CC BY
90
: ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ ———
УДК 631.4
ПОЧВЕННО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВЕТЛОЯРСКОГО ОРОШАЕМОГО УЧАСТКА В ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ1
© 2019 г. И.Н. Горохова, Т.Н. Авдеева, Е.И. Панкова, К.О. Прокопьева
Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россия, 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7, стр. 2. E-mail: g-irina@rambler.ru
Поступила в редакцию 18.04.2018. После доработки 25.05.2018. Принята к публикации 20.06.2018.
В статье анализируются агрохимические свойства гумусо-аккумулятивных горизонтов орошаемых почв ключевого участка, который расположен на территории Светлоярской оросительной системы в Волгоградской области. Было выявлено, что в результате планировки полей перед вводом в эксплуатацию оросительной системы и длительного периода орошения произошло перераспределение карбонатного материала и концентрация его в верхней части профиля почвы достигла величины 5-13%, что привело к образованию плотной корки на поверхности почв и участков изреживания (выпадов) на посевах люцерны. Эти участки хорошо фиксируются на материалах космической съемки. За более чем 45-летний период использования пахотных земель в условиях орошения произошло существенное снижение уровня их гумусированности относительно пахотных неорошаемых земель. Содержание гумуса в почвах ключевого участка составило в среднем 1.23% и приблизилось (согласно «Методическим указаниям ...», 2003) к минимально допустимому уровню. Деградация почв обусловлена общим низким уровнем культуры земледелия и длительным использованием поверхностного способа полива участка. При этом содержание подвижного фосфора (20102 мг/кг) и обменного калия (316-806 мг/кг) в почвах колебалось в широких пределах от среднего до очень высокого.
Ключевые слова: орошаемые почвы, агрохимическая характеристика почв, карбонаты. DOI: 10.24411/1993-3916-2019-10044
В России значительная часть сельскохозяйственных угодий расположена в недостаточно увлажненных и засушливых районах, поэтому вопрос развития орошаемого земледелия здесь является актуальным. Многовековая практика земледелия свидетельствует о том, что при орошении урожайность сельскохозяйственных культур в 3-4 раза выше, чем без него (Приходько, 1996; Еременко и др., 2002). Однако в последние десятилетия под влиянием сложившихся социальных и экономических условий во многих регионах страны произошло сокращение площадей орошаемых земель, большинство из которых нуждается в мелиорации и обогащении питательными элементами. Наиболее уязвимым элементом орошаемого агроландшафта является почва, так как именно она подвержена максимальному воздействию внешних природно-климатических и антропогенных факторов. Недостаток агрохимических данных по орошаемым почвам не позволяет в полной мере определить проведение необходимых мероприятий.
Цель работы - изучить современное почвенно-агрохимическое состояние длительно орошаемого Светлоярского участка одноименной оросительной системы (ОС) в Волгоградской области с учетом влияния антропогенных факторов.
Аридные почвы часто содержат в поверхностном (пахотном) горизонте карбонат кальция и/или гипс. В «Руководстве по описанию почв» (2012) ФАО карбонатные почвы - это почвы, в которых присутствует некоторое количество карбонатов. Выделяется группа слабо карбонатных почв, содержащих от следовых количеств до 2% карбонатов, карбонатные - при аккумуляции карбоната кальция и/или магния до 15%, средне карбонатные - 15-25% и сильно карбонатные с содержанием более 25%. Отмечается, что карбонатные почвы создают множество проблем для
1 Работа выполнена по тематике НИР Почвенного института им. В.В. Докучаева №0591-2016-0001.
49
сельскохозяйственного использования. Кальцисоли ^a^isols; почвы с содержанием карбонатов более 15%) отличаются низким содержанием органического вещества и доступного азота. Высокие значения pH делают фосфат недоступным из-за образования нерастворимого фосфата кальция.
Причины поступления карбонатного материала в почвы бывают разными. Одни считают, что источниками карбоната и гипса в аридных почвах являются атмосферные выпадения в виде пыли или карбоната, растворенного в дождевой воде (Dohrenwend et al., 1991; Gustavson et al., 1991). Есть работы, где отмечается, что важную роль в формировании кальциевых (calcic) и гипсовых (gypsic) горизонтов могут играть биологические процессы, когда за счет минерализации мертвого растительного материала в почву вносится значительное количество карбонатов и гипса (Dregne, 1976). R.J. Amit и B.J. Harrison (1995) показали, что кальциевые горизонты почв Израиля тесно связаны с грибком Hypha. L.T. Kadry (1972) в своей работе говорит о широкой распространенности карбонатных почв в Ближневосточном регионе, подчеркивая, что основными проблемами рекультивации и землепользования в этих районах являются образование поверхностной корки, цементация горизонтов, низкая доступность фосфора, нарушение калиевого и магниевого питания растений в результате дисбаланса между этими элементами и кальцием, доступность микроэлементов, актуальны также проблемы водообеспеченности.
В статье J.C. Dixon (2017) дается характеристика почв, типичных для аридных условий, и отмечается, что прогрессивному увеличению концентрации карбонатов и гипса сопутствует уплотнение почв и формирование формирование слоистого карбонатного (petrocalcic) и гипсового (petrogypsic) горизонтов.
A. Ruellan (2017) пишет, что в Средиземноморских странах с засушливым климатом часто встречаются почвы со слоем аккумуляции карбоната кальция. Он отмечает две причины накопления кальция: 1) известковые породы или породы, богатые кальцием (базальты); 2) климат, не благоприятствующий глубокому выщелачиванию растворов из почв из-за частого чередования влажных и сухих периодов и продолжительности сухого периода.
Процесс ирригационного окарбоначивания в Северном Прикаспии был выявлен целым рядом отечественных авторов (Барановская, Азовцев, 1981; Сиземская, 2013), когда дополнительное увлажнение при поливах приводит к мобилизации кальцита почвообразующих пород и его подтягиванию в верхнюю часть почвенной толщи с почвенными растворами от грунтовых вод. Похожий процесс подтягивания карбонатов отмечался в пахотных почвах Волгоградской области (Любимова, 2002; Любимова, Дегтярева, 2000; Любимова, Новикова, 2016).
После анализа литературных источников встала задача провести собственную оценку причин и количества содержания карбонатов в почве, их влияния на агрохимическое состояние длительно орошаемых почв на примере исследований, проведенных на территории Волгоградской области.
Объекты и методы исследования
В настоящей статье приводятся материалы полевых работ, которые проходили в июне-июле 2015-2016 годов в Волгоградской области на территории Светлоярской ОС (рис. 1).
Светлоярская ОС введена в эксплуатацию в 1960-1965 гг. Она включает несколько орошаемых массивов. Объектом нашего исследования стали орошаемые почвы на ключевом участке площадью 125 га, расположенном на самом северном (Светлоярском) орошаемом массиве Светлоярской ОС.
Водозабор для Светлоярской ОС происходит из р. Волги, вода которой отличается хорошими поливными качествами и широко используется для орошения, относится к слабоминерализованным (<1 г/л) и характеризуется гидрокарбонатно-кальциевым составом.
Согласно природному районированию (Доскач, 1979), ключевой участок находится в правобережной части Прикаспийской низменности, в районе Северной Сарпинской низменной равнины, где до орошения были сосредоточены ареалы природно-засоленных солонцовых почв. До строительства оросительной системы почвенный покров был представлен светло-каштановыми солонцовыми комплексами, доля солонцов в которых достигала 25-50% (Дегтярева, Жулидова, 1970).
В отличие от большей части района Северной Сарпинской низменной равнины у исследуемой территории лучше дренированность, более легкий состав почвообразующих пород (легкий и средний суглинок) и наличествуют песчаные линзы.
Мелиоративные мероприятия, выполненные при строительстве Светлоярской ОС, такие как
срезка повышений микро- и мезорельефа на глубину 30-70 см и подсыпка в понижения срезанного материала мощностью 20-30 см, гипсование солонцов, плантажная вспашка (40-45 см), последующая ежегодная вспашка (25-30 см), орошение в течение 50 лет, существенно изменили почвенный покров.
На ключевом участке за весь период орошения (более 45 лет) уровень грунтовых вод (УГВ) не поднимался выше 3 м, а в настоящее время составляет более 5 м.
Рис. 1. Расположение Светлоярской оросительной системы на территории Волгоградской области.
Для изучения орошаемых почв привлекался снимок сверхвысокого разрешения Pleiades (0.5 м в панхроматическом режиме, 2 м в мультиспектральном режиме; конец мая 2015 г.) и снимок высокого разрешения Landsat-8 (15 м в панхроматическом режиме, 30 м в мультиспектральном режиме; июнь 2015 г.). Точки полевого обследования намечались по привязанному снимку Pleiades (детальность 0.5 м). На местности привязка осуществлялась с помощью GPS-приемника. Выбор точек определялся предварительным анализом изображения сельскохозяйственных культур на снимке, которое носило пятнистый характер. Точки закладывались на светлых пятнах открытой поверхности (убранной пшеницы), на пятнах с изреженными посевами люцерны и на посевах тех же культур в благополучном состоянии.
Исследования проводились по маршрутным схемам, трансектам (через каждые 15 м) и по случайно-регулярной сетке (рис. 2) с морфологическим описанием почв и лабораторным анализом почвенных образцов на содержание карбонатов по методу Ф.И. Козловского (Агрохимические ..., 1975) и гумуса - по всему массиву; обменного калия и подвижного фосфора по методу Б.П. Мачигина (Агрохимические ..., 1975), поглощенных оснований - по П. Пффеферу (Агрохимические ..., 1975) - по трансекте Т-2.
Всего было отобрано 204 образца для определения содержания карбонатов и 90 образцов для
определения содержания гумуса в горизонте почв 0-20 см, 18 образцов на содержание обменного калия и подвижного фосфора.
В процессе анализа дистанционной информации на территорию ключевого участка, были выделены крупные пятна изреживания (выпадов) на посевах люцерны и светлые пятна на полях с озимыми культурами. Встал вопрос о выяснении причины образования таких пятен.
Люцерна - оптимальная культура для индикации состояния орошаемых почв по дистанционной информации, поскольку обладает определенными биологическими и агротехническими особенностями.
1) Люцерна - это многолетняя (до 7 лет) бобовая культура, которая выращивается на орошаемых землях обычно 3-4 года. Люцерну в условиях орошения высевают весной в начале апреля (под покров или без покрова различных культур) и летом после уборки ранних зерновых и кормовых культур. Однако в исследуемом районе из-за высоких летних температур были и остаются распространенными беспокровные посевы люцерны на сено и семена весной.
2) Люцерну на корм высевают преимущественно обычным рядовым способом, который создает равномерный по густоте травостой. Корневая (стержневая) система у нее достигает длины 2 ми более, но основная масса корней (60-70%) сосредоточена на глубине до 30 см (Еременко и др., 2002). Неблагоприятные для произрастания условия отражаются на густоте травостоя и вызывают разреженность культуры, которая хорошо фиксируется на снимках.
3) Культура относится к среднесолеустойчивым, однако по сравнению с другими кормовыми травами (кукуруза, суданка) крайне восприимчива к засолению и солонцеватости почв в фазе прорастания (Казакова, 2007). По данным экспериментальных исследований (Зайцева и др., 2009), авторы также относят люцерну в начальной фазе вегетации к группе менее солеустойчивых, чем пырей, овсяница, суданка.
4) Люцерна - типичный мезофит, не переносит близкого (1.5 м) стояния грунтовых вод, избыточного увлажнения и застоя воды, особенно в весенний период. Избыточное увлажнение почвы отрицательно влияет на продуктивность люцерны и вызывает изреживание посевов. При 10-15-дневном затоплении посевов весной талыми водами наблюдается массовая гибель растений
Результаты и обсуждения
(Лактионов и др., 1982).
5) Высокая потребность люцерны в питании определяется прежде всего способностью давать высокие урожаи надземной массы с большим содержанием белка. Растения люцерны усваивают 65 -75% азота из атмосферы, а остальную часть из почвы. Высокую потребность в фосфоре растения испытывают в начальные фазы роста. В условиях орошения внесение калийных удобрений требуется только на песчаных и супесчаных, бедных этим элементом почвах в количестве 30-60 кг/га. Важнейшее значение имеет внесение фосфорных удобрений. Недостаток фосфора является основной причиной опадания генеративных органов люцерны, преждевременного усыхания листьев и дегенерации оплодотворенных семяпочек. Фосфор очень важен для люцерны, он усиливает отрастание растений после укосов и стимулирует цветение (Шеуджен и др., 2007).
Таким образом, причины выпадов люцерны могут быть разными, поэтому необходимо выяснить, чем они вызваны на исследуемом ключевом участке.
Рассмотрим почвенно-агрохимические свойства целинных светло-каштановых почв, которые распространены в засушливых районах сухих степей, в ряду каштановых почв, представленных в таблице 1 (Агрохимия, 1984). По сравнению с темно-каштановыми и каштановыми почвами они характеризуются меньшей мощностью гумусового горизонта, более низким содержанием гумуса, общего азота и фосфора, щелочной реакцией среды (рНсол =7.4-8.0).
Таблица 1. Агрохимические свойства каштановых почв (Агрохимия, 1984).
Подтип почвы Мощность гумусового горизонта, см Содержание гумуса, % Общий N, % Общий фосфор, % рН солевой вытяжки Сумма обменных катионов, мг-экв./100 г почвы
Темно-каштановая 35-45 4-5 0.2-0.3 0.1-0.2 7-7.2 30-35
Каштановая 30-40 3-4 0.15-0.20 1.1-0.2 7.2-7.5 20-13
Светло-каштановая 25-30 2-3 0.10-0.15 0.08-0.15 7.4-8 12-15
Светло-каштановые почвы, как правило, солонцеваты. Для них характерна различная степень засоления, но солевой горизонт обычно расположен на глубине 1 м и ниже. Из верхнего горизонта водорастворимые соли вымыты, их содержание (главным образом бикарбонатов Са и Mg) небольшое (сотые доли %). В солевом горизонте из водорастворимых солей преобладают сульфаты и хлориды. Светло-каштановые почвы богаты калием, но часто имеют низкую обеспеченность подвижными формами азота и фосфора (Дегтярева, Жулидова, 1970). Однако эффективность минеральных удобрений на этих почвах из-за недостатка влаги обычно низкая. При орошении эффективность азотных и фосфорных удобрений резко повышается, но калийные удобрения малоэффективны. Для повышения плодородия солонцеватых почв и солонцов рекомендуется применение гипса.
Во время полевых исследований на ключевом участке было выявлено, что во всех почвах (кроме лугово-каштановых) наблюдается вскипание либо с поверхности, либо с глубины 15-25 см, а верхние 20-70 см характеризуются повышенным содержанием карбонатов, по сравнению с нижележащими горизонтами (70-100 см; табл. 2). В то же время в целинных условиях Северного Прикаспия глубина вскипания от HCl у светло-каштановых почв отмечается на глубине 33-42 см, морфологическое выделение карбонатов на глубине 41-53 см, а максимальное содержание карбонатов обычно концентрируется на глубине 40-70 см (Дегтярева, Жулидова, 1970; Сиземская, 2013; Фридланд, 1964). Отсюда следует, что карбонатный профиль орошаемых почв резко отличается от целинных почв поверхностью вскипания и расположением горизонта максимального скопления карбонатов в верхнем полуметре почвенного профиля.
Анализ данных лабораторных исследований почвенных образцов на содержание карбонатов в точках с изреженными посевами люцерны и со светлыми пятнами на полях с озимой пшеницей показал, что содержание карбонатов на глубине 0-20 см в среднем составляет 7.2%, и, согласно таблице 3, такие почвы относятся к группе средне карбонатных.
Причины поступления карбонатов в верхние слои почвы исследователи связывают прежде всего с планировкой поверхности полей, длительной распашкой и процессом ирригационного окарбоначивания (Барановская, Азовцев, 1981; Сиземская, 2013).
Используя полученные данные по содержанию карбонатов в точках отбора почвенных образцов, в программе Saga методом обратных расстояний мы построили карты распределения карбонатов в поверхностном слое почвы 0-20 см для территории ключевого участка (рис. 3).
Таблица 2. Содержание СаСОз в почвенных горизонтах Светлоярского орошаемого участка (2015 г.).
Название почвы в соответствии с общепринятыми классификациями (Классификация ..., 1977, 2004) № точки отбора проб Глубина горизонта, см Содержание СаСОз, %
Агрозем аккумулятивно-карбонатный сегрегационный глубоко гипсосодержащий глубоко солончаковатый среднесуглинистый на среднехвалынских суглинках (Классификация ..., 2004); светло-каштановая орошаемая карбонатная глубоко солончаковатая маломощная пахотная среднесуглинистая на среднехвалынских суглинках (Классификация ..., 1977) 1.3. 0-25 0.8
25-40 6.8
40-70 10.0
70-100 7.6
106-117 5.8
120-130 8.6
133-150 7.6
150-160 5.8
170-190 8.0
Агрозем аккумулятивно-карбонатный сегрегационный легкосуглинистый на среднехвалынских суглинках (Классификация ..., 2004); светло-каштановая орошаемая карбонатная глубоко солончаковатая маломощная пахотная легкосуглинистая на среднехвалынских суглинках (Классификация ..., 1977) 2.7. 0-20 8.0
20-50 18.6
50-60 8.0
60-90 3.8
110-120 6.0
120-150 9.6
Таблица 3. Статистические характеристики (при n=204) содержания карбонатов (в %).
Классы пятен Среднее Медиана Стандартное отклонение Минимум Максимум Ранг
Крупные белые пятна на полях озимой пшеницы и пятна на полях с выпадами люцерны (/) 7.15 7.11 3.19 0.31 13.4 13.09
Поля без пятен и выпадов люцерны (2) 3.21 2.43 2.30 0.02 11.05 11.03
Мелкие темные пятна понижений 1.00 1.01 0.06 0.94 1.09 0.15
Крупные темные пятна понижений 3.86 2.88 2.53 0 12.41 12.41
Метод обратных расстояний - это географическая интерполяция данных. Более полно он называется методом обратных взвешенных расстояний (IDW - Inverse Distance Weighting), который предполагает, что объекты, находящиеся поблизости, более схожи, чем объекты, удаленные друг от друга. При этом каждая точка пробоотбора оказывает «локальное влияние», которое уменьшается с увеличением расстояния.
На представленной карте прослеживаются следующие закономерности аккумуляции карбонатов
в поверхностных горизонтах почв, подвергшихся планировке: наибольшее содержание карбонатов (>5%) отмечено в почвах на бывших буграх в местах срезки солонцовых горизонтов (/); самым низким содержанием карбонатов (<2.5%) характеризуются преимущественно бывшие лугово-каштановые (темноцветные) почвы понижений (2) с подсыпкой горизонтов (табл. 3). На полях озимой пшеницы и на участках выпадов люцерны при содержании карбонатов более 5% образуются крупные светлые пятна. Так как поверхностно-карбонатные почвы отличаются плотностью и сухостью пахотного горизонта, то не все возделываемые культуры это переносят хорошо. Озимая пшеница на это не реагирует, а люцерна в таких местах образует значительные выпады площадью до 2-3 тыс. м2. Следует также принять во внимание, что плотная корка у пахотного горизонта образуется при поверхностном способе полива, что наблюдалось на исследуемых полях с люцерной.
Шкала обратных взвешенных расстояний
Щ
-I
8.0 ■7.2 -6.4 -5.6 ■4.S ■4.0 3.2
Рис. 3. Фрагмент снимка (а) высокого разрешения (Pleiades, панхроматический канал, детальность 0.5 м, 20.05.2015) на территории ключевого участка исследований, расположенного на Светлоярском орошаемом массиве, и интерполяционная карта (б) содержания CaCO3 в % по методу Ф.И. Козловского (Агрохимические ..., 1975) в поверхностном слое почв глубиной 0-20 см, построенная с помощью метода обратных расстояний, и легенда к ней. Условные обозначения: светлые поля - озимая пшеница; темные поля - люцерна, 1 - места наибольшего содержания карбонатов, 2 - места с низким содержанием карбонатов.
Для сопоставления степени состояния почв (по содержанию подвижного фосфора, обменного калия, установленных по методу Б.П. Мачигина (Агрохимические ..., 1975), поглощенных оснований, определенных по методу П. Пфеффера (Агрохимические ..., 1975), степени карбонатности, загипсованности и гумусированности в %; табл. 4), предложенной в «Методических указаниях ...» (2003) и наших собственных исследованиях, проанализируем агрохимическое состояние длительно орошаемых почв по профилю 2Т исследуемого участка общей длиной 250 м, на котором описание почв и отбор образцов проводились через каждые 15 м (табл. 5).
Согласно таблице 4, почвы исследуемого профиля характеризуются слабой и средней степенью карбонатости с колебаниями от 0.88 до 10-13% СО2. Содержание подвижного фосфора сохраняется в пределах от среднего до повышенного (20-102 мг/кг почвы), обменного калия - от повышенного до очень высокого уровня (316-806 мг/кг почвы). По уровню содержания гумуса исследуемые почвы легко- и среднесуглинистого гранулометрического состава относятся к слабо гумусированным. В среднем содержание его не превышает 1.23% и колеблется от низкого до высокого уровня.
Как отмечалось выше, повышенное содержание карбонатов в поверхностных горизонтах почв может оказывать неблагоприятное влияние на водно-физические свойства почв - за счет уплотнения горизонтов и образовании корки на поверхности. С другой стороны, высокое содержание карбонатов и высокая щелочность может способствовать образованию нерастворимого фосфата кальция и
недоступности фосфора, как питательного элемента для растений. Однако проведенные исследования показали, что на изучаемом объекте карбонатность поверхностных (пахотных) горизонтов почв определяет ухудшение именно водно-физических свойств за счет образования корки и на количество подвижного фосфора в почве, как питательного элемента, влияния не оказывает.
Следует отметить, что практически все оцениваемые нами показатели свойств почв характеризуются значительной изменчивостью, коэффициент вариации составляет 22-50% (табл. 5), что свидетельствует о неоднородности значений признака. Установлено, что эмпирические кривые распределения всех 7 изучаемых признаков значительно отличаются от нормального распределения. Для таких показателей, как мощность горизонта А1, содержание гумуса, фосфора и калия, характерны положительная асимметрия и эксцесс, а для рН и содержания карбонат-ионов -отрицательная асимметрия и положительный эксцесс. Возможными причинами ассиметричных распределений являются малый объем выборки и диспропорция в количестве составляющих ее почвенных разностей (табл. 5).
Таблица 4. Группировка почв по содержанию подвижного фосфора и обменного калия (в мг/кг), поглощенных оснований (в мг-экв./100 г. почвы), степени карбонатности, загипсованности и гумусированности (в %).
Градации по содержанию
Элемент Очень низкое (слабо) Низкое (слабо) Среднее (средне) Повышенное Высокое (сильно) Очень высокое (сильно)
Р2О5 <10 11-15 16-30 31-45 46-60 >60
К2О <100 101-200 201-300 301-400 401-600 >600
Са2+обм. <2.5 2.6-5.0 5.1-10.0 10.1-15.0 15.1-20.0 >20.0
Mg2+обм. <0.5 0.6-1.0 1.1-2.0 2.1-3.0 3.1-4.0 >4.0
Сумма поглощенных <5.0 5.1-10.0 10.1-15.0 15.1-20.0 20.1-30.0 >30.0
оснований
Гипс - <10 10-20 - 20-30 >40
Карбонаты: СО2 СОз2- 0.22-2.2 0.5- 5.0 2.2-4.4 5.0-10.0 4.4-13.2 10.0-30.0 (очень) 13.2-22.0 30.0-50.0 (в высшей степени) 22.0-30.8 50.0-70.0 (карбонатная порода) >30.8 >70.0
Гумус, почвы светло-каштановые ЦЧО, СКР Меньше минимального Слабо-гумусиро-ванные Средне-гумусиро-ванные Сильно-гумусиро-ванные -
1-легкие <0.3-0.8 0.8-1.5 1.5-2.3 >2.3 -
11-тяжелые <0.4-1.0 1.0-1.7 1.7-2.5 >2.5 -
Для разделения рассматриваемой совокупности объектов на однородные группы (почвенные разности) и перехода от исходного массива данных к существенно меньшему количеству показателей, отобранных из числа исходных, мы использовали инструментарий многомерного статистического анализа - метод главных компонент (МГК). Результаты анализа представлены в таблице 6 и на рисунке 4. По значениям элементов первых двух собственных векторов, определяющих соответственно 49 и 26% общей дисперсии, найдены главные компоненты. По первой главной компоненте основным разделяющим показателем оказалось содержание гумуса, его влияние противоположно по направлению влиянию карбонатов и рН. По второй главной компоненте основной разделяющий показатель - мощность пахотного горизонта, влиянию которого противоположно по направлению содержанию подвижного фосфора и, в меньшей степени, обменного калия. Как показано на рисунке 4, весь массив данных в координатах этих компонент
разделился на две группы. В первую, наиболее компактную группу, вошли 8 точек, приуроченных к светло-каштановым почвам, и 2 точки, приуроченные к бывшим солонцам. Во вторую, менее компактную, вошли 4 точки, характеризующие лугово-каштановые почвы, 2 точки - светло-каштановые и 1 точка - солонцы.
Таким образом, дифференциация почв светло-каштановых солонцовых комплексов определяется основными показателями карбонатов и рН водной вытяжки, имеющими тесную корреляционную связь (г=0.71-0.98), а также с содержанием гумуса. Агрохимические показатели оказывают меньшее влияние на дифференциацию исследуемых почв.
Таблица 5. Физико-химические и агрохимические свойства пахотных горизонтов исследуемых почв Светлоярского района Волгоградской области, ключевой участок, трансекта 2Т, 2016 г.
№ разреза Тип почв до орошения (полевое обследование) Глубина горизонта, см Гумус, % рН воды Обменные основания мг-экв./100 г почвы Карбонаты, % Подвижный фосфор и обменный калий, мг/кг
Са2+ Na+ СО2 СаСОз Р2О5 К2О
Т-2-1 лугово-каштановая 0-34 1.24 8.53 Но. Но. Но. 1.41 3.20 25 375
Т-2-6 0-26 1.14 8.46 Но. Но. Но. 1.06 2.41 20 316
Т-2-11 0-26 2.27 8.49 Но. Но. Но. 0.88 5.16 85 806
Т-2-16 светло-каштановая 0-22 1.55 8.50 Но. Но. Но. 1.94 4.41 102 924
Т-2-20 0-22 0.93 8.79 Но. Но. Но. 5.02 11.42 58 442
Т-2-30 0-25 0.72 8.72 Но. Но. Но. 5.90 13.41 64 483
Т-2-40 солонец 0-20 1.03 8.82 11.19 1.90 0.13 4.66 10.60 41 357
Т-2-45 светло-каштановая 0-20 1.03 8.70 10.32 1.83 0.14 5.10 11.60 60 690
Т-2-50 0-20 0.41 8.71 10.87 1.86 0.16 4.93 11.21 30 319
Т-2-55 0-20 1.03 8.74 11.43 2.08 0.19 5.46 12.42 44 390
Т-2-60 0-30 1.03 8.62 Но. Но. Но. 5.28 12.00 52 476
Т-2-65 0-30 1.14 8.70 Но. Но. Но. 5.19 11.80 40 414
Т-2-70 солонец 0-30 0.93 8.75 11.79 2.32 0.18 4.75 10.80 56 380
Т-2-75 светло-каштановая 0-20 1.34 8.83 Но. Но. Но. 4.75 10.80 42 355
Т-2-80 0-20 1.86 8.75 Но. Но. Но. 4.49 10.21 50 366
Т-2-85 0-30 1.45 8.54 Но. Но. Но. 2.20 5.00 49 423
Т-2-95 солонец 0-20 1.45 8.54 11.90 1.07 0.10 0.88 2.00 45 602
2Т100 лугово-каштановая 0-20 1.55 8.76 Но. Но. Но. 2.11 4.80 54 592
Статистические характеристики
Среднее(п=18) 24.2 1.23 8.66 Но. Но. Но. 3.67 8.51 51 484
Стандартное отклонение 4.780 0.426 0.129 Но. Но. Но. 1.841 3.388 19.65 173.1
Дисперсия 22.85 0.181 0.017 Но. Но. Но. 3.388 15.69 385.9 29970
Медиана 22 1.14 8.70 Но. Но. Но. 4.70 10.70 50 418
Коэффициент вариации 22 35 1.5 Но. Но. Но. 50 46 38 36
Диапазон 22-34 0.412.27 8.468.83 10.3211.90 1.072.32 0.100.19 0.885.90 5.1613.41 20-102 316806
Примечание к таблице 5: Н.о. - показатель не определялся.
Таблица 6. Доли влияния первых трех главных компонент в варьировании комплекса показателей свойств почв и вклад этих показателей в главные компоненты (по МГК).
Компонента Собственное число Сумма чисел, % Показатели и их собственные векторы
Мощность горизонта Апах., см Гумус, % рН водный Карбонаты, % РзО5, мг/кг К2О, мг/кг
СаСОз
1 3.43314 49.04 0.1030 0.4016 -0.4245 -0.4919 0.2283 0.3678
2 1.83848 75.31 0.4281 -0.1762 -0.2619 -0.2183 -0.6057 -0.4820
3 0.92779 88.56 -0.3672 -0.2024 -0.2711 0.2533 0.3467 0.1879
Если рассматривать агрохимические свойства по типам почв, слагающих светло-каштановые солонцовые комплексы, то они наиболее благоприятны у лугово-каштановых почв, которые имеют оптимальное содержание гумуса (1.55%), повышенное содержание подвижного фосфора (46 мг/кг) и высокое содержание обменного калия (522 мг/кг). В светло-каштановых почвах и солонцах содержание гумуса приближается к минимально допустимому уровню (1.14%) на фоне высокой обеспеченности почв подвижным фосфором (46-47 мг/кг) и обменным калием (446-480 мг/кг). В научной литературе и практике сельского хозяйства содержания подвижного фосфора и обменного калия в почвах служат лучшими показателями степени обеспеченности почв усвояемыми формами питательных элементов для растений.
Рис. 4. Расположение 18 точек отбора образцов в координатах первых двух главных компонент (по комплексу почвенных показателей).
Исследования, проведенные по трансекте Т-2, позволяют сделать вывод об относительно благополучном агрохимическом состоянии длительно орошаемых почв светло-каштанового солонцового комплекса. Для сохранения современного уровня плодородия и предотвращения деградации почв необходима оптимизация их гумусного состояния. Этот вывод подтверждается и нашими данными по динамике содержания гумуса в образцах почв, отобранных по случайно-регулярной сетке с площади 125 га. В 2017 г. в пахотном горизонте почв Светлоярского орошаемого участка содержание гумуса составило в среднем 1. 3 %, что значительно ниже его содержания по сравнению с почвами богары. Согласно исследованиям В.Е. Приходько (1996), в почвах оросительных систем Волгоградской области запасы гумуса в пахотных горизонтах за 20 лет наблюдений сократились на 5-10% в каштановых почвах и солонцах и на 10-25% в лугово-каштановых почвах по сравнению с почвами близлежащих неорошаемых участков на богаре. Изменение гумусного состояния орошаемых почв определяется культурой земледелия, способом и сроком поливов, режимом и свойствами почв. Светлоярский участок характеризуется длительным периодом орошения (более 45 лет), низкой культурой земледелия (отсутствием севооборотов) и
использованием поверхностного способа полива по полосам, что, видимо, является основной причиной снижения количества гумуса. Гидрогеологический режим благоприятный (УГВ>5 м).
Выводы
По исследованиям агрохимического состояния ключевого участка площадью 125 га, которые проводились в период 2015-2016 гг. на территории Светлоярского массива Светлоярской оросительной системы Волгоградской области с привлечением дистанционных материалов и результатов полевых и лабораторных аналитических данных были сделаны некоторые выводы.
1. Длительное орошение (более 45 лет), планировка и распашка территории привели к существенным изменениям в орошаемых почвах прежде всего в профильном перераспределении карбонатного материала. Во всех почвах (кроме лугово-каштановых) наблюдается вскипание либо с поверхности, либо с глубины 15-25 см, а верхние 20-70 см характеризуются повышенным содержанием карбонатов (5-13%) по сравнению с нижележащими горизонтами, что соответствует слабой и средней степени карбонатности.
2. На полях с люцерной при содержании карбонатов 4-5% и более образуются крупные пятна разреженных посевов площадью до 2-3 тыс. м2, т.к. поверхностно-карбонатные почвы отличаются повышенной плотностью и сухостью пахотного горизонта. Такие пятна хорошо фиксируются на дистанционных материалах. Озимая пшеница более устойчива к указанным неблагоприятным свойствам почв.
3. В орошаемых почвах ни по одному агрохимическому показателю (подвижный фосфор и обменный калий) существенного снижения содержания питательных элементов не наблюдается, оно находится в пределах среднего и повышенного уровня.
4. Содержание гумуса в орошаемых светло-каштановых почвах и бывших солонцах невысокое (1.23%) и приближается к минимально допустимому уровню. Оптимальный уровень гумусированности сохраняется только в лугово-каштановых почвах (1.55%). Потери гумуса обусловлены несколькими причинами: низкой культурой земледелия, длительным периодом орошения и поверхностным способом полива на полях с люцерной.
Таким образом, установлено, что изреженность посевов и выпады люцерны не связаны с недостатком питательных веществ в почве, а вызваны ухудшением физических свойств почв из-за повышенного содержания карбонатного материала в гумусовом горизонте и использования поверхностного способа полива.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агрохимические методы исследования почв. 1975. 5-е изд. М.: Наука. 656 с.
Агрохимия. 1984. 2-е изд., перераб. и доп. / Ред. П.М. Смирнов, Э.А. Муравин. М.: Колос. 304 с.
Барановская В.А., Азовцев В.И. 1981. Влияние орошения на миграцию карбонатов в почвах Поволжья //
Почвоведение. № 10. С. 17-27. ДегтяреваЕ.Т., ЖулидоваА.И. 1970. Почвы Волгоградской области. Волгоград: Нижневолжское издательство. 319 с.
Доскач А.Г. 1979. Природное районирование Прикаспийской полупустыни. М.: Наука. 142 с. Еременко В.П., Шевченко П.Д., Маслов А.Н. 2002. Орошаемое земледелие Юга России. Ростов-на-Дону. 447 с. Зайцева Р.И., Желнакова Л.И., Никитина Н.С. 2009. Характеристика солеустойчивости кормовых культур в начальной фазе вегетации при засолении чернозема хлорида натрием // Бюллетень почвенного института им. В.В. Докучаева. Вып. 63. М.: РАСХН. С. 25-40. Казакова Л.А. 2007. Комплексная мелиорация орошаемых солонцовых и засоленных почв Нижнего Поволжья //
Автореф. дисс. . док. с-х-н. Волгоград. 47 с. Классификация и диагностика почв России. 2004. Смоленск: Ойкумена. 342 с. Классификация и диагностика почв СССР. 1977. М.: Колос. 223 с.
Лактионов Б.И., Андрусенко И.И., Барыльник В. Т. 1982. Люцерна на юге Украины. Симферополь: Таврия. 64 с. Любимова И.Н. 2002. Агрогенная эволюция почв солонцовых комплексов сухостепной зоны // Почвоведение. № 7. С. 892-903.
Любимова И.Н., Дегтярева Е.Т. 2000. Изменение карбонатного профиля почв солонцовых комплексов при
агрогенном воздействии // Почвоведение. № 7. С. 855-860. Любимова И.Н., Новикова А.Ф. 2016. Влияние различных антропогенных воздействий на изменение почв
солонцовых комплексов сухостепной зоны // Почвоведение. № 5. С. 633-643. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия земель сельскохозяйственного
назначения. 2003. М.:ФГНУ «Росинформагротех». 240 с.
НовиковаА.Ф., МорозоваА.С. 2003. Засоленные почвы Волгоградской области // Почвоведение. № 9. С. 1061 -1074.
Панкова Е.И., НовиковаА.Ф. 2004. Мелиоративное состояние и вторичное засоление орошаемых земель Волгоградской области // Почвоведение. № 6. С. 731-744.
Приходько В.Е. Орошаемые степные почвы: функционирование, экология, продуктивность. М.: Интеллект. 1996. 179 с.
Руководство по описанию почв. 2012. Продовольственная и сельскохозяйственная организация объединенных наций. Рим: ФАО. 101 с.
Сиземская М.Л. 2013. Современная природно-антропогенная трансформация почв полупустыни Северного Прикаспия. М.: Товарищество научных изданий КМК. 276 с.
Фридланд В.М. 1964. Светло-каштановые почвы // Почвы комплексной равнины Северного Прикаспия и их мелиоративная характеристика. М.: Наука. С. 22-59.
Шеуджен А.Х., Онищенко Л.М., Хурум Х.Д. 2007. Люцерна / Ред. А.Х. Шеуджен. Майкоп: ОАО «Полиграфиздат», Адыгея. 206 с.
AmitR.J., Harrison B.J. 1995. Biogenic Calcite Horizon Development under Extremely Arid Conditions. Nizzana Sand Dunes, Israel // Advances in Geoecology. No. 28. P. 65-88.
Dixon J.C. 2017. Aridic Soils, Patterned Ground, and Desert Pavements. [Электронный ресурс
https://www.researchgate.net /publication/225222373_Aridic_Soils_Patterned_Ground_and_Desert_Pavements (дата обращения 9.04.2017)].
Dohrenwend J.C., Bull W.B., Mc Fadden L.D., Smith G.I. 1991. Quaternary Geology of the Basinand Range Province in California. In: Quaternary Non-Glacial Geology: Conterminous United States // Geology of North America / Ed. R.B. Morrison. Vol. K-2. Boulder, CO: Geological Society of America. P. 321-352.
Dregne H.E. 1976. Soils of Arid Regions. Amsterdam: Elsevier. Vol. 6. 236 p.
Gustavson T.C., Baumgardner R. W, Caran S.C., Holliday V.T. 1991. Quaternary Geology of the Southern Great Plains and an Adjacent Segment of the Rolling Plains. In: Quaternary Non-Glacial Geology: Conterminous United States // Geology of North America / Ed. R.B. Morrison. Vol. K-2. Boulder, CO: Geological Society of America. P. 477501.
IUSS Working Group WRB. 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. World Soil Resources Reports No. 106. Rome: FAO. 192 p.
Kadry L.T. 1972. Distribution of Calcareous Soils in the Near East Region, their Reclamation and Land Use Measures and Achievements // FAO/UNDP Regional Seminar on Reclamation and Management of Calcareous Soils. [Электронный ресурс http://www.fao.org/docrep/x5869e/x5869e04.htm#TopOfPage (дата обращения 9.04.2017)].
Lyubimova I.N. 2002. Agrogenic Evolution of Soils in the Solonetzic Complexes of the Dry Steppe Zone // Eurasian Soil Science. Vol. 35. No. 7. P. 792-802.
LyubimovaI.N., DegtyarevaE.T. 2000. Changes in the Carbonate Distribution in the Soils of Solonetzic Complexes at Agrogenic Impact // Eurasian Soil Science. Vol. 33. No. 7. P. 746-751.
Lyubimova I.N., Novikova A.F. 2016. Changes in the Properties of Solonetzic Soil Complexes in the Dry Steppe Zone under Anthropogenic Impacts // Eurasian Soil Science. Vol. 49. No. 5. P. 581-590.
Pankova E.I., Novikova A.F. 2004. Ameliorative Status and Secondary Salinization of Irrigated Soils in Volgograd Oblast // Eurasian Soil Science. Vol. 37. No. 6. P. 634-645.
Ruellan A. 2017. Morphology and Distribution of Calcareous Soils in the Mediterranean and Desert Regions. [Электронный ресурс http://www.fao.org/docrep/x5868e/x5868e03.htm#1.%20Morphology%20and%20 Distribution%20of%20Calcareous%20Soils%20in%20the%20Mediterranean%20and%20Desert%20Regions (дата обращения 10.04.2017)].
