Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агрофизические свойства, гидрологический режим и мелиоративная диагностика темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Агрофизические свойства, гидрологический режим и мелиоративная диагностика темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности"

На правах рукописи

Волохина Вера Петровна

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ГИДРОЛОГИЧЕСКИИ РЕЖИМ И МЕЛИОРАТИВНАЯ ДИАГНОСТИКА ТЕМНО-СЕРЫХ ПОЧВ НА ДВУЧЛЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ СЕВЕРА ТАМБОВСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Специальность - 06.01.03 - агрофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

16 МАЙ 21)13

005057997

Москва - 2013

005057997

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и на кафедре агрохимии и почвоведения агрономического факультета Мичуринского государственного аграрного университета.

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент кафедры агрохимии и почвоведения агрономического факультета Мичуринского государственного аграрного университета Стеланцова Людмила Валентиновна

Официальные оппоненты:

Басевич Виктор Францевич - доктор биологических наук, доцент, факультет Почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова, доцент кафедры общего земледелия и агроэкологии

Скворцова Елена Борисовна - доктор сельскохозяйственных наук, Почвенный институт имени В.В. Докучаева РАСХН, заведующая лабораторией физики почв

Ведущее учреждение: Ставропольский государственный аграрный университет

Защита диссертации состоится 23 апреля 2013 г. в 15 ч. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании Диссертационного Совета Д 501.002.13 при МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, корпус 1, стр. 12, факультет почвоведения, тел/факс +7(495)9392947

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан » 2013 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.002.13

Зенова Галина Михайловна

- Актуальность темы: В Тамбовской области темно-серые почвы занимают более 70 тыс. га сельскохозяйственных угодий. Ареалы их распространения характеризуются высокой комплексностью (Адерихин и др., 1874). Причиной переувлажнения часто является неглубокое залегание под супесчаными отложениями тяжелого суглинка, на котором застаивается верховодка. Существуют многочисленные сведения о генетических особенностях, морфологии, водном режиме и мелиорации дерново-подзолистых почв на двучленных отложениях (Градусов и др., 2004; Жирова, 1976; Зайдельман, 1985; Рейнтам, 1986, 1999; Тонконогов и др., 2004, Зайдельман, Никифорова, 1982). Но среди публикаций, посвященных серым почвам лесной и лесостепной зон (Ахтырцев, 1979 1992; Макунина, 1990; Никитишен, 2002; Протасова, Щербаков, 2004) практически мет работ о серых почвах на двучленных отложениях. Не изучены их агрофизические свойства, водный режим и продуктивность сельскохозяйственных культур в годы различной обеспеченности осадков. Крайне ограничены сведения об их морфологии, химических свойствах и, в частности, конкреционных новообразованиях и их диагностическом значении. Не разработаны аналитические количественные критерии оценки их агроэколо-гического состояния.

Цель исследований - Изучить агрофизические свойства, исследовать особенности основных элементов гидрологического режима обрабатываемых темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности, обосновать рациональное использование этих почв в естественном состоянии, разработать систему их морфологической и аналитической мелиоративной диагностики.

Задачи исследований:

1. Исследовать влияние прогрессирующего в пространстве гидроморфизма на агрофизические свойства, морфологические и химические особенности темно-серых почв на двучленных отложениях;

2. Изучить основные элементы водного режима темно-серых почв на двучленных отложениях в многолетнем цикле;

3. Оценить урожайность зерновых культур в годы различной обеспеченности осадков и возможность их рационального сельскохозяйственного использования в естественном состоянии;

4. Изучить морфологические особенности и химический состав карбонатных и Ре-Мп конкреций темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях, оценить диагностическое значение этих новообразований;

5. Разработать систему мелиоративной диагностики темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности по морфологическим особенностям;

6. Оценить возможность применения различных количественных показателей для мелиоративной диагностики исследуемых почв.

Научная новизна исследований. Впервые для северной лесостепи рассмотрены агрофизические особенности, водный режим и продуктивность обрабатываемых темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности. Получены новые данные об их морфологических и химических особенностях. Установлено влияние оглеения на дифференциацию их профиля, содержание различных форм соединений железа, качественный состав органического вещества, фракционный состав фосфора.

Изучены макро- и мезоморфологические особенности и химический состав карбонатных и железо-марганцевых конкреций. Выявлено их диагностическое значение для оценки гидрологического режима и агроэкологического состояния темно-серых почв на двучленных отложениях.

Практическая значимость работы.

1. Предложены системы мероприятий по рациональному сельскохозяйственному использованию темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях в естественном состоянии.

2. На основе морфологических и эколого-гидрологических исследований темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности рекомендована для использования в почвенно-картографической, агрономической и мелиоративной практике новая методика их количественной полевой диагностики. Предложен новый аналитический количественный показатель - модифицированный критерий переувлажнения темно-серых почв на двучленных отложениях (Кщ/Copr) по соотношению оптических плотностей различных вытяжек из гумусовых горизонтов и общему содержанию органического вещества.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова и кафедре агрохимии и почвоведения МичГАУ (Мичуринского государственного аграрного университета), на научных и научно-практических конференциях в Мичуринском государственном аграрном университете (2009, 2010, 2011, 2012), на Всероссийской научной конференции «Биосферные функции почвенного покрова» в Пущино (2010), на Международной научной конференции «Экологические функции лесных почв в естественных и нарушенных ландшафтах» в Апатитах (2011), по теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Автор сердечно благодарит профессора Ф.Р. Зайдельмана и профессора A.C. Никифорову за ценные советы и помощь в работе, зав. кафедрой профессора Е.В. Шеина и сотрудников кафедры физики и мелиорации почв МГУ имени М.В. Ломоносова за под-

4

держку и замечания. Особую признательность автор выражает своему научному руководителю доценту д.б.н. Л.В. Степанцовой и сотрудникам кафедры агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного университета к.б.н. С.Б. Сафронову и к.б.н. В.Н. Красину за помощь в полевых и лабораторных исследованиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и предложений производству общим объемом 177 страниц печатного текста, содержит 24 таблицы, 38 рисунков и 10 приложений. Список литературы включает 262 источников, из них 14 на иностранном языке.

1. Состояние проблемы. В условиях таежно-лесной зоны было установлено, что свойства и продуктивность сельскохозяйственных культур почв на двучленных отложениях резко отличаются от свойств почв, сформировавшихся на одночленных суглинистых породах (Зайдельман, Никифорова, 1982). Диагностика этих почв различной степени заболоченности по макроморфологическим особенностям более сложна, чем почв на однородных суглинистых отложениях, так как даже на незаболоченной почве могут проявляться морфологические признаки оглеения. Количественные критерии диагностики, разработанные для почв на однородных отложениях к двучленным отложениям не применимы.

2. Характеристика объектов исследовании. Был исследован комплекс почв на третьей надпойменной террасе р. Иловай, расположенной на территории землепользования ООО «Хоботовское» Первомайского района Тамбовской области: темно-серая на высоком участке; темно-серые контактно-глубокооглеенная и контактно-глееватая, приуроченные к открытой лощине; дерново-подзолистая контактно-глеевая в замкнутом понижении (рис. 1). Почвообразующей породой служат двучленные наносы: верхний слой - флювиогляциальные отложения супесчано-легкосуглинистого гранулометрического состава, нижний - карбонатный безвалунный тяжелый суглинок. Переувлажнение обусловлено поверхностными водами, застаивающимися на водоупорной толще второй

породы.

Условные обозначения: ° — карбонатные конкреции

* — марганцево-железистые

конкреции (ортштейны)

4- — марганцевые вкрапления

— пятна ожелезнения

А —оглеенные кутаны

4 — пятна оглеения мелкозема

Рисунок 1. Схематический профиль почв на двучленных отложениях: I - открытая депрессия, II - замкнутая депрессия. Почвы: 1 - темно-серая; 2 - темно-серая контактно-глубокооглеенная; 3 - темно-серая контактно-глееватая; 4 - дерново-подзолистая контактно-глеевая.

5

II 1 I СМ 0

4 ^'-'Ап АгГ 3

II • • А1 А1д' • 50

АЗд'-.й ♦ * А1А2 А1А2 А1А2д" 'лиг»; —

А2Вд".Га • * • +

А2В А2В А2Вд"

В1д"' В1 + * 100

В1 В1д" -

В2д'" + В2 В2д' В2са,д" О

♦ вэ 4 * + А 150

Сд"< ♦ * Сса + о Сса.д"

200

3. Методы исследований. Работа выполнена на базах кафедры агрохимии и почвоведения МичГАУ, Испытательной лаборатории (№ РОСС 1Ш.0001.21ПЛ91) й кафедры физики и мелиорации почв МГУ имени М.В. Ломоносова с 2008 по 2012гг.

При выполнении исследований использовали следующие методы: 1. гранулометрический состав - по Долгову и Личмановой; 2. плотность твердой фазы - пикнометри-чески; 3. плотность почвы - цилиндрами объемом 300 и 100см3; 4. агрегатный анализ -по Саввинову; 5. гигроскопическая влажность - термостатно-весовым; 6. максимальная гигроскопическая влажность и предельная полевая влагоемкость - по Николаеву; 7. влажность устойчивого завядания - методом вегетационных миниатюр; 8. изучение режима влажности - термостатно-весовым методом; 9. определение ОВП - на приборе «Экотест-2000»; 10. учет продуктивности - на основе учета урожая с малых площадок, 2x2м; 11. валовое содержание элементов - сплавлением почвы с карбонатом натрия и последующим определением элементов аналитическими методами; 12. фракционный состав гумуса - по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой; 13. актуальную и обменную кислотность - потенциометрически; 14. гидролитическую - по Каппену; 15. обменные основания вытесняли N11(0; 16. «аморфное» железо - по Тамму, 17. суммарное «несиликатное» железо - по Меру-Джексону; 18. «органическое» железо - по Баскомбу; 19. минеральный «активный» фракционный фосфор - по Гинзбург-Лебедевой; 20. «органический» фосфор и «прочносвязанные» фракции минерального фосфора - по Чангу-Джексону в модификации Аскинази и Гинзбург; 21. обменный калий и подвижный фосфор - по Чирикову; 22. щелочногидролизуемый азот - по Корн-филду в модификации ЦИНАО; 23. коэффициент заболоченности - по Зайдельману и Оглезневу. Ортштейны отбирали из воздушно-сухих образцов почвы массой 1кг и отмывали на сите 0,5мм; для анализа валового состава ортштейнов разложение проводили смесью серной и хлорной кислот. Все определения проводились в 6-кратной - для гумусовых и в 4-кратной повторности для остальных генетических горизонтов, в ортштейнах - в 6-кратной. Статистическая обработка - по Доспехову (1979). На рисунках представлены средние значения. Различия средних значений достоверны с 95% вероятностью.

4. Физические свойства.

4.1. Гранулометрический состав. Двучленность исследуемых почв прослеживается по изменению количества илистой фракции (рис. 2). На контакте содержание ила увеличивается до 30%. Причем верхняя граница тяжелого суглинка не совпадает с верхней границей иллювиального горизонта. В темно-серой почве, где преобладает вертикальное передвижение влаги происходит оседание ила на контакте. Резкое обеднение горизонтов А2в//с5 и А2В^/(Ё дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы илистой фракцией обусловлено конкрецеобразованием. Латеральный сток в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах открытой депрессии ведет к накоплению ила в верхних горизонтах и сглаживанию различий на контакте двух толщ.

10 15 20 25 ДО 35° о

■3 — 4

Рисунок 2. Распределение илистой фракции по профилю темно-серых почв на двучленных отложениях. Почвы: 1 - темно-серая; 2 - темно-серая контактно-глубокооглеенная; 3 - темно-серая контактно-глееватая; 4 - дерново-подзолистая контактно-глеевая.

4.2. Плотность почвы, плотность твердой фазы, общая пористость, пористость аэрации, гидрологические константы. Во всех рассматриваемых почвах можно выделить два резких скачка изменения плотности, пористости и пористости аэрации: первый - приурочен к нижней границе пахотного горизонта, второй - к контакту двух толщ (табл. 1).

Таблица 1. Физические свойства темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности

Разрез, почва

1. Темно-серая

2. Темно-серая контактно-глубоко-оглеенная

3. Темно-серая контактно-глееватая

4. Дерново-подзолистая контактно-глеевая

Горизонт, глубина, см

Ап А1

А1А2 А2В

Сса.вУ

0-15

15-45

45-65

65-80

100-130

130-150

Ап 0-20 А1е/ 20-50 А1А2е//50-70 В1е„ 85-115 В2са.с;/1 15-150

Ап^ 0-10 А1Ё„ 10-25 А2е,№ 25-45 А2В&,,Ь 45-65 В1^/, 65-120 С^да 160-200

Ап 0-20 А1 20-40 А1А2 40-75 В1 95-110 ВЗ 130-150 С„ 150-200

Р ь

10 10 6 6 6

10 10 6 6 6 6

М+1о95ГП

г/см3

1,14±0,05 1,46±0,05 1,61 ±0,04 1,72±0,09 1,65±0,07 1,64±0,Ю

0,99±0,08 1,44±0,07 1,49±0,07 1,53±0,03 1,60±0,07 1,59±0,05

0,97±0,05 1,35±0,05 1,37±0,07 1,50±0,06 1,57±0,07

1,17±0,02 1,48±0,07 1,64±0,08 1,57±0,04 1,45±0,08 1,60±0,09

2,42 2,47 2,53 2,59 2,47 2,51

2.51

2.52 2,52 2,57 2,55 2,64

2,44 2,49 2,49 2,54 2,56

МГ ВЗ ППВ Р„

% от объема

52,9 40,9 36,4

33.6 33,2

34.7

60,6 42,9 40,9 40,5 37,3 39,8

2,57 2,55 2,60 2,70 2,54 2,52

60,2

45.8 45,0

40.9 38,7

54,5 42,0 36,9 41,9 42,9 36,5

Рь - плотность почвы, р5 - плотность твердой фазы, б - пористость, скопичность, ВЗ - влажность завядания, ППВ - предельная полевая ность аэрации при влажности равной ППВ

4,3 4,9 2,9 1,0 15,1 9,2

6.4 9,1

8.5 11,0 13,1 11,5

6,1 10,2

10.5

14.6 10,0

3,8 5,1 3,7 0,4 11,0 13,0

7,6

9.2 4,8

3.3 18,4 12,1

12.4 15,9 12,6 12,8

15.5 13,7

15,8 22,0 14,6 7,5 30,0 28,5

Ю,

16,7

13,2

16,4

12,7

7,5

9.8

5.9 0,6 16,7 16,6

24,9 32,4 28,2

33.7

32.8 31,3

26.4 30,6 34,6

36.5 37,3

19,1 24,3

14.7

11.8 36,3 33,5

МГ- максимальная гигро-влагоемкость Р, - пороз-

Для пахотных слоев характерны низкие значения плотности и высокие пористости и пористости аэрации. В подпахотных слоях гумусового горизонта плотность возрастает до 1,4 г/см3, что обусловлено легким гранулометрическим составов и низкой острук-туренностью верхней толщи, при этом общая пористость и воздухоемкость снижаются соответственно до 40% и 10-20% (табл. 1). Нижняя толща характеризуется высокой для пылеватой породы плотностью (1,5-1,6 г/см3) и очень низкой пористостью аэрации (37%) при влажности равной ППВ. Для верхних супесчаных гумусовых горизонтов темно-серой почвы характерна низкая водоудерживающая способность и узкий диапазон активной влаги. В темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах повышение содержания ила в верхних горизонтах определяет повышение значений почвенно-гидрологических констант. В оглеенных подстилающих тяжелосуглинистых горизонтах значения ППВ приближаются к значениям общей пористости, что делает эти горизонты воздухо- и водонепроницаемыми. Физические свойства дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы неблагоприятны для сельскохозяйственных культур.

5. Элементы гидрологического режима и продуктивность сельскохозяйственных культур. Исследования водного режима проводились в 2008-2011гг., различающихся по количеству осадков за весь год и вегетационный период (табл. 2). В 2008г часть поля засеяли яровой пшеницей, часть однолетними травами. В последующие два года перешли на посев озимой ржи. В 2010г после экстремально-сухого лета посев озимых из-за резкого дефицита влаги в почве был невозможен, поэтому в 2011г после выпадения устойчивых осадков поле засеяли подсолнечником.

Таблица 2. Распределение осадков в годы исследований (по данным Мичуринской метеостанции)

Годы исследований

2008

2009

2010 2011

Весь год (октябрь-октябрь)

Сумма осадков, мм

627 467 327 448

Обеспеченность осадков, %

49 89 96 91

Летний период (апрель-август)

Сумма осадков, мм

292 279 115 376

Обеспеченность осадков, %

70 76 98 32

Низкая водоудерживающая способность верхних супесчаных горизонтов ведет к быстрому освобождению весной пахотных слоев темно-серой почвы от гравитационной воды и установлению окислительных условий (рис. 3, 4). В 2008г., среднем по обеспеченности осадков, накопление влаги на тяжелосуглинистой толще и равномерное распределение осадков за вегетационный период определило получение высоких урожаев озимых яровых зерновых культур. Даже при непродолжительных засухах в 2009 и 2010гг. (рис. 4) растения испытывали недостаток влаги, что привело в 2009г. к снижению урожайности по сравнению с 2008г. озимой ржи - на 30%, яровой пшеницы - на

40%, а в экстремально-сухом 2010г - на 50 и 75%, соответственно. Там, где посев проводился повторно по зерновым, снижение урожайности более значительно! При достаточном количестве летних осадков (по данным в 2008 и 2011гг.) на этой почве была получена высокая урожайность однолетних трав и подсолнечника (табл. 3).

Рисунок 3. Динамика Eh, темно-серых почв на двучленных отложениях (0-20см). Почвы: 1 - темно-серая; 2 - темно-серая контактно-глубокооглеенная;

3 - темно-серая контактно-глееватая;

4 - дерново-подзолистая контактно-глеевая.

В темно-серой контактно-глубокооглеенной почве на склоне открытой депрессии, верховодка до конца апреля и падение ОВП до (+100 мВ) наблюдались только во влажном 2008г (рис. 3, 4). Но уже к началу мая влажность верхних горизонтов достигла оптимальных для растений значений ППВ-ВРК (рис. 4) и в почве установились окислительные условия. Высокие запасы влаги в почве и равномерные осадки за вегетационный период определили высокую урожайность зерновых и однолетних трав. Но по сравнению с темно-серой почвой урожайность была ниже на 35% - по озимым, на 60% - по яровым, на 10% - по однолетним трапам (табл. 3). В более засушливый 2009г и в очень сухой 20 Юг интенсивный рост озимой ржи способствовал во второй декаде июня иссушению верхней метровой толща до значения ВРК и ВЗ соответственно. Поэтому урожайность была ниже, чем на темно-серой почве. Выпадавшие летом 2011 г проливные дожди компенсировали дефицит влаги, и весь вегетационный период влажность почвы была оптимальной, что определило урожайность подсолнечника на уровне темно-серой почвы.

Поступление значительного количества воды и малая мощность верхней толщи темно-серой контактно-глееватой почвы на дне открытой лощины способствуют тому, что в 1м профиля во влажные и средние годы (2008 и 2012гг.) длительно застаивается вода. В 2008г верховодка в верхних 50см наблюдалась до третьей декады мая, а на глубине 90-100см - до начала сентября, значения ОВП верхних горизонтов опустились до +100 мВ (рис. 3, 4). Влажность верхней толщи большую часть вегетационного периода была выше ППВ, поэтому однолетние травы не были посеяны. На соседних полях снижение урожайности озимых и яровых зерновых по сравнению с темно-серой почвой составило более 60% (табл. 3). Застой верховодки в 2009г в метровой толще продолжался до середины июня. Влажность верхних 20см уже в конце апреля достигла значений ППВ. Озимая рожь не вымокла и ее урожайность была на уровне темно-серой почвы.

9

-Tfigte-b*^- Ц^,rj&rS* ч V 0 ■ "• ö

' г/

» >» Э» t И В J I! ¡1 >0 П V * ІІ 30 » 18 »

а- »в 201(1 _311

■ 11 29 6 и 58 1 IS 39 И ЗО М t 17 2Т R 19 г?

- 1 -О- : -Л- ) -о- і

Условные обозначения к рис. 4:

I-1 ^^ ШШШ [=113 Г~Г~Л Е^5^

12 3 4 5 6 7

1 - менее ВЗ, 2 - ВЗ - ВРК, 3 - ВРК - ППВ, 4- ППВ - ПВ, 5 - верховодка, 6 - мерзлота, 7 - водоупор Рисунок 4. Режим влажности темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности (влажность в объемных процентах и категориях). Почвы: 1 - темно-серая; 2 - темно-серая контактно-глубокооглеенная; 3 - темно-серая контактно- глееватая; 4 - дерново-подзолистая контактно-глеевая

Оспдки. мм

2008

Таблица 3. Урожайность сельскохозяйственных культур на темно-серых почвах на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности

Разрез, почва Глубина залегания во-доупора, см 2008 2009 2010 2011

Урожайность, и/га Срок стояния воды в первом метре Урожайность, ц/га Срок стояния воды в первом метре Урожайность, ц/га Срок стояния воды в первом метре Урожайность подсол неч-ника, ц/га Срок стояния воды в первом метре

вика + овес озимая пшеница яровой ячмень озимая рожь яровая пшеница озимая рожь яровая пшеница

повторный noces по яровым посев после чистого пара

1. Темно-серая 110-130 171 ±15 58,4 ±10,5 66,8 ±11,2 нет 26,5 ±8,6 нет 30,1 ±8,2 17,6 ±4,6 нет 29,3 ±8,2 нет

19,2±3,4 43,7±8,1

Почвы открытой депрессии

2. Темно-серая контакти о-глубоко-оглеенная 65-70 152 ±14 37,2 ±7,4 25,6 ±5,2 до середины апреля 39,3±12,6 22,6 ±6,8 до начала апреля 30,8 ±7,5 18,1 ±4,2 нет 27,6 ±9,5 нет

3. Темно-серая кон-тактно-глееватая 50-55 нет посева 24,0 ±5,6 13,6 ±4,3 до середины июля 40,8±7,8 20,2 ±5,4 до середины июня 19,2 ±2,1 8,2 ±3,3 нет 28,4 ±7,4 нет

Почвы замкнутой депрессии

4. Дерново-подзолистая контактао-глеевая 65-70 нет посева вымочка нет посева до середины июля вымочка нет посева до начала мая вымочка нет посева до начала мая 18,2 ±5,6 нет

Малоснежная зима определила отсутствие весной 2010г верховодки. Нижние тяжелосуглинистые горизонты были не промочены. Небольших запасов влаги в верхней толще хватило только до середины июня. Затем влажность темно-серой контактно-глееватой почвы снизилась до ВРК, а в верхних 30см - до ВЗ (рис. 4). Острый дефицит влаги вызвал снижение в 2 раза урожайности зерновых по сравнению с темно-серой почвой. Весной 2011 года до значений выше ППВ промокла только верхняя толща, верховодка не образовалась и в почве с весны наблюдались окислительные условия. Отсутствие переувлажнения и периодически выпадавшие обильные дожди определили высокую урожайность подсолнечника.

Для дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы характерен ежегодный поверхностный застой воды и падение ОВП до +50мВ, при этом влажность нижних горизонтов может быть ниже ППВ (рис. 3, 4). Естественная болотная растительность вызвала быстрое и глубокое иссушение профиля во второй половине вегетационного периода 2008г. Осенью 2008г западину распахали, однако ни разу за период исследований на дерново-подзол истой контактно-глеевой почве не был получен удовлетворительный урожай сельскохозяйственных культур (табл. 3).

6. Диагностика степени гидроморфизма почв по морфологическим признакам, новообразованиям н химическим особенностям.

6.1. Макроморфологическая характеристика почв. Изучаемые темно-серые почвы на двучленных отложениях по морфологическим признакам существенно отличаются от представленных в «Классификации и диагностики почв СССР» (1977). Для рассматриваемых почв характерна значительная мощность (70-100см) и слабая острук-туренность гумусового горизонта (табл.4). Даже в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве мощность гумусового горизонта составляет 25см. В темно-серой почве горизонт А1А2 выделяется более светлой окраской, в более заболоченных темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах он отличается от горизонта А1 только увеличением плотности и утратой комковатой структуры. В условиях контрастного застойно-промывного водного режима в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве формируется самостоятельный подзолистый горизонт мощностью 40см. Морфохроматические признаки оглеения наиболее ярко выражены на контакте. Их интенсивность нарастает от темно-серой к дерново-подзолистой контактно-глеевой почве. В темно-серой почве верхняя граница вскипания совпадает с верхней границей тяжелого суглинка. Периодический застой влаги в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах ведет к вымыванию карбонатов из верхних слоев тяжелого суглинка. Профиль дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы отмыт от карбонатов на глубину более Зм.

Таблица 4. Морфологические особенности темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности

Морфологические особенности На выровненном участке Открытая депрессия Замкнутая депрессия

1. Темно-серая 2. Темно-серая контакт-но-глубокооглеенная 3. Темно-серая контакт-но-глееватая 4. Дерново-подзолистая конгактно-глеевая

Мощность гумусового горизонта, см; его цвет 90±7 темно-серый 80±7 темно-серый 70±8 темно серый 25±3 буровато-серый

Глубина залегания водо-упора, см 110-130 65-70 50-55 65-70

Глубина вскипания от НС1, см 150 150 115 -

Структура гумусового горизонта непрочно-комковатая непрочно-комковатая непрочно-комковатая непрочно-комковато-пылеватая

Наличие признаков опод-золивания скелетаны по всему профилю скелетаны в нижней части гумусового горизонта скелетаны в нижней части гумусового горизонта самостоятельный подзолистый горизонт мощностью 40см

Морфохроматические признаки оглеения нет сизые пятна на поверхности агрегатов со 100см -10%, со 130см - 50% сизые пятна на поверхности агрегатов с 20см -5-10%, с 70см-до 70% сизые пятна с поверхности-10, с 120см - 50%

Плотные конкреции СаСОЗ со 150см крупные 4-7см округлые светло-бурые дифференцированные со 150см мелкие 2-4см, угловатые, серовато-белые с кавернозной поверхностью со 115см мелкие 2-4см угловатые бурые с кавернозной поверхностью нет

Fe-Mn (ортштейны) нет нет редкие 2-Змм округлые черные и бурые многочисленные до 12мм белесовато-бурые

Другие новообразования со 110см гумусовые бурые кутаны, со 130см мелкие марганцевые вкрапления, со 150см карбонатные натеки и выпоты с 65см - сизовато-серые гумусовые и глинистые оглееные кутаны, с 80см марганцевые, со 100см железистые вкрапления, со 150см карбонатные натеки и выпоты с 50см железистые вкрапления, с 70см -гумусовые и глинистые оглеенные кутаны, марганцевые вкрапления, со 115см- рыхлые карбонатные вкрапления с 25см пятна ожелезне- ния, с 65см -марганцевые вкрапления, с 65см до 120см клинья заполнения 5Ю2

6.2. Новообразования. Карбонатные конкреции отсутствуют только в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве. Конкреции темно-серой почвы на глубине 150см, характеризуются крупными размерами, округлой формой, дифференциацией на плотную оболочку и более темное ядро, разбитое трещинами. Периодический застой влаги в темно-серых конТактно-глубокооглееной и контактно-глееватой почвах ведет к частичному растворению конкреций: уменьшаются их размеры, форма становится угловатой, на поверхности появляются каверны, Мп и Ре вкрапления и резко увеличивается количество нерастворимого кварцевого материала. По сравнению с конкрециями темно-серой почвы, наблюдается увеличение содержания - на 50%, Ре - на 20-70%, и очень резко Мп - в 3-7 раз.

В рассматриваемом ряду почв ортштейны отсутствуют в темно-серой и темно-серой контактно-глубокооглеенной почвах. В темно-серой контактно-глееватой почве застой влаги наблюдается до третьей декады мая, и здесь образуются черные и темно-бурые Ре-Мп конкреции округлой формы. Открытый характер депрессии способствует выносу большей части подвижных соединений Ре и Мп, поэтому общее содержание ортштейнов не превышает десятых долей процента, а их размеры - менее 1мм. Замкнутый характер депрессии и контрастный застойно-промывной водный режим определяют формирование в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве угловатых белесовато-бурых ортштейнов размером 3-7мм, максимум которых наблюдается в подзолистом горизонте (13-18%). При переходе от темно-серой контактно-глееватой к дерново-подзолистой контактно-глеевой почве в составе ортштейнов возрастает содержание БЮг с 68 до 80%, а содержание А1203 снижается с 20 до 14%. Черный цвет ортштейнов темно-серой контактно-глееватой почвы обусловлен высоким содержанием Мп. В ортштейнах дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы коэффициент накопления Мп снижается в 2-3 раза и в 7-8 раз увеличивается коэффициент накопления Р (табл.5).

Таблица 5. Валовой химический состав Ре-Мп ортштейнов, % от прокаленной навески

Разрез, почва Горизонт, глубина Образец Валовой состав, % на прокаленную навеску Кз (In H2SO„)

SiOz лі,о, Fe20, МпО Р205

3. Темно-серая контактно- глееватая Ап, 0-20 ортштейны 60,2 17,5 14,51 6,56 0,34 5,70

накопление* 0,82 0,88 4,82 77,18 1,70

AI g/, 20-50 ортштейны 56,4 19,2 16,45 6,65 0,29 6,88

накопление 0,82 0,81 4,47 79,17 1,93

А1А2„,, 50-70 ортштейны 62,8 20,0 10,55 5,35 0,18 6,44

накопление 0,92 0,83 2,89 84,92 1,64

А2Вг„, 70-85 ортштейны 59,3 19,9 13,05 6,40 0,19 4,88

накопление 0,88 0,79 3,45 94,12 1,58

4. Дерново-подзолистая контактно-глеевая Aity, 0-10 ортштейны 74,4 10,6 10,85 1,47 1,54 14,30

накопление 0,92 0,74 5,96 23,0 8,56

А lg//, 10-25 ортштейны 75,5 10,2 9,52 1,90 1,83 10,59

накопление 0,95 0,66 4,73 26,03 8,32

А2ц//,ь, 25-65 ортштейны 78,6 10,2 7,20 1,65 1,18 9,86

накопление 0,94 0,84 4,80 27,50 7,38

*- по отношению к мелкозему вмещающего горизонта, освобожденного от ортштейнов

Среди несиликатных соединений железа в ортштейнах преобладают аморфные формы, а среди минеральных соединений фосфора - свежеосажденные фосфаты железа, доля органических соединений фосфора - 10-15%. Коэффициент заболоченности по Зайдельману и Оглезневу возрастает от темно-серой контактно-глееватой к дерново-подзолистой контактно-глеевой почве (табл. 5).

Кроме конкреционных новообразований в рассматриваемом ряду почв широко представлены кутаны, Мп вкрапления, пятна ожелезнения, максимум которых приурочен к зоне контакта. Количество Мп вкраплений возрастает с ростом степени заболоченности почв. Кутаны темно-серой почвы имеют бурую теплую окраску, в заболоченных темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой и дерново-подзолистых контактно-глеевых почвах цвет кутан становится сизовато-серый. Железистые вкрапления характерны только для сильно-заболоченной темно-серой контактно-глееватой и дерново-подзолистой контактно-глеевой почв (табл. 4)

6.3. Химические свойства почв. Рассматриваемые темно-серые почвы на двучленных отложениях резко различаются по валовому содержанию элементов в верхней части профиля и практически однородны по составу подстилающей толщи (табл. 6).

Таблица 6. Валовый состав мелкозема темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности

Содержание ила, % Потери Валовой состав, % на прокаленную навеску

Разрез, почва Горизонт, глубина, см при прокаливании, % Si02 А1гО, Fe203 МпО р2о. ТІО СаО MgO

1.Темно- Ап 0-20 3 7,08 86,5 10,0 1,30 0,06 0,14 0,29 1,1 0,5

серая AI 20-40 3 6,67 87,5 9,3 1,23 0,05 0,13 0,27 1,1 0,4

А1А2 40-75 3 2,59 91,4 6,5 0,65 0,03 0,08 0,20 1,0 0,3

В1 95-110 1 0,89 95,3 3,7 0,35 0,02 0,05 0,18 0,8 од

В2 110-130 14 2,89 87,1 9,8 1,23 0,03 0,08 0,26 0,9 0,4

ВЗ 130-150 28 8,31 68,7 23,7 3,69 0,08 0,09 0,63 1,6 1,4

2.Темно- Ап 0-15 7 12,55 73,5 19,5 3,06 0,09 0,22 0,48 1,9 1,0

серая кон- AI 15-45 7 11,0 75,6 18,1 2,93 0,08 0,21 0,48 1,7 1,0

тактно- А1А2 45-65 16 8,02 76,5 18,0 2,66 0,06 0,15 0,44 1,3 0,9

глубоко- А2В 65-80 30 7,68 71,0 22,3 3,46 0,07 0,11 0,52 1,5 1,2

оглеенная В2/110-150 32 7,85 68,5 24,0 3,77 0,08 0,11 0,66 1,5 1,3

3.Темно-се- Ап 0-20 10 11,85 73,1 19,9 3,01 0,09 0,20 0,46 2,1 0,9

рая Alg* 20-50 16 10,93 68,5 23,6 3,68 0,08 0,15 0,52 2,2 1,2

контактно- А1А2„ 50-70 30 8,31 68,5 24,0 3,66 0,06 0,11 0,55 1,7 0,2

глееватая Big" 85-115 32 6,30 68,3 23,5 4,00 0,09 0,16 0,62 2,0 1,2

4.Дерново- Ang' 0-10 5 7,24 80,8 14,3 1,82 0,06 0,18 0,39 1,3 0,6

подзоли- Alg" 10- 25 5 7,42 79,1 15,5 2,01 0,07 0,22 0,48 1,8 0,7

стая кон- А2„,,ь 25-45 1 2,89 83,3 12,1 1,50 0,06 0,16 0,41 1,2 0,6

тактно- А2ВГ> 45-65 1 0,35 96,4 2,4 0,23 0,02 0,03 0,04 0,9 0,1

глеевая Big,,, 65-120 22 6,30 71,0 21,7 3,82 0,08 0,13 0,41 1,6 1,0

Увеличение количества илистой фракции в верхней толщи темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почв определяет повышение по сравнению с

темно-серой почвой содержания Ре, Мп, Р, Са и Резкая элювиально-иллювиальная дифференциация профиля по валовому содержанию полуторных окислов характерна для дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы, так как большая часть Ре и Мп, перешедших в подвижное состояние стягивается в ортштейны.

Глубокое залегание карбонатного суглинка в темно-серой почве определяет слабокислую реакцию и недостаточную насыщенность основаниями. С уменьшением глубины залегания карбонатного суглинка в темно-серых контактно-глубокооглеенной и кон-тактно-глееватой почвах кислотность снижается, степень насыщенности основаниями возрастает. Дерново-подзолистая контаїстно-глеевая почва, отмытая от карбонатов, характеризуется кислой реакцией и низкой насыщенностью основаниями (менее 40%) на протяжении всего профиля, в составе ППК появляется обменный А1 (табл. 7).

На контакте пород происходит относительное обеднение железом илистой фракции верхних слоев нижней толщи и обогащение им вышележащих горизонтов (табл. 7). Максимальное накопление аморфных соединений железа наблюдается в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве.

Темно-серые почвы на двучленных отложениях по гумусному состоянию отличаются от почв на однородных суглинистых отложениях: значительной мощностью гумусового горизонта и преобладанием гуминовых кислот. Это обусловлено вымыванием фульвокислот из верхней толщи. Доля третьей фракции и негидрализуемого остатка определяется содержанием ила в верхней толще и возрастает от темно-серой к темно-серой контактно-глееватой почве (рис. 5).

Рисунок 5. Фракционный состав гумуса почв: 1 - темно-серая; 2 - темно-серая контактно-глубоко-оглеенная; 3 - темно-серая контактно-глееватая; 4 - дерново-подзолистая контактно-глеевая.

0 0.5 I 1.5 2 2,5 3 3,

0 0,5 1 1,5 2 2^ 3 3,5%

|я ФК-|а ВФК- I ОФК- II ОФК-ІІІ ТК- I ОГК- II ТК-III ЯСост |

Изучаемые почвы имеют высокую обеспеченность щелочногидролизуемым азотом, среднюю - обменным калием, и низкую - подвижным фосфором для зерновых и зернобобовых культур (табл. 7).

Анализ фракционного состава фосфора показал, что в темно-серых супесчаных почвах преобладают органические соединения фосфора, а в суглинистых темно-серых контактно-глубокоогленных и контактно-глееватых почвах кроме органических накапливается минеральные соединения фосфора (табл. 8). В условиях контрастного застойно-промывного водного режима фосфаты Ре выносятся поверхностными водами из почв открытых депрессий. В дерново-подзолистых контактно-глеевых почвах замкнутых депрессий большая часть принесенного с повышенных элементов фосфора концентрируется в ортштейнах.

Таблица 7. Химические свойства темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности

Разрез, почва Горизонт, глубина, см Hr Ca2* Mg^ Na+ Al Сумма, Э Содержание элементов питания, мг/100г почвы Валовое Feo/ Fed Ре0:Реа (верхние

РНЮД pHcoj, V,% р2о5 [к2о Ыщ- содержание гор.)/

по Корн-филду Ре„:Рел (нижние гор.)

Ммоль/ ЮОг почвы по Чирикову ре к илу

1 Темно- Ап 0-20 6,22 4,38 5,6 5,5 1,4 0,1 7,1 55,9 4,3 7,4 14,5 0,43 0,34

серая Al 20-40 6,62 4,62 4,9 6,0 0,6 0,1 6,8 58,1 2,4 5,4 12,5 0,41 0,30

А1А2 40-75 6,84 5,16 2,6 3,0 0,8 0,1 4,0 60,6 3,2 4,9 4,3 0,22 0,29

АВ 75-95 6,62 4,84 1,6 1,4 1,1 0,0 следы 2,6 61,9 2,5 3,1 - 0,25 0,27 1,03

В1 95-110 6,88 5,17 1,0 0,9 0,9 0,0 1,9 65,5 2,0 2,8 - 0,35 0,33 ±0,22

В2 110-130 7,45 5,15 1,4 4,1 1,2 0,0 5,4 79,4 0,7 6,1 - 0,09 0,36

ВЗ 130-150 8,09 6,86 0,5 11,5 5,2 0,1 17,1 97,2 - 8,4 - 0,13 0,27

Сса 150-200 8,03 7,13 0,5 19,9 4,3 0,1 24,5 98,0 - 7,0 - 0,27 0,17

2. Темно- Ап 0-15 6,64 4,60 7,5 11,7 3,8 0,1 15,8 67,8 4,7 10,0 21,2 0,44 0,22

серая кон- Al 15-45 6,28 4,64 6,9 10,4 3,5 0,1 14,2 67,3 2,0 7,7 17,1 0,42 0,23

тактно- А1А2 45-65 6,81 4,59 5,6 8,2 4,4 0,1 следы 12,9 69,7 2,0 9,6 4,3 0,17 0,20 2,15 ±0,15

глубоко- А2В 65-80 6,98 4,29 3,3 8,6 3,1 0,1 12,0 78,4 1,2 11,4 - 0,12 0,12

оглеенная В1 80-110 7,17 5,29 2,8 8,8 2,0 0,1 11,1 79,9 0,4 10,7 - 0,12 0,12

В2в, 110-150 7,20 5,38 1,6 15,8 3,1 0,2 19,3 92,3 следы 11,4 - 0,12 0,10

150-200 8,28 7,48 0,3 16,9 2,3 0,1 19,5 98,5 следы 10,6 . 0,12 0,10

3. Темно- Ап 0-20 6,69 4,83 8,2 11,1 1,5 0,1 12,9 61,1 4,1 10,3 19,4 0,30 0,24

серая кон- Alg, 20-50 7,17 5,38 4,0 12,3 1,7 0,1 14,3 78,1 1,8 7,09 13,7 0,23 0,23

тактно- AlA2g// 50-70 7,11 4,94 3,7 8,9 2,7 0,1 следы 12,0 76,4 0,8 9,6 4,3 0,12 0,08 2,85

глееватая A2Bg» 70-85 6,84 4,84 4,2 9,0 2,8 0,1 12,1 74,2 0,7 9,8 - 0,13 0,14 ±0,55

В1„/ 85-115 7,70 6,43 0,7 14,2 1,1 0,2 15,8 95,8 следы 6,9 - 0,13 0,07

B2caE//l 15-150 8,29 7,52 0,4 16,5 1,3 0,1 18,2 97,8 - 5,6 - 0,13 0,11

4. Дерно- Ang, 0-10 6,43 4,53 8,9 4,1 1,0 0,0 0,09 5,4 37,8 2,1 12,4 16,4 0,36 0,61

во- Alg,/ 10-25 6,03 4,47 7,6 4,4 0,7 0,0 0,04 5,3 41,1 2,5 10,6 14,5 0,40 0,56

подзоли- A2„,,fl 25-45 6,35 4,78 3,0 2,6 0,2 0,0 0,02 2,9 49,2 7,2 6,5 3,4 1,50 0,37 3,40 ±0,40

стая кон- A2Byf, 45-65 6,74 5,15 0,5 0,9 0,1 0,0 следы 1,1 68,8 2,3 1,6 - 0,23 0,29

тактно- В lg//; 65-120 6,54 4,27 2,7 5,1 4,4 0,1 0,56 9,9 78,6 1,0 11,5 - 0,17 0,21

глеевая В 2„/, 120-160 5,70 3,77 5,0 5,6 2,4 0,1 1,32 8,4 62,7 следы 8,7 - 0,10 0,20

Cc„, 160-200 5,68 3,65 5,0 6,3 2,9 0,1 0,38 9,7 66,0 следы 9,3 - 0,13 0,16

— не определяли

Таблица 8. Фракционный фосфор в пахотных горизонтах темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности, мг/100г.___

Почва Валовое содержание Активные мине ральные фосфаты Органический Р Прочное вязанный Р

СаРІ СаРН АІ-Р Ре-Р Са-РШ £

1.Темно-серая 144,2 2д9 2,0 ЗЛ 2,3 1Л 5,1 10.9 7,6 11 4,9 31.5 21,8 84.7 58,7 28.0 19,4

2.Темно-серая контактно- глубокооглеенная 215,1 19 1,8 ¿1 2,7 4,8 2,2 12.3 5,7 9^6 4,5 36.4 16,9 83.1 38,6 95.6 44,4

З.Темно-серая контактно-глееватая 195,2 М 1,7 11 1,9 12 3,6 15.8 8,1 4,4 зм 19,8 65.2 33,4 91.4 46,8

4.Дерново- подзолистая контактно-глеевая 176,7 ІІ 2,5 4*8 2,7 М 4,9 27.1 15,3 15.7 8,9 60.6 34,3 62.6 35,4 53.5 30,3

Поя чертой - % от валового содержания

7. Количественная аналитическая диагностика степени гидроморфизма почв.

В качестве критериев диагностики эколого-гидрологического режима изучаемых почв рассматривались: критерий Швертмана контактного слоя, соотношение критерия Швертмана верхних и нижних горизонтов, коэффициент заболоченности по Зайдельма-ну и Оглезневу, коэффициент увлажнения и заболоченности черноземовидных почв по соотношению оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек, и модифицированный его вариант для темно-серых почв на двучленных отложениях.

Под влиянием застоя воды на контакте пород происходит обеднение мелкозема подвижными формами железа. В результате значения критерия Швертманна для контактных слоев снижаются от темно-серой (0,27) к темно-серой контактно-глееватой почве (0,08). Исключение составляет дерново-подзолистая контактно-глеевая почва, в которой значения критерия Швертманна контактных слов возрастают (0,21). В темно-серой почве, не испытывающей переувлажнения, железо малоподвижно, отношение критерия Швертманна верхних и нижних горизонтов равно 1. В темно-серой контактно-глубокооглееной и темно-серой контактно-глееватой почвах наблюдается диффузия железа к поверхности, отношение значений критерия Швертманна верхних и нижних горизонтов возрастает до 2,15 и 2,85 соответственно, а в наиболее заболоченной дерново-подзолистой контактно-глеевой почве - увеличивается до 3,4 (табл. 9).

Достаточно надежной является диагностика рассматриваемых почв по коэффициенту заболоченности (Кз):

1) в темно-серой и темно-серой контактно-глубокоогленной почвах с благоприятным для сельскохозяйственных культур водным режимом ортштейны отсутствуют;

2) в темно-серой контактно-глееватой почве, где снижение урожайности достигает 50% и более, Кз - 4 - 7;

3) в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве с ежегодными вымочками, Кз - 10-17 (табл. 9).

Характеристика Разрез почва

1. Темно-серая 2. Темно-серая контактно-глубокооглеенная 3. Темно-серая контактно-глееватая 4. Дерново-подзолистая контактно-глеевая

Глубина водоупора, см 110-130 60-75 50-55 60-75

Водный режим Промывной Застой влаги 1-2 недели Застой влаги 1-2 месяца Застой влаги 2-3 месяца

Мощность (А1+А1А2), см 75 65 70 25

Морфологические признаки оглеения Нет В нижней части профиля оглеенные кутаны Огление поверхности пе-дов по всему профилю Пятна оглеения по всему профилю

Морфологические признаки оподзоленности Осветлению окраски горизонта А1А2 по Слабо выраженный гор. А1А2 по снижению содержанию гумуса Самостоятельный гор. А2 мощность 30-40см

Карбонатные новообразования Со 150см карбонатные конкреции 5-7см Со 150см угловатые е конкреции 2-Зсм Со 115см угловатые конкреции 2-3 ми Нет

Ре-Мп новообразования Со 130см Мп вкрапления С 80см Ре и Мп вкрапления Ортштейны, пятна оже-лезнения, Мп вкрапления по всему профилю Ортштейны, пятна ожелез-нения и Мп вкрапления по всему профилю,

Агрофизические свойства Благоприятные для сельскохозяйственных растений Низкая пористость аэрации На 20см горизонт А2е//-(5

Физико-химические свойства (Апах) рНюд- 6,22; рН„,л- 4,38; Нг- 5,6 ммоль/100г почвы; V, % - 55,9 рНвод-6,64; рНсол -4,60, Нг- 7,5 ммольЛООг почвы; V, % - 67,8 рНга - 6,69; рНсоя - 4,83 Нг - 8,2 ммольЛООг почвы; V, % -61,1 рН„д- 6,43; рНсм- 4,53 Нг - 8,9 ммоль/1 ООг почвы; V, % - 37,8

Сорг, % (Апах) 2,88 3,42 3,39 2,16

Сгк:Сфк (Апах) 1,56 3,87 4,76 4,09

ЫРК, мг/100г почвы (Апах) №цг- 14,5; Р205-4,3; К,0 -7,4 Ыщг - 21,2; Р205-4,7; к2о-ю,о №цг-19,4; Р203-4,1; К20-Ю,3 Ыщг-16,4; Р205-2,1; К20 -12,4

Урожайность зерновых культур по сравнению с незаболоченной почвой Во влажные годы 50-бОц/га, в сухие - 30-40ц/га Во влажные годы снижение яровых на 60%, озимых на 30% Во влажные годы снижение на 60-80%, в сухие- на 10-20% Вне зависимости от влажности года вымочки

Ре„/Рей на контакте 0,27±0,05 0,12±0,04 0,08±0,01 0,21 ±0,03

РеоТеДверхние горизонты)/ Ре0:Реа (нижние горизонты) 1,03±0,22 2,15±0,15 2,85±0,55 3,40±0,40

Кз(1пН2304) нет нет 5,72±1,2 14,55±2,8

к 1-Н 4,19±0,62 2,85±0,41 1,56±0,48 10,89± 1,20

К щ/Сорг 1,88±0,25 1,00±0,22 0,54±0,15 5,40±0,71

Кмюн 8,81±0,53 8,74±0,88 4,61±1,44 12,21±1,43

Сельскохозяйственное использование Использования чистого пара для накопления влаги Преимущественно посев озимых зерновых и трав Исключить из севооборота

Однако низкое (менее 1%) содержание ортштейнов в темно-серой контактно-глееватой почве ограничивает возможность применения коэффициента заболоченности.

Для черноземовидных почв севера Тамбовской равнины было предложено использовать соотношении оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек, извлекающих различные фракции органического вещества (К[_п)- В рассматриваемом ряду почв значения КЫ1 определяются глубиной залегания карбонатов. В темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах его значения уменьшаются по сравнению с темно-серой почвой, а в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве - увеличивается в 2 и более раз. Однако значения КЫ1 варьируют в зависимости от содержания органического вещества. Поэтому был предложен модифицированный критерий переувлажнения для темно-серых почв на двучленных отложениях:

Ki.ii/Copr - модифицированный критерий переувлажнения и заболачивания для темно-серых почв на двучленных отложениях; Б, - оптическая плотность щелочной вытяжки, Э2 - оптическая плотность щелочной пирофосфатной вытяжки, /м и соответствующие разбавления. Сорг - содержание органического вещества. Измерения проводились при длине волны \=440 нм (синий светофильтр). Щелочную вытяжку разбавляли в 2-10раз в зависимости от цвета вытяжки, щелочную пирофосфатную - в 25раз.

Были выделены следующие градации модифицированного критерий переувлажнения и заболачивания для темно-серых почв на двучленных отложениях:

1) 1,51-3,00 - темно-серые почвы - отсутствие переувлажнения, во влажные годы урожайность зерновых культур 50-60ц/га, в сухие - 30-40ц/га;

2) 0,76-1,50 - темно-серые контактно-глубокоогленные почвы - во влажные годы застой влаги 1-2 недели и снижение урожайности зерновых на 30-60%, в сухие отсутствие переувлажнения и снижение урожайности на 10-15%;

3) менее 0,75 - темно-серые контактно-глееватые почвы - во влажные годы застой влаги 1-2 месяца и снижение урожайности зерновых на 60-80%, в сухие отсутствие переувлажнения и снижение урожайности на 10-20%;

4) 3,10-9,00 - дерново-подзолистые контактно-глеевые почвы - ежегодный застой влаги и вымочки или снижение урожайности зерновых на 80% и более (табл. 9).

В темно-серых почвах на двучленных отложениях с уменьшением глубины залегания карбонатного суглинка в составе гуминовых кислот уменьшается доля I фракции и щелочная вытяжка становиться более светлой. В дерново-подзолистой контактно-глеевой почве полностью отмытой от карбонатов доля I фракция извлекаемой щелочной вытяжкой без декальцирования возрастает, вытяжка становится более темной. По-

этому в качестве экспресс диагностики было предложено использовать оптическую плотность только одной щелочной вытяжки. Коэффициент рассчитывается по формуле:

КЛ„0„= 100 */•*£),, где

Киаон - критерий переувлажнения и заболачивания по щелочной вытяжки; Б! - оптическая плотность щелочной вытяжки, Р, - разбавление. Измерения проводились при длине волны Х=440нм (синий светофильтр). Вытяжку разбавляют в 5-10 раз в зависимости от цвета. Предложены следующие пограничные значения рассматриваемого критерия:

1) 6,5-10 - темно-серые и темно-серые контактно-глубокооглеенные - отсутствие переувлажнения;

2) менее 6,5 - темно-серые контактно-глееватые почвы - во влажные годы застой влаги 1-2 месяца;

3) более 10 - дерново-подзолистые контактно-глеевые - ежегодный продолжительный застой влаги (табл. 9).

Выводы

1. На двучленных отложениях (водно-ледниковые супеси на карбонатном суглинке) высоких надпойменных террас севера Тамбовской равнины формируется комплекс темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв, существенно отличающихся от почв на однородных отложениях.

2. Супесчаный состав верхней толщи темно-серой почвы определяет слабую острукту-ренность, высокую плотность, низкие водоудерживающую способность и диапазон активной влаги. Увеличение содержания ила ведет к увеличению в верхних горизонтах темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почв гидрологических констант и снижению воздухоемкости при влажности равной ППВ.

3. В профиле темно-серой почвы вне зависимости от влажности года не формируется верховодка, и весь теплый период сохраняются окислительные условия. В сухие годы даже непродолжительные засухи вызывают снижение влажности верхней толщи почвы до значений ВЗ. При неглубоком залегании водоупора в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах во влажные и средние годы в 1 метре профиля формируется верховодка, и значения ЕЬ опускаются до +100 мВ, в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве наблюдается ежегодное поверхностное затопление и снижение значений ЕЬ до +50 мВ.

4. На темно-серых и темно-серых контактно-глубокооглеенных почвах, за исключением экстремально сухих лет можно получать высокие урожаи озимых зерновых, урожайность яровых менее стабильна. На темно-серых контактно-глееватых почвах в средние годы посев яровых затягивается, урожай озимых зерновых по сравнению с темно-серой почвой снижается на 30-60%. Для дерново-подзолистых контактно-глеевых почв характерны ежегодные вымочки.

5. Темно-серые почвы на двучленных отложениях характеризуются мощным 90см гумусовым горизонтом, осветленным подгоризонтом А1А2, появлением на контакте Мп вкраплений и бурых кутан. В темно-серых контактно-глубокооглеенной и кон-тактно-глееватой почвах мощность гумусового горизонта снижается до 60-70см, подгоризонт А1А2 выделяется только по изменению структуры, количество Мп вкраплений возрастает, кутаны приобретают сизую окраску. В дерново-подзолистых контактно-глеевых почвах мощность гумусового горизонта составляет 20-25см, горизонта А2&//г5 - 40см, нижняя часть профиля оглеена.

6. Характерными новообразованиями темно-серых почв на двучленных отложениях являются карбонатные конкреции нижней толще. В темно-серой почве формируются крупные 5-7см округлые дифференцированные на ядро и плотную оболочку конкреции. В темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах их размеры уменьшаются до 1-Зсм, форма становиться угловатой, на сколе и поверхности появляются Ре и Мп вкрапления. Дерново-подзолистые контактно-глеевые почвы полностью отмыты от карбонатов. Ортштейны появляются только при застое влаги более 1 месяца: в темно-серой контактно-глееватой почве их количество менее 1%, цвет черный, в дерново-подзолистой контактно-глеевой количество ортштейнов возрастает до 15-20%, цвет становится седовато-бурым.

7. Изучаемые почвы сходны по валовому составу нижней толщи и различаются по со-держанию элементов в верхней толще. Для темно-серой почвы кислая реакция характерна только для верхних горизонтов, в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах глубина залегания карбонатов снижается, и реакция верхних горизонтов становится близкой к нейтральной. В дерново-подзолистой контактно-глеевой почве кислая реакция наблюдается на всем протяжении профиля.

8. Изучаемые почвы высокообеспечены щелочногидролизуемым азотом, среднеобес-печены обменным калием и низкообеспечены подвижным фосфором для зерновых и зернобобовых культур.

9. Темно-серые почвы на двучленных отложениях характеризуются высоким содержанием органического вещества, в составе которого преобладают гуминовые кислоты. По мере снижения мощности бескарбонатной толщи в составе гуминовых кислот возрастает доля II фракции гуминовых кислот. Доля III фракции и негидролизуемого остатка в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах увеличивается пропорционально содержанию ила в гумусовом горизонте.

10. С ростом степени заболоченности темно-серых почв значения критерия Швертман-на контактных слоев снижается с 0,27 в темно-серой почве до 0,08 в темно-серой контактно-глееватой почве, отношение критерия Швертманна верхних и нижних горизонтов возрастает от 1 - в темно-серой до 3,4 - в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве. В качестве количественного критерия диагностики может быть использована оптическая плотность щелочной вытяжки из гумусового горизонта или коэффициент по оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек и содержанию органического вещества.

Предложения для производства

1. Предложены рекомендации по использованию темно-серых, темно-серых кон-тактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях в практике земледелия Тамбовской низменности с учетом степени их гидроморфизма и агрофизических особенностей :

1.1. Темно-серые почвы можно использовать для выращивания любых районированных культур без дренажа. В этом случае целесообразны мероприятия для накопления влаги в почве и орошение овощных и плодовых культур в засушливые и сухие годы;

1.2. Темно-серые контактно-глубокооглеенные и темно-серые контактно-глееватые почвы можно рекомендовать под озимые зерновые и многолетние травы. На таких почвах орошение нецелесообразно. На темно-серой контактно-глееватой почве целесообразен выборочный дренаж;

1.3. Дерново-подзолистые контактно-глеевые почвы на двучленных отложениях в естественном состоянии пригодны только для возделывания многолетних трав. Выборочный дренаж в сочетании с известкованием целесообразен, если вымочки мешают движению техники и нормальной обработке почв.

2. При крупномасштабном картировании, рекогносцировочных исследованиях и для уточнения границ почвенных разновидностей в качестве количественного критерия диагностики темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых кон-

тактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях может быть использован предложенный нами критерий степени переувлажнения почв на двучленных отложениях, по отношению оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек и содержанию органического вещества. Для экспресс-диагностики участков распространения почв испытывающих длительное затопление можно использовать критерий, основанный на оптической плотности щелочной вытяжки из гумусового горизонта (табл. 9).

Список публикаций по теме диссертации

а) в журналах рекомендованных ВАК РФ

1. Зайдельман Ф.Р., Никифорова A.C., Степанцова Л.В., Волохина В.П. Темно-серые почвы на двучленных отложениях севера Тамбовской области: агроэкология, свойства и диагностика// Почвоведение. 2012. №5. С. 515-529.

2. Степанцова Л.В., Волохина В.П. Характеристика химических свойств темно-серых почв на двучленных отложениях Тамбовской области // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. Тамбов. 2012. Том 17. Вып. 2. С. 746-749.

3. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Физические свойства, гидрологический режим и продуктивность темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской области // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. Мичуринск-наукоград. 2012. №1. Ч. 1. С. 80-85.

4. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Химические особенности темно-серых почв на дву-

членных отложениях севера Тамбовской равнины // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. Мичуринск-наукоград. 2012. №2. С. 65-76.

б) основные публикации в региональных изданиях и межвузовских сборниках

5. Волохина В.П., Ломовских А.Ю. Экологические аспекты переувлажнения темно-серых лесных почв севера Тамбовской низменности // Материалы Всероссийской научной конференции XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России». СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2009. С. 7-8.

6. Сафронов С.Б., Волохина В.П. Влияние переувлажнения темно-серых лесных почв ООО «Хотоботовское» на их продуктивность // Материалы научно-практической конференции «Инновационные технологии в растениеводстве». Мичуринск - наукоград РФ. Изд-во МичГАУ. 2009. С. 140-142.

7. Волохина В.П., Сафронов С.Б., Степанцова JI.B. Особенности темно-серых лесных почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы международной конференции по лесному почвоведению «Продуктивность и устойчивость лесных почв». Петрозаводск, рес. Карелия. 2009. С. 52-53.

8. Сафронов С.Б., Волохина В.П., Степанцова Л.В. Физико-химические особенности и продуктивность переувлажненных темно-серых лесных почв Первомайского района Тамбовской области // Материалы всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области сельскохозяйственных наук». Мичуринск - наукоград РФ. Изд-во МичГАУ. 2009. С. 89-97.

9. Волохина В.П. Фракционный состав гумуса серых лесных почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Всероссийской научной конференции XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв». СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2010. С.133-134.

10. Степанцова Л.В., Красин В.Н., Волохина В.П., Красина Т. В., Королев В. А. Генезис и разнообразие почв переувлажненных агроландшафтов Тамбовской равнины // Материалы Международной научно-практической конференции «Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов». Москва. 2010. С. 224-229.

11. Волохина В.П. Фракционный состав фосфора темно-серых лесных почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Сборник материалов IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био-, reo-, антропогенных взаимодействий в почвах и почвенном покрове». Томск 2010. С. 38-41.

12. Волохина В.П., Степенцова Л.В. Особенности карбонатных конкреций темно-серых лесных почв на двучленных отложениях // Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН «Биосферные функции почвенного покрова». Пущино. 2010. С. 71-72.

13. Волохина В.П., Рыжков П.И. Физические свойства переувлажненных темно-серых лесных почв на двучленных отложениях Первомайского района Тамбовской области // Материалы седьмой Всероссийской дистанционной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы устойчивого развития агропромышленного комплекса России». Пос. Персиановский. 2010. С. 3-6.

14. Волохина В.П. Марганцево-железистые и карбонатные конкреции темно-серых лесных почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения посвя-

щенной 165-летию со дня рождения В. В. Докучаева «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов». СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2011. С.18-19.

15. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Морфологические и химические свойства карбонатных конкреций серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы IV международной конференции по лесному почвоведению «Экологические функции лесных почв в естественных и нарушенных ландшафтах». Апатиты. 2011. С. 47-50.

16. Волохина В. П. Характеристика водного режима темно-серых почв на двучленных отложениях Первомайского района Тамбовской области // Материалы 63-й научно-практической конференции студентов и аспирантов. Мичуринск - наукоград РФ. Изд-во МичГАУ. 2011. С. 17-20.

17. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Морфологические особенности железо-марганцевых конкреций переувлажненных темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Международной научной конференции «Актуальные проблемы обеспечения продовольственной безопасности юга России: инновационные технологии для сохранения биоресурсов, плодородия почв, мелиорации и водообеспечения». Ростов-на-Дону. Изд-во. ЮНЦ РАН. 2011. С. 175177.

18. Волохина В.П. Экологические особенности переувлажненных темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения «Почва как природная биогеомембрана». СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2012. С. 177-175.

19. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Физические свойства и водный режим темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы докладов VI Съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования». Петрозаводск-Москва. 2012. С.466-467.

Опечатано в издательско-полиграфическом центре МичґАУ

Подписано в печать 05.02.13г. Формат 60x84 '/ Бумага офсетная № 1. Усл.печ.л. 1,5 Тираж І ЗО экз. Ризограф Заказ № 17228

Издательско-пол играфический це нтр Мичуринского государственного аграрного университета 393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная 101 тел.+7(47545)5-55-12

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Волохина, Вера Петровна, Москва

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Мичуринский государственный аграрный университет

04201355033

Волохина Вера Петровна

На правах рукописи

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И МЕЛИОРАТИВНАЯ ДИАГНОСТИКА ТЕМНО-СЕРЫХ ПОЧВ НА ДВУЧЛЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ СЕВЕРА ТАМБОВСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Специальность - 06.01.03 - «Агрофизика»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Степанцова Людмила Валентиновна

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение 4

1 .Состояние проблемы 7

1.1. История изучения серых лесных почв Тамбовской низменности 7

1.2. Особенности почв на двучленных отложениях 13

1.3. Темно-серые почвы на двучленных отложениях в «Классификации и диагностики почв СССР» (1977) и в «Классификации и диагно- 15 стики почв России» (2004)

1.4. Диагностика темно-серых почв на двучленных отложениях 18

1.5. Цели и задачи исследований 23

2. Характеристика объектов исследований 24

3. Методы исследований 36

4. Физические свойства 40

4.1. Гранулометрический состав 40

4.2. Плотность почвы, плотность твердой фазы, общая пористость, ^ пористость аэрации, гидрологические константы

4.3. Структура почвы 4 6

5. Элементы гидрологического режима и продуктивность сельскохо- ^ зяйственных культур

5.1. Водный режим и продуктивность сельскохозяйственных культур 50

5.2. Воздухоносная порозность 59

6. Диагностика степени гидроморфизма почв по морфологическим

62

признакам, новообразованиям и химическим особенностям

6.1. Макроморфологическая характеристика почв 62

6.2. Новообразования 86

6.2.1. Карбонаты 8 6

6.2.2. Fe-Mn ортштейны 91

6.2.3. Кутаны 104

6.2.4. Марганцевые вкрапления и пятна ожелезнения 105

6.3. Химические свойства почв 107

6.3.1. Валовой состав 108

6.3.2. Кислотность, обменные основания 111

6.3.3. Соединения различных форм соединений железа 113

6.3.4. Фракционный состав органического вещества 118

6.3.5. Содержание элементов питания 115

6.3.6. Фракционный состав фосфора 128 7. Количественная аналитическая диагностика степени гидроморфиз-ма почв

7.1. Критерий Швертманна 13 4

7.2. Коэффициент заболоченности 137

7.3. Коэффициент переувлажнения по оптической плотности и со-

держанию органического вещества

Заключение 143

Выводы 149

Предложения для производства 152

Литература 153

Приложения 168

ВВЕДЕНИЕ

Темно-серые почвы сформировались в зоне широколиственных лесов южной лесной и лесостепной зон (Географические пояса и зональные типы ландшафтов мира, 1988). В Тамбовской области они занимают более 70 тыс. га сельскохозяйственных угодий и являются вторыми после черноземов по занимаемой площади.

В основном темно-серые почвы приурочены к высоким надпойменным террасам рек, сложенных древнеаллювиальными и водно-ледниковыми отложениями. В хозяйствах области, примыкающих к крупным речным долинам, площадь этих почв значительна. Так по данным В.Н. Красина и др. (2008)в ООО «Хоботовское» Первомайского района Тамбовской области темно-серые, серые и светло-серые почвы занимают 80% пахотных угодий.

Имеется обширный литературный материал о генезисе и происхождении (Александровский, 1994; Ахтырцев, 1996, 1979; Зайдельман, Рыдкин, 2003; Звягин и др., 1985; Панников, 1954 и др.), физических и химических свойствах (Ахтырцев, 1974; Градусов, Урусевская, 1964; Окорков, 2002; Филатова, Горбунов, 1974 и др.), водном режиме и продуктивности (Зайдельман, Рыдкин, 1985; Алифанов, Лошакова, 1981; Ильина, 1988 и др.) почв широколиственных лесов Тамбовской равнины и других регионов Европейской части России.

Темно-серые почвы Тамбовской равнины отличаются от черноземов более легким гранулометрическим составом (Ахтырцев, 1974), так как высокие надпойменные террасы, к которым приурочены эти почвы, имеют водно-ледниковое происхождение. Однако ареалы их распространения характеризуются высокой комплексностью (Адерихин и др., 1974). Среди них встречаются глееватые и глеевые разновидности (Ахтырцев, Ахтырцев, 1993; Ахтырцев, 1992, 1974, 1979). В условия севера Тамбовской равнины причиной переувлажнения этих почв часто является неглубокое залегание водоупорного горизонта, на котором застаивается верховодка. Флювиогляциальные супеси и легкие суглинки часто имеют незначительную мощность и подстила-

ются тяжелыми породами. Почвы на двучленных породах от почв на однородных отложениях отличаются тем, что на контакте двух материнских пород создается повышенное увлажнение, приводящие к оглеению этого слоя.

Так как почвы на двучленных отложениях, широко распространены в перегляциальной области днепровского оледенения, занимающей обширные пространства Европейской равнины. В литературе существуют многочисленные сведения о генетических особенностях, морфологии, водном режиме, мелиорации дерново-подзолистых почв на подобных отложениях (Градусов и др., 2004; Жирова, 1976; Зайдельман, 1985; Рейнтам, 1986, 1999; Тонконогов и др., 2004; Зайдельман, Никифорова, 1982). Но среди публикаций, посвященных серым почвам, как в южной части лесной зоны, так и в лесостепной (Зайдельман и др., 1985; Звягин и др., 1985; Никитишен, Курганова, 2007) нет работ о серых почвах на двучленных отложениях.

В настоящей работе представлены новые сведения о морфологии, генезисе, свойствах темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины, урожайности сельскохозяйственных культур в годы различной влажности, рассмотрены вопросы полевой мелиоративной диагностики, предложены новые аналитические количественные критерии оценки их агро-экологического состояния. Изучены макро- и мезоморфологические особенности и химический состав карбонатных и железо-марганцевых конкреций. Выявлено их диагностическое значение для оценки гидрологического режима и агроэкологического состояния изучаемых почв. Предложены системы мероприятий по рациональному сельскохозяйственному использованию в естественном состоянии темно-серых, темно-серых контактно-глубокоглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины.

Автор сердечно благодарит профессора Ф.Р. Зайдельмана и профессора A.C. Никифорову за ценные советы и помощь в работе, зав. кафедрой профессора Е.В. Шеина и сотрудников кафедры физики и мелиорации почв МГУ

им. М.В. Ломоносова за поддержку и замечания. Особую признательность автор выражает своему научному руководителю доценту к.б.н. Л.В. Степан-цовой и сотрудникам кафедры агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного университета к.б.н. С.Б. Сафронову и к.б.н. В.Н. Красину за помощь в полевых и лабораторных исследованиях.

1.СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 1.1. История изучения серых лесных почв Тамбовской низменности

Согласно одним источникам, природный ареал широколиственных лесов образует самостоятельную ландшафтную (природную) зону (Географические пояса и зональные типы ландшафтов мира, 1988; Гудилин и др. 1987; Исаченок, Шляпникова, 1989), согласно другим - его рассматривают как часть единой природной зоны смешанных и широколиственных лесов (Ра-ковская, Давыдова, 2001).

Почвенными индикаторами лесного типа растительности, существующей в настоящее время, либо существовавшей в недалеком прошлом, являются ареалы серых лесных почв (все подтипы) (Александровский, 1988; Ах-тырцев, Сушков, 1983; Роде, Смирнов, 1972 и др.).

Первые сведения о серых лесных почвах были опубликованы во второй половине XIX в. (Рупрехт, 1866; Докучаев, 1883; Отоцкий, 1894). Детальное описание серой лесной почвы дано К.Д. Глинкой (1889), впервые обратившим внимание на характер распределения гумуса по вертикальному почвенному профилю и на его резкое убывание с глубиной, по сравнению с черноземом.

И.К. Фрейберг (1908) на примере почв типичной и северной лесостепи Среднерусской возвышенности показал характерные особенности и различия по уровню производительности серых лесных почв и черноземов и сделал попытку разграничить их в классификационной схеме. Позднее С.И. Тюрем-нов (1913) положил в основу разделения почв на главные группы только гу-мусность верхнего горизонта.

Почвы лесостепи Среднерусской возвышенности (Центральная лесостепь) детально исследовались на всем протяжении XX в. (Коржинский, 1891; Краснов, 1891; Гроссет, 1930; Тюрин, 1930, 1939; Берг, 1947; Мильков, 1952, 1967; Роде, Смирнов, 1972; Ахтырцев, 1979, 1992; Александровский, 1988).

В некоторых из этих работ приводятся аналитические данные, относящиеся к характеристике почв отдельных районов Тамбовской, Калужской, Рязанской и Липецких области (Тумин, 1915,1916; Ильина, 1927; Добрынин, Имшенецкий, 1931; Шаврыгин, 1934; Денисова, 1935).

Первое обобщение материалов по серым лесным почвам было выполнено И.В. Тюрином (1930, 1939) - для всей лесостепи, а H.H. Розовым (1939) - для Центральной России. И.В. Тюрин (1930, 1939) отнес серые лесные почвы в группу слабооподзоленных почв лесостепи.

Б.П. Ахтырцевым (1956, 1962, 1967, 1968,1979), были выявлены диагностические признаки серых лесных почв по подзонам лесостепи, доказана их зональность, установлены фациальные и провинциальные особенности на Русской равнине, вскрыты и охарактеризованы элементарные почвенные процессы, показана эволюции почв под воздействием антропогенных факторов, предложена классификация с учетом их зональности, проведено районирование.

Проблема генезиса серых лесных почв является одной из наиболее дискуссионных в почвоведении. Пристальность внимания к этой проблеме объясняется сложностью генезиса и переходным положением серых лесных почв между черноземами и подзолистыми почвами, их значительной зональной и фациальной изменчивостью. О происхождении серых лесных почв были выдвинуты различные, нередко исключающие друг друга гипотезы. В.В. Докучаев (1883, 1886, 1961) предполагал, что серые лесные почвы представляют собой самостоятельный почвенный тип и сформировались в результате своеобразного процесса почвообразования под пологом широколиственных лесов в климатических условиях лесостепной зоны. Но он не располагал достаточными научными данными для раскрытия специфики почвообразования, и его идеи на первых порах не получили поддержки и развития.

С.И. Коржинский (1886, 1888, 1889, 1891) выдвинул гипотезу о происхождении серых лесных почв путем деградации черноземов под влиянием поселений леса. Серые лесные почвы, по его мнению, представляют собой

переходную стадию деградации черноземов, конечным продуктом которой является подзол. Несмотря на полное отсутствие в работах С.И. Коржинского достоверных данных, многими была принята его гипотеза (Костычев, 1890; Краснов, 1891; Танфильев, 1894, 1896; Высоцкий, 1901 и др.). Г.И. Танфиль-ев (1894) полагал, что лесные массивы могут существенно изменять местный климат - усиливать облачный покров и способствовать большому атмосферному увлажнению. П.И. Костычев (1890) указывал на способность леса формировать гумидный микроклимат, при котором образуются благоприятные для лесной растительности почвы с плотным иллювиальным горизонтом, на котором задерживается атмосферная влага. А.Н. Краснов (1891, 1909) полагал, что формирование долинно-балочной сети Восточно-Европейской равнины в послеледниковое время направленно распространялось с севера на юг; уровень грунтовых вод понижался, улучшался дренаж поверхности, и зона условий, благоприятствующих развитию корневых систем древесной растительности, продвигалась к югу. Г.Э. Гроссет (1930) и П.С. Денисов (1935) предложили гипотезу, согласно которой, в результате «кочевания» островных лесов по степным пространствам происходит циклическая во времени смена почвообразования с широколиственно-лесного на лугово-степное. Позднее И.В. Тюрин (1930, 1939) пришел к заключению, что гумус этой почвы является современным, образовавшимся в условиях почвообразования, и не обнаруживает признаков «остаточного» гумуса черноземов.

Л.С. Берг (1947) высказал мнение о существовании сухой ксеротерми-ческой эпохи голоцена, предшествовавшей современному, более влажному периоду. Климатогенная теория надвигания лесов на степь Л.С. Берга нашла подтверждение в работах некоторых почвоведов (Павленко, 1955; Вернардер, 1963). В работе Е.А. Афанасьевой (1966) высказывается мнение о возможности формирования в лесной обстановке лесостепи не только серых лесных почв, но так же и черноземов типичных и выщелоченных.

Противоположной точки зрения придерживались В.Р. Вильяме (1949) и В.И. Талиев (1902). В.И. Талиев (1902) доказывал обезлесивание юга лесной

зоны в связи с хозяйственной деятельностью на протяжении последних столетий и обусловленную этим трансформацию подзолистых почв в более южные почвенные типы: серые лесные и черноземы. В.Р. Вильяме (1949) пытался доказать, что серые лесные почвы образуются за счет остепнения подзолистых, которые под воздействием дернового процесса превращаются в серые лесные и черноземы, при вытеснении степью лесной растительности.

Есть сведения о том, что значительная по масштабам экспансия широколиственных лесов на луговые степи в пределах лесостепного центра Восточно-Европейской равнины происходила лишь в позднем голоцене (Александровский, 1983; Климанов, Серебрянная, 1986).

Ф.М. Мильков (1952, 1967), полагал, что почвы и растительный покров лесостепи Среднерусской возвышенности стабильно существует на протяжении всего голоцена. В результате детального эколого-генетического исследования черноземов под дубравами Центрально-Черноземного заповедника им. В. В. Алехина были получены выводы, не подтверждающие ранее выдвинутое предположение о самобытности лесных черноземов (Афанасьева, 1966). Согласно этим выводам, данные почвы сформировались под травянистой растительностью, а в дальнейшем (при надвигании леса на степь) стали частью лесной экосистемы (Марголина, 1982; Марголина, Ильина, 1985).

Итог многолетнему обсуждению вопроса о происхождении и эволюции серых лесных почв Центральной России подвел в своей работе Б.П. Ахтыр-цев (1979). По его мнению, предшественниками серых лесных почв Среднерусского Черноземья являлись лесолуговые почвы (ранний голоцен), которые на протяжении атлантического и суббореального периода голоцена постепенно эволюционировали в сторону зональных серых лесных почв.

Б.П. Ахтырцев и А.Б. Ахтырцев (1986), рассматривали процесс надвигания лесов на степи в обстановке позднеголоценового изменения климата, подчеркивают, что ставшие лесными черноземы (исходные выщелоченные или типичные) на протяжении субатлантического периода голоцена не

трансформировались в другой почвенный тип (серых лесных почв), а эволюционировали лишь в черноземы оподзоленные.

В современном российском почвоведении можно выделить три точки зрения на происхождение автоморфных серых лесных почв Центральной лесостепи: представления о древности основного ареала лесов и самобытности соответствующего им ареала серых лесных почв (Ахтырцев, Ахтырцев, 1986; Ахтырцев, 1992, 1996), мнение о древности части ареала серых лесных почв (подтипов светло-серых и серых лесных почв) и молодости темно-серых лесных почв, произошедших от черноземов (Сурмач, 1987), и, наконец, предположение о молодости лесов на значительной части их современного природного ареала и, следовательно, о молодости серых лесных почв, образование которых связано с деградацией черноземов под лесами в позднем голоцене (Александровский, 1994, 2002; Александровский, Гольева, 1996).

Накопление экспериментальных данных об элементарных почвенных процессах позволило глубже проникнуть в генетическую природу серых лесных почв, раскрыть главные составляющие почвообразовательного процесса и подтвердить идею В.В. Докучаева о первичном происхождении этих почв как самостоятельного типа.

И.В. Тюрин (1930, 1939) и A.A. Завалишин (1951) одними из первых попытались выявить признаки процесса выноса и накопление вещества в лесостепных почвах.

C.B. Зонн и JI.O. Карпачевский (1964) пришли к выводу, что темно-серые и серые лесные почвы формируются под влиянием процесса выщелачивания. По их мнению, развитие подзолистой и темно-серой почв связано с действием различных элементарных процессов, что и является доказательством независимости их эволюции во времени.

H.H. Розов (1939, 1964), обобщив опубликованные материалы по серым лесным почвам Европейской части СССР, пришел к выводу, что их следует рассматривать как самостоятельный генетический тип. Формирование серых лесных почв складывается из элементарных почвообразовательных процес-

сов, гумусоаккумуляция, разрушение минеральной части почвы корневыми выделениями, разложение мертвого органического вещества на поверхности почвы, передвижение органических и минеральных веществ и их выпадение в различных горизонтах с образованием органо-минеральных продуктов.

Вопросы, посвященные проблеме антропогенной эволюции серых лесных почв, рассматривались многими авторами (Талие, 1902; Тюрин, 1930; Ахтырцев, 1955; Фатьянов, 1959; Харитонычев, 1960; Гедыми, Побединцева, 1964; Ахтырцев, Щетинина, 1969; Роде, Смирнов, 1972; Никитин, 1983; Ильи�