Агроэкологическая оценка агрогенно измененных псаммоземов северной части намибии
На правах рукописи
АНГОМБЕ Симон Тухафени
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АГРОГЕННО ИЗМЕНЕННЫХ
ПСАММОЗЕМОВ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ НАМИБИИ
Специальности: 03.02.13 – почвоведение
03.02.08 – экология
АФТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва 2010
1
Работа выполнена на кафедре экологии Российского государственного аг рарного университета – МСХА имена К.А. Тимирязева.
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Васенев Иван Иванович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Савич Виталии Игоревич доктор биологических наук, профессор Ларешин Вячеслав Григорьевич
Ведущая организация: Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова.
Защита диссертации состоится 22 марта в 14.30 часов на заседании дис сертационного совета Д 220.043.02 при Российском государственном аграр ном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Мо сква, ул. Тимирязевская,
С диссертацией можно ознакомится в Центральной научной библиотеке Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А.
Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская,
Автореферат разослан «19»февраля2010 г. и размещён на сайте университета – www.timacad.ru
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Т.В. Шнее Введение Актуальность. Одним из базовых элементов научно обоснованных проектов сельскохозяйственного землепользования и устойчивого развития сельских территорий является агроэкологическая оценка агрогенно изменен ных почв и технологий их использования («Агроэкология», 2000, 2004;
«Аг роэкологическая оценка земель….», 2005;
Васенев и др., 2009). Грамотное размещение сельскохозяйственных культур и развитие локальных систем орошения способно, в значительной мере, снизить экологические и экономи ческие риски сельскохозяйственного землепользования в засушливых усло виях (Кирюшин, 1996;
«Антропогенная эволюция черноземов», 2000;
Terry, Howell, 2001;
Козловский, 2003;
Gardner, Prugh, 2008;
Dodman et al., 2009).
Проблема устойчивого развития сельских районов чрезвычайно акту альна для развивающихся стран Африканского континента (Lange, 1998;
Pre tty, 2003;
«African Development….», 2004;
«Southern African …», 2006), харак терным представителем которых является Намибия. В пределах Намибии особую озабоченность вызывают проблемы агрогенной деградации земель региона Омусаты (Vigne,Whiteside,1997;
Barnard, 1998;
Mendelsohn, Obeida, 2005;
Burke, 2008;
Scherr, Sthapit, 2009) – в связи с увеличивающимся при ростом населения, постоянно растущими потребностями в продовольствии и ограниченными природными и хозяйственными ресурсами (Byers, 1997;
Ver linden et al., 2006;
«National Planning…», 2008). В нем получают значитель ную часть проса, пшеницы, кукурузы и овощей, выращиваемых в Намибии.
Цель работы состоит в комплексной оценке агроэкологического со стояния агрогенно измененных псаммоземов в условиях применения интен сивной и нормальной технологий орошаемого земледелия, широко распро страненных в северных районах Намибии.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Выбор представительных участков исследования в пределах двух типов орошаемых агроландшафтов, характерных для условий региона Омусаты.
2. Проведение сравнительно-географических исследований фоновых почв саванны, пастбищных экосистем и богарных пашен.
3. Проведение комплексных агроэкологических исследований старопа хотных агроземов, сформированных из псаммоземов в условиях малых фер мерских хозяйств с нормальным уровнем применяемых технологий орошае мого земледелия.
4. Проведение комплексных агроэкологических исследований старопа хотных агроземов, сформированных из псаммоземов в условиях крупных аг рофирм с интенсивными технологиями орошаемого земледелия.
5. Сравнительный анализ и экологическая оценка основных факторов и процессов агрогенной трансформации почв в условиях различных режимов землепользования.
Научная новизна. Изучены лимитирующие факторы устойчивого землепользования в условиях применения нормальных и интенсивных тех нологий орошаемого земледелия в основном сельскохозяйственном регионе Намибии (Омусаты). Выявлены процессы агрогенной деградации и програ дации псаммоземов в агроземы, дана их сравнительная характеристика в ус ловиях двух контрастных вариантов орошаемого земледелия – в сопостав лении с фоновыми псаммоземами саванны, пастбищ и богарными светлыми агроземами. Установлены закономерности пространственного варьирования основных диагностических показателей агроэкологического состояния па хотных псаммоземов (агроземов) северной части Намибии.
Практическая значимость. Исследования проводились в тесном кон такте с сотрудниками Департамента сельскохозяйственных исследований и внедрения Министерства сельского хозяйства, водопользования и лесово дства Намибии, региональной администрации Омусаты, фермерами и работ никами агрофирм. В результате были получены первые для Омусаты данные детальной агроэкологической характеристики орошаемых пахотных светлых агроземов, сформированных из псаммоземов, которые составляют основу сельского хозяйства региона. Создана локальная геоинформационная система для проведения мониторинговых наблюдений за экологическим состоянием орошаемых почв. Результаты исследований могут быть использованы при проведении землеоценочных работ и агроэкологической оптимизации оро шаемых систем земледелия в Омусаты и соседних регионах Намибии.
Апробация. Результаты исследования докладывались на Всероссий ских (С-ПГУ, 2008;
ВНИИА, 2008;
МГУ, 2008) и международных (РГАУ MCXA, 2009) научных конференциях.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 6 печатных работ, включая 1 статью в рецензируемом журнале по списку ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация представлена на страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов, содержит 23 таблицы и 45 рисунка, включает в себя библиографию из 316 наименований, в том числе 193 на иностранных языках.
Благодарность. Я выражаю самую глубокую признательность прави тельствам Намибии и России за предоставленную мне возможность учиться и совершенствовать свои знания в России. Я благодарен своему научному руко водителю профессору И.И. Васенёву за постоянную помощь и ценные советы во время выполнения работы. Благодарю всех преподавателей кафедры эколо гии за их поддержку в течение моего обучение в аспирантуре, а также старше го преподаватель А.В. Бузылева и доцента А.В. Жевнерова за их помощь при проведении лабораторных анализов. Искреннюю благодарность выражаю на шему деканату по обучению иностранных студентов и заведующему кафедрой по работе с ними за их наставления во время проведения моих исследований, а также за их ценную информационную поддержку. Также спасибо моим друзь ям, которые помогли мне в выполнении различных этапов моей работы.
Содержание работы Глава 1. Агрогенная деградация и агроэкологическая оценка почв Одной из основных проблем современного экологического кризиса яв ляется ускоренное развитие агрогенной деградации земель (рис. 1). Глобаль ный и региональный характер приобретают процессы антропогенного опус тынивания, агрогенной деградации, эрозии и техногенного загрязнения почв (Vigne, Whiteside, 1997;
«Агроэкология», 2000, 2004;
Кирюшин, 2000;
Савич, 2006;
Макаров,2007;
Мазиров,2008;
Gardner, Prugh,2008;
Brunotte et al., 2009).
регулярное механическое Агрогенные нарушение верхних горизонтов изменения почв изменения агрофизических свойств почв Обработка изменение водно воздушного режима изменение запасов доступ ных элементов питание Условия почвообразова ния эрозия Создание новых поч венных горизонтов засоление Трансформации функ ций почв орошение Изменения разнообразия загрязнение почвенного покрова Рис 1. Основные виды агрогенной деградации почв (по Дерпш, 2004) Гораздо чаще антропогенные изменения почв приводят к частичному ограничению их функционального качества и агроэкологического состояния («Проблемы агроэкологического мониторинга...», 1994;
Massoud, 1999;
Kim et al., 2000;
Feng et al., 2003;
«Методика агроэкологической…», 2004;
FAO, 2009). Эти проблемы, как правило, привлекают гораздо меньше внимания со стороны населения, административных и законодательных органов власти.
Однако, с учетом масштаба своего распространения и временных темпов развития, они несут не меньшую опасность для общества, чем уже свершив шиеся случаи регионального и локального опустынивания (Добровольский, 1994;
2006;
Акимова, Хаскин, 1998;
Козловский, 2003;
Куст, 2000, 2008).
Агрогенные изменения морфогенетического профиля почв, почвенных режимов и процессов часто имеют негативный характер, в результате чего значительно снижается эффективность выполнения почвой основных агроэко логических функций и, следовательно, рентабельность и устойчивость сель скохозяйственного производства (Бурцев, 1995;
Булгаков, 2001;
«Методика агроэкологической….», 2004;
Савич, 2006;
Сорокина, 2006;
«No-Till», 2006;
Мазиров, 2008;
Плющиков, 2008;
Gardner, Prugh, 2008;
FAO, 2008a).
Многолетний некомпенсированный вынос питательных веществ может приводить к большим агрогенным потерям запасов гумуса и доступных форм питательных элементов. В результате резко снижается потенциал ресурсно агрохимических функций большинства пахотных почв (Минеев, 1990;
1999;
UNCCD, 1994;
FAO, 2000;
Сычев, 2000;
Пучков, Локтионова, 2006). Широко распространена агрогенная деградация почвенного поглощающего комплек са. В результате снижается устойчивость почвенного функционирования, возрастают затраты на мелиоративные мероприятия, падает экономическая эффективность растениеводства (Бурцев, 1995;
«Антропогенная эволюция черноземов», 2000;
Яшин и др., 2000;
«Методическое пособие и норматив ные…», 2001;
«Методика агроэкологической…», 2004;
Дерпш, 2004;
Dudal, 2004;
Булгаков, Яковлева, 2006).
Эффективность и устойчивость функционирования агроэкосистем во многом определяется агроэкологическими особенностями земель, геоморфо логическими и гидрологическими условиями различных элементов конкрет ного агроландшафта (Васенев и др., 2004;
«African Development…», 2004;
Dudal, 2004;
«..Агроэкологическая оценка земель…», 2005;
Пучков, Локтио нова, 2006;
Смеян и др., 2006;
Gardner, Prugh, 2008). Их систематизирован ный учет и оценка требуют создания специализированных агроэкологиче ских баз данных и геоинформационных систем, нацеленных на выбор наибо лее подходящих земельных участков, в соответствии с требованиями сель скохозяйственных культур и технологий (Васенев, 2003;
Махонина, 2003;
Мистрюков, Савельева, 2005;
Vasenev et al., 2009;
Worldbank, 2009).
Современный этап развития сельского хозяйства в Намибии характери зуется активным развитием систем орошаемого земледелии с целью решения традиционных проблем местного производства качественных продуктов пита ния и трудовой занятости активной части населения. Интенсификация сель скохозяйственного землепользования часто сопровождается обострением эко логических проблем землепользования, снижением доступных запасов и каче ства водных ресурсов (Barnard, 1998;
NEPAD, 2005;
Mendelsohn, Obeida, 2005).
Проблемы агроэкологической оценки земель и оптимизации земледелия особенно актуальны в условиях активно развивающегося региона Омусаты, где отмечаются различные процессы агрогенной деградации почв: 1) ветровая, плужная и ирригационная эрозия;
2) обесструктурирование и дегумификация;
3) подщелачивание и засоление (Vigne, Whiteside, 1997;
Rigourd, Sappe, 1999).
Подобные проблемные ситуации, как правило, еще поддаются рацио нальному регулированию и разрешению. Это обусловливает особую актуаль ность развития соответствующей методической, информационной и техноло гической базы для их анализа, диагностики, оценки опасности, прогнозирова ния и нормативного обеспечения управленческих решений и мер функцио нально-целевого регулирования ( Кирюшин, 1996;
«Методическое...», 2001;
Булгаков, 2002;
Козловский, 2003;
Васенев, 2008;
FAO, 2008).
Глава 2. Объекты и методы исследования Наши исследования проводились в Намибии, активно развивающейся в последние годы южно-африканской стране, имеющей традиционно хорошие отношения с Россией. Эта обширная по территории страна расположена на юго-западном побережье Африки между 17,5 и 29 ю. ш., и 11,8 и 24,5 в. д.
(рис. 2). Южный тропик Козерога проходит через центральную часть Нами бии, разделяя страну примерно пополам. Общая площадь составляет около 824 тыс. км2;
это немного больше, чем площадь Пакистана или Турции.
Намибия Африка км км Участки Регион Омусаты исследования Агрофирмы с большими орошае мыми массивами Фермерские хо зяйства с не большими рабо чими участками км км Рис. 2. Схема расположения района и объектов исследования Узкая прибрежная равнина (шириной 100-150 км) охватывает одну из самых старых пустынь в мире Намиб (Erkkila, 1992;
Barnard, 1998;
Mendel sohn, Obeida, 2005). Местность медленно поднимается на восток от океанско го побережья до подножия континентального плато на высоте 900 м. На юге большую часть поверхности занимают открытые пески: жёлто-серые вбли зи побережья и кирпично-красные во внутренних районах пустыни.
Намибия имеет сухой климат с двумя основными сезонами: относи тельно более влажным летом (с сентября по апрель) и очень сухой и жаркой зимой. Среднегодовое количество осадков составляет 400-500 мм, но основ ная часть их выпадает в январе-феврале (Erkkila,Siiskonen, 1992;
Byers, 1997).
Геологически Намибия разделена на две части. Западная половина страны представляет собой гористую местность с контрастным сочетанием различных ландшафтов и геологических структур (Curtis, Mannheimer, 2005;
Mendelsohn, Obeida, 2005). Восточная половина плоская и почти полностью покрыта песком. Пустыня и полупустыни существуют здесь на протяжении 80 миллионов лет (Erkkila, Siiskonen, 1992).
Почвы в этих условиях, в основном, представлены ареносолями и рего солями, которые крайне бедны питательными элементами и характеризу ются низким уровнем влагоемкости (Erkkila, Siiskonen, 1992;
Mendelsohn, Ob eida, 2005;
Brunotte et al., 2008). Согласно схеме географического районирова ния, основная часть страны относится к пустыням, полупустыням и саваннам с полуоткрытыми лесистыми участками (Erkkila, 1992;
Barnard, 1998).
Регион Омусаты имеет общую площадь 26 573 км2 и расположен в се веро-западной части Намибии, вдоль реки Кунене. На юге граничит с регио ном Кaрахары сандфелд, а на северо-западе с долиной Кувелай. Полуза сушливый климат характеризуется высоким отношением среднемноголетней потенциальной эвапотранспирации (6420-6720 мм) к осадкам (400-550 мм). В условиях сухого климата и песчаного состава почв основная часть осадков быстро испаряется или просачивается глубоко в землю (Tyson, 1986;
Thomas, Shaw, 1991;
Angombe et al., 2000;
Mendelsohn et al., 2000;
Bronotte, et al., 2008).
В региональной системе почвенно-географического районирования (Coetzee, 2001) выделяется семь основных типов почв: ареносоли, камбисоли, флювисоли, лептосоли, регосоли, открытые обнаженные горные породы и солончаки (рис. 3). Большинство почв исследуемого региона характеризуется слаборазвитым профилем вследствие молодости почв и почвообразующих пород (флювисоли и регосоли) или нестабильности субстрата почвообразо вания (ареносоли, камбисоли) (Coetzee, 2001). Характер их пространственно го распределения и особенности свойств, как правило, определяются литоло го-геоморфологическими особенностями территории и ярко выраженными процессами эолового, аллювиального и пролювиального переноса песчаных и крупнопылеватых фракций.
Наши исследования проводились на почвах подтипа ферралик арено соли (согласно российской классификации – гумусовые псаммоземы). К ли митирующим факторам их агроэкологического состояния относятся низкая влагоемкость и емкость почвенного поглощаю щего комплекса (Rigourd, Sappe, 1999;
Coetzee, 2001;
FAO, 2003).
Исследования про водились на орошаемых полях представительного равнинно-долинного аг роландшафта в северо западной части региона Омусаты (2 варианта орошаемого землеполь км зования - табл. 1) и со пряженных с ними бо- Рис. 3. Картосхема распределения доминирую гарных участках пашни, щих почв региона Омусаты пастбища и саванны, ко торые выступают в качестве контрольных объектов анализа (табл. 2, рис. 4).
Исследуемые орошаемые участки были созданы в 1992 году посредст вом последовательной трансформации локальных систем землепользования:
саванна пастбище пашня орошение.
Особое внимание уделялось факторам и процессам агрогенной транс формации почв, с учетом неоднородности почвенного покрова. В ходе поле вых исследований 2007 года было сделано 130 разрезов и скважин, отобрано 269 профильных и смешанных поверхностных образцов почв.
Таблица 1. Сравнительный анализ исследуемых агрофирм и фермерских хо зяйств Агрофирмы с большими Фермерские хозяйства с не Параметр сравнения массивами орошения большими участками орошения Площадь орошаемого 300 га 3 га землепользования Виды удобрений Минеральные Органические и минеральные Уровень интенсифи Интенсивный Неинтенсивный (нормальный) кации земледелия Финансовое обеспе- Самофинансирование Использование льготных государ чение ственных кредитов Длительность ороше 16 лет Не более 15 лет ния Способ орошения Круговые самоходные Короткоструйные стационарные системы дождевания устройства Таблица 2. Краткая характеристика объектов исследования Землепользование Мощ Объект Гранул.
Тип Высота ность Длитель (кол-во точек состав Культуры почвы (уклон) А1 Вид ность / образцов) (порода) (см) (лет) 1113- Саванна мопане, Гуму Лес (50/95) 1126 м (редко- 100 комбретум, совые терминария (1-2°) лесье) псам 1117- аристиде, мозе Пастбище Пастбище 1133 м 3/ (100) шмидтия, мы (38/58) 6-10 (по лесу) росичка (1-3°) Песчаная 1123- Пар / Свет (песок) Богарная 16 – 11 / Пар / 6-10 1126 м пшеница лые аг пашня (8/16) (100) пшеница (0-1°) (по лесу) роземы (из гу Орошаемая пашня 1115 Мал. Уч. мусо- 16 – 11 / 15-20 1120 м Орошение: Кукуруза, (24/47) (100) вых (0-1°) 2 урожая пшеница, псам в год картофель, 1117 Бол. Мас. мозе- 16 – 11 / (по лесу) овощи 17-20 1126 м мов) (22/53) (100) (1-2°) - Colophospermum mopane - колофоспернум мопане, сombretum (collinum | angolensis) комбретум (холмовой | анголенский), Тerminaria (prunoides | sericea) - терминария (сливо видная|шелковистая).
- Aristida (stipioides | rhiniochloa) - Аристиде (ковылеподобная | риниозлакова), schmidtia kalihariensis - шмидтия карихарская, digitaria debilis - росичка слабая.
Условные обозначения: основные участки исследования ;
Контрольные объекты: в лесу, на пастбище, на богаре Рис. 4. Схема расположения основных участков исследования Лабораторно-аналитические исследования отобранных образцов вы полнялись: в лаборатории Министерства сельского хозяйства, водопользова ния и лесоводства Намибии, на кафедрах экологии, неорганической и анали тической химии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. В них определяли со держание органического углерода методами Валкей Блак и Тюрина (Nelson, Sommers, 1982;
Муравин и др., 2005), подвижного фосфора и обменного ка лия методами Ольсена и Мачигина (Shoenau, Karamanos, 1993;
Муравин и др., 2005), валового азота методом Кьельдаля (McGill, Figueirdo, 1993), под вижных микроэлементов (Zn, Cu,Fe, Mn) в аммонийно-ацетатной вытяжке с окончанием на атомно-абсорбционном спектрофотометре GBC Avanda («Soil Science …», 1992;
Yerima, 1997), pH водной вытяжки потенциометрически, гранулометрический состав методом пипетки (Miller, Miller, 1987), оценка засоления по удельной электропроводности (Hendershot et al., 1993).
На основе проведенных исследований сформирована локальная геоин формационная система для комплексного анализа и мониторинга агроэколо гического состояния исследованных почв. Для агроэкологической оценки почв использовалась адаптированная к условиям исследуемых объектов про грамма РАСКАЗ.
Глава 3. Морфогенетические и экологические особенности гумусовых псаммоземов саванны, пастбища и агроземов богарной пашни Исследуемые в саванне псаммоземы характеризуются полным набором горизонтов, свойственных гумусовым псаммоземам естественного сложения (табл. 3). В результате трансформации саванны в пастбище наблюдаются значительные изменения их верхнего гумусовo-аккумулятивного горизонта.
Таблица 3. Морфометрический анализ горизонтов исследованных почв Глубина нижней границы (см) горизонтов Объекты (n) W(PW) WC C(f)1 C(f) Саванна (контроль) (44) 4,60,17 19,10,54 29,50,59 39,80, Пастбище (33) 9,80,24 19,50,37 29,80,51 40,10, Богарная пашня (8) 11,10,26 20,40,21 30,60,28 40,10, НСР0,05 0,4 0,7 0,9 0, Важно отметить наличие в почвенном покрове двух основных подти пов гумусовых псаммоземов (согласно «Классификации и диагностике почв России», 2004): с красновато-бурым цветом горизонтов WC - C(f) (типичные гумусовые псаммоземы) и желтовато-бурым цветом типоморфных горизон тов WC - Cf (иллювиально-ожелезненные гумусовые псаммоземы: табл. 4), что является следствием пространственной дифференциации в рельефе двух вариантов песчаных почвообразующих пород. Иллювиально-ожелезненные гумусовые псаммоземы, как правило, занимают пониженные элементы мезо и микрорельефа и сформированы на песках преимущественно аллювиального происхождения. Типичные гумусовые псаммоземы, наоборот, занимают по вышенные позиции в рельефе с преобладанием частично перевеянных эоло во-аллювиальных песков. Это находит отражение и в характере распреде ления их гранулометрических фракций (табл. 5).
Таблица 4. Характеристика цвета (по Манселлу) типичных и иллювиально ожелезненных гумусовых псаммоземов и сформированных из них агроземах Горизонт Глубина Объекты Типичные Иллюв.-ожелез.
(n) (см) 2.5 YR (3-4)/(4-6), 7.5 YR 3/(4-6), W+WC 0- (44) 5 YR (3-4)/4 10 YR (3-4)/(4-6) Саванна 2.5 YR (3-4)/4, 7.5 YR 4/(4-6), (кон- Cf/C(f) (33) 20- 5 YR (3-4)/(3-4) 10 YR (3-4)/(4-6) троль) 2.5 YR 3/4, 7.5 YR (3-4)/(4-6), C· · (18) 40- 5 YR (3-4)/4 10 YR 3/ 7.5 YR (3-4)/(4-6), W+WC 0-20 2.5 YR (2.5-4)/(2-6) (33) 10 YR (3-4)/(4-6) Пастбище Cf/C(f) (23) 20-40 2.5 YR 3/4 7.5 YR 4/4, 10 YR 3/(4-6) C· · (2) 40-60 - 7.5 YR 4/ W(PW)+ 0-20 2.5 YR 3/4, 5 YR 4/4 10 YR 4/ WC (8) Богарная 2.5 YR (3-4)/(4-8), пашня Cf/C(f) (6) 20-40 10 YR 3/ 5 YR 4/ C· · (2) 40-60 2.5 YR 3/4 10 YR 3/ Таблица 5. Гранулометрический состав исследованных почв (м, %) Типичные (n = 5 : 24) Иллюв.-ожелез. (n = 5 : 20) Объекты (n) Песок Пыль Глина Песок Пыль Глина Саванна (контроль) (44) 90,20,6 5,70,6 4,10,2 90,00,9 4,20,7 5,30, Пастбище (33) 91,50,5 4,10,2 4,40,3 89,01,1 5,10,8 5,90, Богарная пашня (8) 93,90,5 2,80,4 3,30,7 93,00,5 2,40,4 4,50, НСР0.05 1,8 1,6 1,4 2,0 1,6 1, Типичные гумусовые псаммоземы саванны характеризуются незначи тельным, но достоверным снижением содержания глинистой фракции и по вышенным содержанием фракции пыли – по сравнению с иллювиально ожелезненными гумусовыми псаммоземами. При трансформации саванны в пастбище наблюдается дальнейшее облегчение гранулометрического состава почв – вследствие выдувания фракции пыли. В иллювиально-ожелезненных гумусовых псаммоземах отмечается незначительное возрастание фракций пыли и глины, которые, судя по всему, латерально перераспределяются в по ниженные элементы мезо- и микрорельефа.
В результате распашки происходит дальнейшее облегчение грануло метрического состава, прежде всего, за счет выдувания пылеватой фракции.
Ее содержание в псаммоземах при этом сокращается более чем в 2 раза.
Важно отметить наблюдаемую при этом конвергенцию свойств типичных и иллювиально-ожелезненных гумусовых псаммоземов, при сохранении суще ственной разницы между ними в содержании глинистой фракции.
Несмотря на то, что содержание гумуса исследуемых почв менее 0,4 %, мы считаем его, вслед за предыдущими исследователями ареносолей (Vigne, Whiteside, 1997;
Rigourd, Sappe,1999;
Barnard,Van Ranst, 2005;
Gardner, Prugh, 2008), важным показателем агроэкологического состояния псаммоземов.
Проведенные исследования выявили, что содержание гумуса в почвах паст бища почти не отличается от почв саванны – на глубину до 60 см (табл. 6).
Таблица 6. Агрогенные изменения базовых характеристика разных горизон тов псаммоземов и агроземов.
Иллювиально Типичные ожелезненные Горизонт Глубина Объекты (повтор- Гумус, *EC, Гумус, *EC, (см) pH pH ность) % дС/м % дС/м М М 0,380,03 2,240,13 7,10,1 0,380,02 1,890,02 6,70, W+WC(44) 0- Саванна 0,290,06 0,310,03 3,130,32 6,60, (Кон- Cf/C(f) (33) 20-40 - троль) 0,280,03 0,240, C· · (18) 40-60 - - - 0,420,04 2,070,16 6,60,06 0,340,03 1,760,06 6,70, W+WC(8) 0- 0,290,02 2,000,18 6,80,1 0,330,04 1,500,1,3 6,6 Пастбище Cf/C(f) (6) 20- 0,24- 0,22- 1,30- 6,9 С· (2) 40-60 - W(PW)+ 0,520,02 3,00,36 6,30,14 0,540,05 4,20,66 6,30, 0- WC(8) Богарная 0,340,08 3,00,58 6,10,10 0,430,06 5,5- 5,8 пашня Cf/C(f) (6) 20- 0,24- 3,0- 6,0- 0,33 C· · (2) 40-60 - W(PW)+WC 0-20 0,06 0,44 0,21 0,07 0,59 0, НСР0.05 Cf/C(f) 20-40 0,11 0,81 - 0,09 0,32 0, C· · 40-60 0,02 - - 0,06 - *Удельная электропроводность Важно отметить достоверное увеличение содержания гумуса в почвах богарной пашни, небольшие участки которой расположены в угловых частях орошаемых массивов (см. рис. 4). Вероятно, это является следствием более высокой продуктивности этих участков богарной пашни, по сравнению с са ванной и пастбищем. В случае иллювиально-ожелезненных гумусовых псам моземов и сформированных из них светлых агроземов достоверное увеличе ние содержания гумуса отмечается до глубины 60 см.
Диагностируемый уровень удельной электропроводности незначитель но снижается на пастбище и резко возрастает на богарной пашне (в 1,5 раза в случае типичных и в 2 раза в случае иллювиально-ожелезненных гумусовых псаммоземов и сформированных из них светлых агроземов). Вероятно, это объясняется применением высоких доз минеральных удобрений особенно на соседних участках орошаемой пашни: до N650P900K535 действующего веще ства в год (при получении двух урожаев сельскохозяйственных культур).
Другим следствием этого является достоверное понижение значения pH вод ной вытяжки почв, максимально выраженное в горизонте C(f)2 светлых агро земов богарной пашни: до 6,0-6,1 в случае агроземов, сформированных из типичных, и 5,8 - из иллювиально-ожелезненных гумусовых псаммоземов.
Основным результатом ежегодного применения на соседних орошае мых участках очень высоких доз минеральных удобрений стало достоверное изменение содержания подвижного фосфора и обменного калия в агроземах богарной пашни – по сравнению с псаммоземами контроля (табл. 7).
Таблица 7. Содержание NPK в исследованных псаммоземах и агроземах Типичные Иллюв.-ожелез.
Горизонт (пов- Глубина Объекты Nобщ. P205* K20* Nобщ. P205* K20* торность) (см) М (мг/кг) М (мг/кг) 2043,6 376,0 1021,8 2054,9 26,84,3 1401, W+WC(44) 0- Саванна 1917,9 9,61,4 915,5 1954,6 165,3 1141, Cf/C(f) (33) 20- (контроль) 1593,2 9,71,3 1044,7 1907,1 131,7 1181, C· · (18) 40- 2094,5 226,0 1291,8 1993,7 212,6 841, W+WC(8) 0- Пастбище 1913,4 90,9 1132,5 1976,3 142,4 720, Cf/C(f) (6) 20- C· · (2) 40-60 - - - 180 6,5 2209,2 906,6 2380,5 2348,0 964,9 2870, W(PW)+WC(8) 0- 1978,8 807,1 1625,0 2271,4 2316, Богарный Cf/C(f) (6) 20-40 C· · (2) 40-60 178 47 144 196 64 W(PW)+WC 0-20 11,4 12,3 2,7 11,0 7,8 2, НСР0.05 Cf/C(f) 20-40 13,7 1,6 8,8 8,4 5,2 5, C· · 40-60 6,5 2,7 2,4 4,8 1,2 0, *Содержание подвижного фосфора и калия по Мачигину и Ольсену Содержание валового азота на богарной пашне повышается на 2-14%, подвижного фосфора – в 2,5-3,5 раза, обменного калия в 1,3-2,3 раза. При чем, увеличение содержания NPK, как правило, значительно лучше выраже но в случае светлых агроземов, сформированных из иллювиально-ожелезнен ных гумусовых псаммоземов.
В орошаемых почвах Намибии традиционно определяют содержание подвижных форм меди, железа, марганца и цинка, имеющих наиболее важ ное значение для выращиваемых культур. В исследованных почвах содержа ние подвижной меди достоверно снижается при распашке: примерно в 2 раза в случае типичных и в 3 раза – в случае иллювиально-ожелезненных гумусо вых псаммоземов и сформированных из них светлых агроземах (табл. 8). Таблица 8. Содержание микроэлементов в аммонийно-ацетатной вытяжке из верхних горизонтов псаммоземов и агроземов Типичные Иллюв.-ожелез.
Глубина Объекты (n) Cu Fe Mn Zn Cu Fe Mn Zn (см) М (мг/кг) М (мг/кг) Саванна (кон W+WC 1,60,1 2,60,3 17,13,1 0,50,3 2,30,5 2,20,1 10,33,3 0,20, троль) (19) Пастбище (20) W+WC 1,70,4 2,20,2 10,52,7 1,5- 1,20,2 2,80,2 5,72,5 0,10, Богарный (7) (P)W+WC 0,70,4 1,90,7 5,01,0 3,42,5 0,80,3 4,10,4 12,34,0 5,61, НСР0,05 (P)W+WC 0,43 0,59 5,37 2,47 0,55 0,82 6,19 1, Содержание подвижного железа в пахотном горизонте типичных свет лых агроземов богарной пашни в 1,5 раза меньше, чем в сопоставляемых с ними верхних горизонтах типичных гумусовых псаммоземов саванны. В слу чае иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземов и иллювиаль но-ожелезненных гумусовых псаммоземов его содержание, наоборот, повы шается – почти в 2 раза. Ранее мы уже отмечали агрогенное накопление в них наиболее мобильных компонентов почвы.
Содержание марганца последовательно снижается в типичных гумусо вых псаммоземах: до 3-х раз в сформированных из них типичных светлых агроземах. Иллювиально-ожелезненные гумусовые псаммоземы характери зуются повышенной вариабельностью Mn: коэффициент варьирования со ставляет 30-40 %. Содержание подвижного цинка в результатам распашки резко возрастает: в 7 раз в типичных гумусовых псаммоземах и более чем в 20 раз в иллювиально-ожелезненных гумусовых псаммоземах.
Проведённые исследования показали активное развитие процессов эро зии, подкисления, гумификации и засоления - особенно на малых участках орошения и типичных гумусовых псаммоземах (табл. 9).
Таблица 9. Оценка интенсивности основных почвенных процессов в псаммо земах пастбища и агроземах богарной пашни Псаммоземы Процессы гумусовые Дефляция Подкисле- Засоление Объекты Гумификация (Агроземы пыли- ние ЕС (кг/м2 год) светлые) (г/м2 год) (pH/год) (дС/м год) Пастбище 1432 0,13 0 0, Типичные Богарная 742 0,06 38 0, пашня Пастбище 806 - -36 0, Иллювиально ожелезненные Богарная 460 0,03 95 0, пашня Процесс гумификации лучше выражен на участках богарной пашни при больших массивах орошения с интенсивными технологиями и в иллюви ально-ожелезненных типичных светлых псаммоземах. В последних лучше выражены и деградационные процессы вторичного засоления – особенно при их расположении в зоне действия больших орошаемых массивов.
Глава 4. Морфогенетические и экологические особенности орошаемых светлых агроземов, сформированных из псаммоземов В результате трансформации пастбища в орошаемую пашню наблюда ются достоверные изменения мощности верхнего гумусовoаккумулятивного горизонта, что связано с глубиной периодической обработки почв (табл. 10).
Важно отметить достоверно большую мощность пахотных горизонтов на больших массивах орошения по сравнению с маленькими орошаемыми уча стками. В мощности нижележащих горизонтов почв разных вариантов оро шения существенной разницы не отмечается.
Таблица 10. Морфометрический анализ горизонтов исследованных орошае мых агроземов и псаммоземов Глубина нижней границы (см) Объекты PW (пах.) WC Cf C(f) Пастбище (контроль) (33) 9,80,24 19,50,37 29,80,51 40,10, Орошаемая пашня 15,40,15 20,10,20 30,50,29 40,20, (Малые Участки) (24) Орошаемая пашня 17,50,14 20,50,19 30,80,25 40,50, (Большие Массивы) (22) НСР0,05 0,3 1,6 0,7 0, Сравнительный анализ цветовых характеристик орошаемых светлых агроземов и псаммоземов соседних пастбищ показал повышенный уровень насыщенности цвета в случае орошаемых типичных светлых агроземов и усиление желтых оттенков цвета в иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземах (табл. 11).
Таблица 11. Характеристика цвета (по Манселлу) орошаемых типичных и ил лювиально-ожелезненных типичных светлых агроземов Иллювиально Горизонт Глубина Объекты Типичные (n) (см) ожелезненные 7.5 YR (3-4)/(4-6), W+WC 0-20 2.5 YR (2.5-4)/(2-6) (33) 10 YR (3-4)/(4-6) Пастбище Cf/C(f) (23) 20-40 2.5 YR 3/4 7.5 YR 4/4, 10 YR 3/(4-6) (контроль) C· · (2) 40-60 - 7.5 YR 4/ PW+WC 0-20 2.5 YR (3-4)/(4-8) 10 YR (3-4)/(4-6) (24) Орошаемая пашня Cf/C(f) (17) 20-40 2.5 YR (3-4)/(4-8) 10 YR 3/(4-6) (Малые Участки) C· · (6) 40-60 2.5 YR (3-4)/(4-6) 10 YR 3/(4-4) PW+WC 7.5 YR (2.5-4)/(1-4), 0-20 2.5 YR (2.5-3)/(4-6) (22) 10 YR 3/(4-6) Орошаемая пашня Cf/C(f) (16) 20-40 2.5 YR 3/(4-6) 7.5 YR 3/(4-6), 10 YR 3/(4-6) (Большие Мас сивы) 7.5 YR (3-4)/(1-4), C· · (15) 40-60 2.5 YR 3/(4-6) 10 YR 3/(4-6) Гранулометрический анализ орошаемых светлых агроземов показал достоверные различия между иллювиально-ожелезненными типичными и типичными светлыми агроземыми (табл. 12). Для пахотных горизонтов свет лых агроземов в больших массивов орошения характерно минимальное со держание глинистой фракции – вероятно, в результате ее вымывания.
На малых орошаемых участках наблюдаются значительные изменения гранулометрического состава типичных светлых агроземов, которые отлича ются супесчаностью, с повышенным содержанием пыли и глины. В иллюви ально-ожелезненных типичных светлых агроземах, наоборот, отмечается не значительное, но достоверное снижение содержания пылеватой и, особенно, глинистой фракций в случае малых участков орошения.
Наиболее оптимальный в агроэкологическом отношении грануломет рический состав наблюдается в типичных светлых агроземах малых орошае мых участков и в иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземах на больших массивах орошения.
В результате орошения наблюдается значительное увеличение содер жания гумуса. В наибольшей степени это проявляется в иллювиально-оже лезненных типичных светлых агроземах на больших участках орошения, где отмечаются более высокий уровень технологий и урожайность культур. Дву кратное увеличение гумуса проявляется здесь на глубину до 60 см (табл. 13).
Таблица 12. Гранулометрический состав орошаемых светлых агроземов и контрольных объектов псаммоземов (м, %) Типичные ( n = 6 : 26) Иллюв.-ожелез. (n = 15 : 50) Объекты (n) Песок Пыль Глина Песок Пыль Глина Пастбище 91,50,5 4,10,2 4,40,3 89,01,1 5,10,8 5,90, (контроль) (33) Орошаемая пашня 86,22,6 6,72,0 7,01,6 91,51,1 4,51,0 4,00, (Малые Участки) (24) Орошаемая пашня 92,70,5 4,41,0 2,90,8 89,41,6 6,21,3 4,50, (Большие Массивы) (22) НСР0.05 2,5 2,2 1,4 2,6 2,1 0, Таблица 13. Агрогенные изменения физико-химических характеристик оро шаемых светлых агроземов и контрольных объектов псаммоземов (м) Типичные Иллюв.-ожелез.
Глубина Гумус, *EC, Гумус, *EC, Объекты Горизонт (n) pH pH (см) % дС/м % дС/м М М 0,420,04 2,070,16 6,60,06 0,340,03 1,760,06 6,70, W+WC (8) 0- Пастбище 0,290,02 2,000,18 6,80,1 0,330,04 1,500,13 6,6 Cf/C(f) (6) 20- (контроль) 0,24- 0,22- 1,30- 6,9 C· · (2) 40-60 - Орошаемая PW+WC (24) 0-20 0,530,08 4,750,76 6,30,10 0,560,08 4,470,34 6,50, пашня Cf/C(f) (17) 20-40 0,500,06 4,190,47 6,10,05 0,450,06 5,250,66 6,3 (Малые C· · (6) Участки) 40-60 0,420,04 5,330,33 6,00,01 0,390,04 - PW+WC (22) Орошаемая 0-20 0,640,12 5,170,94 6,40,10 0,670,06 5,100,37 6,40, пашня Cf/C(f) (16) 20-40 0,400,07 6,000,55 6,20,06 0,460,05 5,350,70 6,2 (Большие Массивы) C· · (15) 40-60 0,350,03 5,500,40 6,20,06 0,430,05 4,740,64 6,4 PW+WC 0-20 0,2 1,3 0,2 0,1 0,5 0, НСР0,05 Cf/C(f) 20-40 0,1 0,8 0,1 0,1 1,0 C· · 40-60 0,1 0,8 0,1 0,1 - *Удельная электропроводность В наибольшей степени эти изменения выражены в иллювиально-оже лезненных типичных светлых агроземах, которые характеризуются лучшей способностью к окультуриванию и меньшими колебаниями влажности почв (поскольку преобладают в пониженных элементах микро- и мезорельефа).
Уровень удельной электропроводности достоверно и резко возрастает по всему профилю орошаемых агроземов: в 2,3-2,5 раза на всех орошаемых участках. Вероятно, это объясняется применением высоких доз минеральных удобрений особенно на больших орошаемых массивах пашни. Изменения наиболее выражены в случае иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземов, на глубине от 20 до 60 см.
Следует отметить и достоверное понижение значений pH водной вы тяжки в образцах орошаемых светлых агроземов, максимально выраженное в горизонтах C(f)2 светлых агроземов на всех орошаемых участках: 6,2 в типич ных и иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземах.
Основным результатом ежегодного применения на орошаемых участ ках очень высоких доз минеральных удобрений стало значительное увеличе ние в их почвах содержания питательных элементов N, P, K (табл. 14).
Таблица 14. Содержание NPK в исследованных светлых агроземах Иллювиально Типичные ожелезненные Глубина Объекты Горизонт (n) P205* K20* P205* K20* Nобщ. Nобщ.
(см) М (мг/кг) М (мг/кг) 2094,5 226,0 1311,8 1993,7 212,6 821, W+WC (8) 0- Пастбище 1913,4 90,9 1122,5 1976,3 142,4 720, Cf/C(f) (6) 20- (контроль) C· · (2) 180- 6,5- 71 40-60 - - Орошаемая PW+WC (24) 0-20 2238,6 515,1 2113,4 2217,4 456,7 2124, пашня Cf/C(f) (17) 20-40 2214,0 438,8 2315,6 2129,8 337,9 2324, (Малые Участки) C· · (6) 40-60 2239,1 415,6 2323,1 2069,5 223,1 2318, PW+WC (22) 0-20 26913,7 715,5 2844,3 2308,1 1028,3 4944, Орошаемая пашня Cf/C(f) (16) 20-40 2038,4 634,2 103- 2147,0 718,7 2164, (Большие Массивы) C· · (15) 40-60 2234,8 593,1 - 2107,8 659,6 2084, PW+WC 0-20 18,4 11,6 6,5 13,2 12,1 6, НСР0,05 Cf/C(f) 20-40 11,0 9,5 5,6 15,9 13,1 6, C· · 40-60 14,5 9,1 - 17,8 13,0 13, *Содержание подвижного фосфора и калия по Мачигину и Ольсену Проведенные исследования показали, что содержание валового азота в светлых агроземах малых участков орошения повышается на 6-11 %, под вижного фосфора – в 2,1-2,3 раза, обменного калия в 1,6-2,6 раза (по срав нению с контрольными псаммоземами пастбища). На больших массивах орошения содержание валового азота повышается на 16-29 %, подвижного фосфора – в 3,2-4,9 раза, обменного калия в 2,2-6,1 раза. При этом, увели чение содержания NPK для больших участков орошения значительно лучше выражено на иллювиально-ожелезненных, а на малых участках орошения – на типичных светлых агроземах (аналогично закономерностям агрогенно ирригационного изменения их гранулометрического состава).
Большие массивы орошаемых пашен отличаются повышенным содер жанием подвижного кальция, особенно в типичных светлых агроземах, где его уровень достигает 1,33 мэкв/100 г почвы (табл. 15). Это на 36 % больше, чем в соседних иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземах на тех же массивах орошения. Максимум кальция приходится на пахотный го ризонт почв, а в подпахотном содержание уменьшается.
Таблица 15. Содержание Ca и микроэлементов в аммонийно-ацетатной вы тяжке из верхних горизонтов орошаемых светлых агроземов Типичные Иллювиально-ожелезненные Горизонт Ca Cu Fe Mn Zn Ca Cu Fe Mn Zn Объекты (n) (мэкв/ (мэкв/ М (мг/кг) М (мг/кг) 100г) 100г) Пастбище 0,510,02 1,70,4 2,20,2 10,52,7 1,5- 0,610,08 1,20,2 2,80,2 5,72,5 0,10,02 (контроль) W+WC (8) PW+WC Орошае- 0,710,1 0,40,1 3,40,2 6,32,3 4,31,2 0,780,1 0,80,1 4,20,4 10,22,9 4,81, (24) мая пашня Cf/C(f) (17) 0,310,1 - - - - - 2,4- 2,8- 17,2- 4,5 (Малые Участки) C· · (6) 0,540,1 - - - - - - - Орошае- PW+WC (22) 1,330,1 0,50,1 3,30,1 14,44,6 9,92,3 0,810,1 1,30,3 5,01,0 13,83,1 7,11, мая пашня Cf/C(f) (16) - 0,18- 3,2- 14,3- 4- 0,4- - - - (Большие Массивы) C· · (15) 0,440,1 0,1 - - - - - - 3,7- 1,4 НСР0,05 P(W)+WC 0,1 1,1 0,3 6,6 3,6 0,2 0,6 1,1 5,8 1, Наблюдается отчетливая тенденция наибольшего накопления боль шинства исследованных микроэлементов в светлых агроземах больших оро шаемых массивов. В наибольшей степени это справедливо для железа и цин ка. Содержание подвижного железа увеличивается в 1,3 раза в случае типич ных и в 2,3 раза – иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземов.
Еще сильнее увеличивается содержание подвижного цинка.
В светлых агроземах малых орошаемых участков отмечается понижен ное содержание некоторых микроэлементов: меди – на 75 % в типичных и на 35 % в иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземах;
марганца – на 30% в типичных светлых агроземах. В свою очередь, содержание железа и цинка увеличивается: железа – в 1,5 раза в типичных и почти в 2 раза в ил лювиально-ожелезненных типичных светлых агроземах, а цинка – почти в раза в типичных и еще больше в иллювиально-ожелезненных типичных свет лых агроземах. В целом, иллювиально-ожелезненные типичные светлые аг роземы, как правило, содержат больше подвижных форм микроэлементов в пахотном слое, чем типичные.
При трансформации пастбищ в орошаемую пашню преобладают поло жительные изменения агроэкологического состояния пахотных горизонтов формируемых из гумусовых псаммоземов светлых агроземов (табл. 16). Ис ключение составляют процессы слабого агрогенного подкисления (от -0, до -0,04 pH в год) и засоления (0,17 – 0,26 дС/м в год), которые наиболее от четливо проявляются в агроземах больших массивов орошения.
Таблица 16. Оценка интенсивности основных почвообразовательных процес сов в орошаемых светлых агроземах Процессы Красно Варианты Дефляция Засоление профильные Подкисление Гумификация орошения пыли- ЕС псаммоземы (кг/м2 год) (pH/год) (г/м год) (дС/м год) Малые 665 -0,04 128 0, Участки Типичные Большие 77 -0,03 113 0, Массивы Малые 153 -0,02 130 0, Участки Иллювиально ожелезненные Большие 281 -0,03 171 0, Массивы Проведённые исследования показали активное развитие в орошаемых светлых агроземах агрогенно активизированных процессов эрозии, подкис ления, гумификации и засоления (рис. 5). Процессы дефляции и подкисления наиболее четко выражены в случае типичных светлых агроземов на малых участках орошения.
Процессы гумификации и вторичного засоления лучше выражены в иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземах на больших мас сивах орошения – с интенсивными технологиями, более высокими дозами орошения, повышенной урожайностью выращиваемых культур и значитель но большим объемом корневых и пожнивных остатков.
Тип светлых агроземов Роды Типичные Иллюв.-ожелез. Орошаемая Орошаемая Орошаемая Орошаемая Пашня Пашня Пашня Пашня (Бол. Мас.) (Мал. Уч.) (Бол. Мас.) (Мал. Уч.) Дефляция - Д Дефляция - Д (+) (+) (++) (+++) Подкисление - К Подкисление - К + ++ + ++ Гумификация - Г Гумификация - Г ++ + + + Засоление - С Засоление - С ++ ++ + + Низкая Среднее Повышенное Низкая Среднее Повышенное К Г, Д Д, К Д Д, Г С С Г, С С Рис. 5. Оценка интенсивности основных почвенных процессов в исследован ных светлых агроземах двух вариантов орошения Глава 5. Агроэкологическое качество гумусовых псаммоземов и светлых агроземов в условиях различных режимов землепользования Проведенные исследования показали значительную пространственную дифференциацию большинства исследованных параметров почв и рассчи танных для них частных оценок агроэкологического качества типичных и иллювиально-ожелезненных гумусовых псаммоземов;
типичных и иллюви ально-ожелезненных типичных светлых агроземов (табл. 17).
Определяемые подтиповыми различиями псаммоземов, родовыми от лдичиями агроземов и спецификой различных вариантов землепользования и орошения кратные варьирования наиболее значимых агроэкологических по казателей почв необходимо учитывать при планировании дальнейшего раз вития сельскохозяйственного землепользования региона Омусаты.
В качестве лимитирующих агроэкологическое состояние гумусовых псаммоземов и светлых агроземов чаще всего выступают пять следующих параметров: мощность гумусово-аккумулятивных горизонтов, содержание глины, гумуса, подвижного цинка и марганца. В большинстве случаев их значения существенно улучшаются в процессе сельскохозяйственного освое ния земель под системы интенсивного орошения.
Таблица 17. Сравнительная агроэкологическая оценка диагностических па раметров типичных и иллювиально-ожелезненных типичных гумусо вых псамомоземов и сформированных из них светлых агроземов.
Типичные Иллювиально-ожелезненные Орошение Орошение Параметр Саван- Паст- Бога- Саван- Паст- Бога Мал. Бол. Мал. Бол.
на бище ра на бище ра Уч-ки Мас. Уч-ки Мас.
Мощность 0,70 0,78 0,93 0,96 0,70 0,78 0,93 0, 0,29 0, гор. А1-АВ Физ. песок 0,75 0,66 0,47 0,91 0,57 0,76 0,81 0,54 0,66 0, Физ. глина 0,39 0,46 0,87 0,64 0,74 0,48 0,37 0, 0,22 0, Физ. пыль 0,71 0,39 0,84 0,46 0,42 0,60 0,06 0,48 0, 0, Плотность 0,57 0,68 0,76 0,80 0,82 0,51 0,68 0,70 0,82 0, сложения Гумус 0,50 0,58 0,74 0,76 0,88 0,50 0,42 0,77 0,80 0, EC 0,98 0,99 0,96 0,86 0,82 0,99 0,99 0,90 0,88 0, pHH2O 1 1,00 0,98 0,98 0,99 1,00 1,00 0,98 0,99 0, N общ. 0,91 0,92 0,94 0,94 0,99 0,91 0,90 0,96 0,94 0, P подв. 0,91 0,45 1,00 0,99 1,00 0,66 0,41 1,00 0,98 1, К обм. 0,50 0,67 0,96 0,93 0,99 0,73 0,38 0,99 0,94 1, Cu подв. 0,68 0,72 0,89 0,49 0, 0,22 0,10 0,14 0,27 0, Fe подв. 0,92 0,84 0,75 0,98 0,98 0,84 0,84 1,00 1,00 1, Mn подв. 0,45 0,36 0, 0,22 0,08 0,11 0,22 0,09 0,28 0, Zn подв. 0,53 0,69 0,99 0,85 0,76 0, 0,04 0,16 0,01 0, Наиболее значимые положительные изменения отмечаются в случае иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземов. Относительно наилучшее агроэкологическое состояние типичных светлых агроземов, как правило, достигается на малых участках орошения. Комплексная агроэколо гическая оценка земель позволяет оптимизировать процесс улучшения их ка чества, последовательно снимая действие лимитирующих факторов – по уровням их лимитирования, начиная с приоритетных факторов.
Комплексную оценку агроэкологического качества почв мы рассчита ли, используя три обычно применяемые при этом алгоритмов оценки: расче та среднеарифметических, среднегеометрических и среднегармонических значений (рис. 6). Все три метода комплексной оценки показали, что самый высокий уровень агроэкологического качества исследуемых почв наблюдает ся в случае иллювиально-ожелезненных типичных светлых агроземов боль ших массивов орошения с интенсивными агротехнологиями. Агроэкологиче ское качество типичных светлых агроземов выше на фермерских участках.
Контрастность между различными вариантами почв и вариантами зем лепользования в наибольшей степени проявляется при использовании алго ритма среднегармонических значений, который применяется в РАСКАЗе.
SAB В SAB А Условные обозначения:
SAB Б SAB: Почвенного –экологический бонитет Сав. : Саванна Паст. : Пастбище Бог. : Богара Ор. Мал.Уч.: Орошение малыми участками Ор. Бол. Масс.: Орошение большими мас сивами.
Рис. 6. Комплексная агроэкологическая оценка типичных и иллювиально ожелезненных гумусовых псамомоземов и светлых агроземов с примене нием трех алгоритмов расчета: А – среднее арифметическое, Б – среднее геометрическое, и В – среднее гармоническое Сравнительный анализ результатов комплексной агроэкологической оценки различных вариантов землепользования гумусовых псаммоземов и сформированных из них светлых агроземов позволяет рекомендовать для приоритетного использования в будущих системах интенсивного орошения региона Омусаты иллювиально-ожелезненные типичные светлые агроземы.
В случае необходимости развития мелких фермерских хозяйств с неин тенсивным уровнем орошения приоритет следует отдавать использованию типичных светлых агроземов (типичных гумусовых псаммоземов).
Активное развитие деградационных процессов агрогенно активизиро ванных подкисления и вторичного засоления обусловливает необходимость организации на системах орошения агроэкологического мониторинга и кон троля показателей рН и электропроводности – с учетом исходной простран ственной дифференциации почв.
Выводы 1. Проведенные исследования почв природных и агрогенно изменен ных экосистем региона Омусаты показали значительное пространственное разнообразие преобладающих там гумусовых псаммоземов и светлых агро земов, среди которых целесообразно выделять типичные и иллювиально ожелезненные таксоны. Иллювиально-ожелезненные гумусовые псаммоземы занимают пониженные элементы микро- и мезорельефа и отличаются от ти пичных преобладанием желтых тонов окраски почвенных горизонтов (WC – C(f)2), повышенным содержанием глинистой фракции, подвижного фосфора и обменного калия, пониженной удельной электропроводностью и содержани ем проанализированных микроэлементов (Mn, Fe, Cu, Zn). В саванне на них встречаются виды растений (росичка слабая, полевичка пышная, терминария шелковистая), не характерные для типичных гумусовых псаммоземов.
2. Перевод гумусовых псаммоземов в режим регулярного пастбищного использования сопровождается незначительным повышением содержания в них гумуса, пониженным содержанием подвижных форм питательных эле ментов и большинства исследованных микроэлементов, а также, как правило, незначительным снижением удельной электропроводности и рН. Богарное использование пашни сопровождается трансформацией гумусовых псаммо земов в типичные светлые агроземы, но не имеет самостоятельного экономи ческого значения в резко засушливых условиях Омусаты. Небольшие участки богарной пашни расположены по углам больших массивов орошения и ха рактеризуются значениями агроэкологических показателей почв, близкими к характеристикам почв малых участков орошения фермерских хозяйств.
3. Наиболее важное значение в сельском хозяйстве региона Омусаты имеют орошаемые земли, представленные большими орошаемыми массива ми агрохолдингов (площадью около 300 га) и малыми участками орошения фермерских хозяйств (площадью около 3 га). Их светлые агроземы отлича ются от сопряженных с ними гумусовых псаммоземов контрольных объектов пастбища и саванны достоверно повышенным содержанием гумуса ( в 1,5- раза) и подвижных форм основных элементов питания: на 2-30 % по валово му азоту, в 2,1-4,9 раза по подвижному фосфору и обменному калию, в 1,3 6,1 раза повышенными значениями удельной электропроводности, а также значительным снижением (на 0,2-0,7) значений рН.
4. Сравнительный анализ агроэкологического состояния орошаемых светлых агроземов малых фермерских участков и больших массивов ороше ния выявил значительно лучшее состояние последних: по содержанию гуму са – в 1,2 раза, общего азота – в 1,1-1,2 раза, подвижного фосфора – в 1,4- раза и обменного калия – в 1,3-2,3 раза. В наибольшей степени эти изменения выражены в иллювиально-ожелезненных светлых агроземах, которые харак теризуются лучшей способностью к интенсивному окультуриванию.
5. В результате активного сельскохозяйственного использования зна чительно возрастает пространственная неоднородность агроэкологического состояния сформированных из гумусовых псаммоземов светлых агроземов, что отражает значительное пространственное разнообразие основных про цессов агрогенной деградации (вторичное засоление, эрозия, подкисление) и проградации почв (гумификация, окультуривание). Существенные агроген ные изменения агроэкологических показателей почв захватывают и горизонт С на глубину до 60 см. Основные отрицательные последствия интенсивного ирригационного использования иллювиально-ожелезненных типичных свет лых агроземов проявляются в постепенном возрастании уровня их вторично го засоления (отражается в 2-3-кратном увеличении значений удельной элек тропроводности), локальном проявлении эрозии при орошении на склонах крутизной около 3° и постепенном подкислении реакции среды.
6. К лимитирующим факторам агроэкологического состояния исследо ванных орошаемых типичных светлых агроземов, чаще всего, относятся мощность гумусово-аккумулятивных горизонтов (оценка от 0,29 до 0,96), со держание глины (оценка от 0,14 до 0,87) и гумуса (оценка от 0,42 до 0,90), обменного калия (оценка от 0,38 до 1), подвижного фосфора (оценка от 0, до 1) и микроэлементов. Большинство из них эффективно регулируется в применяемых на больших массивах системах интенсивного орошения. При этом постепенно развивается проблемная экологическая ситуация вторично го засоления, диагностируемая по удельной электропроводности.
7. Значительный уровень негативных агрогенных изменений, проис шедших за первые 16 лет орошения, обусловливает необходимость организа ции регулярных мониторинговых наблюдений за агроэкологическим состоя нием сформированных из гумусовых псаммоземов орошаемых светлых агро земов – прежде всего, их удельной электропроводностью и рН. Агрогенная деградация сильнее проявляется в типичных светлых агроземах. Процессы интенсивного агрогенного окультуривания, наоборот, на 10-25 % лучше вы ражены в иллювиально-ожелезненных светлых агроземах, что позволяет ре комендовать их к первоочередному использованию в новых системах интен сивного орошения, которые планируется активно развивать в Намибии.
Список работ, опубликованных по теме диссертации Ангомбе С. Агроэкологическая оценка ирригационно измененных почв в ус ловиях Намибии (большие орошаемые массивы) // Материалы международной научно-практической конференции в Центральном музее почвоведения им. В.В.
Докучаева, 26 Февраля – 1 Марта 2008. С.-Пб: С-ПбГУ. 2008. С. 147-148.
Angombe S. Evaluation of modified agricultural soils in the northern Namibia // Proceedings of International Conference for undergraduate and postgraduate students and young scientists “LOMONOSOV”, 8-12 April 2008. M.: MLSU. 2008. P. 4-5.
Ангомбе С. Агроэкологическая оценка ирригационно измененных почв На мибии // Материалы международной школы-конференции молодых ученых и специалистов во ВНИИА, 21- 22 мая 2008. Москва: ВНИИА. 2008. С. 137-140.
Ангомбе С. Агроэкологическая оценка ирригационно измененных почв в ус ловиях Намибии (фермерские хозяйства с небольшими рабочими участками) // Материалы международной научно-практической конференции в РГАУ-MCXA имени К.А. Тимирязева, 23-24 апреля 2009 года. М. ТСХА. 2009 (в печати).
Vasenev I.I., Bojko O.S., Angombe S.T. Geoinformation Methodical Support for Agroecological Optimization of Precision Farming at the Chernozem Zone, Russia // Izvestia of TSHA. 2009. Special Issue. P. 28-34.
Ангомбе С., Васенев И.И. Агроэкологическая оценка агрогенно-иррига ционной трансформации псаммоземов региона Омусаты // Доклады ТСХА. В.
281. М.: ТСХА. 2009 (в печати).
Angombe S.T. Agroecological evaluation of agrogenic ferralic arenosols in the northern Namibia. Author summary of the thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Soil Science and Ecology.
M.: RSAU – Moscow Timiryazev Agrarian Academy, 2010. 25 p.
Executive Summary One of the basic elements of sound scientific projects of agricultural land use and sustainable development of rural areas is the agroecological evaluation of agro genic human-induced soil changes and subsequently used technologies. Well planned placement of agricultural crops and development of local irrigation systems are capa ble of reducing, significantly, ecological and economic risks of agricultural land use in drought conditions. The problem of sustainable development in rural areas is preva lent in most developing countries in Africa, including Namibia. In Namibia, the em phasis is on desertification and degradation of agricultural land – especially in the Omusati region. The problem is further exacerbated by the increasing population, re sulting in constantly increasing food demands. This exerts pressure on limited natural and economic resources of the region, which are vital to maintain sustainable food production.
The study was carried out in the Etunda irrigation farm, located in the Omusati region. The current farm area under irrigation is about 600 hectares in size, which is split in half for both commercial (large-scale) and small-scale farming. The commer cial farmer has 10 center pivots covering a large area of about 30 hectares each. There exist small-scale farmers and each has a crop field of about 3 ha for irrigation.
The objective of this study was to evaluate and determine limiting factors for sustainable land use with the application of both conventional and modern intensive agricultural technologies in the Omusati region in order to improve soil management practices. The evaluation revealed the phenomenal processes of agrogenic degradation and pro-gradation of agrozems developed from ferralic arenosols. The comparative analysis of agrozems was carried out in two contrast irrigated crop field types in com parison with savannas, pastures and dry-land areas. Furthermore, relationship patterns of spatial variations for the main diagonostic indicators of agroecological condition of arable agrozems were also established.
The analysis revealed that humus content increased (1,5-2 times), total nitrogen (2-30%), available phosphorus and potassium (2,1-4,9 and 1,3-6,1 times respectively), and significantly increase soil electrical conductivity and pH (with 0,2-0,7). The com parative analysis of agroecological conditions of irrigated agrozems in the small-scale farmer’s and large-scale farmer’s fields has revealed considerably better soil contents conditions as follows: humus contents in 1,2 times, total nitrogen in 1,1-1,2 times, available phosphorus in 1,4-2 times and available potassium in 1,3-2,3 times. The changes are more apparent in illuvial-ferrum agrozems which are characterized as the best suitable for intensive cultivation.
As a result of active agricultural use, spatial heterogeneity of agroecological conditions of agrozems considerably increases, which reflects a significant spatial va riety of the main processes of agrogenic degradations (secondary salinization, erosion, acidification) and soil pro-gradation (humification, cultivation). Essential agrogenic changes of agroecological soil indicators also appear in C horizon with a depth up to 60 cm. Negative consequences of intensive irrigational use of typical illuvial-ferrum agrozems are shown by a gradual increase of their secondary salinization level, the appearance of local erosion on irrigated slopes with a steepness of approximately degrees and gradual environment acidification reactions.
Evaluation scales of the agroecological limiting factors for agrozems are as fol lows in order: soil fertility depth of humus accumulation horizons (0,29 - 0,96), clay content (0,14 - 0,87), humus content (0,42- 0,90), available potassium (0,38 - 1), available phosphorus (0,41- 1) and microelements. Most of these limiting factors can be effectively adjusted in the large-scale intensive irrigation system. Thus, the prob lematic ecological situation of secondary salinization, diagnosed soil electrical con ductivity, gradually develops, especially in the (large-scale farmers).
The significant level of negative agrogenic changes that occur for the first years of irrigation necessitate the need for setting up regular monitoring of irrigated agrozems agroecological conditions. Monitoring is required especially for soil electri cal conductivity and pH. On the contrary, agrogenic degradation is more apparent in typical agrozems, because the processes of intensive agrogenic cultivation are 10- % better expressed in illuvial-ferrum agrozems. Therefore, this leads to the recom mendation that illuvial-ferrum agrozems be used primarily in new systems of inten sive irrigation system (large-scale irrigation system).
The research is the first of its kind done in the Omusati region that describes in detail the agroecological characteristic of irrigated arable agrozems, which form the foundation of the region’s agriculture. This provides the basis for a local geoinforma tion system (meta-database) that can be used for agroecological monitoring of agro zems. Results of this research can be used for carrying out land evaluation and agroe cological optimization of irrigated agriculture systems in the Omusati and the neigh boring regions of Namibia.
Key words: agroecological, agrogenic, agrozems, ferralic arenosols, illuvial-ferrum, land use, land evaluation, irrigation, small-scale irrigation, large-scale irrigation, in tensive agriculture, Namibia, Omusati region.