Агрофизические свойства, гидрологический режим, продуктивность и диагностика черноземовидных оглеенных почв юга Тамбовской низменности

Красина, Татьяна Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Агрофизические свойства, гидрологический режим, продуктивность и диагностика черноземовидных оглеенных почв юга Тамбовской низменности
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Агрофизические свойства, гидрологический режим, продуктивность и диагностика черноземовидных оглеенных почв юга Тамбовской низменности"

На правах рукописи

Красина Татьяна Владимировна

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ, ПРОДУКТИВНОСТЬ И ДИАГНОСТИКА ЧЕРНОЗЕМОВИДНЫХ ОГЛЕ-ЕННЫХ ПОЧВ ЮГА ТАМБОВСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Специальность - 06.01.03 - агрофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

005546683

?г>1 I, Си И

Москва 2014

005546683

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

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного университета Степанцова Людмила Валентиновна

Официальные оппоненты: Хитров Николай Борисович доктор сельскохозяйствен

ных наук. Почвенный институт имени В.В. Докучаева Рос-сельхозакадемии, заведующий отделом генезиса и мелиорации засоленных и солонцеватых почв.

Трубников Алексей Владимирович кандидат биологических наук. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский Государственный Аграрный Университет МСХА имени К.Л. Тимирязева, старший преподаватель кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведе-ния

Ведущее учреждение: Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный аграрный университет"

Защита диссертации состоится « 20 » мая 2014 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 биологического и почвенного факультетов МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «19» марта 2014 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 доктор биологических наук, профессор

Зенова Галина Михайловна

Введение. В последние десятилетия активно обсуждается вопрос деградации черноземов под влиянием переувлажнения (Калиниченко и др., 1997; Хитров, Назаренко, 2000; Воробьева и др., 2002 и др.). Появление переувлажненных земель в агроландшаф-тах, где распаханные земли составляют почти 90% площади, существенно снижает их агрономическую ценность.

Актуальность темы: На территории Тамбовской равнины современные очаги переувлажненных почв значительно превышают площади, которые показаны на картах, составленных 30-40 лет назад. Но до настоящего времени ограничены исследования водный режим, агроэкологические особенности. Весьма не полно раскрыты сведения об их морфологии и, в частности, конкреционных новообразованиях и их диагностическом значении. Не разработана система морфологической диагностики и аналитические количественные критерии оценки агроэкологического состояния.

Цель исследований - изучить агрофизические свойства, исследовать особенности основных элементов гидрологического режима обрабатываемых черноземов типичных, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонцов черноземовидных глееватых юга Тамбовской низменности, обосновать рациональное использование этих почв в естественном состоянии, и мероприятия по оптимизации их водного режима разработать способы их морфологической и аналитической диагностики.

Задачи исследований:

1. Исследовать влияние заболачивания пресными поверхностными и гидрокарбо-натно-натриевыми грунтовыми водами на агрофизические свойства, морфологические и химические особенности чернозема типичного, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонцов черноземовидных глееватых юга Тамбовской низменности;

2. Изучить основные элементы водного режима исследуемых почв в многолетнем цикле;

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

4. Изучить морфологические особенности и химический состав карбонатных и Мп-Ре конкреций, оценить диагностическое значение этих новообразований;

5. Разработать систему мелиоративной диагностики чернозема типичного, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонцов черноземовидных глееватых юга Тамбовской низменности по морфологическим особенностям;

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

Научная новизна исследований. Впервые для юга Тамбовской низменности дана сравнительная характеристика агрофизических особенностей, водного режима и продуктивности черноземовидных оглеенных и черноземовидных солонцеватых оглеенных

почв в 4-х летнем периоде. Получены новые данные об их морфологических и химических особенностях. Установлено влияние поверхностного и грунтового заболачивания на дифференциацию их профиля, содержание различных форм соединений железа, качественный состав органического вещества. Изучены макро- и мезоморфологические особенности и химический состав карбонатных и марганцево-железистых конкреций. Выявлено их диагностическое значение для оценки гидрологического режима и агро-экологического состояния черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных и солонцов черноземовидных глееватых юга Тамбовской низменности.

Практическая значимость работы.

1. Предложена система мероприятий по рациональному сельскохозяйственному использованию черноземовидных оглеенных почв, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонцов черноземовидных глееватых в естественном состоянии.

2. На основе морфологических и эколого-гидрологических исследований черноземов типичных, черноземовидных оглеенных почв, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонцов черноземовидных глееватых юга Тамбовской низменности рекомендована для использования в почвенно-картографической, агрономической и мелиоративной практике новая методика их количественной полевой диагностики.

3. Предложен новый аналитический количественный показатель - модифицированный критерий степени гидроморфизма черноземных почв (Ki.]i*C0pr) 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 им. М.В.Ломоносова и кафедре агрохимии и почвоведения МичГАУ (Мичуринского государственного аграрного университета), на научно-практических конференциях в МичГАУ (2010, 2011, 2012), на Всероссийской научной конференции «Биосферные функции почвенного покрова» в Пущино (2010), на Докучаевских молодежных чтениях в СПб ГУ (2011, 2012), по теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография. Новообразования исследовались в рамках проекта РФФИ № 10-04-00027-а.

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 д.б.н. Л. В. Степанцовой и сотрудникам кафедры агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного университета к.б.н. В.Н. Красину и аспирантам П.И. Рыжкову и В.А. Королеву за помощь в полевых исследованиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и предложений производству общим объемом 176 страниц печатного текста, содержит 29 таблицы, 28 рисунков и 15 приложений. Список литературы включает 250 источника, из них 15 на иностранном языке.

1. Состояние проблемы. Детальное изучеине почвенного покрова Тамбовской низменности проводилось в 1970-1980 гг. XX века (Адерихин, 1960; Ахтырцев, 1962, 1968, 1971, 1972; Самойлова и Якушевская, 1969, 1970 и др.). В 90-х гг. исследования практически прекратились. Возрождение сельскохозяйственного производства протекает в условиях увеличения количества экстремально сухих и влажных лет и повсеместного роста площадей переувлажненных почв. В почвенном покрове южной части Тамбовской низменности наряду с черноземами широко представлены черноземовидные почвы с кислыми светлыми горизонтами и их солонцеватые разности. Для обоснования рациональных систем земледелия в агропроизводственных и мелиоративных целях необходима разработка морфологических и аналитических критериев диагностики их степени заболоченности на основе оценки водного режима, продуктивности сельскохозяйственных культур и всестороннего изучения свойств в годы различной влажности.

2 V

2 м

10 м I

/Ап

А1

АВса

Вса

Сса

[/Ап Апп А1

Вса

Ссад*

Ад А1д/. А2Вд/ В1д/<

Ссад///

-V- О

А1

АВса

В1сад/ В2сад/

Ссад И

0.15 м

1,5 м

Ап

А1д/ АВсад/ В1сад//

В2сад/// Ссад/»

к Апд,

■ Алпд// •

+ А1сад/;' •

♦ -ф- В1сад///

+■ о

« + -V-

В2сад/// С*>

о Ссад Ш -у" о

Э-б

г-д о-в ♦ - ж

■ к ЕЕЗ-"

Рисунок 1. Общая схема расположения разрезов. Условные обозначения. Почвы: 1- чернозем типичный; 2- черноземовидная глубокооглеенная; 3- черноземовидная оподзоленная глееватая; 4- черноземовидная слабосолонцеватая слабоооглеенная; 5- черноземовидная сильносолонцеватая среднеооглеенная; 6- солонец черноземовидный глееватый. Новообразования: а - светлые карбонатные конкреции; б - серые карбонатные конкреции; в - темные карбонатные конкреции; г - карбонатный мицелий; д - карбонатные натеки и вкрапления; е - глинистые кутаны; ж - гумусовые кутаны; з - марганцевые вкрапления; и - орт-штейны; к - скелетаны; л- уровень фунтовых вод в августе; м- врез балки.

2. Объекты исследований. Исследования проводились на примере почв двух ка-тен (рис. 1). Первая - расположена на повышенном участке водораздела и представлена черноземом типичным, черноземовидной глубокооглеенной (фон почвенного покрова) и черноземовидной оподзоленной глееватой (центр замкнутой депрессии) почвами. Грунтовые воды на участке чернозема типичного залегают на глубине более 10 м, черноземовидной глубокооглеенной 3-4 м, черноземовидной оподзоленной глееватой 2,5 м. Дополнительное увлажнение - поверхностное. Вторая катена приурочена к плоскому

пониженному недренированному участку водораздела. Ее покров образуют почвы: чер-ноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная в понижениях, черноземовидная сильносолон цеватая среднеоглеенная и солонец черноземовидный глееватый - на выровненном участке (рис. 1). Грунтовые воды гидрокарбонатно-натриевого состава залегают на глубине 1,5-2 м. Почвообразующая порода почв катен I и II - покровные лессовидные глины. Название «черноземовидные оглеенные почвы», которое мы используем в своей работе было предложено Ф.Р. Зайдельманом для почв черноземной зоны Европейской России, которые кроме признаков черноземного процесса несут яркие признаки оглее-ния, и имеют в профиле соответствующие диагностические горизонты.

3. Методы исследований. Работа выполнена на базах кафедры агрохимии и почвоведения МичГАУ и кафедры физики и мелиорации почв МГУ им. М.В. Ломоносова с 2008 по 2012 гг. Использовали следующие методы: 1. гранулометрический состав - по Долгову и Личмановой; 2. плотность твердой фазы - пикнометрически; 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; 9. учет продуктивности - на основе учета урожая с малых площадок, 2x2м; 10. валовой состав - сплавлением почвы с карбонатом натрия и последующим определением элементов аналитическими методами; 11. фракционный состав гумуса - по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой; 12. актуальную и обменную кислотность - потепциометрически; 13. гидролитическую - по Каппену; 14. обменные основания вытесняли хлоридом аммония; 15. «аморфное» железо - по Тамму, 16. суммарное «несиликатное» железо - по Меру-Джексону; 17. «органическое» железо - по Бас-комбу; 18. минеральный «активный» фракционный фосфор - по Гинзбург-Лебедевой; 19. «органический» фосфор и «прочносвязанные» фракции фосфора - по Чангу-Джексону в модификации Аскинази и Гинзбург; 20. обменный калий и подвижный фосфор - по Чирикову; 21. легкогидролизуемый азот - по Кононовой и Тюрину; Ортщтейны и карбонатные конкреции и отмывали на сите 0,25мм из воздушно-сухих образцов почвы массой 1 кг. Внутреннее строение новообразований изучали с помощью фотографирования с применением фотокамеры Canon EOS-5D Mark II, макроколец и проекционных объективов с фокусными расстояниями 50, 40 и 20мм. Все определения проводились в 6-кратной - для гумусовых и в 4-кратной повторное™ 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. Гранулометрический состав. Исследуемый чернозем типичный имеет тяжелосуглинистый-легкоглинистый гранулометрический состав и равномерное распределение ила по профилю. При заболачивании поверхностными водами наблюдается увеличение содержания ила в оглеенных горизонтах.

о ю 20 зо 40 60Й о ю 20 зо 40 60 % Р,,СУИ°К 2- Распределение илистой фракции по профилю чернозема типичного, чериоземовидных оглеенных, черноземо-видных солонцеватых оглеенных почв и солонцов чериоземовидных глееватых юга Тамбовской равнины

Осолоицевание под действием гид-рокарбонатно-натриевых вод ведет к резкой элювиально-иллювиальной дифференциации профиля. Глубина солонцового горизонта с высоким содержанием илистых частиц снижается от черноземовидной слабосолонцеватой слабооглееиной почвы (70-100 см) к солонцу чернозе-мовидному глееватому (20-27 см).

Близкое к поверхности расположение водоупорного горизонта в профиле солонца чер-ноземовидного глееватого определяет весенний застой влаги и гибель растений.

5. Агрофизические свойства. Дополнительное и поверхностное увлажнение и обработка во влажном состоянии ведут к повышению плотности и снижению пористости (табл. 1). В профиле черноземовидной глубокооглеенной почвы формируется плужная подошва с пониженной воздухоемкостыо и повышенной плотностью. В черноземовидной оподзоленной глееватой почве происходит уплотнение всего профиля с глубины 20 см, при этом воздухоемкость снижается до 10 %. Плотность солонцеватого горизонта почв катены II составляет 1,4 г/см3 и более, а порозность аэрации снижается до нуля.

Структурное состояние чернозема типичного по Качинскому отличное. Застой поверхностных вод способствует увеличению глыбистости и снижению водопрочное™ агрегатов. Для черноземовидной глубокооглеенной деградация структуры характерна только для верхних 40см, в черноземной оподзоленной глееватой почве - для всего гумусового слоя. Осолоицевание ведет к полному разрушению зернистой структуры. Коэффициент структурности солонца черноземовидного глееватого из-за глыбистости снижается до 0,1-0,2 (табл. 2).

6. Водный режим и продуктивность сельскохозяйственных культур. Режимные наблюдения проводились в 2008-2011 гг., различавшихся по обеспеченности осадков (табл.3). В 2008 г. на черноземе типичном и черноземовидной глубокооглеенной почве возделывали зерновые. Остальные почвы использовались как сенокосы и пастбища. В 2009-2010 гг. все поля были распаханы и засеяны зерновыми культурами, кроме замкнутого понижения с черноземовидной оподзоленной глееватой почвой. Осенью 2010 г. из-за резкого дефицита влаги озимые не высеяли. В 2011 г. возделывали яровой ячмень.

0 I X ч 1 -1 о

20 I ■ 20 \ 7

40 I 40 1

60 ] 60

80 I \ \ 80 л

I и

100 ■ 100 ■ п

I / У

120 I ' 1 120 - и

[ / ]

140 ■ ! / / у 140 -

160 1 / г 160 - })

180 - 1 / 180 - •

200 ■ 200 -

-Чернозем типичный

— - Черноземовидная гпубокоогпеенная

-Черноземоеидная

оподзопенная глееватая

- Черноземовидная слабосолонцеватая слабоотеенная почва

- Черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная

- Солонец черноземовидный шееватый

Таблица 1.

Физические свойства чернозема типичного, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонца черноземовидного глееватого юга Тамбовской низменности.__

Плотность почвы Плот-

Почва, Горизонт, n M+t(,,5in ность твердой Пороз- МГ ВЗ ППВ Ра

фазы ность

г/см'! % объема

1 катена - типичный чернозем и черноземовидные оглеенные почвы

Ап 0-25 18 0,76+0,12 2,45 69,1 8,0 12,6 21,0 48,1

1. Чернозем AI 12-65 18 1,19±0,06 2.53 53,0 12,4 19,7 27,8 25,2

типичный Вса 110-130 6 1,32+0,12 2,66 50,4 11,1 17,1 35,8 14,6

Сса 130-200 6 1,36+0,05 2,65 48,7 12,8 19,6 36.9 11,8

Ап 0-20 18 1,07+0,05 2,42 55,8 11,4 16,0 34,9 20,9

2.Черноземов Ann 20-43 18 1,18+0,04 2,52 53,2 13,8 17,5 42,4 10,8

идная глубо- Al 43-90 6 1,13+0,04 2,58 56,2 11,6 16,2 35,4 20,8

кооглеенная Вса 105-130 6 1,28+0,07 2.62 51,1 11,5 16,9 37,3 13,8

Сса,а/ 130-170 6 1,39+0,06 2,59 46,3 11,6 16,7 39,9 6,4

3.Черноземов Ад 0-20 18 0,72+0,07 2,37 69,6 7,3 10,2 24,2 45,4

Alg/ 20-60 18 1,33+0,03 2,45 45,7 13,7 20,7 35,2 10,5

идная опод- A2Bg/ 60-80 6 1,36+0,06 2,51 45,8 15,7 22,5 42,1 3,7

золенная B2g/// 110-150 6 1,44+0,04 2,59 44,4 15,6 22,5 40,5 3,9

Cca,g/// 150-170 6 1,34+0.03 2,61 48,7 13,7 20,4 42,1 6,6

11 катена - че рноземовидные солонцеватые оглеенные почвы и солонец черноземовидный глееватый

4.Черноземов Ад 0-10 18 0,98+0,06 2,58 62,0 13,7 15,5 32,5 29,5

идная слабо- AI 10-37 18 1,21+0,06 2,61 53,6 19.2 19,4 40,3 13,3

солонцеватая АВса 37-70 6 1,38+0,04 2,62 47,3 20,5 23,2 42,1 5,2

слабооглеен- В lca, g/ 70-105 6 1,41+0,07 2,66 47,0 20,9 22,5 41,6 5,4

ная В2са.а/ 105-130 6 1,42+0,03 2.65 46,4 21.0 21,8 41,8 4,6

5 Черноземо- An 0-17 18 1,03+0,04 2,46 58,1 12,4 17,5 33,8 24,3

видная силь- Alg/ 17-40 18 1,22+0,04 2,54 50,2 16,1 20,9 41,1 9,1

носолонцева- АВса,g/ 40-65 6 1,33±0,06 2,60 48,8 17,6 20,6 44,1 4,7

тая среднеог- В lca, g// 65-80 6 1,43+0,02 2,64 45,8 17,9 21.3 44,2 1,6

леенная B2ca.e/// 80-104 6 1,31+0,04 2,60 49,6 17,3 20,7 39,3 10,3

Корочка 0-5 18 0,87+0,13 2,50 65,2 11,4 12,9 25,5 39,7

6. Солонец Ang/ 5-20 18 1,16+0,08 2,62 55,7 15,5 20,3 43,9 11,8

черноземо- Anng// 20-27 18 1,41+0,06 2,59 45,6 20,6 23,3 46,5 0

видный глее- A1 ca,g// 27-40 6 1,38+0,03 2,62 47,3 21,1 24,1 43,9 3,4

ватый ABca.e// 40-75 6 1,38+0,03 2,63 47,5 18,2 22,9 43,7 3,8

Bca.g/// 75-110 6 1,46+0,03 2,62 44,3 17,8 23.3 43,1 1,2

M Г - максимальная гигроскопичность; ВЗ- влажность завядания; ППВ- предельная полевая влагоем-кость; Ра - порозность аэрации (воздухоемкость) при влажности равной ППВ, Ann - плужная подошва; п-объем выборки; M±to,95m - доверительный интервал.

Водный режим чернозема типичного характеризуется тем, что в его профиле вне зависимости от влажности года никогда не формируется верховодка. Мощный гумусовый горизонт обеспечивает в годы с достаточным количеством осадков оптимальную для растений влажность ВРК-ППВ и получение высоких урожаев зерновых (табл. 4). В сухие по зимним осадкам годы уже к началу лета метровая толща просыхает до значений ВРК (2009), или ВЗ (2010). Дефицит влаги лимитирует урожайность зерновых (2010-2011гг.). Но даже во влажные годы запасов влаги не хватает для формирования

значительной биомассы трап. Основным приемом повышения урожайности является накопление влаги в почве.

Таблица 2.

Агрегатный состав чернозема типичного, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеениых почв и солонца черноземовпдного глееватого юга Тамбовской равнины. _

Разрез, почва Горизонт, глубина, см Сухое просеивание Мокрое просеивание, содержание агрегатов размером, мм в %

Содержание агрегатов размером, мм в %

>10 | 10-5 | 5-1 1 1-0,25 | <0,25 >1 | >0,25

Катена I - чернозем типичный и черноземовидные оглсенные почвы

1.Чернозем типичный Ап 0-25 А1 12-65 9,0 6.0 6,6 13,0 19,7 28,7 65,9 50.5 6,7 7,0 ^ 3,3 1,2 49,6 63,9 77,7 88,0

2.Черночемовидная глубо коогленная Ап 0-20 Апп 20-43 А1 43-90 1,4 1,3 5,3 39,7 40,0 13,0 21,1 15,1 17,0 29,5 34,3 54,9 8,7 Ю,1 13,6 0,6 1,2 1,8 31,3 45,3 54,8 64.4 74.5 78,3

3 Черноземовидная оподюлепная глеева-тая Ад 0-20 А1^ 20-60 1,7 2,5 35,7 27,0 25,3 21,3 32,0 43,7 5,7 8,0 0,7 0,9 44,2 35,2 82,2 69,7

Катена И - черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы и солонец черноземовидный глееватый

4. Черноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная Ад 0-10 А1 10-37 2,0 1,1 31,3 45,7 17,9 26,3 40,5 22,7 9,7 4,7 0,9 0,4 31,8 32,3 63,7 68,0

5. Черноземовидная сильносолонцеватая срелнсоглсенпая Ап 0-17 1740 3.0 7.1 22.4 11.5 15,5 23,4 54,0 61,7 2,1 1,2 1,5 0.6 12,7 37,0 48,4 63,4

6. Солонец черноземовидный глееватый Ап^ 5-20 Апп^/ 20-27 А1са,^/ 27-40 0,2 0,1 0,1 81,7 87,0 86,0 8.5 7.6 8.7 8,5 4,0 2,8 1,3 0,3 0 0,4 0 0 25,6 29.4 14.5 59,0 61,8 62,3

Таблица 3.

Распределение осадков в годы наблюдений (по данным Уваровской метеостанции).

Годы исследований Год в целом Зимний период Летний период

Сумма осадков, мм Обеспеченность осадков, % Сумма осадков, мм Обеспеченность осадков, % Сумма осадков, мм Обеспеченность осадков, %

2008 611 13 198 53 413 13

2009 385 86 148 93 236 60

2010 310 94 196 60 115 93

2011 560 39 237 33 323 33

Водный режим черноземовидных оглеенных почв характеризуется дополнительным капиллярным увлажнением и застоем поверхностных вод на плужной подошве или плотных нижних горизонтах. На черноземовидной глубокооглеенной почве урожайность зерновых культур в средние и сухие годы (2008-ячмень, 2009-озимая пшеница) повышается по сравнению с черноземом типичным за счет дополнительного количества влаги, во влажные годы возможны вымочки (2012) или снижение урожайности озимых (2008). На этих почвах целесообразно увеличить интенсивность севооборотов за счет замены чистых паров занятыми. Черноземовидные оподзоленные глееватые почвы лучше использовать под сенокосы и пастбища, так как за исключением экстремально сухих лет (2010) в их профиле длительно застаивается влага.

Осадки, мм

2008

2009

2010

Температура, С 2011

I-1-А ^-В ош-с СПЗ-О □

Рисунок 3. Режимы влажности чернозема типичного и черноземовидных почв ! катены. Условные обозначения. Влажност ь и объемных процентах и категориях : Л - менее ВЗ, В- ВЗ - 13РК; С - ВРК - 11111!, П- ППВ - ГШ; В - грунтовые воды или верховодка. Почвы: 1- чернозем типичный. 2- черноземовидная глубокооглеенная. 3 - черноземовидная оподзоленная глееватая

Осадки, мм

2008

2009

: -

пл ,11п х>. _л;

IV V VI VII VIII IX X

V 1'1

■Ч --

2010

Температура, С 2011

Рисунок 4. Режимы влажности черноземовидных солонцеватых глубокооглеенных почв и солонца чер-ноземовидного глееватого 11 катены. Влажность в объемных процентах и категориях см. на рис. 4.25. Почвы: 4-черноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная; 5- черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная, 6 - солонец черноземовидный глееватый

Таблица 4.

Урожайность (ц/га) с.х культур на черноземе типичном, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почвах и солонце черноземовидном глееватом юга Тамбовской низменности.

Год Культура I катена - Типичный чернозем и чер-ноземовидные почвы на повышенном слабодренированном участке водораздела II катена — Черноземовидные солонцовые почвы и солонец черноземовидный на пониженном недренированном участке водораздела

Чернозем типичный Черноземо-ввдная глу-бокооглеен-ная Черноземо-видная опод-золенная глееватая Черноземоввд- ная слабосолонцеватая сла-бооглеенная Черноземо-видная сильносолонцеватая среднеог-леенная Черноземовидный солонец глееватый

2008 Оз.пшеница 44,0+3,6 32,7+2,5 Вымочка Нет данных

Я р. ячмень 35+2,5 40+3,6 Нет посева

Травы 126+3,2 295+2,8 323+25 109+10 96,6+5,5 55+5

2009 Оз. пшеница 35+2,4 42+3,5 Вымочка 53,0+3,6 53,6+4,04 Вымочка

Травы 160+3,6 340+0,5 350+4,5 106+3,8 Нет данных

2010 Оз. пшеница 12,0+3,6 2,74+0,5 Вымочка Нет данных

Яр. ячмень 13,2+2,4 2,35+0,6 Нет посева 4,97+1,1 1,12+0,4 | Нет посева

Травы 96+2,5 120+0,7 270+1,8 55+1,9 Нет данных

2011 Яр. ячмень 25,7+9,0 18,8+2,2 38,8+4,7 46+4,8 31,6+10,1 | 26,7+2,9

Травы 145+0,7 Нет данных 360+3,6 112+5,5 Нет данных

Дополнительное увлажнение позволяет ежегодно получать значительную биомассу многолетних трав.

Особенностью водного режима почв катены II заболоченных гидрокарбонатно-натриевыми водами, является то, что влажность в нижней части профиля постоянно находится в интервале ПВ-ППВ, в верхних горизонтах - в интервале ВРК-ППВ.

До значений ВРК она опускается только при длительных засухах. Несмотря на неблагоприятные физические и химические свойства, в сухие и средние годы урожайность зерновых на 50 % выше по сравнению с черноземом типичным. Постоянные вымочки характерны только для солонца черноземовидного глееватого. Щелочная реакция нижних горизонтов неблагоприятна для корневой системы многолетних трав, поэтому естественные травостои малопродуктивны.

7. Диагностика степени гидроморфизма почв по морфологическим признакам, новообразованиям и химическим особенностям

7.1. Макроморфологические особенности. Черноземы типичные характеризуются мощным гумусовым горизонтом зернистой структуры и карбонатным (табл. 5). Новообразования представлены карбонатным «мицелием» с 60 см и карбонатными конкрециями с 2 м. Дополнительное увлажнение черноземовидной глубокооглеенной почвы ведет к формированию ортштейнов в гумусовом горизонте, глинистых кутан и Мп вкраплений - в иллювиальном, сизых пятен - в нижней части профиля. Карбонаты представлены мучнистой пропиткой в зоне капиллярной каймы и плотными конкрециями - на верхней ее границе. Длительный застой влаги в черноземовидной оподзоленной глееватой почве ведет к сокращению мощности гумусового горизонта, увеличению площади сизых пятен, Мп вкраплений, гумусовых кутан, появлению скелетан, ортштейнов. Карбонаты вымыты на глубину 150 см. В профиле черноземовидных солонцеватых

оглеенных почв выделяют гумусовый, солонцеватый, карбонатный, мраморовидный обводненный горизонты. Характерные новообразования - пестрые ортштейны по всему профилю, плотные черные гумусовые кутаны и Мп вкрапления в иллювиальном горизонте, несколько видов карбонатных конкреций.

7.2. Новообразования. Карбонатные конкреции и марганцево-железистые ортштейны имеют важное диагностическое значение. Сопоставление их макро и мезомор-фологических особенностей с многолетним гидрологическим режимом почвы и продуктивностью зерновых культур в годы различной влагообеспеченности позволило предложить систему агропроизводственной и мелиоративной диагностики черноземных почв юга Тамбовской равнины (табл. 6). В черноземе типичном плотные однородные конкреции указывают на глубину сезонного промачивания, в черноземовидных глубокоогле-енных почвах угловато-округлые - на верхнюю границу капиллярной каймы, в черноземовидных глееватых угловатые конкреции с острыми ребрами и кавернами - на положение уровня грунтовых вод. В черноземовидных почвах, заболоченных гидрокарбо-натно-натриевыми водами, черные угловатые конкреции образуются в солонцеватых горизонтах, светлые слабоуплотненные - в зоне капиллярной каймы.

Появление черных мелких ортштейнов указывает на периодический поверхностный застой влаги. В них преимущественно накапливается Мп. Диагностическое значение имеют особенности строения Мп-Ре конкреций пахотного горизонта при 40-50-ти кратном увеличении. Кратковременный 2-3 недели застой влаги ведет к формированию плотных черных конкреций, длительный до 1,5 месяцев - однородных бурых пористых, осолонцевание под влиянием гидрокарбонатно-натриевых вод - пятнистых.. Коэффициент накопления Ре в ортштейнах составляет 2-3 независимо от степени оглеения или со-лонцеватости почв. Темная окраска конкреций обусловлена высоким содержанием Мп, коэффициент накопления которого изменяется от 8-17 - при поверхностном увлажнении до 15-42 - при грунтовом.

В карбонатных конкрециях черноземовидных солонцеватых оглеенных почв по сравнению с конкрециями чернозема типичного возрастает содержание и А1 за счет увеличения доли глинистого материала. С ростом степени гидроморфизма почв увеличивается содержание Мп, а соотношение Ре/Мп уменьшается. По сравнению с черноземом типичным в новообразованиях черноземовидных оглеенных почв возрастает в 1,5 -2 раза содержание органического вещества В светлых конкрециях преобладают фуль-вокислоты, а в темных - гуминовые. Доля нерастворимого остатка - 40-60 %

Гумусовые кутаны характерны только для переувлажненных черноземовидных оглеенных и черноземовидных солонцеватых оглеенных почв. В черноземе типичном они отсутствуют. С ростом степени гидроморфизма почв их количество возрастает. В составе кутан черноземовидной оподзоленной глееватой почвы преобладают фульво-кислоты преимущественно III фракции. Черная окраска кутан почв катены II обусловлена высоким содержанием второй фракции черных гуминовых кислот.

Таблица 5. Морфологические особенности чернозема типичного, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и со-лонца черноземовидного глееватого юга Тамбовской равнины.__

Морфологические особенности КатенаI Катена II

1.Чернозем типичный Повышенный слабодренированный участок водораздела Недренированный пониженный участок водораздела

2. Черноземвидная глубокооглеенная З.Черноземовидная оподзоленная глееватая 4.Черноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная 5. Черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная 6. Солонец черноземовидный глееватый

1 2 3 4 5 6 7

УГВ, м более 10 3-7 2 1,5-2,0 1,2-1,5 1,0-1,2

Верховодка нет 20-80 см 2-3 недели во влажные годы 0-60 см 2-3 месяца, ежегодно нет 40-60см 2-3 недели во влажные годы 0-20смдо 1 месяца-' ежегодно

Мощность гумусового горизонта, см: цвет И0± 12 темно- серый 105 ±15 темно-серая до черного 80 ±9 темно-серый, внизу белесый 70 ±9 темно-серый 65 ±7 темно-серый, до черного 75 ±8 черный с поверхности

Структура гумусового горизонта Среднезерни-стая Среднезернистая Комковато-зернистая Вверху мелкозернистый, внизу мелкопризматический Вверху мелко-порошистый, внизу призматический Вверху слоеватый, внизу столбчато-призматический

Глубина вскипания, см 65 ±5 90 ± 15 150 ± 6 50 ±7 40 ± 5 20 ±2

Наличие признаков оподзоливания нет Нет Скелетаны на 30-70 см Нет нет Слоеватая корочка на поверхности

Морфохроматиче-ские признаки оглеения нет Сизые пятна 5-10% со 130 см Сизые пятна с 80 см (20-40%), со 110-мраморовидный горизонт Сизые пятна с 70 см 10-20%, со 105 см-мраморовидный горизонт Сизые пятна с 50 см (10-20%), со 105 см-мраморовидный горизонт Сизые пятнае с 30 см; со 105 см -мраморовидный горизонт

Признаки солонцеватости нет Нет нет Призматический горизонт на 70-105 см Призматический горизонт на 65-80 см Слитой горизонт 5-20 см

Карбонатные конкреции С 200 см, округлые, светло бурые еонкреции 2-Зсм Со 120см, округлые, светлые почти бе-лые1-2см Со 150см, угловатые, сильно изрезанные, буровато-серые 2-Зсм На 40-50см плотные, буроватые, однородные округлые 1-2см, на 70-105 округлые, рыхлые белые однородные 1-2см, на 130-150см угловатые светло-серые двухслойные менее 1см На 40-60см - плотные, буровато-серые, однородные, округлые 2-4см, на65-80 -округлые, рыхлые белые однородные; на 130-150см угловатые светло-серые двухслойные менее 1см На 20-40см темно-серые, округлые однородные 1-Зсм, на 40-70 округлые, рыхлые светло-серые однородные, на70-130см угловатые светло-серые двухслойные менее 1см

Продолжение таблицы 5.

1 2 3 4 5 6 7

Мп-Ре (ортштейны) нет Округло-угловатые, черные 0,25-1 Округлые, черные и бурые 1-Змм Округлые пятнистые 1-Змм Округло-угловатые, пятнистые 0,25-2мм Угловатые пятнистые, 0,25-2

Неконкреционные карбонатные новообразования Мицелий из призматического кальцита Пропитка, мучнистые вкрапления Карбонатные натеки, пропитка и трубочки Карбонатная пропитка, пятна, трубочки Карбонатная пропитка, пятна,трубочки Карбонатная пропитка, пятна, трубочки

Другие новообразования нет Мелкие Мп вкрапления соЮОсм Мп вкраплений с 60см, сизовато-серые кутаны, пятна ожелезнения с 80см Редкие Мп вкраплений с 70см,темно-серые кутаны Мп вкраплений с 60см темно-серые кутаны, пятна ожелезнения на 65-80см Мп вкраплений с 70 см, сизовато-черные кутаны, пятна ожелезнения со 150см

Таблица 6. Диагностическое значение карбонатных и Мп-Ре конкреций чернозема типичного, черноземовидных оглеенных, черноземовидных со-

лонцеватых оглеенных почв и солонца черноземовидного глееватого юга Тамбовской равнины.

Глубина грунтовых вод, м Продолжительность застоя влаги в гумусовом горизонте Продуктивность озимых, зерновых культур (по сравнению с черноземом типичным) Карбонатные конкреции Ортштейны горизонта Ап

Горизонт, глубина, см Морфологическое описание и характеристика под увеличением Диагностическое значение Бе/ Мп Морфологическое описание и характеристика под увеличением Диагностическое значение

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Почвы катены I

1. Чернозем типичный

Более 10 Отсутствует Во влажные и средние годы 35-45 ц/га, в сухие снижение на 30-70% Сса 200-250 2-Зсм, округлые, светло-бурые, плотные, однородные, сложены призматическими кристаллами, 5-10 % зерна кварца Глубина ежегодного промачива-ния 11.2 Отсутствуют

2.Черноземовидная глубокооглеенная

3-7 Во влажные годы 1-2 недели Во влажные годы снижение на 20-30 %, в сухие повышение на 30-40% Вса 120-150 1-2 см, округлые, светло-бурые, темное аморфное ядро с трещинами и мелкозернистую оболочку, с Мп вкрапления Верхней границе капиллярной каймы 9.1 1-3 мм угловато-округлые, черные, темно-бурая оболочка и Мп ядро Застой влаги 1-2 недели

З.Черноземовидная оподзоленная глееватая

2-3 В средние годы до 1.5-2 месяцев За исключением сухих лет, вымочки Сса,^// 150-200 2-Зсм, угловатые бурые острыми ребрами и кавернами, мелкозерностая оболочка с Мп вкраплениями и стекловидное ядро. Положение уровня грунтовых вод 4.2 2-Змм темно-бурые, округлые, пористые, однородные, бурые. Застой влаги 1,5-2 месяца

Продолжение таблицы 6.

1 1 2 | 3 | 4 | 5 |6|7| 8 | 9

Почвы II катены

4. Черноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная

1 >5-2,0 Во влажные годы 1-2 недели Во влажные годы такая же как и на черноземе типичном, в средние повышение на 40-50%, в сухие в 3 раза АВса 37-70 2-Зсм, угловатые, буровато-серые, плотные, однородные, Ёе и Мп вкрапления, сложены призматическими кристаллами. Солонцовый горизонт 4.6 Менее 1мм, темно-бурые, угловатые. Под увеличением окраска пятнистая (черная со светло-бурыми пятнами) Солонце ва-. гость почв, весенний застой влаги

В1са 70-105 1-2см, округлые, белые, слабоуплотненные, однородные, мелкопористые, мелкокристаллические Капиллярная кайма 3.9

В2са 105-130 Менее 1 см угловатые, бурые, плотные с острыми ребрами, плотная оболочка с ортштейнами и стекловидное ядро Положение уровня грунтовых вод 2.4

5. Черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная

1,2-1,5 1 Во влажные и средние годы застой влаги до 3-4 недель Во влажные годы такая же как и на типичном черноземе, в средние повышение на 40-50%, в сухие в 3 раза Авса,^ 40-65 1-Зсм, угловато-округлые, светло-серые с темно-серыми прожилками, плотные, мелкоребристые, сложены крупными призматическими кристаллами. Солонцовый горизонт 4.1 Менее 1мм, темно-бурые, угловатые. Под увеличением окраска пятнистая, (черная со светло-бурыми пятнами) Солоноватость почв, весенний,застой влаги

В1са,§/1 65-80 1-2см, округлые, белые, слабоуплотненные, однородные, мелкопористые мелкокристаллические Капиллярная кайма 3.5

В2са,¡/1 80-104 Менее 1см угловатые, бурые, плотные с ■ острыми ребрами, плотная оболочка с ортштейнами и стекловидное ядро Положение уровня грунтовых вод 2.2

6. Солонец черноземовидный глееватый

1,0-1,2 Ежегодный по-верхност-ный застой влаги Ежегодные вымочки АВса,§/1 40-75 1-2 см, угловато-округлые, темно-серые, однородные, пористые, с вкраплениями ортцггейнов, Мп и Ре, сложены крупными призматическими кристаллами Солонцовый горизонт 3.4 Менее 1мм, темно-бурые, угловатые. Под увеличением окраска пятнистая (черная со светло-бурыми пятнами) Солон-цева-тость почв, весенний застой влаги

В1са,^// 75-110 2-Зсм, угловато-округлые, серые и светлосерые, слабоуплотненные, однородные, мелкопористые, мелкокристаллические Капиллярная кайма 3.2

В2са,§/// 110-140 Менее 1см угловатые, бурые, плотные с острыми ребрами, плотная оболочка с ортштейнами и стекловидное ядро Положение уровня грунтовых вод 2.0

Таблица 7.

Фракционный состав органического вещества карбонатных конкреций чернозема типичного, чернозе-мовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонца черноземовидного

Почва Гори зонт Соб % СФ к, % ОТ Сер Спс, % от С0„г С ОСТ, /о ОТС„рг ЕСФК ХСг к Спс/ Сфк

I II III I II III

Конкреции почв катены I

1 .Чернозем типичный Сса 0,3 4,9 4,9 22,2 0 2,8 8,9 56,5 32,0 11,6 0,36

2.Черноземовидная глубокооглеенная Вса 0,5 6,1 4,3 14,2 0 1,2 6,1 68,1 24,6 7,3 0,30

З.Черноземовидн ая оподзоленная Сса 0,5 4,4 5,9 14,7 0 1,8 8,8 64,5 25,0 10,6 0,42

Конкреции почв катены II

4.Черноземовидн ая слабосолонцеватая оглеенная АВса 0,6 2,7 11,7 10,7 0 2,2 9,1 63,6 25,1 11,3 0,45

5 .Черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная АВ^ 0.5 2,2 4,7 11,5 0 2,5 10,5 68,6 18,4 13,0 0,70

0,4 2,5 4,9 10,2 0 1,8 9,2 71,3 17,6 11,1 0,63

В2ле/ 0,5 5,1 2,4 17,1 0 6,3 5,3 63,8 24,6 11,6 0,47

б.Солонец черноземовидный глееватый АВса>8 0,7 3,6 12,3 4,5 7,4 11,2 13,6 47,6 20,4 32,0 1,57

0,7 2,5 10,3 8,2 0 3,1 12,0 63.8 21,0 15,1 0,72

В2са.к 0,5 2,9 14,9 8,7 0 3,9 13,0 56.6 26,5 16,9 0,64

0 10 20 30 40 60 60 70 0 10 20 30 40 60 60 70

20 40 60 80 100 120 140 160 180 -1

— Чернозем типичный

—■Черноземовидная глубокооглеенная

— Черноземовидная' оподзоленная глееватая

20 40

ЗЮ2/Ре203

100 120 -140

160 -I

Черноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная — Черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная Солонец

черноземовидный глееватый

ЗЮ2/Ре203

40 -60 • 80 -100 -120 -140 -160 180

-Чернозем типичный

-•- Черноземовидная глубокооглеенная

-о- Черноземовидная оподзоленная

40 -60 -80 -100 -120

БЮ2/А12Оз 140

160

Черноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная Черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная -о- Солонец

черноземовидный глееватый

вЮ2/А1203

Рисунок 5. Изменение молекулярных соотношений вЮг/ТегОз и 8Ю2/А120з по профилю почв юга Тамбовской равнины: А - первой катены: чернозема типичного и черноземовидных оглеенных почв; Б -второй катены - черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонца черноземовидного глеевато-го.

7.3. Химические свойства почв. Оглеение влияет на изменение по профилю молекулярных отношений БЮг/РегОз и БЮз/АЬОз (рис.5). Для чернозема типичного и черноземовидной глубокооглеенной почвы характерно равномерное распределение полуторных окислов по профилю. При поверхностном заболачивании только в черноземовидной оподзоленной глееватой почве наблюдается существенный вынос Бе из мелкозема верхних горизонтов. Черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы резко дифференцированы по железу и по алюминию. Накопление полуторных окислов происходит в обогащенных илом солонцеватых горизонтах.

Чернозем типичный характеризуется нейтральной реакцией, ППК насыщен основаниями, в составе обменных катионов преобладает Са2+(табл. 8). Дополнительное поверхностное увлажнение способствует обеднению основаниями. В черноземовидной глубокооглеенной почве увеличение потенциальной кислотности наблюдается в верхних 40 см, в черноземовидной оподзоленной глееватой - в 150 см. По сравнению с черноземом типичным в черноземовидной глубокооглеенной почве возрастает доля обменного М§2~ до 20-25%. В черноземовидной оподзоленной глееватой почве обменные Ыа1 полностью и - частично элювиированы из ППК. Заболачивание гидрокарбонатно-натриевыми водами ведет к подщелачиванию почв катены П. Значения рН водной вытяжки для и солонцеватых и солонцовых горизонтов составляет 8,5-9,0. Солонцеватость рассматриваемых почв обусловлена одновременным присутствием в ППК и М^"1".

Рисунок 6. Фракционный состав гумуса (приведены абсолютные значения фракций С, %). Почвы: 1- чернозем типичный; 2 -черноземовидная глубокооглеенная; 3 -черноземовидная оподзоленная глееватая; 4 — черноземовидная слабосолонцеватая слабооглеенная; 5 — черноземовидная сильносолонцеватая среднеоглеенная; 6 - солонец черноземовидный глееватый

Чернозем типичный характеризуется высоким содержанием органического вещества гуматно-го состава, среди гуминовых и фульвокислот преобладает II фракция, связанная с кальцием (рис. 6). Небольшое поверхностное увлажнение характерное для черноземовидной глубокооглеенной почвы способствует снижению на 10-20 % общего содержа-

0,0 0,6 1,0 1,0 2,0 2,6 3,0 3,6

0,0 0,6 1,0 1,6 2,0 2,6

■ ФК Iа □ ФК III

■ С остаток

ФК I □ ГК I

□ ФК

а гк

ния органического вещества и увеличению в его составе доли фульвокислот, при сохранении гуматного типа гумуса. В черноземовидной оподзоленной глееватой почве содержание гумуса ниже, большая часть подвижных фульвокислот вымывается вниз по профилю, поэтому по составу органическое вещество становится резко гуматным (Сгк:Сфк > 2). Вымывание кальция ведет к тому, что в составе гуминовых кислот возрастает доля их первой фракции. В нижней части гумусового горизонта несущего яркие признаки оподзоливания происходит разрушение прочносвязанной с минеральной частью III фракции органического углерода почвы. В почвах катены II общее содержание органического вещества и его гуматность снижается от черноземовидной слабосолонцеватой слабооглеенной почвы к солонцу черноземовидному глееватому. В солонце чер-ноземовидном глееватом тип гумуса за исключением пахотного горизонта становится фульватным. В составе гуминовых и фульвокислот преобладает II фракция, доля III фракции и нерастворимого остатка в сумме составляют не более 20%, что говорит о разрушении органики в условиях заболачивания гидрокарбонатно-натриевыми водами.

Общее содержание железа в черноземе типичном - 4,5 %, доля несиликатных . форм - 30-45 %, аморфные - 5-6% от валового содержания. Глинистый гранулометриче-; ский состав определяет высокие значения критерия Швертманна - 0,1-0,15 (табл. 8). В черноземовидной глубокооглеенной и черноземовидной оподзоленной глееватой почвах ; в составе несиликатного железа возрастает доля аморфных соединений. В результате значения критерия Швертманна в верхних горизонтах достоверно повышаются по сравнению с черноземом типичным. В пахотных горизонтах черноземовидных солонцева-I тых оглеенных почв и солонца черноземовидного глееватой катены II содержание железа, извлекаемого вытяжками Тамма и Мера-Джексона, приблизительно одинаковое, по. этому критерий Швертманна для всех почв катены II составляет 0,2-0,3 и не зависит от степени солонцеватости.

Черноземы типичные имеет повышенную обеспеченность для зерновых культур по легкогидролизуемому азоту и подвижному фосфору, высокую по обменному калию (табл. 8). В черноземовидных оглеенных почвах отмечается отток калия со склонов и накопление его в почвах центра депрессии, снижение содержания органического вещества в почвах с высокой степенью пироморфизма почв сопровождается уменьшением содержания легкогидролизуемого азота. Дефицит по содержанию подвижных форм фосфора при поверхностном заболачивании обусловлен связыванием его органическом веществом и накоплением в ортштейнах, при грунтовом - переходом в апатитовую фракцию.

7.4. Количественные критерии диагностики. В качестве диагностических показателей были рассмотрены: критерий Швертманна (Feo/Fed) и коэффициент степени гидроморфизма черноземовидных почв по оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек (Ki.n). Критерий Швертманна в условиях юга Тамбовской равнины обладает низкой чувствительностью. Для черноземовидных оглеенных почв были предложены следующие интервалы его граничных значений (Feo/Fed) (табл. 9):

Таблица 8. Химические свойства чернозема типичного, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонца черно-земовидного глееватого юга Тамбовской низменности._

Обменные основа- Na Mg Содержание элементов питания

Горизонт, глубина, см РН»од рНсол ния s Нг Р205 КгО Nnr Feo Fed Feo

Разрез, почва Са2* Mg2* Na* V,% % от S по Чирикову по Тюрину и Кононовой Fed

ммоль/ 100т почвы мг/ 100г почвы

Катена I - чернозем типичный и черноземовидные оглеенные почвы на повышенном слабодренированном участке водораздела

1.Чернозем Ап 0-20 Al 20-65 7.88 7.89 6,37 6,37 39,8 40,5 3,6 6,9 0,1 0,2 43.5 47.6 1,9 1,9 95,8 96,2 0,2 0,4 8,2 14,4 15,5 11,7 17,7 15,9 5,4 4,9 243 271 2061 2199 0,137 0,130

типичный АВса 65-110 Вса 110-130 8,01 8,19 7,41 7,51 37,1 41,4 2,2 2,7 0,2 0,1 39,5 44,2 0 0 100 100 0,5 0,2 5,5 6,1 2,6 1,7 21,4 18,3 4,3 не опр. 252 151 1876 1922 0,146 0,108

2.Черноземо- Ап 0-20 Ann 20-43 6,84 7,9 5.53 5.54 38,9 39,7 6,7 7,3 0,4 0,4 46,0 47,4 4,2 3,6 91,6 92,9 0,8 0,8 14,5 15,4 4,7 3,9 11,0 8,9 5.5 4.6 271 280 1968 2061 0,137 0,136

видная глубо- Al 43-90 7,27 5,84 37,4 9,8 0,3 47,5 1,7 96,5 0,6 20,6 3,7 9,1 4,8 243 1870 0,130

кооглеенная АВса 90-105 8,07 7,28 34,2 12,5 0,4 47,1 0 100 0,8 26,5 1,3 8,6 3,5 192 1322 0,146

Вса 105-130 8,01 7,44 36,2 10,9 0,2 47,3 0 100 0,4 23,0 0,6 8,6 не опр. 137 1276 0,108

З.Черноземо-видная оподзо-ленная глееватая Ад 0-20 Alg' 20-60 A2Bg/ 60-80 Big" 80-110 B2g"' 110-150 6,96 6,70 6,68 6,77 6,85 5,35 5,11 4,97 4,92 5,76 28,0 32,0 36,5 34,7 30,7 2,9 4,9 1,6 2,0 5,3 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 31,0 37.0 38,2 36,9 36.1 7,8 5,2 4.1 2.2 1,7 79,9 87,7 90.3 94.4 95.5 0,3 0,2 0,2 0,5 0,2 9.3 13,2 4,1 5.4 14,6 3,8 3.4 2,7 3.5 2,5 24,6 13,6 12,6 12,5 11,3 3.8 2.9 2,7 не опр. не опр. 534 538 455 312 197 1368 2061 2615 2292 2522 0,393 0,263 0,175 0,137 0,078

Катена II - черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы и солонец черноземовидный глееватый на пониженном недренированном участке водораздела

4. Черноземо-видная слабосолонцеватая слабооглеенная Ад 0-10 Al 10-37 АВса 37-70 В1я11/ 70-105 8,05 8,18 8,66 8,71 7,43 7,38 7.40 7.41 34,9 35,0 30,2 30,5 13,6 11,0 7,3 10,4 0,7 1,0 4,1 3,3 49,2 47,0 41,6 44,2 0,7 0,5 0 0 98,6 99,0 100 100 1,4 2,1 9,8 7,4 27,6 23.4 17.5 23,5 9,5 6,0 0,3 1,9 30,0 20,5 8,5 8,5 5.7 4.8 3,8 не опр.. 451 460 349 197 1876 1868 2568 2338 0,240 0,247 0,130 0,084

5.Черноземо-видная сильносолонцеватая среднеоглеенная An 0-17 Alg/ 17-40 ABca.g/ 40-65 Blca,g" 65-80 7,68 7,87 7,99 8,72 5,43 5,56 6,70 7,18 39.8 32.9 26,9 25,6 10,7 16,7 18,9 20,0 0,5 0,8 1.5 2.6 51,0 50,4 47,3 48,2 2,8 1,4 0 0 94,8 97,3 100 100 0,9 1,5 3,1 5,3 20,9 33,1 39,9 41,4 6,3 3,2 1,9 1,7 12,6 12,4 10,1 8,8 5,5 4,7 3,0 не опр. 377 372 386 229 1738 1876 2338 2061 0,219 0,199 0165 0,112

6. Солонец Корочка 0-5 Ang/ 5-20 7,1 8,57 5,9 7,49 20,3 32,9 2,3 7,6 0.1 2,2 22,7 42,7 1,4 0,6 94,2 98,6 0,4 5,1 10,1 17,7 4,8 2,5 16,0 11,4 4,7 2,3 432 358 1599 1645 0,271 0,224

черноземовидный глееватый Anng" 20-27 Alca,g" 27-40 ABca.g" 40-75 Blc,8" 110-140 8,60 8,82 8,97 9,02 7,42 7,49 7,51 7,66 34,9 27,6 27.8 30.9 6,0 9.6 9.7 9,3 6,6 8,9 3,1 3,0 47.5 46.1 40.6 43.2 0 0 0 0 100 100 100 100 13,8 19,3 7,6 6,9 12,6 20,8 23,8 21,5 2,4 следы следы следы 8,8 7,0 7,2 1,6 не опр. не опр. 312 141 77 77 1968 2384 1922 1784 0,159 0,059 0,040 0,043

S - сумма обменных оснований; Нг - гидролитическая кислотность; V - степень насыщенности основаниями, %; Feo - аморфное железо; Fed - суммарное «несиликатное» железо Feo/Fed- критерий Швертманна;

Таблица 9.

Количественные показатели степени гидроморфизма черноземовидных оглеенных почв юга Тамбовской равнины._

Почва, разрез Продуктивность с.-х. культур Количественные показатели степени переувлажнения и заболачивания

Критерий Шверт-манна Ре о/ Кед по мелкозему Ап Кщ - по мелкозему Ап Модифицированный показатель К1_п I Сорг по мелкозему Ап

X ±1о95П1 Интервал X ±Ъ> 95113 Интервал X ±1о95П1 Интервал

Чернозем типичный Возможно возделывание всех районированных культур, лимитируются количеством влаги 0,118 ±0,014 0,10-0,13 0,94 ±0,31 0,61-1,30 3,59 ±1,06 2,5-5,0

Катена I - черноземовидные оглеенные почвы

2. Черноземо-видная глубо-кооглеенная В сухие годы повышение урожайности зерновых на 10-20% по сравнению с черноземом типичным 0,137 ±0,012 0,12-0,15 2,04 ±0,53 1,6-3,00 6,85 ±1,41 5,1-9,0

3. Черноземо-ввдная оподзо-ленная глееватая Ежегодные вымочки зерновых 0,392 ±0,041 0,30-0,50 5,53 ±1,20 3,1-8,0 14,66 ±3,38 10-20

Катена II - черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы и солонец черноземовидный глееватый

4. Черноземо-внцная слабосолонцеватая сла-бооглеенная В сухие и средние годы повышение урожайности зерновых на 20-50% по сравнению с типичным черноземом 0,240 ±0,023 0,20-0,30 0,60 ±0,15 0,4-0,8 2,10 ±0,43 1,5-2,5

5. Чернозем о-видная сильносолонцеватая среднеоглеенная 0,219 ±0,042 0,15-0,30 0,4 2±0,10 0,3-0,6 1,28 ±0,23 1,0-1,5

6. Солонец черноземовидный глееватый Ежегодные вымочки зерновых 0,270 ±0,011 0,25-0,30 0,43 ±0,12 0,3-0,6 0,79 ±0,22 Менее 1,0

Х±1о195т - доверительный интервал.

1) 0,10-0,15 - черноземы типичные и черноземовидные глубокооглеенные почвы -пригодны для возделывания почти всех районированных культур.

2) 0,3-0,50 - черноземовидные оподзоленные глееватые почвы - использование в естественном состоянии только в качестве сенокосов и пастбищ.

3) 0,15-0,30 - черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы- пригодны под полевые культуры, выдерживающие слабощелочную реакцию (озимую пшеницу, сахарную свеклу, ячмень).

Предложенный Степанцовой и Красиным (2011) показатель степени гидроморфизма черноземовидных почв (КЫ1) основан на соотношении I фракции и суммы I и II фракции гуминовых кислот. В ряду почв катены I различия в значениях коэффициента КЫ1 между черноземом типичным, черноземовидной глубокооглеенной и черноземовидной оподзо-ленной глееватой почв достоверны с 95% вероятностью. При заболачивании гидрокарбо-натно-натриевыми водами различия в значениях коэффициента Кщ между почвами второй катены не достоверны. Значения рассматриваемого показателя для чернозема типичного при 95% уровне вероятности существенно не снижается от его значений в чернозе-

мовидных почвах солонцового ряда. При осолонцевании по сравнению с черноземом типичным уменьшается содержание III фракции гуминовых кислот и негидролизуемого остатка. Учесть изменение этих фракций можно по общему содержанию органического вещества в почве. Исходя из этого был предложен модифицированный коэффициент степени гидроморфизма черноземовидных почв (КМ1*Сорг). К,_п -С = —^—^——, где

Ог-Ьг

Кщ^Сор,. - модифицированный критерий переувлажнения и заболачивания для почв на двучленных отложениях; О! -оптическая плотность щелочной вытяжки, 02 - оптическая плотность щелочной пирофосфатной вытяжки, и Рг 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 предложены следующие его значения для диагностики почв юга Тамбовской равнины разной степени оглеения и солонцеватости:

1) < 1 — солонцы черноземовидные глееватые.

2) 1,0-1,5 - черноземовидные сильносолонцеватые среднеоглеенные почвы.

3) 1,6-2,5 - черноземовидные слабосолонцеватые слабооглеенные почвы

4) 2,5-5,0 — черноземы типичные

5) 5,1-9,0 - черноземовидные глубокооглеенные почвы

6) > 10 - черноземовидные оподзоленные глееватые почвы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные лабораторные и полевые исследования позволили нам:

1) Дать оценку влияния нарастающего в пространстве гидроморфизма при заболачивании пресными поверхностными и гидрокарбонатно-натриевыми грунтовыми водами на морфологические особенности, агрофизические, физико-химические и химические свойства черноземовидных оглеенных и черноземовидных солонцеватых оглеенных почв юга Тамбовской низменности (табл. 10);

2) Разработать рекомендации по их рациональному использованию в естественном состоянии и обосновать целесообразность применения мелиоративных мероприятий (табл. 10 и 12);

3) Разработать для использования в почвенно-картографической и агрономической практике новую методику количественной полевой диагностики черноземовидных почв юга Тамбовской равнины по макроморфологическим особенностям и новообразованиям (табл.11);

4) Предложить новый аналитически количественный показатель - модифицированный коэффициент степени гидроморфизма черноземовидных почв по соотношению оптической плотности различных вытяжек и разработать его градации почв (табл. 10).

Черноземовидные оглеенные и черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы составляют основной фон почвенного покрова и определяют агроэкологические особенности сельскохозяйственных территорий юга Тамбовской равнины.

Черноземы типичные приурочены к участкам, примыкающим к крупным балкам. На повышенных слабодренированных участках водораздела гидрокарбонатно-кальциевые грунтовые воды залегают на глубине 3-5 м. Под их влиянием формируются черноземо-видные глубокооглеенные почвы с пятнами черноземовидных оподзоленных глееватых почв - по депрессиям. На недренированных пониженных участках водоразделов с залеганием слабоминерализованных гидрокарбонатно-натриевых грунтовых вод на глубинах 1,5-2 м формируются черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы с мелкими пятнами солонцов черноземовидных глееватых. Пестрый почвенный покров определяет неравномерное просыхание почв весной, трудности при обработке и пестроту урожая сельскохозяйственных культур.

Черноземы типичные характеризуются оптимальными для сельскохозяйственных растений агрофизическими и физико-химическими свойствами: отсутствием дифференциации по гранулометрическому составу, низкой плотностью, водопрочной зернистой структурой, высокими значениями пористости, влагоемкости, воздухоемкостью и широким диапазоном активной влаги, нейтральной реакцией, высокой емкостью катионного обмена, повышенной и высокой обеспеченностью элементами питания.

Водный режим черноземов типичных характеризуется тем, что в их профиле вне зависимости от влажности года никогда не формируется верховодка В сухие по зимним осадкам годы уже к началу лета метровая толща просыхает до значений ВРК. Дефицит влаги лимитирует урожайность зерновых. Основным приемом повышения урожайности является накопление влаги в почве.

Застой поверхностных вод в профиле черноземовидных оглеенных почв ведет к их подкислению, формированию плужной подошвы, уплотнению нижних горизонтов, снижению водопрочности агрегатов, увеличению глыбистости структуры, аллювиальной дифференциацией ила по профилю. Почвы заболоченные гидрокарбонатно-натриевыми водами характеризуются резкой элювиально-иллювиальной дифференциацией. В их профиле формируется солонцеватый горизонт с неблагоприятными физическими свойствами: повышенной плотностью (более 1,4 г/см3), близкой к нулю воздухоемкостью, очень твердый в сухом состоянии, бесструктурный текучий во влажном.

Водный режим черноземовидных оглеенных почв характеризуется дополнительным капиллярным увлажнением и застоем поверхностных вод на плужной подошве или плотных нижних горизонтах. Урожайность зерновых культур на черноземовидной глубокоог-леенной почве в средние и сухие годы повышается по сравнению с черноземом типичным за счет дополнительного количества влаги, во влажные - пятнами наблюдаются вымочки сельскохозяйственных культур. На этих почвах целесообразно увеличить интенсивность севооборотов за счет замены чистых паров занятыми.

Черноземовидные оподзоленные глееватые почвы целесообразно использовать под сенокосы и пастбища, так как, в их профиле длительно застаивается влага за исключением экстремально сухих лет.

Таблица 10. Гидрологическая оценка, диагностика, морфологические признаки, агрофизические свойства и рекомендации по использованию типичного чернозема, черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглсенных почв и солонца черноземовидного глеевато-го юга Тамбовской равнины.__

Почва Глу-бипа грунтовых вод Водный режим гумусового горизонта Морфологические признаки оглсения Карбонатные Новообразования Мп-Рс новообразования Агрофизические свойства Урожайность зерновых культур по сравнению с черноземом типичным Сельскохозяйственное использование к,.„* С0рГ

в естественных условиях после осушения

1 • 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11

Катсна 1 - чернозем типичный и черпоземовидные оглеенпые почвы

1.Чернозем типичный 2.Чернозем овидпая глубокоог-леенная Более Юм 3-7 м Периодически промывной Застой влаги 1-2 недели -во влажные годы Отсутствуют Сизые пятна 5-10% с глубины 130 см Мицелии, однородные конкреции с 2 м Пропитка, мучнистые вкрапления, редкие двухслойные «журавчики» со 120 см Отсутствуют Мелкие угловато округ-лыс, черные ортштейны, мелкие Мп вкрапления Благоприятные для сельскохозяйственных культур Образование плужной подошвы па 20-40 см, уплотнение нижних горизонтов Во влажные и средние годы 35-45 ц/га Во влажные годы снижение озимых па 20-30%, в сухие повышение на 30-40% Полевые севообороты с парами для накопления влаги 2,5-5,0

Полевые севообороты, занятой пар Любон исполь зова-ние 5,1-9,0

3.Чернозем овидпая оподзолеп-пая глссва-тая 2 м Застой влаги в средние и влажные годы до 1,5-2 месяцев Скелстапы на 30-70 см, на 70-130-спзовато-ссрые кутаны, пятна оглеепня с 80 см, со 110-мраморовид-пый горизонт Пропитка, натеки со 150 см, угловатые. сильно изрезанная, буровато-серые угловатые с острыми ребрами конкреции Округлые, черные и бурые ортштейны 1-3 мм, многочисленные Мп вкра-ПЛС11ИЯ Повышенная плотность и низкая пористость и воздухосм-кость всего профиля За исключением сухих лет ежегодные вымочки, в сухие выше в 2 раза Естественные сенокосы и пастбища Полевые севообороты 10- го

Продолжение таблицы 10.

1 2 3 4 5 6 1 8 9 10 11

Катспа II - чсрпозсмовидныс солонцеватые оглеснпыс почвы и солонец чсрпозсмовидцый глееватый

4. Чернозем овидная слабосолонцеватая слабооглс-енная 1,5-2,0 м Застой влаги 1-2 недели во влажный год 60-80 см -тсм-но-серые гумусовые кутаны, сизые пятна с 70см 10-20%,, со 105 см -мраморовид-пый горизонт Карбонатные мучнистые вкрапления, три горизонта карбонатных конкреций, вверху плотные серые, в ссрсдипс округлые белые, внизу - угловатые белые Округлые пестрые орт-штейпы 1-3 мм, редкие Мп вкрапления Повышенная плотность со 40 см, снижение пористости и воздухосм- Во влажные годы такая же, как и на типичном черноземе, в Возделывание всех культур, преимущественно Дренаж неце-лссо-обра-зен 1,5-

5. Чсрпозе-мовидпая сильпосо-лонцеватая 1,2-1,5 м Застой влаги во влажные и средние годы С 60-80 см -темно-ссрыс гумусовые кутаны, сизыс пятна с 50 см 10-20%, со 105 см - мраморо-видный горизонт Карбонатные мучнистые вкрапления, три типа карбонатных конкреций, вверху очень плотные буровато- Округло-угловатые, пестрые орт-штейны 0,25-2 кости, солонцеватый горизонт комковото-призмати-чсской средние повышение на 40-50%, в сухие - повышение в 3 раза зерновых, выдерживающих слабощелочную реакцию 2,5

срсдпсоглс-спная до 3-4 недель серые, в середине округлые белые, внизу - угловатые мм, редкие Мп вкрапления структуры 70-110 см

ребристые, белые

6. Солонец черноземо-видный глееватый 1,0-1,2 м Застой влаги на глубине 20-40 см в средние и влажные года до 1,5 месяца Осветленная слосватая корочка па поверхности, 60-80 сизовато-черпые гумусовые кутаны, сизыс пятна с 50 см 10-20%, со 105 см-мраморовид-пый горизонт Карбонатные мучнистые вкрапления, три горизонта карбонатных конкреций, вверху темно-ссрыс, в ссрсдипс округлые белые и ссрыс, внизу - угловатые белые Угловатые пятнистые ортштейпы 0,25-2 мм, обильные Мп вкрапления Повышенная плотность, снижение воз-духоемко-сти,слитой пахотный горизонт солонцовый горизонт на 20-40 см Ежегодные вымочки Освоение солонцов нецелесообразно, поскольку они рассеяны мелкими пятнами 0,2 га Дренаж неце-лесо-обра-зен Менее 1.0-1,5

Особенностью водного режима черноземовидных солонцеватых оглеенных почв, заболоченных гидрокарбопатпо-натриевыми водами, является то, что влажность в нижней части профиля постоянно находится в интервале ПВ-ППВ, в верхних горизонтах - в интервале ВРК-ППВ. До значений ВРК она опускается только при длительных засухах. Поэтому, несмотря на неблагоприятные физические и химические свойства, в сухие и средние годы урожайность зерновых, на черноземовидных солонцеватых почвах на 50% выше чем на черноземе типичном. Постоянные вымочки характерны только для солонца черноземо-видного глееватого. Щелочная реакция нижних горизонтов неблагоприятна для корневой системы многолетних трав, поэтому естественные травостои малопродуктивны.

Характерными диагностическими признаками черноземов типичных являются мощный гумусовый горизонт зернистой структуры и карбонатные новообразования, представленные карбонатным «мицелием» с 60 см и карбонатными конкрециями с глубины 2 м.

Дополнительное увлажнение черпоземовидной глубокооглеснной почвы ведет к формированию мелких черных ортштейнов в гумусовом горизонте, глинистых кутан и Мп вкраплений - в иллювиальном, сизых пятен - в нижней части профиля. Карбонаты представлены мучнистой пропиткой в зоне капиллярной каймы и плотными конкрециями - на верхней ее границе. Неблагоприятный водный режим черпоземовидной оподзолен-ной глееватой почвы способствует сокращению мощности гумусового горизонта, увеличению площади сизых пятен, Мп вкраплений, гумусовых кутан, появлению скслетан и бурых ортштейнов. Карбонаты вымыты на глубину 150 см и представлены угловатыми карбонатными конкрециями с остроребристой оболочкой и стекловидным ядром.

Черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы диагностируются по наличию в профиле - гумусового, солонцового или солонцеватого, карбонатного и мраморовидного обводненного горизонтов. Застойно-промывной водный режим верхней части профиля определяет появление ортштейнов, плотных черных гумусовых кутан и Мп вкраплений. Образуется несколько видов карбонатных конкреций. В солонцовом горизонте и непосредственно под ним формируются плотные и темные однородные стяжения, цвет которых изменяется от светло-серого в черпоземовидной слабосолонцеватой слабооглеепной почве до темно-серого - в солонце черноземовидном глееватом. В зоне капиллярной каймы образуются белые слабоуплотненные округлые конкреции, на верхней границе грунтовых вод - угловатые светло бурые.

Черноземовидные оглеенные почвы отличаются от чернозема типичного дифференциацией по валовому содержанию полуторных окислов, изменением соотношения аморфных и окристаллизованных соединений железа, качественным составом органического вещества. Выявленные закономерности позволили предложить шкалу значений критерия Швертманна для черноземовидных оглеенных почв и новый модифицированный коэффициент степени гидроморфизма черноземовидных почв по соотношению оптической плотности различных вытяжек из гумусового горизонта и содержания органического вещества в почве.

Таблица 11. Морфологические особенности черноземов типичных, черноземовидных оподзоленных оглеенных, черноземовидных оглеен-ных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонца черноземовидного глееватого Тамбовской равнины._

Почвы Гумусовый горизонт, цвет,структура, мощность Диагностические горизонты Новообразования

Оподзоленпые (осветленные) Оглссппые Солонцовые Карбонатные новообразования Мп-Ре конкреции Другие новообразования

1.Чернозем типичный Тсмно-ссрый, сред-нсзсрнистый 80-110 см Нет Нет Нет Карбонатный мицелий, однородные карбонатные конкреции с 200 см Нет Нет

Почвы катсны I - чернозем типичны!'] и черпоземовидпые оглсснный почвы

2. Черпоземовидпые глубокооглеенные Темно-серый, срсд-нсзсрнистый 90-110 см Нет Горизонт Cg со 180 см Нет Мучнистые вкрапления, угловатые конкреции на верхней границе капиллярной каймы Мелкие 0,5-1 мм черные угловато-округлые орт-штейны Редкие Мп вкрапления и светло-бурые глинистые кутаны по корневым ходам (не более 5% от поверхности педов)

3.Черпоземовидпые оподзоленпые глееватые Тсмио-ссрый, ком-ковато-зсрпистый, 60-70 см Горизонт А2В мощностью 10-15 см под гумусовым горизонтом Горизонт Вё'"и Сса^ Нет Угловатые конкреции с острыми ребрами и Мп вкраплениями на уровне ГВ Бурые и черные округлые ортштейны 1-3 мм Скелетаны, Мп вкрапления и сизовато-серые гумусовые кутаны на 70-100% поверхности педов

Почвы катепы И - черпоземовидпые солонцеватые оглесипис почвы и солонец черноземовидный глееватый

4.Черпоземовидпые солонцсвытые оглеенные почвы Тсмно-ссрый комковато-зернистый или порошистый, 50-60 см пет Горизонты г» Вса,§ и Сса/' На глубине 40-60 см, призматический В солонцеватом горизонте 3 вида: серовато бурые, плотные, угловато-округлые, в зоне капиллярной каймы - белые рыхлые округлые, па верхней границе ГВ угловатые с Мп вкраплениями Пестрые мелкие 0,5-1 мм угловатые ортштейны Многочисленные Мп вкрапления и темно-серые гумусовые кутаны 70-100% поверхности педов иллювиального горизонта, пятна оже-лезнсния

5.Солонцы черпоземовидпые глееватые Темно серый, призматический, 40-45 см Осветленная кремнистая слоистая корочка мощностью 5 см на поверхности Оглссн весь профиль, горизонты Вса.а" и Сса/' На глубине 40-60 см, призматический В солонцовом горизонте Звида: черные пористые, угловато-округлые, в зоне капилярной каймы - свст-ло-ссрые рыхлые округ-лыс, на верхней границе ГВ - угловатые с Мп вкраплениями Пестрые мелкие 0,5-1 мм угловатые ортштейны Многочисленные Мп вкрапления и темно-серые гумусовые кутаны 70-100% от поверхности педов иллювиального горизонта, пятна оже-лезпепия

выводы

1. В условиях юга Тамбовской равнины заболачивание кислыми атмосферными водами способствует снижению водопрочное™ структуры, образованию плужной подошвы, увеличению потенциальной кислотности и ухудшению других агрофизических свойств черноземовидных оглееиных почв. Заболачивание грунтовыми водами гидрокар-бонатно-натриевого состава ведет к элювиально-иллювиальной дифференциации по илу и сопровождается формированием в их профиле глыбистого или столбчато-призматического солонцового горизонта с щелочной реакцией, высокой плотностью и низким коэффициентом фильтрации.

2. Для чернозема типичного характерен резкий дефицит влаги в сухие и средние по обеспеченности осадков годы. В профиле черноземовидных глубокооглеенной и оподзо-ленной глееватой почвах п средние и влажные по зимним осадкам годы верховодка наблюдается до середина мая и середины июля соответственно. Водный режим черноземовидных солонцеватых оглееиных почв определяется высоким уровнем грунтовых вод (1,5-2 м). Для верхних 50 см характерна контрастная смена весеннего переувлажнения летним иссушением до значения ВЗ, влажность их нижних горизонтов находится в интервале ВРК-НВ.

3. Урожайность зерновых и многолетних трав на черноземе типичном лимитируется среднегодовым количеством осадков. По сравнению с черноземом типичным на черноземовидных глубокооглеенных почвах урожайность зерновых во влажные и средние годы уменьшается .га 20-30%, а в сухие увеличивается на 20-30%, па черноземовидных оподзоленных глееватых почвах длительный застой влаги ведет к постоянным вымочкам зерновых, урожайность многолетних трав на 50-100% выше. Лучшая обеспеченность влагой черноземовидных солонцеватых оглееиных почв определяет повышение урожайности зерновых в средние годы па 20-30%, в сухие в 2-3 раза, продуктивность естественного травостоя невысокая.

4. В черноземе типичном неконкреционные формы карбонатов представлены карбонатным мицелием, в черноземовидных оглееиных и солонцеватых почвах - натеками, прожилками, мучнистыми вкраплениями. Важное диагностическое значение имеют твердые конкреции. В черноземе типичном плотные однородные светло-бурые стяжения указывают на глубину сезонного промачивания, в черноземовидных глубокооглеенных почвах угловато-округлые слабодифференцированные - на верхнюю границу капиллярной каймы, в черноземовидных глееватых и черноземовидных солонцеватых почвах - угловатые с острыми ребрами и кавернами - на положение уровня грунтовых вод. В летний период черные угловатые конкреции образуются в солонцеватых горизонтах, светлые слабоуплотненные - в зоне капиллярной каймы. Цвет темных конреций обусловлен гумино-выми кислотами, светлых - преобладанием фульвокислот.

5. Оглеение в условиях застойно-промывного водного режима ведет к формированию в черноземовидных оглееиных и солонцеватых оглееиных почвах новообразований не характерных для типичных черноземов: Мп вкраплений, ортштейнов, гумусовых кутан, «скелетам». Светло-серый цвет кутан черноземовидных оглееиных почв обусловлен

фульвокислотами, черных в солонцеватых оглеенных почвах - гуминовых. Диагностическое значение имеет строение Мп-Ре ортштейнов при 40-50-ти кратном увеличении. Кратковременный 2-3 недели застой влаги ведет к формированию черных плотных конкреций, длительный до 1,5 месяцев - бурых пористых, осолонцевание под влиянием гид-рокарбонатно-натриевых вод - пятнистых.

6. Заболачивание поверхностными водами ведет к вымыванию из ППК кальция, а при длительном застое влаги - и магния. Черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы и солонцы черноземовидные глееватые являются малонатриевыми, но с высокой долей магния (Иа - 15-20%, Мс - 20-40%).

7. Чернозем типичный и черноземовидная глубокооглеенная почва отличаются равномерным распределением 8102 и полуторных окислов по профилю. В черноземовид-ной оподзоленной глееватой почве наблюдается обеднение верхних горизонтов Ре и А1. Солонцы черноземовидные глееватые и черноземовидные солонцеватые оглеенные почвы резко дифференцированы по элювиально-иллювиальному типу.

8. Черноземовидные оглеенные почвы отличаются от чернозема типичного увеличением в составе органического вещества доли гуминовых и фульвокислот I фракции. При заболачивании грунтовыми водами увеличивается содержание II и уменьшается доля III фракции и негидролизуемого остатка. С ростом степени гидроморфизма снижается общее содержание и гуматность органического вещества.

9. Все исследуемые почвы имеют высокую обеспеченность по легкогидролизуемо-му азоту и обменному калию для зерновых культур. Содержание подвижного фосфора в черноземовидных оглеенных и черноземовидных солонцеватых оглеенных почвах уменьшается за счет сорбции минеральных фосфатов органическим веществом и накопления фосфатов железа в ортштейнах - при поверхностном заболачивании и переходом активных минеральных форм фосфора в апатитовую фракцию — при фунтовом.

10. Значения критерия Швертманна для чернозема типичного составляют 0,1-0,15, в черноземовидных оглеенных и черноземовидных солонцеватых возрастают до 0,300,50. Состав органического вещества резко изменяется при наличии дополнительного поверхностного и грунтового увлажнения. Это позволило предложить новый количественный показатель - модифицированный коэффициент степени гидроморфизма черноземовидных почв по оптической плотности щелочной, щелочной пирофосфатной вытяжках и общему содержанию органического вещества в почве.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Рекомендации по рациональному использованию черноземных почв юга Тамбовской равнины с учетом степени их гидроморфизма и агрофизических особенностей (табл. 12):

1.1. Черноземы типичные пригодны для возделывания всех районированных культур без дренажа. Для получения стабильных урожаев овощных и полевых культур целесообразно орошение в средние и сухие годы.

Таблица 12. Рекомендации по использованию в естественном состоянии черноземов типичных, черноземовидных оглсенных черноземовидных солонцева-тых оглеенных почв и солонца чериоземовидного глсеватого юга Тамбовской равнины и целесообразность мелиорации. __

Почва Лимитирующий фактор Рекомендации по использованию в естественном состоянии Целесообразность применения орошения и дренажа Использование после мелиорации

Полевые культуры Овощные Плодовые и ягодные культуры Травы

1.Чернозем типичный В сухие и средние годы резкий дефицит влаги Севообороты с чистыми парами, оз. пшеница, яр. ячмень, сахарная свекла, подсол-печник С орошением столовая свекла, капуста, лук, томаты, огурцы, картофель и др. Яблоня, груша, вишня, смородин и Др. Люцерна желтая, эспарцет Орошение зерновых и овощных культур Все районированные культуры

Почвы катены I - чернозем типичный и черпоземовидные оглеенный почвы

2.Черноземовид ные глубокоог-леенные Во влажные годы застой влаги в верхнем метре профиля 1-2 недели па плужной подошве Севообороты с занятыми парами, оз.пшеница, яр. ячмень, сахарная свекла, подсолнечник Столовая свекла, капуста, лук, томаты, огурцы, картофель и ДР- Смородина и др. ягодники Клевер луговой, люцерна посевная, ежа сборная, овсяница луговая Чизелевание для разрушения плужной подошвы, для овощных - орошение Все районированные культуры

З.Черноземовид иые оподзолен-ные глееватые Ежегодный за исключением сухих лет 1,5-2 месяца застой влаги на плотных нижних горизонтах, повышенная потенциальная кислотность Посев многолетних трав, сенокосы, пастбища Не пригодны, вымочки Не пригодны, гибель деревьев и кустарников Клевер розовый, бек-мания, канареечник Для полевых культур дренаж, под сахарную свеклу + известкование Районированные полевые и овощные культуры

Почвы катсны II - черпоземовидные солонцеватые оглеенные почвы и солонец черноземовидный глееватый

4.Чсрпоземовид иые солонцеватые оглеенные почвы Грунтовые воды на глубине 1,5-2,0 м, во влажные годы застой влаги па солонцеватом горизонте 2-3 недели, солонцеватый горизонт на 60-80 см, слабощелочная реакция с 60 см, плотность более 1,4 г/см3 с 60 см Севообороты с занятыми парами, озимая пшеиица, яровой ячмень, сахарная свекла Малопригодны, возможно - кукуруза, огурцы, капуста Не пригодны, гибель деревьев и кустарников Кострец безостый, люцерна желтая, донник, житняк, овсяница Под полевые культуры не требуется, под сады - систематический дренаж Районированные полевые и овощные культуры устойчивые к слабощелочной реакции

5.Солонцы черпоземовидные глееватые ГВ па глубине 1-1,5 м, во влажные и средние годы застой влаги па солонцовом горизонте 3-4 недели, кислая реакция в верхних 20 см, слабощелочная реакция с 20 см. высокая плотность - 1,4 г/см3 Не пригодны Не пригодны, Не пригодны Донник, овес па сено Дренаж, гипсование, внесение органики Районированные полевые и овощные культуры

1.2 Черноземовидные глубокооглеенные почвы пригодны для возделывания полевых культур и многолетних трав. Дренаж необходим только для плодовых культур. Под овощные целесообразно проводить орошение в сухие годы.

1.3. Черноземовидные оподзоленные глееватые почвы без дренажа можно использовать только как сенокосы и пастбища. Из однолетних трав возможен только посев клевера розового или канареечника. После проведения дренажа можно возделывать овощные и полевые культуры. Известкование необходимо только под чувствительные к повышенной кислотности культуры - яровой ячмень, сахарную свеклу.

1.4. На черноземовидных слабо- и сильносолонцеватых оглеенных почвах без проведения мелиоративных мероприятий можно получать высокие урожаи ярового ячменя, озимой пшеницы, сахарной свеклы, т.е. культур выдерживающих слабощелочную реакцию. Под плодовые культуры эти почвы не пригодны. Из многолетних трав можно возделывать люцерну желтую, костер безостый, донник, житняк, овсяницу. Естественные травостои малопродуктивны.

1.5. Солонцы черноземовидные глееватые характеризуются низким плодородием. Так как они занимают незначительные площади (0,5% от сельскохозяйственных угодий) в настоящее время проведение коренных мелиоративных мероприятий нецелесообразно. В естественном состоянии их можно использовать под посевы донника и овса на сено.

2. Разработаны критерии полевой диагностики чернозема типичного и черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонцов черноземовидных глееватых юга Тамбовской равнины (табл. 9).

3. При крупномасштабном картировании, рекогносцировочных исследованиях и для уточнения границ почвенных разновидностей можно использовать новый модифицированный коэффициент степени гидроморфизма черноземовидных почв юга Тамбовской равнины (К1-П*Сорг).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

а) в журналах рекомендованных ВАК

1. Красина Т.В., Степанцова Л.В., Красин В.Н. Агрофизические свойства типичного чернозема, черноземовидных почв и солонцов черноземовидных юга Тамбовской равнины // Вестник МичГАУ, 2012, №4, С.42-48.

2. Степанцова Л.В., Красина Т.В., Красин В.Н. Характерные новообразования чернозема типичного, черноземовидных почв и солонцов черноземовидных юга Тамбовской равнины// Вестник ОГУ, 2013, №6. С.85-91

3. Ф.Р. Зайдельман, A.C. Никифорова, Л.В. Cmenamfoea, T.B. Красина, В.Н. Красин Эколого-гидрологические особенности чернозема типичного, черноземовидных почв и черноземовидных солонцов юга Тамбовской равнины // Почвоведение. № 4. 2014 (в печати).

б)монографии

1. Зайдельман Ф.Р., Степанцова Л.В., Никифорова A.C., Красин В.Н., Сафронов С.Б., Красина Т.В. Генезис и деградация черноземов Европейской России под влиянием переувлажнения. Способы защиты и мелиорации // Воронеж: Кварта, 2013. — 352 е.; ил

в) основные публикации в региональных изданиях и межвузовских сборниках

1. Красина Т.В. Карбонатные и Ие-Мп конкреции черноземовидных почв юга Тамбовской равнины. // Материалы Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» 1-4 марта 2011 г: Изд. дом С.-Пб ГУ. С-Пб., 2011. С.43-44

2. Степанцова Л.В., Красин ВН., Красина Т.В. Особенности гидрологического режима черноземовидных почв Тамбовской равнины// Материалы Международной научной конференции «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России» 1-4 марта 201 1г. Издательский дом С.-Пб ГУ. С-Пб. С. 108-111

3. Красина Т.В., Степанкова Л.В. Физические свойства и водный режим чернозема типичного и черноземовидных почв поверхностного и фунтового увлажнения и заболачивания юга Тамбовской области // Мат. Докл. VI Съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования». Петрозаводск-Москва, 2012, с.475-476.

4. Красина Т.В. Водный режим и морфологические особенности типичного чернозема и черноземовидных почв поверхностного и грунтового заболачивания юга Тамбовской равнины // Материалы международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения «Почва как природная биогеомембрана». СПб.: Издательский дом СПбГУ, 2012, с. 218-219.

5. Красина Т.В. Особенности гидрологического режима и диагностика черноземовидных почв юга Тамбовской равнины // Материалы по изучению русских почв, Сб. науч. докл. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. Вып. 7. 2012. С.90-95.

6. Степанцова Л.В., Красин В.Н., Сафронов С Б., Красина Т.В. Проблема деградации черноземных почв Тамбовской области в связи с их переувлажнением // Вестник Мордовского унта, Саранск. 2008. № 2. С. 105 - 109.

7. Степанцова Л.В., Красин В.Н., Красина Т.В. Состав органического вещества черноземовидных почв Тамбовской равнины и диагностика степени заболоченности по оптической плотности различных вытяжек // Биосферные функции почвенного покрова: Мат. Всеросс научн. конф. Пущино, 2010. С. 289-291.

8. Зайдельман Ф.Р., Никифорова Л.В., Степанцова Л. В., Красин В Н., Красина Т.В. Водный режим и продуктивность переувлажненных черноземовидных почв севера Тамбовской низменности // Дефадация богарных и орошаемых черноземов под влиянием переувлажнения и их мелиорация / Науч. тр. — М.: АПР, 2012. - 212 с.

Отпечатано в издательско-полиграфическом центре

ФГБОУ ВПО МичГАУ Подписано в печать 17.03 .14 г. Формат 60x84 Vi6; Бумага офсетная № 1. Усл.печ.л. 1,8 Тираж 150 экз. Ризограф Заказ №17708

Издательско-полиграфический центр 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, Красина, Татьяна Владимировна, Москва

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Мичуринский государственный аграрный университет

На правах рукописи

04201460815

Красина Татьяна Владимировна

Специальность - 06.01.03 — «Агрофизика»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Степанцова Людмила Валентиновна

Москва 2014

СОДЕРЖАНИЕ

стр

Введение 4

1 .Состояние проблемы 6

1.1. История изучения переувлажненных почв юга Тамбовской

низменности

1.2. Естественные и антропогенные причины роста площадей переувлажненных почв на территории юга Тамбовской равнины

1.3. Изменение свойств черноземов под влиянием переувлажнения 10

1.4. Причины солонцеватости черноземовидных почв юга Тамбовской низменности

1.5. Место черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых оглеенных почв и солонцов черноземовидных глееватых в различных классификациях

1.6. Полевые (морфологические) и аналитические (лабораторные) ] ^ методы диагностики

1.7. Цели и задачи ^ ^

2. Объекты исследований

3. Методы исследований 47

4. Гранулометрический состав ^

5. Агрофизические свойства

5.1. Плотность, плотность твердой фазы, порозность, 55 гидрологические константы

5.2. Структурное состояние ^

го

6. Водный режим и продуктивность сельскохозяйственных культур

7. Диагностика степени гидроморфизма почв по морфологическим 73 признакам, новообразованиям и химическим особенностям

7.1. Макроморфологические особенности

7.2. Новообразования

7.2.1. Неконкреционные формы карбонатных новообразований

104

7.2.2. Карбонатные конкреции ^

7.2.3. Химический состав карбонатных конкреций чернозема типич- ^ ного и черноземовидных оглеенных почв юга Тамбовской равнины

7.2.4. Ортштейны 00

7.2.5. Химический состав ортштейнов черноземовидных оглеенных 93 почв юга Тамбовской равнины

7.2.6. Диагностическое значение твердых конкреционных новообразований чернозема типичного и черноземовидных оглеенных почв юга Тамбовской равнины

7.2.7. Марганцевые и железистые вкрапления

7.2.8. Скелетаны, глинистые и гумусово-глинистые кутаны ^ ^

7.3. Химические свойства почв ^9

7.3.1. Валовой состав почвы ^ ^9

7.3.2. Кислотность, обменные основания, емкость катионного обме- } 13 на, содержание солей

1 1 7

7.3.3. Фракционный состав органического вещества 1'

7.3.4. Содержание различных соединений «несиликатного» железа

7.3.5. Содержание элементов питания ^

1 оо

7.3.6. Фракционный состав фосфора °

7.4. Количественные критерии диагностики ^ 32

7.4.1. Критерий Швертманна. ^^

7.4.2. Коэффициент степени гидроморфизма черноземовидных почв 133 по соотношению оптической плотности различных вытяжек

Заключение 137

Выводы 144

Литература 147

Приложения 162

ВВЕДЕНИЕ

Составляя более половины пашни страны и давая свыше 80% ее растениеводческой продукции, чернозем всегда будет первоочередным объектом фундаментальных и прикладных почвенных исследований (Щербакова, Васенев, 1999). Уже в работах В.В. Докучаева, A.A. Измаильского затронуты вопросы снижения плодородия этих почв. В последние десятилетия по всей черноземной зоне России и ряда сопредельных стран кроме традиционных проблем дегумификации, эрозии и уплотнения (Бондарев и др., 2006; Кузнецова, 1990, 2004; Поздняк, 2004), активно обсуждается вопрос деградации черноземов под влиянием переувлажнения (Калиниченко и др., 1997; Хитров, Назаренко, 2000; Воробьева и др., 2002).

Вторично гидроморфные почвы, получившие ландшафтное название «моча-ры», появляются пятнами среди массивов автоморфных почв по замкнутым понижениям. Отмечается устойчивая тенденция к увеличению числа и размеров таких контуров. Черноземы в течение короткого времени (1-3 года) трансформируются в лугово-черноземные или черноземно-луговые почвы с признаками слито-сти, засоления и осолонцевания. Появление переувлажненных земель в агроланд-шафтах на водораздельных пространствах, где распаханные земли составляют почти 90% площади, усложняет структуру почвенного покрова, снижает агрономическую ценность пахотных земель и ведет к потере черноземов как уникальных, наиболее плодородных почв планеты (Зайдельман и др., 1998; Ачканов, Николаева, 1999).

На юге Тамбовской области широко распространены гидроморфные и по-лугидроморфные почвы черноземного ряда (Ахтырцев и др., 1981; Самойлова, 1981). Почвенное обследование ряда хозяйств области показало, что современные очаги переувлажненных почв значительно превышают площади, которые показаны на картах, составленных в 70-е, 80-е гг. XX в (Степанцова, Красин, 2011).

В настоящее время наблюдается интенсификация сельскохозяйственного производства, массовая распашка залежей, в том числе и заболоченных, замена старой техники, орошение. Использование полугидроморфных почв требует существенной корректировки по сравнению с традиционными рекомендациями,

ориентированными на черноземы. Однако в последние годы работы по исследованию водного режима продуктивности гидроморфных почв и уточнению их площадей не ведутся. До настоящего времени отсутствует система диагностики переувлажненных черноземных почв юга Тамбовской равнины с учетом возможности получения стабильных урожаев при различном сельскохозяйственном использовании.

В настоящей работе представлены новые сведения о морфологии, генезисе и свойствах черноземовидных оглеенных, черноземовидных солонцеватых огле-енных и солонцов черноземовидных юга Тамбовской равнины, урожайности сельскохозяйственных культур в годы различной влажности, рассмотрены вопросы полевой диагностики, предложен новый аналитический количественный критерий оценки их агроэкологического состояния. Изучены макро- и мезоморфологиче-ские особенности и химический состав карбонатных и марганцево-железистых конкреций, выявлено их диагностическое значение. Предложена система мероприятий по рациональному сельскохозяйственному использованию этих почв в естественном состоянии.

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 д.б.н., профессору кафедры агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного университета Л.В. Сте-панцовой, а также сотруднику кафедры к.б.н. В.Н. Красину и аспирантам П.И. Рыжкову и В.А. Королеву за помощь в полевых исследованиях.

/. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. История изучения переувлажненных почв юга Тамбовской низменности

Подробно история изучения лугово-черноземных и черноземно-луговых почв Окско-Донской равнины представлена в монографии А.Б. Ахтырцева и др., (1981). Наличие в почвенном покрове Тамбовской равнины «небольших низинок среди сухих высоких степей» отмечали В.В. Докучаев в «Русском черноземе» (1883), A.A. Измаильский (1893) и В.Р. Вильяме (1939).

Однако длительное время о гидроморфных почвах черноземного ряда почти не упоминалось в литературе (Розов, 1939) и на почвенной карте Тамбовской области они выделены лишь на речных терассах и днищах увлажненных балок (Атлас почв Тамбовской области, 1981). Это связано с тем, что при мелкомасштабном картографировании закладываются неглубокие разрезы, а признаки ог-леения появляются на глубине 2 и более метров (Иванова, 1976).

Первые указания на значительное распространение лугово-черноземных почв на слабодренированных водоразделах Окско-Донской равнины появились в работах Н.И. Никаноровой (1953), Н.И. Розова и O.JI. Вадковской (1956), Б.П. Ахтырцева (1960, 1962). E.H. Иванова (1976) отмечает, что к югу от линии Липецк -Тамбов водораздельные пространства покрыты луговато- и лугово-черноземными почвами с пятнами черноземов, на наименее дренированных участках с многочисленными западинами господствуют луговые почвы, приречные и прибалочные полосы заняты черноземами выщелоченными, обыкновенными и типичными.

Детальное изучение почвенного покрова продолжили в 1970-1980 гг. XX века Б.П. Ахтырцев и Б.Т. Джегерис (1959), П.Г. Адерихин (1960), Б.П. Ахтырцев (1962, 1968, 1971, 1972), П.Г. Адерихин и Б.Т. Джегерис (1968), Е.М. Самойлова и Н.В. Якушевская (1969, 1970), В.К. Бугаевский (1972), А.Б. Ахтырцев (1974), А.Б. Ахтырцев, П.Г. Адерихин и Г.М. Кадер (1975). С этих времен лугово-черноземные и черноземно-луговые почвы стали выделятся при крупномасштабном картировании почв Тамбовской области. Было установлено, что в западинах и на прилегающей к ним пространствах южной части Окско-Донской равнины

под луговой растительностью в условиях постоянной связи с гидрокарбонатно-натрий-кальциевыми и гидрокарбонатно-магний-кальциевыми почвенно-грунтовыми водами (уровень их колеблется в среднем от 1,5 до 3 м) формируются черноземно-луговые карбонатные, солончаковые, солонцеватые почвы.

Значительный вклад в изучение луговых и лугово-черноземных почв Тамбовской равнины внесла Е.М. Самойлова (Самойлова, 1978, 1985; Самойлова, Якушевская, 1969, 1971; Самойлова, Дронова, 1979; Самойлова, Макеева, 1979.) Под ее руководством проводились многолетние наблюдения за водным режимом луговых содовых солонцов и луговой солоди под осиновыми кустами на стационаре в Токаревском районе Тамбовской области.

В 90-х гг. генетические и картографические исследования практически прекратились. Кроме работы A.B. Трубникова (2009) по почвам южной лесостепи Тамбовской равнины, других работ этого периода мы не обнаружили.

В последние десятилетия увеличилось количество экстремально сухих и влажных лет, наблюдается повсеместный рост площадей переувлажненных почв, происходит преобразование структуры АПК. На юге Тамбовской области основной причиной снижения урожайности зерновых культур является дефицит влаги. Черноземовидные оглеенные почвы лучше обеспечены влагой. На них можно получать дополнительную по сравнению с черноземами сельскохозяйственную продукцию. По данным П.Г. Адерихина и др. (1974) наивысшая урожайность зерновых культур отмечена в Токаревском, Ржакинском и Мордовском районах, что обусловлено преобладанием черноземно-луговых почв и высоким (выше 3 м) уровнем грунтовых вод на большей части территории (Трощий, 1970). При этом в период 1990-2010 гг. значительные площади переувлажненных черноземовидных почв не обрабатывались и заросли сорной растительностью.

В настоящей работе представлены данные о водном режиме черноземовидных оглеенных почв, урожайности зерновых и многолетних трав во влажный, средний и экстремально сухой по обеспеченности осадков годы и последующий период восстановления водного режима. Полученные данные позволили оценить

возможность рационального использования почв в естественном состоянии и целесообразность их мелиорации.

Проблема изучения переувлажненных почв после социально-политических преобразований начала 90-х годов приобрела новое звучание (Зайдельман, 2003). Рост их площадей в засушливых регионах на месте черноземов вызван строительством водохранилищ, бездренажным орошением, переуплотнением почв тяжелой техникой и другими причинами. Из-за вторичного заболачивания, засоления, сгорания, оподзоливания ежегодно из сельскохозяйственного оборота списываются миллионы гектаров лучших почв страны (Шоба, Зайдельман, Шеин, 2003). Наблюдается совпадение всех этих явлений с абсолютным увеличением среднегодовой нормы осадков в лесостепной и степной зонах (Кузнецов и др., 2004; Николаева и др., 2001). Так, Н.В. Гниненко и др. (1998) указывают, что в период за 1973-1993 гг. сумма атмосферных осадков в Харьковской области Украины увеличилась на 39,1 мм, по данным А.Я. Ачканова и С.А. Николаевой (1999) в Краснодарском крае эта цифра составила 100-120 мм. И.С. Орликова и С.А. Сычева (1996), отмечают, что на Среднерусской возвышенности, «за последние 39 лет средняя многолетняя годовая сумма осадков сохранилась в тех же размерах, что и в 1896-1955 гг., но изменилась повторяемость сухих, средних и влажных лет в сторону увеличения числа влажных». Г.С. Базыкина и О.С. Бойко (2008) указывают, что в период с 1973 по 2006 гг. имело место повышенное атмосферное увлажнение, при этом температурный режим, особенно в зимние месяцы, был теплее нормы. Следствием этого является усиление олуговения черноземов и увеличение случаев сквозного промачивания почв в осенне-зимне-весенний период.

В Тамбовской области проблема переувлажнения стоит достаточно остро. (Овечкин, Исаев 1989; Паракшин, Паракшина, Уваров 1997). В «Докладе о состоянии окружающей природной среды...» за 1996 г отмечено, что 132,3 тыс. га сельскохозяйственных угодий области находятся в условиях избыточного увлаж-

нения, 141,1 тыс. га - заболочены, 31,6 тыс. га сенокосов и пастбищ покрыты кочками. Это обусловлено целым рядом причин.

Тамбовская низменность занимает центральную часть Окско-Донской равнины и испытывает устойчивое опускание (Петропавловский, 1955), что всегда сопровождается усилением гидроморфизма территории и подъемом уровня грунтовых вод. По данным Т.А. Девятова и А.П. Щербакова (2005) в Каменной Степи подъем уровня грунтовых вод привел к трансформации черноземов в лугово-черноземные почвы не только в западинах, но и на плоских недренированных пространствах.

A.B. Трубников (2006) отмечает, что по данным Чакинской метеостанции со второй половины XX века годовая сумма осадков на юге Тамбовской области увеличилась на 85 мм по сравнению с первой его половиной и составила 503 мм за 1951-2000 гг. против 415 мм в период с 1914 по 1950 г. По данным Мичуринской метеостанции также наблюдается увеличение осадков на 80-90 мм. В период с 2000 по 2006 гг. в первой половине XX в. среднегодовое количество осадков составило 579 мм против 470 мм.

Не менее существенны и антропогенные факторы. Д.И. Щеглов (1999) как одну из причин гидроморфизма черноземов ЦЧЗ, указал переход почвы из целинного состояния в обрабатываемое. Сельскохозяйственное освоение ведет к гуми-дизации водного режима (Лебедева, 2004). Ежегодная положительная разница во влагообеспеченности освоенных и целинных черноземов составляет 13 мм, что в многолетнем цикле и приводит к «осырению» профиля. Резкое сокращение животноводства (численность голов КРС по сравнению с 70-80 гг. XX уменьшилась более чем в 10 раз) и площадей под многолетними травами, ведет к недорасходу почвенной влаги.

Переувлажненные почвы в большей степени, чем черноземы подвержены уплотнению сельскохозяйственной техникой. В результате весновспашки в понижения поступает дополнительное количество влаги. «Укатка» почв происходит равномерно по всей площади, поэтому отсутствует возможность сравнительной визуальной оценки ущерба, наносимого аграрному производству и экологическо-

му состоянию почв (Зайдельман, 2000). Негативное влияние могут оказывать и другие агротехнические приемы. Зяблевая вспашка под яровые в лесостепной зоне является основным приемом накопления дополнительного количества влаги в почве. Применение ее на полях с близкими грунтовыми водами ведет к тому, что пахотные горизонты освобождаются от гравитационной влаги только к середине июня (Зайдельман и др., 2008).

Мелиоративные мероприятия по борьбе с засухой проводившиеся в 50-60х гг. XX в. включали в себя создание прудов по балкам и оврагам. C.B. Зонн и Н.Б. Иванова (1997) считают, что подъем уровня грунтовых вод в Каменной Степи во второй половине XX в. связан с созданием прудов. На территории Тамбовской области почти все балки и лощины превращены в каскад водохранилищ.

Заболачивание ведет к изменению свойств черноземных почв, что проявляется по-разному в зависимости от климатических и гидрологических особенностей.

1.3. Изменение свойств черноземов под влиянием переувлажнения

Считается, что черноземы обладают высокой устойчивостью к внешним воздействиям. Однако многочисленные работы последних лет (Ачканов и др., 1997, 1999; Зайдельман, Давыдов, 1992; Луковская, 1979; Минкин и др., 1982; По-лупан и др., 1983; Сувак, 1986; Черниченко, 1996; Черниченко, Суетов, 1997) наглядно свидетельствуют, что они быстро деградируют под влиянием повышенного увлажнения. Наименее устойчивыми при этом оказались свойства, характеризующие их физическое состояние, изменение которого влечет за собой нарушение сбалансированности не только водного и воздушного режимов, но и окислительно-восстановительного состояния почв, карбонатно-кальциевого равновесия, гу-мусного состояния и т.д. (Зайдельман и др., 1993, 1998; Николаева, Еремина, 2005).

Глееобразование является ведущим процессом, который определяет глубокие, кардинальные изменения черноземных почв при их систематическом переувлажнении (Зайдельман и др., 1998). Возрастание количества подвижных соедине-

ний железа во вторично-гидро�

Информация о работе

Красина, Татьяна Владимировна
кандидата биологических наук
Москва, 2014
ВАК 06.01.03

Диссертация

Агрофизические свойства, гидрологический режим, продуктивность и диагностика черноземовидных оглеенных почв юга Тамбовской низменности - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы