Эволюция серых лесных почв в агроландшафтах северной лесостепи


На правах рукописи

Полякова Надежда Васильевна

ЭВОЛЮЦИЯ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ В АГРОЛАНДШАФТАХ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

Специальность 03.02.13 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва, 2012

Работа выполнена на кафедре почвоведения и природообустройства ФГБОУ ВПО

«Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки РФ, профессор

Ганжара Николай Федорович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Поздняков Анатолий Иванович

доктор биологических наук, профессор

Надежкин Сергей Михайлович

доктор биологических наук, профессор

Ларешин Вячеслав Григорьевич

Ведущая организация:

Почвенный институт им. В.В. Докучаева,

г. Москва

Защита диссертации состоится « »_______ 2012 г. в « » часов « » мин. на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, Тимирязевская ул., 49. Ученый совет РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева.

С диссертацией можно ознакомиться в центральной научной библиотеке РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан « » 2012 года и размещен на сайте

университета HYPERLINK «http://www.timacad.ru» www.timacad.ru и направлен по адресу в ВАК

HYPERLINK «mailto:[email protected]» [email protected].

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доцент С.Л. Игнатьева

Общая характеристика работы

Актуальность. Современное сельскохозяйственное производство предусматривает использование высокоемких технологий, эффективность которых во многом определяется уровнем окультуренности почв. Интенсификация земледелия, начавшаяся в 60-70-ые годы 20 столетия, с широким применением средств химизации, обусловила интенсивное и целенаправленное окультуривание одних почв и деградацию других, местоположение которых ограничивало эффективное внесение удобрений и применение комплекса агротехнических приемов. Различия в культуре земледелия обусловили существенные изменения почвенных свойств и режимов, что нашло отражение в выделении различного уровня таксономических рангов в Классификации почв… (1977), используемых в земледелии, и отмечалось в работах многих авторов (Герасимов, 1968, 1976; Ковда, 1970; Кауричев, 1989; Коротков, 1970; Рубилин, Долотов, 1970; Никитин, 1976, 1986; Ахтырцев, 1979; Козловский, 1991; Муха, 2004 и др.). Серые лесные почвы (и особенно темно-серые), занимающие обширные площади на территории Европейской части Российской Федерации в этом отношении изучены слабее, чем почвы таежной и степной зоны. В силу недостаточной изученности свойств, режимов и региональных особенностей пахотных серых лесных почв в настоящее время нет единого мнения по вопросам их ранжирования (Классификация…, 2004; Кирюшин, 2010) и разработке нормативов, устанавливающих перечень и диапазон показателей, характеризующих степень изменения почв под влиянием антропогенного воздействия.

Особого внимания заслуживает прогноз развития почв в экосистемах залежи – участков, выведенных из состава пашни и не обрабатываемых длительное время, с целью их восстановления и дальнейшего использования в структуре сельскохозяйственных угодий.

Цель работы. Изучить характер изменений в процессе антропогенной эволюции серых лесных почв при смене естественных фитоценозов на агроценозы в условиях северной лесостепи и установить критерии для оценки уровней окультуренности серых лесных почв.

Задачи исследований.

1. Выявить особенности почвообразовательного процесса в пахотных серых лесных почвах и установить влияние антропогенного фактора на морфологические признаки почв.

2. Изучить изменения в содержании и составе органического вещества в почвах разной степени окультуренности в сравнении с целинными аналогами.

3. Определить влияние приемов окультуривания на динамику легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) и обосновать возможность использования содержания ЛОВ в качестве диагностического признака степени выпаханности и окультуренности серых лесных почв.

4. Исследовать структурно-агрегатное состояние пахотных серых лесных почв и выявить роль компонентов органического вещества в формировании водопрочных агрегатов.

5. Охарактеризовать изменения в поглотительной способности и составе микробного сообщества серых лесных почв под влиянием длительного сельскохозяйственного использования и окультуривания.

6. Установить влияние водной эрозии на структуру почвенного покрова и свойства эродированных серых лесных почв, а также выявить эффективность противоэрозионных мероприятий на смытых почвах.

Защищаемые положения.

1. Почвообразовательный процесс в пахотных серых лесных почвах в целом подобен целинным и отражает их генетическую принадлежность к зональному типу почвообразования, свойственному лесостепной зоне. Сведение лесной растительности и длительное использование серых лесных почв под пашню вызывает определенное изменение в распределении илистой фракции и оксидов алюминия и железа по профилю почв и, следовательно, отражается на степени его дифференциации в пахотных почвах: уменьшается глубина элювиирования и снижается мощность иллювиального горизонта.

2. Изменение биологического цикла углерода в связи со сменой фитоценоза на агроценоз обусловило изменение параметров гумусового состояния почв. При низком уровне агротехники во всех подтипах серых лесных почв существенно снижается содержание гумуса и ЛОВ, численность основных физиологических групп микроорганизмов в составе микробного сообщества. Окультуривание светло-серых и серых лесных почв до сильной и высокой степени способствует улучшению физико-химических показателей до целинных аналогов и выше. Окультуривание темно-серых лесных почв, используемых под пашню, также улучшает показатели гумусового состояния и физико-химических свойств по сравнению со слабоокультуренными, но не достигает уровня целинных почв, лишь при систематическом внесении повышенных доз органических удобрений возможно достижение показателей, характеризующих степень окультуренности, до уровня, превышающего целинные аналоги.

3. Содержание и состав легкоразлагаемого органического вещества отражает подтиповые отличия серых лесных почв северной лесостепи и характеризует степень их окультуренности и выпаханности.

4. Диапазон значений содержания гумуса, ЛОВ, физико-химических и агрохимических показателей, структурного состояния объективно отражает степень изменения серых лесных почв под влиянием антропогенного воздействия и может использоваться для диагностики степени окультуренности почв.

5. При оценке степени эродированности почв лесостепной зоны, сформированных на возвышенных элементах мезорельефа, и выделении почвенно-эрозионных районов необходимо использовать, наряду с количеством смытых почв в составе пашни, значения коэффициентов расчленения территории и глубину местного базиса эрозии. Для предотвращения поверхностного стока в систему противоэрозионных мероприятий целесообразно включить применение полимерных комплексов и создание буферных контурных полос из многолетних трав.

Научная новизна.

1. На основе экспериментальных данных выявлены особенности почвообразования при длительном сельскохозяйственном использовании серых лесных почв, заключающиеся в проявлении основных элементарных почвенных процессов (элювиального, иллювиального, гумусообразования).

2. Впервые в условиях северной лесостепи проведена комплексная оценка плодородия серых лесных почв и установлен диапазон основных показателей (содержание гумуса, ЛОВ, агрохимических, физических и физико-химических свойств) степени окультуренности применительно ко всем подтипам серых лесных почв.

3. Показано, что содержание и доля ЛОВ в составе органического вещества может использоваться при оценке степени выпаханности и окультуренности серых лесных почв.

4. Впервые изучены изменения в содержании и составе органического вещества, физических и физико-химических свойств почв залежи, выведенных из состава пашни в течение 10-15 лет.

5. Впервые установлена возможность повышения противоэрозионной стойкости светло-серых лесных почв при использовании полимерных (на основе полиакриловой кислоты) комплексов.

6. Показана возможность использования диагностических показателей по степени окультуренности серых лесных почв при выделении агроэкологических типов земель сельскохозяйственного назначения.

Практическая значимость.

1. Для оценки степени окультуренности серых лесных почв следует включить в систему показателей содержание ЛОВ и параметры структурно-агрегатного состояния почв.

2. Важными элементами окультуривания почв является систематическое применение повышенных доз органических удобрений и использование сидератов, позволяющих повысить содержание гумуса и улучшить физические, физико-химические и агрохимические свойства серых лесных почв. На основании этого материалы диссертации могут использоваться при разработке региональных систем земледелия.

3. Полученные новые экспериментальные данные о зависимости уровня плодородия серых лесных почв от степени окультуренности могут быть использованы при проведении агроэкологической типизации земель, комплексного почвенно-агрохимического и экологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.

4. Для ограничения негативных последствий водной эрозии, снижения поверхностного стока и восстановления плодородия смытых серых лесных почв рекомендуется использование полимерного комплекса и буферных контурных полос.

5. Материалы диссертации использованы при издании учебных пособий, составлении учебных рабочих программ по курсам дисциплин: «Почвоведение», «Методы почвенных исследований», «Ландшафтоведение».

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Всесоюзных съездах Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004; Ростов–на–Дону, 2008); на Международных научных и научно-практических конференциях (Пенза, 2002; Казань, 2003; Владимир, 2004; Москва, 2006; 2007; Нижний Новгород, 2007; 2008; 2010; 2011); на Международном симпозиуме (Нижний Новгород, 2003); Всероссийских конференциях (Москва, 1998; 2002; 2010; Киров, 2008; Нижний Новгород, 2008); на научно-производственных конференциях (Киров, 1993, Нижний Новгород 2005, 2008; Ульяновск, 2006); на научных конференциях по результатам исследований профессорско-преподавательского состава НГСХА 1989-2011гг.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 64 научных и учебно-методических работы, в том числе 15 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав основного текста, выводов и приложений; изложена на 298 страницах машинописного текста, включает 55 таблиц и 24 рисунка. Список литературы состоит из 526 названий, в том числе 39 иностранных авторов.

Автор выражает глубокую признательность за помощь в подготовке диссертационной работы научному консультанту профессору Н.Ф. Ганжаре, профессорско-преподавательскому коллективу кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения РГАУ-МСХА под руководством академика РАСХН В.И. Кирюшина, профессору Б.А. Никитину; преподавателям кафедры ботаники и микробиологии НГСХА под руководством профессора В.А. Фефелова за помощь в проведении микробиологических исследований; профессору В.П. Заикину за консультации и помощь в проведении полевых опытов; М.А. Денисову и Н.Д. Печниковой за предоставленные материалы почвенных обследований; коллегам группы эрозии почв Г.М. Сурковой и Г.В. Секериной за помощь при проведении совместных исследований; коллегам и аспирантам кафедры почвоведения и природообустройства НГСХА доцентам Ю.Н. Платонычевой (Костиной), Е.В. Пугачеву, Ю.А. Богомоловой (Малышевой), ст. преподавателю Е.Н. Володиной за участие в совместной работе и помощь в оформлении диссертации.

1. Физико-географические условия формирования серых лесных почв

В главе приведена характеристика особенностей условий почвообразования (климата, растительности, рельефа, почвообразующих пород) лесостепного Правобережья Нижегородской области. По климатическим показателям территория относится к Средне-Русской провинции с умеренно континентальным климатом и близким соотношением годовых осадков и испаряемости (КУ≈1). Среднегодовые температуры воздуха составляют 3,2-3,7°С, сумма активных температур >10ºС составляет в среднем 2150-2250°, среднегодовое количество осадков по средним многолетним данным – 450-550 мм.

По характеру растительности территория исследований входит в состав Европейской широколиственно-лесной области, где зональными типами растительного покрова являются широколиственные леса, представленные дубом, ясенем, кленом, вязом, липой, с примесью березы и осины. В северной и северо-западной части лесостепи, примыкающей к южно-таежной зоне, в составе лесной растительности преобладают мелколиственные породы – береза и осина, здесь же встречаются широколиственные леса с примесью хвойных пород – ели и сосны; с продвижением на юг и юго-восток в составе фитоценоза возрастает роль клена, дуба и ясеня, но и здесь леса, являясь вторичными, состоят в основном из осины и березы и относятся ко 2 классу бонитета. Подлесок представлен чаще всего орешником, спутником дуба, а также рябиной и черемухой. Травянистый покров хорошо выражен, господствующими растениями в его составе являются сныть, волосистая осока, медуница, пролеска, ясменник, аконит; из злаков ветвистый костер, овсяница и др. (Станков, 1938). Основные отличия в наземном покрове светло-серых, серых и темно-серых лесных почв заключаются в более обильной травянистой растительности последних.

Формирование почв под широколиственными лесами накладывает определенную специфику на их почвообразование, исходя из количества растительных остатков, их зольности и других факторов, обуславливающих интенсивность процессов гумусообразования, миграции и аккумуляции биогенных элементов. По данным Л.Е. Родина и Н.И. Базилевич (1965) в широколиственных лесах общая биомасса растений находится в пределах 150-500т/га, при этом количество ежегодного опада сильно варьирует на протяжении зоны, составляя в среднем от 4 до 7т/га; запасы лесных подстилок в зависимости от видового состава растений и гидротермических условий могут исчисляться от 2,5 до 9,5 и даже до 13-16т/га.

Геологическое строение Нижегородской области достаточно подробно охарактеризовано в работах В.В. Докучаева (1949) по результатам Нижегородской экспедиции, А. Д. Архангельского (1933, 1941), А.С. Фатьянова (1959) и других. Большая часть территории области расположена в зоне распространения отложений пермской системы, в основном верхнего татарского яруса, представленного пестроцветными слоистыми отложениями преимущественно глинистого и мергелистого состава с прослойками известняка, реже — песчаника и гипса. Эти породы послужили материалом для покровных отложений в ледниковый и послеледниковый периоды.

В лесостепном Правобережье материнскими почвообразующими породами являются преимущественно довольно мощные (до 10-15 м) отложения лессовидных суглинков, местами – покровных суглинков. В.В. Докучаев (1949) в «Материалах к оценке земель Нижегородской области» отмечал, что отложения Межпьянья и Заалатырья представляют собой степной лесс, но менее пористый и светлый в отличие от типичного лесса юга России. За счет высокой капиллярной пористости лессовидные суглинки отличаются значительной водоподъемной способностью, что является важным фактором обеспеченности влагой корнеобитаемого слоя в годы с недостаточным увлажнением. Характер почвообразующих пород оказал влияние на скорость и, отчасти, направление почвообразовательного процесса, определив минералогический и гранулометрический состав почв, а также особенности водно-воздушного режима.

Согласно «Физико-географическому районированию..» (1968) территория Нижегородской области относится к Северо-Приволжской провинции, расположенной в северной части Приволжской возвышенности с абсолютными высотами 170-190 м, местами до 220 м. В высоком Правобережье р. Волги особенно резко проявились эрозионные процессы, приведшие к усиленному размыву повышенных форм рельефа, образованию овражно-балочной сети и холмисто-увалистого типа рельефа.

Лесостепная правобережная часть области, занимаемая серыми лесными и черноземными почвами, интенсивно осваивается уже на протяжении 300-400 лет и более. Сведение лесов и освоение земель под сельскохозяйственные угодья способствовало формированию нового типа природных комплексов – агроландшафтов. В открытом безлесном агроландшафте особенно сильно проявилась водная эрозия, чему способствовала распашка склонов, ранее занятых лесной растительностью.

2. Объекты и методы исследований

Исследования проводились на территории лесостепного Правобережья Нижегородской области. Объектами изучения были наиболее распространенные серые лесные почвы, занимающие более миллиона гектаров пашни (около 54% в настоящее время) в составе земельного фонда области.

В соответствии с поставленными задачами на основе анализа материалов почвенных обследований были выбраны районы с преобладанием в составе почвенного покрова светло-серых (Богородский, Кстовский, Вадский административные районы), серых (Дальне-Константиновский и Арзамасский районы) и темно-серых лесных почв (Гагинский и Больше-Болдинский районы).

В качестве основного метода исследований использовался сравнительно-географический. С целью выявления изменений в процессе антропогенной эволюции почвы сельскохозяйственных угодий сравнивались с целинными почвами лесных участков. По степени изменения под влиянием антропогенного воздействия пахотные варианты почв разделялись на слабо-, средне-, сильно- и высокоокультуренные, отличающиеся между собой по уровню плодородия, характеру применяемых агротехнологий (количеству вносимых органических и минеральных удобрений, известкования, соблюдения севооборотов и др.), урожайности культур. Анализ используемой агротехники и урожайности культур проводился за последние 40-50 лет, то есть за период, который реально можно было восстановить по документам (отчетам), хранившимся в хозяйствах, а также в архивах. Кроме того, использовались статистические данные по урожайности и внесению удобрений за исследуемый период.

Слабоокультуренные варианты представлены участками, наиболее удаленными от хозяйственных центров; как правило, это поля, непосредственно примыкающие к лесным массивам или расположенные на границе землепользования. В историческом аспекте это самые молодые пахотные угодья. Используются на низком агротехническом уровне, органические удобрения не применялись, так как из-за удаленности участков их внесение экономически нерентабельно. Минеральные удобрения использовались редко, в основном при посеве в рядки в количестве 10-20 кг/га д.в. В некоторых хозяйствах на данные участки вносили известь. Урожайность зерновых составляет 12-18 ц/га.

Среднеокультуренные почвы полевых севооборотов получали органические удобрения один раз за ротацию в количестве 30-40 т/га (насыщенность 5-8 т/га), кроме того, сюда ежегодно вносились минеральные удобрения (30-40 кг/га д. в.) и проводилось известкование полей по полной гидролитической кислотности. Урожайность зерновых: 20-30 ц/га.

Сильноокультуренные участки приурочены, в основном к прифермским севооборотам и располагаются вблизи животноводческих ферм, что обуславливало постоянное внесение сюда органических удобрений, в основном навоза КРС, до 100 т/га за ротацию (насыщенность составила 15-20 т/га). Ежегодно применялись минеральные удобрения в количестве 60-100 кг/га д. в., один раз за ротацию вносили известковые материалы по полной гидролитической кислотности с использованием картограмм агрохимического обследования. Комплекс агротехнических приемов и применение удобрений обеспечивает получение на сильноокультуренных участках высоких урожаев зерновых культур – до 40-50 ц/га и более.

Высокоокультуренные варианты – это почвы огородов и приусадебных участков. Сюда практически ежегодно вносился полуперепревший навоз в количестве 30-40 т/га, а также печная зола, что обеспечило высокую обогащенность почв питательными элементами. Минеральные удобрения и известь в личных хозяйствах не применяют.

Экономика перестроечного периода способствовала выводу из состава пашни огромного количества земель и формированию угодий, условно названных нами залежью. В первую очередь, из сельскохозяйственного оборота выводились земли с низким уровнем плодородия, относящиеся к категории слабоокультуренных почв. По официальным данным (Бюллетень…, 2005.) на долю «залежных» земель в 2005 году в Нижегородской области приходилось около 250 тыс. га, однако их фактическое количество достигло 700 тыс. га и более. При этом появилась необходимость наблюдений за сукцессией растительных сообществ и процессом «возврата» почв к естественному состоянию. В северной части лесостепной зоны период «луговой фазы» на таких угодьях составляет 5-6 лет, если участки перед этим не были засеяны многолетними травами. По истечении этого времени участки начинают зарастать порослью древесной растительности, в основном осиной и березой, иногда с примесью сосны (в подзоне светло-серых лесных почв, реже – серых типичных). Впоследствии, примерно еще через 5-7 лет, залежь представляет собой участок из молодых деревьев высотой 2,0-2,5м с хорошо выраженным наземным покровом. Именно в залежи такого возраста почвенные свойства и режимы начинают восстанавливаться в сторону целинных аналогов.

Все изучаемые варианты почв находились в одинаковых геоморфологических и гидрологических условиях.

Влияние различных доз навоза на динамику гумуса изучали в микрополевом опыте №1 с 1980 по 1985 год, заложенном на опытном поле учхоза «Новинки» по следующей схеме: 1. Контроль без удобрений; 2. Навоз 10 т/га (насыщенность 5 т/га); 3. Навоз 30 т/га (насыщенность 15т/га); 4.Навоз 60 т/га (насыщенность 30 т/га). Согласно схеме, варианты соответствовали слабо-, средне, сильно- и высокоокультуренным почвам. Площадь делянки – 1м2, повторность трехкратная. Для изоляции делянки отделялись досками, обернутыми прочной полиэтиленовой пленкой. Почва в опыте светло-серая лесная среднесуглинистая, сформированная на лессовидном суглинке.

В опыте №2, заложеном под руководством профессора В.П. Заикина в 2005 году там же, изучали влияние сидеральных культур и чистого пара на физические свойства почв, содержание и состав органического вещества.

Схема опыта: 1.Чистый пар; 2.Белая горчица; 3.Сидеральный клевер; 4.Скошенный клевер; 5.Отава клевера. Площадь делянки 50 м2, повторность четырехкратная, почва – светло-серая лесная среднесуглинистая на лессовидном суглинке.

Опыты №3а и 3б проводились в лабораторных условиях и учхозе «Новинки» с 1976 по 1987гг, в них изучалось влияние полимерного комплекса на повышение противоэрозионной стойкости светло-серой лесной суглинистой почвы. Полимерный комплекс представлял собой смесь полиакриловой кислоты, мочевины и формалина в различных комбинациях.

Схема опыта 3а (лабораторного): 1. Контроль без обработки; 2. ПАК в концентрации 0,01%. В опыте изучалось влияние поликомплекса на жидкий и твердый сток при различной величине уклона (3º, 6º, 9º).

Схема опыта №3б: 1.Контроль без обработки; 2. ПАК – 0,001%; 3. ПАК – 0,0025%; 4. ПАК – 0,005%; 5. ПАК – 0,008%; 6. ПАК – 0,010%; 7. ПАК – 0,100%. В опыте изучалось влияние поликомплекса на структурно-агрегатный состав светло-серой лесной среднесмытой почвы.

Опыт №4 представляет собой буферные полосы из смеси многолетних трав, заложенные на слабо, средне и сильносмытой светло-серой лесной почве на поле учхоза «Новинки».

Схема опыта №4: 1. 1-ая буферная полоса; 2. 2-ая буферная полоса. В 1981г. многолетние травы (смесь клевера, люцерны и тимофеевки) были подсеяны к яровой пшенице. Наблюдения за стоком проводились с 1982 по 1984 год. Полосы закладывались в соответствии с плановой картографической основой по горизонталям. Ширина полос составляла 20 м, межполосное пространство – около 200 м.

В опыте №5 изучали влияние разового внесения навоза на содержание гумуса и физико-химические показатели светло-серой слабо- и сильносмытой почвы с 1981 по 1984 год.

Схема опыта №5: 1. Контроль; 2. Навоз-60 т/га; 3. Навоз-120 т/га; 4. Навоз-200 т/га. Опыты № 3-5 были заложены и проводились под руководством профессора Б.А. Никитина.

При определении показателей использовались следующие лабораторные методы. 1. Содержание гумуса – методом Тюрина в модификации Никитина (1972); 2. Фракционно-групповой состав гумуса – методом Пономаревой-Плотниковой и Кононовой-Бельчиковой; 3. Легкоразлагаемое органическое вещество (ЛОВ) флотацией в тяжелой жидкости по методу Ганжары и Борисова (2002); 4. Углерод в составе ЛОВ – методом Анстета в модификации Пономаревой, Николаевой; 5. Элементный состав ЛОВ, углеводы и крахмал в ЛОВ по Ковалеву (1982); 6. Целлюлоза и лигнин в составе ЛОВ – методом Инсторфа (Лиштван, Кололь, 1975); 7. Гранулометрический состав – по Качинскому с подготовкой образцов по Черниковой; 8. Валовой химический состав в прописи Аринушкиной; 9. Показатели физико-химических свойств (рН, ЕКО, Н, S, V) по общепризнанным методикам; 10. Содержание общего азота – методом Кьельдаля; 11. Содержание подвижных форм фосфора и обменного калия – в одной вытяжке по Кирсанову; 13. Структурно-агрегатный состав методом Саввинова и на аппарате Бакшеева. 14. Количественный учет микроорганизмов – на стандартных питательных средах (МПА, КАА и Чапека-Докса) по методам в прописи Ежова (1981).

Степень выпаханности почв определялась методом Н.Ф. Ганжары и Б.А. Борисова (2002), но, в дополнении к нему, с учетом конкретной доли ЛОВ в составе органического вещества целинных серых лесных почв.

При агроэкологической типизации земель использован метод, предложенный В.И. Кирюшиным (2010).

Результаты исследований обрабатывались статическими методами (Доспехов, 1985; Дмитриев, 1972) с использованием компьютерных программ MS Excel, Ctatistiсa-6.

3. Особенности почвообразования в почвах лесостепи под влиянием

антропогенного фактора

Вопросами эволюции почв в современном почвоведении занимались многие ученые. По мнению исследователей эволюция – это изменение состояния и свойств почв вследствие непрерывно идущего почвообразовательного процесса (естественная эволюция) или в результате изменившихся внешних условий в биогеоценозе, в том числе под влиянием хозяйственной деятельности человека (антропогенная эволюция), сопровождающихся необратимыми изменениями почв во времени (Роде, 1947; 1976; Тюлин, 1976; Пестряков, 1977; Гаджиев и др., 1988; Соколов, 2004; Караваева, Иванов, 1986 и др.). Биогеоценозы при трансформации в агроэкосистемы приобретают совершенно другие характеристики и особенности функционирования ландшафтов (Кирюшин, 2003). При этом под воздействием деятельности человека изменяются главные компоненты ландшафта – растительность, микроклимат, почвенная биота, микро-, а в некоторых случаях и мезорельеф, что приводит к изменению обмена веществом и энергией между ними.

На основании собственных данных и литературных источников было установлено, что пахотные почвы всех подтипов серых лесных почв отличаются меньшей глубиной толщи, охватываемой элювиальными процессами, особенно если сравнивать парные разрезы, примерно на 30-50см.

О снижении интенсивности элювиально-иллювиальных процессов в почвах пашни по сравнению с целинными свидетельствуют коэффициенты дифференциации профиля по илу и полуторным оксидам и меньшая разница в содержании R2О3 между горизонтами В и Апах. Так, в серых лесных (типичных) почвах содержание Al2О3 составляет в горизонте А1 7,6 %, в В – 13,5 % (различаются на 5,9 %), на пашне эта разница меньше – 2-3 %. На снижение процессов выноса-аккумуляции указывают более низкие значения элювиально-аккумулятивных коэффициентов (ЕА) для верхних горизонтов, рассчитанных по А.А. Роде. Например, в целинной серой лесной (типичной) почве они составляют по алюминию: -43 в А1 и -30 в А1А2; на пашне от -21 до -14 в пахотном слое.

Распашка и сельскохозяйственное использование почв сопровождается изменением биологического цикла углерода и биогенных элементов в агроценозах, обусловленное различным количеством поступающего растительного материала. В пахотных почвах биологический круговорот становится не просто разомкнутым, так как большая их часть отчуждается с урожаем, но при этом изменяются его количественные параметры и соотношение участвующих в биологическом цикле элементов, что обусловлено различной избирательностью растений естественных фитоценозов и сельскохозяйственных культур. Количество растительных остатков, поступающих в почвы агроценозов сокращается в несколько раз в зависимости от севооборота, вида культурных растений, высоты среза растений при уборке и т.д. Учитывая, что около 90 % тонких корней сельскохозяйственных культур сосредоточено в небольшом по мощности слое (до 30 см), именно верхние горизонты почвы интенсивно обедняются элементами питания, в то время как их вынос растениями из нижних горизонтов почвы прекращается в силу слабо развитой корневой системы по сравнению с растениями естественных фитоценозов.

Из этого следует, что в агроэкосистеме коренным образом нарушается сформировавшийся тип биологического круговорота, так как биологическая миграция элементов из глубоких слоев и их аккумуляция в верхнем горизонте осуществляется в пахотных почвах на совершенно ином уровне. Поэтому одним из основных различий в почвообразовании целинных и пахотных серых лесных почв является разная мощность почвенного профиля, охватываемая процессами выноса-возврата минеральных элементов. Кроме того, по мнению А.Д. Фокина (1994) в агроценозах почвы лишены природного «биологического барьера» из лиственного опада и лесной подстилки, замедляющего минерализацию растительных остатков и гумуса.

По количеству создаваемой продукции агроценозы практически не отличаются от естественных фитоценозов лесостепи (имеется в виду ежегодный прирост), а в некоторых случаях он может быть и выше. Однако большая часть биомассы культурных растений отчуждается с урожаем, а количество послеуборочных остатков составляет от 1,5 т/га в пропашных севооборотах, 2,5-3 т/га в зерновых и от 3,6 до 9,1 т/га под многолетними травами (Титлянова, 1988; Чупрова, 1997; Каюмов, 2002; Орлова, 2004 и др.).

Трансформация органического вещества в почвах началась сразу же после их распашки, при этом гумусированность серых лесных почв за период земледельческого использования снизилась в 1,3-1,5 раза по сравнению с горизонтом А1 аналогичных целинных почв. Наибольшими различиями характеризуются темно-серые лесные почвы, потерявшие гумуса в результате распашки больше по сравнению с другими подтипами серых лесных почв. Изучение интервала, в пределах которого изменялось содержание гумуса, показало, что величина максимального накопления гумуса в почвах леса в 1,5-2,1 раза выше по сравнению с минимальным, в пахотных почв – в 1,8-2,9 раза. Это свидетельствует о более высокой вариабельности данного показателя в пахотных почвах в зависимости от окультуренности и низкой стабильности агроэкосистемы в целом.

Строение профиля серых лесных почв отвечает элювиально-иллювиальному типу почвообразования с довольно выраженным гумусово-аккумулятивным горизонтом, особенно в темно-серых лесных почвах. Распашка и вовлечение серых лесных почв в сельскохозяйственное производство обусловило необратимые изменения верхней части профиля в связи с перемешиванием горизонтов А0, А1, А1А2 и созданием нового горизонта (слоя) Апах, отличающегося от целинных аналогов водно-физическими свойствами, большей гомогенностью, аэрацией. В отличие от генетически сформированного гумусового горизонта А1 пахотный слой более однороден по составу, менее оструктурен и имеет худшие водно-физические свойства. Мощность пахотного слоя всех подтипов серых лесных почв колеблется от 19 до 28 см, составляя в среднем 24 см (табл. 1). Глубина вспашки на пахотных угодьях светло-серых и серых лесных (типичных) почв различна в зависимости от приемов окультуривания, ее глубина изменяется на ±6 см с целью заделки органических удобрений, уничтожения плужной подошвы, формирования благоприятных водно-воздушных свойств. В темно-серых лесных почвах, обладающих более мощным гумусовым горизонтом, глубина пахотного слоя примерно одинакова независимо от окультуренности почв. Серые лесные почвы различаются между собой по интенсивности оподзоливания и элювиального процессов. Морфологически это выявляется по наличию горизонта А1А2, обилию кремнеземистой присыпки в А2В и мощностью данных горизонтов. Из всех изучаемых объектов наиболее оподзоленными являются светло-серые лесные почвы.

1. Глубина залегания и мощность горизонтов в серых лесных почвах

Угодье

Горизонт

Количество

разрезов

Нижняя

граница

горизонтов,

см

Светло-серые лесные

Лес

А1 1А2

10

22

А2В

11

45

Слабоокультуренные

Ап

22

22

А2В

18

46

Сильноокультуренные

Ап

21

28

А2В

17

50

dm для Ап

1,5

dm (слабо-сильноокультуренная пашня) для А2В

3,8

Серые лесные

Лес

А1 1А2

12

24

А2В

12

40

Слабоокультуренные

Ап

21

22

А2В

21

43

Сильноокультуренные

Ап

13

27

А2В

11

51

dm для Ап

1,5

dm (слабо-сильноокультуренная пашня) для А2В

3,4

Темно-серые лесные

Лес

А1 1А2

10

38



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст