CC BY
78
УДК 630*114.25
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ РЕАКЦИИ СРЕДЫ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ КАМЕННОЙ СТЕПИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Ю.И. ЧЕВЕРДИН, доктор биологических наук, зав. отделом
В.А. БЕСПАЛОВ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Воронежский НИИСХ им. В.В. Докучаева Россель-хозакадемии
E-mail: [email protected]
Резюме. Представлены материалы 55-летних исследований реакции среды черноземных почв Каменной Степи при различных видах и длительности антропогенного воздействия. Рассмотрены особенности пространственного и профильного распределения величины этого показателя. Для локализации участков с различными значениями реакции среды построены картограммы ее пространственного варьирования на исследуемых объектах. Показана детальная пестрота величины реакции среды на ключевых участках, типичных для центральной части черноземной зоны России. Коэффициент вариации значений реакции среды на этих участках изменялся от 1,6 до 3,6 %. Подобные картограммы помогут дать рекомендации по оптимальному использованию таких участков пашни путем направленной корректировки внесения удобрений и гербицидов, что в конечном итоге скажется на экономической эффективности использования угодий в сельскохозяйственном производстве. Анализ динамики показателей кислотности черноземов Каменной Степи за многолетний период наблюдений выявил закономерный сдвиг реакции почвенной среды в сторону подщелачивания (на 0,5...0,9 ед.) под действием сезонной гидроморфности и изменений, происходящих в почвенном поглощающем комплексе.
Ключевые слова: черноземы, Каменная Степь, реакция среды почв, пространственное варьирование.
Почвенный покров Каменной Степи характеризуется высоким плодородием пахотных земель. Под влиянием антропогенных и естественных факторов оно постоянно меняется. Для систематического контроля и изучения современного состояния плодородия почвы Каменной Степи назрела необходимость в картографировании на основе закладки отдельных мониторинговых участков.
Одно из самых важных свойств почвенного плодородия черноземов - реакция среды. Определение закономерностей ее изменения в результате длительного и разностороннего использования почвы в пашне на основе передовых методов исследования - очень важная задача современного почвоведения. В этом отношении особый интерес представляют уникальные черноземные почвы Каменной Степи.
Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что вывод из режима залежи и длительное сельскохозяйственное использование сопровождается определенными изменениями кислотности почв.
Цель наших исследований - изучение временной динамики реакции среды черноземных почв Каменной Степи в зависимости от вида и длительности сельскохозяйственного использования, а также пространственного и профильного распределения величины этого показателя для локализации участков с различными значениями реакции среды и построения картограмм, которые помогут дать рекомендации по оптимальному использованию пашни путем направленной корректировки внесения удобрений и гербицидов.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2007-2008 гг. в Воронежском НИИСХ им. В.В. Докучаева. Объектами послужили черноземные тяжелосуглинистые почвы Каменной Степи: чернозем обыкновенный поля южного селекционного севооборота на водоразделе, смежного с косимой залежью заповедника №1 (1); чернозем обыкновенный поля бывшего орошаемого участка (2); пятнистость черноземов типичных, типичных смытых, типичных перерытых и обыкновенных [3] поля эколого-ландшафтных систем севооборотов (3). В качестве контроля выбран чернозем обыкновенный косимой залежи заповедника №1 (4).
Для оценки пространственного и временного изменения свойств черноземных почв заложены мониторинговые участки площадью в пределах 1 га, на которых была нанесена регулярная сеть скважин ручного бурения через каждые 25 м с учетом особенностей структуры почвенного покрова (СПП) участков. Каждая скважина привязана с помощью системы GPS.
В ходе исследований рН водной и солевой вытяжки определяли потенциометрически (ГОСТ 26483-85); гидролитическую кислотность (Нг) - по Каппену (ГОСТ 26212-91). г
Результаты и обсуждение. По данным Н.Н. Ни-каноровой [1], проводившей исследования почв Ка-
Таблица 1. Статистические характеристики реакции
среды на почвах Каменной Степи (2007-2008 гг.)
Показатель РНвод РНсол Н. ммоль (экв)/100г
0...20 см
Поле южного селекционного севооборота
п 16 1 16
Среднее 7,82 6,92 1,85
Стандартное отклонение 0,21 0,25 1,07
Ошибка среднего 0,05 0,06 0,27
Минимум 7,25 6,35 0,23
Нижний квартиль 7,72 6,77 0,70
Медиана 7,87 6,95 2,06
Верхний квартиль 7,96 7,08 2,54
Максимум 8,08 7,34 3,94
Коэффициент вариации, % 2,6 3,6 57,9
Поле бывшего орошаемого участка
п 16 1 16
Среднее 7,85 6,74 1,72
Стандартное отклонение 0,20 0,23 1,20
Ошибка среднего 0,05 0,06 0,30
Минимум 7,50 6,37 0,47
Нижний квартиль 7,65 6,50 0,71
Медиана 7,94 6,82 1,30
Верхний квартиль 8,00 6,91 2,56
Максимум 8,15 7,14 4,44
Коэффициент вариации, % 2,6 3,5 69,9
Поле эколого-ландшафтных систем севооборотов
п 15 1 15
Среднее 7,99 7,03 1,82
Стандартное отклонение 0,12 0,11 0,93
Ошибка среднего 0,03 0,03 0,24
Минимум 7,78 6,82 0,67
Нижний квартиль 7,90 6,96 0,90
Медиана 8,02 7,03 1,84
Верхний квартиль 8,09 7,11 2,72
Максимум 8,15 7,25 3,25
Коэффициент вариации, % 1,6 1,6 51,4
менной Степи в рамках экспедиции АН СССР, среднее значение величины рН водной вытяжки в середине прошлого века в пахотном слое ее почвы составляло 6,72, солевой - 6,32. При этом автор отмечает очень пестрое распределение величины этого показателя. В зависимости от микрорельефа она менялась в пределах - от 6,4 до 7,6. Вместе с тем в большинстве случаев с глубины 50 см величина рН возрастала, и почва переходила в разряд слабощелочных.
Особый интерес представляют аналитические данные НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. Так, по состоянию на 1973-1975 гг., показатели рН (солевой) в пахотном слое опытного участка сортовой агротехники равнялись 6,74, в лаборатории севооборотов - 6,7...7,0. Большая пестрота отмечена на участке отдела орошаемого земледелия, где значения рН колебались в интервале от 5,84 до 7,03 (солевой) и от 5,78 до 7,52 (водный). Величина гидролитической кислотности составляла по этим участкам соответственно 1,29.1,61; 0,72.2,05 и 1,41.1,75 ммоль (экв) /100 г почвы.
Приведенные материалы свидетельствуют, что за 20 лет после исследований экспедицией АН СССР кислотность черноземных почв изменилась. Происходило постепенное увеличение показателей рН, как водного, так и солевого. По нашему мнению, это напрямую связано с вероятными проявлениями сезонной гидро-морфности черноземных почв и изменением состава почвенного поглощающего комплекса.
И.Н. Антипов-Каратаев показал, что даже при подъеме слабоминерализованной (сульфатами и карбонатами натрия) воды происходит энергичное обменное поглощение ионов натрия, которое начинается в глубоких слоях и постепенно поднимается к верхним, со всеми вытекающими последствиями. А именно - образованием соды и увеличением щелочности почв.
С начала 50-х и до середины 70-х гг. прошлого столетия сдвиг реакции почвенной среды в Каменной степи составил 0,25.0,7 солевого рН [4].
Характерны в этом отношении показатели актуальной кислотности. Результаты анализа рН водной вытяжки свидетельствуют, что черноземы Каменной Степи по градации [2] относятся к слабощелочным.
По нашим данным (2007-2008 гг.), показатели рН водной вытяжки в слое почвы 0.20 см на мониторинговых участках имеют следующие средние значения: на участке поля южного селекционного севооборота на водоразделе - 7,82; на поле эколого-ландшафтных систем севооборотов - 7,99; на бывшем орошаемом участке - 7,85 (табл. 1). Значения рНсол в почве этих полей лежат соответственно в интервалах 6,35.7,34, 6,82.7,25 и 6,37.7,14, гидролитической кислотности - 0,23.3,94, 0,67.3,25 и 0,47.4,44 ммоль (экв) /100 г, то есть большая пестрота сохранилась.
Еще одним доказательством усиления гидроморф-ности почв в условиях Каменной Степи (как отмечено ранее, именно этот фактор мы считаем основной причиной подщелачивания черноземных почв) может служить изменение в соотношении рН водной и солевой вытяжек. Для нейтральных и кислых почв показатели рН водной вытяжки, как правило, всегда выше рН солевой, что было характерно и соответствовало аналитическим данным, полученным до последних лет.
На сегодняшний день вследствие изменений в составе почвенного поглощающего комплекса черноземных почв значения рН водной вытяжки в нижележащих горизонтах выше рН солевой на 0,5.. .0,8 ед., а в верхних горизонтах (до 20.30 см) эта разница уменьшается
Рис.1. Профильное распределение рНвод в черноземах Каменной Степи: •••<>•• - южный селекционный севооборот на водоразделе; -о — поле эколого-ландшафтных систем севооборотов; -■&— бывший орошаемый участок.
до 0,2.0,3 ед. Такие процессы наблюдаются в случае трансформации минеральных почв из нейтральных в щелочные при снижении активности иона водорода [4].
При сравнении средних величин водного и солевого рН в слое 0.20 см (по 1-критерию Стъюдента) получены достоверные различия на всех объектах исследования. Для всех исследуемых пар ключевых участков 1расч был больше 1 ..
таб.
Анализ коэффициентов вариации для водного и солевого рН, а также гидролитической кислотности показал, что минимальные в опыте его величины характерны для участка поля эколого-ландшафтных систем севооборотов.
Таблица 2. Реакция среды различных черноземных почв Каменной Степи
Вариант Глубина, см рНеы,. рН сол. HГ, ммоль (экв)/100
Чернозем обыкно- 0.. .20 7,82 6,92 2,16
венный поля южно- 20. ..30 7,78 6,84 2,38
го селекционного 30. ..50 7,87 7,03 1,84
севооборота смеж- 50. ..70 8,09 7,15 0,60
ного с косимой за- 70.. .100 8,28 7,30 0,73
лежью 100. ..120 8,39 7,40 0,28
120. ..150 8,44 7,42 0,33
Чернозем обыкно- 0.. .20 7,85 6,74 1,72
венный поля быв- 20. ..30 7,90 6,77 1,92
шего орошаемого 30. ..50 7,90 6,75 1,47
участка 50. ..70 8,05 6,89 0,94
70.. .100 8,24 7,14 0,56
100. ..120 8,37 7,25 0,42
120. ..150 8,46 7,29 0,46
Пятнистость 0.. .20 7,99 7,30 1,82
черноземных почв 20. ..30 8,02 7,01 2,01
поля эколого- 30. ..50 8,08 7,02 1,40
ландшафтных си- 50. ..70 8,27 7,19 0,67
стем севооборотов 70.. .100 8,46 7,29 0,48
100. ..120 8,56 7,37 0,59
120. ..150 8,62 7,39 0,64
Чернозем обыкно- 0.. .20 6,76 - 1,92
венный косимой 20. ..30 6,78 — 1,72
залежи 1882 г. за- 30. ..50 6,75 — 1,72
поведника №1 50. ..70 6,72 — 1,56
70.. .100 7,19 — 0,80
Рис. 2. Картограммы пространственного варьирования значений рН водной вытяжки в пахотном слое: а) поле южного селекционного севооборота; б) поле бывшего орошаемого участка; в) поле эколого-ландшафтных систем севооборотов.
Для водного и солевого рН коэффициент вариации составил 1,6 %, для гидролитической кислотности - 51,4 % (см. табл. 1). Наибольшая величина этого показателя отмечена в поле бывшего орошаемого участка - 69,9 %.
Графики профильного распределения рН водной вытяжки свидетельствуют, что на всех изучаемых объектах реакция среды изменяется в щелочную сторону вниз по профилю (рис. 1).
В результате распашки залежных почв происходит смещение реакции среды из нейтральной в слабощелочную (табл. 2).
Рассматривая изменения рН водной вытяжки с глубиной, можно отметить наибольшее смещение в щелочную сторону на участке поля эколого-ландшафтных систем севооборотов со сложной СПП, где рН на глубине 1,5 м увеличивается до 8,62.
Для локализации участков с различными показателями реакции среды были построены картограммы ее пространственного варьирования на исследуемых объектах (рис. 2). Все они ориентированы с севера на юг, оси абсцисс соответствует восточная долгота, оси ординат - северная широта.
Мы установили, что зоны с различными значениями реакции среды имеют определенную структуру. Так, на плоском водораздельном участке поля южного селекционного севооборота ареалы с максимальными значениями рН водной вытяжки локализованы в восточной части объекта. На поле бывшего орошаемого участка минимальные величины этого показателя отмечены в центральной части объекта, максимальные - в северо-восточной и юго-западной части. Для участка
отдела эколого-ландшафтных систем севооборотов со сложной структурой почвенного покрова ареалы с минимальными и максимальными значениями рН располагаются практически симметрично относительно одной из диагоналей.
На основании подобных картограмм можно давать рекомендации по оптимальному использованию участков пашни путем направленной корректировки внесения удобрений, что в конечном итоге скажется на экономической эффективности использования угодий в сельскохозяйственном производстве.
Выводы. Черноземы Каменной Степи характеризуются значительным пространственным варьированием основных показателей почвенного плодородия. Все исследованные участки отличаются четко выраженным пространственным варьированием значений реакции среды.
В результате распашки целинных почв происходит закономерный сдвиг реакции среды в сторону под-щелачивания. Выполненные исследования показали, что при увеличении длительности антропогенного воздействия и орошения, сезонной гидроморфности черноземных почв и изменении состава почвенного поглощающего комплекса, реакция среды черноземных почв Каменной Степи в последние десятилетия сдвинулась в щелочную сторону.
Полученные результаты могут послужить основой для составления электронных карт со значениям и реакции среды и других показателей почвенного плодородия с применением современных информационных технологий, которые служат теоретической основой для разработки систем точечного земледелия.
Литература.
1. Никанорова Н.Н. Естественно-исторические условия Каменной Степи и характеристика основных почвенных разностей //Вопросы травопольной системы земледелия. Итоги работ по изучению изменения почв под воздействием комплекса Докучаева-Костычева-Вильямса. - Т. 2. - М.: АН СССР, 1953. - С. 55-204.
2. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. - 2004. - №8. - с. 918-926.
3. Хитров Н.Б. Структура почвенного покрова Каменной Степи//Разнообразие почв Каменной Степи. - М.: Почв. ин-тим. В.В. Докучаева, 2009. - С. 41-71.
4. Чевердин Ю.И., Зборищук Ю.Н. Закономерности изменения показателей кислотности черноземов Каменной Степи // Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение. - 2009. - №4. - С. 22-25.
EXISTENTIAL VARIATION OF REACTION OF ENVIRONMENT CHERNOZEMIC SOILS OF KAMENNAYA STEPPE AT VARIOUS KINDS AND DURATION OF ANTHROPOGENOUS INFLUENCE Yu.I. Cheverdin, V.A. Bespalov
Summary. Present materials of 55-year-old researches of reaction of environment chernozemic soils of Kamennaya Steppe are presented at various kinds and duration of anthropogenous influence. Features of spatial and profile distribution of values of reaction of environment are considered. For localisation of sites with various values of reaction of environment cartograms of its spatial variation on investigated objects are constructed. Detailed diversity of values of reaction of environment on the key sites typical for the central part of chernozemic zone of Russia is shown. The spatial variation of values of reaction of environment on the given sites changed from 1,6 to 3,6 %. Similar cartograms will help to make recommendations about optimum use of the given sites of an arable land by the directed updating on application of fertilizers and herbicides that finally will affect economic efficiency on use of the given grounds in agricultural production. Changes of the medium of soils along the time period have a trend to the faint alkalinization under arable land. The tendency of is noticed that for last decades reaction of environment chernozemic soils of Kamennaya Steppe was displaced in the alkaline party on 0,5-0,9 units under the influence of seasonal hydromorphism and changes of a soil absorbing complex. Keywords: chernozems, Kamennaya Steppe. reaction of the medium of soils, spatial variation.
