Опыт разработки национальной системы оценки пригодности земель

Рожков В.А.

ISSN 0136-1694

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

БЮЛЛЕТЕНЬ

ПОЧВЕННОГО ИНСТИТУТА имени В.В. ДОКУЧАЕВА

ВЫПУСК 76

Москва 2014

ISSN 0136-1694

RUSSIAN ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES V.V. DOKUCHAEV SOIL SCIENCE INSTITUTE

BULLETIN

V.V. DOKUCHAEV SOIL SCIENCE INSTITUTE

Vol. 76

Moscow 2014

ББК П03 Б 98

УДК 631.4

Главный редактор

А.Л. Иванов, академик

Редакционная коллегия:

В.П. Белобров (Почвенный институт) Д.С. Булгаков (Почвенный институт)

A.Н. Каштанов, академик (Почвенный институт)

Б.М. Когут (Почвенный институт)

B.И. Кирюшин, академик (РГАУ-МСХА)

И.Н. Любимова (Почвенный институт) Э.Н. Молчанов (Почвенный институт) Л. Монтанарелла (Институт окружающей среды и устойчивого развития Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии (IES JRC), Италия)

A. Б. Розанов (Университет Стелленбош, ЮАР)

B.А. Рожков, член-корреспондент (Почвенный институт)

И.Ю. Савин (Почвенный институт) (зам. гл. ред.)

В.С. Столбовой (Почвенный институт) Н.Б. Хитров (Почвенный институт) Н.П. Чижикова (Почвенный институт) А.З. Швиденко (Международный институт прикладного системного анализа, Австрия)

Т. Шишков (Институт почвоведения им. Н. Пушкарова, Болгария)

Editor-in-chief:

A.L. Ivanov, academician

Editorial board:

Belobrov V.P. (Soil Science Institute) Bulgakov D.S. (Soil Science Institute) Chizhikova N.P. (Soil Science Institute) Kashtanov A.N., academician (Soil Science Institute)

Kogut B.M. (Soil Science Institute) Kiryushin V.I., academician (Timiryazev Agricultural Academy) Khitrov N.B. (Soil Science Institute) Lyubimova I.N. (Soil Science Institute) Montanarella L. (Institut für Umwelt und nachhaltige Entwicklung der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission (IES GFS), Italien)

Molchanov E.N. (Soil Science Institute) Rozanov A.B. (Stellenbosh University, SAR)

Rozhkov V.A., corresponding member (Soil Science Institute) Savin I. Yu. (Soil Science Institute) (deputy of editor-in-chief) Stolbovoi V.S. (Soil Science Institute) Shvidenko A.Z. (IIAAS, Austria) Shishkov T. (Institut für Bodenkunde ihnen. N. Poushkarov, Bulgarien)

О V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Russian Academy of Agricultural Sciences, 2014

УДК 631.4

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ НАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ ПРИГОДНОСТИ ЗЕМЕЛЬ *

Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 119017, Москва, Пыжевский пер. 7, стр. 2 e-mail: [email protected]

Обсуждается модифицированный алгоритм ФАО оценки пригодности земель и почв под угодья и сельскохозяйственные культуры на основе расчетного индекса LUI (land unit index), который вычисляется по рейтингам учтенных почвенных показателей. В качестве таких показателей и рейтингов использованы принятые в системе ФАО, Министерстве сельского хозяйства США (USDA) и Госкомземе Российской Федерации. Алгоритм и предлагаемые компьютерные программы интерактивных экспертных систем (ADAPTER, LAND, PLANT) универсальны и позволяют включать любые показатели для решения широкого круга задач, в том числе в режиме off-line..

Ключевые слова: оценка пригодности земель, показатели для оценки земель.

ВВЕДЕНИЕ

Материалы, содержащие данные и информацию (оцененные данные), характеризующие почвы и почвенный покров (ПиПП) страны, составляют основу оценок сельскохозяйственных земель. Частью реестра сельскохозяйственных земель являются принятые положения земельного кадастра при качественной оценке земель. Характеристика состояния ПиПП, отражение их плодородия и устойчивости к деградации представляют собой комплексные показатели, обобщающие значения ряда свойств и состава почв. Не

* Работа выполнена при поддержке РФФИ: 07-04-13588 офиц: Создание нового информационного продукта по почвенным ресурсам "Атлас почв России" и 08-04-00672а "Создание атрибутивной (профильной) информационной базы данных по почвам России (2008-2010)".

величина урожая, а ПиПП служат индикатором и критерием плодородия земель (Рожков, 2006).

Используемые в инструкциях к кадастровым оценкам земель показатели бонитетов почв, содержания гумуса и питательных веществ, нормативы доступности их для сельскохозяйственных культур требуют регионального подхода, т.е. надо использовать природно-сельскохозяйственное районирование, учитывать специализацию производства и, в частности, рациональное размещение культур1.

Важен экологический аспект землепользования. И не только с позиций опасностей техногенного загрязнения, санитарного состояния и др. Необходимо расширение ландшафтно-адаптивных технологий, способствующих рационализации использования почвенного покрова хозяйств. В конечном счете, это обеспечит существенный краткосрочный и особенно долгосрочный экономический эффект.

Оценки состояния ПиПП необходимы для целей постоянного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения в процессах их трансформации в хозяйствах различной формы собственности.

ПОЧВЕННЫЕ ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ

Результаты почвенных исследований и проектных изысканий связаны с большими трудовыми и экономическими затратами, поэтому все они должны быть документированы в унифицированной форме, сведены в общедоступные базы данных, информационные системы. Международный и отечественный опыт создания подобных информационных ресурсов имеет более чем 30-летнюю историю. Научные и проектные организации страны накопили обширный объем данных и знаний о почвах, нашедший отражение в многочисленных публикациях, фондовых материалах, архивах и

1 Необходимо констатировать, что качественная оценка земель до сих пор если и приводится, то формально или произвольно. Довлеет принцип оценки земель не с позиций сельскохозяйственного производства и плодородия, а по пригодности к застройке и близости к административному центру. Отсюда участки с воронежским черноземом оказываются на порядок дешевле подзолистой почвы под Москвой.

базах данных, представленных в почвенных картах разного масштаба и содержания. Многие карты оцифрованы, они составили информационную основу различных ГИС. К 1988 г. территория России была покрыта картографической основой в масштабе 1 : 25 000 и треть страны - масштабе 1 : 10000. Внедрение современных средств информатики в почвоведение имеет длительную историю (Рожков, 2002).

Обширная информация по запросам типа "Почвы ... области", насчитывающая сотни тысяч страниц, имеется в Интернете (рис. 1А). Даже 1% из этих данных, содержащих необходимые почвенные показатели или указания на их источники, дает достаточно полную картину о почвах и почвенном покрове территории. На фрагменте рис. 1Б кроме указания числа найденных страниц отмечено наличие и год издания среднемасштабных почвенных карт (Руководство по среднемасштабному картографированию., 2008).

Важнейшей общей характеристикой крупномасштабных почвенных данных является их полнота: привязка, морфологическое и аналитическое описание. Большинство накопленных в прошлом данных не имеет координат разрезов, а лишь описание положения в ряду зональных почв. Необходимо отметить неоднородность представления почвенных данных по составу показателей их свойств, вещественного состава и условий почвообразования. Разнятся классификационные определения почв по уровням таксономии. Все это указывает на необходимость унификации форм представления и шкал значений почвенных показателей для обеспечения их сопоставимости и однозначной интерпретации. Номинальная, порядковая и арифметические шкалы (разностей, отношений, абсолютная) значений имеют разные наборы допустимых арифметических операций, а, следовательно, и методов их обработки (Рожков, 2005).

С учетом требований, принятых в Государственной системе стандартных справочных данных, предложена дифференциация почвенных данных по их достоверности. В состав этой системы включены многие организации Академии наук, промышленности и высшего образования. В 80-х годах Почвенный институт считался головной организацией по изучению физико-химических свойств почв. Служба издает справочники, библиографические

А

GOOGLE: почвы Ленинградской области

• Ленинградская область — Википедия

• Даринский А. В. Почвы // География Ленинградской области. — Санкт-Петербург: Глагол, 2001. — С. 35-39. — ISBN 5-88729-025-0; | Карта растительности ...

• Природа - История - Население - Экономика

• ru.wikipedia.org/.../Ленинградская_область -Сохранено в кэше - Похожие

• Ленинградская область - общая характеристика

• Ленинградская область. На сайте КТМЗ & ARATclub. ... (леса с преобладанием ели) растут обычно на глинистых и суглинистых, реже- на супесчаных почвах. ... ktmz.boom.ru/library/.../index.html - Сохранено в кэше - Похожие

• Карта Ленинградской области: химическое загрязнение почвы и воды

• Химическое загрязнение почв Ленинградской области формируется за счет эмиссий от промышленных объектов, выбросов автотранспорта и размещения отходов ... www.cottagesspb.ru/.../tehnogennye/- Сохранено в кэше -Похожие

• Почва и почвенные ресурсы

• В данном ресурсе представлены изображения территории в

Б

ФРАГМЕНТ ИНТЕРНЕТ-ДАННЫХ

• № Субъект

• федерации Площадь(км2) Население ИНТЕРНЕТтыс.стр. Карты

01 Адыгея 7.600 447.000 292

ОЗБашкортост. 143.600 4.103.000 350 1988

05Дагестан 50.300 2.584.000 575

06 Ингушетия 4.000 469.000 487

08 Калмыкия 76.100 292.000 310

43Калужская 29.900 1.041.000 428 1985

546Костромская60.100 738.000 336

48Курская 29.800 1.236.000 407 1961,1985

49Ленинградская84.000 1.671.000 658

50Липецкая 24.100 1.213.000 304

52Московская 46.000 6.627.000 2000 1956,1985

Рис. 1. Фрагменты страниц поиска данных о почвах в Интернете: А -фрагмент ответа на запрос; Б - сводка по субъектам Федерации.

указатели, обзоры, которые содействуют оперативному использованию проверенной, унифицированной информации о значениях физических констант, свойствах материалов и веществ заинтересованными организациями. Эти издания дают наиболее достоверный уровень сообщений о результатах исследовательских работ,

связанных в том числе с созданием стандартных образцов веществ и материалов.

Уровень достоверности данных - важный фактор результатов любой работы. В этой связи справочную информацию классифицируют на стандартную, рекомендуемую и информационную.

К стандартным справочным данным относят числовые значения физических констант, свойств материалов и веществ, которые получены на основе анализа и оценки достоверности результатов расчетов (измерений) и утверждены Госстандартом РФ. Опыт института в создании стандартных образцов почв целесообразно продолжить.

К рекомендуемым справочным данным относят числовые значения физических констант, свойств материалов (веществ), которые получены путем оценки погрешности результатов измерений (расчетов). Эти параметры подлежат утверждению органами Госстандарта РФ. В таком качестве следует считать прошедшие экспертизу материалы "Классификации и диагностики почв" (1977), утвержденные Министерством сельского хозяйства, материалы землеустроительных и других проектных работ, представляющих почвенные данные.

К информационным данным относят совокупность сведений об ассортименте (номенклатуре), свойствах и параметрах качества почв (веществ) в конкретный период времени. К ним следует относить авторские исследования почвоведов, персональные и корпоративные банки данных.

Организация почвенно-экологической базы данных страны целесообразна с учетом предложенной дифференциации, чтобы избежать чрезмерной избыточности данных, несогласованности классификаторов и фасетных классификаций. Основная формула информатики связывает понятия данных, информации и знаний в следующей формуле:

Данные = ис => Информация = эс => Знания.

Здесь данные представляются как первичные измерения (в том числе информационные характеристики). Из них средствами некоторой информационной системы (ис) вырабатывается информация, или рекомендуемые данные (например, вычисляются ошибки измерений, статистические распределения). Наконец, придавая информации содержательный смысл, который имеет

экспертный характер, формируют декларативные и процедурные знания (эс). Первые отвечают на вопросы кто?, что?, вторые -как?, если, то и т.п. Их целесообразно фиксировать в качестве стандартных справочных данных.

Характеристика состояния ПиПП, отражение их плодородия и устойчивости к деградации представляют собой комплексные показатели (индексы), обобщающие значения ряда свойств и состава почв. Поэтому информация и тем более знания обычно представляют собой обобщающие выражения из теории подобия, эмпирические или детерминированные формулы, многомерные критерии. Примером служат бонитеты почв, обобщающие несколько почвенных свойств и требований культур. Вербальной информацией служит классификация почв, в которой сконцентрированы представления о почвенных таксонах.

Используемые в инструкциях по кадастровым оценкам земель показатели бонитетов почв, содержания гумуса и питательных веществ, нормативы доступности их для сельскохозяйственных культур, требуют регионального подхода. Содержание гумуса, равное 2.5%, будет очень низким для чернозема, средним для дерново-подзолистой почвы и высоким для светло-каштановой. Переходя от шкалы отношений к более слабой порядковой шкале, можно выражать этот показатель для всех почв одинаково - слабо-, средне- и много гумусовые, не забывая при этом о интервалах значений содержания гумуса в разных почвах. Отсюда возникает потребность в районировании почв и учете специфики почвенных показателей при создании базы данных.

С географическими особенностями ПиПП перекликаются организационные аспекты. Организация мониторинга почв дифференцируется на федеральный, региональный и локальный уровни. Рационально связать такое деление с типами справочных данных: информационные - на локальном уровне, рекомендуемые - на региональном, стандартные - на федеральном. Соответственно этому предложено дифференцировать уровни распределенной почвенной информационной системы в стране (Fridland, Rozhkov, 1977).

Объективные природные (экологические) и организационные аспекты, определяющие требования к представлениям сведений о ПиПП, можно дополнить существующей многоцелевой специали-

зацией сельскохозяйственного производства на обширной территории страны и многообразием форм собственности на землю.

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БАЗЕ ДАННЫХ

Цели мониторинга сельскохозяйственных земель включают контроль изменения плодородия почв и факторов их определяющих. Имеется в виду контроль влияния антропогенных, хозяйственных факторов, с целью определения наиболее действенно влияющих на продуктивность земель. Важно подчеркнуть, что величина урожая зависит от многих условий, часто случайных и независимых: засуха, вредители и болезни, некачественный посевной материал, нарушения технологии и др. Свойства и состав почв заранее предскажут наступающие негативные явления и процессы, ведущие к деградации почв, снижению их продуктивности или уменьшению качества сельскохозяйственной продукции.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Структура данных почвенно-экологической базы данных (БД), соответствующая прикладным целям мониторинга земель, существенно менее сложна по сравнению с БД для научных исследований. Однако использование ее должно быть тем проще, чем выше уровень управления. Эта простота достигается усложнением информационной системы в целом и алгоритмов выполнения запросов. Имеется опыт разработки прототипов экспертных систем, которые могут служить типовыми ядрами распределенной базы почвенно-экологических данных.

В рамках поставленной цели - мониторинга почв - концептуальная модель почвенно-экологическая БД должна включать картографическую и атрибутивную составляющие, декларативные (нормативные в частности) и процедурные знания. БД для мониторинга относится к темпоральным, временным системам, т.е. время входит в число учитываемых параметров. Временной лаг дистанционных и наземных наблюдений определится организационно-техническими условиями ведения реестра почв. Однако учет изменения почвенных показателей имеет свою специфику. Почвенные свойства имеют различное характерное время, разделяясь на консервативные (почва-память: гранулометрический и валовой составы и т.п.) и динамичные (почва-момент: пористость, кислотность, питательные вещества и др.). Метеорологи договорились

считать климатическими изменения, фиксируемые через 30 лет. Изменения в более короткие интервалы считаются погодными вариациями. В отношении почв таких придержек не существует, и, вероятно, такой интервал будет разным для отдельных культур и уровней организации БД - локальных, региональных, федеральной.

Важным этапом является выбор информативных почвенно-экологических показателей, необходимых для принятия решений. Предлагаемые подходы к вычислению интегральных показателей плодородия (Технические указания..., 2000) вызывают существенную критику. За рамками обсуждений находятся расчеты и рамки приложений бонитетов: не обоснованы значения поправочных коэффициентов указанных почвенных показателей: мощность органогенного горизонта, содержание гумуса в пахотном горизонте, доля физической глины, рН водной вытяжки, - они недостаточны для вычисления интегрального показателя. В отличие от США, где классификация почв (Soil Taxonomy) практически является стандартом, и за каждым почвенным таксоном однозначно зафиксирован целый список диагностических показателей, В нашей стране довольно вольно интерпретируется даже принятая "Классификация и диагностика почв" (1977), и нет гарантии, что указанная почва названа правильно.

Классификация является компактной информационной системой множества объектов. Концепция информационной базы классификации дает возможность построения исчерпывающей классификации почв (Шишов и др., 1985; Рожков, 2005). В качестве нормативного блока (декларативных знаний) по почвам земледельческой зоны страны может служить экспертная система классификации и диагностики почв МЕРОН (Рожков, Рожкова, 1993), в которой использованы почвенные показатели из программы будущей новой классификации (Фридланд, 1982). Эта компактная система не только предоставляет информацию, но и определяет сходство новых описаний с эталонами. После обновления атрибутивного содержания и программного сопровождения МЕРОН может стать носителем стандартных справочных данных на всех уровнях организации распределенной БД.

Основой для утверждения стандартных справочных данных (эталонов, типичных образов и т.п.) может служить и Классификация (2004). Для этих целей вместе с МЕРОНом они объединены

в единой информационной системе ЮТ0801Ь на сайте с одноименным названием. Таким образом, появились перспективы создания унифицированного блока классификации и описания почв в реестре почв, позволяющего идентифицировать вновь представленные описания почв по их близости к фиксированным в информационной системе в качестве эталона.

Формализация классификации структур почвенного покрова (СПП) (рис. 2) существенно упрощает включение данного фактора плодородия земель в БД их реестра (Белобров и др., 1993).

— СПП

Категории: МИКРОС Т РУКТУРЫ

МЕЗОСТРУКТУРЫ

Формации-1: 1.

рельеф порода

рельеф*порода

контрастные неконтрастные

Т-

.подчиненно-гидроморфный, 2.авт .дифференцированно-засоленный,

5.дифф.-насыщенный, 7.русловой эрозионный 9.русл.аккумулятивн. 11.разрушенно-погребенный 13.криогенно-деформированный 15.дефлированный 17.фитодефференцированный 19. высотно-экспозиционный

ономно-гидроморфный 4.дифф.-солонцеватый .диф.-ожелезненный .русл.эроз.-аккумулятивн. .смыто-намытый .дуформированно-погребенный .криогенно-солифлюкционный .дефлиров.-аккумулятивный .зоодифференцированный .литолого-дифференцированный

1. пятнистые

2.струйчатые

3.полигональные

1.пятнистые и пятнисто-колцевые

2.древовидные

3.полосчатые

4.полосчато-линзовидные

5. неупорядоченные

6.подковообразные

7. веерообразные

8.пятнисто-кольцевые наложенно-древовидные

9.полосчатые наложенно-древовидные

10.полосчато-линзовидные наложенно-древовидн.

11.неупорядоченные наложенно-древовидные

12.упорядоченные

Семейства+ +подсемейства:

1. М = число ЭПА в ПК 2.таксономический 1)тип

уровень: 2)подтип

3) род

4) вид

5) разновидности

3. Формула компонентного состава:

Доля Индекс .... | Доля Индекс|

площади,% почвы | площади,% почвы |

1 ____ | М |

Рис. 2. Классификация структур почвенного покрова.

Уровни

Формации-2

Разряды:

Формы

С учетом числа градаций по таксономическим уровням классификации СПП имеем число классификационных единиц: Категории х Формации х Разряды х Формы = N: для микроструктур = 2 х 2 х 20 х 3 = 240 для мезоструктур = 3 х 3 х 20 х 12 = 1440 Всего: 1680.

Таким образом, все многообразие СПП включает 1680 единиц. Комбинация номеров градаций по таксономическим уровням будет служить составным ключом СПП. По каждой из них может встретиться неограниченное число семейств и подсемейств, различающихся составом почв и долей их участия в почвенном комплексе. Для количественного обобщения (свертки) показателей по СПП разработан алгоритм учета свойств почв и форм контуров их комбинаций.

Оценка пригодности земель под угодья. Функциональным ядром БД в качестве процедурных знаний может стать экспертная система LAND, предназначенная для оценки пригодности земель под угодья (Рожков, Рожкова, 1993; Руководство..., 1997).

Количественные оценки пригодности земель имеют сравнительно короткую историю. Вместе с тем, они необходимы для многочисленных приложений: кадастровых оценок, определения структуры угодий, выбора и размещения сельскохозяйственных культур и др. Они могут применяться на уровне поля, хозяйства, района и определяются обобщением совокупности показателей, имеющих отношение к поставленной цели. В качестве такой меры используются расчетные индексы (FAO, 1976; Гринченко, Егор-шин, 1985; Linkes, 1985; Карманов, 1990; Руководство., 1997; Рожков, Рожкова, 1993). Для расчета индекса выбирают список показателей, определяющих пригодность земель. Значениям этих показателей присваивается рейтинг (балл), исходя из того, накладывают они или нет какие-либо ограничения при использовании земель. Рейтинги могут быть получены экспертным путем на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта (табл. 1).

Виды интегральных индексов продуктивности земель.

1. И.И. Карманов (1990): Почвенно-экологический индекс.

2. Т.А. Гринченко и А.А. Егоршин (1985):

Y = exp{ -k* |(X- Ai)/(Ai- B)h},

Таблица 1. Рейтинги и соответствующие им ограничения использования земель

Код Уровень ограничений Рейтинг, %

0 Отсутствуют 100-98

1 Слабые 97-85

2 Средние 84-60

3 Жесткие 59-45

4 Очень жесткие 44-0

где Xj - исходный показатель; Л, - оптимум; B, - наихудшие значения; k = 5, h = 3 - подобраны для конкретных условий; при X, > Лi Y, = 1. Сводный показатель качества земли:

P = [Yi Y ... Ym] 1/m

3. В. Линкеш (Linkes, 1985) - индекс активности лимитирующего фактора:

LFA = [(Z1 Z2 ... Zm)(m- 2)/10]1/2. где Zi - нормированные значения лимитирующих значений.

4. Т.П. Магазинщиков (1987) - индекс общей продуктивности земель (Р):

P = L T N S O Л M D H, где L - рейтинг мощности почвы; T - гранулометрического состава; N - насыщенности основаниями; S - степени засоления; O -гумуса; Л - емкости катионного обмена и характера глинистых минералов; M - материнской породы; D - степень дренированно-сти; H - степень увлажнения.

Продуктивность земель оценивается по значению Р: 10065 - очень высокая; 64-35 - высокая; 34-20 - средняя; 19-8 - низкая; 7-0 - очень низкая.

5. ФАО (1976): LUI = 100 R R2 ... Rt), где LUI- land unit index, %, Rt - рейтинг t-го признака.

6. ГИС АДАПТЕР (Рожков, Рожкова, 1993):

LUI = 100 [( Rj R2 ... Rt)]1/t.

Оценка пригодности земель под угодья и/или сельскохозяйственные культуры с учетом индекса LUI проводится по пятибалльной системе:

1 класс (LUI >75%) - весьма пригодные: имеются лишь легкие ограничения не более чем на 3/4 территории.

2 класс (74-50%) - умеренно пригодные: средние ограничения не более чем на 2/3 территории.

3 класс (50-25%) - слабо пригодные: средние ограничения на 2/3 территории и не более одного показателя с тяжелыми ограничениями.

4 класс (<25%) - непригодные: вопрос о возможности использования требует дополнительных экономических обоснований.

Последний класс может подразделяться на два подкласса. Практически непригодные (4а), если имеются тяжелые ограничения на 2/3 территории, но они могут быть устранены при значительных материальных затратах. Непригодные (4б), если имеют тяжелые ограничения, которые не могут быть устранены.

Для оценки земель с целью определения категории их пригодности отбираются показатели, которые наиболее существенно влияют на характер возможного и целесообразного использования под основные виды сельскохозяйственных угодий (пашню, сенокосы, пастбища). Среди них обычно учитывают элемент рельефа, уклон, дренированность территории и степень ее увлажнения, глубину грунтовых вод, контурность или пестроту полей, окуль-туренность земель, эрозионную опасность и степень эродирован-ности, мощность почвенного профиля, гранулометрический состав, каменистость, карбонатность, оглеение почв.

Присвоение рейтингов градациям показателей проводится на основании специальных исследований или экспертно, исходя из значимости в данной местности. Совокупность рейтингов градаций всех показателей образует нормативную базу задачи. В данном случае использованы рекомендации ФАО, USD и ГИЗРа. Предлагаемые рейтинги свойств приведены в табл. 2.

Иллюстрацией описанного подхода являются диалоговая экспертная система LAND и ее картографическая реализация ADAPTER (Рожков, Рожкова, 1993). На мониторе высвечиваются поочередно признаки с соответствующими градациями их значений. Для каждой градации предлагается интервал рейтингов, который может быть изменен пользователем в интерактивном режиме.

После присвоения выбранным признакам рейтингов выводится сводка экспертной характеристики контура (табл. 3), которая содержит список выбранных признаков, их рейтинги, а также вели-

Таблица 2. Рейтинги свойств

№ Градация Балл, % № Градация Балл, %

Рельеф Эрозионная опасность

1 Водораздел 85-98 1 Нет 89-100

2 Склон < 2 98-100 2 Слабая 85-98

3 Склон 2-5 85-98 3 Средняя 60-85

4 Центральная пойма 60-85 4 Сильная 45-60

5 Прирусловая пойма 45-60 5 Очень сильная < 45

6 Равнина 85-98 Степень эрозии

Контурность 1 Нет 98-100

1 ЭПА 85-98 2 Слабая 85-98

2 Слабо ко нтурные 85-98 3 Средняя 60-85

3 Среднеко нтурные 60-85 4 Сильная 45-60

4 Сильно ко нтурные 45-60 5 Очень сильная < 45

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Окультуренность Уклон, градус

1 Нео культуренные 45-60 1 < 1 98-100

2 Слабоокультурен- 60-85 2 1-3 85-98

ные 3 3-8 60-85

3 Окультуренные 85-98 4 8-30 45-60

4 Глубокоокульту- 98-100 5 > 30 < 45

ренные Мощность почвы, см

5 Культурные 98-100 1 > 200 98-100(98-

Дренированность 100)*

1 Избыточная 60-85 2 100-200 85-98 (98-

2 Нормальная 98-100 100)

3 Средняя 85-98 3 50-100 60-85 (85-

4 Слабая 45-60 98)

5 Очень слабая < 45 4 30-50 45-60 (60-

Увлажнение 85)

1 Слабое (сухо) 60-85 5 < 30 < 45 (45-60)

2 Нормальное 98-100 Гранулометрический состав

3 Эпизодическое 85-98 1 Глина 85-98 (60-

переувлажнение 85)*

4 Периодическое 45-60 2 Тяжелый суглинок 98-100 (85-

переувлажнение 98)

5 Постоянное пере- < 45 3 Средний суглинок 90-98 (60-85)

увлажнение 4 Легкий суглинок 85-90 (60-85)

Слитность почв Каменистость, м /га

1 Есть < 45 1 Нет 98-100

2 Слабая 60-85 2 < 50 (слабая) 85-89

3 Отсутствует 85-98 3 50-100 60-85

Грунтовые воды, глубина, м 4 100-200 (сильная) 45-60

1 > 3 98-100 (>60) 5 > 200 очень сильная < 45

2 1.2-3 85-98 (45-60) Карбонаты

3 0.5-1.2 85-98 (< 45) 1 < 25 (нет) 95-100

4 < 0.5 45-60 (< 45) 2 25-50 (есть) 85-95

№ Градация Балл, % № Градация Балл, %

Засоление, 5 Очень сильно засо- 45-60, < 45,

1 Незасоленная 98-100, 85- ленная < 45

98, 60-85**** Оглеение

2 Слабо засо ленная 85-98, 60- 1 Нет 98-100

85, 60-85 2 Слабо оглеенная 85-98

3 Среднезасоленная 60-85, 60- 3 Глееватая 60-85

85, 45-60 4 Глеевая 45-60

4 Сильнозасоленная 45-60, 45- 5 Глей < 45

60, < 45

* В скобках указана глубина засоленных грунтовых вод.

** В скобках значения для плотной (рыхлой) породы.

*** В скобках указано содержание скелета <25% (>25).

**** указано последовательно для содержания Na = 5-10, 10-15, >15%.

чину общего индекса (LUI) и его интерпретацию, т.е. название категории пригодности. В ходе расчетов можно провести корректировку присвоенных рейтингов (строка под таблицей).

Таблица 3. Экспертная характеристика объекта

Номер Показатель Балл, %

1 Рельеф 85

2 Окультуренность 88

3 Дренированно сть 99

4 Увлажнение 98

5 Грунтовые воды 100

6 Эрозионная опасность 85

7 Степень эрозии 85

8 Уклон 65

9 Мощность почвы 85

10 Гранулометрический состав 85

Итоги расчетов:

Категория Пригодность земель Общий индекс

1 Под пашню 87

что делать?: 1 - корректируем баллы, 2 - завершение счета?

В том случае, если LUI < 50%, выводится также список лимитирующих факторов, т.е. тех признаков, которые имеют минимальные значения рейтингов:

Категория Пригодность земель Общий индекс

3 Под пастбища 43

что делать?: 1 - корректируем баллы, 2 - завершение счета? 2

Лимитирующие факторы Балл,%

Контурность 20

Дренированность 20

Степень эрозии 20

Результаты счета представляются в виде таблицы, где указаны номера контуров, интервалы рейтингов и интерпретация полученной оценки:

№ контура Рейтинг Интерпретация

0 < 25 Не пригодные

1 50-25 Пригодны под пастбище

2 51-75 Пригодны под сенокосы

3 76-100 Пригодны под пашню

Результаты вычислений могут быть представлены в виде картограмм, для построения которых используется введенная почвенная карта хозяйства. Ее контуры перекрашиваются в цвет, выбранный для данной категории пригодности.

Оценка пригодности земель под сельскохозяйственные культуры. При оценке пригодности земель для выращивания той или иной культуры используется мера сходства между требованиями культуры и показателями, которые характеризуют данное земельное угодье. Каждая сельскохозяйственная культура обладает определенными требованиями к почве и внешним условиям. Пусть набор из т таких показателей обозначается через 2], где ] = 1, ..., т - номера и число показателей.

Совокупность показателей, которыми характеризуется отдельные контуры (угодья) земель, образует многомерную выборку. Каждому контуру в ней соответствует набор из т признаков, а вся совокупность образует таблицу объект-свойства. Обозначим такое множество объектов (многомерную выборку) через X], где 1 = 1, ..., п угодий и] = 1, ..., т показателей.

Матрица наблюдений имеет п строк, что соответствует числу описанных контуров (угодий) и т столбцов - по числу показателей. В качестве показателей, необходимых для оценки пригод-

ности земельного контура под культуру, следует учесть следующие: температуру воздуха и почвы, физиологически активную радиацию (ФАР), коэффициент увлажнения Иванова, влагообеспе-ченность, мощность почвы, плотность объемной массы, содержание физической глины, рН солевой вытяжки, содержание доступных N, P, K.

Пригодным считается тот участок, сходство требований растений с которым по показателям наибольшее. Понятия "различия" и "сходства" выражаются как расстояние между требованиями растений и свойствами оцениваемой почвы:

Экспертная система для определения пригодности почв под сельскохозяйственные культуры "PLANT". Определяется индекс пригодности почв для сельскохозяйственных культур:

winter озимая пшеница barley ячмень maize кукуруза

soyben соя rice рис potato картофель

sinter яровая пшеница millet просо polign гречиха

oat овес sbeet сахарная свекла carrot морковь

rye озимая рожь sorghm сорго mustrd горчица

pea горох cabbag капуста rape озимый рапс

Минимальное среднее расстояние (различие) по m признакам между свойствами почвы и требованием сельскохозяйственных культур означает наилучшую пригодность:

т

d = 1 /ш^ [(Xj — Xij)(Xmaxj — Хтaxj) ■

7=1

Очевидно, что для проведения таких расчетов в компьютере должны храниться описания контуров земель, относительно которых предстоит проводить оценку пригодности. Это могут быть выборки, т.е. описания нескольких реальных почв, усредненные или модальные их характеристики, голотипы - наиболее типичные почвы. Возможен случай, когда объект окажется на равном расстоянии от двух или более контуров сразу, в таком случае они оба одинаково пригодны под данную культуру.

На рис. 3 приведен пример приложения рассмотренного модуля в реальной задаче.

Регион Условия Расчеты Вывод Отчет Контур Прочее

Регион Ясповия Расчеты

Б

Индексы контуров

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

□ 1.3.3.1

□ 1.3.3.Z □2.6.4.1 □2.7.4.1 □2.8.4.1 □3.4.5.1 ■3.4.5.Z □3.5.5.1 □3.5.5.Z ■3.6.5.1 «.2.5.1 □4.4.5.1 ■5.4.4.1 ■5.5.4.1 ■5.6.4.1

-й-

ЧО

F10 - Пеню fllt-X Выход F3 Открыть регион i'ÍJ Бывод

В

Регион Условия Расчеты Вывод Отчет Контур Прочее

FIO - Меню Alt X Выход F3 Открыть регион F8 Вывод

Рис. 3. Фрагмент оценки пригодности земель под культуры модулем PLANT: А - план земельных угодий; Б - слой крутизны склонов; В - пригодность земель под кукурузу на зерно; Г -протокол оценок по контурам исходной карты.

и 5

н

4 а> X о-

Л вз а> И I

о п

0

5

1

0 н

1

н

02

СО СО

£

Л

р: а> и Р5

к» о

СО Е в

On

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предложены апробированные программно-

информационные модули почвенно-экологического блока в реестре сельскохозяйственных земель. Эти средства позволяют унифицировать диагностику почв, устраняя авторскую и региональную субъективность представлений об их составе и свойствах. Аналогичные унифицированные подходы предложены для оценки эрозионной опасности и выбору противоэрозионных технологий возделывания сельскохозяйственных культур (Рожков, 2007). Обсуждается обобщенный механизм организации классификационных построений в почвоведении (Рожков, 2013а, б).

В оценках пригодности почв под угодья и культуры исключается использование не обоснованных статистически поправочных коэффициентов, а для интегральных показателей плодородия предлагаются количественные индексы плодородия и международные методы расчетов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белобров В.П., Рожков В.А., Столбовой В.С. База данных о структурах почвенного покрова для их классификации // Почвоведение. 1993. № 7. С. 83-90.

2. Гринченко Т.А., Егоршин А.А. Комплексная оценка плодородия почв и степени их окультуренности при длительном воздействии мелиорации и удобрений // Агрохимия. 1984. № 11. С. 82-88.

3. Карманов И.И. Методика и технология почвенно-экологической оценки и бонитировки почв для сельскохозяйственных культур. М.: ВАСХНИЛ, 1990. 114 с.

4. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 224 с.

5. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

6. Магазинщиков Т.П. Земельный кадастр. Львов: Львовский гос. Университет, 1987. 424 с.

7. Рожков В.А. Становление почвенной информатики // Почвоведение. 2002. №7. С. 858-866.

8. Рожков В.А. Алгебра WRB (формализация концепции) // Эксперимент. Информация в почвоведении: теория и пути стандартизации. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. С. 73-82.

9. Рожков В.А. Почва как основа плодородия земель // Плодородие. 2006. № 5 (32). С. 12-15.

10. Рожков В.А. Оценка эрозионной опасности почв // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. Вып. 59. 2007. С. 77-91.

11. Рожков В.А. Организационные механизмы тектологии в почвоведении // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. Вып. 71. 2013а. С. 80-102.

12. Рожков В.А. Классификаця почв - не место для дискуссий // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. Вып. 72. 20136. С. 47-63.

13. Рожков В.А., Рожкова С.В. Почвенная информатика. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. 190 с.

14. Руководство по определению потенциального плодородия и уровня его использования по почвам пашни Центрального района России с целью их охраны, предотвращения деградации. М.: Госкомзем, 1997. 25 с.

15. Руководство по среднемасштабному картографированию почв на основе ГИС. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008.

16. Технические указания по государственной кадастровой оценке сельскохозяйственных угодий в субъекте российской федерации. М.: Комитет РФ по земельной политике, 2000.

17. Фридланд В.М. Основные принципы и элементы базовой классификации почв и программа работ по ее созданию. М.: ВАСХНИЛ, 1982. 151 с.

18. Шишов Л.Л., Рожков В.А., Столбовой В.С. Информационная база классификации почв // Почвоведение. 1985. № 9. С. 9-20.

19. FAO Soil Bulletin. No. 32. Rome, FAO, 1976. 72 p.

20. Fridland V.M., Rozhkov V.A. Levels of the soil information systems organization according to the type of data // Developm. Soil Inform. Systems. Wageningen. 1978. P. 30-36.

21. Linkes V. A contribution to the characterization of the soil cover structure of the West Carpathians and the adjacent part of Sub-Capathian lowlands. Vedecke prace, 1985. Р. 27-35.

22.

EXPERIENCE IN ELABORATING THE NATIONAL SYSTEM FOR ESTIMATING THE LAND SUITABILITY

V. A. Rozhkov

V. V. Dokuchaev Soil Science Institute of Russian Academy of Agricultural Sciences, 119017, Moscow, Pyzhevskii, 7 e-mail: [email protected] Under discussion is the FAO algorithm modified to estimate the suitability of lands and soils for agricultural purposes using the definite LUI index (land unit index). The latter is calculated by rating of soil indices taken into complete account and accepted by fAo, USDA (USA) and the Ministry of Agriculture in the Russian Federation. The algorithm and proposed computer programs of interactive expert systems ((ADAPTER, LAND, PLANT) are universal and make it possible to use the indices for solving a number of intricate tasks in off-line regime.

Keywords: estimate of land suitability, indices for estimating the lands.

УДК 631.4

МИКРОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА УСТОЙЧИВОСТИ ЧЕРНОЗЕМОВ ПРИ ОРОШЕНИИ

Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 119017, Москва, Пыжевский пер. 7, стр. 2 е-mail: tursina@agro. geonet. гы

Методами микроморфологии изучены длительно орошаемые черноземы. Основными показателями устойчивости черноземов к длительному орошению (30-50 лет) были такие показатели, как пористость, количество микроагрегатов, биогенность, микроформы гумуса, наличие или образование оптически ориентированной глины. Разный ионный состав оросительных вод вызывал различную антропогенную эволюцию черноземов.

Ключевые слова: микростроение, формы гумуса, оптически ориентированные глины, осолодение, слитизация, цементация.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование изменения строения и свойств черноземов под влиянием различных антропогенных нагрузок (распашки, внесения удобрений, действия сельскохозяйственной техники, химической мелиорация, орошения) проводилось многочисленной группой ученых длительное время в широком ареале. Изучение влияния орошения на черноземы началось в 30-х годах прошлого столетия на отдельных объектах, например, Валуйской оросительной системе. Активное развитие орошение получило лишь в 6070-е годы, сопровождавшееся длительными и разнообразными исследованиями по его влиянию на изменение строения и свойств черноземов. Широко известны работы Николаевой и Розанова (1990) и Розанова (1973) по Краснодарскому краю; Андреева и др. (2007) по Ростовской области; Гоголева и др. (1990), Медведева (1981) и Биланчина (1969) по Украине; Крупенникова и др. (1985) по Молдавии; Полякова (1981), Егорова (1989) и Приходько (2005) по Заволжью и др.

Развитие микроморфологического метода исследования позволило использовать его при изучении изменения микрострое-

ния черноземов под влиянием орошения. В чем преимущество микроморфологических исследований? Во-первых, изучается почва в ненарушенном состоянии. Во-вторых, легко фиксируются первые начальные стадии изменения строения и организации почвенной массы, которые еще не могут быть уловлены другими методами. В-третьих, появляется реальная возможность контролировать действие конкретных мелиорантов на полноту оструктурива-ния пептизированной тонкодисперсной почвенной массы и прогнозировать дальнейшие изменения в структурной организации и в перераспределении некоторых компонентов микростроения и формировании новообразований.

Первые исследования по характеристике микростроения черноземов и процессов, происходящих в них, проведены Ярило-вой и др. (1981) и Поляковым (1981). Микростроение орошаемых черноземов изучалось Турсиной (общее микростроение и его перестройка, судьба новообразований, 1978, 1990), Скворцовой и др. (пористость и агрегированность,1983, 2009), Чижиковой (минералогический состав и перестройка микростроения, 1995).

Длительные и многочисленные наблюдения за изменением черноземов под влиянием орошения с помощью полевых и лабораторных (химических, физико-химических, физических, микроморфологических) исследований показали, что в подавляющем числе случаев (более 90%) орошение вызывает отрицательное воздействие на общее состояние черноземов и черноземных земель. В обобщающей работе Шеина и др. (1995) приведены основные составляющие отрицательного опыта орошения черноземов, дополненные другими исследователями:

1) изменение гидрогеологической и геохимической обстановки (подъем уровня грунтовых вод и увеличение обводненности зоны аэрации);

2) смена структурно-гидрофизического состояния почв (потеря многопорядковой структуры и уменьшение пористости, заметное уплотнение и появление коркуемости и глыбистости, ухудшение водного и воздушного режимов);

3) вторичное засоление грунтовых вод и почв, осолонцева-ние, ослитовывание и вторичное окарбоначивание за счет подъема грунтовых вод и полива гидрокарбонатно- и хлоридно-натриево-магниевыми водами;

4) изменение кальциевого режима (процессы ионного обмена, растворение - осаждение СаСО3, специфика гумусообразова-ния и др.);

5) нарушение естественного гумусообразования, проявляющегося как в дегумификации за счет усиления минерализации и иллювиирования гумуса, так и в увеличении гумусности и органического детрита;

6) перестройка исходного микростроения с потерей микро-агрегированности за счет обезжелезнения гумусово-глинистой плазмы и подвижек карбонатов, особенно сильно и разнообразно выраженных при развитии глеевого процесса;

7) тотальное развитие осолодения при поливе чернозема щелочными водами, включающее пептизацию агрегированной гумусово-глинистой плазмы, снятие гумусовых пленок с зерен минералов и латеральный вынос диспергированной массы.

Перечисленные изменения в строении орошаемых черноземов носят характер скорее отрицательных сдвигов, чем положительных изменений. В литературе нами был найден лишь один случай орошения черноземов с положительным конечным результатом. Это наблюдения на Карагашской оросительной системе (Молдавия) на черноземах обыкновенных и карбонатных, орошаемых водой р. Днестр (Крупеников и др., 1985). Тем не менее, мы задались целью с помощью микроморфологических исследований уточнить эти выводы, и может быть обнаружить и другие положительные изменения в орошаемых черноземах. Для этого собрали коллекцию образцов черноземов, длительно орошаемых различными по составу оросительными водами.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

В работе исследовали изменение строения и микростроения черноземов в результате распашки и орошения в широком ареале и под влиянием различных по составу поливных вод. Изучали обыкновенные черноземы Курской и Самарской областей, южные черноземы Украины, карбонатные черноземы Ростовской области, слитые черноземы Ставрополья. Состав оросительных вод колебался от пресных (волжская и днестровская) гидрокарбонатно-кальциевого состава, до слабощелочных (воды малых рек Красно-

дарского края и Ростовской области), а иногда и сильнощелочных (воды оз. Сасык).

Устойчивость почв к сельскохозяйственным воздействиям или изменению природной среды под влиянием орошения определяется тремя основными показателями:

1) агрегированностью почвенной массы и характером пористости;

2) гумусированностью и характером гумуса (микроформами гумуса), а также биогенной переработанностью почвенной массы;

3) характеристикой внутрипрофильной дренированности и степенью миграции компонентов почвенной массы по профилю или латерально.

Именно эти показатели являются базовыми характеристиками при изучении деградации или окультуривания почв. Необходимо учитывать определенные показатели микростроения, ответственные за устойчивое состояние почв. По нашему мнению, степень агрегированности должна диагностироваться по (а) по форме и размеру элементов структуры (педов), (б) степени агрегированности почвенной массы, (в) пористости, (г) форме пор и их изре-занности.

Гумусированность и характер гумуса зависят от (а) соотношения микроформ гумуса, (б) количества органических остатков (детрита), (в) количества экскрементов. Внутрипрофильная дре-нированность микроморфологически характеризуется по (а) выраженности и степени оглеения (количество железистых стяжений и обезжелезненных зон), (б) наличию следов передвижения тонкодисперсного материала (выраженность глинистых обособлений и кутан) и др. (табл. 1).

В работе анализируется изменение микростроения черноземов в результате распашки и орошения в широком ареале и под влиянием различных по составу поливных вод. Приведем краткую характеристику изученных объектов. В скобках даны фамилии авторов, которые проводили длительные полевые наблюдения, в работах которых можно найти все основные характеристики почв и их изменение в процессе орошения. (Образцы почв для изготовления шлифов отбирались автором совместно с указанными учеными).

Таблица 1. Показатели микростроения черноземов по степени окуль-туренности__

Показатель Степень окультуренности

низкая средняя высокая

Агрегированность

Макроструктура (>0.25 мм) Блочная Комковато - Комковатая

форма шлировая

степень выраженности <20 20-70 >70

(% оструктуренных зон)

Микроагрегированность <10 10-50 >50

(% агрегированного материала)

Общая площадь пор (% <10 10-20 >20

от площади шлифа)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Форма пор Трещины Ваги, тре- Ваги, каме-

щины ры, каналы

Изрезанность пор <4 4-6 >6

отношение периметра пор

к периметру шлифа

общий фактор формы >6 4-6 <4

Гумусиро ванно сть

Количество органогенных Единичные Редкие Много

остатков 1-5 5-10 >10

Биогенность (количество Малая Средняя (2- Высокая

экскрементов) 1-2 5) (>5)

Соотношение микроформ Углистый, Точечный, Сгустковый,

гумуса (по убывающей) точечный, сгустковый, точечный,

сгустковый углистый углистый

Миграция и сегрегация компонентов плазмы

Степень оглеения >10 2-10 <2

(количество Fe-стяжений)

Новообразования из оптиче- Много Единичные Нет

ски ориентированной глины

Однородность сложения (ко- Гетероген- Слабогете- Гомогенное

личество фрагментов припа- ное (много) рогенное (нет)

ханного горизонта) (среднее)

1. Обыкновенный чернозем, Безенчукская опытная станция, Самарская область, волжская вода, минерализация 0.4-0.5 г/л, НСО3-Са. Орошение 50 лет. (В.А. Барановская).

2. Южные черноземы Одесской области, руководитель работ И.Н. Гоголев Орошение 25 лет.

а) Дунай-Днестровская вода, минерализация 0.3-0.5 г/л, НСО3-Са-Мg. Орошение 20 лет. (Я.М. Биланчин).

б) оз. Сасык, минерализация воды 1.4-1.8 г/л, СО3-НСО3-Сl-SО4-Na-Mg. Орошение 10 лет. (П.С. Позняк).

в) сточно-бытовые воды, минерализация 0.7-1.2 г/л, НСО3-Сl-Na-Mg. Орошение 15 лет. (Б.М. Турус)

3. Карбонатные черноземы Ростовской обл., воды р. Маныч, минерализация 0.8-1.3 г/л, НСО3-Са-Мg-Nа. Орошение 12 лет. (Г.И. Андреев).

4. Слитые черноземы Ставрополья, водохранилища местного стока, минерализация воды 0.6-0.8 г/л, НСО3-Мg-Са. Орошение 10 лет. (Н.И. Хаджинов).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Обыкновенные черноземы Заволжья, Безенчукская опытная станция. Орошение 50 лет. Черноземы Заволжья по сравнению с черноземами других регионов характеризуются высокой устойчивостью структуры на всех уровнях организации материала (от макро до микро); распашка, внесение удобрений, использование тяжелой сельскохозяйственной техники заметно снизили пористость и агрегирован-ность, но в целом комковато-губчатое микростроение материала не было разрушено, чему способствовало высокое содержание экскрементов и копролитов. Богарные черноземы Заволжья отличаются высоким содержанием органических остатков разной степени разложения и их ассимиляцией основной массой. Гумус преимущественно темно-бурый, местами бурый. Из микроформ гумуса преобладают сгустковые формы, имеется незначительное количество и дисперсных. Зерна минералов покрыты плотными гумусово-глинистыми пленками. Сложение верхних горизонтов неоднородное: чередуются уплотненные зоны с порами-трещинами и рыхлые комковато-губчатого строения с двухпорядковыми агрегатами. Пористость относительно высокая (около 20%) и разнообразная, преобладают поры упаковки агрегатов и поры-ваги. Новообразования представлены исключительно биогенными формами. На глубине 40-60 см диагностируется хорошо оструктуренный педотубульный гор. АВ с повышенным содержанием углистых микроформ гумуса при преобладании сгустковых микроформ. Его характер в значительной степени сохраняется и в орошаемых черноземах (рис. 1).

Рис. 1. Сгустковые микроформы гумуса в педотубульном горизонте южного орошаемого чернозема, гор. АВ, 60-70 см. N1.

Таким образом, для заволжских богарных обыкновенных черноземов отмечаются:

а) высокая агрегированность и хорошо выраженная меж- и внутриагрегатная пористость,

б) высокое содержание сгусткового гумуса и органического детрита, а также хорошая биогенная переработанность почвенной массы,

в) исключительно благоприятная внутрипрофильная дрени-рованность: с глубины 70 см наблюдается облегчение гранулометрического состава - увеличивается содержание крупной пыли до 20%, а мелкого песка до 10%, а также полевых шпатов и первичных карбонатов.

Длительное орошение заметно изменило основные структурные параметры черноземов, принципиально не затронув такие показатели, как агрегированность основной массы и микроформы гумуса. В результате орошения наблюдается уплотнение пахотного горизонта за счет сближения агрегатов, снижения в основном межагрегатной пористости, появления новых видов пор - пор-трещин. Преобладание сгустковых микроформ гумуса сохраняется, но появляются островки пигментного (почти черного) гумуса, мобильного и потенциально способного к иллювиированию. По -

Рис. 2. Различная гумусированность почвенной массы, связанная с биогенной переработкой. N ||.

ложительным изменением общего микростроения орошаемых черноземов является усиление биогенности, увеличивается количество и разнообразие экскрементов и копролитов в пахотном горизонте; появляются новые виды, например, тонкопылеватые биогенные педотубулы в порах-каналах (рис. 2).

2. Южные черноземы юга Одесской области (Килийский, Татарбунарский, Шкодовогорский районы). Исходно эти южные черноземы по сравнению с заволжскими обыкновенными черноземами отличались:

меньшей оструктуренностью и большей склонностью к уплотнению (коэффициент дисперсности 10-15), многопорядко-вость агрегатов выражена слабо,

несколько более низкой пористостью, заметным снижением межагрегатной пористости и практически не выраженной внутри-агрегатной пористости, высокой трещиноватостью,

относительно низким содержанием сгусткового (хлопьевидного) гумуса и высоким процентом точечного (дисперсного) гумуса, неоднородностью строения профиля: на глубине 40-50 см хорошо выражен высокогумусный горизонт (с преобладанием углистых микроформ гумуса), совершенной биогенной переработкой и пе-дотубульной структуры и высокой агрегированности (вероятно, это погребенный горизонт, атлантического максимума голоцена).

С этой же глубины (40-50 см) меняется и гранулометрический состав (увеличивается содержание песчаной фракции и появляется заметная примесь лёссовидного (или лёссоподобного) материала.

Орошение южных черноземов относительно благоприятными поливными водами гидрокарбонатно-кальциево-магниевого состава не вносит существенных отрицательных изменений в микростроение черноземов. Эти изменения аналогичны в основном тем, какие отмечены для заволжских обыкновенных черноземов: некоторое увеличение плотности сложения и снижение агре-гированности, уменьшение общей и межагрегатной пористости, снижение содержания сгустковых микроформ гумуса. Позняком (2009) и Биланчиным (2009) описано увеличение мощности гумусового горизонта до 0.67 см/год за счет усиления биогенности и иллювиирования гумуса, а также понижение глубины вскипания от карбонатов на 1.33 см/год в течение первых 15 лет орошения.

3. Орошение южных черноземов щелочными водами опресненного оз. Сасык (или морского лимана Сасык) сказалось крайне негативно на макро- и микростроении черноземов. Опреснение вод озера водой Днестра несколько снизило общую минерализацию (до 1.3 г/л), но оставило высокую щелочность (рН 8.2-8.7, часто выше 9.0) поливной воды. Первые же поливы такой водой дали негативные результаты, позже (с 1985 г.) стала проводиться обработка вод серной кислотой с целью снижения их щелочности и добавление фосфогипса для нейтрализации натрия и магния.

На поверхности пахотного горизонта за первые 3 года орошения образовалась плотная непроницаемая для растений (как культурных, так и сорных) слоевато-ноздреватая корка. Цвет корки отличался на разных элементах микро- и нанорельефа: белесый на повышенных элементах (бугорках, валиках, пологих микросклонах) и пятнистый или черный в понижениях (борозды, промоины, плоские понижения). Толщина корки от 0.5 до 2-3 см. Через 5 лет орошения под белесой коркой диагностировали очень плотный и твердый бесструктурный (глыбистый) осолонцованный горизонт с включениями обломков белесой корки. При среднем исходном содержании ила в пахотном горизонте около 28.0% наблюдали уменьшение количества ила в белесой корке до 12.2%, а под коркой в осолонцованной части пахотного горизонта увели-

чение до 35.0%. Соответственно изменилось и соотношение поглощенных катионов, а именно магния и натрия: в пахотном и подпахотном горизонтах относительное содержание натрия увеличилось с 0.4 до 5.1%, а магния с 15.6 до 28.5% от суммы поглощенных оснований. Одновременно увеличилась плотность сложения с 1.19 до 1.62 г/см3 и уменьшилась водопроницаемость - коэффициент фильтрации снизился с 1.56 до 0.33 мм/мин (Гоголев и др., 1990).

Основные изменения микростроения черноземов, орошаемых щелочными водами, сводятся к следующему.

Коркообразование, сопровождающееся пептизацией и сепарацией гумусово-глинистой плазмы и образованием зон, состоящих исключительно из песчано-пылеватых зерен первичных минералов (часто беспленочных) и зон, обогащенных гумусовой и гумусово-глинистой плазмой в пределах верхних 2-3 см пахотного горизонта. Внутри корки выделяются зоны: а) ноздреватого строения с многочисленными замкнутыми округлыми порами, б) слоеватого строения с субгоризонтальной пористостью, в) бесструктурная зона со слабовыраженной агрегированностью и низкой пористостью (рис. 3).

1. Проявляется, с одной стороны, неоднородность общей гумусированности за счет возникшей подвижности гумусово-глинистой плазмы, а с другой, резкое изменение соотношения микроформ гумуса в сторону потери сгустковых и увеличения доли дисперсных и углистых микроформ. Чередуются светлые зоны, практически потерявшие гумусово-глинистую плазму, и темные зоны, обогащенные иллювиированным подвижным гумусом или гумусово-глинистой плазмой.

2. В результате изменения гумусного состояния меняется и микростроение тонкодисперсного материала: в максимально без-гумусных участках наблюдается переход плазмы из агрегированного изотропного состояния в анизотропное и появление в этих зонах оптически ориентированных тонких кутан - пленок в порах.

3. Результатом описанных выше изменений является новая структурная организация тонкодисперсного материала: в корке -ноздревато-слоеватая структура, аналогичная описанной в корковых солонцах Прикаспия Турсиной (1990) и Лебедевой (Вербой) и

Рис. 3. Микростроение коркового горизонта черноземов, орошаемых щелочными водами оз. Сасык.

др. (2009). В целом микростроение пахотного горизонта становится крайне неоднородным: с частичной потерей агрегированности и пористости до сильноуплотненных участков с тонкотрещиноватой пористостью ниже 10-15% (поры крупнее 0.05 мм) (рис. 4).

Можно сделать вывод о быстром протекании нескольких процессов при воздействии щелочных поливных вод на почвенную массу южного чернозема: 1 - диспергации агрегированной гумусово-глинистой плазмы и выноса ее (вертикального и латерального) с образованием маломощного осолодело-коркового горизонта, 2 - замещения кальция на магний и натрий в поглощающем комплексе и изменения структурных и водно-физических свойств в результате развития солонцового процесса в пахотном и подпахотном горизонтах. В результате получили модель образования агрогенного осолодело-коркового солонца из южного чернозема под действием щелочных поливных вод.

А

Рис. 4. Агрегированные (А) и массивные (Б) микрозоны в пахотном горизонте орошаемого чернозема.

4. На южных черноземах был опробован еще один вид орошения - полив сточно-бытовыми водами (Турус, 1989). Неожиданно оказалось, что изменение структурного состояния не столь значительны, как это наблюдалось при орошении черноземов щелочными водами оз. Сасык. Оструктуренность пахотного горизонта несколько снизилась (рис. 5), а в подпахотном (на глубине 2535 см) осталась достаточно высокой.

Рис. 5. Орошаемый чернозем, гор. Рис. 6. Орошаемый чернозем, гор. Ар, 0-10 см. Ар, 0-10 см. Ооиды с каемкой из

оптически ориентированной глины. N X.

Губчато-ажурное микростроение пахотного горизонта сменилось уплотненным с появлением переорганизации материала за счет действия влекомых наносов - образованием крупных ооидов с высокой концентрической оптической ориентировкой глинистых частиц (рис. 6).

Исходные агрегаты сближаются и оплывают, сильно снижается межагрегатная пористость. Наблюдается некоторое осветление общей окраски за счет локальных внутригоризонтных подвижек, в основном гумуса, в результате чего на поверхности микроагрегатов появляются неконтрастные темные гумусированные кутаны или зоны пропитки. Одновременно фиксируется появление беспленочных зон грубодисперсного материала.

Подпахотный горизонт крайне неоднороден по острукту-ренности и плотности: чередуются зоны высокой биогенной переработки - копрогенно-педотубульные с зонами бесструктурными и с крайне низкой пористостью.

Этот вид орошения по степени влияния на изменение микростроения почвенной массы черноземов занял промежуточное положение между двумя выше описанными (орошением Дунай-Днестровской водой гидрокарбонатно-кальциево-магниевого состава и орошением щелочными водами оз. Сасык). Благоприятный уровень оструктуренности черноземов, орошаемых сточно-бытовыми водами поддерживают поверхностно-активные вещества, содержащиеся в них, несмотря на относительно высокую до-

лю натрия в водах, которая в будущем может привести к осолон-цеванию орошаемых черноземов.

Прежде чем перейти к описанию процессов, связанных с орошением черноземов, отличающихся меньшей оструктурен-ность почвенных горизонтов (иногда и отсутствием педотуболь-ного горизонта) и соответственно более слабой дренированностью почвенного профиля, следует коротко остановиться на истории формирования черноземов в голоцене. Сумма микропризнаков в средней части профиля черноземов (на глубине 40-60 см), а именно высокая устойчивость специфической педотубульной микроструктуры, высокая биогенная переработка материала, преобладание углистых микроформ гумуса (указывающих на повышенную влажность, а может быть и температуру) позволяет предположить особые условия почвообразования в середине голоцена, что согласуется с данными Иванова, Чендева (2010) (табл. 2).

5. Карбонатные черноземы Ростовской области отличаются от обыкновенных и южных черноземов низкой микроагрегиро-ванностью, повышенной карбонатностью, отсутствием биогенно-педотубольного горизонта в средней части профиля, бурым гумусом и невысокой долей сгусткового гумуса, плотными карбонатными горизонтами, осложняющими внутрипрофильную дрениро-ванность при орошении.

Таблица 2. Эволюция условий почвообразования в голоцене (Иванов, Чендев, 2010)_

Период Возраст, тыс. л.н. Климат Прирост гор. А1

ДР - древний 12-8 Неустойчиво холодный 35-50 см

АТ - атлантический 8-4.8 Термический максимум голоцена 50-60 см

SВ - суббореальный 4.8-2.8 Бестрендовые колебания температуры и осадков 50-100 см (3 мм/год)

SА - субатлантиче- 2.8 по Неустойчивый кли- Прироста нет, но

ский настоящее время мат профиль увеличивается за счет роста гор. ВС

Изменение строения черноземов под влиянием орошения выявило развитие процессов уплотнения и слитизации (Козловский, 1991), уплотнения почвенной массы и ее цементации за счет подъема карбонатов в верхние горизонты (Турсина, 1993), процессов оглеения и образования конкреций (Скворцова, Андреев, 1983). Орошение водами р. Маныч, имеющими минерализацию 0.8-1.3 г/л и высокое содержание магния и натрия способствовало существенному изменению кальциевого режима. Николаевой и Воробьевой отмечено, что изменение реакции среды в орошаемых черноземах (в пределах рН около 8.4-8.5) серьезно влияет на устойчивость карбонатов: при рН ниже данной величины наблюдается выпадение карбонатов в осадок, а при рН выше 8.4-8.5 -активизируется растворение карбонатов (а точнее СаСО3). Что касается влияния карбоната магния, которого здесь достаточно много как в поливной воде, так и в почве, то о его роли в изменении структурных свойств почвы известно очень мало.

Орошение резко меняет микростроение верхних горизонтов, превращая их в глыбистые и низкопористые в результате подъема карбонатов. При этом агрегация почвенной массы исчезает, поскольку плазма из глинистой превращается в глинисто -карбонатную и происходит изменение ее микростроение: из мел-кокомковато-сгусткового в мелкокристаллическое, что существенно сказывается на структуре порового пространства. Неорошаемые черноземы имели относительно высокую микро- и мезо-пористость - около 20-25%, которая при орошении уменьшилась до 10-12%, а макропористость (поры больше 100 мкм) наоборот увеличилась с 4-5 до 15-18%. Одновременно ветвистые ажурные поры сменились порами-трещинами диаметром 2-3 мм. Профильное изменение пористости показывает, что в гор. АВ наблюдается снижение макропористости до 7% из-за появления процессов сли-тизации или подтягивания карбонатов. Поры крупнее 1.5 мм отсутствуют. В карбонатных горизонтах наблюдается перераспределение карбонатов и некоторое растворение стяжений, что отражается на снижении пористости карбонатных горизонтов. Избыточное увлажнение приводит к перераспределению железа и образованию железистых микроконкреций. В оглеенных зонах пористость также снижается. Черноземы, испытывающие попеременно чередующееся переувлажнение и иссушение, подвергаются опас-

ности ослитования, сопровождающегося образованием тонких вертикально-наклонных кутан скольжения и резкой потерей пористости.

Подытоживая влияние слабоминерализованных поливных вод, богатых магнием и натрием, отметим три неблагоприятных процесса: 1 - цементацию почвенной массы карбонатами кальция и магния (в результате перестройки микростроения плазмы из аг-регационного в мелкокристаллическое), 2 - оглеение и конкре-циообразование за счет обезжелезнения глинистой плазмы при избыточном увлажнении, 3 - слитообразование при контрастном увлажнении (чередовании процессов набухания-трещино-образования при иссушении). Во всех случаях (развитии процессов цементации, оглеения и слитообразования) наблюдалось резкое и неблагоприятное снижение пористости как в пахотном, так и в подпахотном горизонтах.

6. Богарные слитые черноземы Ставрополья имеют очень специфическое строение. При высокой гумусированности (более 5-7%) их оструктуренность и агрегированность очень низкие, глинистая плазма часто анизотропная, склонная к переорганизации, близкое к поверхности залегание горизонтов с высокой оптической ориентировкой глинистой плазмы. Встречаются кутаны давления от очень тонких до толстых (1-2 мм) сложного строения. Пористость пахотного и подпахотного горизонтов относительно низкая 10-15%, преобладают ветвистые поры - трещины (рис. 7).

Рис. 7. Ветвистые поры-трещины в Рис. 8. Образование тонких слитых черноземах Ставрополья. наклонных трещин - начальная Гор. Ар, 0-10 см. N |. стадия развития сликенсайдов. _|Гор. В, 45-65 см._

В средней части профиля встречаются наклонно-вертикальные длинные поры, связанные с образованием поверхностей скольжения (слайкенсайдов) (рис. 8). Все эти свойства слитые черноземы наследуют от почвообразующей породы - делювия майкопских глин.

При орошении все указанные неблагоприятные свойства слитых почв быстро усиливаются: снижается пористость за счет повышения оптической ориентировки глинистой плазмы в верхних горизонтах и подъема карбонатов и переориентации глинистой плазмы из анизотропной в мелкокристаллическую, а также увеличивается слитость и неоднородность строения, появляется коркуемость. Высокая набухаемость, склонность к образованию поверхностной корки и низкая пористость не позволяют использовать слитые черноземы Ставрополья для орошения.

Изучение минералогического состава тонкодисперсного материала на многих оросительных системах (Чижикова, 1991) в черноземной зоне (в том числе и на описанных объектах) показало, что в результате орошения происходят существенные перестройки в минералогическом составе черноземов:

1) потеря прочносвязанных компонентов;

2) десмектизация тонкодисперсного материала пахотных горизонтов;

3) относительное увеличение содержания кварца (дробление в пылеватых фракциях).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

При орошении черноземов необходимо учитывать как исходные свойства почв (макро- и микроагрегированность, биоген-ность и микроформы гумуса, а также признаки, связанные с внут-рипрофильной дренированностью), так и качество оросительных вод. Максимально оба условия были соблюдены лишь в обыкновенных черноземах Заволжья, орошаемых около 50-ти лет волжской водой гидрокарбонатно-кальциевого состава. В результате сохранены агрегированность и биогенность на всех уровнях организации материала. За 50 лет орошения произошло лишь некоторое сближение агрегатов (их переупаковка), усиление биогенности и заметное иллювиирование гумуса с образованием темных гуму-сированных зон в нижней части пахотного горизонта.

В южных черноземах Одесской области при относительно удачном сочетании необходимых исходных свойств (агрегирован-ность, микроформы гумуса и внутрпрофильная дренированность) и орошении более или менее благоприятной водой (в течение 25 лет) только частично сохраняется устойчивость структурного и гумусного состояния. Однако уже наблюдается неоднородность в агрегации и уплотнении общей массы, т.е. чередование хорошо оструктуренных зон с зонами, потерявшими пористость. Причиной такой неустойчивости структурного каркаса является повышенная дисперсность почвообразующего материала, активное снижение границы вскипания от карбонатов, а также несколько повышенное содержание магния в поливной дунай-днестровской воде (по сравнению с волжской).

Наиболее серьезные изменения в макро- и микростроении южных черноземов связаны с использованием щелочных вод опресненного оз. Сасык. В первые же два года орошения наблюдалась сильнейшая пептизация агрегированной гумусово-глинистой плазмы и латеральный отмыв ее в любые нанопониже-ния (борозды, рытвины), одновременно с этим происходило осветление верхних частей борозд и формирование прочной слое-вато-ноздреватой поверхностной корки. С годами латеральный процесс иллювиирования плазмы дополнялся вертикальным, и происходило осолодение верхней части пахотного горизонта, а одновременно с этим и накопление иллювиированного ила, обогащенного обменным натрием в подпахотном горизонте, т.е. его осолонцевание. Исходное благоприятное сочетание структурных свойств чернозема, аналогичное выше описанному варианту, не смогло противостоять воздействию щелочных поливных вод.

Орошение южных черноземов сточно-бытовыми водами оказалось не столь неблагоприятным, как предполагалось. Настораживало относительно высокое содержание натрия в этих водах. Действительно за 20 лет орошения содержание поглощенного натрия увеличилось (местами до 5% от суммы поглощенных оснований) и несколько снизилась агрегированность, но благодаря высокому содержанию поверхностно активных веществ в воде, мик-роагрегированность черноземов остается достаточно высокой.

Изменение южных и карбонатных черноземов в результате длительного полива водами с повышенным содержанием магния

оказалось крайне негативным из-за подъема карбонатов кальция и магния в пахотный горизонт, вызвавшего переход плазмы из изотропно-агрегированного состояния в мелкокристаллическое. Это изменение микростроения плазмы вызвало утрату мезо - и микропористости и увеличение макропористости. Одновременно произошла цементация материала пахотного горизонта карбонатом магния и переход комковатой структуры в крупно глыбистую.

В слитых черноземах Ставрополья, обладающих рядом отрицательных показателей (высокой набухаемостью и низкой пористостью, оптической ориентировкой плазмы и кутанами давления, склонностью к коркуемости и цементации карбонатами), в процессе орошения эти признаки усиливаются, т.е. эти почвы не могут быть рекомендованы к орошению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изложенные материалы позволяют сделать три основных вывода генетико-эволюционного характера.

1. Профильное микростроение обыкновенных и южных черноземов подтверждает высказанную ранее микроморфологами Ярировой (1981) и Турсиной (2009) идею полигенетичности и раз-новозрастности их профиля, подтвержденных Чичаговой (1986) и Ивановым (2009) и др. Педотубульный высокопористый и хорошо агрегированный горизонт (на глубине 40-50 см), обогащенный углистым и пигментным гумусом, является реликтом атлантического термического максимума голоцена и существенно отличается по микростроению как от выше, так и ниже лежащих горизонтов. Высокая и устойчивая агрегированность педотубульного горизонта обеспечивает хорошую внутрипрофильную дренирован-ность обыкновенных и южных черноземов.

2. Выявленная при орошении содовыми водами процессная взаимозависимость осолодения (в первые 2-3 года орошения) и осолонцевания (в последующие годы) показывает, что указанные процессы следует поменять местами. По Гедройцу осолодение является следствием осолонцевания, а не причиной, как было зафиксировано в наших наблюдениях при орошении черноземов щелочными водами.

3. Из всех описанных свойств черноземов и факторов почвообразования состав оросительных вод играет главенствующую

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

роль в эволюции орошаемых черноземов. Поливные воды минерализацией до 0.5-0.7 г/л могут считаться благоприятными для орошения. Минерализация вод 0.7-1.5 г/л является крайне неблагоприятной, так как вызывает высокую щелочность в орошаемых черноземах и развитие процессов осолодения, коркуемости и осо-лонцевания. В водах с минерализацией больше 1.5 г/л обычно заметно возрастает доля Мg относительно и при орошении наблюдается подъем карбонатов в пахотный горизонт и карбонатная цементация (доломитизация) поверхностных горизонтов. Еще более высокое содержание Мg в оросительных водах может вызывать процессы ослитования черноземов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев Г.И., Козлечков Г.А., Андреев А.Г. Экологическое состояние орошаемых почв на Нижнем Дону. М.-Днепропетровск-Новочеркасск, 2007. 262 с.

2. Биланчин Я.М. Черноземы массивов орошения Одесчины в условиях ирригации и последующего прекращения ее в последние 12-15 лет // Вестник Одесского нац. ун-та. 2009. Т. 14. Вып. 7. С. 35-40.

3. Гоголев И.Н., Турсина Т.В., Позняк С.П., Тортик М.И. Влияние щелочных поливных вод на черноземы Заднестровья Украины // Почвоведение. 1990. № 12. С. 85-93.

4. Егоров В.В. О мелиоративном состоянии черноземов // Тез. Докл. VIII Всесоюз. Съезду почвоведов. Новосибирск, 1989. Кн. 5. С. 58.

5. Иванов И.В., Чендев Ю.Г. История формирования черноземов ЦЧО и современное состояние их гумусового профиля // География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов. М., 2010. С. 67-77.

6. Козловский Ф.И. Современные естественные и антропогенные процессы эволюции почв. М.: Наука, 1991.

7. Крупенников И.А., Подымов Б.П., Скрябина Э.Е. Влияние орошения на свойства и плодородие почв // Обзорная информация Молд. НИИНТИ. Кишинев, 1985, 80 с.

8. Лебедева (Верба) М.П., Лебедев М.А., Позняк С.П. Микроморфологические признаки вторичного осолонцевания в орошаемых черноземах юга Украины (сравнение с целинными солонцами Северного Прикаспия // Вестник Одесского нац. ун-та. 2009. Т. 14. Вып. 7. С. 297-303.

9. Медведев В.В. Микроморфология антропогенных процессов в черноземах // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 1981. Вып. XXVIII. С. 6365.

10. Николаева С.А., Розанов Б.Г. Последствия орошения черноземов слабоминерализованными водами // Вестник с.-х. науки. 1990. № 3. С. 8589.

11. Позняк С.П. Чижикова Н.П., Шишов С.А. Преобразование минеральной и органической компонент черноземов южных юго-запада Украины при орошении // Вестник Одесского нац. ун-та. 2009. Т. 14. Вып. 7. С. 338-344.

12. Поляков А.Н. Микроморфология черноземов Заволжской лесостепной провинции // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 1981. Вып. XXVIII. С. 49-50.

13. Приходько В.Е. Внутригоризонтные морфоны степных почв и их трансформация под влиянием орошения // Почвоведение. 2005. № 11. С. 1285-1296.

14. Розанов Б.Г. Прогноз эволюции черноземов юга европейской части СССР при орошении // Проблемы генезиса и мелиорации орошаемых почв. Ч. 11. Почвы степной зоны, 1973. С. 67-76.

15. Скворцова Е.Б., Андреев Г.И. Изменение пористости террасовых черноземов Ростовской области под влиянием орошения // Микроморфология генетическому и прикладному почвоведению. Тарту, 1983. С. 78-79

16. Скворцова Е.Б., Позняк С.Л. Строение порового пространства как зеркало физической деградации пахотных почв // Вестник Одесского национального ун-та. 2009. Т. 14. Выл. 7. С. 349-356.

17. Турсина Т.В. Микростроение орошаемых черноземов // Плодородие черноземов в связи с интенсификацией их использования. М.: Наука, 1990. С. 228-234.

18. Турсина Т.В. Теоретические и практические проблемы орошения черноземов // Орошение почв юга России. Херсон, 1993.

19. Турсина Т.В. Микроморфологическая характеристика устойчивости черноземов к различным сельскохозяйственным воздействиям // Вестник Одесского нац. ун-та. 2009. Т. 14. Вып. 7. С. 369-375.

20. Турсина Т.В., Барановская В.А., Азовцев В.И. Изменение микростроения почв под влиянием длительного орошения // Почвенно -мелиоративные проблемы и пути повышения плодородия орошаемых земель юга УССР. М., 1978. С. 71.

21. Турус Б.М. Влияние орошения точными водами на свойства южных черноземов // Почвенно-мелиоративные проблемы и пути повышения плодородия орошаемых земель юга УССР. М., 1978.

22. Чижикова Н.П. Влияние орошения на изменение минералогического состава черноземов и каштановых почв // Почвоведение. 1995. № 1. С. 128-144.

23. Чижикова Н.П. Изменение минералогического состава черноземов при орошении // Почвоведение. 1991. № 2. С. 65-81.

24. Чичагова О.Н. Радиоуглеродная датирование почв: методика, интерпретация и применение. Эволюция и возраст почв СССР. Пущино, 1986. С. 76-93.

25. Шеин Е.В., Николаева С.Н., Розов С.Ю. Проблемы прогноза почвен-но-экологических последствий орошения черноземов // Почвоведение. 1995. № 1. С. 115-121.

26.Ярилова Е.А., Самойлова Е.М., Поляков А.Н., Макеева В.И. Микроморфология черноземов Русской равнины и ее значение для диагностики и классификации // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 1981. Вып. XXVIII. С. 29-31.

MICROMORPHOLOGICAL DIAGNOSIS OF THE STABILITY OF CHERNOZEMS UNDER IRRIGATION

T. V. Tursina

V. V. Dokuchaev Soil Science Institute of Russian Academy of Agricultural Sciences, 119017, Moscow, Pyzhevskii, 7 e-mail: [email protected]

Chernozems under irrigation for a long period of time have been studied using the micromorphological methods. The soil porosity, the amount of microaggregates, biogeneity, humus microforms and the presence or formation of optically oriented clay were taken as the basic indices for estimating the stability of chernozems to irrigation during 30-50 years. The different ionic composition of the irrigation water serves as evidence of varying anthropogenic evolution of chernozems.

Keywords: fabric, humus forms, optically oriented clay, solodization, compactness.

УДК 631.4

ТРАНСФОРМАЦИИ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ ПОЧВ ПЕСЧАНЫХ ПУСТЫНЬ ПОД РАЗНЫМИ ТИПАМИ САКСАУЛЬНИКОВ*

Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7 e-mail: [email protected]

Впервые в результате экспериментального изучения влияния саксаула черного (Haloxylon ammodendron) и белого (Haloxylon persi-cum) на минералогический состав тонкодисперсных фракций пустынных песчаных почв установлены различия в трансформации минералов под разными видами саксаулов. Это явление объясняется с позиций отличий в биогеохимическом круговороте элементов под черным саксаулом, и, как следствие этого, высоким содержанием натрия в опаде и последующим образованием соды в профиле почв. Последнее вызывает подщелачивание почвенных растворов и трансформацию минералов под влиянием щелочного гидролиза.

Ключевые слова: Каракумы, песчаные почвы, минералогический состав, тонкодисперсные фракции, саксаул черный.

Роль растительных сообществ в формировании почвенных профилей и почвенного покрова давно интересовала почвоведов, в том числе на территориях песчаных пустынь (Гаэль, 1939; Гунин и др., 1969; Гунин, 1990; Родин, Базилевич, 1965; Базилевич и др., 1972; Базилевич, Чижикова, 1977 и др.). Наиболее перспективными являются исследования, проводимые в заповедниках с длительной историей наблюдений за функционированием экосистем. Такой территорией является Репетекский заповедник, которому присвоен статус биосферного в связи с включением его в международную сеть ЮНЕСКО, и который является экологическим центром в Восточных Каракумах (Гунин и др., 1985).

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 12-04-00990а.

Восточные Каракумы, занимающие 29 тыс. км2 - сложная в природном отношении территория, на которой важное значение с точки зрения экологического рефугиума для многих животных и растительных организмов песчаной пустыни имеют сообщества из черного саксаула с солончаковатыми почвами биогенного происхождения с непромывным водным режимом (Гунин, Вейисов, 1987; Гунин, 1990). Экосистемы Восточных Каракумов, расположенные на древнеаллювиальной равнине пра-Амударьи и ее протоков, прошли гидроморфную и полугидроморфную стадии развития (Гунин, Вейисов, 1987). Окончательное оформление структуры экосистем происходило в позднеплейстоценовый и раннего-лоценовый периоды. В настоящее время развитие экосистем в основном подчинено влиянию эолового фактора. По мнению Гуни-на, Вейисова (1987), климатические условия с конца прошлого века определяют естественный процесс развития автоморфных экосистем, проявляющийся в постепенном зарастании барханных песков и формировании ксероморфных сообществ, сложенных тремя монодоминантными ярусами (кустарниковым, травяным и моховым).

Проблема рационального использования растительных ресурсов пустыни и повышение продуктивности аридных пастбищ методами фитомелиорации всегда имела большое значение (Гаель, 1975; Шамсутдинов, 1975) и приобретает все большую актуальность в настоящее время в условиях аридизации климата (СЫ181> шапп й а1., 2009). К одним из основных средообразующих эдифика-торов и экономически важных видов относится черный саксаул (На1оху1оп аркуПыт (Мткда.) Щт, СЬепоро&асеае (саксаул безлистный, черный) (Курочкина и др., 1986; Руапкоу е! а1., 1999; Ак-жигитова и др., 2003; Ginsburger е! а1., 2003; Toderich е! а1., 2009). Н. аркуПыт - это древовидный кустарник высотой 1-9 м с фотосинте-зирующими суккулентными побегами, распространенный на аллювиальных равнинах современных и древних речных русел, в понижениях и обширных котловинах пустынь Центральной Азии. Во взрослом состоянии Н. аркуПыт сочетает признаки ксерофита и га-лофита, благодаря чему может произрастать от пресных песков до солончаковых и гипсовых субстратов, образовывая огромные, протяженностью в десятки километров, популяции (Нечаева, 1958; Никитин, 1966; Курочкина и др., 1986; Ginsburger е! а1., 2003).

Целью исследований являлся анализ поведения минералов фракция илистой (<1 мкм), тонкой (1-5 мкм) и средней (5-10 мкм) пыли под влиянием произрастания саксаулов, попытка связать различия в биокруговороте элементов в белых и черных саксаульниках с процессами трансформации минералов тонкодисперсных фракций.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Образцы отбирали по генетическим горизонтам для сравнения формирования профилей почв под разными типами саксаулов, а также выделяли мелкозем с корневых систем белого и черного саксаулов для анализа трансформации минералов в прикорневой среде.

Аналитико-инструментальный метод использовали для количественного определения минералов тонкодисперсных фракций выделенных из образцов почв. Выделение фракций менее 1 мкм, 15, 5-10 мкм проводили методом седиментации по Н.И. Горбунову (1963). Коагуляцию вели раствором хлористого магния. Диагностику минералов осуществляли в образцах фракций размерностью менее 1, 1-5, 5-10 мкм, высаженных на покровные стекла из водной суспензии. Рентгеносьемку проводили на универсальном рентген-дифрактометре фирмы Карл Цейс Иена (Германия). Образцы снимали в воздушно-сухом состоянии, после сольватации их эти-ленгликолем, после прокаливания в течение 2 ч при температуре 550°С. Для диагностики хлорита использовали обработку образцов 0.5 М HCl. Соотношение основных минеральных фаз во фракций менее 1 мкм рассчитывали по методу Бискайя (Biskay, 1968), во фракциях 1-5, 5-10 мкм по методу Кука (Cook et al., 1975).

Объектами исследования служили минералы тонкодисперсных фракций, выделенные из пустынных почв, сформировавшихся под саксаульниками (рис. 1).

Изучение влияния различных видов растений песчаных пустынь на почвообразование проводили в илаковом черносаксауль-нике межгрядового понижения на песчано-пустынной станции Репетек в Юго-Восточных Каракумах. По данным Н.И. Базилевич и др. (1972), проективное покрытие черного саксаула (Haloxylon ammodendron, основной эдификатор) - 20%, белого саксаула (Haloxylon persicum) - 1%, другими древесными и кустарниковыми -8%, и 71% занято илаком (Carex physodes).

Рис. 1. Вид ландшафта с песчаными барханами под зарослями черного саксаула.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

Основой песков, на которых произрастали перечисленные выше виды растительности, и которые являются почвообразую-щей породой, послужили аллювиальные отложения пра-Амударьи-каракумской толщи, переработанной эоловыми процессам. По С.В. Вейисову (1975) эти отложения в Репетеке представлены косослоистой песчаной толщей с линзами и прослоями глин и супесей мощностью от нескольких сантиметров до 1 м и более с включениями линзообразных скоплений галек. В верхних горизонтах часто встречаются скопления кристаллов "репетекского" гипса. Аллювиальные пески каракумской свиты обычно полиминеральные, кварцево-полевошпатовые с большим количеством слюды.

Полученные данные по петрографическому составу песка под саксаулом аналогичны материалам полученным С.В. Вейисо-вым (1976). В почвах содержание песка среднего (фракция 0.250.05 мм) колеблется от 65 до 75%, физической глины (фракция <0.01 мм) - 5-6%, в том числе ила (<0.001 мм) 4-5%. По П.Д. Гунину, В.Я. Дарымову (1969) в почвах Репетека содержание фракции 0.1-0.05 мм составляет 45-50%, 0.25-0.1 мм около 40%, пыли и ила ~2%.

Песчаные фракции состоят из кварца (30-50%), полевых шпатов (10-20%), большого количества слюд, как мусковит-серицитового, так и биотит-флогопитового типов, разной размерности и степени выветрелости, встречаются листочки хлорита.

Минералы легких фракций представлены полевошпатово-кварцевой ассоциацией, тяжелой фракции - эпидотово-амфиболовой. Зерна кварца угловатые, угловато-окатанные, с пузырьками газа и жидкости, с включениями циркона, турмалина, полевых шпатов, слюд черного цвета, с кавернозными углублениями (результат выветривания - почвообразования).

Полевые шпаты представлены калиевыми разновидностями (ортоклазом и микроклином), реже - плагиоклазами. Зерна обычно угловатые, угловато-окатанные, интенсивно измененные, часто корродированные, иногда полностью пелитизированные. В Каракумской свите полевых шпатов - 15-20% (Хабаров, 1976; Гаель, Хабаров, 1979). В легкой фракции обломки слюд представлены мусковитом, биотитом, зеленой слюдой. Обломки имеют вид тонких бесцветных или буровато-зеленых листочков (пластин) с загнутыми краями. Изменения выражаются в обесцвечивании, оже-лезнении по всему профилю почв. Карбонаты (кальцит) - представлены округлыми, призматическими неправильной формы зернами, а также в виде глинистых агрегатов. Зерна карбонатов не только остаточные, но и почвообразованные в результате минерализации растительных остатков, особенно в мелких фракциях (хе-могенный кальцит).

Несмотря на существенную изреженность растительного покрова в песчаных пустынях неоднократно (Дубянский, 1928; Гаэль, 1939; Зонн, Леонтьев, 1942; Гунин, Дарымов, 1969) подчеркивалась ярко выраженная комплексность почвенного покрова, обусловленная функционированием различной растительности. Последнее связывалось с различиями в биогеохимической деятельности растений. Наибольший интерес вызывало изучение биогеохимического круговорота элементов под саксаулами и выявление особенностей формирования почв под ними. В проведенных ранее работах подчеркивались различия в круговороте элементов под черными и белыми саксаулами, обусловленные различиями в биогеохимии и продуктивности данных растений (рис. 2).

Рис. 2. Мозаичность биогенного засоления поверхностных (0-30 см) горизонтов (корка, подкорка) песчаных пустынных почв в экосистемах черных саксаульников по долинообразным понижениям Восточных Каракумах (по Гунину, 1990). I - под кроной черного саксаула: 1 - солончак содовый, мертвопокровный в приствольной части; 2 - сильнозасоленная, содово-хлоридная почва под густым травяным покровом из сведы дуго-листной; 3 - среднезасоленная, хлоридная почва под кохией зубчатокры-лой; 4 - слабозасоленные, хлоридные почвы под лондезией; 5 - слабоза-соленные, хлоридно-сульфатные почвы под разнотравными, ромашково-злаковыми группировками; II - по периферии крон черного саксаула и под высокими особями: 6 - слабозасоленные и незасоленные, уплотненные почвы под злаковыми, разнотравно-злаковыми группировками; III -межкроновые пространства: 7 - незасоленные, типичные песчаные пустынные почвы под травяным покровом из осоки вздутой.

Ежегодно в опад поступает 0.94 т/га от надземной органической массы черного саксаула, из которой 72% приходится на зеленые части. В почву возвращается 128.6 кг/га зольных веществ (из них 0.24 кг/га микроэлементов и 13 кг/га К). Ведущие элементы -Ка, К, Са, Mg и К; из микроэлементов - Мп, В. Под белым саксаулом возвращается с опадом надземной части (0.05 т/га) всего 5 кг/га элементов питания, в том числе 0.7 кг/га N и 0.016 кг/га микроэлементов. С опадом поступает 16 кг/га химических веществ, в том числе 6 кг/га К; господствуют К, Ка, Са и 81.

Поскольку опад черносаксаульника поступает на площадь, занятую этим растением, биогеохимическое воздействие проявляется локально. В связи с этим количество опада отдельных растений пересчитали на площадь в соответствии с проективным покрытием. Выявили, что на 1 м2 под кронами черного и белого саксаулов с опадом поступает примерно одинаковое количество растительных остатков (около 0.0002 т), но при этом в первом случае - 0.07 кг зольных элементов и азота, а во втором всего 0.04. Под черным саксаулом вносится 2677 мг-экв/м2 катионов и только 201 мг-экв/м2 анионов. Избыточные катионы связываются с СО2 воздуха и образуют карбонаты. Таким путем при разложении опада может образоваться 42 г соды - Na2CO3; 32 г поташа - K2CO3; 27 г CaCO3 и 26 г MgCO3; а также около 4 г NaCl + KCl и 4.4 г гипса. Под кустами белого саксаула может образоваться всего 8 г N2CO3; 18 г - K2CO3; 18 г - MgCO3; 40 г - CaCO3, а также 1.7 г NaCl + KCl и 3.9 г гипса. Действительно, по мере минерализации подстилки, а также усохших ветвей под белым саксаулом отчетливо прослеживается более активное накопление Са, чем под саксаулом черным. Под илаком поступает с опадом всего 0.0004 т/м2 растительных остатков, при их минерализации может образоваться примерно по 1 г/м2 K2CO3 и CaCO3 и менее 0.5 г MgCO3, а также до 0.1 г NaCl и 0.1 г гипса; сода не образуется совсем.

В результате воздействия освободившихся из опада солей под кронами черного саксаула происходит резкое подщелачивание верхнего слоя песка; общая щелочность в корочке (мощность до 2 см) достигает 20 мг-экв. Содержание солей превышает 2%, реакция среды резко щелочная, количество обменного натрия при емкости обмена около 7 мг-экв - 20-45%. Непосредственно под кронами черного саксаула благодаря обогащенности зольных веществ опада Na при его минерализации может образоваться более 40% весьма токсичной углекислой соды, что приводит к сильному подщелачиванию почв (табл. 1).

Фазовый качественный состав минералов фракции < 1 мкм пустынных песчаных почв представлен гидрослюдами, хлоритами, смешанослойными слюда-смектитовыми и хлорид-смектитовыми

Таблица 1. Химические свойства исследованных пустынных почв

Глубина, см Гумус, С02, % рн Ге203 по Джексону, % Плотный остаток, % Щелочность, % С1 804 С а Щ N3 К

С03 НС03 мг-экв/100 г

Пустынная солончаковая, песчаная почва под черным саксаулом

0-1.5 3.30 8.10 9.00 0.65 2.63 13.33 22.55 2.72 2.40 0.88 4.83 18.63 5.76

1.5-8 0.37 6.00 9.10 0.44 0.35 1.96 2.90 0.95 0.08 0.18 0.26 3.37 0.12

8-18 0.21 5.80 9.00 0.26 0.23 0.78 2.04 0.55 0.09 Нет 0.09 2.50 0.09

18-32 Нет 6.20 8.30 0.17 0.14 0.39 1.26 0.47 0.15 » 0.18 1.17 0.53

32-50 » 5.80 8.30 0.26 0.10 0.39 1.06 0.16 0.14 0.09 0.09 0.78 0.40

Пус тынная слабосо лончако ватая, п гсчаная почва пс >д бельв 1 caкcayJ том

0-3 0.40 5.70 8.50 0.34 0.38 0.63 1.25 1.27 1.63 0.94 1.87 0.77 1.20

4-15 0.20 5.70 8.00 0.26 0.25 0.42 1.25 0.15 1.08 1.26 0.63 0.26 0.75

15-42 0.20 5.20 7.90 0.20 0.12 0.30 1.50 0.24 1.00 0.68 0.82 0.52 0.52

42-60 0.20 5.50 7.90 0.16 0.37 0.10 1.33 0.68 1.73 1.26 1.26 0.78 0.54

0-5 0.12 5.70 7.60 0.24 0.05 Нет 0.55 0.08 Нет 0.18 0.18 0.10 0.17

5-12 0.21 6.40 7.90 0.26 0.06 » 0.51 0.08 0.09 0.35 0.09 0.11 0.13

12-22 0.16 6.40 7.90 0.26 0.06 » 0.59 0.08 0.02 0.26 0.09 0.17 0.17

Таблица 2. Соотношение основных минеральных фракций менее 1, 1-5, 5-10 мкм, выделенных из пустынных почв__

Слой, см Менее 1 мкм 1-5 мкм 5-10 мкм

гидрослюда хлорит ССМ биотит хлорит биотит хлорит

Пустынная 0-2 2-27 27-40 40-67 67-95 На контакте с корнями Пустынная сл 0-4 4-15 15-42 42-65 На контакте с корнями солончакова 78 78 76 80 81 59 абосолончакс 81 81 81 82 78 я песчан 13 12 12 13 11 12 ватая п Ц 9 10 13 15 16 ая по 1 9 10 12 1 7 8 29 есчана 10 1 9 1 6 1 3 1 6 чва под 86 80 80 80 80 я почва 84 77 75 90 черным 14 20 20 20 20 под бел 16 23 25 1 9 саксаул 78 84 84 84 84 ым сакс 90 84 83 91 том 22 16 16 16 16 :аулом 10 15 17 Щ 9

Примечание. ССМ - смешанослойный слюда-смектит.

образованиями, небольшими примесями высокодисперсного кварца. Минералы фракций 1-5 и 5-10 мкм представлены слюдами и хлоритами, резко увеличено содержание кварца и появляются полевые шпаты (табл. 2).

Преобладающим компонентом тонкодисперсных фракций являются слюды-гидрослюды. Анализ рентген-дифракто-метрических данных ориентированных препаратов и порошко-грамм позволил отнести их к триоктаэдрическому типу структур биотит-флогопитового ряда (рис 3, 4).

Хлорит фракций менее 1, 1-5, 5-10 мкм почв по измерениям относительных интенсивностей рефлексов от (003) к рефлексам от (002) и (004) является триоктаэдрическим, магнезиально-железистым. Помимо собственно хлоритовой фазы во фракциях менее 1 мкм в большей мере, во фракции 1-5 мкм в меньшей мере содержится продукт ее изменения, образовавшийся в результате нарушения части бруситовых прослоек и возникновении межслоевых промежутков смектитового типа. Смешанослойные хлорит-смектитовые образования идентифицируются по асимметрии рефлекса при 1.4 нм образцов, насыщенных этиленгликолем, а также

Рис. 3. Рентген-дифрактограммы фракций < 1 мкм, выделенных из образцов пустынной почвы, сформировавшейся под черным саксаулом (А): а -в воздушно-сухом состоянии, б - после сольватации этиленглиголем, в - после прокаливания при 550°С, г - после обработки 0.5 М соляной кислотой; и из образца почвы в прикорневой части черного саксаула (Б): а -в воздушно-сухом состоянии, б - после сольватации этиленглиголем.

Рис. 4. Рентген-дифрактограммы фракций < 1 мкм, выделенных из образцов пустынной почвы, сформировавшейся под белым саксаулом (А): а - в воздушно-сухом состоянии, б - после сольватации этиленглиголем, в - после прокаливания при 550°С в течение 2 ч и выделенных из образца почвы в прикорневой части белого саксаула (Б): а - в воздушно-сухом состоянии, б - после сольватации этиленглиголем.

по асимметрии 1.0 рефлекса в область 1.2 нм на рентгенограммах образцов, прокаленных при температуре 550оС. Помимо хлорит-смектитового смешанослойного образования в образцах присутствует слюда-смектитовое образование с низким (менее 50%) количеством набухающих смектитовых пакетов, дающее асиммет-

рию в сторону малых углов 1.0 нм рефлекса в воздушно-сухом состоянии и 1.6-1.7 нм после насыщения образца этиленгликолем.

Расчеты количественных соотношений указанных минералов и их распределение по профилю свидетельствует о следующих изменениях. В пустынной солончаковой песчаной почве под черным саксаулом сформировался профиль глинистого материала, в котором отмечаются некоторые внутрипрофильные изменения в соотношении основных минеральных фаз. Это в принципе характерно для всех пустынных песчаных почв (Абатурова, Чижикова, 1972; Чижикова и др., 1988).

Доминирующим компонентом в пределах профиля является гидрослюда триоктаэдрическая, количество которой колеблется от 76 до 81%. Хлорит триоктаэдрического типа составляет 10-13% от суммы компонентов. Сильноразупорядоченные смешанослойные образования слюда-смектитового и хлорит-смектитового типов в сумме составляют всего 7-12%. В корочке (образец 0-2 см) по сравнению с нижележащей частью профиля отмечается большое количество хлорита. В пределах верхней части профиля (2-40 см) фиксируется более низкое содержание триоктаэдрических гидрослюд (76-78%) и стабильное количество хлорита. В этой части профиля увеличено количество смешанослойных образований, которые можно рассматривать как продукты трансформации гидрослюд биотитового типа в слюда-смектиты, а также хлорита в хлорит-смектиты. Ниже 40 см содержание гидрослюд и хлоритов стабильно и составляет 80 и 13% соответственно.

В тонкопылеватой фракции резко увеличено содержание тонкодисперсного кварца и полевых шпатов. Соотношение слоистых силикатов равномерное: биотит составляет 80%, хлорит -20%. В корочке отмечается более высокое содержание биотита.

В среднепылеватой фракции увеличивается количество кварца и полевых шпатов в еще большей мере, а соотношение биотита и хлорита также свидетельствует о преобладании биотита (84%) и 16% соответственно. Несколько выделяется соотношение этих компонентов в корочке более высоким содержанием хлорита.

Под белым саксаулом пустынная слабосолончаковатая песчаная почва характеризуется большим содержанием гидрослюд триоктаэдрического типа, чем в почве под черным саксаулом. Профиль глинистого материала более равномерный. В нем 81-

82% составляют гидрослюды триоктаэдрического типа и 9-15% хлориты. Наибольшее количество смешанослойных образований отмечается в корочке (10%). Ниже по профилю этот показатель снижается до 3%. В тонкопылеватой фракции также доминирует биотит, резко увеличивается количество кварца и полевых шпатов по сравнению с илистой фракцией. Несколько повышено количество биотита в образце с глубины 0-4 см (84%), по этому показателю выделяется и часть профиля ниже 40%. В средней пыли количество тонкодисперсного кварца увеличивается в еще большей мере. Содержание биотита возрастает до 90% в корковом горизонте, но здесь же отмечается небольшое количество хлорита.

Итак, профили глинистого материала почв, сформировавшиеся под разными типами саксаулов, различаются по интенсивности трансформационных преобразований минералов. Оба профиля содержат в тонкодисперсной своей части слоистые силикаты, способные легко выветриваться при изменении условий нахождения. Биотит пылеватых фракций, не изменяя признаков структурной гидратированности, переходит в триоктаэдрическую гидрослюду илистой фракции, для которой характерны мягкие очертания рефлексов и существенная асимметрия в сторону малых углов. В условиях резко щелочной среды под кронами черного саксаула активизируется процесс трансформационно-деграда-ционного типа с формированием смешанослойных разупорядо-ченных структур со смектитовыми пакетами. Такая трансформация затрагивает как биотит, так и хлорит, также относящихся к категории легковыветриваемых и трансформируемых структур. По Базилевич и др. (1972, с. 8), "в условиях резко щелочной среды под кронами черного саксаула происходят явления гальмиролиза, пептизации и диспергации минеральной части почвы, результатом его является увеличение количества мелкозема (иногда до глубины 0.5 м)".

В значительно лучше увлажненной почве под кронами черного, чем под кронами белого саксаула (Гунин, Дарымов, 1969), наблюдаются процессы перераспределения химических элементов, прослеживается миграция Si, Fe и других элементов, а также органических веществ. В связи с этим под черным саксаулом намечается дифференциация почвенного профиля с обособлением относительно более плотного и бурого гор. В.

Отмеченное формирование профилей пустынной солонча-коватой почвы под черным саксаулом подтверждается данными распределения минералов тонкодисперсных фракций по профилю почв. За короткий период произрастания черного саксаула отмечается переход триоктаэдрических слюд и хлоритов в смешанослой-ное образование, фиксируемые в горизонте максимального побуре-ния профиля, предложенного выделить как гор. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Для выявления роли корневых выделений разных типов саксаулов нами была отпрепарирована мелкоземистая масса, прилегающая к корневым системам саксаулов. Рентгенографирование мелкозема с корней показало существенное различие в структурном состоянии минералов. Состав минеральных компонентов, отпрепарированных с корней белого саксаула, мало отличался от такового вмещающей массы почв (биотита 78%, хлорита 16%, смешанослойных образований 6%). Состав минералов почвы около корней черного саксаула свидетельствовал о глубоком трансформационном преобразовании слоистых силикатов. Количество биотита снизилось до 59%, а продуктов трансформации биотита и хлорита, а именно смешанослойных образований, увеличилось до 29% (рис. 3Б).

ВЫВОДЫ

1. Минералогический состав фракций < 1 мкм, выделенных из профилей пустынных песчаных почв под разными типами саксаулами, представлен гидрослюдами триоктаэдрического типа (преобладают), хлоритами, каолинитами, в меньшей мере неупорядоченными смешанослойными образованиями со смектитовым пакетом. Фракции тонкой (1-5 мкм) и средней пыли (5-10 мкм) состоят из слюд, хлоритов, кварца, полевых шпатов.

2. Минералогический состав тонкодисперсных фракций в прикорневой зоне черного саксаула существенно отличается от такового под белым саксаулом по доминированию набухающей фазы, возникшей как результат трансформационного преобразования триоктаэдрической гидрослюды под влиянием щелочного гидролиза.

3. Зафиксированные отличия в минералогическом составе в прикорневой системе объясняется особенностями биогеохимического круговорота элементов под разными видами саксаулов.

Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2014. Вып. 76. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абатурова Т.И., Чижикова Н.Т. Глинистые минералы сероземов обыкновенных и лёссов юга Голодностепской равнины // Почвоведение. 1972. № 8. С. 109-111.

2. Акжигитова Н.И., Брекле З.В., Винклер Г., Волкова Е.А., Вухрер В., Курочкина Л.Я., Макулбекова Г.Б., Огарь Н.П., Рачковская Е.И., Сафро-нова И.Н., Храмцов В.Н. Ботаническая география Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области). СПб.: Бостон-Спектр, 2003. 424 с.

3. Базилевич Н.И., Чепурко Н.Л., Родин Л.Е. Мирошниченко Ю.М. Биогеохимия и продуктивность черносаксаульников Юго-восточных Каракумов // Проблемы освоения пустынь. 1972. № 5. С. 3-8.

4. Базилевич Н.И., Чижикова Н.П. Почвы // Каракумы, стационар Репетек: Сб. Продуктивность растительности аридной зоны Азии. Итоги советских исследований по международной биологической программе 1965-1974 гг. Л.: Наука, 1977. С. 121-124.

5. Вейисов С.В. Динамика литогенной основы и ее роль в формировании биогеоценозов // Биогеоценозы Восточных Каракумов. Ашхабад: Ылым, 1975, с. 13-17.

6. Вейисов C.B. Динамика рельефа барханных песков. Ашхабад: Ылым, 1976. 196 с.

7. Гаель А.Г. О роли растений в почвообразовании в пустыне Кара-кум, о песчаных почвах и их плодородии // Известия государственного географического общества. 1939. Т. 71. Вып. 8. С. 1105-1128.

8. Гаель А.Г. Облесение аридных областей Арало-Каспия // Лесное хозяйство. 1975. № 3. С. 2-9.

9. Гаель А.Т., Хабаров А.В. Почвенно-экологические характеристики Центрально-Каракумского стационара// Особенности песчаных почв и их использования. М., 1979. С. 4-55.

10. Гунин П.Д. Экология процессов опустынивания аридных экосистем. М.: ВАСХНИЛ им. В.И. Ленина, 1990. 354 с.

11. Гунин П.Д., Вейисов С.В. Репетекский заповедник как региональный экологический центр Восточных Каракумов // Проблемы освоения пустынь. 1987. № 5. С. 54-60.

12. Гунин П.Д., Вейисов С.В., Радзиминский П.З. Роль Репетекского биосферного заповедника в решении задач охраны природы в условиях пастбищного землепользования // Проблемы освоения пустынь. 1985. № 4. С. 53-62.

13. Гунин П.Д., Дарымов В.Я., Вейисов С.В. Ландшафтная характеристика Репетекского заповедника // Опыт изучения и освоения Восточных Каракумов. Ашхабад: Ылым, 1972. С. 12-22.

14. Гунин П.Д., Дарымов В.Я. Новые данные о распределении влажности почвогрунтов в Восточных Каракумах // Вестник Моск. ун-та. 1969. Сер. География. № 3. С. 46-53.

15. Горбунов Н.И. Высокодисперсные минералы и методы их изучения. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 303 с.

16. Дубянский В.А. Песчаная пустыня Юго-Восточные Каракумы, ее естественные районы, возможность их сельскохозяйственного использования и значение для ирригации // Тр. по приклад. и ботан., ген. и селекции. 1928. Т. 19. Вып. 4. С. 1-86.

17. Зонн С.В., Леонтьев В.Л. О почвообразовательном значении саксаула в песках пустыни Каракумы // Почвоведение. 1942. № 8.

18. Курочкина Л.Ю., Османова Л.Т., Карибаева К.Н. Кормовые растения Казахстана. Алма-Ата, 1986, 208 с.

19. Нечаева Н.Т. Динамика пастбищной растительности Каракумов под влиянием метеорологических условий. Ашхабад: АН ТССР, 1958. 214 с.

20. Никитин С.А. Древесная и кустарниковая растительность пустынь СССР. М.: Наука, 1966. 253 с.

21. Родин Л.Е, Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности Земного Шара. М.-Л., 1965. 253 с.

22. Хабаров А.В. Минералогический состав песчаных почв Центральных Каракумов // Почвоведение. 1976. № 2.

23. Чижикова Н.П., Евтифеев Ю.Г., Панкова Е.И. Минералогический состав илистых фракций пустынных почв Монголии // Почвоведение. 1988. № 8. С. 44-54.

24. Шамсутдинов З.Ш. Создание долголетних пастбищ в аридной зоне Средней Азии. Ташкент: ФАН, 1975. 175 с.

25. Biscaye P.E. Mineralogy and sedimentation of the deep-sea clay in the Atlantic Ocean // Geol. Soc. Amer. Bull. 1965. V. 76. № 7. P. 803-832.

26. Cook H.E., Johnson P.D., Matti J.C., Zemmels I. Methods of sample preparation and X-ray diffraction data analysis, X-ray mineralogy laboratory, Deep sea Drilling project, University of California // Inst. Repts. DSDP. V. 28. 1975. P. 999-1007.

27. Christmann S., Martius Ch., Bedoshvili D., Bobojonov I., Carlo C., Devkota K., Ibragimov Z., Khalikulov Z., Kienzler K., Herath M., Mavlyano-va R., Nishanov N., Sharma, Ram Tashpulatova B., Toderich K.,Turdieva M. Food Security and Climate Change in Central Asia and the Caucasus. Discussion paper. CGIAR Program for Central Asia and the Caucasus. Tashkent, Uzbekistan, 2009. 78 p.

28. Gintzburger G., Toderich K.N., Mardonov B.K. and Makhmudov M.M. Rangelands of the arid and semi-arid zones in Uzbekistan. Monpellier: Centre

de Cooperation Internationale en Resherche Agronomique pour le Development (CIRAD). 2003. 498 p.

29. Pyankov V.I., Black C.C., Artyusheva E.G., Voznesenskaya E.V., Ku M.S., Edwards B. Features of photosynthesis in Haloxylon species of Cheno-podiaceae that are dominant plants in Central Asia deserts // Plant Cell Physiology. 1999. V. 40. Р. 125-134.

30. Toderich K.N., Shuyskaya E. V., Ismail S., Gismatullina L.G., Radjabov T., Bekchanov B.B., Aralova D.B. Phytogenic resources of halophytes of Central Asia and their role for rehabilitation of sandy desert degraded rangelands // J. of Land Degradation and Development. 2009. V. 20 (4). Р. 386-396.

TRANSFORMATION OF CLAY MINERALS IN SOILS OF SANDY DESERTS UNDER DIFFERENT SAXAUL

SPECIES

N. P. Chizhikova, M. P. Lebedeva

V. V. Dokuchaev Soil Science Institute of Russian Academy of Agricultural Sciences, 119017, Moscow, Pyzhevskii, 7 e-mail: [email protected]

As a result of experimental studies carried out for the first time with the aim at determining the impact of black (Haloxylon aphyllum) and white Saxaul (Haloxylon persicum) on the mineralogical composition of fine-dispersed fractions in sandy desert soils, it seemed reasonable to conclude that the transformation of minerals is quite different in soils used under different Saxaul species. This is explained by differences in biogeochemical turnover of elements in soils under black Saxaul and as a consequence by a higher Na content in the litter and the soda formation in the soil profile. The latter serves as a cause of alkalinization of soil solutions and transformation of minerals affected by alkaline hydrolysis.

Keywords: Kara Kum, sandy soils, mineralogical compositions, fine-dispersed fractions, black Saxaul.

УДК 631.4

ПОВЕДЕНИЕ МИНЕРАЛОВ ПРИ ВНЕСЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ДОЗ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ В АГРОДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

1 Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 119017, Москва, Пыжевский пер. 7, стр. 2 e-mail: chizhikova38@mail. ru;

2РГАГ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49

В экспериментальном опыте установлено влияние различных доз органических удобрений на основе птичьего помета на изменение кристаллохимических параметров минералов тонкодисперсных фракций (менее 1, 1-5, 5-10 мкм). Наиболее существенные изменения зафиксированы в соотношении основных минеральных фаз и кристаллохимии минералов илистой фракции, как наиболее функциональной части почв, под влиянием сверхвысоких доз органических удобрений. Установлено снижение содержания илистой фракции, разрушение слоистых силикатов, их трансформационные преобразования под влиянием повышенных доз калия, аммония, необменно фиксируемых смешаннослойными образованиями со смектитовыми пакетами. Происходит относительное накопление функционально инертных минералов, таких как кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, слюды диоктаэдрического типа.

Ключевые слова: минералы, полевой опыт, органические удобрения на основе птичьего помета.

ВВЕДЕНИЕ

Минералогический и петрографический состав, структурные особенности минералов в большей или меньшей степени контролируют практически все свойства почв (Горбунов 1957, 1978). Н.И. Горбуновым (1978) предложена дифференцированная оценка запасов элементов питания растений. Позднее она была дополнена (Градусов и др., 1988) материалами, позволяющими отразить реальную картину распределения резервов ряда элементов как по фракциям различной размерности, так и по основным минераль-

ным фазам. Последнее обусловлено кристаллохимическими особенностями минералов и их способностью высвобождать элементы, необходимые для произрастания растений.

Одновременно с этим направлением изучают поведение минералов почв при интенсификации земледелия (агроминералогия почв), т.е. исследуют изменения в кристаллохимии минералов, которые произошли при использовании удобрений в разных формах и дозах, при орошении водами разного качества и длительности, при разных типах мелиоративного воздействия (Чижикова, 1990, 1992, 1994, 1998, 2001, 2002а,б, 2003, Чижикова, Годунова, 2004). Эти исследования позволили зафиксировать реакции минералов почв на различные антропогенные нагрузки. При решении проблем современного сельскохозяйственного производства, организации мониторинга и прогноза по изменению окружающей среды необходимы представления о трендах изменения в поведении петрографо-минералогической основы почв.

Однако до настоящего времени поведение минералов почв при внесении различных типов органических удобрений в разных дозах не исследовали. Ранее проведенные полевые исследования касались вариантов опытов с различными видами минеральных удобрений с добавками органических. Минералы глин обладают каталитическими свойствами по отношению к различным органическим веществам. Это свойство глин проявляется различно в зависимости от структуры, химического состава, природы связи элементов в кристаллической решетки минералов, находящихся в глинах. Глины служат катализаторами в реакциях и превращениях (дегидратации, этерификации, полимеризации, деполимеризации, циклизации, многочисленных реакций конденсации, окисления и восстановления, гидрирования) большого числа органических веществ. Робертсон (цитата по Гриму (1967)) отмечал, что "общее объяснение каталитического воздействия глин отсутствует. Каждую реакцию нужно рассматривать в отдельности". С помощью модельного эксперимента (Мальцева и др., 2012) установлена роль глинистых минералов в формировании и консервации гумусовых веществ. Авторами проведено сравнение процесса гумификации растительных остатков на минеральный субстрат с различным содержанием глинистых минералов (суглинок и песок). Повышенная адсорбционная и каталитическая способность глинистых минералов обусловливает

большее накопление продуктов трансформации растительных остатков, формирование и сохранение новообразованных гумино-вых веществ.

Применение высоких доз органических удобрений и, частности птичьего помета, существенно изменяет свойства почв. Это обусловлено не только увеличением количества в почвах био-фильных элементов, в первую очередь азота, фосфора, калия, но и значительным изменением реакции среды в кислую сторону.

Разрабатываются и используются различные технологические приемы по обработке куриного помета и превращение его в ценное средство для удобрения почв. Наиболее перспективной считается подготовка органических удобрений с использованием птичьего помета в сочетании с различными добавками (торфом, соломой, дерниной и др.) и их совместное компостирование. Полученные таким образом удобрения обладают хорошими физико-механическими свойствами: сыпучестью, транспортабельностью, они не прилипают к сельскохозяйственным орудиям, нейтральной реакцией среды, высоким содержанием азота, фосфора, калия. (Седых и др., 2011). По данным Н.А. Поветкиной и др. (2012), использование органических удобрений на основе птичьего навоза в избыточно высоких дозах существенно повышает плодородие почв, но вызывает загрязнение окружающей среды и деградацию почв. Этими авторами, в проведенных модельных опытах и с помощью статистической обработки имеющихся данных агрохимических служб, выявлена зависимость гумусового состояния от кислотно-основных свойств почв, их калийного состояния, содержания подвижных форм тяжелых металлов, ряда водно-физических свойств. Так, содержание подвижных форм калия увеличивается до 500 мг/ кг. Последнее способствует увеличению подвижности гумуса, дисперга-ции почвенной массы, к нарушению оптимального соотношения Са : К. Отмеченные изменения в свойствах почв привели к чрезмерному уплотнению пахотного горизонта.

Использование высоких и сверхвысоких доз органических удобрений на основе птичьего помета привело к увеличению на отдельных полях содержания подвижных фосфатов до 1500 мг/ кг, подвижного калия до 500 мг/кг, уменьшению селективности органического вещества к кальцию по сравнению с магнием, увеличению количества азотных соединений. На все эти изменения реаги-

руют минералы тонкодисперсных фракций в первую очередь лег-ковыветриваемых компонентов, способных отдавать элементы питания.

Необходимо обратить внимание на необратимость изменений минеральной части почв при агротехногенных воздействиях, что неоднократно доказано при исследовании поведения минералов тонкодисперсной части почв ряда экспериментальных опытных полей (Чижикова, 1996, 1998, 2001, 2003). Для агродерново-подзолистых почв необходим строгий контроль за изменением кислотности, происходящим при использовании агрессивно-кислых удобрений или некомпостированных форм органических удобрений. Последующая нейтрализация пахотных горизонтов мелиорантами не приводит к желаемому эффекту, поскольку активно функционирующие компоненты - минералы тонкодисперо-сной - части почв частично разрушены.

Целью работы является анализ поведения минералов фракций менее 1, 1-5, 5-10 мкм, выделенных из пахотных, подпахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы многолетнего полевого эксперимента под влиянием высоких и сверхвысоких доз органических удобрений на основе птичьего помета.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объектами исследования послужили тонкодисперсные фракции разной размерности, выделенные из пахотных и подпахотных горизонтов опытных полей Петелинской птицефабрики Одинцовского района Московской области, в которые вносились разные дозы помета с опилками (далее органические удобрения). Состав помета зависел от условий кормления и содержания кур яичного направления и бройлеров.

Для увеличения сыпучести и доведения соотношения С: N до 15-18 помет смешивали с опилками. Смесь имела влажность 25%, содержала 1.7% азота, 0.3% фосфора и 1.2% калия. В опытах использовали среднюю (100 т/га), высокую (500 т/га) и сверхвысокую (1000 т/га) дозы помета с опилками. Последняя доза использовалась для создания высокоокультуренных почв при их за-лужении на 3-4 года для инактивации патогенной микрофлоры.

Выделение фракций ила (<1 мкм), тонкой (1-5 мкм), средней пыли (5-10 мкм) для определения минералогического состава

проводили по методике Н.И. Горбунова (1963). Ориентированные препараты фракций ила, тонкой и средней пыли исследовали рентген-дифрактометрическим методом на аппаратуре фирмы Карл Цейсс Иенна (Германия). Режим работы универсального ди-фрактометра марки XZG-4A: напряжение на трубке 30 кВ, анодный ток 30 мА, скорость вращения гониометра 2°/мин, излучение медное, фильтрованное никелем. Рентген-дифрактограммы получали для воздушно-сухих образцов, насыщенных этиленгликолем и прокаленных при температуре 550°С в течение 2 ч. Полуколичественное содержание основных минеральных фаз во фракции менее 1 мкм определяли по методике Бискайя (Biscaye, 1965). Измеряли относительные площади дифракционных максимумов в области 7.0, 10.0 и 17.0-18.0 Â на рентгенограммах насыщенных этиленгликолем препаратов, что соответствует интенсивностям первых базальных рефлексов соответственно каолинита и хлорита, гидрослюды и смешанослойных образований со смектитовым пакетом. Затем рассчитывали величины площадей дифракционных пиков к их сумме с поправкой на структурные факторы. Для гидрослюды использовали пересчетный коэффициент 4, для 7.0 Â рефлекса каолинита и хлорита - 2, для смешанослойных образований - 1.

Содержание основных минеральных фаз во фракциях 1-5 и 510 мкм определяли по методике Кука с соавт. (Cook at. а1., 1975).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные результаты распределения гранулометрических фракций позволили констатировать резкое снижение содержания илистой фракции (< 1 мкм) с 17% в пахотном горизонте почвы варианта опыта со средними дозами органических удобрений до 9.6% в пахотном горизонте со сверхвысокими дозами органических удобрений. Распределение фракций тонкой и средней пыли в пределах исследуемых почв мало меняется (11-12% тонкой пыли и 6-7% средней пыли).

Минералогический состав фракций менее 1 мкм, выделенных из пахотного и подпахотного горизонтов агродерново-подзо-

Таблица 1. Содержание гранулометрических фракций, выделенных из образцов пахотного и подпахотного горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей с разными дозами органических удобрений (по Н.И. Горбунову), %

Глубина, см Горизонт Содержание фракций в почве, %

<1 1-5 5-10 >10

Средняя доза органических удобрений

0-23 Р 17.0 10.1 7.5 65.5

23-40 БЬ 16.6 12.0 6.5 64.9

Высокая доза органических удобрений

0-23 Р 12.3 11.1 7.0 69.5

23-40 БЬ 11.4 11.6 6.4 70.7

Сверхвысокая доза органических удобрений

0-23 Р 9.6 11.1 6.2 73.2

листой почвы, представлен следующими компонентами: несовершенным каолинитом, магнезиально-железистым хлоритом, гидрослюдой, в основном триоктаэдрического типа, с примесью ди-октаэдрических структур и серией неупорядоченных сложных смешанослойных образований (табл. 2, рис. 1) Диагностированы неупорядоченные сложные смешанослойные образования с высоким содержанием (более 50%) смектитовых пакетов, этот же тип образований с низким (менее 50%) содержанием смектитовых пакетов и смешанослойные образования слюда-вермикулитового типа. Из кластогенных минералов во фракции диагностирован тонкодисперсный кварц, полевые шпаты и плагиоклаз. Последние компоненты часто встречаются во фракции этой размерности, выделенной из пахотных горизонтов агродерново-подзолистых почв длительно используемых сельскохозяйственных угодий (Чижико-ва, 1992). Наиболее информативным является поведение смеша-нослойных образований, существенно различающихся как по типу переслаивания пакетов в кристаллитах, так и по их принадлежности к определенному типу минералов.

Соотношения указанных выше минералов существенно изменяется в зависимости от количества внесенного органического удобрения и генетического горизонта почвы. Илистый материал, выделенный из агродерново-подзолистой почвы с самым низким количеством внесенных органических удобрений, состоит из доминирующих смешанослойных образований.

Таблица 2. Соотношение основных минеральных фаз фракции <1 мкм, образцов пахотного и подпахотного горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей с разными дозами органических

Глуби- Гори- Содер- Каоли- Гид- Смешанослойные

на, см зонт жание нит + рослюда образования, А

фрак- хлорит слюда- слюда- слюда-

ции ила смектит верми- смектит

с низ- кулит с высо-

ким ким

содер- содер-

жанием жанием

смекти- смекти-

товых товых

пакетов пакетов

12 14 17

Средняя доза органических удобрений

0-23 Р 16.9 7.4 33.0 2.8 23.8 33.1

23-40 БЬ 16.6 8.5 38.7 10.5 18.4 24,0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Высокая доза органических удобрений

0-23 Р 12.3 9.4 37.5 11.9 21.4 19.8

23-40 БЬ 11.4 10,0 44.2 7.3 18.0 20.6

Сверхвысокая доза органических удобрений

0-23 Р 9.6 8.2 71.1 6.3 9.3 5.1

Среди смешанослойных слюда-смектитовых образований преобладают слюда-смектиты с высоким (более 50%) содержанием смек-титовых пакетов (33.1%). Далее, по убывающей следуют слюда-вермикулитовые образования (23.8%) и слюда-смектитовые образования с низким (менее 50%) содержанием смектитовых пакетов. В сумме эти образования составляют более 60%. Гидрослюда триокта-эдрического типа с примесью диоктаэдрических пакетов составляет (33.0%), каолинит в сумме с хлоритом - 7.4%. Присутствуют тонкодисперсный кварц, полевые шпаты, плагиоклаз. Все перечисленные минералы характеризуются высокой интенсивностью рефлексов, большинство которых островершинные (рис. 2). Это свидетельствует об относительно хорошей окристаллизованности их структуры, а также незначительного количества аморфных компонентов по сравнению с исследованиями илистых фракций почв, в которые вносились более высокие дозы органических удобрений.

1а

Рис. 1. Рентген-дифрактограммы фракции менее 1 мкм, выделенных из пахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей (здесь и далее): 1 - средняя доза органических удобрений на основе птичьего помета; 2 - высокая доза органических удобрений на основе птичьего помета; 3 - сверхвысокая доза органических удобрений на основе птичьего помета; а - образец в воздушно-сухом состоянии; б - после сольватации этиленгликолем; в - после прокаливания при температуре 550°С в течение 2 ч.

Илистый материал, выделенный из агродерново-подзолистой почвы опытного поля, на котором вносились средние дозы органических удобрений, отличается от илистого материала рассмотренных выше образцов по составу минералов и их кри-сталлохимическим параметрам. Существенно снижена интенсивность рефлексов всех компонентов илистого материала (величина импульсов - 1500 в первом образце - 750 в данном). Это является результатом уменьшения степени окристаллизованности минералов, наличия в глинистом материале рентгеноаморфных веществ различной природы в первую очередь продуктов разрушения минералов и разложения органических веществ. Меняется соотношение основным минеральных фаз: увеличивается доля хлорита в сумме с каолинитом до 9.4%, количество гидрослюд возрастает до 37.5%.

Снижается сумма смешанослойных образований; наблюдается существенная переорганизация пакетов в кристаллитах, обу-словлеииая их реакцией на компоненты внесенного вещества. Су-

1

14.0

Рис. 2. Сравнение интенсивностей рефлексов минералов на рентген-дифратограммах воздушно-сухих образцов фракции менее 1 мкм, выделенных из пахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей.

щественно (в 3 раза) увеличилось количество смешанослойных образований с низким содержанием смектитовых пакетов, что явилось результатом двух процессов: 1 - фиксации калия и аммония с внесенными удобрениями, об увеличении количества которых упоминалось в начале статьи, 2 - активизацией процессов де-градационного типа под влиянием агрессивных органических веществ, гидрослюды переходят в смешанослойные слюда-смектитовые образования с низким содержанием смектитовых пакетов. Происходят два разнонаправленных процесса - аградация и деградация, результатами, которых и явилось повышенное количество слюда-смектитов с низким содержанием смектитовых пакетов и снижение количества слюда-смектитов с высоким содержанием смектитовых пакетов. Вероятно, это образование начинает активно разрушаться. Необходимо также отметить увеличение количества тонкодисперсного кварца. Подобное наблюдалось нами неоднократно в илистых фракциях почв, испытывающих сильные антропогенные нагрузки. На основе этих наблюдений был предложен термин "окварцовывания илистой фракции почв", существенно меняющий функционирование тонкодисперсного вещества пахотных горизонтов антропогенно-преобразованных почв (Чижикова, 1995). Несколько снижается количество слюда-вермикулитового образования. Однако изменение содержания этого компонента не столь существенно как в случае слюда-смектитовых образований с высоким содержанием смектитовых пакетов.

Наиболее сильные изменения как по соотношению основных минеральных фаз, так и в поведении чередования пакетов смешанослойных образований отмечаются в илистой фракции образцов агродерново-подзолистой почвы варианта опыта с наивысшей дозой навоза.

Рентгенографически зафиксировано существенное снижение интенсивностей рефлексов слоистых силикатов и резкое увеличение количества кварца, полевых шпатов и плагиоклазов. Наличие общего рефлекса при 4.4 А и его наибольшая интенсивность по сравнению с таковым в илистых фракциях почв с более низкими дозами удобрений, свидетельствует о высоком содержании в илистой фракции рентгеноаморфных веществ различной природы (продуктов разрушения минералов и органического вещества). В

илистой фракции доминируют триоктаэдрические слюды (71.1%). Смешанослойные образования играют незначительную роль (6.3 + 9.3 + 5.2%) и среди них доминируют слюда-вермикулитовые образования с высоким количеством вермикулитовых пакетов. Смектитовая фаза, представленная слюда-смектитами с высоким содержанием смектитовых пакетов, составляет всего 5%.

Такие существенные преобразования в составе фракции аг-родерново-подзолистой почвы можно представить как результат следующих процессов. Наличие рентгеноаморфных веществ, фиксируемых по наличию рефлекса в области 4.4 А, и снижение ин-тенсивностей рефлексов слоистых силикатов является доказательством разрушения слоистых силикатов и в первую очередь сме-шанослойных слюда-смектитов с высоким содержанием смекти-товых пакетов. Сравним их содержание (33.1%) в илистой фракции пахотного горизонта почвы, где внесены средние дозы органических удобрений и 5.2% в илистом материале почвы опыта, на которой внесено сверхвысокие дозы органических удобрений.

Как ранее отмечалось (Седых и др. 2011, Поветкина и др. 2012), в том числе по материалам исследуемых вариантов опыта, в почвах существенно увеличилось количество различных видов калия и аммония. При фиксации этих радикалов кристаллической решеткой минералов в основном неупорядоченными смешано-слойными образованиями с высоким содержанием смектитовых пакетов происходит процесс аградационной трансформации смек-титовых пакетов в смешанослойное образование с низким содержанием смектитовых пакетов, а затем и в гидрослюды, количество которых в илистой фракции почвы пахотного горизонта этого варианта опыта возросло до 71%. Это явление хорошо известно почвоведам и агрохимикам как процесс фиксации калия почвами (Пчелкин, 1966). Как было доказано (8Ьау1у й а1., 1985), достаточно чтобы от 10 до 40% обменных позиций в межпакетных промежутках минералов смектитового типа было занято ионами калия. Увеличение количества водорастворимого калия, которое зафиксировано в почве варианта опыта со сверхвысокими дозами внесенных удобрений, также привело к активизации процессов трансформационной аградации с формированием структур гидрослюдистого типа.

При экспериментальном моделировании (Королева и др., 1991) с меченным азотом показано изменение кристаллохимиче-ских параметров смешанослойных минералов со смектитовыми пакетами с образованием слюда-смектитов промежуточного типа, как результат фиксации аммонийного радикала.

Снижение интенсивностей рефлексов слоистых силикатов в илистой фракции почвы данного опыта является также доказательством деградационных процессов, происходящих с минералами под влиянием веществ внесенных удобрений.

Минералогический состав фракции 1-5 мкм, выделенной из образцов почв опыта. Содержание фракции 1-5 мкм колеблется от 10 до 12% (табл. 3).

Состав минералов этой фракции существенно отличается от такового илистой фракции. Резко доминирует кварц (25-27%), калиевые полевые шпаты (17-21%), далее следуют слюды (19-28%), плагиоклазы (11-12%). Из слоистых силикатов во фракции присутствуют: каолинит (5-6%), хлорит (3-6%), слюда триоктаэдрическо-го типа (19-28%), вермикулит (8-10%) (рис. 3, 4).

Таблица 3. Содержание минералов фракции тонкой пыли (1-5 мкм) в образцах из пахотного и подпахотного горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей, %_

Глу- Го- Содер Минералы, межплоскостные расстояния, А ¡,0

бина, ри- дер- вер- слю- као- хло- кварц К- пла- 15

см зонт жание мику- да линит рит поле- гио-

фрак- лит вые кла-

ции шпаты зы

14 10 7 4.74 3.31 3.22 3.18

Средняя доза органических удобрений.

0-23 Р 10.1 10.3 28.1 5.3 2.9 25.5 16.7 11.4 3.2

23-40 БЬ 12.0 10.5 19.7 5.1 6.1 25.9 19.9 12.9 2.7

Высокая доза органических удобр ений

0-23 Р 11.1 8.0 19.6 6.1 6.1 26.8 21.0 12.5 2.0

23-40 БЬ 11.6 9.4 23.9 5.8 3.7 26.9 20.0 10.3 2.2

Сверхвысокая доза органических удобрений.

0-23 Р 11.1 9.6 21.0 6.3 5.7 24.7 20.1 12.6 2.8

* Соотношение интенсивностей рефлексов слюд для определения их типовой принадлежности.

3.33

Рис. 3. Рентген-дифрактограммы фракций тонкой пыли (1-5 мкм), выделенные из пахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей.

Рис. 4. Сравнение интенсивностей рефлексов минералов на рентген-дифратограммах воздушно-сухих образцов фракции тонкой пыли (15 мкм), выделенных из пахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей.

Кристаллохимическое состояние указанных выше минералов изменяется незначительно, кроме пылеватых фракций, выделенных из образцов почвы с наибольшими дозами вносимых органических удобрений. Изменяется соотношение ди- и триоктаэд-рических типов слюд, а именно с внесением высоких и сверхвысоких доз органических удобрений, увеличивается вклад диокта-эдрических слюд, обладающих большей устойчивостью к условиям их нахождения и не способных отдавать элементы питания для произрастания растений.

Минералогический состав фракции 5-10 мкм, выделенной из образцов пахотных, подпахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы опыта. Количество среднепылеватой фракции не значительно - всего 6% (табл. 1). Колебания его содержания в пределах профилей достигает всего 1%.

1

2

3

Таблица 4. Содержание минералов фракции средней пыли (5-10 мкм) в образцах пахотного и подпахотного горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей, %_

Глу- Гори Со- Минералы, межплоскостные расстояния, А Т * 110

бина, ри- дер- вер- слю- као- хло- кварц К- пла- 15

см. зонт жа- мику- да линит рит поле- гио-

ние лит вые кла-

фрак шпа- зы

ции ты

14 10 7 4.74 3.31 3.22 3.18

Средняя доза органических удобрений

0-23 Р 7.5 3.6 14.8 3.4 3.8 31.2 27.3 16.1 2.0

23-40 БЬ 7.1 4.9 14.3 3.7 3.3 31.1 26.5 16.3 2.4

Высокая доза органических удобрений

0-23 Р 6.2 4.8 13.4 3.1 3.8 35.9 23.4 15.1 1.9

23-40 БЬ 6.5 3.1 13.2 2.0 3.6 33.6 27.6 16.9 2.6

Сверх высокая доза органических удобрений

0-23 Р 6.4 5.1 16.1 3.4 3.4 31.2 24.0 16.9 2.2

* Соотношение интенсивностей рефлексов слюд для определения их типовой принадлежности.

Состав минералов в этой фракции схож с составом фракции тонкой пыли, т.е. преобладают кварц (31-35%), калиевые полевые шпаты (23-27%), плагиоклазы (15-16%). Из слоистых силикатов отмечаются слюды ди- и триоктаэдрического типа (13-16%), каолинит (2-3%), хлорит (3-4%) (табл. 4, рис. 5). Интенсивность рефлексов слоистых силикатов во фракции образца почвы, где внесены минимальные дозы органических удобрений наибольшая (рис. 6). Количественное содержание минералов мало меняется в вариантах опыта. Следовательно, минералы фракции средней пыли оказались более устойчивыми к веществам внесенных органических удобрений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что наиболее информативным компонентом агродерново-подзолистых почв опытных полей, реагирующих на изменение условий существования при внесении органических удобрений, являются фракции < 1 мкм, количество которых уменьшилось в 2 раза.

3.33

Рис. 5. Рентген-дифрактограммы фракции средней пыли (5-10 мкм), выделенные из пахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей.

Рис. 6. Сравнение интенсивностей рефлексов минералов на рентген-дифрактограммах воздушно-сухих образцов фракции средней пыли (510 мкм), выделенных из пахотных горизонтов агродерново-подзолистой почвы опытных полей.

Минералогический состав илистой фракции представлен смешанослойными образованиями с различным мотивом переслаивания пакетов (слюда-смектитами с высоким и низким содержанием смектитовых пакетов, слюда-вермикулитами), гидрослюдами ди-, триоктаэдрического типа, несовершенным каолинитом, магнезиально-железистым хлоритом. В илистом материале присутствуют также тонкодисперсный кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы.

Вещества внесенных органических удобрений на основе птичьего помета способствовали следующим процессам, произошедших в основном с минералами илистой фракции:

- разрушению смешанослойных образований слюда-смектитового типа с высоким содержанием смектитовых пакетов,

1

2

3

- трансформационным преобразованиям деградационного типа гидрослюд и хлоритов с выносом катионов калия и магния из решеток;

- аградационным преобразованиям смешанослойных образований с высоким количеством смектитовых пакетов в кристаллитах в результате необменной фиксации калия и аммония, находившихся во внесенных органических удобрениях.

- механической дезинтеграции кластогенных минералов, в результате которой несколько увеличивается количество кварца, калиевых полевых шпатов и плагиоклазов, рентгенографически фиксируемые в илистой фракции почв, в которые вносились высокие и сверхвысокие дозы органических удобрений.

Преобразования минералов пылеватых фракций, выделенных из почв различных вариантов опыта, не столь существенны по сравнению с таковым илистой фракции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горбунов Н.И. Почвенные коллоиды и их значение для плодородия. М.: Наука, 1957. 160 с.

2. Горбунов Н.И. Высокодисперсные минералы и методы их изучения. М.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 5-15.

3. Горбунов Н.И. Минералогия и физическая химия почв. М.: Наука, 1978. 293 с.

4. Градусов Б.П., Чижикова Н.П., Плакхина Д.М. Блок петрографо-минералогических показателей почвенного плодородия // Расширенное воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии. М., 1988. С. 117-124.

5. Грим Р. Минералогия и практическое использование глин. М.: Мир, 1967. 510 с.

6. Королева И.Е., Чижикова Н.П., Лебедева М.Ю., Середкина Н.Н. Трансформация азота удобрений в зависимости от гранулометрического и минералогического составов фракций почв // Научн. тр. ВАСХНИЛ, Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. 1991. С. 3-15.

7. Мальцева А.И., Пинский Д.А., Золотарева Б.П. Роль глинистых минералов в формировании и консервации гумусовых веществ // Мат-лы II Российского рабочего совещания. Пущино, 2012. С. 48-49.

8. Пчелкин В.У. Почвенный калий и калийные удобрения М.: Колос, 1966. 336 с.

9. Поветкина Н.Л., Седых В.А., Поветкин В.А., Карауш П.Ю. Изменение свойств дерново-подзолистых почв при внесении высоких доз

птичьего помета // Мат-лы докл. V1 съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Кн. 1. Петрозаводск-М., 2012. С. 330-332.

10. Седых В.А., Савич В.И., Сидоренко О.Д. Применение в земледелии органических удобрений на основе птичьего помета. М., 2011. С. 172.

11. Чижикова Н.П. Изменение минералогического состава глинистых фракций и их подвижности в дерново-подзолистых почвах под влиянием вносимых удобрений // Минералогический состав и микростроение почв в решении вопросов их генезиса и плодородия: Научн. тр. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1990. С. 16-29.

12. Чижикова Н.П. Преобразование минералогического состава почв в процессе агрогенеза. Автореф. дис. ... д. с.-х. н. М., 1992. 49 с.

13. Чижикова Н.П. Агротехногенное преобразование минералогического состава дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 1994. № 4. С. 81-91.

14. Чижикова Н.П. Влияние орошения на изменение минералогического состава черноземов и каштановых почв // Почвоведение. 1995. № 1. С. 128-144.

15. Чижикова Н.П. Необратимые изменения минералогического состава почв и проблема их устойчивости к агрогенным воздействиям // Экология и почвы. Т. 1. Пущино, 1998. С. 65-74.

16. Чижикова Н.П. Антропогенная деградация минералогической основы почв // Экологический анализ окружающей среды в целях ее рационального использования и прогноза изменений. М., 2001. С. 215-228.

17. Чижикова Н.П. Агрогенная трансформация минералогического состава агродерново-подзолистых почв // Почвы Московской области, их использование. М., 2002. С. 312-324.

18. Чижикова Н.П. Изменение минералогического состава тонких фракций почв под влиянием агротехногенеза // Почвоведение. 2002. № 7. С. 867-875.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

19. Чижикова Н.П. Необратимость эволюции петрографо-минералогического компонента почв при агротехногенном воздействии // Проблемы эволюции почв. Мат-лы IV Всерос. конф. Пущино, 2003. С. 216-221.

20. Чижикова Н.П., Годунова Е.И. Проблемы взаимодействия вносимых веществ с почвой // Мат-лы научн. конф. по фундаментальному почвоведению. М., 2004. С. 128-139.

21. Чижикова Н.П., Прищеп Н.И. Изменение содержания тонкодисперсных минералов под влиянием калийных удобрений // Доклады РАСХН. 1996. № 3. С. 20-21.

22. Biscaye P.E. Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic Ocean // Geol. Soa Amer. Bull. 1965 Vol. 76. P. 803-832.

23. Cook H.E., Johnson P.D., Matti J.C., Zemmels I. Methods of sample preparation and X-ray diffraction data analysis, X-ray Mineralogy Laboratory, Deep Sea Drilling Project, University of California, Riverside // Init. Repts. / Eds. Hayes D.E., Frakes L.A. et al. Washington, 1975. P. 999-1007.

24. Chizhikova N.P. Clay minerals in soddy-podzolic soils in Russia and the problem of acidification // XVI World Congress of soil science. Montpellie (France). V. 1. 1998. P. 1-7.

25. Shaviv A., Mattigod S. V., Pratt P.F., Joseph H. Potassium Exchange in Fivt Southern California Sjils with High Potassium Fixation // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1985. Vol. 49. № 5. Р. 1128-1133.

BEHAVIOR OF MINERALS IN AGRO SODDY PODZOLIC SOILS RESULTED FROM DIFFERENT RATES OF ORGANIC FERTILIZERS

N. P. Chizhikova1, E. B. Varlamov1, V. I. Savich2

1V. V. Dokuchaev Soil Science Institute of Russian Academy of Agricultural Sciences, 119017, Moscow, Pyzhevskii, 7 e-mail: [email protected]

2Russian Timiryazev State Agrarian University, 127550, Moscow, Timiryazevskaya st., 49

The experimental results showed the impact rendered by different rates of organic fertilizers in the kind of poultry excrements on crystal-lochemical parameters of minerals containing in the fine-dispersed fractions (less than 1, 1-5, 5-10 mkm). The considerable changes induced by increased rates of organic fertilizers take place in the ratio between the basic mineral phases and the crystallochemistry of minerals of the clay fraction as the most functional part of soil. One should indicate that the content of the clay fraction decreases, the layered silicates are destroyed and transformed as affected by higher rates of potassium and ammonium, fixed by mixed-layered formations with smectite pockets. The functionally inert minerals such as quartz, feldspar, plagi-oclase and mica of dioctahedral type are accumulated.

Keywords: minerals, feldspar, organic fertilizers in the kind of poultry excrement.

Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2014. Вып. 76. УДК 631.4:631.432

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАКОПЛЕНИЯ, ПОТЕРЬ И ВОЗВРАТА ВЛАГИ И ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ВНУТРИПОЧВЕННОМ ВЛАГООБМЕНЕ

1 Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 119017, Москва, Пыжевский пер. 7, стр. 2 e-mail: [email protected] 2 Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им.

В.Р. Вильямса, 141055, Московская область, Лобня 3ООО "Мещерский научно-технический центр", Рязань, ул. Типанова, 7

Экспериментальными исследованиями установлены соотношения инфильтрации и испарения грунтовых вод в дерново-подзолистой почве, которые составляют для среднезасушливых условий атмосферного увлажнения 0.3-0.6, среднемноголетних 2.6-2.9 и сред-невлажных 2.6-2.9. Потери калия, кальция, магния, цинка и марганца под злаковым травостоем составили соответственно 0.95, 89.0, 37.7, 1.42 и 1.40 кг/га в год. С капиллярным подпитыванием возвращается в корнеобитаемый слой дерново-подзолистой почвы 0.19 кг/га калия или 20% от потерь с инфильтрацией атмосферных осадков, затем следуют марганец (16.4% от потерь), кальций (15.0%), цинк (13.4%) и замыкает ряд магний (9.0%). Показано, что испарение влаги с поверхности почвы при близком стоянии к поверхности грунтовых вод приводит к разрыву капиллярных связей. С увеличением мощности монолита почвы в лизиметре объемы инфильтрации влаги и выноса нитратов уменьшаются под обоими видами травостоя (злакового и бобово-злакового).

Ключевые слова: внутрипочвенный влагообмен, грунтовые воды, капиллярная кайма, лизиметры, химические элементы, инфильтрация, испарение грунтовых вод, потоки влаги.

Минерализация грунтовых вод зависит от сложного взаимодействия солевых растворов, протекающего при вертикальном обмене нисходящих и восходящих потоков влаги и солей от грунтовых вод к поверхностному (корнеобитаемому) слою почвы и обратно. Рассматривая грунтовые воды (ГВ) как возможный ис-

точник водоснабжения и минерального питания растений, следует отметить недостаточную изученность этого вопроса, особенно для гумидной зоны. Учет расхода (испарения) ГВ в корнеобитаемый слой почвы и определение доли их в эвапотранспирации позволит не только экономно расходовать поливную воду, но и совместно с орошением обеспечить оптимальные условия влагообеспеченно-сти растений. Это в свою очередь создаст условия для уменьшения фильтрационных потоков из зоны аэрации в ГВ, сокращения выноса питательных веществ из почвы и ее загрязнения.

Внутрипочвенный обмен влагой и химическими веществами, обусловленный нисходящим (инфильтрацией, I) и восходящим (испарение грунтовых вод, К) потоками, по мнению многих ученых (Муромцев, 1991; Муромцев и др., 2013; Meissner at al., 2010; Weihermüller at al., 2007), является важнейшим гидрофизическим и гидрохимическим процессом. От соотношения двух разнонаправленных потоков влаги и химических веществ зависят тип водного режима, особенности и интенсивность формирования влаги и химических веществ в почвах, а также их эффективное плодородие. Потери химических веществ с инфильтрационными потоками влаги из почв очень велики (Семенов и др., 2002) и значительно лучше изучены, чем компенсация этих потерь за счет химических веществ из грунтовых вод. В связи с определенными трудностями экспериментального определения подпитывания грунтовыми водами информация в научной литературе по данной проблеме ограничена и недостаточна для окончательных обобщений.

Материалы экспериментальных исследований получены в разные годы с использованием лизиметров: Почвенного института им. В.В. Докучаева (Шишов и др., 2001), конструкции ВСЕГИНГЕО на полигоне Всероссийского института кормов им. В.Р. Вильямса (Семенов и др., 2005) и павильона Мещерского филиала ВНИИГиМ (Пыленок, 2004). Конструкция лизиметров, методика и технология их использования подробно описаны в работах (Методические рекомендации..., 1979; Шишов и др., 2001, Шуравилин и др., 2011).

В полном виде водный баланс расчетного слоя почвы может быть представлен в следующем виде:

Wo + Wос + Wг + Жк + Жпр + W6 = Еисп + Ет + Wин +

+ Жпс + Жс + Жкз (1),

где Wо - запас влаги в почве в начале наблюдения; Wкз - запас влаги в почве в конце наблюдения; Wос - осадки (+ поливы); Wг -приток влаги из грунтовых вод; Wк - конденсационная влага; Wпр - поверхностный приток; Wб - боковой приток; Еисп - физическое испарение; Ет - транспирация растений; Wин - инфильтрация; Wпс - поверхностный сток; Wс - боковой сток. Левая часть уравнения (1) - приходная, а правая - расходная части водного баланса. В силу того, что Wк ~ 0, а Щпр ~ Wпс и Щб ~ Wс в большинстве случаев для практических целей используют уравнение:

Що + Ос + Щг = Еисп + Ет + Wин + Wк. (2)

Решение уравнения (2) относительно Шк примет вид:

Wк = Wо + Ос + Wг - Еисп - Ет - Wин. (3)

В уравнении (3) Wг - приход влаги из ГВ или испарение ГВ, обозначим символом I, а Щин - инфильтрацию - К, как это принято в наших работах, например (Муромцев и др., 2013).

Роль параметров внутрипочвенного влагообмена лизиметра видна из уравнения водного баланса лизиметра, записанного относительно суммарного испарения:

Ес = ОС + П + К - I ± АЖ, (4),

где Ес - суммарное испарение, мм; ОС - осадки, мм; П - поливы, мм; К - испарение ГВ, мм; I - инфильтрация; мм; ± АW - изменение запасов почвенной влаги за расчетный период (от до ¿2), мм.

С гидрологической точки зрения лизиметр представляет собой устройство, в котором заключен элементарный участок зоны аэрации с моделью уровня ГВ (Муромцев, 1991; Пыленок, 2004; Роде, 2008; Панов, 2011).

На рис. 1 представлена схема лизиметрической установки и прибора автоматического регулирования уровня воды в лизиметре, используемая Институтом кормов им. В.Р. Вильямса и Мещерским филиалом ВНИИГиМ.

Соотношение элементов водного баланса, процессы вымывания и возврата химических элементов в дерново-подзолистой почве рассмотрены с использованием данных, полученных в лизиметрах Института кормов с мощностью почвенного профиля (зоны аэрации) глубиной 130 см; интенсивность и объемы потерь химических веществ в зависимости от мощности почвенного про-

А Б

Рис. 1. Схема лизиметрической установки (А) и прибора автоматического регулирования уровня воды в лизиметре (Б). Лизиметрическая установка:

1 - монолит почвогрунта (1 х 1 м2); 2 - бетонный заполнитель; 3 - поддон; 4 - заполнитель из битума; 5 - пьезометр; 6 - трубка для наблюдения за влажностью с помощью нейтронного индикатора; 7 - фильтр пьезометра; 8 - трубчатый фильтр с сеткой; 9 - песчаный фильтр; 10 - битумная изоляция на стенке монолита; 11 - кассета. Прибор автоматического регулирования уровня воды в лизиметре: 1 - стенка наблюдательного павильона;

2 - питающий бачок; 3 - соединительная трубка; 4 - регулирующая трубка; 5 - сливной стакан; 6 - сливная трубка; 7 - каркас поплавковой системы; 8 - поплавок; 9 - ось поплавка; 10 - чашечка поплавка; 11 - запирающий болт крепления пипетки; 12 - пипетка; 13 - шланг.

филя лизиметра и азотных удобрений - с использованием лизиметров глубиной 35 и 70 см. Содержание химических веществ в инфильтратах и грунтовых водах определяли с использованием обычных в агрохимии и химии почв методов (Аринушкина, 1970).

Исследуемая дерново-подзолистая суглинистая глубоко-оглеенная почва на покровном суглинке (слабовыраженный склон

опытного участка ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса) имеет следующее морфологическое строение:

ЛУ, 0-6 см. Дернина, светло-серая с буроватым оттенком, свежая, связная, мелкокомковато -пылеватая, рыхловатая.

ЛУ 1, 6-20 см. Серый, слегка желтовато-палевый, свежий, плотный, мелкокомковато -пылеватый, легкий (до среднего) суглинок, множество тонких корней. Переход заметный.

БЬ, 20-29 см. Серый с беловатым оттенком, свежий, плотнее предыдущего, непрочнокомковато-пористый (видна слоистость, пла-стинчатость), отдельные ржаво-бурые пятна, кварцевый блеск, языковат, средний суглинок, корешки. Переход заметный.

ВТ 1, 29-62 см. Желтовато-буроватый с белесыми затеками (длинными узкими языками из гор. БЬ), влажноват, крупнокомковато -глыбистый (разламывается на призмы, ореховатый), на гранях излома порошистая светло-белесая присыпка, корешки, средний (до тяжелого) суглинок, очень плотный, черные точки железисто-марганцевых соединений. Переход заметный по окраске.

ВТ 2, 62-115 см. Более однородный по цвету, чем предыдущий, желтовато-палевый, сыроватый, крупноореховатый, глыбистый, тяжелый суглинок, в нижней части глееватый, камешки, плотноват, тонкие линзы песка, черные по цвету включения конкреций марганца и железа, на изломе структурных граней цвет слегка вишневато-малиновый. Переход постепенный.

BTg, 115-150 см. Палево-желтый, сырой, опесчаненный (до среднего) суглинок, глыбистый, марганцевистые точки и жилки, плотноват, перемешан песчинками (нож входит с хрустом), в нижней части прослои песка желтые по окраске, влажный, с блеском, глееватый. Переход постепенный по окраске, заметный по сложению.

Cg, 150-210 см. Светло-желтый с палевым оттенком, сырой, липкий, более легкий по гранулометрическому составу, чем предыдущий, пылеватый легкий суглинок, оглеен, линзы желтого по цвету песка (среднего размера песчинки), при отборе образца на такой глубине поч-вообразующая порода обваливается, возможно, наличие водоносного слоя (верховодка).

Ранее (Шишов и др., 2001) показано, что роль грунтовых вод в эвапотранспирации и формировании урожая культур может быть значительной. Доля расхода влаги из ГВ в эвапотранспирации разных культур на дерново-подзолистой почве составляет 19-38%. В длительные засушливые периоды суммарный расход влаги из зоны аэрации и ГВ может достигать, по нашим данным, 40-50% от суммарного испарения. Степень влияния вида сельскохозяйственной

культуры на испарение грунтовых вод также может быть значительна. Когда ГВ находятся на глубине 1.5 м травосмесь с ежой сборной, обладающая большей биомассой, расходует больше воды и большее суммарно ее испаряет, чем тимофеечно-овсяничный травостой. При уровне ГВ 2.0 м расходы и суммарное испарение в обоих вариантах примерно одинаковы (Семенов и др., 2002).

Экспериментальные данные, характеризующие содержание, вымывание и возврат химических веществ в почву под злаковым травостоем представлены в табл. 1 и 2. Максимальное содержание кальция достигает 90.1, а минимальное - 55.0 мг/л. Максимальные и минимальные концентрации некоторых других ионов находятся в пределах: магния - 12.1 и 5.6, цинка - 0.081 и 0.007 и марганца 0.123 и 0.063 мг/л соответственно.

В дерново-подзолистой почве соотношение инфильтрации и испарения грунтовых вод составляет 0.3-0.5 для среднезасушли-вых условий, 2.5-2.7 для средневлажных и 2.6-2.8 для среднемно-голетних условий. Наименьшие значения отношения отмечены для среднезасушливых условиях, максимальные - при средневлажных, что отражает реальные особенности протекания процессов инфильтрации и испарения грунтовых вод в зависимости от суммы осадков и степени обводненности зоны аэрации.

Максимальные значения выноса химических элементов, наблюдаются в вегетационный и в осенне-зимний периоды. В годовом цикле больше всего выносится кальция - 89.0 кг/га. По объему выноса химические элементы образуют убывающий ряд: кальций - магний - цинк - марганец - калий.

С капиллярным подпитыванием возвращается в корнеобита-емый слой дерново-подзолистой почвы калия 0.19 кг/га или 20% от потерь, затем следуют марганец (16.4% от потерь), кальций (15.0%), цинк (13.4%) и замыкает ряд магний (9.0%). Убывающий ряд: калий - марганец - кальций - цинк - магний. Для сравнения укажем, что из аллювиальной суглинистой почвы объем возврата химических веществ из ГВ составляет значительно большие величины (Муромцев, Семенов, 2005): кальция (200-160 кг/га) или 104-77% от потерь, затем следуют цинк (82-53%), марганец (6544%), и замыкает ряд магний (54-25%). Различия в объемах возврата химических веществ этих двух почв объясняются тем, что

Таблица 1. Содержание химических элементов в инфильтрационном стоке лизиметров (среднее за год), мг/л ___

Содержание химических элементов, мг/л К Са Мм ги Ми

Максимальное 2.6 90.1 12.1 0.081 0.123

Минимальное 0.7 55.0 5.6 0.007 0.063

Среднее 1.4 80.1 8.8 0.053 0.089

Таблица 2. Вымывание химических веществ и возврат их из грунтовых вод в почву лизиметров с мощностью почвенного слоя 130 см_

Период наблюдений К Са Мм ги Ми

Вымывание химических элементов, кг/га

Вегетационный (У-1Х) 0.47 43.0 19.3 0.65 0.65

Осеннее-зимний (Х-11) 0.30 29.7 11.1 0.44 0.51

Ранневесенний (Ш-1У) 0.18 16.3 7.3 0.33 0.24

Годовой 0.95 89.0 37.7 1.42 1.40

Возврат химических элементов, кг/га

Годовой 0.19 14.2 3.4 0.19 0.23

Возврат химических элементов, % от вымытого

Годовой 20.0 15.0 9.0 13.4 16.4

испарение ГВ из аллювиальной почвы в два с лишним раза больше, чем из дерново-подзолистой. Интересно сравнить их с имеющимися аналогичными данными по другим почвам и регионам.

Например, весьма впечатляющие результаты поступления солей из ГВ в корнеобитаемый слой ирригационо-гидроморфных почв отмечены в степной зоне Южного Урала (Панов, 2011; Шура-вилин и др., 2011). Установлено, что с уменьшением ресурса влаго-обеспеченности (Р) поступление солей увеличивается при всех уровнях ГВ. При уровне ГВ 1.0 м поступление солей при Р = 5% составило 6.78 т/га, при 50% - 9.80 т/га, а при 95% - 13.32. Аналогичным образом эта особенность соблюдается и при уровне ГВ 1.5 и 2.0 м. При понижении ГВ от 1.0 до 2.0 м поступление солей резко уменьшается: при Р = 5% поступление солей при уровне ГВ 1 м составило 6.78 т/га, а при понижении ГВ до 2.0 м оно уменьшилось до 0.10 т/га. То же можно сказать о накоплении солей и при других уровнях водообеспеченности, в пределах от Р = 5% до 95%.

Интенсивность испарения влаги с поверхности почвы зависит от многих факторов и, прежде всего, от уровня стояния грунтовых вод. Исследуя этот процесс для условий близкого к поверх-

ности стояния ГВ, установили ряд особенностей (Муромцев, 2005), в том числе явление разрыва капиллярных транзитных путей при высоком содержании влаги в почве. Физическая сущность процесса заключается в несоответствии интенсивности потока почвенной влаги (расход влаги из ГВ) интенсивности испарения с поверхности. Ликвидации разрывов, поступающей из ГВ влаги, препятствуют пузырьки воздуха, которые при определенных условиях могут соединяться в различные по размерам воздушные полости.

Сработка капиллярной каймы (КК) при испарении влаги с поверхности почвы в условиях высокого стояния грунтовых вод может достигать значительных размеров по мощности и затрагивать большую часть КК или практически всю ее зону. В связи с этим можно предположить, что в условиях, когда уровень ГВ находится близко к поверхности почвы, например, на глубине 4050 см, сработка будет осуществляться вплоть до зеркала ГВ.

С целью повторной проверки этого положения проведены исследования с использованием почвенной колонны с моделью грунтовых вод и в условиях уровня ГВ, расположенного последовательно на глубинах 55, 40, 30 и 20 см от поверхности. Тензио-метры, установленные на этих же уровнях, при изменении глубины ГВ оказывались на разном расстоянии от ГВ, в том числе и под их уровнем.

Анализ полученных материалов (рис. 3 и табл. 4) свидетельствует о том, что при уровне ГВ, равном 55 см от дневной поверхности, показания только первого тензиометра, установленного в пределах зеркала вод, соответствуют отметке уровня ГВ. Показания остальных приборов указывают на наличие водного дефицита в КК даже в самой ее нижней части. С увеличением расстояния от уровня ГВ от 15 до 35 см, расхождения между показаниями приборов и отметками уровня ГВ возрастают с -8 до -36 см водн. ст. Это свидетельствует о том, что вся КК, представляющая собой в данном случае зону аэрации, является толщей активного влаго-оборота; потеря влаги происходит одновременно из всей 55-сантиметровой толщи. С повышением уровня ГВ (соответственно до 40, 30 и 20 см от поверхности) расхождение показаний тензио-метров, расположенных над уровнем ГВ, и расстояний их установки до уровня ГВ, уменьшаются.

Рис. 3. Уровень ГВ (1), интенсивности расхода грунтовых вод на глубине 5 см от УГВ (2) и динамика потенциала влаги (Рк) на глубинах: 3 - 5; 4 -15; 5 - 25; 6 - 35 см от уровня ГВ.

Таблица 4. Дефициты влаги (< полной влагоемкости) при испарении ГВ в условиях близкого их стояния к поверхности почвы (1 - показание тен-зиометра; 2 - дефицит влаги в КК), см водн. ст.

Уровень ГВ

Т1

1

2

Т2

1

2

Т3

1

2

Т 4

1

2

I,

мм/сут

55 40 30

20

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0 + 16 + 28

+ 35

-22 0

+ 9 + 20

-7 0 0

0

-37 -10 -5

+ 7

-12 0

-5 0

-68 -55 -30

-5

-13 -45 -20

-5

0.7-1.1 1 -2 1-

2—^15 2—^11

Примечание. Т1-Т4 - номера тензиометров.

Таблица 5. Состояние капиллярной каймы (КК) при уровне грунтовых вод (УГВ) 55 см от поверхности почвы__

Уровень Расстояние Энергетическое состояние Дефицит водо-

КК от уровня КК капиллярной каймы, насыщения КК,

грунтовых от поверхно- см водн. ст. см. водн. ст.

вод, см сти почвы, теоретическое по показаниям

см тензиометров

15 40 -15 -22 -7

35 20 -35 -68 -33

В табл. 5 представлена информация о состоянии отдельных частей КК, характеризуемой дефицитом водонасыщения. Она свидетельствует о том, что дефицит водонасыщения на уровне КК 15 и 35 см от ГВ составляет соответственно -7 и -33 см водн. ст.

Интенсивность расхода ГВ при их уровне 55 см находится в пределах 0.7-1.1 мм/сут, а при 20 см - 1.5-1.7 мм/сут. Следовательно, при понижении уровня ГВ с 20 до 55 см от поверхности почвы запасы влаги в КК и интенсивность расхода ГВ уменьшаются. Максимальная интенсивность расхода ГВ наблюдается в процессе заполнения порового пространства (компенсация недостатка водонасыщения) при поднятии уровня ГВ, т.е. при установке ГВ на новом, более высоком уровне. Например, при поднятии уровня ГВ с 55 до 40 см интенсивность потока возрастает в течение одних суток до 3 мм, а затем уменьшается до 1.1-1.5 мм/сут. Максимальное значение интенсивности расхода ГВ отмечено при повышении их уровня с 40 до 30 и с 30 до 20 см: в течение первых суток это значение составляет 11-15 мм/сут. И это очень высокий уровень расхода.

На интенсивность влагообмена в системе почва-грунтовые воды существенное влияние оказывает мощность почвенного профиля лизиметра, внесенные удобрения и вид травостоя. Как показали предыдущие исследования, с увеличением мощности монолита почвы объем инфильтрации влаги и вынос нитратов зависят от вида травостоя (Семенов, Муромцев, 2006). Объем инфильтрации под злаковым травостоем больше по сравнению с объемом инфильтрации под бобово-злаковым травостоем, а потери азота из слоев почвы 0-35 и 0-130 см под злаковым травостоем меньше, чем под бобово-злаковым (табл. 6).

Таблица 6. Влияние мощности почвенного монолита и вида травостоя на инфильтрационный сток и содержание нитратов в нем за вегетационный период 2005 г. (Семенов и др., 2005)_

Вариант опыта Объем инфильтрационно- Суммарный Содержа-

глубина траво- го стока по месяцам вегетационного периода, л/м2 объем ин- ние нитра-

моноли- стой фильтраци- тов в стоке,

та, см V VI VII VIII IX онного стока, л/м2 мг/л

35 Злаковый 19.7 14.2 21.8 21.0 7.3 74.0 1.3

35 Бобово-злаковый 7.9 8.9 11.1 9.8 9.3 47.0 8.1

130 Злаковый 5.6 9.4 9.0 10.3 6.7 41.0 1.0

130 Бобово-злаковый 3.7 4.8 6.0 5.5 3.0 23.0 2.4

Объемы вымывания весьма существенно зависят не только от мощности фильтрующего слоя (мощности слоя почвогрунтов), но и от вида и формы удобрений. При увеличении норм удобрений (аммиачная и нитратная формы) от N180 до N480 потери общего азота, нитратов, фосфора, калия, кальция и магния существенно возрастают: в 1.5-6.0 раз общего азота, 3.5-8.0 нитратного азота, и 1.2-2.7 раза других химических элементов. Однако это увеличение сильно зависит от мощности почвенного слоя и формы азотного удобрения. Различно оно и для каждого химического элемента (Семенов и др., 2005).

Существенную роль в формировании инфильтрационного стока играет качество дернины многолетних трав и способы ее залужения. В 2007 г. организованы опыты по запашке в верхний корнеобитаемый слой почвы лизиметров измельченной биомассы древесной растительности: березы, ивы, вейника наземного, осины и дернины луга. Насколько нам известно, внесение измельченной массы древесных (кустарниковых) растений, к сожалению, пока не практикуется. Двенадцати-пятнадцатилетние деревца обычно пытаются запахивать при распашке многочисленных перелогов и заброшенных земель, образовавшихся в 90-х годах ХХ в. В результате деревца оказываются на поверхности почвы. Внесение измельченной древесной массы березы, ивы, осины и вей-ника проводили с целью изучения направления и масштабов воз-

действия на физическое состояние почвы и ее производительность.

Опыты проводили в лизиметрах в 3-4-кратной повторности. В 2006 г. в них был заменен пахотный слой на почву залежи, уплотнен, затем на глубине 10-22 см была уложена биомасса (расчетная), т/га: из ивы - 13.6; березы - 27.7; осины - 28.6; вей-ника - 17.2. Заделка в почву выполнена по способу отвальной обработки с укладкой на дно борозды биомассы без ее измельчения.

Далее (май 2007 г.) высеян райграс однолетний (сорт Рапид); после появления всходов внесены удобрения в дозе К60Р60К60. Получено 2 укоса. Весной 2008 г. под покров райграса высеяны злаковая и злаково-бобовая травосмеси. В вариантах удобряемых внесены №5К45 под злаковую и К45 - бобово-злаковую травосмеси. В сумме за 2 года внесено Ш05Р60К105, а с учетом содержания азота, фосфора, калия, кальция в запаханной биомассе, было внесено, соответственно: под иву - 239, 176, 206, 117; осину - 449, 237, 327, 222; березу - 406, 269, 272, 171 и вей-ник - 195, 146, 256, 44. На пашню (контроль) внесено 105, 60, 105, 0 кг/га действующего вещества.

Исследования показали, что объем инфильтрации максимален на пашне (206 л/м2), а минимален в варианте с разнотравно-злаковом травостоем (на контроле) - всего 52 л/м2. В вариантах с запаханными биомассами различной древесной растительности объем инфильтрата находится в пределах 170-194 л/м2 и мало чем различается по вариантам. Содержание кальция (мл/л) по вариантам в инфильтрате опыта можно записать в виде возрастающего ряда следующим образом: контроль (14.0) < дернина луга (34.3) < ивы (34.7) < пашни (41.6) < березы (44.1) < вейника (45.9) < осины (46.1). В вариантах с удобрениями концентрация кальция заметно меньше, что объясняется, по-видимому, большим отчуждением его с биомассой райграса. То же можно сказать и об особенностям потерь кальция с инфильтратом. Они значительно меньше в вариантах с удобрениями, чем в опыте без удобрений. Максимальная потеря отмечена под пашней (98.2 кг/га), затем следуют варианты с запаханными: осиной (85.8), березой (85.5), вейником (78.0), ивой (60.4), дерниной луга (39.2) и, наконец, контроль (7.3 кг/га).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Максимальные значения суммарного испарения почвенной влаги и инфильтрации наблюдаются в средневлажных условиях, а испарение грунтовых вод - в среднезасушливых условиях атмосферного увлажнения. Соотношение инфильтрации и испарения грунтовых вод в дерново-подзолистой почве составляет 0.3-0.6 для среднезасушливых, 2.6-2.9 средневлажных и 2.6-2.9 средне-многолетних условий атмосферного увлажнения.

В годовом цикле больше всего из дерново-подзолистой суглинистой почвы выносится кальция - 90 кг/га. По объему выноса изученные химические элементы образуют убывающий ряд: кальций - магний - цинк - марганец - калий. Потери калия, кальция, магния, цинка и марганца под злаковым травостоем составили соответственно 0.95, 89.0, 37.7, 1.42 и 1.40 кг/га за год.

С капиллярным поднятием (в процессе испарения грунтовых вод) в корнеобитаемый слой дерново-подзолистой почвы возвращается химических элементов: калия 20%, марганца 16.4%, кальция 15.0%, цинка 13.4% и магния 9%.

При приближении уровня ГВ к поверхности почвы (до 20 см) мощность КК и запасы влаги в ней уменьшаются, а интенсивность расхода воды - увеличивается. Максимальная интенсивность расхода грунтовых вод наблюдается в процессе заполнения порового пространства (компенсации недостатка водонасыщения) при поднятии уровня ГВ, т.е. при установке ГВ на новом, более высоком уровне.

Испарение влаги с поверхности почвы при близком стоянии к поверхности ее грунтовых вод приводит к разрыву капиллярных влагопроводящих путей. Это явление происходит из-за несоответствия интенсивности потока влаги из грунтовых вод к испаряющей поверхности и интенсивности ее испарения с поверхности.

Максимальная потеря ионов кальция в вариантах с запаханной биомассой древесной растительности отмечена под пашней (98.2 кг/га), затем следуют варианты с запаханными осиной (85.8), березой (85.5), вейником (78.0), ивой (60.4), дерниной луга (39.2) и, наконец, контроль (7.3 кг/га).

С увеличением мощности монолита почвы объем инфильтрации влаги и вынос нитратов уменьшаются под злаковым и бо-

бово-злаковым видами травостоя. Объем инфильтрации под злаковым травостоем больше чем под бобово-злаковым травостоем, а потери азота из слоев почвы 0-35 и 0-130 см под злаковым травостоем меньше.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 436 с.

2. Методические рекомендации по проведению лизиметрических исследований водного, солевого и пищевого режимов почв на многолетних травах. М., 1979, 36 с.

3. Муромцев НА. Мелиоративная гидрофизика почв. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1991. 272 с.

4. Муромцев Н.А. Формирование и состояние влаги в капиллярной кайме дерново-подзолистой почвы при восходящем потоке грунтовых вод // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2005. Вып. 57. C. 50-56.

5. Муромцев Н.А., Семенов Н.А. Потери и возврат химических веществ в почвах при инфильтрации и подпитывании грунтовыми водами// Почвоведение. 2005. № 2. С. 457-463.

6. Муромцев Н.А., Коваленко П.И., Семенов НА., Мажайский Ю.А., Яцык Н.В., Шуравилин А.В., Воропай Г.В., Анисимов К.Б., Коломиец С.С. Внутрипочвенный влагообмен, водопотребление и водообеспеченность многолетних культурных травостоев. Рязань, 2013. 300 с.

7. Панов Г.А. Водный режим чернозема и мелиогенных почв. Челябинск: Изд-во ЧелГУ, 2011. 157 с.

8. Пыленок П.И., Сидоров И.В. Природоохранные мелиоративные режимы и технологии. М., 2004. 323 с.

9. Роде А.А. Избр. тр. Т. 4. М., 2009. 597 с.

10. Семенов Н.А., Муромцев Н.А., Абрамчик А.А. Инфильтрационный сток и потери азота на сеяных травостоях в зависимости от условий их формирования // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева 2002. Вып. 56. С. 39-43.

11. Семенов Н.А., Муромцев Н.А., Сабитов Г.А., Коротков Б.И. Лизиметрические исследования в луговодстве. М., 2005. 498 с.

12. Семенов Н.А., Муромцев Н.А. Влияние запаханной дернины на продуктивность трав и инфильтрационные потери химических элементов // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2006. Вып. 58. С.39-44.

13. Шишов Л.Л., Муромцев Н.А., Большаков В.А., Орлова Л.П. Исследование режима влаги и химических веществ в агроландшафтах южной тайги. М.: Изд-во РАСХН, 2001. 229 с.

14. Шуравилин А.В., Панов Г.А., Муромцев Н.А.. Вводно-солевой баланс ирригационно-гидроморфных почв Южного Урала в зависимости от уровня грунтовых вод и водообеспеченности осадками // Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса. 2011. № 3. С. 57-62.

15.Meissner R., Rupp H., Seeger J., Ollesch G., Gee G. W. A comparison of Water flux measurements: passive Wick-samplers versus drainage lysimeters // European J. Soil Science. 2010. Vol. 61. P. 609-621.

16. Weihermüller L., Siemens J., Deurer M., Knoblauch S., Rupp H., Göttlein A., Pütz T. In situ soil Water extraction: a review // J. of Environmental Quality. 2007. Vol. 36. P. 1735-1748.

REGULARITIES IN ACCUMULATION, LOSS AND RETURN OF WATER AND CHEMICAL SUBSTANCES DURING THE WATER EXCHANGE IN SOIL

N. A. Muromtsev, N. A. Semenov, Yu. A. Mozhaisky, K. B. Anisimov

1V. V. Dokuchaev Soil Science Institute of Russian Academy of Agricultural Sciences, 119017, Moscow, Pyzhevskii, 7 2Russian Fodder Institute named after R.V. Wiliams, 141055, Lobnya in the

Moscow region

3OOO "Meshcherskii nauchno-tekhnicheskii tsentr", Ryazan', ul. Tipanova, 7

The experimental studies permitted to determine the ratio between infiltration and transpiration of the ground water in a soddy podzolic soil, that accounts for 0.3-0.6 under dried conditions of atmospheric moistening, 2.6-2.9 as an average value for many years and 2.6-2.9 under moderately wet conditions. The loss of potassium, calcium, magnesium, zinc and manganese under the grass stand was calculated as 0.95, 89.0, 37.7, 1.42 and 1.40 kg/ha/yr respectively. Due to capillarity the root layer of this soil receives 0.19 kg/ha of potassium or 20% from its loss with water infiltration, 16.4% of magnesium, 15.0% of calcium, 13.4% of zinc and 9.0% of manganese. It is shown that the water transpiration in case of the close underground water level leads to rupture of capillary links. With increasing the soil thickness in lysimeter the water infiltration and the nitrate leaching become declined both under grass and bean-grass stands.

Keywords: water exchange in soil, ground water, capillary fringe, ly-simeter, chemical elements, infiltration, transpiration, water flow.

СОДЕРЖАНИЕ

Почвенно-агромелиоративное районирование как информационная основа инвентаризации почвенного покрова пахотных земель России

Д. С. Булгаков, В. А. Рожков, [И. И. Карманов)............................3

Опыт разработки национальной системы оценки пригодности земель

В. А. Рожков..................................................................................33

Микроморфологическая диагностика устойчивости черноземов при орошении

Т. В. Турсина.................................................................................52

Трансформации глинистых минералов почв песчаных пустынь под разными типами саксаульников

Н. П. Чижикова, М. П. Лебедева..................................................74

Поведение минералов при внесении различных доз органических удобрений в агродерново-подзолистой почве

Н. П. Чижикова, Е. Б. Варламов, В. И. Савич............................91

Закономерности накопления, потерь и возврата влаги и химических веществ при внутрипочвенном влагообмене

Н. А. Муромцев, Н. А. Семенов, Ю. А. Мажайский,

К. Б. Анисимов............................................................................111

Научное издание

Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева

Выпуск 76

Главный редактор А.Л. Иванов Редактор, компьютерная верстка Е.В. Манахова

Сдано в набор 01.12.2014 г. Подписано в печать 01.12.2014 г. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Печ. л. 8 Тираж 150 экз. Заказ №. Цена договорная.

Государственное научное учреждение Почвенный институт имени В.В. Докучаева Российской сельскохозяйственной академии наук 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2

Издательский дом «Типография» Россельхозакадемии 115598, Москва, ул. Ягодная, 12

Тел. (495) 329-45-00 e-mail: [email protected]

Опыт разработки национальной системы оценки пригодности земель Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Рожков В. А.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Рожков В. А.

Experience in elaborating the national system for estimating the land suitability

Текст научной работы на тему «Опыт разработки национальной системы оценки пригодности земель»