CC BY
47
УДК 631.4:631.95
В.И. Кулагина, С.С. Рязанов, Л.М. Сунгатуллина, А.М. Хайруллина,
Р.М. Тагиров, А.А. Андреева, Э.Х. Рупова
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, viksoil@mail.ru
ОЦЕНКА ПРИГОДНОСТИ ПОЧВ ДЛЯ ОРГАНИЧЕСКОГО
ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
В действующих нормативных документах не установлены требования к плодородию почв при органическом земледелии. На примере фермерского хозяйства Рыбнослободского района Республики Татарстан показано, что при определении пригодности земель сельскохозяйственного назначения для органического производства следует дифференцированно подходить к оценке свойств почв каждого участка. В статье приведены результаты исследований агрохимических, физических свойств почв и показателя топографического индекса влажности на полях хозяйства, на которых возможно ведение органического сельскохозяйственного производства зерновых культур. Показано, что при хороших агрохимических и неудовлетворительных физических свойствах почв определяющим фактором, влияющим на выбор культур, являются условия увлажнения.
Ключевые слова: органическое земледелие; плодородие почв; агрохимические и агрофизические свойства почв; топографический индекс влажности.
Б01: 10.24411/2411-7374-2020-10030
Введение
Вопрос о том, на основании каких критериев принимать решение о пригодности почв для органического сельскохозяйственного производства, становится все более актуальным в связи с вступлением в силу с 1 января 2020 г. федерального закона «Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В действующих нормативных документах отмечается, что участки земель, используемые для производства органической продукции, должны соответствовать требованиям гигиенических нормативов, предъявляемых для почв (СанПиН 2.3.2.2354-08). Вместе с тем, ни в одном из документов не конкретизированы требования к плодородию, агрохимическим и физическим свойствам почв.
Должно ли учитываться плодородие почв при переходе к органическому земледелию, и если да, то каким образом - вопрос довольно сложный и имеет несколько аспектов. Экономически более выгодно органическое производство на наиболее плодородных почвах, на которых снижение урожайности в первое время в результате отказа от применения удобрений будет сказываться не так заметно. С другой стороны, применение на практике принципов органического земледелия может положительно сказаться на улучшении свойств бедных почв. Однако, улучшение свойств малоплодородных почв может занимать длительный
промежуток времени, кроме того, не все свойства почв и земельных участков можно скорректировать (улучшить). Поэтому, прежде чем рекомендовать тот или иной участок земель для органического производства, следует провести его комплексное обследование.
Попытка выделения земель под органическое земледелие крупными по площади массивами является неправильной, поскольку даже в пределах одного хозяйства почвы отдельных полей могут значительно отличаться по своим свойствам.
Целью данной работы было определить агрохимические и физические свойства почв фермерского хозяйства и оценить возможность их использования для органического сельскохозяйственного производства зерновых культур.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования являлись поля фермерского хозяйства Рыбнослободского района Республики Татарстан у с. Малый Атмас. Хозяйство расположено на удалении от источников загрязнения, включая крупные автомобильные дороги. В нем в течение 8 лет практикуется система no-till.
В июне 2020 г. было выполнено почвенное обследование фермерского хозяйства, которое включало в себя отбор смешанных образцов из 20-40 точечных проб на 6 участках: 1) поле с посевами пшеницы на серой лесной почве; 2) поле с люцер-
Рис.1. Схема мест отбора смешанных образцов (расшифровку см. в тексте) Fig. 1. Scheme ofplaces of mixed samples (see in the text)
ной 8-летней на серой лесной почве; 3) целинный участок с луговым разнотравьем на серой лесной почве; 4) поле с посевами рапса на дерново-подзолистой почве; 5) поле с люцерной 3-летней на дерново-подзолистой почве; 6) целинный участок с естественной луговой растительностью на дерново-подзолистой почве - буферная зона между полями (рис. 1).
Для органического производства зерновых культур рассматривались два поля, занятых посевами рапса и пшеницы (участки 1 и 4), каждое площадью около 100 га.
Отбор проб с целинных участков и полей с люцерной продиктован необходимостью иметь эталоны сравнения при оценке возможностей улучшения структурного и агрохимического состояния почв при ведении органического земледелия и насыщении севооборота многолетними травами.
В образцах почв определялись следующие показатели: содержание гумуса, общего азота колориметрическим методом с реактивом Несслера, подвижного фосфора и калия по Чирикову, реакция среды водной и солевой вытяжки, водопроницаемость по В.А. Домрачевой, влагоемкость, структурно-агрегатный состав по Н.И. Савинову, водопрочность структуры по П.И. Андрианову. В качестве показателя морфологических особенностей рельефа был рассчитан топографический индекс влажности (7^1):
где a - модифицированная площадь водосбора, (рис. 3).
ß - локальный уклон поверхности.
Данный показатель широко применяется для анализа трендов распределения почвенной влаги (Radula et al., 2018; Wilson, Gallant, 2000). Индекс рассчитывался на основе цифровой модели рельефа ALOS World 3D - 30 m (Tadono et al., 2014). Расчёты проведены в геоинформационной системе SAGAGIS (Conrad et al., 2015).
Результаты и их обсуждение
В дерново-подзолистых почвах содержание органического вещества на участке под люцерной 3-летней оценивается как повышенное, на поле с посевами рапса, целинном участке -высокое; в серых лесных почвах на поле с пшеницей и целинном участке - повышенное, на поле под люцерной 8-летней - высокое (рис. 2а). Содержание общего азота в почвах соответствовало содержанию гумуса (рис. 2Ь).
Содержание подвижных форм фосфора и калия в почвах, согласно агрохимической группировке, характеризуется как высокое для всех полей на серых лесных почвах. В дерново-подзолистых почвах содержание подвижных фосфора и калия несколько ниже и оценивается как повышенное и среднее. На фоновом участке уровень обеспеченности подвижными формами элементов отличали минимальные значения (рис. 2с).
Реакция среды солевой вытяжки оценивается как нейтральная для почв полей с пшеницей и люцерной 8-летней, близкой к нейтральной - для целинного участка с серой лесной почвой и поля с рапсом, слабокислой - для поля с люцерной 3-летней и целинного участка с дерново-подзолистой почвой (рис. 2d).
По величине pH водной вытяжки дерново-подзолистые почвы целинного участка характеризовались кислой реакцией среды, серые лесные почвы целинного участка, почвы полей с рапсом и люцерной 3-летней - слабокислой, почвы под люцерной 8-летней - нейтральной, под пшеницей - слабощелочной.
Исследуемые почвы характеризуются легкоглинистым гранулометрическим составом с преобладанием крупнопылеватой фракции и отсутствием элементарных частиц размером 0.25-1 мм
20
российский журннл ИМ! экологии
экология почв
а
5 -л
4 -
=° з -
1 -
О J—--1-1^1---^
1 2 3 4 5 6
С
1 2 3 4 5 6
□ Фосфор п Калий
Водопроницаемость всех исследованных почв по шкале Н.А. Качинского следует отнести к одной градации - удовлетворительная (рис. 4).
Целинные почвы под естественными биогеоценозами обладают лучшей водопрочностью агрегатов (по П.И. Андрианову) по сравнению с почвами полей (рис. 5): на фоновых участках «от-
Ь
1 2 3 4 5 6
d
8
7
1 2 3 4 5 6
□ pi I под НрНсол
,05 мм ,01 мм ,005 мм 0.001 мм
. мм
личной», на полях под люцерной разного - «хорошей» и «отличной», приближенной к целинным участкам. На полях с пшеницей и рапсом водо-прочность агрегатов была одинаково «плохой».
По итогам сухого просеивания, почвы полей с пшеницей и рапсом содержали 20-40% агрегатов размером 0.25-10 мм и вошли в одну града-
Рис. 2. Агрохимические свойства почв 1 - пшеница, 2 - люцерна 8-летняя, 3 - целинный участок серая лесная почва, 4 - рапс, 5 - люцерна 3-летняя, 6 -целинный участок, дерново-подзолистая почва Fig. 2. Agrochemical properties of soils 1 - wheat, 2 - 8-vear alfalfa, 3 - virgin plot, gray forest soil 4 - rapeseed, 5 - 3-vear alfalfa,
6 - virgin plot, sod-podzolic soil
Ю.25-0 10.05-0 0.01-0 Ю.005-<0.001
Puc. 3. Гранулометрический состав почв (%): а) дерново-подзолистые почвы, b) серые лесные почвы Fig. 3. Soil particle size (%): a) sod-podzolic soil, b) gray forest soil
n
70
1 2 3 4 5 6
Рис. 4. Водопроницаемость почв: 1 - пшеница, 2 - люцерна 8-летняя, 3 - целннный участок, серая лесная почва, 4-рапс, 5 - люцерна 3-летняя, б - целннный участок, дерново-подзолистая почва Fig. 4. Soil water permeability: 1 - wheat, 2 - 8-year alfalfa, 3 - virgin plot, gray forest soil, 4 - rapeseed, 5 - 3-vear alfalfa, 6 - virgin plot, sod-podzolic soil
цию оценочной шкалы Н.И. Саввннова с неудовлетворительным структурным состоянием. По результатам мокрого просеивания оба поля также относятся к одной градации - плохое (менее 20% водопрочных агрегатов). В этом результаты, полученные по методу П.И. Андрианова (рис. 5) и Н.И. Саввинова (табл. 1), совпадают.
Целинные серые лесные почвы по результатам мокрого просеивания характеризовались «хорошим» структурным состоянием, а дерново-подзолистые - «неудовлетворительным», что в большей мере связано с их генетическими особенностями.
Структурное состояние почв под люцерной 8-летней по результатам сухого просеивания является «хорошим», по результатам мокрого -«неудовлетворительным», под люцерной 3-летней по результатам сухого просеивания - «удовлетворительным», по результатам мокрого - «неудовлетворительным».
Таким образом, лучшее структурное состояние наблюдается для почв целинных участков. Несмотря на 8-летнее применение системы no-till, на полях с пшеницей и рапсом оно остается неудовлетворительным. Насыщение севооборота многолетними травами может способствовать улучшению структурного состояния почв хозяйства.
В 2020 г. на серых лесных почвах хозяйства сев был проведен в апреле, однако посев рапса на дерново-подзолистых почвах удалось осуществить только в последних числах мая из-за сильного переувлажнения почв и невозможности прохода техники. Учитывая довольно близкие агрофизи-
1 2 3 4 5 6
Рис. 5. Водопрочностъ почвенных агрегатов: 1 - пшеница, 2 - люцерна 8-летняя, 3 - целинный участок, серая лесная почва, 4-рапс, 5 - люцерна 3-летняя, б - целинный участок, дерново-подзолистая почва Fig. 5. Water resistance of soil aggregates: 1 - wheat, 2 - 8-year alfalfa, 3 - virgin plot, gray forest soil, 4 - rapeseed, 5 - 3-vear alfalfa, 6 - virgin plot, sod-podzolic soil
ческие свойства почв, можно предположить, что наблюдаемая дифференциация условий увлажнения могла быть обусловлена неоднородностью рельефа этих полей.
Для выяснения причин переувлажнения почв в весенний период в качестве показателя морфологических особенностей рельефа хозяйств был рассчитан топографический индекс влажности (TWI) (рис. 6). Более высокие значения TWI обозначают больший потенциал аккумуляции влаги (больше площадь водосбора и более низкий уклон поверхности).
Поле №1 с серыми лесными почвами расположено на склоне северо-западной экспозиции с уклоном, достигающим 6°, который может обеспечить боковой сток избыточной влаги. Топографический индекс влажности здесь оказался довольно низким, о чем свидетельствует преобладающая темно-синяя окраска поверхности (рис. 6). Поле №4 с дерново-подзолистыми почвами имеет понижение в центре, что способствует накоплению излишка влаги. Здесь TWI на 1.5-2 единицы выше, преобладает зеленая и желтая окраска. Вследствие особенностей рельефа на этом поле происходит накопление значительных запасов влаги, чем и объясняется избыточное переувлажнение почв в период весеннего сева.
Улучшение водного режима почв для производства зерновых культур здесь может быть достигнуто только комплексом специальных мероприятий, связанных с организацией поверхностного и вну-трипочвенного стока, ускорением отвода излишней влаги за пределы поля. В этой связи на данном
II
РОССИЙСКИЙ НЕУРННЛ ПРНКЛНОНОЙ экплогнн
Рис. 6. Топографический индекс влажности Fig. 6. Topographic Wetness Index
Таблица 1. Структурно-агрегатный состав почв Table 1. Structural and aggregate composition of soils
Фракции, % к весу сухой почвы* Fractions, % d.w.
Поля S S о Л 7-10 мм 5-7 мм 3-5 мм 2-3 мм S S m ■ 0.5-1 мм 0.25-0.5 мм < 0.25 мм 0.25-10 мм
Пшеница Wheat 70.9 7.0 4.1 5.7 2.6 2.1 4.7 1.0 2.5 3.3 0.9 10.3 1.4 83.4 27.6 16.6
Люцерна 8-летняя 8-year alfalfa 27.0 14.0 11.0 15.6 9.6 2.0 12.2 2.9 6.5 5.8 2.1 10.5 2.0 79.0 70.9 21.2
Целинный участок, серая лесная почва Virgin plot, gray forest soil 27.3 13.8 14.1 18.3 7.7 33.4 10.2 12.8 5.1 8.2 1.9 6.2 1.7 39.4 71.0
Рапс Rapeseed 62.2 11.1 4.4 7.3 3.2 1.2 5.0 0.9 3.7 3.1 1.3 10.2 1.8 84.5 36.0 15.4
Люцерна 3-летняя 3-year alfalfa 49.7 6.1 6.0 7.5 4.2 3.9 9.5 2.0 8.1 5.0 4.3 9.9 4.4 79.0 45.5 20.8
Целинный участок, дерново-подзолистая почва Virgin plot, sod-podzolic soil 8.1 5.1 4.6 11.2 7.5 8.6 39.5 9.6 12.8 12.0 6.0 8.6 5.1 61.2 86.5 38.8
* над чертой - сухое просеивание, под чертой - мокрое просеивание above the line - dry sieving, under the line - wet sieving
поле оптимально выращивать многолетние травы, более устойчивые к избытку влаги в почве.
Заключение
По агрохимическим свойствам почвы исследованного фермерского хозяйства пригодны для ведения органического производства зерновых культур, о чем свидетельствует «высокое» и «повышенное» содержание в них гумуса, оптимальные показатели обеспеченности элементами питания растений и реакции среды.
Физические свойства дерново-подзолистых и сырых лесных почв полей, перспективных для ведения органического сельскохозяйственного производства, оказались неудовлетворительными. Тяжелый гранулометрический состав почв сочетается в них с плохим структурно-агрегатным состоянием. Последнее может быть оптимизировано путем насыщения севооборота посевами многолетних трав.
Наиболее серьезным ограничением для ведения органического производства зерна на дерново-подзолистых почвах фермерского хозяйства является их временное переувлажнение в весенний период, обусловленное сочетанием тяжелого гранулометрического состава почв с условиями рельефа.
Обобщенная оценка агрохимических и агрофизических свойств почв, условий рельефа и увлажнения позволяет рекомендовать для сельскохозяйственного производства органического зерна участки полей, занятых серыми лесными почвами.
В целом проведенные исследования подтвердили, что при установлении пригодности почв для определенного вида органического сельскохозяйственного производства необходимо индивидуально подходить к оценке свойств почв каждого поля.
Список литературы
1. СанПиН 2.3.2.2354-08. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.
2. Федеральный закон «Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 03.08.2018 №280-ФЗ.
3. Conrad О., Bechtel В., Bock М., Dietrich H., Fischer Е., Gerlitz L., Wehberg J., Wichmann V., Boehner J. System for Automated Geoscientific Analyses (SAGA) V. 2.1.4 II Geoscientific model development. 2015. V. 8. P. 1991-2007. doi: 10.5194/gmd-8-1991-2015.
4. Radula M.W., Szymura Т.Н., Szymura M. Topographic wetness index explains soil moisture better than bioindication with Ellenberg's indicator values II Ecological Indicators. 2018. V. 85. P. 172-179. doi: 10.1016/j.ecolind.2017.10.011.
5. Tadono T., Ishida H., Oda F., Naito S., Minakawa К., Iwa-
moto H. Precise Global DEM Generation By ALOS PRISM // IS-PRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2014. V. II-4. P. 71-76.
6. Terrain analysis: Principles and applications / Eds. J.P Wilson, J.C. Gallant. Wiley, 2000. 480 p.
References
1. SanPiN 2.3.2.2354-08. Gigienicheskie trebovaniya bezo-pasnosti i pishchevoy tsennosti pishchevykh produktov [Hygienic requirements for food safety and nutritional values],
2. Federal'nyy zakon «Ob organicheskoy produktsii i o vnesenii izmeneniy v otdel'nye zakonodatel'nye akty Rossiyskoy Federatsii» ot 03.08.2018 No 280-FZ [Federal Law «On organic products and on amendments to certain legislative acts of the Russian Federation» dated 03.08.2018 No 280-FZ],
3. Conrad O., Bechtel B., Bock M., Dietrich H., Fischer E., Gerlitz L., Wehberg J., Wichmann V., Boehner J. System for Automated Geoscientific Analyses (SAGA) V. 2.1.4 II Geoscientific model development. 2015. Vol. 8. P. 1991-2007. doi: 10.5194/ gmd-8-1991-2015.
4. Radula M.W., Szymura T.H., Szymura M. Topographic wetness index explains soil moisture better than bioindication with Ellenberg's indicator values II Ecological indicators. 2018. Vol. 85. P. 172-179. doi: 10.1016/j.ecolind.2017.10.011.
5. Tadono T., Ishida H., Oda F., NaitoS., Minakawa K., Iwa-moto H. Precise Global DEM Generation By ALOS PRISM II IS-PRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2014. Vol. II-4. P. 71-76.
6. Terrain analysis: Principles and applications / Ed. J.P. Wilson, J.C. Gallant. Wiley, 2000. 480 p.
Kulagina V.I., Ryazanov S.S., Sungatullina L.M., Hairullina A.M., Tagirov R.M., Andreeva A.A., Ru-pova E.H. Assessment of soil suitability for organic farming.
The current regulatory documents do not establish requirements for soil fertility in organic farming. On the example of a farm in Rybnoslobodsky district of the Republic of Tatarstan, it was shown that when assessing the state of agricultural land for compliance with the requirements of organic farming for a particular crop, one should individually approach the assessment of the soil properties of each site. The article presents research data on the agrochemical, physical properties of soils and the value of the topographic wetness index in the fields of the farm, considered as promising for organic agricultural grain production. It was shown that with good agrochemical and poor physical properties of soils, the determining factor influencing the choice of crops for a given field is the moisture conditions.
Keywords: organic farming; soil fertility; soil chemical and physical properties; topographic moisture index.
российский журннл ИМ! экологии
Информация об авторах
Кулагина Валентина Ивановна, кандидат биологических наук, зав. лабораторией, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: viksoil@mail.ru.
Рязанов Станислав Сергеевич, кандидат биологических наук, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: RStanislav.soil@gmail.com.
Сунгатуллина Люция Мансуровна, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: sunlyc@yandex.ru.
Хисамова Алина Маратовна, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail:his.alina94@mail.ru.
Тагиров Рамис Марселевич, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: ramis.tagirov@yandex.ru.
Андреева Анита Алексеевна, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: anitalibelt@yandex.ru.
Рупова Эльмира Ханисовна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28. E-mail: elmira.rupova@mail.ru.
Information about the authors
Valentina I. Kulagina, Ph.D. in Biology, Head of Laboratory, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Russia, 420087, E-mail: viksoil@mail.ru.
Stanislav S. Ryazanov, Ph.D. in Biology, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Russia, 420087, E-mail: RStanislav.soil@gmail.com.
Lutsia M. Sungatullina, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Russia, 420087, e-mail: sunlyc@yandex.ru.
Alina M. Hairullina, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Russia, 420087, E-mail:his.alina94@mail.ru.
Ramis M. Tagirov, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use Of Tatarstan Academy of Science, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: ramis.tagirov@yandex.ru.
Anita A. Andreeva, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use Of Tatarstan Academy of Science, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: anitalibelt@yandex.ru.
Elmira H. Rupova, Ph.D. in Agriculture, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: elmira.rupova@mail.ru.
