CC BY
22
УДК 631.45:631.434
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОБМЕННЫХ ОСНОВАНИЙ В ЧЕРНОЗЕМАХ КАМЕННОЙ СТЕПИ
В.А. Беспалов, Ю.Н. Зборищук, Ю.И. Чевердин
Высокая степень насыщенности основаниями и большая емкость поглощения с заметным преобладанием доли кальция в составе катионов связаны с карбонатностью почвообразующих пород, высокой гумусированностью черноземов и обилием в их профиле тонкодисперсного материала. Это — характерные особенности преобладающих почв Каменной степи. Практически все почвы мониторинговых и опытных участков имеют заметное пространственное варьирование величин обменных оснований. Полученные данные свидетельствуют о том, что в составе ППК происходит уменьшение содержания поглощенного кальция при увеличении доли поглощенных магния и отчасти натрия.
Ключевые слова: мониторинг, обменные основания, Каменная степь, пространственное варьирование.
Введение
Специфические особенности черноземных почв Каменной степи — высокая насыщенность основаниями и большая емкость поглощения с преобладанием доли кальция в составе катионов, что связано с наличием большого количества гумуса и илистой фракции. Исследования почв под различными угодьями (пашня с разным использованием и длительностью антропогенной нагрузки; пашня, выведенная из орошения; солонцовые стационары) показали, что в составе ППК (почвенный поглощающий комплекс) отмечается перераспределение обменных оснований. При этом часто происходит снижение как абсолютных, так и относительных величин содержания поглощенного кальция и увеличение доли поглощенных магния и натрия.
Для проведения длительного мониторинга современного состояния ППК необходимо детальное картографирование почвенного покрова на тщательно и обоснованно выбранных ключевых участках и использование аппарата математической статистики [9].
Цель исследований — изучение пространственного варьирования содержания обменных оснований в пахотном горизонте черноземных почв на мониторинговых участках в зависимости от вида и длительности антропогенной нагрузки.
Объекты и методы исследования
Для оценки влияния длительности сельскохозяйственного использования на свойства пахотных и залежных почв нами был выбран ряд ключевых участков. Почвенный покров таковых плоского водораздела обладает пятнистостью и представлен черноземами: типичными (агрочерноземы
миграционно-мицелярные), обыкновенными (сегрегационные), перерытыми (зоотурбированные) и выщелоченными (глинисто-иллювиальные) (в скобках указано определение почв по [5]). Почвенный покров солонцовых стационаров представлен следующим комплексом черноземов: обыкновенные и перерытые, занимающие выпуклые элементы рельефа; солонцеватые на пологих бортах лощин; лугово-степные черноземные содово-сульфатные солонцы и черноземы выщелоченные (несолонцеватые) — по днищам лощин [2].
Исследования проводили с использованием современных полевых и аналитических методов, позволивших дать детальную оценку состояния показателей почвенного плодородия ключевых участков и обеспечивших учет аналитического и пространственного варьирования основных показателей черноземов при оценке их многолетней динамики.
Для оценки пространственного изменения свойств почв на опытных участках, расположенных на косимой залежи и на распашке с 1952 г., были заложены сети скважин ручного бурения через каждые 25 м. Расстояние измеряли металлическими мерными лентами длиной 50 и 100 м. Каждая скважина привязана с помощью GPS.
В процессе бурения для оценки пространственного варьирования содержания обменных оснований производили отбор образцов почв с глубины 0—20 см. Известно, что основные изменения в почвенном плодородии происходят главным образом в пахотном слое почвы. Обменные кальций и магний определяли трилонометрически по [1], обменный натрий — по [3], гидролитическую кислотность — по Каппену [4].
Результаты и их обсуждение
В таблице представлены результаты статистической обработки данных по пространственному
варьированию содержания обменных оснований в слое 0—20 см почв мониторинговых участков.
По данным Н.Н. Никаноровой [6], почвы Каменной степи в зависимости от угодий содержали обменного кальция от 44,5 до 62,0 мг-экв/100 г почвы. Для залежи косимой эта величина была равна 50,5 мг-экв/100 г почвы. По нашим данным, на мониторинговых участках МУ-1, МУ-2, ОУ-1 и ОУ-2 этот показатель варьирует в преде-
лах 26,3—32,4 мг-экв/100 г (таблица). Коэффициент вариации для кальция изменяется от 8,5 до 15,2%. На участках СТ-1 и СТ-2, гдечернозем-ные почвы подвержены поверхностному и сезонному переувлажнению, а также процессам осолон-цевания, количество обменного кальция равно 28,4 и 22,3 мг-экв/100 г соответственно. Коэффициенты вариации здесь выше и равны 20,4 и 26,4% (таблица).
Статистические характеристики распределения обменных оснований в слое почв 0—20 см мониторинговых участков
Статистические показатели Са2+ МЕ2+ Нг Сумма оснований
мг-экв/100 г
МУ-1
Число образцов (п) 16 16 16 16 16
Среднее 26,3 6,6 0,42 2,16 35,49
Стандартное отклонение 4,0 2,6 0,09 1,7 4,9
Ошибка среднего 1,0 0,6 0,02 0,4 1,2
Минимум 22,0 3,0 0,32 0,23 28,12
Нижний квартиль 23,4 4,2 0,35 0,70 32,52
Медиана 26,4 6,8 0,42 2,07 34,60
Верхний квартиль 27,2 8,0 0,48 2,63 39,43
Максимум 35,9 12,8 0,63 7,02 43,23
Коэффициент вариации, % 15,2 38,8 21,1 77,9 13,7
МУ-2
Число образцов (п) 15 15 15 15 15
Среднее 30,1 8,6 0,64 1,82 41,17
Стандартное отклонение 2,7 3,1 0,2 0,9 3,6
Ошибка среднего 0,7 0,8 0,04 0,2 0,9
Минимум 26,0 2,0 0,51 0,67 31,62
Нижний квартиль 27,9 6,4 0,57 0,91 39,36
Медиана 31,1 9,3 0,62 1,84 41,91
Верхний квартиль 32,2 11,2 0,63 2,71 43,41
Максимум 34,7 12,5 1,21 3,25 45,38
Коэффициент вариации, % 8,8 36,3 26,5 51,4 8,6
ОУ-1
Число образцов (п) 16 16 16 16 16
Среднее 32,4 8,3 0,70 1,72 43,11
Стандартное отклонение 4,1 3,6 0,4 1,2 3,6
Ошибка среднего 1,0 0,9 0,1 0,3 0,9
Минимум 26,5 3,9 0,32 0,47 37,38
Нижний квартиль 29,4 5,9 0,50 0,71 40,36
Медиана 32,5 8,6 0,59 1,30 42,33
Верхний квартиль 34,7 9,7 0,74 2,56 45,63
Максимум 39,5 18,3 1,81 4,44 50,35
Коэффициент вариации, % 12,6 42,7 60,6 69,9 8,4
Окончание таблицы
Статистические показатели Ca2+ Mg2+ Нг Сумма оснований
мг-экв/100 г
ОУ-2
Число образцов (и) 16 16 16 16 16
Среднее 29,7 8,6 0,38 2,80 41,50
Стандартное отклонение 2,5 1,7 0,09 1,0 2,9
Ошибка среднего 0,6 0,4 0,02 0,2 0,7
Минимум 25,9 6,3 0,22 0,70 35,99
Нижний квартиль 27,5 7,4 0,32 2,10 39,69
Медиана 29,9 8,2 0,32 2,71 42,29
Верхний квартиль 31,5 9,8 0,43 3,72 42,93
Максимум 34,7 11,3 0,54 4,02 45,53
Коэффициент вариации, % 8,5 19,3 24 35,5 6,9
СТ-1
Число образцов (и) 32 32 32 32 32
Среднее 28,4 7,9 3,71 2,1 42,03
Стандартное отклонение 5,8 3,0 3,4 1,7 8,3
Ошибка среднего 1,0 0,5 0,6 0,3 1,5
Минимум 12,9 3,5 0,53 0,36 25,96
Нижний квартиль 25,7 5,3 2,00 0,99 36,97
Медиана 29,3 7,8 3,26 1,43 41,20
Верхний квартиль 31,1 10,0 4,10 2,40 46,04
Максимум 39,8 14,8 20,27 7,00 69,94
Коэффициент вариации, % 20,4 37,9 92 78,9 19,8
СТ-2
Число образцов (и) 27 27 27 27 27
Среднее 22,3 9,8 5,21 0,75 38,06
Стандартное отклонение 5,9 4,8 4,4 0,74 6,3
Ошибка среднего 1,1 0,9 0,8 0,14 1,2
Минимум 12,1 4,7 0,22 0,23 29,55
Нижний квартиль 19,3 6,7 1,36 0,24 33,63
Медиана 21,8 8,8 5,38 0,48 37,51
Верхний квартиль 25,0 11,3 6,81 0,82 39,49
Максимум 42,3 26,7 21,70 3,07 54,16
Коэффициент вариации, % 26,4 49,2 84,6 98,3 16,5
Содержание обменного магния лежит в пределах 6,6—9,8 мг-экв/100 г, причем оно максимально на участке СТ-2. Коэффициенты вариации для этого элемента выше, чем для кальция, и составляют 11,3—49,2%.
Содержание обменного натрия для почв участков МУ-1, МУ-2, ОУ-1 и ОУ-2 находится в пределах 0,38—0,70 мг-экв/100 г; коэффициент вариации изменяется от 21,1 до 60,6%. На участках СТ-1 и СТ-2 этот показатель высок — 3,71 и
5,21 мг-экв/100 г соответственно. Коэффициенты вариации также высоки и равны 92,0 и 84,6%. Дополнительное поверхностное и грунтовое увлажнение оказывает заметное влияние на состав обменных оснований — в составе ППК происходит уменьшение доли кальция и увеличение доли магния и натрия. Сезонное переувлажнение на данных участках возникает в результате внутри-почвенного подтока грунтовых вод по литологи-ческому контакту между желто-бурыми лессовид-
ными и подстилающими коричневато-бурыми глинами на склоне и накоплению поверхностного стока талых вод в вогнутых элементах рельефа [10].
Увеличение количества поглощенного магния в нижних, постоянно влажных, горизонтах обусловлено также тем, что растворимость карбоната магния, содержащегося в составе почвенных карбонатов, в 20—30 раз выше таковой карбоната кальция [8, 11].
Для локализации участков с разным содержанием обменных кальция и магния на компьютере были построены схематические карты, сложный рисунок изолиний которых отчетливо указывает на значительное варьирование показателей этих элементов в пределах обследования.
Сохранение почвы в гидроморфном режиме с периодическим промыванием поверхностных горизонтов талыми водами весной и интенсивным испарением и транспирацией влаги летом вызвали постепенное накопление водорастворимых солей и небольшого количества обменного натрия. Увеличение содержания обменного натрия в черноземах, подверженных солонцовому процессу, связано с тем, что этот элемент менее прочно удерживается твердыми фазами почвы, чем кальций. Поэтому в условиях повышенного увлажнения наблюдается его быстрое выщелачивание и вымывание в первую очередь [7].
В условиях летнего испарения в результате подъема уровня грунтовых вод изменяется химизм
засоления, идет увеличение их минерализации и изменение химического состава в сторону роста осо-лонцевания, что связано с выносом солей, в том числе натриевых, из глубоких солевых горизонтов почвы. Изменение водного режима приводит к изменению катионообменных свойств черноземов, их солевого режима, увеличивает вероятность образования в них соды [10].
Заключение
Черноземы Каменной степи характеризуются значительным пространственным варьированием одного из основных показателей почвенного плодородия — содержания обменных оснований. Все исследованные участки обладают четко выраженным пространственным варьированием обменных оснований. В составе почвенного поглощающего комплекса в последние десятилетия отмечается перераспределение их состава: снижение как абсолютных, так и относительных величин содержания поглощенного кальция и увеличение доли поглощенных магния и натрия. Полученные данные могут служить основой атрибутивной части базы данных при составлении электронных карт по содержанию обменных оснований и других показателей почвенного плодородия с применением современных информационных технологий для разработки систем точечного земледелия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агрохимические методы исследования почв. М., 1960.
2. Антипов-Каратаев И.Н., Юрин И.А., Кадер Г.М., Фролкина Л.А. Сравнительные испытания новых комплексных агролесомелиоративных и агротехнических методов освоения содово-сульфатных солонцов Центрально-Черноземной полосы (ЦЧП) // Мелиорация солонцов в черноземной зоне европейской части СССР. М., 1960.
3. ГОСТ 26950-86. Почвы. Метод определения обменного натрия. М., 1986.
4. ГОСТ 26212-91. Почвы. Метод определения гидролитической кислотности. М., 1991.
5. Классификация и диагностика почв. Смоленск, 2004.
6. Никанорова Н.Н. Естественноисторические условия Каменной степи и характеристика основных поч-
венных разностей // Вопросы травопольной системы земледелия. М., 1953.
7. ОрловД.С. Химия почв. М., 1992.
8. Самойлова Е.М. Луговые почвы лесостепи. М., 1982.
9. Хитров Н.Б. Методический подход к ретроспективному мониторингу почв Каменной степи // Каменная степь: проблемы изучения почвенного покрова (Науч. тр. Почвенного ин-та им. В.В.Докучаева). М., 2007.
10. Чевердин Ю.И., Дорохин И.Н. Показатели эффективного плодородия черноземных почв в зависимости от длительности антропогенной нагрузки // Разнообразие почв Каменной степи (Науч. тр. Почвенного ин-та им. В.В.Докучаева). М., 2009.
11. Greenwald I. The dissociation of calcium and magnesium carbonates and bicarbonates. 1941. Vol. 141, N 3.
Поступила в редакцию 16.09.2015
SPATIAL DISTRIBUTION OF EXCHANGEABLE BASES IN CHERNOZEMS OF KAMENNAYA STEPPE
V.A. Bespalov, Yu.N. Zborischuk, Yu.I. Cheverdin
The study quantified spatial variability in exchangeable bases cation in steppe chernozems. Descriptive statistics were used in data studies. This study revealed variability in the dis-
tribution of exchangeable cation. Such data are essential for the development of precision farming systems.
Key words: exchangeable bases, soil, spatial variability, monitoring, Kamennaya steppe.
Сведения об авторах
Беспалов Владимир Алексеевич, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. ВНИИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева. Зборищук Юрий Николаевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-27-40; e-mail: [email protected]. Чевердин Юрий Иванович, докт. биол. наук, зав. отд. агропоч-воведения и лесомелиорации ВНИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева.
