Гумусовое и структурное состояние эродированных почв зонального ряда
На правах рукописи
Нетесонова Ирина Анатольевна Гумусовое и структурное состояние эродированных почв зонального ряда Специальность 03.02.13 – почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва – 2010
Работа выполнена на кафедре почвоведения и в Испытательном центре почвенно-экологических исследований Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева
Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Ганжара Николай Федорович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Поздняков Анатолий Иванович.
доктор биологических наук, профессор Надежкин Сергей Михайлович
Ведущая организация: Кафедра агрохимии, почвоведения и экологии Российский университет дружбы народов.
Защита состоится «01»ноября 2010 г. в 16 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при Российском государственном аграрном университете – МСХА им. К.А. Тимирязева.
Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет РГАУ МСХА имени К.А. Тимирязева.
С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.
Автореферат диссертации разослан «30» сентября 2010г. и размещен на сайте университета www.timacad.ru
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Шнее Т.В.
Актуальность. В настоящее время размеры проявления эрозии во многих странах планеты имеют большие масштабы. По данным федерального Кадастра в России более 50% пахотных земель, подверженных водной и ветровой эро зии. В европейской части России площадь эродированных земель составляет 6,8 млн. га, или 22% от площади пашни. Поэтому проблема защиты почв от эрозии приобрела особенно большую актуальность.
Отрицательные последствия эрозии приводят к существенному снижению урожайности сельскохозяйственных культур и, вследствие чего, недобору про дукции растениеводства (Г.И. Баздырев, И.Н. Листопадов, 2005;
Л.В. Лысак, 1980;
С.Н. Скородумов, 1973;
С.Я. Трофимов, 2005;
А.Ю. Черемисинов, 1968;
М.С. Кузнецов, В.В.Демидов, 2002 и др.).
Работами М.Н. Заславского, Н.И. Маккавеева, В.П. Лидова, С.С. Соболе ва, А.Н. Каштанова, Г.И. Швебса, М.С. Кузнецова, Г.А. Ларионова, Л.Ф. Лит вина, Р.С. Чалова и ряда других учёных установлены причины эрозии, её вред, изучено изменение свойств эродированных почв, в том числе гумусового со стояния и питательного режима;
выявлены потери урожая от эрозии, разрабо таны методики прогноза потенциальной эрозии, мероприятия по снижению ин тенсивности эрозионных процессов и др. Тем не менее, ряд вопросов, таких как соотношение скорости смыва и скорости формирования гумусового гори зонта, особенности состояния органического вещества и связь с ним агрегатно го состава и степени выпаханности в эродированных почвах зонального ряда, эффективности минеральных удобрений остаются недостаточно изученными.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в изуче нии состояния органического вещества, структурного состояния и эффективно го плодородия эродированных пахотных почв зонального ряда.
В связи с этим решались следующие задачи:
1. Изучить гумусовое и структурное состояние и влияние почвозащитных мероприятий на соотношение скорости смыва и скорости гумусонакопления в эродированных дерново-подзолистых почвах в условиях длительных полевых опытов.
2. Изучить гумусовое и структурное состояние смытых и несмытых почв зонального ряда и на основе анализа полученных данных подойти к решению вопроса о соотношении скорости смыва и скорости формирования гумусовых горизонтов.
3. Определить содержание легкоразлагаемого органического вещества и степень выпаханности эродированных почв зонального ряда.
4. Оценить эффективное плодородие эродированных почв зонального ряда в условиях вегетационного опыта.
Научная новизна и практическая значимость. На основе анализа гу мусового и структурного состояния среднесмытых дерново-подзолистых почв в условиях длительного полевого опыта установлено, что минимализация обра боток, при одном поле многолетних трав и поконтурной обработке в четырех польном севообороте снижает интенсивность эрозионных процессов и усилива ет процессы гумусонакопления. При этом период в 20 лет недостаточен для полного восстановления содержания гумуса и в его составе гуминовых кислот в сравнении с несмытыми почвами водоразделов.
Более эффективным приемом для средне- и сильносмытых дерново подзолистых почв является сочетание минимализации обработок с включением 2-х полей многолетних трав в сочетании с чизелеванием и щелеванием.
Среднесмытые почвы зонального ряда имеют более низкое содержание ЛОВ и более высокую степень выпаханности по сравнению с несмытыми поч вами водоразделов за счет пониженного поступления послеуборочных остат ков.
В условиях вегетационных опытов установлено, что масса и высота вы ращиваемых растений в пахотном слое почв зонального ряда изменялась сле дующим образом в порядке убывания: каштановая почва – чернозем обыкно венный – чернозем оподзоленный – темно-серая лесная – дерново-подзолистая.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научной конференции молодых ученых, посвященной 160-летию К.А. Тимирязева (2001), на научной конференции молодых учёных МСХА (2003), на методиче ских совещаниях кафедры почвоведения МСХА (2001-2004), на международ ной ежегодной научно-практической конференции РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева (2009).
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, включая 20 таблиц и 9 рисунков, состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Список литературы включает библиографических названий, из них 51 на иностранных языках. Диссертаци онная работа выполнена в 2001-2009 годах на кафедре почвоведения РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева.
1. Обзор литературы.
В этой главе проведён анализ литературных источников по следующим вопросам: морфологические, физико-химические и водно-физические свойства, гумусовое, структурное состояния и плодородие эродированных почв.
2. Объекты и методы исследований.
Объектами исследований явились почвы зонального ряда по маршруту – Подольский район Московской области – Городищенский район Волгоградской области. Наиболее детально были изучены дерново-среднеподзолистые средне суглинистые почвы разной степени эродированности длительных стационар ных опытов в районе посёлков Бабенки и Конаково учхоза «Михайловское» МСХА им. К.А. Тимирязева Подольского района Московской области.
Схема опыта (поселок Бабенки, учхоз «Михайловское») Стационарный полевой двухфакторный опыт (поселок Бабенки) был за ложен в 1977 году.
Севооборот четырехпольный полевой зернотравяной почвозащитный со следующим чередованием культур. (1. ячмень с подсевом многолетней травы, 2. многолетние травы 1 г.п., 3. озимая пшеница, 4. овес). Опыт был заложен на склоне южной экспозиции, с крутизной 3-3,5°. Почва опытного участка дерно во-подзолистая, среднесуглинистая на покровном суглинке. Агрохимические показатели перед закладкой в пахотном горизонте были следующими: С – 0,79%, N – 0,64%, рН – 6,32, Нг - 2,5 мг-экв/100 г, Р2О5 – 14,9 мг, К2О – 15,8 мг на 100 г почвы (по данным кафедры земледелия).
Основная контрольная делянка площадью 2100 м2 (140х15) делится на учетных делянки по 525 м2 (35х15). Все обработки проводились поперек склона после уборки предшественника: вспашка 20-22 см, плоскорезная 22-27 см, ми нимальная (лущение) 6-8 см.
Схема опыта включала четыре варианта обработки почвы: 1.Вспашка.
2.Вспашка + плоскорезная. 3. Плоскорезная. 4. Минимальная.
Нами были отобраны образцы почвы в вариантах с наиболее контрастны ми видами обработки (обычной / минимальной) после уборки многолетних трав первого года использования (2001 г.).
Схема опыта (поселок Конаково учхоз «Михайловское») Опыт в Конаково был заложен Кочетовым И.С. в 1980 году на площади га в производственных условиях на Конаковском поле. Схема опыта включала по шесть вариантов систем обработки на склонах 4о и 8о: 1. Вспашка. 2. Вспаш ка + щелевание. 3. Плоскорезная + щелевание. 4. Плоскорезная + чизелевание.
5. Поверхностая + щелевание. 6. Минимальная. Севооборот зернотравяной пя типольный со следующим чередованием культур: 1 - овес;
2 - ячмень с подсе вом многолетних трав;
3 - многолетние травы 1–го года пользования;
4 - много летние травы 2–го года пользования;
5 - озимая пшеница.
Нами для анализа были выбраны наиболее контрастные варианты основ ной обработки: 1 – вспашка, включающая в себя, лущение на 6-8 см и вспашку на 20-22 см под возделывание овса и ячменя с подсевом многолетних трав;
дис кование на 6-8 см и вспашку на 20-22 см под возделывание озимой пшеницы;
– минимальная обработка сочетала в себе лущение на 6-8 см под овсом и ячме нем, для усиления противоэрозионной эффективности поверхностной обработ ки после 1 укоса многолетних трав 2–го года пользования применяли чизелева ние на глубину 38...40 см, дискование тяжелыми дисковыми боронами (БДТ–3) на глубину 6…8 см под озимую пшеницу.
Для повышения почвозащитной способности изучаемых противоэрози онных обработок почвы и более эффективного использования пожнивных ос татков, после уборки озимой пшеницы и овса дополнительно применялось мульчирование поверхности почвы измельченной соломой.
Исходная агрохимическая характеристика пахотного слоя следующая: С – 1,1%, N – 0,1%, рН – 6,0, Нг - 2,5 мг-экв/100 г, S – 26,4 5 мг-экв/100 г, Р2О5 – 16,5 мг, К2О – 10,2 мг на 100 г почвы (по данным кафедры земледелия).
Почвенный покров участка представлен сочетанием дерново-слабо среднеподзолистых почв, с преобладанием первых. Отдельными пятнами встречаются дерново-подзолистые глееватые. Гранулометрический состав - от легко – до тяжелосуглинистых с преобладанием легко - и среднесуглинистых.
По степени смытости также наблюдалась большая пестрота почвенного покро ва – от намытых до сильносмытых. Сильносмытые встречаются на склоне кру тизной 8о отдельными пятнами, так же как и намытые, на склоне крутизной 4о.
Преобладают, в основном, среднесмытые почвы. Кроме того, были отобраны образцы почв зонального ряда Европейской части России (таблица 1). В каж дой из этих природных зон изучались по две почвенные разности: несмытые почвы водоразделов и их аналоги средней степени смытости, расположенные на склонах крутизной 3-5°в пределах одного поля с несмытыми. Расстояние между точками отбора образцов этих почвенных разностей составляло 200- м. Образцы отбирались из основного разреза по генетическим горизонтам для проведения анализов и дополнительно из пахотного и подпахотного слоев из пяти точек на площадке 50 на 50 метров.
Выполнение лабораторных анализов почв было проведено по следующим методикам:
- общий углерод по Тюрину в модификации Симакова;
- групповой состав гумуса по Кононовой и Бельчиковой;
- углерод легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) по Ганжаре и Бори сову;
- гранулометрический состав пирофосфатным методом по Качинскому;
- агрегатный состав по Саввинову;
- микроагрегатный состав по Качинскому;
- нитратный и аммонийный азот по методу ЦИНАО;
- содержание подвижного фосфора и калия – по Кирсанову и Чирикову.
- вегетационный опыт проводили в вегетационном домике кафедры агрохимии, метод проведения опыта подробно изложен в разделе 5, стр. 17.
1.Местоположение по рельефу и строение верхней части профиля ис следуемых почв Горизонты, глуби- Местоположение Почва Длина склона, м на/ мощность, см по рельефу Дерново-подзолистая среднесуглинистая на покровном суглинке. Поселок Ба бенки, Подольский район, Московская область.
Апах 0-22/22 Горизонтальная Несмытая А2В 22-31/9 приводораздельная В1 31-54/23 поверхность Апах 0-21/ Смытая В 21-51/30 Склон 3° ВС 51-90/ Темно-серая лесная среднесуглинистая на покровном суглинке. Серебряно Прудский район Московской области Апах 0-27/27 Пологая приво Несмытая В 27-42/15 дораздельная по- ВС 42-58/16 верхность Апах 0-25/ Смытая А1А2 25-42/17 Склон 2,5° А2В 42-79/ Чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке. Михай ловский район Рязанской области Апах 0-27/27 Водораздельная по Несмытая А 27-39/12 верхность с крутиз- АВ 39-76/37 ной 0,5° Апах 0-27/ Смытая АВ 27-55/28 склон 3,0° В1 55-73/ Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый на лёссе. Новоаннинский район Волгоградской области Апах 0-28/28 Горизонтальная во Несмытая А 28-34/6 дораздельная по- АВ 34-59/25 верхность Апах 0-26/ Смытая АВ 26-39/13 склон 3,5° В1 39-64/ Каштановая среднесуглинистая на лессовидном суглинке. Городищенский рай он Волгоградской области Апах 0-21/21 Водораздельная по Несмытая АВ 21-36/15 верхность с крутиз- В1 36-55/19 ной 0,5° Апах 0-21/ Смытая В1 21-38/17 склон 4,0° В2 38-54/ Для характеристики степени выпаханности почв использовалась 25 балльная шкала, предложенная Н.Ф. Ганжарой и Б.А. Борисовым (2001). Со гласно этой шкале к невыпаханным почвам относятся такие, в которых содер жание ЛОВ составило 25 и более процентов от общего содержания органиче ского вещества.
Такие почвы имели нулевой балл степени выпаханности. При расчете баллов степени выпаханности для почв, в которых относительное содержание ЛОВ в составе общего органического вещества менее 25%, вычитали относи тельное содержание ЛОВ из 25. Таким образом, чем выше балл, тем больше степень выпаханности почв.
По результатам определений проведена математическая обработка, дис персионный анализ выполнялся с помощью программного комплекса STRAZ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.
3. Гумусовое и структурное состояние эродированных дерново-подзолистых почв длительных опытов.
Гумусовое состояние почв описывается рядом показателей, характери зующих накопление органического вещества в почвенном профиле, его состав и свойства. К основным параметрам, характеризующим главное направление процесса гумификации, относится групповой состав.
Влияние обработок почвы на условия гумусообразования проявляется разносторонне. В результате механических обработок происходит равномерное распределение массы органических удобрений и послеуборочных остатков в пределах пахотного слоя, что положительно сказывается на гумификации:
улучшается аэрация, возрастает скорость разложения, как источников гумуса, так и самого гумуса. Снижение содержания гумуса и ухудшение структурного состояния почв – негативные последствия интенсивных обработок.
Групповой состав гумуса и показатели степени выпаханности при раз личных видах основной обработки на среднесмытой среднесуглинистой дерно во-подзолистой почве представлены в таблице 2.
Показатели группового состава гумуса среднесмытой дерново подзолистой почвы, как в варианте с применения в качестве основной обработ ки вспашки на глубину 20-25 см, так и в варианте с минимальной обработкой существенно отличались от почвы водораздела. Судя по групповому составу, даже в условиях высокой агротехники скорость гумусообразования в смытых почвах существенно отличается от скорости смыва. Об этом свидетельствует, как общее содержание гумуса, так и относительное содержание гуминовых ки слот в его составе. Следует отметить, что при минимальной обработке скорость гумусонакопления более высокая, чем при обычной обработке.
2.Групповой состав гумуса и показатели степени выпаханности сред несмытой среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы при различных способах основной обработки (Бабенки, учхоз «Михайловское») Показатели Склон 3 градуса Водораздел Минимальная об- вспашка на глуби Вспашка ну 20-22 см на глубину 20-22 работка, лущение см на глубину 6-8 см Собщ,% 0,83 1,02 1, НСР0,05 0, 0,51 0,62 1, Свыт, % 61,00 60,68 66, НСР0,05 0, 0,15 0,19 0, Сгк, % 17,55 18,16 28, НСР0,05 0, 0,36 0,43 0, Сфк, % 43,45 42,08 38, НСР0,05 0, Сгк/Сфк 0,40 0,44 0, НСР 0,05 0, Слов, % к массе 0,08 0,15 0, почвы НСР 0,05 0, Слов, % к Собщ 9,63 14,70 13, Степень выпа- 15,37 10,30 11, ханности сильновыпаханные средневыпаханные средневыпаханные Числитель - % к почве Знаменатель - % к Собщ Собщ - содержание общего углерода в почвах;
Свыт - содержание углерода в вытяжке (смесь пирофосфата натрия и NaOH);
СГК - содержание углерода гу миновых кислот в вытяжке;
СФК - содержание углерода фульвокислот в вытяж ке. СЛОВ – содержание углерода легкоразлагаемого органического вещества.
При минимальной обработке за 22 года несколько увеличилось в виде тенденции содержание общего углерода, углерода вытяжки и углерода гумино вых кислот. Различия по этим показателям с почвами водоразделов были суще ственными. Отношение Сгк к Сфк не зависели от вида обработки, но также су щественно отличались от почв водораздела. Наблюдалось в виде тенденции увеличение СЛОВ и снижение степени выпаханности при минимальной обработ ке по сравнению со вспашкой.
По данным Кочетова И.С., Баздырева Г.И., Орлова П.М. и др. минимали зация основной обработки на смытых почвах способствует улучшению агрофи зических свойств почвы, таких как фильтрационная способность, влагоемкость, водоподъемная способность, водопрочность структуры, определяющих ее про тивоэрозионную стойкость.
В таблице 3 представлены результаты агрегатного состава среднесмытой среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы при проведении различных способов обработки.
3.Агрегатный состав среднесмытой среднесуглинистой дерново подзолистой почвы при различных способах основной обработки (Бабенки, учхоз «Михайловское») Размер (мм) и содержание (%) агрегатов Обработка Сухое просеивание Мокрое просеивание Кстр 10 10-0,25 0,25 1 0,25 0, Вспашка на глубину 21,3 75,76 2,94 3,99 26,13 73,87 3, 20-22 см Минимальная обработка, лущение на 4,54 91,62 3,84 5,18 36,69 63,31 10, глубину 6-8 см Водораздел, вспашка на 2,72 85,21 12,07 6,55 27,45 72,55 5, глубину 20-22 см НСР0,05 0,88.
Кстр - коэффициент структурности по Н.И. Савинову.
Из таблицы видно, что количество агрономическиценных агрегатов раз мером 10-0,25 мм при минимальной обработке по сравнению со вспашкой воз росло, соответственно, увеличился Кстр. Сравнивая Кстр при минимальной об работке среднеэродированной дерново-подзолистой почвы с вариантом нес мытой почвы водораздела, можно отметить, что данный вид основной обработ ки оказал благоприятное воздействие на структурное состояние почвы по срав нению с вариантом «вспашка».
При минимальной обработке произошло увеличение в пахотном слое в виде тенденции водопрочных агрегатов по сравнению с вспашкой и с почвой водораздела.
Наряду с макроструктурой был проведен анализ микроструктуры (табли ца 4). Сопоставление микроагрегатного и гранулометрического составов позво ляет судить о степени дисперсности почвы и прочности микроструктуры. По результатам гранулометрического и микроагрегатного анализов были рассчи таны фактор дисперсности (К) по Качинскому, фактор структурности (Кс) по Фагелеру.
Фактор дисперсности равен процентному отношению ила (частиц менее 0,001мм), определенного при микроагрегатном анализе к илу, определенному при гранулометрическом анализе. Чем выше фактор дисперсности, тем менее прочна микроструктура почвы. Этот показатель в почвах варианта «вспашка» был выше по сравнению с почвами вариантов «минимальная обработка» и «вспашка водораздел», что свидетельствует о более прочной микроструктуре в 2-х последних вариантах.
Фактор структурности по Фагелеру (Кс) рассчитывается по процентному отношению разности между илом «гранулометрическим» и «микроагрегатным» к илу «гранулометрическому». Фактор структурности характеризует водоус тойчивость микроагрегатов.
4.Гранулометрический и микроагрегатный состав среднесмытой дер ново-подзолистой почвы при различных способах основной обработки (Ба бенки, учхоз «Михайловское») Содержание (%) частиц размером (мм) Обработка К Кс 1- 0,25- 0,05- 0,01- 0,005 0,001 0, 0,25 0,05 0,01 0,005 0, Вспашка на 3,5 13,3 48,5 8,0 9,1 17,7 34, глубину 38,1 61, 7,2 16,5 53,8 9,4 6,3 6,7 22, 20-22 см Минимальная обработка, 2,7 15,5 45,9 10,7 12,2 35, 13, лущение на 23,2 76, 4,1 20,3 55,6 9,5 7,4 3,0 22, глубину 6-8 см Водораздел, вспашка на 7,2 23,0 31,1 9,0 20,5 9,0 38, 32,8 67, глубину 9,3 26,8 39,4 10,5 11,0 3,0 24, 20-22 см НСР0,05 2,3 2, Числитель – гранулометрический состав;
Знаменатель – микроагрегатный состав.
Показатели Кс так же подтверждают сделанные ранее вводы по показате лю К дисперсности, что применение минимальной обработки повышает водо устойчивость микроагрегатов по сравнению с обычной вспашкой.
В опыте «Конаково» были усилены противоэрозионные мероприятия введением чизелевания, а также двух полей многолетних трав (таблица 5).
5.Групповой состав гумуса и показатели степени выпаханности дер ново-подзолистой почвы разной степени смытости при различных спосо бах основной обработки (Конаково, учхоз «Михайловское») Факторы Водораз Среднесмытая, 4° Сильносмытая, 8° дел Минималь- Минимальная Показате- Вспашка, вспашка Вспашка, ная обработ- обработка, ли на глуби на глуби- на глуби ка, лущение лущение на ну ну 20-22 ну 20- на глубину глубину 6- 20-22 см см см 6-8 см см Собщ,% 0,98 1,18 1,01 1,00 1, НСР0,05 0, 0,68 0,71 0,62 0,73 0, Свыт, % 59,60 64,62 61,05 73,00 62, НСР0,05 0, 0,20 0,28 0,17 0,21 0, Сгк, % 18,62 20,92 16,62 20,65 25, НСР0,05 0, 0,48 0,43 0,45 0,52 0, Сфк, % 40,80 43,70 44,43 52,35 37, НСР0,05 0, Сгк/Сфк 0,41 0,65 0,37 0,39 0, СЛОВ, % к массе 0,13 0,17 0,08 0,11 0, почвы НСР 0,05 0, CЛОВ, % к 13,53 14,81 7,93 11,14 16, Собщ Степень 11,47 10,19 17,07 13,86 8, выпахано- средневы- средневы- сильновы- средневы- слабовы сти паханная паханная паханная паханная паханная При минимальной обработке дерново-подзолистых почв в опыте «Конаково» наблюдалось в виде тенденции снижение Собщ на склонах крутизной 4° и 8°, и они существенно отличались от почв водоразделов, в которых содержание Собщ было выше.
Таким образом, даже при усилении противоэрозионных мероприятий в данном опыте показатели гумусового состояния эродированных почв за 21 год не достигли уровня почв на водоразделе во всех вариантах, кроме варианта с минимальной обработкой на склоне в 4°.
Содержание гумуса и его состав в почвах водораздела и в почвах на скло о не 4 при минимальной обработке не имеют существенных различий, что по зволяет сделать вывод о соответствии скорости смыва и скорости гумусонакоп ления. Влияние противоэрозионных обработок положительно сказалось на со держании Слов, как на среднесмытой, так и на сильносмытой дерново подзолистой почве, следствием чего явилось уменьшение степени выпаханно сти при применении минимальной обработки, причем, на сильносмытых почвах эта разница оказалась более существенной.
Воздействие противоэрозионных обработок на структуру почвы в опыте «Конаково» (таблица 6) было не одинаково.
6.Агрегатный состав пахотного горизонта среднесуглинистой дерно во-подзолистой почвы разной степени смытости при различных способах основной обработки (Конаково, учхоз «Михайловское») Размер (мм) и содержание (%) агрегатов Обработка Кстр Сухое просеивание Мокрое просеивание 10 10-0,25 0,25 1 0,25 0, Сильноэродированная, 8° Вспашка на глу 3,7 82,81 13,49 5,41 24,87 75,13 4, бину 20-22 см Минимальная обработка, лу 3,30 84,06 12,64 8,41 42,81 57,19 5, щение на глуби ну 6-8 см Среднеэродированная, 4° Вспашка на глу 4,99 92,38 2,63 5,96 26,99 73,01 12, бину 20-22 см Минимальная обработка, лу 16,50 82,95 0,55 5,92 30,45 69,55 4, щение на глуби ну 6-8 см Водораздел Вспашка на глу 1,72 87,22 11,06 6,55 28,45 71,55 6, бину 20-22 см НСР0,05 0, Кстр - коэффициент структурности.
С возрастанием крутизны склона с 4° до 8° Кстр уменьшался, а также уменьшалось количество водопрочных агрегатов.
В целом по опыту, лучшей водопрочной структурой характеризовалась почва при обычной обработке и при минимальной на склоне в 4°. Содержание водопрочных агрегатов почвы, расположенной на склоне крутизной 8° при ми нимальной обработке было существенно выше, чем в почвах такого же вариан та на склоне 4°, что можно объяснить более интенсивным смывом неводо прочных агрегатов и за счёт этого накоплением водопрочных.
Таким образом, по данным агрегатного анализа не обнаружено ухудше ние структуры с увеличением крутизны склона. В вариантах с обычной вспаш кой в качестве основной обработки структура существенно ухудшалась по сравнению с вариантами при минимальной обработке.
Анализируя данные гранулометрического и микроагрегатного составов пахотного горизонта почв разной степени смытости при проведении различ ных способов основной обработки (таблица 7), можно констатировать, что со держание илистой фракции более высокое в вариантах с обычной вспашкой и поверхностной обработкой на среднесмытой дерново-подзолистой почве, по сравнению с сильносмытой.
Следует отметить, что минимальная обработка в виде лущения на 8-10 см положительно влияет на микроагрегатный состав, о чем свидетельствует фак тор дисперсности (К) в пахотном горизонте на среднесмытых почвах. Именно в этом варианте происходит максимально интенсивное накопление гумуса и в его составе гуминовых кислот.
Сравнивая потенциальную способность к оструктуриванию почв разной степени смытости при различных обработках, можно отметить, что на средне смытой дерново-подзолистой почве она практически не изменялась в пахотном горизонте. Фактор структурности (Кс) несколько выше в пахотном горизонте среднесмытой дерново-подзолистой почвы при минимальной обработке, чем этот показатель в сильносмытом аналоге.
7.Гранулометрический и микроагрегатный состав пахотного гори зонта среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы разной степени смы тости при различных способах основной обработки (Конаково, учхоз «Ми хайловское») Содержание (%) частиц размером (мм) Обработка К Кс 1- 0,25- 0,05- 0,01- 0,005 0,001 0, 0,25 0,05 0,01 0,005 0, Сильноэродированная, 8° Вспашка на 10,7 15,8 7,6 34, 6,0 25,8 34, глубину 33,9 66, 4,1 35,9 39,2 10,6 7,7 2,6 20, 20-22 см Минималь ная обра 11,9 47,8 12,8 13,1 10,8 36, ботка, лу- 3, 31,3 69, 5,4 22,3 55,6 6,3 7,1 3,4 16, щение на глубину 6-8 см Среднеэродированная, 4° Вспашка на глубину 4,2 11,8 50,1 8,2 9,3 16,1 33, 32,1 67, 20-22 см 2,5 26,8 57,0 4,3 4,2 5,2 13, Минималь ная обра 13,0 49,8 9,1 13,0 12,3 34, ботка, лу- 2, 26,6 73, 1,5 29,2 57,8 5,9 2,4 3,3 11, щение на глубину 6-8 см Водораздел Вспашка на 6,9 26,2 28,2 14,4 15,3 9,0 13, глубину 33,9 66, 8,1 28,7 40,4 13,3 6,3 3,2 22, 20-22 см НСР0,05 3,25 3, Числитель – гранулометрический состав;
Знаменатель – микроагрегатный состав.
К – фактор диссперстности по Качинскому;
Кс – фактор структурности по Фагелеру.
4. Гумусовое и структурное состояние эродированных почв зонального ряда В настоящее время существует ряд способов оценки допустимых эрози онных потерь (Л.Ф. Литвин, 2002;
П.В. Голеусов, Ф.Н. Лисецкий, 2005;
М.С.
Кузнецов, В.М. Гендуков, 2002). Нами (Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов, И.А. Не тесонова, 2004) проведено исследование соотношения скорости смыва и скоро сти формирования гумусового горизонта по показателям гумусоваго состоя ния. Известно, что в большинстве типов несмытых зональных почв содержание гуминовых кислот, а также отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот (СГК/СФК), постепенно снижаются с глубиной. На основании этого было сделано предположение о возможности оценить соотношение скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта путем сравнения со держания гумуса отношения СГК/СФК в несмытых почвах и в аналогичных эро дированных. В случае, когда данные показатели в аналогичных смытых и не смытых почвах близки, можно предположить, что скорость смыва приблизи тельно соответствует скорости гумусообразования.
Оценка скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта, проведенная путем сравнения группового состава гумуса пахотных горизонтов несмытых почв зонального ряда и их среднесмытых аналогов показала, что среди рассмотренных типов почв скорость смыва превышала скорость гумусо образования в среднесмытой дерново-подзолистой почве (опыт Бабенки), тем но-серой лесной почве и черноземе оподзоленном. В среднесмытой дерново подзолистой почве (опыт Конаково), черноземе обыкновенном и каштановой почве скорость смыва примерно соответствовала скорости гумусообразования.
Такая же тенденция отмечалась и для подпахотных горизонтов исследуемых почв.
Полученные выводы подтверждаются результатами анализа агрегатного состава. Наиболее заметные различия агрегатного состава между несмытыми и смытыми почвами отмечались для темно-серых лесных и черноземов оподзо ленных. В смытых дерново-подзолистых почвах, чернозёмах обыкновенных и каштановых почвах агрегатный состав не существенно отличался от несмытых.
5. Агрохимические свойства и эффективное плодородие эродиро ванных почв зонального ряда Нами были проведены исследования эффективного плодородия в услови ях вегетационного опыта и эффективности применения удобрений в эродиро ванных почвах зонального ряда. Вегетационный опыт был заложен 10.08.09 г. В качестве посевного материала мы использовали ячмень «Михайловский». Ва рианты опыта включали смытый и несмытый аналоги с удобрениями и без них в 3 повторениях. Норма удобрений (нитрофоска) вносилась из расчёта 60 кг действующего вещества на 1 га. Семена высевали в количестве 30 штук на со суд. После прорастания нами было сделано прореживание всходов до 20 штук на сосуд. Полив производился в зависимости от интенсивности выпадения осадков. Удобрения вносились с поливом через 3 недели после посева ячменя.
Урожай был собран через 2 месяца после закладки опыта путем обрезки над земной части растений на расстоянии 2 см от почвы. Кроме надземной части были отобраны и подземная часть растений путем отмывки корней водой. За тем, определили надземную массу и массу корней, и измерили длину растений.
Урожайность ячменя (таблица 8) на смытых почвах без удобрений колебалась от 5,8 г/сосуд в дерново-подзолистых почвах до 21,8 г/сосуд в каштановых.
8.Урожайность ячменя на смытых и несмытых почвах зонального ряда в условиях вегетационного опыта Масса, г/сосуд Высота расте Надземной Подземной ний, см Общая масса Варианты части части С удоб- Без удо С удоб- Без удо С удоб- Без удо С удоб- Без удо рениями брений рениями брений рениями брений рениями брений Дерново-подзолистая Cмытая 16,88 3,28 4,74 2,48 21,62 5,76 25,68 19, Несмытая 20,46 7,77 5,21 4,93 25,67 12,70 28,52 24, НСР0,05 5,46 0,91 0,95 0,46 3,97 1, Темно-серая лесная Смытая 18,39 4,24 5,94 3,86 24,33 8,10 26,71 14, Несмытая 20,05 8,85 6,84 5,60 26,89 14,45 27,98 16, НСР0,05 2,18 0,86 0,55 2,33 2,65 1, Чернозем оподзоленный Смытая 15,30 7,72 7,78 2,81 23,08 10,53 31,28 19, Несмытая 16,81 6,08 9,78 8,55 26,59 14,63 35,29 22, НСР0,05 3,27 2,83 1,80 0,82 2,53 1, Чернозем обыкновенный Смытая 16,76 9,03 7,73 3,02 24,49 12,05 35,98 28, Несмытая 23,57 11,09 8,66 10,84 32,23 21,93 37,33 30, НСР0,05 7,19 2,87 0,65 0,91 2,33 8, Каштановая Смытая 20,97 16,88 6,76 4,94 27,73 21,82 35,04 35, Несмытая 25,51 16,18 7,37 6,61 32,88 22,79 41,15 38, НСР0,05 3,06 0,85 1,26 0,92 3,19 0, НСР0,05 4,39 1,45 0,80 0,95 2.25 3. Превышение составило 3,8 раза. В вариантах с несмытыми почвами урожай ность изменялась в той же последовательности, но превышение составило только 1,8 раза. В вариантах с удобрениями различия в урожайности сократи лись, и превышение самого высокого урожая над самым низким составило 1, раза, как в смытых, так и в несмытых аналогах.
Сопоставляя показатели урожая в вариантах с удобрениями и без удобре ний, более высокие различия наблюдались у дерново-подзолистой, темно серой лесной почвах и в черноземе оподзоленном;
в чернозёме обыкновенном и каштановой почве они менее выражены. По общей массе ячменя (урожайности) исследуемые варианты почв зонального ряда можно расположить в следующей последовательности в порядке возрастания: дерново-подзолистая - темно-серая лесная, чернозем оподзоленный – чернозем обыкновенный - каштановая поч ва. В целом, судя по прибавке в урожае, можно сделать вывод о более высокой эффективности применения удобрений на смытых почвах, что согласуется с литературными данными.
Анализируя агрохимические показатели (таблица 9) следует отметить, что реакция среды смытых и несмытых аналогов почв зонального ряда разли чалась не существенно.
В большинстве исследуемых почв в неэродированных аналогах отмеча лось более высокое содержание всех элементов питания по сравнению с эроди рованными аналогами. По содержанию минеральных форм азота исследуемые почвы зонального ряда располагались в следующей последовательности в по рядке возрастания: дерново-подзолистая – темно-серая лесная – чернозем обыкновенный – чернозем оподзоленный – каштановая почва.
По содержанию подвижных форм фосфора исследуемые почвы распола гались в следующем порядке по возрастанию: чернозем оподзоленный – черно зем обыкновенный и темно-серая лесная - дерново-подзолистая – каштановая почва;
по содержанию подвижного калия: чернозем оподзоленный – дерново подзолистая и темно-серая лесная – чернозем обыкновенный – каштановая поч ва.
Содержание легкоразлагаемого органического вещества и всех элементов питания в каштановой неэродированной почве было существенно выше по сравнению с остальными почвами, что обусловило более высокую урожайность ячменя.
9.Агрохимические показатели смытых и несмытых почв зонального ряда Варианты рН С ЛОВ, Минеральные Р2О5 К2О % к массе формы азота (мг/кг) (мг/кг) почвы (мг/кг) КСl Дерново-подзолистая по Кирсанову Смытая 4,8 0,10 26,2 71,3 121, очень низкое повышенное низкое содержание Несмытая 4,9 0,12 39,0 169,5 163, очень высокое повышенное низкое содержание содержание KCl Темно-серая лесная по Кирсанову Смытая 5,6 0,19 34,4 66,8 123, низкое низкое повышенное содержание содержание содержание Несмытая 5,0 0,25 47,4 130,5 160, среднее среднее повышенное содержание содержание содержание КСl Чернозем оподзоленный по Чирикову Смытая 4,6 0,18 48,4 65,8 87, низкое низкое среднее содержание содержание содержание Несмытая 4,5 0,29 53,5 74,6 119, среднее среднее повышенное содержание содержание содержание H2О Чернозем обыкновенный по Чирикову Смытая 8,3 0,16 38,3 101,7 99,3 среднее низкое среднее содержание содержание содержание Несмытая 8,2 0,18 45,1 130,1 191, среднее высокое высокое содержание содержание содержание H2О Каштановая по Чирикову Смытая 8,1 0,11 37,6 136,0 144, среднее высокое повышенное содержание содержание содержание Несмытая 7,6 0,17 68,3 221,3 391, высокое высокое оченьвысокое содержание содержание содержание Наиболее высокая положительная связь урожая ячменя в большинстве почв наблюдалась с содержанием минеральных форм азота и легкоразлагаемого органического вещества, а в некоторых почвах с содержанием подвижных форм фосфора и калия. Тесной связи урожая и физических свойств исследуе мых почв не наблюдалось.
Выводы 1.В условиях длительных опытов (более 20 лет) при высоком уровне агро техники установлено, что структурное состояние эродированных дерново подзолистых почв восстанавливается быстрее по сравнению с гумусовым со стоянием. Скорость смыва существенно превышала скорость гумусообразова ния на склоне 3- 4о при поконтурной обработке и одном поле многолетних трав в четырехпольном полевом севообороте. Об этом свидетельствует, как общее содержание гумуса, так и относительное содержание гуминовых кислот в его составе в смытых и несмытых почвах.
2. При минимальной обработке в эродированных почвах скорость гумусо накопления и формирования агрономически ценной структуры были более вы сокими по сравнению с почвами при обычной обработке, но не достигали уров ня несмытых почв водоразделов.
3. Усиление противоэрозионной эффективности поверхностной обработки путём введения 2-х полей многолетних трав, чизелевания на глубину 38...40 см после 1 укоса многолетних трав 2–го года пользования, и дискования тяжелыми дисковыми боронами на глубину 6…8 см под озимую пшеницу существенно увеличило скорость гумусообразования на склонах 4о и 8о. При этом гумусовое и структурное состояние почв при поверхностной обработке на склоне 4о, при мерно, соответствовали почвам водораздела.
4. Показатели возможного накопления гумуса, определенные на основа нии данных длительных опытов, были равны или превышали его возможные потери от эрозии, рассчитанные по справочным данным, и подтвердили право мочность выводов о соответствии скорости смыва и скорости гумусообразова ния в ряде исследованных типов почв.
5. Групповой состав гумуса черноземов обыкновенных и каштановых среднесмытых почв соответствовал групповому составу несмытых аналогов, что позволило сделать предположение о соответствии скорости смыва и скоро сти гумусообразования в этих почвах. В среднесмытых темно-серых лесных почвах, черноземах оподзоленных содержание гуминовых кислот и отношение Сгк/Сфк было существенно ниже, чем в несмытых аналогах, что связано с пре вышением скорости смыва над скоростью гумусообразования.
6. Полученные результаты косвенно подтверждались расчетами степени выпаханности смытых и несмытых почв зонального ряда, определенной по от ношению углерода легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) к общему углероду. По степени выпаханности несмытые почвы зонального ряда отнесены к средневыпаханным, а среднеэродированные – к сильновыпаханным. Разли чия в степени выпаханности между несмытыми и среднесмытыми аналогами темно-серых лесных почв и черноземов оподзоленных были более значитель ны, чем между несмытыми и среднесмытыми аналогами остальных типов почв.
7. Результаты агрегатного анализа показали, что наиболее заметные разли чия между несмытыми и смытыми аналогами отмечались для темно-серых лес ных почв и черноземов оподзоленных, что также согласовалось с оценкой ско рости смыва почв по изменению группового состава гумуса.
8. Факторы дисперстности и факторы структурности, рассчитанные по ре зультатам гранулометрического и микроагрегатного анализа, для несмытых и среднесмытых аналогов всех исследованных типов почв различалось незначи тельно, что также подтверждает вывод о более высокой скорости восстановле ния структурного состояния смытых почв по сравнению с гумусовым.
9. Урожайность ячменя исследуемых почв зонального ряда в условиях ве гетационного опыта снижалась в следующей последовательности: каштановая почва – чернозем обыкновенный – чернозем оподзоленный, темно-серая лесная, дерново-подзолистая.
10. Наиболее высокая положительная связь урожая ячменя в большинстве почв наблюдалась с содержанием минеральных форм азота и легкоразлагаемого органического вещества, а в некоторых почвах с содержанием подвижных форм фосфора и калия. Тесной связи урожая и физических свойств исследуе мых почв не наблюдалось.
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
1. Нетесонова И. А. // Гумусовое состояние эродированных почв зонального ряда. //Материалы юбилейной конференции молодых ученых и специали стов (июнь 2003 года): Сборник научных трудов. М., 2003. – С. 306-311.
2. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Нетесонова И.А. // Соотношение скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда // Почвы – национальное достояния России. Ма териалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов.- Новосибирск:
«НАУКА-ЦЕНТР», 2004. - Кн. 2. - С. 520-526.
3. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф., Нетесонова И.А., Беляев Ю.А. // О соотно шении скорости смыва и скорости формирования гумусового горизонта в эродированных почвах зонального ряда // Известия ТСХА. - 2004. - Вып.
1. - С. 16-23.
4. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Нетесонова И.А. // Эффективное плодородие эродированных почв зонального ряда и их неэродированных аналогов в условии вегетационного опыта // Доклады ТСХА. М.: Издательство РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева, 2010. - Вып. 282. - С. 657-662.