CC BY
8УДК 633.31:631.5
ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ КОРНЕОБИТАЕМОГО
СЛОЯ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ ЯКУТИИ ПОД ПОСЕВАМИ ЛЮЦЕРНЫ СЕРПОВИДНОЙ
Осипова В. В., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; Октёмский филиал ФГБОУ ВО Якутская ГСХА
В условиях криолитозоны проведены исследования по изучению влияния способов обработки на тепловой режим мерзлотных почв. Выявлено, что в условиях плантажной вспашки отмечаются лучшее сбережение тепла солнечной радиации, смягчение ночного выхолаживания, более высокая аккумуляция тепла.
Ключевые слова: мерзлотные почвы, обработка почвы, температура почвы, посевы люцерны, тепловой баланс.
THE EFFECT OF PROCESSING METHODS ON THE TEMPERATURE REGIME OF THE ROOT LAYER OF PERMAFROST SOILS OF YAKUTIA UNDER SOWN TO LUCERNE CRESCENT
Osipova V. V., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor; Осtem branch FGOU VPO «Yakut state agricultural academy»
Under the conditions of the cryo-lithozone, studies were carried out to study the effect of treatment methods on the thermal regime of permafrost soils. It was revealed that in the conditions of plantation plowing the best saving of heat of solar radiation is noted, mitigation of night cooling, higher accumulation of heat.
Key words: permafrost soils, tillage, soil temperature, alfalfa crops, thermal balance.
Введение. Для адаптивного травосеяния в криолитозоне необходима исчерпывающая информация об особенностях климатических, микроклиматических и экологических условий конкретных мест произрастания видов, адаптивных и средообразующих особенностях растений, а также об адаптивных возможностях технологий их выращивания. Сопряженный анализ адаптивного потенциала культивируемого вида и ресурсных возможностей среды его обитания позволяет получать качественно новую информацию, на основе которой можно обеспечить устойчивый рост продуктивности и улучшение окружающей среды.
В практике растениеводства принято учитывать влияние макроклимати-ческих условий, характерных для сравнительно больших территорий. Однако они лишь в очень малой степени отражают те фактические условия, в которых происходит жизнедеятельность растений. Микроклиматы, присущие данному ландшафту, растительному сообществу или виду растений, формируются под воздействием местных маломасштабных процессов [7]. Поэтому оценка условий произрастания сельскохозяйственных культур производится
58
с учетом этих микроклиматических особенностей, создающихся в верхних слоях почвы и в приземном слое воздуха.
Изучением проблемы микроклимата почв и теплообмена в луговых сообществах занимается круг специалистов, выводы которых базируются на материалах исследований вне области вечной мерзлоты. По отдельным вопросам микроклимата почв в растительных покровах в криолитозоне имеются работы [1, 3, 4, 5, 6], однако в них нет четкого разграничения таких категорий, как вид и сорт растений.
Роль агрофитоценозов в формировании теплового режима мерзлотных пойменных почв на сеяных лугах отражена в работах Г. В. Денисова, В. С. Стрельцовой [2]. Но на мерзлотных таежных палевых землях бассейна реки Вилюй на посевах люцерны эти исследования отсутствуют. Учитывая, что элементы агротехники являются важным средообразующим фактором конструируемых агрофитоценозов, мы изучили влияние способов обработки почвы на формирование микроклимата внутри серповидно-люцерновых травостоев. Был изучен температурный режим поверхности почвы и корнеобитаемого слоя в зависимости от обработки почвы.
Материал и методы исследований. Полевой опыт включал пять вариантов обработки почвы (отвальная вспашка без предплужника на глубину 20-22 см, отвальная вспашка с предплужником на глубину 20-22 см, безотвальное рыхление на глубину 20-22 см, фрезерная обработка на 15-17 см и глубокая плантажная вспашка на глубину 40-45 см). Была посеяна люцерна серповидная (сорт Якутская желтая) с нормой высева семян 15 кг/га, способ посева -сплошной рядовой. Способ размещения вариантов - систематический, повтор-ность - четырехкратная, площадь делянок - 50 кв. м.
Почва под опытом - мерзлотная таежная палевая переходная. В агрохимическом отношении почва характеризуется следующими показателями: имеет слабощелочную реакцию (рН водной вытяжки пахотного слоя - 7,2), содержит 4,63 % гумуса в верхнем слое (0-20 см), обладает средним содержанием подвижного фосфора по Мачигину - 2,55 и высоким содержанием подвижного калия - 10,75 мг на 100 г почвы. Поглощенный комплекс их насыщен основаниями и имеет около 25-30 мг/экв. обменных оснований. Обеспеченность нитратами и аммиачным азотом хорошая.
Посев люцерны проведен 10 июля 2005 г. в условиях умеренно теплого и сухого лета. Измерения проводились стандартными метеорологическими приборами для градиентных актинометрических наблюдений. Температура в верхних горизонтах почв измерялась на глубинах термометрами Савинова, а на поверхности - срочными, минимальными и максимальными термометрами. По материалам почвенных наблюдений рассчитывались потоки тепла в почве (суммы активных и эффективных температур и суммы температур за основные фазы развития растений). Эти результаты использовались для сравнительного анализа элементов тепловых балансов опытных площадок.
59
Исследования проводились в течение пяти лет. Достаточная влагообеспе-ченность формирующихся люцерновых агрофитоценозов обеспечивалась орошением методом дождевания. В 2005 г. проведено три полива, в 2006 - два, в 2007 - два и в 2009 г. - один. Использование травостоя - кормовое, скашивание фитомассы - проводили в фазу массового цветения.
Результаты и обсуждение. Основная обработка почвы на различную глубину связана с полным удалением естественной растительности, изменением свойств деятельной поверхности - радиационных (альбедо), динамических (шероховатость), теплофизических (плотность, теплопроводность, водопроницаемость и пр.). Вспаханная почва лучше сберегает тепло солнечной радиации, смягчает ночное выхолаживание, аккумулирует тепло летних осадков.
В травостоях луговых агроценозов образуется особый фитоклимат со свойственным им тепловым режимом, в зависимости от сомкнутости и высоты наземных органов. В травостое температура изменяется в течение суток и вегетационного сезона менее резко, чем на открытой поверхности. Поэтому тепловой режим в системе «почва - надземный покров - атмосфера» зависит от очень большого числа экологических факторов, имеющих суточный, сезонный и годовой ход.
Тепловой баланс изучался в ходе полевых режимных наблюдений на площадках с плантажной и фрезерной обработкой почвы в процессе роста агрофитоценоза.
Фитоклимат растений не есть только результат непосредственного взаимодействия солнечной радиации с деятельной поверхностью. Фитоклимат растущей люцерны сам является важнейшим механизмом, благодаря которому создается и поддерживается оптимальный тепловой режим, связывающий растения и среду. Таким показателем является температура почвы на глубинах корнеобитаемого слоя при разных видах обработки.
Исследования показали, что в год закладки опыта (2005) обработка почвы вызвала существенные изменения ее тепловых свойств (табл. 1). Из полученных данных видно, что в почве на глубине 5 и 10 см наивысшую теплообеспеченность сформировала вспашка с предплужником, а наименьшую - плантажная вспашка. Это объясняется различным альбедо поверхности почвы, извлеченной на дневную поверхность из разных глубин. Именно в этом слое почвы находилась основная корневая система молодых растений люцерны первого года жизни.
Со второго года жизни люцерны (2006 г.) наблюдения за температурным режимом почвы велись на двух вариантах способов основной обработки почвы -вспашка без предплужника (контроль) и плантажная вспашка (табл. 2).
Рассматривая приведенные данные, можно увидеть, что на втором году жизни люцерны при плантажной вспашке почвы происходят существенные сдвиги ее теплообеспеченности. Так, в слое 10-20 см в 1996 году было накоплено на 19-22 % больше тепла, чем на контрольном варианте.
По нашему мнению, формирование температурного режима почв под люцерновыми агрофитоценозами в первые два года проведения опыта можно отнести к переходному периоду, времени относительной стабилизации тем-
60
пературного режима почв в условиях слабо растущей люцерны, когда фито-климат травостоя еще не играл решающей роли, а преобладал прогрев почв за счет солнечной радиации.
Таблица 1. Среднемесячная температуры почвы (оС) при разных способах ее основной обработки в год посева ( август, 2005 г.)
Глубина, см Вид обработки почвы
Вспашка с предплужником (22-25 см) Вспашка без предплужника (контроль) (22-25 см) Безотвальная обработка (22-25 см) Фрезерная обработка (22-25 см) Плантажная вспашка (42-45 см)
5 18,1 15,1 17,5 19,0 12,8
10 16,7 12,9 15,2 17,2 11,0
20 15,2 13,2 16,2 13,6 13,3
40 12,8 13,1 10,8 11,6 14,5
60 10,9 11,0 10,7 10,3 9,8
100 6,9 6,8 7,8 7,4 7,0
Таблица 2. Сумма эффективных температур почвы выше +10 оС
Вид обработки почвы Глубина, см Годы наблюдений
II год жизни растений, 1996
сумма эффективных температур выше 100 С % к контролю
Вспашка без предплужника (контроль) 5 873 100
10 629 100
20 428 100
Плантажная вспашка 5 882 101
10 747 119
20 522 122
В опыте наиболее активный рост люцерны и нарастание наземной фито-массы происходил на 3-4 год ее жизни. Начиная с третьего года жизни, рост растений стал играть значительную роль в тепловом режиме почв разных вариантов обработки почвы, проявилась погодовая изменчивость отдельных метеорологических факторов.
По метеорологическим условиям вегетационные периоды 2007-2010 гг. были наиболее типичны, когда количество осадков, сумма температур и их распределение по декадам имели незначительные отклонения от среднемно-голетних величин. Эти летние сезоны можно отнести к теплым, и на глубине 10 см сумма эффективных температур при плантажной вспашке выше 10 оС составила 738. По сравнению с контрольным вариантом тепла было аккумулировано больше на 18 %. Такое соотношение температур в более глубоких слоях почвы сохраняется весь вегетационный период, наиболее теплым был вариант плантажной обработки почвы.
61
Полнота общей картины формирования температурного режима почв будет недостаточной, если не рассмотреть среднесуточные значения температур на различных глубинах при различных видах обработки почвы.
Наибольшие изменения температурного режима почв наблюдаются в слое 5 и 10 см. Здесь разница на первых этапах проведения опыта достигала между видами вспашки на 1-3 оС с преимуществом накопления тепла в условиях плантажной вспашки.
На пятом году жизни агроценоза разница в температурах корнеобитаемого слоя почвы была минимальной на всех вариантах. В этот год сказалась большая роль среды под влиянием фитоклимата люцерны, уплотнения почвы, увеличения корневой системы. Но главное то, что среда развитого травостоя повлияла на снижение температур во всей толще почвы по сравнению с аналогичными показателями температур в предыдущие годы опыта. Необходимо отметить, что вегетационный сезон пятого года жизни люцерны по показателям среднемесячных температур и увлажнения был близок к среднемноголетним значениям.
Развитый травостой летом резко снижал температуру почвы, но во второй половине лета стал оказывать утепляющий эффект. Именно последним положением можно объяснить более высокую температуру верхних слоев почвы под люцерной на варианте плантажной вспашки, чем при вспашке без предплужника.
Анализ среднедекадных и среднемесячных температур поверхности и кор-необитаемого слоя почвы показывает, что в период с 2006 по 2009 гг. (четыре года жизни люцерны) динамика температурного режима претерпела значительные изменения. Среднемесячные температуры поверхности почвы повышались с 2006 по 2008 гг. от 20,5 до 21,3 оС при плантажной вспашке и с 18,6 до 19,8 - при вспашке без предплужника. В 2009 г. они снижались на 1,5-1,7 оС по двум видам вспашке. На глубине 20 см в 1999 г. температуры почвы также понизились примерно на 30 оС по сравнению предыдущим 2008 г.
При этом из года в год покрытие поверхности травостоем постоянно увеличивалось и достигло 80-90 %.
Неуклонное наращивание наземной массы люцерны из года в год определило и изменение сумм эффективных температур. Если сравнивать тепловой режим почв по основным видам обработки, то в среднем за пять лет проведения опыта средние показатели аккумулированного тепла характеризуют вариант с плантажной вспашкой. Так, на глубине 10 см было накоплено 328 оС , что на 17 % больше, чем на контроле (вспашка без предплужника).
Выводы. В итоге проведенные исследования позволили установить, что коренная обработка почвы на различную глубину изменяет основные агрометеорологические свойства деятельной поверхности - радиационные, динамические, теплофизические характеристики верхнего слоя почвы. Изменяются условия увлажнения и формы удаления влаги из верхних горизонтов растущей люцерной (транспирация совместно с испарением).
62
При изучении воздействия агрофитоценоза люцерны на компоненты теплового баланса поверхности почвы необходимо различать переходный период, который соответствует вегетации растений в первые два года жизни и период, соответствующий полному становлению фитоценоза, более длительному установившемуся состоянию системы «почва - растение - атмосфера».
Исследования позволили установить, что лучшим способом основной обработки почв является плантажная вспашка, которая обеспечивает наиболее благоприятный термический режим. В условиях плантажной вспашки по сравнению с другими видами обработки почвы отмечается лучшее сбережение тепла солнечной радиации, смягчение ночного выхолаживания, более высокая аккумуляция тепла.
Распашка мерзлотных лугов приводит к увеличению глубин сезонно-талого слоя, повышает тепло- и влагооборот в почве, а также сопровождается некоторым иссушением самых верхних горизонтов независимо от погодных условий.
Список использованных источников:
1. Гаврильев П. П. Мерзлотно-экологический мониторинг сельскохозяйственных земель в Центральной Якутии / П. П. Гаврильев, И. С. Угаров, П. В. Ефремов. - М.: Криосфера земли, 1999. - Т. 111, № 3. - С. 92-99.
2. Денисов Г. В. Температурный режим мерзлотных почв при коренном улучшении лугов / Г. В. Денисов, В. С. Стрельцова // Охрана природы Центральной Якутии. - Якутск, 1985.- С. 14-26.
3. Коноровский А. К. Мерзлотные почвы поймы Средней Лены // Почвы мерзлотной области: тезисы докл. Все-союз. конф. по мерзлотным почвам. -Якутск, 1969. - С. 251-252.
4. Павлов А. В. Теплофизика ландшафтов. - Новосибирск: Наука, 1979. -252 с.
5. Саввинов Д. Д. Гидротермический режим почв в зоне многолетней мерзлоты. - Новосибирск, 1976. -256 с.
6. Тыртиков А. П. Влияние растительного покрова на промерзание
References:
1. Gavriliev P. P. Permafrost-ecological monitoring of agricultural lands in Central Yakutia / P. gavriliev, I. S. Uga-rov, P. V. Efremov. - M.: Cryosphere of the earth, 1999. - Vol. 111, № 3. - P. 92-99.
2. Denisov G. V. the Temperature regime of permafrost soils in the radical improvement of meadows / Denisov G. V., Streltsova V. S. // nature Protection of Central Yakutia. - Yakutsk, 1985. -P. 14-26.
3. Komorowski A. K. Permafrost-affected soils of the floodplain of the Middle Lena // Soil frozen region: abstracts. Proceedings of all-Union. Conf. in permafrost-affected soils. - Yakutsk, 1969. - P. 251-252.
4. Pavlov A. V. thermal physics of landscapes. - Novosibirsk: Nauka, 1979. - 252 p.
5. Savvinov D. D. Hydrothermal regime of soils in the permafrost zone. -Novosibirsk, 1976. - 256 p.
6. Tartikov A. P., Influence of vegetation cover on freezing and thawing soils. - M: Publishing house of Moscow state University, 1969. - 192 p.
63
и протаивание грунтов. - М.: Изд-во МГУ, 1969. - 192 с.
7. Угаров Г. С. Эколого-физиологи-ческие аспекты адаптации организмов к низким положительным температурам. -Якутск: Кн. изд-во, 1988. - 205 с.
7. Ugarov G. S. Ecological and physiological aspects of adaptation of organisms to low positive temperatures. -Yakutsk: KN. ed., 1988. - 205 p.
Сведения об авторе:
Осипова Валентина Валентиновна - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующая кафедрой агрономии Октемского филиала ФГБОУ ВО «Якутская ГСХА», e-mail: luzerna_2008@mail.ru, 678011, Республика Саха (Якутия), Хангаласский район, с. Октемцы, пер. Моисеева, 16.
Information about the author:
Osipova Valentina Valentinovna -Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, head of Department of agronomy Oktemskaya of the branch of the Yakut state agricultural Academy, e-mail: luzerna_2008@mail.ru, 678011, Republic of Sakha (Yakutia), Khangalas-sky district, S. oktemtsy, lane Moses, 16.
64
