Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агроэкологическая оценка трансформации чернозема выщелоченного Новосибирского Приобья при длительном сельскохозяйственном использовании

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая оценка трансформации чернозема выщелоченного Новосибирского Приобья при длительном сельскохозяйственном использовании"

вах рукописи

Быкова Светлана Леонидовна

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРАНСФОРМАЦИИ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО НОВОСИБИРСКОГО ПРИОБЬЯ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

03.02.13 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологически* наук

2015

Уфа-2015

005557125

005557125

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный аграрный университет».

Научный руководитель: Сиухина Мария Сидоровна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Официальные оппоненты: Семенова Ирина Николаевна

доктор биологических наук, профессор кафедры экологии Сибайского института (филиала) ФГБОУ ВПО Башкирский государственный университет;

Зыбалов Владимир Степанович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры почвообрабатывающих и посевных машин и земледелия ФГБОУ ВПО Челябинская государственная агроинженерная академия.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Алтайский государственный аграрный университет, г. Барнаул

Защита диссертации состоится 5 февраля 2015 г. в 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.003.01 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50 - летия Октября, 34. Тел./ факс +7(347) 228-08-98 E-mail: bgau@ufanet.ni

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан года и размещен на официальных

сайтах Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ» www.bsau.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Р. Р. Гайфуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное развитие почвоведения характеризуется возросшим интересом к процессам трансформации почвенного покрова. Одной из важнейших проблем человечества стала деградация почв, вызываемая сельскохозяйственным воздействием [Козловский Ф.И., 1991; Щербаков А.П., 1996; Хазиев Ф.Х., 1998; Щеглов Д.И., 2004; Цховребов B.C., 2007].

Черноземы выщелоченные являются одной из лучших пахотных почв Западной Сибири. Потенциальное плодородие сибирских черноземов довольно высокое, но, подвергаясь различной антропогенной нагрузке, их основные свойства претерпевают заметную трансформацию, преимущественно деградационного характера, что отражено во многих монографиях и статьях [Горшенин К.П., 1955; Рудой Н.Г., 1962; Мищенко Л.Н., 1964; Гантимуров И.И.,1970; Богданов Н. И., 1976; Чупрова В.В., 1970, 2001; Кирюшин В.И., 1984; Гамзиков Г.П., 1992; Хмелев В.А., Танасиенко А.А, 2009; Сиухина М.С., 2010]. В связи с этим встает вопрос о необходимости изучения характера и интенсивности изменения основных свойств чернозема выщелоченного (мощности гумусового слоя, содержания и запасов гумуса; агрофизических и физико-химических свойств; гранулометрического состава) с целью своевременного выявления в них негативных последствий и предупреждения нежелательных процессов.

Степень разработанности темы. К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал, характеризующий изменения свойств и режимов черноземов Западной Сибири при длительном сельскохозяйственном их использовании [Бурлакова JI.M., 1984; Зайцева Т.Ф., 1988; Кленов Б.М., 2000; Шарков И. Н., 2003; Сиухина М.С., 2009]. Однако целенаправленных научных исследований, посвященных сравнению разновременных данных изменения свойств чернозема выщелоченного Новосибирского Приобья по фиксированным объектам, до настоящего времени не проводилось.

Цель диссертационной работы: провести сравнительное изучение и дать комплексную агроэкологическую оценку трансформации чернозема выщелоченного Новосибирского Приобья при длительном сельскохозяйственном использовании.

Задачи:

1. Установить интенсивность изменчивости морфологических признаков

почвенного профиля чернозема выщелоченного.

2. Оценить особенности распределения отдельных фракций механических

элементов по почвенному профилю.

3. Изучить степень воздействия антропогенного фактора на гумусовое

состояние.

4. Обосновать трансформацию физико-химических свойств исследуемой почвы.

5. Определить характер изменения агрофизических свойств чернозема выщелоченного.

Научная новизна работы. Впервые для условий лесостепной зоны Новосибирского Приобья проведено сравнение разновременных данных по фиксированным объектам. Дана оценка направленности процессов трансформации почвенного плодородия чернозема выщелоченного. Установлены количественные и качественные изменения его свойств в результате длительного сельскохозяйственного использования. Выявлены причины, определяющие изменения морфологических, физико-химических, агрофизических свойств в условиях длительного использования чернозема в пашне. Показано влияние уровня антропогенной нагрузки на основные свойства чернозема выщелоченного.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные о количественных и качественных изменениях элементов плодородия необходимы для оценки степени деградации старопахотных черноземов и разработки научно-обоснованного прогноза при дальнейшем их сельскохозяйственном использовании. Комплексная оценка изменения основных агроэкологических свойств чернозема выщелоченного послужит теоретической основой для разработки систем мероприятий, способствующих оптимизации почвенного плодородия. Материалы исследований использованы при написании учебно - методического пособия с грифом УМО по почвоведению для студентов агрономических специальностей, а также при чтении курса лекций по общему и агрономическому почвоведению.

Методология и методы исследования. Изучение последствий антропогенного воздействия на чернозем выщелоченный осуществлялось путем проведения полевых и лабораторных исследований. В работе использовали профильный и сравнительный метод исследования исходных данных 1974 года с современными. Использованные в работе методы [Качинский H.A., 1958, Аринушкина Е.В., 1970; Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986; Воробьева JI.A., 1998] хорошо зарекомендовали себя при аналогичных исследованиях, позволяют получить достоверный объем информации для решения поставленных задач и дают основания сравнивать полученные результаты с данными других исследователей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В зависимости от характера сельскохозяйственного использования чернозема выщелоченного изменяются морфологические признаки почвенного профиля.

2. При длительном орошении чернозема выщелоченного происходит некоторое перераспределение механических элементов по почвенному профилю.

3. За 33 - летний период использования в черноземе выщелоченном претерпели изменения: гумусовое состояние, физико - химические и агрофизические свойства.

Степень достоверности результатов обеспечивается большим объемом экспериментальных данных, разносторонним теоретическим анализом результатов исследований. Проведена математическая обработка данных.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на II Всероссийской научно - практической конференции молодых ученых и аспирантов, г. Уфа, 2008; VI Межрегиональной конференции молодых учёных и специалистов аграрных вузов СФО «Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири», г. Барнаул, 2008; VII Межрегиональной конференции молодых учёных и специалистов аграрных вузов СФО «Инновационный потенциал молодых учёных в развитии агропромышленного комплекса Сибири», г. Новосибирск, 2009; Всероссийской научной конференции XII Докучаевские молодежные чтения, посвященные 130-летию первой генетической почвенной классификации В.В. Докучаева. «Почвы и продовольственная безопасность России, г. Санкт- Петербург, 2009; II этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ СФО, Новосибирск, 2009; Всероссийской научной конференции XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв», г. Санкт- Петербург, 2010; IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био -, reo -, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове», г. Томск, 2010; Международной научной конференции «Современное состояние черноземов», г. Ростов - на - Дону, 2013.

Личный вклад автора. Автор непосредственно принимала участие в полевых исследованиях. Лично автором выполнены все лабораторные анализы, обобщены полученные результаты, на основании которых сформулированы и обоснованы выводы работы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, входящих в «Перечень...» ВАК РФ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов. Общий объем диссертации 130 стр., включает 9 таблиц, 10 рисунков, 194 источников литературы, из которых 13 иностранных, 7 приложений.

Благодарности. Автор выражает глубокую и сердечную благодарность за конструктивную помощь и поддержку, оказанную при выполнении и написании работы, научному руководителю кандидату сельскохозяйственных наук, доценту, Почетному работнику высшего профессионального образования Марии Сидоровне Сиухиной, всем сотрудникам кафедры почвоведения и агрохимии НГАУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Основные аспекты трансформации черноземов при различной антропогенной нагрузке (Обзор литературы). В главе приводится обзор научной литературы, затрагивающий вопросы изменения свойств черноземов при различной антропогенной нагрузке. При анализе литературных данных [Кленов Б.М., 1981, 2000; Ковда В.А., 1983; Татаринцев Л.М., 1986, 2005; Адерихин П. Г, 1987; Медведев В.В., 1988; Крупкин П.И., 1991; Щербаков А.П., Васенев И.И., 1994; Суюндуков Я.Т., 1995; Королев В.А., 2002, 2004; Ахтырцев Б.П., 2002; Шарков И.Н., 2003; Щеглов Д.И., 2004; Кураченко Н.Л., 2006; Сиухина М.С., 2009, 2010, 2011 и др.] обращают на себя внимание следующие особенности трансформации чернозема:

- Изменение морфологических признаков почвенного профиля.

- Уменьшение количества гумуса, изменение его состава.

- Ухудшение физико-химических свойств.

- Деградация структурно - агрегатного состояния.

В заключении сделан вывод о целесообразности изучения изменений свойств чернозема выщелоченного за 33-летний период.

2. Объекты и методы исследований Исследования проводились на территории учхоза «Тулинское», расположенного в лесостепной зоне Западно-Сибирской провинции в Приобском центральном районе выщелоченных черноземов. Исходной информацией являются данные полевых обследований (почвенная карта 1:10000, рис.1) и результаты лабораторных анализов 1974.

Рис. 1. Фрагмент почвенной карты учебно-опытного хозяйства «Тулинское»

Объектом исследований является чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусный среднесуглинистый иловато -крупнопылеватый сформированный на лёссовидном карбонатном суглинке.

По материалам первичных почвенных обследований [Сиухина М.С., 1974] установлены места прежних разрезов. Для оценки изменения свойств чернозема выщелоченного за 33-летний период использования, осенью 2007 были заложены почвенные разрезы, из которых отобраны образцы почвы на следующих вариантах:

1. Пашня (разрезы 1, 3, 4, 5, 6) - полевые севообороты с преобладанием зерновых, пропашных, кормовых культур.

2. Пашня (разрез 2) - овощной севооборот. На исследуемом участке в течение 50 лет возделывался широкий ассортимент овощных культур: капуста, лук, морковь, столовая свёкла, огурец, томат, картофель ранний. Орошение проводилось дождеванием речной водой (р. Тула), в зависимости от погодных условий и возделываемой культуры за вегетационный период проводили 3-4 полива по 300-400 м3/ га.

3. Целина (разрез 7) - травостой представлен разнотравно-злаковой ассоциацией. Для получения более корректных выводов об изменении свойств чернозема, сравнивали пахотные варианты с его целинным аналогом.

Все сравниваемые объекты находятся на незначительном удалении друг от друга и сформированы в идентичных условиях почвообразования.

В полевых условиях проводились морфологические описания почвенных профилей согласно общепринятым методикам полевой диагностики почв [Кауричев И.С., 1982; Александрова JI.H., Найденова O.A., 1986]. В лаборатории кафедры почвоведения и агрохимии НГАУ определены гранулометрический, структурный состав, содержание и состав гумуса, физико-химические, физические, водные свойства почвенных образцов общепринятыми методами [Аринушкина Е.В., 1970; Кауричев И.С., 1982; Воробьева Л.А., 1998]: гигроскопическую влажность ГОСТ 28268-89; гранулометрический состав методом H.A. Качинского (с пирофосфатом натрия) ГОСТ 12536-79; структурный состав и водопрочность агрегатов -методом рассеивания на ситах (сухое и мокрое) по методу Н. И. Саввинова; плотность и плотность твердой фазы; гумус методом Н.И.Тюрина в модификации В.Н. Симакова ГОСТ 26213-91; групповой состав гумуса ускоренным пирофосфатным методом М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой; pH водной и солевой суспензии потенциометрическим методом ГОСТ 2648385; обменные катионы кальций и магний - комплексометрическим (трилонометрическим) методом; гидролитическую кислотность методом Каппена. Статистическая обработка проводилась на основании полученных данных по методике дисперсионного анализа (Сорокин, 2004).

3. Характеристика факторов почвообразования

В главе описаны климатические особенности и погодные условия в год наблюдения, дана характеристика растительности, рассмотрена геоморфология и почвообразующие породы района исследований.

4. Изменение морфологических свойств чернозема выщелоченного.

Морфологические особенности изучаемых почв показали, что гумусовые профили чернозема отражают в своих особенностях не только историю их развития, но и специфику современного почвообразования. Изменения в степени гумусированности черноземов при различной антропогенной нагрузке легко обнаруживаются. У целинного чернозема хорошо развит гумусовый профиль (горизонт А - 48 см), снижение содержания гумуса по профилю постепенное. Окраска верхней части гумусового слоя черная, структура комковато - зернистая при почти полном отсутствии глыбистой и пылеватой фракций.

Распашка черноземов и длительное их сельскохозяйственное использование приводит к некоторым изменениям морфологических признаков (табл.1).

Наиболее сильному антропогенному воздействию подвергается пахотный горизонт, в нем происходит усиление трансформации органического вещества, увеличиваются процессы минерализации. В неорошаемом черноземе за 33-летний период происходит незначительное уменьшение (3-5 см) мощности гумусово-аккумулятивного горизонта. Цвет верхнего слоя приобретает темно - серую окраску, что свидетельствует о снижении содержания гумуса. В пахотном и подпахотном горизонтах наблюдается огрубление структуры, увеличивается глыбистость и пылеватость. Более значительное уменьшение мощности гумусово - аккумулятивного горизонта с 45 до 35 см наблюдается в орошаемом черноземе, что происходит главным образом в результате наложения эрозии. Большая часть гумуса сосредоточена в верхнем 0-35 см слое, с глубиной происходит существенное его уменьшение. Само гумусовое прокрашивание прослеживается в ослабленной форме, окраска становится серая. Ухудшение структурного состояния сопровождается возрастанием глыбистой фракции и распыленности. При увлажнении глыбистые агрегаты разрушаются, при подсыхании почва сильно уплотняется, растрескивается, формируется почвенная корка. В межполивной период образуется практически постоянная система вертикальных трещин глубиной 30-50 см и шириной в верхней части 1-2 см.

Важным диагностическим морфологическим показателем степени воздействия антропогенного фактора на черноземные пахотные почвы является глубина залегания карбонатов, которая в неорошаемом черноземе не претерпела существенных изменений. В орошаемом глубина вскипания понижается до 85 см, так как в условиях орошения происходит вертикальная миграция карбонатов. Изменение отмеченных морфологических признаков подтверждается аналитическими данными (глава 5).

Таблица 1. Глубина залегания нижней границы морфогенетических горизонтов и верхняя линия вскипания в черноземе выщелоченном, см

чо

Горизонт Полевой севооборот Овощной севооборот Целина

1974 2007 1974 2007 2007

Х±5х 5 Х±5х 6 Х±5х 5 Х±5х 5 Х±5х 5

А 35±0,86 4,56 37±1,52 3,41 22±0,62 1,41 21±0.90 2,41 45±0,64 2,5

АВ 48±0,89 2,00 46±0,84 1,89 42±0,86 2,19 34±1,20 3,15 64±0,52 1,92

В 80±1,28 3,16 83±1,11 2,49 64±1,01 2,49 84±0,92 2,06 78±0,36 1,86

Вк 135±0,79 1,94 138±1,01 3,52 98±1,04 2,55 101±1,22 2,73 118±0,56 2,18

ВС„ 140±0,87 2,41 146±1,27 3,65 127±0,89 3,54 138±0,84 1,95 126± 1,20 1,24

ск 158±0,93 2,28 161±0,51 2,87 157±1,21 2,97 154±0,94 2,09 158±0,60 2,36

Вскипание 96±0,74 3,46 93±0,62 2,45 65±0,91 2,80 85±1,54 3,45 78±0,62 2,36

Примечание: Х- среднее значение; 8Х - относительная погрешность; 5 - абсолютная погрешность.

5. Сравнительная агроэкологическая оценка трансформации чернозема выщелоченного

5.1. Гранулометрический состав

Изучаемые черноземы имеют среднесуглинистый гранулометрический состав, количество физической глины составляет около 45 %. Несмотря на то, что гранулометрический состав достаточно устойчивый признак, длительное сельскохозяйственное использование черноземов привело к некоторому перераспределению фракций по почвенному профилю (рис.2).

б

Рис. 2. Гранулометрический состав чернозема выщелоченного. Неорошаемый: а - 1974 г., б - 2007 г.; Орошаемый: в - 1974 г.; г- 2007 г.; д - целина, 2007 г.

При полном отсутствии крупного и среднего песка, явно доминирует крупная пыль. В неорошаемом черноземе фракция крупной пыли не претерпела существенных изменений, тогда как содержание фракции мелкой пыли и ила в верхнем слое уменьшилось на 3,7 %, а с глубиной произошло их некоторое увеличение. Отмечено незначительное увеличение ила в нижней части профиля, возможно засыпание тонких фракций по трещинам и перемещение их с талыми и дождевыми водами.

В условиях орошения содержание мелкой пыли и ила уменьшилось в гумусово-аккумулятивном горизонте на 7 и 9 % соответственно. По сравнению с неорошаемым черноземом произошло некоторое увеличение (около 6 %) фракции мелкого песка. Что связано с эрозионными потерями мелкозема. При формировании слабого стока выносятся преимущественно мелкие частицы, тогда как в процессе более интенсивного смыва сносится не только тонкодисперсные, но и более крупные частицы.

В целинном варианте распределение механических фракций по профилю равномерное, что характерно для данного типа почв, аналогичное их распределение отмечено в старопахотном неорошаемом черноземе.

5.2.Трансформация гумусового состояния

При изучении гумусового состояния представляется важным провести оценку изменения содержания и запасов гумуса как одного из основных показателей плодородия чернозема выщелоченного.

Содержание гумуса в пахотном слое неорошаемого чернозема уменьшилось с 8,98 до 7,62 %, потери в 0-50 см слое составляют 16 %. С увеличением глубины разница в содержании гумуса постепенно снижается (рис.3).

Уменьшение запасов гумуса в полуметровой толще неорошаемой почвы составило 40 т/га, в сравнении с целинным аналогом потери увеличились до 95 т/га. Заметное уменьшение содержания гумуса неорошаемых черноземов можно объяснить дефицитом поступления корнепожнивных остатков и усилением минерализации при обработке. Тогда как на целине вся биомасса возвращается в почву, что способствует накоплению гумуса до 8 %.

Наиболее заметны изменения гумусового состояния при длительном орошении, так как в условиях орошения создается более благоприятный гидротермический режим, при котором активизируются биологические процессы, увеличивается скорость трансформации, как свежего органического вещества, так и гумуса почвы. Содержание гумуса уменьшилось на 24 %. Уменьшение запасов гумуса относительно неорошаемого чернозема составило 112,57 т/га. В сравнении с целиной содержание гумуса сократились на 38 %, запасы на 186,9 т/га. Потому что поступление корневых остатков в агроценозах овощных культур невелико и

при уборке корне - и клубнеплодов происходит ежегодное отчуждение почвенного мелкозема.

12 3 4 5 6

§ й 5 ш -ч Шш

ёэ?

/

3 4 5 6 7 8 9

.1 ;-/о ' > '

50 ^Гу

Рис. 3. Распределение гумуса по профилю чернозема выщелоченного. Неорошаемый: а - 1974 г., б - 2007 г.; Орошаемый: в - 1974, г.; г - 2007 г.; д - целина, 2007 г.

Кроме того необходимо отметить негативное влияние эрозионных процессов, под влиянием которых происходит вынос высокодисперсных частиц из пахотного слоя, что также приводит к обеднению орошаемых черноземов гумусом [Сиухина М.С., 2011].

Периодически вносимые органические удобрения 40-50 т/га и поступление с горшечной рассадой (огурец, томат, капуста) до 5-7 т/га интенсифицирует гумификацию, однако не на столько, чтобы существенно повысить степень гумусированности и компенсировать потери гумуса.

Произошли изменения и качественного состава гумуса. Характерной особенностью гумуса целинного чернозема является значительное превышение гуминовых кислот над фульвокислотами (Сгк : Сфк - 2,4), в то время как в старопахотных черноземах происходит уменьшение ГК и отношение Сгк: СФК снизилось до 1,7.

5.3. Изменение физико-химических свойств

Индикационными признаками изменения физико-химических свойств чаще всего служат снижение общего содержания и качественные изменения гумуса почвы. Параллельно убыли гумуса произошли изменения в содержании обменных катионов кальция и магния (табл.2).

Таблица 2. Физико-химические свойства чернозема выщелоченного

1974 г. 2007г.

Глубина, см Са2+ Mg2+ Сумма Са2+ Mg2+ pH водной суспен- Са2+ Mg2+ Сумма Са2+ Mg2+ рн водной суспен-

мг- экв / ЮОг почвы зии мг- экв / ЮОг почвы зии

Разрез 1. Неорошаемый

0-10 29,52 3,43 32,95 7,02 22,52 4,05 26,57 6,74

10-20 23,19 2,37 25,56 7,07 19,08 4,12 23,13 6,98

20-30 19,02 4,05 23,07 7,12 16,64 4,10 20,74 7,03

30-40 16,76 5,00 21,76 7,19 12,09 3,86 15,95 7,15

40-50 15,50 4,63 20,13 7,25 10,15 4,03 14,18 7,26

50-60 14,05 4,10 18,15 7,28 10,05 4,50 14,55 7,24

Раз рез 2. Орошаемый

0-10 38,40 5,78 44,18 6,60 28,56 5,12 33,68 7,26

10-20 26,19 5,32 31,51 6,65 22,48 5,26 27,74 7,35

20-30 19,76 4,12 23,88 6,50 19,02 4,18 23,20 7,38

30-40 16,10 4,25 20,35 7,05 16,85 4,36 21,21 7,42

40-50 13,63 5,17 18,80 7,12 11,44 5,26 16,7 7,48

50-60 10,60 5,40 16,0 7,18 10,28 5,14 15,42 7,64

60-70 10,05 4,90 14,95 7,36 9,68 5,05 14,73 7,60

Разрез 7. Целина

0-10 43,7 4,40 48,10 6,07

10-20 43,18 3,54 46,70 6,28

20-30 35,92 4,60 40,52 7,12

30-40 32,17 3,97 36,14 7,23

40-50 - - - - 23,12 6,38 29,50 7,24

50-60 20,64 4,19 24,83 7,30

60-70 20,05 4,10 24,15 7,41

НСР о. 05 1,42 1,78 1,90 0,09

В неорошаемом черноземе уменьшилась сумма обменных кальция и магния с 32,9 до 26,5 мг — экв / 100 г. Потери составили 16 %. Отношение кальция к магнию снизилось с 8:1 до 6:1. В орошаемом черноземе

13

содержание поглощенных кальция и магния уменьшилось на 18 %, при увеличении доли магния отношения кальция к магнию сузилось в 2 раза. Происходит трансформация не только органической, но и минеральной части, поэтому часть магния может освобождаться и переходить из кристаллической решетки минералов в обменное состояние.

В сравнении с целиной сумма обменных кальция и магния уменьшилась в 1,5 раза.

Для орошаемого чернозема характерно небольшое подщелачивание. После многолетнего умеренного орошения речной водой (река Тула) происходит активизация процессов образования бикарбонатов и их вертикальная миграция [Гантимуров И.И., 1980].

5.4. Структурное состояние и водопрочность агрегатов

Поскольку в основном гуматы кальция склеивают механические элементы в агрегаты и придают им водопрочность, уменьшение содержания гумуса и обменного кальция, не могло не оказать заметного влияния на структурное состояние (табл. 3).

Таблица 3. Структурный состав чернозёма выщелоченного

Годы Глубина образца, см Размер агрегатов, мм Содержание фракций, % от массы воздушно-сухой почвы к н о о я

о Л >Л1 1 о го 1 04 1 СП I—н 1 СЧ «л о" 1 1 Щ чч (Ч о о" <4 о" V & и

Неорошаемый

1974 0-20 20-40 15,3 16,8 7,2 6,2 13,8 10,3 13,4 10,6 23,2 20,4 9,0 9,7 8,0 12,3 10,1 13,5 2,9 2,3

2007 0-20 20-40 17,6 18,9 10,2 9,4 14,0 12,2 9,6 7,6 21,0 18,6 8,2 6,5 5,9 10,8 13,5 15,9 2,2 1,8

Орошаемый

1974 0-20 20-40 22,6 24,6 13,0 13,5 9,9 12,8 6,5 8,5 9,9 11,1 9.3 8.4 10,1 8,3 18,6 12,8 1,4 1,7

2007 0-20 20-40 27,9 28,7 11,1 12,7 14,1 9,8 8,7 7,7 10,0 10,8 4.3 5.4 7,1 7,9 19.8 16.9 1,1 1,2

Целина

2007 0-20 20-40 10,8 15,3 14,5 6,2 13,0 6,3 13,5 8,8 24,7 25,6 6,0 4,9 8,9 16,8 8,5 9,3 4,1 3,1

В неорошаемых черноземах ухудшение структуры проявляется за счет увеличения глыбистой фракции размером >10 мм (на 17,5 %). Содержание пыли (< 0,25 мм) в слое 0-40 см увеличилось па 7 %. В соответствии с ростом глыбистости отмечено уменьшение количества агрономически ценных агрегатов. Максимальному разрушению подверглись наиболее ценные агрегаты размером 1-3 мм, содержание которых уменьшилось на 15 %, по сравнению с данными 1974 года, а по сравнению с целиной на 22 %.

Коэффициент структурности снижается с 2,9 до 2, 2, кроме того обесструктуривание пахотных почв происходит в результате многократного и интенсивного воздействия на почву тяжелой сельскохозяйственной техники.

Наиболее значимые изменения структурного состояния отмечены в орошаемом черноземе, где содержание глыбистой фракции возрастает в пахотном слое на 25 %, в подпахотном на 15 %, что сопровождается формированием крупных комков, бесформенных глыб и приводит к образованию корки после выпадения осадков и орошения. Возросло содержание агрегатов размером менее 0,25 мм на 15 %. Количество агрономически ценных агрегатов от 0,25 до 10 мм уменьшилось на 20 %. Коэффициент структурности снижается с 1,7 до 1,2, что в 2,4 раза меньше, чем на целине. Для чернозема в целинном статусе характерно довольно высокое содержание агрономически ценных агрегатов (80 %), коэффициент структурности 4,1. Согласно шкале, характеризующей экологическую оценку структурного состояния почв, целинный чернозем имеет отличное состояние, старопахотный - хорошее, а орошаемый - удовлетворительное [Бахтин П.У., 1971].

Важным показателем агрономически ценной структуры является её водопрочность (рис. 4).

Содержание водопрочных агрегатов пахотного слоя неорошаемого чернозема составляет 39 %, оценивается как удовлетворительное. Воздействие фактора систематической обработки и возделывания сельскохозяйственных культур оказывают на подпахотный слой, как и на пахотный, как правило, негативное, хотя более слабое влияние. В подпахотном горизонте количество водопрочных агрегатов составляет 52 % , что является хорошим резервом для улучшения структуры пахотного слоя. Пониженное содержание водопрочных агрегатов (>0,25 мм) можно объяснить уменьшением содержания гумуса, особенно его наиболее активных новообразованных форм.

В орошаемом варианте количество водопрочных агрегатов в пахотном слое сократилось на 32 %, а по сравнению с целиной уменьшилось на 40 %. Подпахотный горизонт отличается более высоким содержанием водопрочных агрегатов, лучшая оструктуренность которого объясняется отсутствием прямого антропогенного воздействия непосредственно на данный слой. Коэффициент водопрочности черноземов выщелоченных в целинном варианте

составил 0,9. В зависимости от уровня антропогенной нагрузки он снизился до 0,6 в неорошаемом и 0,4 в орошаемом вариантах.

д

: j 2-i 1-0.05 0.05-0.25 <0.25

Размер водопрочных агрегатов, мм

Рис. 4 Содержание водопрочных агрегатов в черноземе выщелоченном

Неорошаемый: а - 1974 г., б - 2007 г.

Орошаемый: в - 1974 г.; г-, 2007 г.; д - целина, 2007 г.

5.5. Общие физические свойства (плотность твердой фазы, плотность,

пористость)

Показатель структурно - агрегатного состояния чернозема свидетельствуют о структурной деградации старопахотных черноземов, при дальнейшем развитии отмеченных негативных тенденций могут ухудшаться функционально связанные физические свойства почв ее плотность, пористость.

Плотность твердой фазы почвы по сравнению с другими физическими показателями почв варьирует в довольно узких пределах и в незначительной степени изменяется во времени. Плотность твердой фазы в пределах профиля постепенно увеличивается с глубиной параллельно уменьшению количества гумуса. Меньшая плотность твердой фазы 2,5-2,65 г/см3 характерна для верхних горизонтов, вниз по профилю происходит некоторое ее увеличение до 2,75 r/cMJ (табл.4).

Таблица 4. Общие физические свойства чернозема выщелоченного

Варианты, год Глубина Плотность Плотность, Общая

образца, см твердой фазы г/см3 пористость,

г/см3 %

Неорошаемый, 0-10 2,57 1,18 54,1

1974 14-24 2,52 1,15 55,0

24-38 2,61 1,22 54,6

38-48 2,64 1,28 51,3

55-65 2,63 1,30 52,2

80- 90 2,65 1,31 52,1

140-150 2,68 1,31 52,0

Неорошаемый, 0-15 2,50 1,12 55,2

2007 15-25 2,50 1,14 54,4

25-35 2,54 1,17 54,0

40-50 2,60 1,20 54,2

75-85 2,68 1,21 54,9

110-120 2,73 1,32 51,7

150-160 2,74 1,33 51,5

Орошаемый, 0-15 2,65 1,23 53,6

1974 15-25 2,67 1,25 53,2

25-35 2,67 1,24 53,6

40-50 2,71 1,27 53,1

75-85 2,77 1,32 52,4

110-120 2,77 1,29 53,4

150-160 2,75 1,30 52,7

Орошаемый, 0-10 2,64 1,28 51,0

2007 14-24 2,62 1,25 53,0

24-38 2,69 1,22 54,6

38-48 2,71 1,32 51,3

55-65 2,76 1,32 52,2

80- 90 2,74 1,31 52,2

140-150 2,74 1,31 52,2

Целина, 2007 0-10 2,50 1,09 56,4

14-24 2,56 1,12 56,3

24-38 2,60 1,14 56,2

38-48 2,63 1,18 55,0

55-65 2,74 1,25 54,4

80- 90 2,73 1,30 52,4

140-150 2,74 1,35 50,8

НСРо,о5 - 0,01 0,03 0,17

В орошаемом черноземе наблюдается некоторое увеличение плотности верхних горизонтов, что связано с огрублением структуры, снижением содержания гумуса и обменного кальция. В то же время плотность исследуемых черноземов в гумусовых горизонтах остается оптимальной для большинства сельскохозяйственных культур (1,14-1,25 г/см3). По шкале оценки пористости почв H.A. Качинского [1965] изучаемый чернозем, независимо от уровня антропогенной нагрузки, характеризуется как почва с удовлетворительной общей пористостью.

ВЫВОДЫ

1. Длительное сельскохозяйственное использование чернозема выщелоченного оказало существенное влияние на морфологические свойства почвы. Наблюдается уменьшение мощности гумусово-аккумулятивного горизонта, степени прокрашивания верхних слоев, огрубление структуры. Более интенсивные изменения выявлены в орошаемом черноземе, в нем также отмечено снижение линии вскипания.

2. В орошаемом черноземе произошло уменьшение илистой фракции в гумусовом горизонте и увеличении ее в нижележащем горизонте, кроме того незначительно увеличилось содержание фракции мелкого песка в пахотном горизонте.

3. Гумусовое состояние черноземов при различной антропогенной нагрузке претерпело существенное изменение. Содержания гумуса в слое 0-50 см неорошаемого чернозема за 33-летний период использования уменьшилось на 16 %, орошаемого на 24 %. Убыль гумуса из полуметровой толщи в сравнении с целиной составила 112 т/га и 186 т/га, соответственно. Изменился качественный состав гумуса Спс: СФк снизилось с 2, 4 до 1,7.

4. В неорошаемом черноземе, за более чем тридцатилетний период, произошло снижение поглощенных оснований на 16 %, в орошаемом потери составили 20 %. В сравнении с целиной сумма обменных кальция и магния уменьшилась в 1,5 раза, снизилась доля кальция с 89 % на целине до 80 % на пашне. Наблюдается подщелачивание почвенного раствора при орошении.

5. Длительное антропогенное воздействие проявилось в увеличении глыбистости, дезагрегации почвенной массы, обесструктуривании верхней части профиля, уменьшении количества агрономически ценных агрегатов на 18 %, снижении коэффициентов структурности с 4,1 до 1,4 и водопрочности с 0,9 до 0,4.

6. Плотность твердой фазы почвы при длительном сельскохозяйственном использовании осталась практически неизменной. В орошаемом черноземе наблюдается незначительное увеличение плотности верхних горизонтов. Независимо от уровня антропогенной нагрузки показатель пористости остается удовлетворительной для пахотного слоя.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Быкова С.Л. Содержание гумуса в черноземе выщелоченном при различном антропогенном воздействии / С.Л. Быкова // Материалы II Всероссийской научно - практической конференции молодых ученых и аспирантов. Часть 1,- Уфа, 2008. С.25-27.

2. Быкова С.Л. Агроэкологическая оценка физического состояния чернозема выщелоченного. / С.Л. Быкова // Материалы XII Международной научной школы-конференции молодых ученых «Экология южной Сибири и сопредельных территорий». Том Н.Абакан, 2008. С.41

3. Быкова СЛ. Агроэкологическая оценка структурного состояния чернозёма выщелоченного / С.Л. Быкова // Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири: Материалы Межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов аграрных вузов Сибирского федерального округа. - Барнаул: АГАУ, 2008. - С. 212-213.

4. Сиухина М.С. Агроэкологическая оценка трансформации чернозема выщелоченного / М.С. Сиухина, С.Л. Быкова // Материалы V съезда Всероссийского общества почвоведов им. В.В.Докучаева.- Ростов-на -Дону, 2008. - С. 400

5. Быкова С.Л. Изменение свойств чернозема выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании / С.Л. Быкова // Материалов Всероссийской научной конференции XII Докучаевские молодежные чтения, посвященные 130- летию первой генетической почвенной классификации В.В. Докучаева. «Почвы и продовольственная безопасность России» - Санкт- Петербург, 2009,-С.100-101.

6. Быкова С.Л. Физико-химические свойства чернозема выщелоченного в условиях целины и пашни / С.Л. Быкова // Материалы VII межрегиональной конференции молодых учёных и специалистов аграрных вузов СФО «Инновационный потенциал молодых учёных в развитии агропромышленного комплекса Сибири» - Новосибирск, 2009. - С.26-28.

7. Быкова С.Л. Изменение свойств чернозема выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании /С.Л. Быкова // Материалы по изучению русских почв выпуск 6 (33) - Санкт-Петербург, 2009.-С. 33-36.

8. Сиухина М.С. Влияние сельскохозяйственного использования на гумусовое состояние чернозема выщелоченного Новосибирского Приобья / М.С. Сиухина, С.Л. Быкова // Сборник материалов научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СпбГАУ - Санкт-Петербург-Пушкин, 2009,-С. 139-142.

9. Снухина М.С. Сравнительная агроэкологическая оценка изменения свойств чернозема выщелоченного / М.С. Сиухина, С.Л. Быкова // Сборник материалов IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био reo антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове» Том.- Томск, 2010. -С.206-209.

10. Сиухина М.С. Изменение свойств чернозема выщелоченного при различной антропогенной нагрузке / М.С. Сиухина, СЛ. Быкова // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2010.- №8.- С.12-17.

11. Быкова С.Л. Сравнительная оценка гумусного состояния целинного и пахотного чернозема выщелоченного / С.Л. Быкова // Сборник материалов Всероссийской научной конференции XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв». - Санкт-Петербург, 2010,-С.66-67.

12. Быкова С.Л. Влияние длительного сельскохозяйственного использования на морфологические признаки чернозема выщелоченного. / С.Л. Быкова // Вестник НГАУ, 2011 № 3 (19).- С. 7-11.

13. Сиухина М.С. Свойства чернозема выщелоченного подверженного эрозионным процессам./М.С.Сиухина, С.Л. Быкова, Е.В. Поплавская //Достижения науки и техники АПК. 2011 №7.- С. 15- 17.

14. Сиухина М.С. Сравнительная оценка изменения содержания гумуса в черноземе выщелоченном при длительной антропогенной нагрузке. / М.С. Сиухина, С.Л. Быкова // Материалы Международной научной конференции «Современное состояние черноземов».- Ростов - на -Дону, 2013. С.270-272.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г.Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Тел./факс (383) 346-08-57 Формат 60 х 84/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 2372. Подписано в печать 15.12.2014 г.