CC BY
10
УДК 631.41(470.333)
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПАХОТНЫХ ПОЧВ ОПОЛИЙ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
Е.В. Просянников, д.с.-х.н., В.Е. Ториков, д.с.-х.н.
Брянский государственный аграрный университет, e-mail: [email protected]
Представлены экспериментальные данные, раскрывающие закономерности изменения агрохимических свойств почв ополий Брянской области в естественных и аграрных экосистемах. Установлено, что почвы естественных экосистем закрытых катен ополья существенно различаются по морфогенетическим признакам и агрохимическим свойствам. Аграрное воздействие и его интенсификация существенно изменяет верхнюю часть почвенного профиля. В серых лесных почвах снижается содержание гумуса и емкость катионного обмена, увеличиваются плотность, обменная и гидролитическая кислотность, снижается сумма обменных оснований. В почве интенсивной агроэкосистемы вынос оснований преобладает. В серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом снижается содержание гумуса, но емкость катионного обмена в агрогоризонте и некоторых нижележащих горизонтах возрастает, а также увеличивается плотность почвы. Значительно снижается обменная и гидролитическая кислотность и увеличивается сумма обменных оснований, возрастает степень их накопления. Все это позволяет научно обоснованно выбрать стратегию рационального использования и охраны почв ополий Брянской области.
Ключевые слова: агрохимические свойства, почвы ополья, Брянская область.
REGULARITIES OF CHANGES IN SOME AGROCHEMICAL PROPERTIES OF THE OPOLJE ARABLE SOILS OF THE BRYANSK REGION
Dr.Sci. E.V. Prosyannikov, Dr.Sci. V.E. Torikov
Bryansk State Agrarian University, e-mail: [email protected]
Experimental datas are presented that reveal the patterns of changes in some agrochemical properties of the Bryansk region soil in natural and agrarian ecosystems. It is established that the soils of natural ecosystems of closed castles of the opium differ substantially in morphogenetic features and agrochemical properties. The agrarian effect and its intensification significantly changes the upper part of the soil profile. In gray forest soils, humus content and cation exchange capacity decrease, density, exchange and hydrolytic acidity increase, the amount of exchange bases decreases. In the soil of an intensive agroecosystem, the removal of bases predominates. In gray forest soils with the second humus horizon the content of humus decreases, but the capacity of cation exchange in the agrarian horizon and some underlying horizons increases, soil density also increases. The exchange and hydrolytic acidity significantly decreases and the amount of exchange bases increases. The degree of accumulation of exchange bases is increasing. All this makes it possible to scientifically substantiate the strategy of rational use and protection of soil in the Bryansk region.
Keywords: agrochemical properties, soil of opolje, Bryansk region.
На территории Брянской области выделено семь контрастных типологических групп ландшафтов [1]. Особое место среди них занимают ополья: Брянское, Присудостьское, Стародубское, Вара-Судостьское, Трубчевское. Их суммарная площадь составляет более 15% территории области, а вместе с пред опольями увеличивается в 2-2,5 раза [2]. Ополья приурочены к локальным положительным тектоническим структурам и относительно возвышены. Для них характерно обилие западин, частично распахиваемых, частично занятых небольшими болотцами, а также оврагов и балок. Значительные площади занимают сильно эродированные повышенные части водоразделов и краевые наклонные
поверхности плато. Доминирующими урочищами являются возвышенные уплощенные и полого-выпуклые междуречные равнины, а также наклонные равнины и склоны различной крутизны и экспозиции, сложенные лессовидными суглинками, мощностью от 2 до 20 м. Доминантные фации каждого из таких урочищ, по геохимической классификации А.И. Перельмана и Н.С. Касимова [3], представляют собой элементарные ландшафты кальциевого класса.
Предополья по свойствам близки к опольям и имеют свои типичные урочища: хорошо дренированные возвышенные (и среднего уровня) полого-выпуклые равнины с большим количеством запа-
дин. Почвообразующие породы - лессовидные суглинки, реже - лессовидные супеси, однако лессо-видность хуже выражена, чем в опольях.
Почвенный покров ополий, согласно Единому государственному реестру почвенных ресурсов России (ЕГРПР) [4], сложен почвами серого лесного типа, залегающими на микроповышениях (гривах) рельефа. В многочисленных микропонижениях (западинах, блюдцах) сформировались почвы серого лесного типа со вторым гумусовым горизонтом. Плодородные почвы ополий сплошь распаханы и сотни лет испытывают сильное аграрное воздействие.
Цель исследования - изучить закономерности изменения агрохимических свойств пахотных почв ополий Брянской области в результате длительного различного аграрного воздействия для научного обоснования стратегии их рационального использования и охраны в агроэкосистемах.
Объекты и методы. Методологическая основа исследования включала концепцию экологического мониторинга, катенный подход и 2 метода: сравнительно-генетический и почвенных ключей. Их применяли системно не только для выявления закономерностей функционирования отдельных аг-роэкосистем, но и связей между их почвами в ка-тене. Катена - наиболее распространенная структура ландшафта, в пределах которой осуществляется связь между экосистемами. Она представляет собой закономерную последовательность расположения на склоне элементарных ландшафтов (биогеоценозов). Суть катенного подхода к анализу экосистем-ных закономерностей сводится к выделению в любом ландшафте одного или нескольких модельных геоморфологических профилей, проходящих от самого высокого места территории к самому низкому. Сверху вниз по катене большинство абиотических и биотических факторов меняется последовательно и плавно. Существуют различные типы катен [5].
Исследования проводили в Стародубском ополье, типичном для всех брянских ополий, на закрытых (коротких) катенах, которые направлены с вершин опольских грив в соседние бессточные западины. На этих частях катен закладывали ключевые почвенные участки (КПУ), каждый из которых состоял из 1-3 опорных почвенных площадок (ОПП). В соответствии с Международной программой комплексного мониторинга [6], они имели площадь по 25-30 м2, располагались в непосредственной близости на одном и том же элементе рельефа и различались по степени аграрного воздействия на почву: 1) естественная экосистема, 2) обычная агроэко-система, 3) интенсивная агроэкосистема.
Так как в ополье не сохранились естественные первичные экосистемы, то в качестве их подобия использовали многолетнюю (около 50 лет) широкую березовую лесополосу. КПУ в обычной полевой агроэкосистеме располагались на соседнем с
лесополосой поле сельскохозяйственного предприятия села Остроглядово Стародубского района Брянской области. Обычная агроэкосистема отличалась от естественной экосистемы как сменой сообществ организмов, так и воздействием на почву сельскохозяйственных машин, орудий, вовлечением в биологический круговорот веществ больших масс химических элементов и соединений, ранее не свойственных данной территории. В почвы обычной агроэкосистемы с агрохимикатами поступало больше поллютантов, накапливалось больше их метаболитов. КПУ в интенсивной полевой агроэко-системе располагались по другую сторону от лесополосы на поле Стародубского государственного сортоиспытательного участка. Интенсивная агро-экосистема отличалась от обычной агроэкосистемы применением всех агрохимикатов, высокой технологической дисциплиной и более высокой урожайностью выращиваемых культур.
На ОПП каждого КПУ закладывали полнопрофильный разрез и несколько прикопок. В них проводили подробный макро- и мезоморфологический анализ почвенных профилей. Смешанные образцы почвы для лабораторных исследований отбирали в 3-4 местах со стенок разреза во всей толще верхнего и по средине остальных генетических горизонтов. Для лабораторных исследований почвенные образцы подготавливали по общепринятым методикам [7]. В них определяли содержание углерода и гумуса по И.В. Тюрину в модификации В.Н. Симакова; рН водной и солевой суспензии потенциометрически со стеклянным электродом; обменную кислотность (обменные алюминий и водород) по А.В. Соколову; гидролитическую кислотность по Г. Каппену; поглощенные кальций и магний тригонометрическим методом; емкость катионного обмена и степень насыщенности почвы основаниями расчетным путем.
Результаты. В естественных экосистемах почвы ополья существенно различаются. На гривах они сформировались на карбонатном лессовидном суглинке, в западинах почвообразующая порода суглинистая бескарбонатная. В почвах на гривах четко выделяется текстурный морфогенетический горизонт, которого нет у почв западин. В средней части профиля почв западин присутствует второй гумусовый горизонт, который достигает метровой глубины. Для него характерно высокое содержание и запасы солнечной энергии, аккумулированной в почвенных органических веществах в течение многих лет их образования (табл. 1 и 2).
Особенности гумусового состояния служат причиной снижения величины рН водной и солевой вытяжек из профиля почв естественных экосистем ополья. Роль ионов водорода в формировании обменной кислотности незначительна. В основном она обусловлена ионами алюминия, находящимися в почвенном поглощающем комплексе. Гидролитиче-
ская кислотность значительно выше в почвах западин естественной экосистемы ополья.
Обменных оснований больше в серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом естественной экосистемы. Особенно значительны эти различия в той части почвенного профиля, где наиболее выражен второй гумусовый горизонт. Вероятно, органические соединения этого горизонта проявляют свойства супрамолекулярных веществ, которые аккумулируют, удерживают и транспортируют обменный кальций.
Емкость катионного обмена прямо зависит от содержания в почвенном профиле гумуса, поэтому она существенно выше в почве естественной экосистемы западины. Обе почвы естественных экосистем ополья ненасыщенны основаниями. В большей степени это характерно для серой лесной почвы со вторым гумусовым горизонтом. Хотя в обеих этих почвах происходит активное накопление оснований. В почве западины этот процесс значительно активизируется, особенно во втором гумусовом горизонте.
По всему профилю серой лесной почвы естественной экосистемы обменного алюминия в 2 раза больше, чем обменного водорода. В профиле серой лесной почвы со вторым гумусовым горизонтом соотношение Al3+:H+ возрастает, особенно в горизонте A1A2 (табл. 1 и 2).
По всему профилю серой лесной почвы естественной экосистемы обменного кальция в 6-7 раз больше, чем обменного магния. В верхней метровой толще серой лесной почвы со вторым гумусо-
вым горизонтом соотношение Ca2+:Mg2+ значительно возрастает, особенно в горизонте BhA2.
В почвах агроэкосистем ополья сформировался новый морфогенетический агрогоризонт, который до утверждения ЕГРПР называли пахотным. Он образован регулярным интенсивным перемешиванием чаще всего двух верхних естественных горизонтов с растительными остатками возделываемых культур, органическими удобрениями и агрохимикатами.
Содержание гумуса в агрогоризонте серой лесной почвы ополья представляет собой усредненную величину его содержания в естественных исходных морфогенетических горизонтах. Запас гумуса в аг-рогоризонте увеличился из-за существенного уплотнения почвы с 1,23-1,38 до 1,48-1,51 г/см3. В агрого-ризонте западины содержание гумуса снизилось по сравнению с естественным исходным морфогенети-ческим горизонтом, а запас гумуса увеличился из-за существенного уплотнения почвы с 1,27 до 1,42-1,50 г/см3. В этой почве интенсивное аграрное воздействие обусловливает существенное перемещение гумуса вниз по профилю.
Закономерных изменений величин pH водной и солевой вытяжек из почв агроэкосистем ополья не установлено. Обменная и гидролитическая кислотность снизились, особенно в верхней части профиля. В серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом это происходит более активно.
Сумма обменных оснований в верхней части профиля серых лесных почв агроэкосистем ополья снизилась, как за счет обменного кальция, так и за
1. Агрохимические свойства серых лесных почв грив Стародубского ополья ___при различном ^ аграрном воздействии_
Генетический горизонт и его глубина, см Гумус рн Кислотность Обменные основания ЕКО Степень А13+ Са2+
% г/га н2о КС1 обменная гидролитическая Са2+ м§2+ сумма насыщенности основаниями, % выноса (-) -накопления (+) обменных оснований, % н+ м§2+
н+ А1
моль-экв/100 г почвы
Естественная экосистема
Л1, 1-16 3,58 66 5,6 4,9 0,04 0,08 4,9 11,9 1,7 13,6 18,5 74 +74 2 7
Л1Л2, 16-29 1,90 34 5,7 4,7 0,04 0,08 3,9 10,0 1,4 11,4 15,3 75 +46 2 7
В1Л2, 29-49 н.о. н.о. 5,7 4,6 0,04 0,08 3,0 9,3 1,5 10,8 13,8 78 +38 2 6
Б^ 49-75 н.о. н.о. 6,4 4,9 н.о. н.о. 1,9 7,7 1,2 8,9 10,8 82 +14 н.о. 6
ВС, 75-106 н.о. н.о. 6,7 5,3 н.о. н.о. 1,0 6,8 1,0 7,8 8,8 89 н.о. н.о. 7
Сса, 106-123 н.о. н.о. 8,5 н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о.
Обычная агроэкосистема
Л1а/Л1Л2а, 0-25 н.о. н.о. 5,9 4,9 нет 0,02 3,3 10,1 1,3 11,4 14,7 77 +37 н.о. 8
В1Л2, 25-45 н.о. н.о. 6,6 5,1 н.о. н.о. 1,7 9,1 1,4 10,5 12,2 86 +27 н.о. 7
В^ 45-70 н.о. н.о. 6,9 5,4 н.о. н.о. 1,1 7,3 1,2 8,5 9,6 88 +2 н.о. 6
ВС, 70-105 н.о. н.о. 7,1 5,6 н.о. н.о. 0,8 7,2 1,1 8,3 9,0 91 н.о. н.о. 7
Сса, 105-150 н.о. н.о. 8,7 н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о.
Интенсивная агроэкосистема
Л1а/Л1Л2а, 0-30 2,43 108 6,0 4,9 0,02 0,04 4,4 11,2 1,2 12,4 16,7 74 -1 2 9
Б1Л2, 30-51 н.о. н.о. 6,1 4,6 нет 0,02 2,0 6,9 1,1 8,0 10,0 80 -36 н.о. 6
В^ 51-73 н.о. н.о. 6,5 4,9 0,02 0,04 1,5 6,4 1,0 7,4 8,9 83 -41 2 6
ВС, 73-95 н.о. н.о. 7,1 6,8 н.о. н.о. 0,4 11,1 1,4 12,5 12,9 97 н.о. н.о. 8
Сса, 95-140 н.о. н.о. 8,6 н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о.
2. Агрохимические свойства серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом
Генетический горизонт и его глубина, см Гумус pH Кислотность Обменные основания ЕКО Степень Al Ca
% т/га H2O KCl обменная гидро-лити-ческая Ca Mg2+ сумма насыщенности основаниями, % выноса (-) -накопления (+) обменных оснований, % H+ Mg2+
H+ Al3+
моль-экв/100 г почвы
Естественная экосистема
A1, 1-27 4,41 146 5,0 3,9 0,04 0,20 11,9 10,0 0,8 10,8 22,7 48 +86 5 13
A1A2, 27-39 6,37 87 5,7 4,4 0,01 0,20 10,4 20,0 1,2 21,2 31,6 67 +266 20 17
BhA2, 39-70 6,62 240 5,7 4,5 0,02 0,04 11,9 23,2 1,1 24,3 36,2 67 +319 2 21
Bh, 70-103 2,24 105 5,8 4,4 0,02 0,08 6,9 7,2 0,6 7,8 14,7 53 +34 4 12
CB, 103-160 0,62 56 5,6 4,1 0,04 0,26 5,7 5,7 0,8 6,5 11,6 56 +12 7 7
C, 160-200 н.о. н.о. 5,7 4,0 0,04 0,28 3,3 4,8 1,0 5,8 9,2 64 - 7 5
Обычная агроэкосистема
A1a, 0-25 н.о. н.о. 7,5 6,9 нет нет 0,8 21,7 1,3 23,0 23,8 97 +297 нет 17
A1A2, 25-31 н.о. н.о. 7,6 6,8 нет нет 0,9 21,5 1,3 22,8 23,7 96 +293 нет 17
BhA2, 31-40 н.о. н.о. 6,9 5,9 нет нет 2,9 27,4 1,7 29,1 32,0 91 +402 нет 16
Bh, 40-70 н.о. н.о. 5,8 4,8 0,02 0,04 9,5 27,0 1,6 28,6 38,2 79 +397 2 17
CBh, 70-95 н.о. н.о. 5,7 4,5 нет нет 7,3 9,6 0,8 10,4 17,6 59 +78 нет 12
CB, 95-153 н.о. н.о. 5,7 4,1 0,06 0,26 4,4 5,2 0,9 6,1 10,5 58 +5 4 6
C, 153-303 н.о. н.о. 5,6 4,0 0,06 0,26 3,7 4,8 1,0 5,8 9,5 61 - 4 5
Интенсивная агроэкосистема
A1a, 0-26 3,95 154 6,8 5,9 нет нет 2,5 22,4 1,5 23,9 26,4 90 +285 нет 15
A1A2, 26-47 3,86 117 6,7 5,5 нет нет 3,9 21,2 1,3 22,5 26,4 85 +263 нет 16
BhA2, 47-67 4,55 116 5,9 4,6 0,02 0,04 8,7 16,2 1,7 17,9 26,5 67 +189 2 10
Bh, 67-88 6,94 165 5,8 4,5 нет нет 11,3 20,5 1,5 22,0 33,3 66 +255 нет 14
CBh, 88-107 3,55 90 5,7 4,4 0,03 0,16 9,3 7,3 0,7 8,0 17,3 46 +29 5 10
CB, 107-150 н.о. н.о. 5,7 4,1 0,02 0,40 4,5 2,4 0,4 2,8 7,3 38 -55 20 6
C, 150-219 н.о. н.о. 5,5 3,9 0,04 0,44 3,4 4,7 1,5 6,2 9,6 64 - 11 3
счет обменного магния. В серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом агроэкосистем сумма обменных оснований существенно возросла практически по всему профилю в основном за счет обменного кальция. Вероятно, это произошло из-за перемещения обменных оснований вниз по катене с грив в западины. Подтверждением происходящего с основаниями служит их вынос из почв грив агроэкосистем ополья, усиливающийся по мере интенсификации агроэкосистемы. В почвах западин аг-роэкосистем, наоборот, происходит активное накопление обменных оснований. Закономерных
изменений соотношения Al3+:H+ в профиле почв агроэкосистем ополья не отмечено. Соотношение Ca2+:Mg2+ в агрогоризонте почв ополья несколько возрастало. Установленные закономерности изменения агрохимических свойств пахотных почв ополий Брянской области позволяют научно обоснованно выбрать стратегию их рационального использования [8, 9] и охраны в агроэкосистемах.
Таким образом, экспериментальные данные позволяют научно обоснованно выбрать стратегию рационального использования и охраны почв ополий Брянской области.
Литература
1. Волкова Н.И. Ландшафтная структура и ее влияние на современные антропогенные процессы (на примере Брянской области): автореф. дисс. к.г.н. - М., 1998. - 24 с.
2. Ахромеев Л.М. Природа, генезис, история развития и ландшафтная структура ополий Центральной России -Брянск: РИО Брянского ГАУ, 2008. - 182 с.
3. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. - М.: Издательство МГУ, 1999. - 610 с.
4. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Версия 1.0. - М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2014. - 768 с.
5. Методологические и методические аспекты почвоведения. Отв. ред. И.М. Гаджиев. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1988. - 167 с.
6. Гришина Л.А., Копцик Г.Н., Моргун Л.В. Организация и проведение почвенных исследований для экологического мониторинга. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 82 с.
7. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
8. Ториков В.Е., Просянников Е.В. Влияние агрохимических свойств серых лесных почв и удобрений на урожайность озимой пшеницы // Зерновые культуры, 1977, № 1. - С. 16-18.
9. Ториков В.Е., Осипов А.А. Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество зерна озимой пшеницы // Агрохимический вестник, 2015, № 5. - С. 7-9.
