Анализ изменения состава и свойств черноземов лесостепи и степи Зауралья при распашке

Буровато-серый, плотный, густо пронизан корнями, ходы корней, ореховатый, глянец и полив, тонкопористый, переход постепенный.

Бурый с сероватыми затеками, белесыми пятнами, неоднородный, вскипает бурно от НСl, карбонаты, тонкопористый, ореховато-призматический, переход постепенный.

Белесовато-бурый, с белесыми пятнами, неоднородный, вскипает от НСl, карбонаты в виде «белоглазки», плотный, призматический, переход постепенный.

Бурый с белесым оттенком и белесыми пятнами, вскипает, карбонаты, плотный, призматический, тонкопористый.

Анализ полученных данных показывает, что в пахотном слое черноземов происходит изменение структуры почвы в сторону ее ухудшения: комковатая структура сменяется комковато-пылеватой или пылевато-комковатой. Все распаханные черноземы имеют рыхлое сложение. Ниже пахотного горизонта отчетливо выделяется плужная подошва. На целине почва слабо уплотнена. Нижняя часть профилей почв не затронута негативным воздействием техники, нет изменений в плотности, не выявляется подтягивание легкорастворимых солей. Следовательно, в большей степени подвержена разрушительным процессам верхняя наиболее плодородная часть почвы. Ухудшение структурного состояния поверхности почвы уменьшает ее сопротивляемость процессам выдувания и смыва мелкозема, особенно сильно это проявляется в весенний период, когда почва лишена растительности.

Анализ описания профилей почв показывает, что на распаханных участках черноземов имеют место эрозионные процессы, захватывающие только верхнюю часть гумусового слоя.

Наблюдается различие в мощности гумусового слоя чернозема выщелоченного: на целине 42 см, на пашне - 36 см, в черноземах южном и обыкновенном различия по данному показателю не значительны (57 и 56 см, 49 и 46 см соответственно).

Изменение внешних признаков черноземов происходит в зависимости от того, в каких климатических условиях они формировались, следовательно, почвообразовательные процессы будут различны. Процесс выщелачивания характерен только для черноземов выщелоченных. Внешними признаками его является очень слабая белесоватость, отсутствие буроватого оттенка в гумусовом горизонте. В черноземах южных отчетливо проявляется процесс осолонцевания, внешне он выражается в уплотнении горизонта В1 и образовании ореховатой структуры, то есть на основной гумусово-аккумулятивный процесс накладывается солонцовый, снижающий уровень плодородия этих почв.

Таким образом, выраженность комковатой структуры, окраска черноземов свидетельствуют о развитии гумусово-аккумулятивного процесса. Черноземы выщелоченные характеризуются большим его проявлением, как на целине, так и на пашне, слабее этот процесс протекает в южных черноземах. Наиболее подвержена снижению гумусово-аккумулятивного процесса пашня.

3.2 Деградационные изменения состава и свойств черноземов лесостепи и степи при распашке

3.2.1 Физические и водные свойства

В условиях интенсивного сельскохозяйственного использования для разработки прогноза возможных изменений свойств почвы необходимо знание вопросов почвообразования.

В свою очередь, для агрономической и генетической характеристики почвы используется интегральный показатель сложения почвы - ее плотность, которая влияет на поглощение влаги и ее передвижение в профиле. Газообмен определяет направление и интенсивность микробиологических и биохимических процессов. Верхние горизонты почвенного профиля, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению, имеют меньшую плотность, которая вниз по профилю возрастает.

Увеличение плотности сложения в переходном гумусовом горизонте почв нередко является проявлением солонцового процесса почвообразования, который выявляется уже при морфологическом описании профиля почвы.

По данным А.П. Щербакова (2000), воздействие сельскохозяйственной техники на влажную почву стало приводить к значительному переуплотнению, которое сопровождается иссушением, цементацией, растрескиванием почвы, как результат, существенным снижением средней продуктивности сельскохозяйственных культур (на 10-40 %). Значительное повышение плотности сложения в подпахотном горизонте свидетельствует об образовании плужной подошвы. Однако, как указывает Н.Ф Ганжара. (2001), при измерении плотности почвы сразу после вспашки она ниже, затем постепенно повышается и приходит в равновесное состояние (равновесная плотность).

Гранулометрический состав и содержание гумуса в почвах - основные факторы, определяющие их физические и водные свойства (таблица 2).

Таблица 2

Физические и водные свойства черноземов

Анализ данных таблицы 2 показывает, что пахотный слой всех черноземов на пашне в слое до 20 см имеет плотность сложения 1,1 и 1,15 г/см3 которая, по С.И. Долгову (1966), характеризуется как оптимальная. В подпахотных горизонтах плотность возрастает до 1,38-1,40 г/см3.

Плотность почвы также увеличивается в иллювиальных горизонтах выщелоченных черноземов, карбонатных (В3) и солонцеватых иллювиальных горизонтах (В1 и В2) обыкновенных и южных черноземов.

Постепенно вниз по профилю в соответствии с распределением гумуса увеличивается плотность сложения черноземов выщелоченных на целине. Использование этого чернозема в пашне способствует возрастанию плотности сложения в подпахотном горизонте до 1,40 г/см3 и отчетливому проявлению плужной подошвы.

В черноземах обыкновенных и южных на пашне также выявляется плужная подошва, но повышение плотности сложения в этих почвах меньше по сравнению с выщелоченными черноземами. Вероятно, это связано с водным режимом исследованных почв.

Черноземы выщелоченные являются более увлажненными (периодически промывной тип водного режима), поэтому при воздействии тяжелой техники происходит большая деформация подпахотного горизонта, по сравнению с обыкновенными и южными черноземами (непромывной тип водного режима).

Следует отметить резкое повышение плотности сложения в горизонте В1 южных черноземов на целине (1,37 г/см3), что свидетельствует о проявлении солонцового процесса почвообразования на фоне основного гумусово-аккумулятивного. На это указывает и содержание физической глины (частиц <0,01 мм); их количество увеличивается в горизонте В1 как целинных, так и пахотных почв (что выявляется и морфологически).

В условиях степной зоны гумусово-аккумулятивный процесс в разной степени проявляется в зональных почвах - черноземах обыкновенных и южных.

Плотность твердой фазы, в исследуемых черноземах определяется содержанием в почве компонентов органической и минеральной частей. Этот показатель увеличивается вниз по профилю в соответствии с уменьшением содержания гумуса.

Черноземы южные как на целине, так и на пашне имеют более высокую плотность твердой фазы, чем выщелоченные и обыкновенные (таблица 2). Следует отметить повышение плотности твердой фазы при распашке всех подтипов черноземов в результате потери почвой органического вещества.

Различия плотности сложения и плотности твердой фазы почвы черноземов лесостепи и степи обусловили различия в общей порозности, которая зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной фауны, содержания органического вещества, в пахотных горизонтах - от частоты и приемов обработки и окультуренности почвы. Хорошая оструктуренность, рыхлость черноземов определяют высокую порозность в их гумусовых горизонтах.

Данные таблицы 2 свидетельствуют об удовлетворительной порозности в горизонтах А всех целинных земель. Она составляет 53-54 % от объема почвы. При обработке черноземов порозность повышается до 57-59 %, что, по шкале Н.А.Качинского, характеризует пахотный слой как культурный с отличной порозностью (И.С.Кауричев, 1982). Однако в подпахотном горизонте выщелоченного и обыкновенного черноземов в результате воздействия техники порозность снизилась до 48-49 %.

В черноземе южном, в отличие от других, даже на целине в горизонте В1 порозность составляет 49 %, а при использовании под пашню снижается до 47 %. Эта тенденция свидетельствует о воздействии техники на свойства чернозема южного при выраженном солонцовом процессе почвообразования.

Наименьшая влагоемкость (НВ), по классификации А.А. Роде (1975), характеризует наибольшее количество капиллярно - подвешенной влаги, которое может удерживать почва после стекания избытка влаги при отсутствии подпора грунтовых вод (глубоком залегании).

Изучаемые черноземы находятся в разных по увлажнению условиях, что важно для хода почвообразования, микробиологических процессов.

Величина НВ зависит от гранулометрического состава почвы, ее плотности, структурного состояния и содержания гумуса. Так как черноземы для исследований взяты одинакового гранулометрического состава - среднесуглинистые, то можно сказать, что НВ будет определяться в основном содержанием гумуса.

С уменьшением содержания гумуса и физической глины (частиц <0,01 мм) значение величины НВ изменяется. Показатель НВ на целине в горизонте А наибольший (26,0 %) - у выщелоченных и наименьший (22,4 %) - у южных черноземов, что связано с содержанием гумуса при одинаковом гранулометрическом составе.

На пашне величина показателя НВ уменьшается в связи со снижением гумуса при деградации (таблица 2). Но в целом, водоудерживающая способность черноземов среднесуглинистых лесостепи и степи достаточно высокая.

Запасы влаги в слое 0-100 см при НВ различаются в зависимости от вида угодья и почвенной подзоны: на пашне в черноземе выщелоченном они составляют 328 мм; обыкновенном - 349 мм; южном - 290 мм; на целине они выше: 336 мм, 353 мм, 299 мм соответственно.

Таким образом, запасы влаги при НВ снижаются в южной части степной зоны. Это связано с развитием ветровой эрозии, о чем свидетельствует понижение содержания частиц меньше 0,01 мм в горизонте А чернозема южного, особенно на пашне.

3.2.2 Агрегатный состав

Совокупность агрегатов различной величины, формы и качественного состава называется структурой почвы. Структура - важнейшая агрономическая характеристика почв. От нее зависят общие физические, физико-механические, водные, воздушные и тепловые свойства почв, окислительно-восстановительные условия и связанные с ними условия микробиологической деятельности и другие свойства и режимы почв.

Распределение структурных агрегатов в массе почвы в соответствии с их размерами определяет агрегатный состав почвы. По данным А.А. Яскина и других (В.П. Ковриго, 2000), структурные агрегаты по размеру делят на 3 группы: глыбистая структура - размер более 10 мм; макроструктура - размер 10,0-0,25 мм; микроструктура - размер менее 0,25 мм.

Агрономически ценной является комковатая и зернистая макроструктура верхних горизонтов почвы размером от 0,25 до 10 мм, обладающая водопрочностью и связностью.

Количественный и качественный состав макроструктурных отдельностей почвы в значительной степени определяет также ее противоэрозионную устойчивость. Агрегаты диаметром более 2 мм являются эффективным защитным противоэрозионным слоем. Менее эффективна роль агрегатов размером 1-2 мм, а агрегаты менее 0,5 мм совсем неэффективны и легко переносятся ветром.

Комковатость слоя 0-5 см является диагностическим признаком устойчивости почв к ветровой эрозии, если на поверхности нет борозд или стерни, которые изменяют этот признак в ту или иную сторону.

Созданию благоприятных физических свойств почвы и условий плодородия способствуют агрегаты от 10 до 0,25 мм; с точки зрения ветроустойчивости, лишь агрегаты крупнее 1 мм обладают большей устойчивостью в течение летнего сезона.

В наших исследованиях (таблица 3), на глубине 0-5см, у черноземов выщелоченных целины ветроустойчивые агрегаты (более 1 мм) составляют 67,1 %, очень близок этот показатель на пашне (64,6 %). Эрозионно-опасная фракция составляет 32,9 % и 35,4 % соответственно.

При проведении сухого просеивания видно, что выщелоченные черноземы ветровой эрозии не подвержены. Содержание эрозионно-опасной фракции в этих почвах сравнительно невелико, но на пашне их больше на 2,5 %.

Таблица 3

Агрегатный состав черноземов выщелоченных

При мокром просеивании чернозема выщелоченного среднесуглинистого количество водопрочных агрегатов размером 1-10 мм на пашне 45,4 %. Данные почвы хотя и слабо, но подвержены водной эрозии, причиной этого является распашка, способствующая дезагрегации почвы. На целине в черноземах выщелоченных количество агрегатов более 1 мм - 52,5 %(таблица 3). До крайнего допустимого предела устойчивости интервал составляет всего 2,5 %. Следовательно, эти почвы генетически подвержены водной и слабо подвержены ветровой эрозии.

Противоэрозионная устойчивость черноземов обыкновенных среднесуглинистого состава иная (таблица 4).

При сухом просеивании количество эрозионно-устойчивых агрегатов более 1 мм на пашне составляет 48,8 %, на целине - 63,9 %. Сравнивая показатели ветроустойчивости на черноземе обыкновенном (агрегаты более 1 мм) на целине и пашне, можно увидеть, что пашня подвержена больше ветровой эрозии. Это связано с применением различных агротехнических мероприятий, отклонениями от принятых технологий.

В то же время пашня может подвергаться и водной эрозии.

Таблица 4

Агрегатный состав черноземов обыкновенных

Количество водопрочных агрегатов здесь составляет 48,8 %, на целине же количество агрегатов больше 1 мм - 52,7 %. До крайнего допустимого предела или порога устойчивости интервал составляет всего 2,7 %.

Таким образом, черноземы обыкновенные в пашне подвержены как водной, так и ветровой эрозии.

При исследовании агрегатного состава чернозема южного (таблица 5) видно, что эти на пашне почвы сильно подвержены ветровой эрозии. Количество ветроустойчивых агрегатов составляет всего 28,9 %, а водопрочных - 30,8 %.

По мнению А.П. Щербакова (2000), процесс агрогенной деградации может распространяться на глубину более 0,5 м и обычно усиливается в условиях орошения.

Таким образом, при распашке все черноземы Челябинской области подвержены в разной степени водной, а черноземы обыкновенные и южные и ветровой эрозии. Наиболее устойчивым к эрозионным процессам является чернозем выщелоченный, который даже на пашне слабо подвергается только водной эрозии.

Таблица 5

Агрегатный состав черноземов южных

Целина же более устойчива к эрозионным процессам. В пахотных эродированных почвах уменьшается содержание пылеватой и илистой фракций, что вызывает существенные изменения в их химическом составе. При этом происходит значительный вынос органического вещества и элементов питания растений, дезагрегирование почвы.

Рассматривая физические и водные свойства черноземов Челябинской области видно, что они подвержены деградации, а, следовательно, возможно изменение хода почвообразовательных процессов в негативную сторону - снижение гумусово-аккумулятивного процесса, развитие осолонцевания, а вслед за ним осолодения. В большей степени деградационные изменения проявятся в черноземах обыкновенном и южном.

Таким образом, применение почвосберегающих технологий, повышающих или сохраняющих содержание гумуса, может привести к интенсивному гумусово-аккумулятивному процессу, улучшающему агрегатный состав и другие свойства черноземов.

3.2.3 Агрохимическое состояние

Содержание гумуса, мощность гумусового слоя и состав гумуса являются важными показателями потенциального плодородия почвы. Однако как его интегрированный показатель гумус черноземов подвержен заметным изменениям под действием возрастающей антропогенной нагрузки на пахотные почвы. В первые 10-20 лет после распашки происходит наиболее резкое снижение количества источников гумуса (Н.Ф. Ганжара, 2001). Потери и недостаток легкоразлагаемых органических веществ приводит к усилению процессов выпахивания: ухудшение структуры, физических и водно-физических свойств, ухудшение питательного режима почв. Средние биологические потери гумуса в пахотном слое за все время использования черноземов составляют, примерно, 15-20 %. Восстановить содержание гумуса в пахотных черноземах до уровня целинных практически невозможно из-за большой разницы в количестве поступающих источников гумуса на целине и пашне и различий в функционировании естественных фитоценозов и агроценозов.

Гумусное состояние почвы характеризуют показатели содержания гумуса, его распределение по профилю и запасы.

Важнейшей особенностью агрохимического состава черноземов Челябинской области является богатство их гумусом. Оно в большинстве случаев превышает 6 % в относительном исчислении и 150 т/га при определении запаса в пахотном слое 0-20см (В.П. Козаченко, 1999). По принятой градации - это средний показатель гумусового состояния. Содержание гумуса черноземов постепенно убывает вниз по профилю, что обусловлено характером распределения корневых систем травянистой растительности. Агрохимическое состояние черноземов представлено в таблице 6.

Гумус черноземов характеризуется преобладанием гуминовых кислот над фульвокислотами (Сг.к:Сф.к.=1,5-2). Гуминовые кислоты отличаются высокой степенью конденсированности, а фульвокислоты - почти полным отсутствием их свободных форм (Ю.Д. Кушниренко, 1968).

Таблица 6

Агрохимическая характеристика черноземов

По данным таблицы 6 видно, что целинные почвы наиболее гумусированы на территории северной лесостепи, где в почвенном покрове преобладают черноземы выщелоченные, содержание гумуса в горизонте А которых составляет 8,51 %, или 204,2 т/га. В горизонте В1 в слое почвы 23-42 см содержание гумуса уменьшается до 4,82 %, а в горизонте ВС составляет 0,20 %. Таким образом, содержание гумуса убывает с глубиной постепенно, что характерно для почв с глубоким проникновением корневой системы. По содержанию гумуса, слабой дифференциации профиля чернозема выщелоченного видно, что в этих почвах интенсивно протекает гумусово-аккумулятивный процесс, что связано с активным круговоротом веществ. Содержание гумуса в горизонте В1 свидетельствует об отсутствии процессов разрушения органической и минеральной частей почвы, миграции и аккумуляции продуктов распада.

У черноземов выщелоченных на пашне в горизонте Апах содержание гумуса составляет 7,08 %, в горизонте А содержание гумуса остается прежним, характерным для целины (8,1 %). Это свидетельствует о снижении содержания гумуса при распашке и возникающей при этом эрозии.

Таким образом, у чернозема выщелоченного на целине и на пашне содержание гумуса различно только в пахотном слое (16,8%), что объясняется процессами и явлениями, обусловленными деятельностью человека.

Агрохимические свойства черноземов обыкновенных характеризуются комплексом показателей, среди которых важное место также принадлежит содержанию гумуса. Содержание гумуса в пахотном слое черноземов Челябинской области колеблется преимущественно в пределах 4-7 %. (А.П. Козаченко, 1999).

Анализ исследований показал (таблица 6), что содержание гумуса в горизонте А чернозема обыкновенного на целине составляет 7,42 %, вниз по профилю постепенно уменьшается. Это говорит о том, что гумусово-аккумулятивный процесс в данной почве является основным, преобладающим, но, по сравнению с черноземом выщелоченным, проявляется слабее.

Это можно объяснить нарастанием к югу напряженности водного режима и биологической активности почв.

Черноземы обыкновенные пашни характеризуются снижением гумуса в пахотном слое на 17,5 %, по сравнению с целиной. Миграции гумуса по профилю не наблюдается, так как в условиях водораздела при лимите влаги и нейтральной реакции среды не возможны процессы аккумуляции продуктов разрушения по профилю почвы; снижение содержания гумуса связано, скорее всего, с развитием ветровой и водной эрозии.

Таким образом, черноземы обыкновенные в настоящее время имеют средний уровень обеспеченности таким фактором плодородия как гумус. Однако несоблюдение почвосберегающих технологий при возделывании культур может привести к значительному снижению содержания гумуса.

Черноземы южные сосредоточены в степной зоне. Они формируются в более засушливых условиях, чем черноземы обыкновенные, на материнских породах различного гранулометрического состава. В отличие от черноземов выщелоченного и обыкновенного, чернозем южный, как показало морфологическое исследование, имеет меньшую мощность гумусового горизонта. По данным таблицы 6 видно, что чернозем южный на целине характеризуется как малогумусный: содержание гумуса в горизонте А (5,46 %). Это свидетельствует об ослабленном гумусово-аккумулятивном процессе. По профилю почвы миграция и аккумуляция гумуса не выражена, но значительное уплотнение и ореховатость в горизонте В1 являются показателями солонцового процесса, который накладывается на гумусово-аккумулятивный. Показатель рН, равный 7,9 в горизонте В1, свидетельствует о наличии в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) ионов натрия. Ионы натрия в ППК обуславливают солонцеватость.

Страницы: 1, 2, 3