CC BY
3
УДК / UDC 631.43
ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕЛИННЫХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ
THE INFLUENCE OF GRANULOMETRIC COMPOSITION ON AGROPHYSICAL PROPERTIES OF VIRGIN GRAY FOREST SOILS OF THE
NORTHERN TRANS-URALS
Каюгина C.M.1*, старший преподаватель Kayugina S.M., Senior Lecturer Ерёмин Д.И.2, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник
Eremin D.I., Doctor of Biological Sciences, Leading Researcher 1 ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», Тюмень, Россия Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Northern Trans-Ural
State Agricaltural University, Tyumen, Russia 2 НИИ сельского хозяйства Северного Зауралья - филиал ТюмНЦ СО
РАН, п. Московский, Тюменская область, Россия Scientific research Institute of Agriculture of the Northern Trans-Urals - branch Tyumen Scentific Center SB RAS, Tyumen region, village Moskovsky, Russia
*E-mail: kayugina@yandex.ru
В основе статьи лежат данные по 330 полнопрофильным разрезам ненарушенных серых лесных почв, охватывающим все подтипы, выполненным сотрудниками кафедры почвоведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья на территории юга Тюменской области. Целью проведённого исследования было изучение варьирования агрофизических свойств серых лесных почв в разрезе разновидностей по гранулометрическому составу (содержанию элементарных почвенных частиц размером не более 0,01 мм). Плотность сложения определяли в полевых условиях по Качинскому, плотность твёрдой фазы - в аналитической лаборатории пикнометрическим методом, общую пористость - расчётным. Отнесение почв к разновидности проводили по методу Качинского. Полученные результаты полевых исследований и лабораторных анализов были сгруппированы по разновидностям и визуализированы с помощью диаграмм boxplot в табличном процессоре Microsoft Excel 2016. Выявлено, что в типе серых лесных почв доминируют почвы лёгкого гранулометрического состава, на которые приходится 44%. Данный факт объясняется высоким содержанием мелкого песка в почвообразующих породах. Доля тяжелых разновидностей составляет 38%. Установлена тенденция снижения плотности сложения горизонта А1 целинных серых лесных почв с 1,19 до 1,08 г/см3 от супесчаной к тяжелосуглинистой разновидности, что связано с улучшением гумусового состояния и оструктуренности почв. Общая пористость имеет обратную тенденцию: возрастает от супесчаных к тяжелосуглинистым почвам с 46 до 55% от объёма почвы. Не выявлено закономерности изменения плотности твёрдой фазы в зависимости от гранулометрического состава серых лесных почв.
Ключевые слова: серые лесные почвы, гранулометрический состав, плотность, пористость, вариабельность.
The article is based on data on 330 full-profile sections of undisturbed gray forest soils, covering all subtypes, performed by employees of the Department of Soil Science and Agrochemistry of the SAU of the Northern Trans-Urals on the territory of the south of Tyumen region. The purpose of the study was to examine the variation in the agrophysical properties of gray forest soils in the context of varieties in terms of granulometric composition (the content of elementary soil particles no larger than 0.01 mm). The density of soil structure was determined in the field according to Kachinsky, the density of the solid phase was determined in the analytical laboratory by the pycnometric method, and the total porosity was calculated. The compartmentalization of soils was carried out according to the Kachinsky method. The results of the field studies and laboratory analyzes were grouped by variety and visualized using boxplot charts in a Microsoft Excel 2016 spreadsheet processor. It was revealed that soils of light granulometric composition dominate in the type of gray forest soils, which account for 44%. This fact is explained by the high content of fine sand in soil-forming rocks. The proportion of heavy varieties is
38%. A tendency has been established for a decrease in the density of soil structure of the A1 horizon of virgin gray forest soils from 1.19 to 1.08 g/cm3 from sandy to heavy loamy varieties, which is associated with an improvement in the humus state and soil structure. The total porosity has an opposite trend: it increases from sandy to heavy loamy soils from 46 to 55% of the soil volume. The regularities of changes in the density of the solid phase depending on the granulometric composition of gray forest soils have not been revealed.
Keywords: gray forest soils, granulometric composition, density, porosity, variability.
Введение. К важнейшим элементам плодородия почв принято относить агрофизические свойства, от которых зависит аэрация почвенного профиля и его водопроницаемость.
Плотность сложения определяет режим физико-биологических процессов пахотного слоя, который обусловливает способность почвы накапливать и удерживать влагу, мобилизовывать питательные вещества и создавать условия для жизнедеятельности микробиоты [1]. Плотность сложения, как и плотность твёрдой фазы, в основном зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества в почве и её структурного состояния. Климатические и биологические факторы, а также антропогенное воздействие приводят к изменению плотности сложения во времени и пространстве, особенно в верхних горизонтах почвенного профиля [2-4]. В отличие от плотности сложения, плотность твёрдой фазы является стабильным показателем [5].
Природа пористости определяется физическими и физико-химическими процессами, протекающими в почве: растрескивание под воздействием увлажнения-высыхания, нагрева-охлаждения, набухания-сжатия; передвижение жидкой фазы и активность живой фазы; выщелачивание и вынос различных химических соединений в нижележащие горизонты. Степень пористости также зависит от структуры почвы, гранулометрического состава и содержания гумуса [2, 6].
Цель исследований - анализ варьирования агрофизических свойств целинных серых лесных почв Северного Зауралья в разрезе разновидностей по гранулометрическому составу.
Условия, материалы и методы. Эмпирические данные для написания статьи - это результат многолетних полевых исследований сотрудников кафедры почвоведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья, которыми с 1965 по 2020 гг. было заложено и описано 330 полнопрофильных разрезов целинных серых лесных почв. При морфологическом описании почвенных профилей одновременно определяли плотность сложения методом Качинского в двенадцатикратной повторности, ведя отбор проб до глубины 1 м с шагом 10 см. Свежие образцы почвы взвешивали в полевых условиях. Плотность твёрдой фазы определяли в аналитической лаборатории ГАУ Северного Зауралья пикнометрическим методом. Объём порового пространства почвы находили расчётным способом, по общепринятой формуле. Полученные результаты усреднялись по генетическим горизонтам.
Отнесение к разновидности почв проводили по методу Качинского, в основе которого лежит определение содержания физической глины - элементарных почвенных частиц с размером менее 0,01 мм.
Для визуализации вариабельности значений агрофизических свойств в разрезе разновидностей были построены диаграммы размаха (boxplot) в табличном процессоре Microsoft Excel 2016.
Результаты и обсуждение. Серые лесные почвы на территории Северного Зауралья распространены в подтаёжной и лесостепной природно-климатических
зонах, также они встречаются в южной части таёжной зоны. Данный тип сформировался на покровных карбонатных и лёссовидных средних и тяжелых суглинках с высоким содержанием мелкого песка, что обусловило опесчаненность современных серых лесных почв.
Тяжёлые разновидности серых лесных почв, на долю которых приходится 38% (рис. 1), чаще встречаются в южной лесостепи или на междуречьях северной лесостепи. В типе серых лесных доля почв лёгкого гранулометрического состава составляет 44%, из них 19% приходится на супесчаную разновидность. Наиболее легкие разновидности серых лесных почв обнаруживаются в западной части подтаёжной зоны, где данные почвы примыкают к боровым пескам [7].
Плотность определяет водный и воздушный режимы почвы, поэтому непосредственно влияет на условия жизнедеятельности растений и почвенных организмов. Следовательно, данный показатель имеет важное значение в агрономическом отношении [8, 9]. Плотность сложения тесно связана со структурным состоянием почвы. Рыхлые почвы с зернистой и комковатой структурой обладают высокой пористостью и низкой плотностью. Бесструктурные почвы, как правило, плотные. Плотность почвы тем ниже, чем больше в ней содержание гумуса. По мнению учёных, для основных сельскохозяйственных культур «оптимум» плотности сложения находится в пределах от 1,0 до 1,2 г/см3 [10, 11 ].
Супесчаные серые лесные почвы характеризуются низким содержанием гумуса, которое в среднем по разновидности составляет 2,44%. Данные почвы относятся к слабооструктуренным (коэффициент дисперсности равен 15,6%). В супесчаной разновидности плотность сложения гумусового горизонта (А1) имеет среднее значение 1,19 г/см3, варьирует от 1,00 до 1,34 г/см3 (рис. 2).
Легкосуглинистая разновидность серых лесных почв также относится к слабооструктуренным почвам (коэффициент дисперсности составляет 13,6%), с низким содержанием гумуса - в среднем 2,74%. Плотность сложения легкосуглинистых серых лесных почв не сильно отличается от супесчаных и составляет в среднем по разновидности 1,18 г/см3. Однако легкосуглинистая разновидность имеет более широкий диапазон плотности сложения: от 0,88 до 1,37 г/см3.
Тяжел осугл и н и ста 32%
Средне
егкосуглинистая
25%
Рисунок 1 - Структура серых лесных почв по разновидностям
0,75
легкосуглинистая тяжел осугл инистая
супесчаная среднесуглинистая легкоглинистая
Обозначения: х среднее; - медиана; □ межквартильный размах; Т 1 max и min знэчения; о выбросы
Рисунок 2 - Диаграммы размаха плотности сложения гумусового горизонта (Ai)
серых лесных почв
Среднесуглинистая разновидность серых лесных почв относится к среднеоструктуренным почвам (коэффициент дисперсности равен 9,5%). Данная разновидность выделяется среди остальных самым большим размахом плотности сложения от 0,78 до 1,49 г/см3 при среднем значении 1,13 г/см3. Это обусловлено широким диапазоном варьирования содержания гумуса в среднесуглинистых почвах - от 2,11 % (низкое) до 7,41 % (высокое).
Тяжелосуглинистая разновидность имеет наибольшее в типе серых лесных почв содержание гумуса, в среднем равное 5,16%. Горизонт Ai характеризуется комковатой или комковато-ореховатой структурой. Плотность сложения тяжелосуглинистой разновидности серых лесных почв в среднем равна 1,08 г/см3, при минимальном значении 0,8 г/см3 (высокогумусированные) и максимальном - 1,35 г/см3 (низкогумусированные).
Легкоглинистая разновидность серых лесных почв относится к среднеоструктуренным, однако содержание гумуса в ней ниже, чем в тяжелосуглинистой разновидности - в среднем 4,27%. Плотность сложения в легкоглинистой разновидности не превышает 1,33 г/см3, в среднем по выборке составляет 1,13 г/см3.
Плотность твёрдой фазы тесно связана с минералогическим составом почвообразующей породы. Её величина характеризуется константностью значений, при этом она всегда выше плотности сложения.
В супесчаных серых лесных почвах плотность твёрдой фазы в среднем составляет 2,24 г/см3, изменяется в пределах выборки от 1,72 до 2,89 г/см3 (рис. 3). В легкосуглинистой разновидности размах варьирования расширяется с 1,64 до 2,95 г/см3, среднее значение плотности твёрдой фазы возрастает до 2,49 г/см3. Среднесуглинистая разновидность серых лесных почв характеризуется меньшим средним значением плотности твёрдой фазы - 2,42 г/см3. С утяжелением гранулометрического состава в тяжелосуглинистой и легкоглинистой разновидностях плотность твёрдой фазы снижается в среднем до 2,40 и 2,29 г/см3 соответственно.
Минимальные значения общей пористости горизонта Ai в серых лесных почвах отмечены в супесчаной разновидности, что обусловлено дефицитом гумуса и плохо выраженной структурой. Объём пор варьирует от 35 до 61% при среднем значении 46% от объёма почвы (рис. 4).
га 2,50
-е-
2,30
1,50
легкосуглинистая тяжел о сугли ни стая
супесчаная среднесуглинистая легкоглинистая
Обозначения: х среднее; - медиана; □ межквартильный размах; Т 1 max и min значения; о выбросы
Рисунок 3 - Диаграммы размаха плотности твёрдой фазы гумусового горизонта
(Ai) серых лесных почв
В легкосуглинистой разновидности среднее значение общей пористости гумусового горизонта составляет 52% от объёма почвы, что характеризуется как удовлетворительные условия аэрации. Межквартильный размах меньше, чем в других разновидностях, это указывает на меньшую дисперсию и, следовательно, однородность выборки.
65
(а
S 60
5
КЗ
о 55
н
о
SS
£ 50
а
и 45
о
с 40
а|
3
о О 35
30
X
X
I
легкосуглинистая тяжелосуглинистая
супесчаная среднесугл инистая легкоглинистая
Обозначения: х среднее; - медиана; □ межквартильный размах; Т 1 max и min значения; о выбросы
Рисунок 4 - Диаграммы размаха общей пористости гумусового горизонта (Ai)
серых лесных почв
Среднее значение общей пористости горизонта Ai в среднесуглинистой разновидности серых лесных почв не сильно отличается от легкосуглинистой и составляет 53% от объёма почвы. В среднесуглинистой разновидности нижняя граница диапазона варьирования общей пористости равна 45%, что выше, чем у остальных разновидностей.
В тяжелосуглинистой разновидности общая пористость гумусового горизонта в среднем увеличивается до 55% от объёма почвы, изменяется в интервале от 42% (неудовлетворительная аэрация) до 65% (отличная аэрация).
У легкоглинистой разновидности размах вариации общей пористости меньше, чем у прочих, она изменяется в пределах от 41 до 60% от объёма почвы. Среднее значение ниже, чем у суглинистых разновидностей, и составляет 50%.
Распределение асимметрично - преобладают разрезы с общей пористостью ниже среднего.
Выводы. Исследование показало, что в Северном Зауралье с утяжелением гранулометрического состава целинных серых лесных почв от супесчаной к тяжелосуглинистой разновидности снижается средняя плотность сложения с 1,19 до 1,08 г/см3 или на 10%. Общая пористость имеет обратную тенденцию: её средняя величина возрастает от супесчаных к тяжелосуглинистым почвам с 46 до 55% от объёма почвы или на 20%. Легкоглинистая разновидность серых лесных почв по значениям плотности и пористости ближе к почвам лёгкого гранулометрического состава.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Шапорина H.A., Чичулин A.B., Чумбаев A.C. Пространственная вариабельность водно-физических свойств темно-серой лесной почвы в условиях Предсалаирья // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. № 10. С.144-149.
2. Зинченко С.И. Изменение плотности сложения в агроэкосистемах серой лесной почвы // Владимирский земледелец. 2020. № 4 (94). С. 4-7.
3. Ерёмин Д.И., Груздева H.A. Агрогенные изменения плотности серых лесных почв в Северном Зауралье // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2017. T.47. №5(258). С. 13-22.
4. Шахова O.A. Изменение агрофизических свойств серой лесной почвы при различных видах зяблевой обработки в условиях северной лесостепи Тюменской области // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (66). С. 33-37.
5. Шеин Е.В. Пространственно-временная изменчивость агрофизических свойств комплекса серых лесных почв в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования / Е.В. Шеин, А.Л. Иванов, М.А. Бутылкина, М.А. Мазиров // Почвоведение. 2001. №5. С.-578-585.
6. Татаринцев В.Л. Гранулометрический состав почв Алтайского Приобья и его агроэкологическая оценка /
B.Л. Татаринцев, Л.М. Татаринцев, В.А. Рассыпнов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012. № 6 (92). С. 36-40.
7. Каюгина С.М., Ерёмин Д.И. Пространственная неоднородность распределения физической глины и ила в профиле серых лесных почв Северного Зауралья // Агрофизика. 2021. № 1. С. 7-13.
8. Ерёмин Д.И., Каюгина C.M. Агрофизические свойства тёмно-серых лесных почв Северного Зауралья // Вестник Курганской ГСХА. 2022. № 2 (42). С. 3-10.
9. Сарсенов А.Е., Куан А.К. Влияние плотности почвы на рост, развитие и урожай сельскохозяйственных культур // Наука и Образование. 2019. T.2. № 4. С. 247.
10. Перфильев Н.В., Вьюшина O.A. Влияние плотности почвы при различных системах основной обработки на урожайность ячменя// Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2016. № 1 (248). С. 5-12.
11. Перфильев Н.В. Исследование взаимосвязи «оптимальной плотности» почвы с урожайностью зерновых культур / Н.В. Перфильев, O.A. Вьюшина, A.A. Конищев, И.И. Гарифуллин // Агрофизика. 2017. № 4.
C. 16-24.
REFERENCES
1. Shaporina N.A., Chichulin A.V., Chumbaev A.S. Prostranstvennaya variabelnost vodno-fizicheskikh svoystv temno-seroy lesnoy pochvy v usloviyakh Predsalairya // Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamentalnykh issledovaniy. 2018. № 10. S.144-149.
2. Zinchenko S.I. Izmenenie plotnosti slozheniya v agroekosistemakh seroy lesnoy pochvy // Vladimirskiy zemledelets. 2020. № 4 (94). S. 4-7.
3. Yeremin D.I., Gruzdeva N.A. Agrogennye izmeneniya plotnosti serykh lesnykh pochv v Severnom Zaurale // Sibirskiy vestnik selskokhozyaystvennoy nauki. 2017. T.47. №5(258). S. 13-22.
4. Shakhova O.A. Izmenenie agrofizicheskikh svoystv seroy lesnoy pochvy pri razlichnykh vidakh zyablevoy obrabotki v usloviyakh severnoy lesostepi Tyumenskoy oblasti // Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021. № 3 (66). S. 33-37.
5. Shein Ye.V. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost agrofizicheskikh svoystv kompleksa serykh lesnykh pochv v usloviyakh intensivnogo selskokhozyaystvennogo ispolzovaniya / Ye.V. Shein, A.L. Ivanov, M.A. Butylkina, M.A. Mazirov // Pochvovedenie. 2001. №5. S.-578-585.
6. Tatarintsev V.L. Granulometricheskiy sostav pochv Altayskogo Priobya i ego agroekologicheskaya otsenka / V.L. Tatarintsev, L.M. Tatarintsev, V.A. Rassypnov // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. № 6 (92). S. 36-40.
7. Kayugina S.M., Yeremin D.I. Prostranstvennaya neodnorodnost raspredeleniya fizicheskoy gliny i ila v profile serykh lesnykh pochv Severnogo Zauralya // Agrofizika. 2021. № 1. S. 7-13.
8. Yeremin D.I., Kayugina S.M. Agrofizicheskie svoystva temno-serykh lesnykh pochv Severnogo Zauralya // Vestnik Kurganskoy GSKhA. 2022. № 2 (42). S. 3-10.
9. Sarsenov A.Ye., Kuan A.K. Vliyanie plotnosti pochvy na rost, razvitie i urozhay selskokhozyaystvennykh kultur // Nauka i Obrazovanie. 2019. T.2. № 4. S. 247.
10. Perfilev N.V., Vyushina O.A. Vliyanie plotnosti pochvy pri razlichnykh sistemakh osnovnoy obrabotki na urozhaynost yachmenya // Sibirskiy vestnik selskokhozyaystvennoy nauki. 2016. № 1 (248). S. 5-12.
11. Perfilev N.V. Issledovanie vzaimosvyazi «optimalnoy plotnosti» pochvy s urozhaynostyu zernovykh kultur / N.V. Perfilev, O.A. Vyushina, A.A. Konishchev, I.I. Garifullin // Agrofizika. 2017. № 4. S. 16-24.
