовались следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса, соответственно, 4,64 и 4,76%; валового азота -0,25 и 0,26%; подвижного фосфора - 25,2 и 19,8 мг/100 г; обменного калия - 17,5 и 18,5 мг/100 г; рНвод - 7,1 и 7,4; сумма обменных оснований - 27,6 и 31,5 мг-экв/100 г.
Мы проанализировали материалы обследования территории 1969 и 1971 гг. [6], а также результаты собственных почвенных обследований 1987, 1991, 2000 и 2008 гг. При их проведении были описаны типичные почвы одной территории, но разрез на разрез с течением времени не накладывали.
В работе использовали общепринятые методы полевого и камерального изучения почвенного покрова, которые заключаются в исследовании почв путем описания разрезов, погоризонтного отбора почвенных образцов для физико-химического анализа, составления картограмм состояния почвенного покрова [7]. В ходе исследований определяли плотность твердой фазы почвы (пикнометри-чески) и плотность сложения почвы (объемно-весовым методом), структурно-агрегатный состав (по Саввинову), водопрочность (по Бакшееву), содержание гумуса (по Тюрину), рН (потенциометрически).
Поскольку наблюдения вели в 1968-2008 гг., мы посчитали возможным использование классификации почв этого периода [8].
результаты и обсуждение. Разная степень антропогенного воздействия и естественная вариабельность свойств черноземов приводят к тому, что фактические показатели их состояния заметно отличаются от оптимальных. Мощность пахотного слоя алтайских черноземов часто совпадает с перегнойно-аккумулятивным горизонтом А и составляет 22-35 см. Нижняя граница гумусового горизонта А+АВ неэродированных черноземов Приобья лежит в пределах 46-57 см. Черноземы изучаемой территории на протяжении нескольких десятков лет находились в пашне и подвергались антропогенным, в том числе агротехническим воздействиям. Они отличаются рядом особенностей.
Среди обыкновенных черноземов встречаются среднемощные среднегумусные; среднемощные мало-
гумусные; маломощные малогумусные и укороченные слабогумусированные. Можно встретить черноземы обыкновенные слабосмытые, среднесмытые, редко -сильносмытые. Мощность гумусового горизонта А + АВ неэродированных среднемощных черноземов колеблется от 41 до 75 см, маломощных - от 26 до 39 см.
Черноземы выщелоченные развиваются в комплексе с обыкновенными. Они занимают наибольшую площадь пахотных угодий. Среди них встречаются среднемощные среднегумусные; среднемощные малогумусные; маломощные малогумусные; слабо- и среднесмытые, а также черноземы выщелоченные намытые в зоне кальматажа. Мощность гумусового горизонта А+АВ неэродированных среднемощных черноземов колеблется от 41 до 71 см, у маломощных она не превышает 40 см.
Черноземы оподзоленные сформировались на участках водоразделов и склонах. Часто они представлены среднемощными среднегумусными и маломощными малогумусными видами. Отличительный морфологический признакоподзоленныхчерноземов -едва заметное припудривание кремнеземом и наличие новообразований из гидрооксидов железа на гранях структурных отдельностей на границе горизонтов АВ и В. Средняя мощность гумусового слоя (А+АВ) в неэродированных среднемощных черноземах равна 60 см.
Среднее содержание гумуса в пахотных горизонтах изучаемых черноземов составляет 4,76% (п = 294 для слоя 0-20 см). Установлено, что фактическое содержание гумуса в черноземах изучаемой территории изменяется от 2,9 до 6,5%, и на большей ее части находится ниже оптимальных значений (5,0-7,0%).
Содержание агрономически ценных агрегатов также соответствует нижнему пределу оптимальных значений и свидетельствует о невысокой структурности почв. По этой же причине ниже оптимума находится содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм в горизонте Апах.
Плотность сложения пахотных горизонтов изучаемых черноземов варьирует в оптимальных (1,101,25 г/см2) пределах.
Существует мнение, что эволюция почв, освоенных в течение последних 100-130 лет, достигла этапа относительного равновесия в проявлении почвообразовательных и деградационных процессов [9]. В конце XIX века алтайские черноземы (Шубенская волость) мало различались по количеству гумуса, содержание которого в основном составляло 10-12 % [10]. В 1950-х гг. распашка целинных почв Алтая спровоцировала интенсивное разложение органического вещества и эрозионные процессы. На сегодняшний день среднее содержание гумуса на упомянутой территории (Зональный и Бийский районы) составляет 4,9-6,5% [11]. В связи с изложенным темпы снижения содержания гумуса в черноземах за 1899-2011 гг. можно оценить как близкие к 0,05% в год. Обследование почв в разные временные периоды с 1968 по 2008 гг. показало, что содержание гумуса практически стабилизировалось, однако тенденция к его снижению сохраняется (табл. 1). Если в 1968-1971 гг. в пахотном горизонте черноземов исследуемых агроланд-шафтов отмечали в среднем 4,8% гумуса, то в 20002008 г. - 4,6%.
Результаты анализа показателей реакции почвен-
ного раствора свидетельствует о наличии тенденции к его подкислению: на 0,4 ед. рН в слое 0-20 см и на 0,2 ед. рН в слое 20-40 см. Чем это обусловлено необходимо будет установить в последующих исследованиях.
В Западной Сибири лимитирующий фактор продуктивности сельскохозяйственных культур - влага, однако следует иметь в виду, что ее содержание зависит от ряда почвенных характеристик, в том числе агрофизических параметров [12]. В наши дни черноземы утратили рыхлую физическую структуру, превратились в пылеватую или цементированную массу, в меньшей степени проницаемую для воздуха, воды и корней. Создание благоприятных агрофизических свойств почвы - одно из основных требований при организации рационального экологически сбалансированного земледелия.
Гранулометрический состав изучаемых черноземов в основном среднесуглинистый крупновато-пылевато-песчаный. На наиболее активную илистую фракцию, которая играет важную роль в формировании агрегатного состава, накоплении питательных веществ и водопроницаемости почв, приходится 15,1-34,7%.
Следует отметить, что структуру почвенного покрова (СПП) и мелкоконтурность почвенных ареалов не учитывали при агротехнической обработке полей в течение всего рассматриваемого периода, так как это не предусматривала применяемая система земледелия. В результате мощность пахотного горизонта черноземов на отдельных «полях-клетках» (на территории ОПХ) и «полях-контурах» (на опытном поле) постепенно выравнивалась и формировался антропогенный пахотный горизонт (Апах). При морфологическом описании профиля черноземов нижняя граница гумусового горизонта А хорошо выделяется (переход в горизонт АВ - постепенный). В маломощных и эродированных черноземах горизонт АВ подпахивается в своей верхней части и, в этом случае, граница Апах (резкая по цвету) тоже хорошо определяется. Одна из причин формирования антропогенного горизонта Апах в профиле черноземов - именно подпахивание и перемешивание почвенной массы горизонтов А (оставшейся части), АВ или В и углубления пахотного слоя. Вследствие этого окраска горизонта меняется на более светлую и он выделяется уже не как темно-серый, а как серый.
Для алтайских черноземов характерен процесс конвергенции морфологических признаков пахотных горизонтов (табл. 2). Так, средняя мощность пахотного слоя разных их видов часто совпадает с размерами перегнойно-аккумулятивного горизонта А и составляет в последние годы 29,5 см (n=49).
Во многом это обусловлено нерациональной организацией территории, которая приводит к преобладанию пашни над лугом (сенокосы и пастбища) и лесом; антропогенным воздействием на почвенный покров через элементы земледелия и растениеводства, а также эрозией почвы. В частности изучаемая территория распахана на 85%, соотношение пашня:луг:лес составляет 1:0,2:0,01. При этом слабая реакция «вскипания» от 10% HCl в черно-Таблица 1. Почвенные характеристики чернозема выщелоченного средне-мощного малогумусного среднесуглинистого
Год Число разрезов Средняя мощность горизонта, см Гумус, % в слое РНсол. в слое
А \ АВ I А+АВ 0-20 см 20-40 см 0-20 см 1 20-40 см
1968 3 25 21 47 4,9 4,4 6,4 6,5
1971 2 32 20 52 4,7 3,4 - -
1987 3 32 17 49 4,8 3,6 6,0 6,6
1991 3 31 18 49 4,4 3,8 6,0 6,3
1997 4 37 15 52 4,6 4,0 - -
2000 4 31 19 50 4,4 3,8 6,0 6,3
2008 3 27 22 49 4,8 4,3 - -
Таблица 2. конвергенция некоторых свойств пахотных горизонтов на уровне подтипа и вида черноземов
Индекс почвы Нижняя граница горизонта, см Плотность сложения, г/см3 Содержание гумуса, % Содержание азота, %
А "пах. АВ А " пах. АВ А " пах. АВ А " пах. АВ
Ч 2
2с
Ч2,
Чернозем обыкновенный среднемощный малогумусный
25 53 1,12 1,22 4,9 3,0 0,23 0,15
Чернозем выщелоченный среднемощный малогумусный 31 50 1,08 1,26 5,0 2,6 0,24 0,13
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный 30 39 1,13 1,17 4,5 3,5 0,22 0,17
Чернозем выщелоченный маломощный малогумусный 28 38 1,06 1,16 4,8 3,7 0,24 0,18
деградационных процессов [1, 2, 9].
выводы. Анализ почвенных данных за 40 лет позволяет утверждать, что, несмотря на интенсивную антропогенную нагрузку на агроландшафты юга Западной Сибири, черноземы сохранили свои агрономически важные свойства. Вместе с тем в пахотных горизонтах выявлена тенденция к ухудшению некоторых показателей. Отмечены морфологические изменения горизонтов (мощность, цвет, структура), произошло снижение содержания водопрочных агрегатов, увеличилась распыленность почв. Наблюдается процесс конвергенции (сближения) свойств пахотных горизонтов алтайских черноземов разных подтипов и видов. Их мощность выравнивается, а цвет становится светлее. Верхний гумусовый горизонт Апах для всех почв агроландшафта выделяется в пределах 25-30 см, что часто совпадает с мощностью перегнойно-аккумулятивного горизонта А и составляет (в последние годы) в среднем 29,5 см. Одна из причин формирования антропогенного горизонта Апах в профиле черноземов - подпахивание горизонтов АВ или В.
земах обыкновенных наблюдается по всей толщине Апах, тогда как в целинном аналоге карбонаты могут выявляться лишь к середине горизонта или глубже.
В целом анализ трансформации черноземов показывает наличие тенденции изменения свойств почв, которая приводит к постепенному снижению их потенциального плодородия. Таким образом, с одной стороны, наши результаты согласуются с данными исследователей, утверждающих, что аккумулятивно-гумусовый горизонт почв агроландшафтов характеризуется снижением содержания гумусовых веществ и ухудшением ряда агрофизических свойств [13, 14], а с другой, не противоречат выводам авторов, которые считают, что наступило относительное равновесие в проявлении почвообразовательных и
Литература.
1. Ахтырцев Б.П., Ахтырцев А.Б. Изменение гумусного состояния лесостепных и степных черноземов под курганами и при длительной распашке //Почвоведение. 2002. №2. С.140-149.
2. Шарков И.Н., Данилова А.А. Влияние длительного антропогенного воздействия на содержание и состав органического вещества чернозема выщелоченного в лесостепи Приобья// Сибирский экологический журнал. 2012. т.19. №5. С.693-701.
3. Лебедева И.И., Тонконогов В.Д. Некоторые аспекты антропогенной эволюции лесных и степных почв Европейской территории Союза//Сб.: Естественная и антропогенная эволюция почв. Пущино: Научный центр биологических исследований АН СССР, 1988. С.123-127.
4. Хмелев В.А. Лессовые черноземы Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1989. 201 с.
5. Sukhoverkova V.E. Erosion landscapes in the south of Western Siberia//Journal Russian agricultural Sciences. 2001. No. 12. P. 22-24.
6. Журавлева Г.В. Агрофизическая характеристика несмытых и смытых черноземов Алтайского Приобья и их улучшение: автореф. дис.... канд. биол. наук. Новосибирск: ИПА СО АН СССР, 1977. 24 с.
7. Классификация и диагностика почв Западной Сибири (инструктивные материалы для картографирования почв). Новосибирск: ИПА СО АН СССР, 1979. 47 с.
8. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с.
9. Лисецкий Ф. Н. Пространственно-временная организация агроландшафтов. Белгород: Изд-во Белгор. гос. ун-та, 2000. 304 с.
10. Выдрин И.П., Ростовский З.И. Территория // Материалы по исследованию крестьянского и инородческого хозяйства в Бийском уезде. Выпуск II (Шубенская волость). Барнаул: Земельное ведомство, 1899. С.12-19.
11. Мониторинг плодородия почв земель сельскохозяйственных угодий Алтайского края (1965-2010 годы). Барнаул: ФГУ ЦАС «Алтайский», 2012. 29 с.
12. ПутивскаяЛ.Д., Суховеркова В.Е. Оптимальное и фактическое агрофизическое состояние черноземов Приобья//Проблемы устойчивого развития общества и эволюция жизненных сил населения Сибири на рубеже ХХ-ХХ вв.: мат. межд. конф., Барнаул: Алтайский ГУ, 1998. С.200-202.
13. Klimowicz Z., Uziak S. The influence of long-term cultivation on soil properties and patterns in an undulating terrain in Poland //CATENA. 2001. №3. P. 177-189.
14. Плодородие чернозема выщелоченного деградированного и продуктивность озимой пшеницы в севообороте при различных способах обработки и системах удобрения / А.А. Романенко, В.М. Кильдюшкин, В.А. Кулик, А.Г. Солдатенко, Е.Г. Животовская//Достижения науки и техники АПК. №2. 2014. С. 8-11.
В2
Ч
2с
В2
Ч
CHANGES IN HuMuS HORIZON OF BLACK SOILS IN CASE OF LONG-TERM PLOwING IN wESTERN SIBERIA
V.Ye. Sukhoverkova
Altai Research Institute of Agriculture, Nauchny gorodok, 35, Barnaul, 656910, Russia
Summary. Researches were conducted on agricultural landscapes of Ob tableland in Altai Krai. The soils in forest-steppe of Ob region have been exploited for 60.. .100 years. The soil cover of the territory (4400 ha in Dokuchaev V.V. experimental production farm) is mainly ordinary, leached and podzolized black soils. Proportion of arable land is 85 %. The ratio "arable land : meadow : forest" is 1 : 0.2 : 0.01. Agricultural exploitation of land during 40 years led to insignificant changes in fertility of plowed black soils. The main criteria for evaluation of black soil transformation involved in agricultural use were morphological characteristics, humus content, acidity, agro physical characteristics. The process of convergence of properties of arable horizons is characteristic for Altai black soils. The top humus horizon Ap is equal in the depth in all soils of the agro landscape (in the range of 25.30 cm) and often coincides with the depth of humus-accumulative horizon A, averaging 29.5 cm. The reason for the formation of anthropogenic horizon Ap in the profile of black soils is the plowing of horizons AB or B. The average content of humus in studied arable soil horizons is 4.76 %. The value of this index, as well the depth of humus horizons, kept almost at the same level for 40 years (1968-2008). The tendency to an increase in acidity of soil solution is observed; the content of water-stable aggregates reduced; the pulverization of soils increased. Keywords: black soils, agro landscape, convergence, morphological characteristics, arable horizon, humus, agro-physical properties. Acknowledgement. Author presents great thanks to G.V.Zhuravlev, L.D.Putivskoy for collaborative research in the past. Author details: V.Ye. Sukhoverkova, Cand. Biol. Sc., Head of Division (e-mail: [email protected])
For citation: Sukhoverkova V.Ye. Changes in humus horizon of black soils in case of long-term plowing in Western Siberia. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. V.29. №6. pp. 5-7 (In Russ)
