ТРАНСФОРМАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ КАМЕННОЙ СТЕПИ В УСЛОВИЯХ СЕЗОННОГО ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ | Опубликовать статью РИНЦ

Чевердин Ю.И.¹, Титова Т.В.²

¹ Доктор биологических наук; ² кандидат биологических наук, ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии

ТРАНСФОРМАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ КАМЕННОЙ СТЕПИ В УСЛОВИЯХ СЕЗОННОГО ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ

Аннотация

В условиях сезонного переувлажнения происходит существенная трансформация физических свойств черноземных почв, которая обусловлена изменением химических и физико-химических свойств почв в условиях дополнительного грунтового увлажнения.  Выявлено уменьшение общей порозности и порозности аэрации почв, увеличение всех категорий почвенной воды, снижение МГ, водопроницаемости; увеличение плотности сложения и плотности твердой фазы; ухудшение структурного состояния почв.

Ключевые слова: черноземы, автоморфные, гидроморфные почвы; физические свойства почв.

Cheverdin Yu.I.¹, Titova T.V.²

¹Doctor of  Biological Sciences; ² Candidate of  Biological Sciences, Voronezh Research Institute of Agriculture of V.V. Dokuchaeva, Talovaya district, Voronezh region, 397463 Rassia

TRANSFORMATION OF PHYSICAL PROPERTIES OF SOILS OF STONE STEPPE IN THE CONDITIONS OF SEASONAL REHUMIDIFYING

Abstract

In the conditions of seasonal rehumidifying there is an essential transformation of physical properties chernozems soils which is caused by change of chemical and physical and chemical properties of soils in the conditions of additional soil humidifying. Reduction of the general porosity and porosity of aerations of soils, increase in all categories of soil water, decrease in MG (the maximum hygroscopicity), water permeability; increase in density of addition and density of a firm phase; deterioration of a structural condition of soils.

Keywords: chernozems, automorphic, hydromorphic soils; physical properties of soils.

Введение. Охрана, рациональное использование и улучшение свойств почв становятся важнейшей проблемой на современном этапе развития сельского хозяйства. Для получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур разработаны различные приемы обработки почвы с целью максимального использования ее плодородия. В результате механического воздействия на почву изменяется строение пахотного слоя, воздушный и водный режимы, усиливаются микробиологические процессы. Нередко последствия антропогенного воздействия на черноземы приводят к их физической деградации: распылению, переуплотнению, глыбистости, растрескиванию.

Еще В.В. Докучаев отмечал, что неправильная обработка почв «приводит к разрушению зернистой структуры черноземов в пыль». В ней он видел главное достоинство черноземов и считал, что «в первую очередь надо заботиться не об удобрениях, а о восстановлении этой чудной структуры».

Повсеместное ухудшение структурного состояния и плотности сложения черноземов и других почв, которые в наибольшей степени влияют на урожай, требует организации мониторинга за их изменениями с целью прогноза состояния и качества земель, определения пути оптимизации структурного состава и плотности почв. Систематический контроль за структурным состоянием земель фактически не осуществляется, оценочные критерии и оптимальные параметры структурного состояния конкретных почв не разработаны. Поэтому для разработки эффективных мер по устранению физической деградации почв необходимы количественные показатели оценки физического состояния почвы.

В пределах административных районов Воронежской области, расположенных на Окско – Донском плоскоместье, существенный ущерб наносит переувлажнение земель, которое имеет пятнистый характер,  и поражает пространства с наиболее плодородными лугово-черноземными и луговыми почвами на площади 1,3 млн. га. За последние 15 лет произошло значительное увеличение площади переувлажненных земель, что подтвердило повторное почвенное картирование земель Окско-Донской низменности.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в ГНУ Воронежском НИИСХ (Каменная Степь) на залежных степных участках, находящихся в режиме косимой степи более 100 лет (с 1892 года) и их пахотных аналогах. Объектами исследований были почвы Каменной Степи различной степени гидроморфизма, включающие экспериментальные пахотные участки поля № 2 южного селекционного севооборота – черноземы обыкновенные (агрочерноземы сегрегационные) и лугово-черноземные почвы (агрочерноземы гидрометаморфизованные возле заповедника № 2), а также комплекс переувлажненных почв западнее лесополосы № 131 – лугово-черноземные почвы (агрочерноземы гидрометаморфизованные) и черноземно-луговые слабозасоленные почвы (гумусово-гидрометаморфические засоленные почвы). В качестве контрольных участков были почвы залежей 1882  г. – черноземы обыкновенные (черноземы сегрегационные) и 1885 г. – черноземно-луговые почвы (гумусово-гидрометаморфические типичные почвы).

Анализировались следующие физические свойства: плотность сложения; плотность твердой фазы; средневзвешенный диаметр частиц; водопроницаемость; максимальная гигроскопичность; пористость общая и аэрации; объем пор, занятых прочносвязанной водой, рыхлосвязанной водой, капиллярной водой. Определения проводили по глубинам до полуметра и в метровой толще. В наших исследованиях анализы проводились по следующим методикам: плотность сложения – методом режущих колец по Н.А. Качинскому; плотность твердой фазы – пикнометрически, ГОСТ 5181-78 и ГОСТ 5180-84 [1]; средневзвешенный диаметр частиц – расчетным способом по Н.Б. Хитрову (1994). Формула: D = ∑ d_ia_i / ∑ a_i, где D – средневзвешенный диаметр частиц; a_i  – содержание i-й фракции агрегатов, имеющих диаметр от d_i min до d_i max, %; d_i = (d_i max – d_i min) / 2 – средний диаметр агрегатов i-й фракции, мм., [2]; водопроницаемость – методом трубок; максимальная гигроскопичность – по А.А. Николаеву; пористость общая и аэрации, объем пор, занимаемых прочносвязанной, рыхлосвязанной и капиллярной водой – расчетным способом по Н.А. Качинскому [1].

Результаты и их обсуждение. Целью наших исследований являлось изучение физических свойств почв различной степени гидроморфизма в условиях сезонного переувлажнения. Результаты исследований по определению физических свойств почв представлены в сводной таблице. При обобщении материала, приведенного в таблице, можно констатировать следующее.

В зависимости от концентрации гумусовых веществ в твердой фазе почвы зависит физическое состояние черноземов. Так, увеличение плотности в пахотных почвах Каменной Степи по сравнению с целинными аналогами колеблется от 0,14 до 0,29 г/см³(автоморфные аналоги), от 0,17 до 0,51 г/см³ (полугидроморфные аналоги), от 0,18 до 0,32 г/см³ (гидроморфные аналоги). Это свидетельствует о переуплотнении пахотного горизонта этих участков и, как следствие, ухудшается газовый режим почвы, общая пористость снижается в среднем на 5-9%, а пористость аэрации на 12-17%. Нами было доказано, что в почвах лугового ряда уменьшается порозность аэрации. Различие автоморфной и гидроморфной почв залежных участков составляло 6,8-11,8% в зависимости от глубины, в лугово-черноземной почве пашни – в пределах 1,6-8,3%. Чрезмерно рыхлое состояние почвы также неблагоприятно, так как почва при этом быстро иссушается, нарушается контакт семян и растений с почвой. Оптимальной плотностью почвы пахотного горизонта в условиях Каменной Степи можно считать 0,97-1,02 г/см³.

Наши исследования показали увеличение плотности твердой фазы в пахотных аналогах почв, подверженных переувлажнению. Так, в гумусовом горизонте плотность твердой фазы черноземно-луговой почвы залежи изменялась от 2,47 г/см³ в верхней части профиля до 2,57 г/см³ на глубине 50 см; лугово-черноземной почвы пашни – от 2,66 до 2,71 г/см³; черноземно-луговой солончаковатой слабозасоленной почвы понижения – от 2,52 до 2,60 г/см³; черноземно-луговой солончаковатой слабозасоленной почвы ложбинообразного понижения – от 2,54 до 2,63 г/см³.

Плотность твердой фазы залежной черноземно-луговой почвы вниз по профилю увеличивалась от 2,47 г/см³ в верхней части профиля до 2,68 г/см³ на метровой глубине (табл.).

Средневзвешенный диаметр почвенных частиц изменялся следующим образом. Наименьший был в черноземе обыкновенном пашни. Его размер составил в пахотном слое 3,21 – 3,5 мм за счет наибольшей доли пылеватой фракции. В лугово-черноземной почве пашни отмечено увеличение диаметра частиц почти в два раза – до 6,13 – 6,68 мм. Залежные аналоги пахотных почв по данному показателю были близки между собой. Но размер почвенных частиц в них был больше, чем в автоморфном черноземе обыкновенном пашни и меньше, чем в лугово-черноземной пахотной почве (автоморфный чернозем обыкновенный залежи 1882 г.– 4,1 – 4,8 мм; гидроморфная черноземно-луговая почва залежи 1885 г. – 3,7 – 4,9 мм). В подпахотных горизонтах черноземно-луговой почвы залежи 1885 г. отмечалось увеличение средневзвешенного диаметра почвенных частиц до 6,6 – 6,9 мм, в то время как в черноземе обыкновенном залежи 1882 г. он оставался практически без изменений (табл.). С усилением степени проявления гидроморфизма происходит увеличение средневзвешенного диаметра частиц.

Нашими исследованиями установлены особенности профильного изменения максимальной гигроскопичности для почв различной степени увлажнения и проявления гидроморфизма.

Наибольшие значения МГ отмечены на залежных почвах, не подверженных антропогенному воздействию. В гумусовой толще черноземно-луговой почвы максимальная гигроскопичность варьировала от 10,9% (0-10 см) до 16,5% (40-50 см). Пахотный аналог характеризовался меньшими показателями МГ, которые не превышали значений 15,3%. Усиление гидроморфности (черноземно-луговые солончаковатые слабозасоленные почвы) способствовало снижению МГ до 13,3-15,3%. Вместе с тем надо отметить, что максимальная гигроскопичность в верхней части гумусового горизонта (гор. AU или PU) на пашне выше на 2-2,5% по сравнению с залежью.

В почвах лугового ряда максимальная гигроскопичность верхних горизонтов увеличивалась, что связано с большей гумусированностью этих почв. Проведенный нами анализ подтвердил, что максимальная гигроскопичность (МГ) находится в тесной корреляционной зависимости с содержанием гумуса. Коэффициент парной корреляции r = 0,80.

Исследованиями установлено профильное распределение объема пор, занятых прочносвязанной водой (Р_мг); рыхлосвязанной водой (Р_р.св); капиллярной водой (Р_кап). Все почвы лугового ряда характеризуются увеличением показателей всех категорий влаги.

Объем пор, занятых прочносвязанной водой (Р_мг) находится в тесной корреляционной зависимости с плотностью сложения (r = 0,90).

Профильное распределение объема пор, занятых капиллярной водой, составляет следующие величины: в гидроморфной почве залежи – от 12,2% в верхней части профиля до 15,2% на метровой глубине. В полуметровой толще объем пор, занятых капиллярной водой, в черноземно-луговой почве залежи изменялся от 12,2% в верхней части профиля до 19,3% на глубине 50 см; в лугово-черноземной почве пашни – от 29,6 до 28,2 %; в черноземно-луговой солончаковатой слабозасоленной почве понижения – от 29,2 до 20,3%; в черноземно-луговой солончаковатой слабозасоленной почве ложбинообразного понижения – от 29,8 до 28,4%.

Одним из важнейших показателей физических свойств почвы является ее водопроницаемость. Почвы, обладающие низкой водопроницаемостью, подвергаются избыточному поверхностному переувлажнению.

Коэффициент фильтрации (К_ф) с поверхности в исследуемых почвах варьировал в пределах от 2,73 мм/мин в автоморфном черноземе пашни до 3,72 мм/мин в автоморфном черноземе обыкновенном залежи.

В почвах залежных участков, в связи с лучшими физическими свойствами, впитывание идёт быстрее, водопроницаемость этих почв больше, чем почв пахотных участков. На пахотных участках впитывание происходит медленнее, что обусловлено распылением и более плотной упаковкой почвенных частиц верхнего слоя.

Среди почв лугового ряда наибольшей водопроницаемостью обладала чернозёмно-луговая почва на равнинном понижении. Здесь впитывание происходило быстрее вследствие сильной трещиноватости поверхности. Меньшей водопроницаемостью обладала чернозёмно-луговая солончаковатая слабозасолённая почва в ложбинообразном понижении, впитывание здесь происходило медленнее, что обусловлено плохой оструктуренностью, повышенной плотностью верхнего горизонта.

Выводы. Таким образом, впервые на территории Каменной Степи на основе комплексного подхода проведены исследования зонально-провинциальных особенностей физических и водно-физических свойств черноземов обыкновенных и лугово-черноземных почв. Дана оценка изменения показателей, характеризующих физические свойства почв в условиях естественного агроценоза. В результате проведенных исследований сделаны следующие выводы. В почвах Каменной Степи различной степени гидроморфизма с возрастанием его степени происходило увеличение плотности сложения почв – объектов исследования. Усиление гидроморфизма в почвах, находящихся на пахотных участках, способствовало увеличению плотности твердой фазы. В почвах залежных степных участков она оставалась практически неизменной.

Нарастание гидроморфизма уменьшало общую порозность почв и порозность аэрации по профилю исследуемых почв. Наряду с этим, происходило увеличение всех категорий почвенной воды. С нарастанием гидроморфизма средневзвешенный диаметр частиц увеличивался.

 Чернозем обыкновенный, находящийся в режиме залежи и интенсивного антропогенного воздействия, обладал лучшей водопроницаемостью, чем почвы лугового ряда. Высокая водопроницаемость верхних слоев почвы на залежи способствовала наилучшему впитыванию выпадающих осадков. Пахотные почвы и почвы лугового ряда, имеющие более низкую водопроницаемость, в меньшей степени способствовали этому процессу. Почвы, обладающие низкой водопроницаемостью, подвергались большему переувлажнению. Решающим фактором изменения физических свойств является особенность характера и степени проявления сезонного переувлажнения черноземных почв. В условиях сезонного переувлажнения происходит существенная трансформация их физических, химических, физико-химических свойств.