Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
ЭКОЛОГО-ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВ НА ЛЕНТОЧНЫХ ГЛИНАХ В СВЯЗИ С ИХ МЕЛИОРАЦИЕЙ
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика
Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГО-ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВ НА ЛЕНТОЧНЫХ ГЛИНАХ В СВЯЗИ С ИХ МЕЛИОРАЦИЕЙ"
На лравах рукогиси
ЯКИМЕНКО ВИКТОР ИВАНОВИЧ
Эколого-гндрологическая оценка почв на ленточных глинах в связи с их мелиорацией
Специальность 06.01.03 — почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА • 1981
О/» -'^О -Сг^
Работа выполнена на кафедре физики к мелиорации почв факультета Почвоведения Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ф. Р. Зандельман.
Официальные оппопенты: доктор сельскохозяйственных наук,
Ведущее учреждение —
Почвенный институт им. В. В. Докучаева (г. Москва)
п «...» часов в аудитории М-2 факультета Почвоведения МГУ,
Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Ученого Совета. Отзывы направлять по адресу: Москва, 117234, Ленинские горы, МГУ, факультет Почвоведения, Ученый Совет.
профессор И, С. Кауричев, кандидат биологических наук Витязев В. Г,
Апторсферат разослан Защита состоится
Ученый секретарь Совета доцент
И. П. Бабьева.
Актуальность проблемы. Почвы на ленточных глинах широко распространены в затадных н северо-западных районах Нечерноземной зоны СССР в бассейнах великих озер {Онежского, Ладожско-го, Чудского, Ильменского и др.).
Анализ состояния проблемы .показывает, что основное внимание исследователей ранее было сосредоточено, главным образом, на изучении химических и агрономических свойств этих [почв. В литературе довольно полно освещены их макро- и микроморфологическое строение. Значительно менее .подробно известны сведения о физических, водно-физических свойствах этих почв, их водном и тепловом .режимах. Вместе с тем, данные об изменении водного режима почв под влиянием нарастающего в пространстве оглеения, трансформация его лод воздействием дренажа и глубокого мелиоративного рыхления, урожайности сельскохозяйственных культур неизвестны ПОЧТИ вообще. Тем 'Не менее именно эта информация имеет важное значение для оценки их генезиса, условий формирования, рационального использования и выбора ¡правильных способов их мелиорации.
Цель и задачи исследования. Устойчивое сельскохозяйственное использование дерново-подзолистых почв 'на ленточных глинах возможно лишь на фоне дренажа. Оценка' целесообразности его применения и расчет параметров предполагает изучение физических свойств этих почв, их изменения под влиянием оглеения и дренажа, исследования гидрологического и теплового режимов, урожайности сельскохозяйственных культур на дренированных и недренированных почвах. В этой связи нами была предпринята попытка на примере почв гидрологического ¡почвенно-мелиоративного стационара «Внтка» (Новгородский район Новгородской области) решить следующие задачи:
1. Изучить тидрологический режим автоморфных и гидроморфпых дер НОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ (ПОЧВ разной степени оглеения, формирующих наиболее типичные сочетания на озерно-ледниковых (ленточных) глинах в северо-зашадной части Нечерноземной зоны РСФСР.
2. Изучить изменение физических и водно-физических свойств почв под влиянием прогрессирующего заболачивания (в пространстве).
3. Оценить влияние степени заболоченности почв на урожайность сельскохозяйственных .культур и установить цел есообр аз ¡гость осушения при различном сельскохозяйственном использовании в годы разной влажности,
4. Исследовать влияние дренажа и глубокого мелиоративного рыхления на основные элементы гидрологического и .теплового режимов, на физические свойства этт ПП'Ш. ________ .--ТГча 1
а
6. Обосновать целесообразность глубокого мелиоративного рыхления почв разной степени заболоченности, приуроченных к ленточным глинам.
Научная новизна работы. На основе изучения ряда почв, образующих сопряженную в геохимическом отношении катену, показаны основные закономерности формирования основных элементов их .водного и теплового режимов, изменения физических и водно-физических свойств под влиянием прогрессирующего в пространстве оглеения, а также под влиянием дренажа и глубокого мелиоративного рыхления.
Практическая ценность работы. Произведена сравнительная оценка режима влажности и верховодки почв разной степени заболоченности. Изучена урожайность сельскохозяйственных культур в годы разной влажности н на этой основе дана оценка целесообразности использования почв разной степени заболоченности в естественном состоянии и необходимости их осушения. По эколого-гидрологическим характеристикам показана эффективность глубокого мелиоративного рыхления почв на ленточных глинах виброрыхлителями \WS-I и \VS-2 производства фирмы «Бреннг» на фоне дренажа с фильтрующей засыпкой траншей дрен.
Апробация. Результаты работы были доложены на заседании кафедры физики и мелиорации почв МГУ (1980); на семинаре отдела мелиоративного почвоведения ДальВИИГиМа (Владивосток, 1981); на Всесоюзной конференции по мелиорации и использованию почв Нечерноземной зоны РСФСР (Москва, 1980); на 6 съезде почвоведов в Тбилиси в 1981 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы 4-х статьях, 3 из которых написаны в соавторстве.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 23 рисунка, состоит из введения, 5 глав, выводов. Список литературы включает 121 наименование (15 на иностранных языках).
1. Объект исследования и организация наблюдений
Территория мелиоративного лочвенно-гидрологического стационара МГУ «Витка», где проводились наши исследования, расположена на северо-западе РСФСР, в пределах Приильменской низменности, в совхозе «Трубнчино» Новгородской области.
Почвообразующие породы — ленточные глины мощностью 2—4 м, подстилаемые су глинисто-.песчаной мореной. Последняя покоится на девонских известняках. На пашне, в рамках единой катены, были изу-
чены почвы на ленточных глинах. Исследования выполнялись па двух группах лочв — с естественным (не измененных дренажем режимом) и на дренированных, дренированных и рыхленных почвах.
Исследуемый ряд состоял из дер ново -подзол истой неоглеенной, слабо-оглеенной, глееватой и глеевой почв. Почвы увлажнены или заболочены поверхностными водами.
С нарастанием степени оглеения почв закономерно меняются их признаки гидроморфизма. В неоглеенной .почве они выражены весьма слабо. В сла-бооглеенной — значительно увеличивается мощность элювиальных горизонтов, больше ортштейнов, появляются пятна гидроокиси железа. Дерново-подзолистые неоглеенные и слабооглеенные почвы непосредственно приурочены к участкам с глубоко врезанной речной сетью.
В гор. An и А=В глееватой почвы — обилие мелких ортштейнов, много охристых пятен оглеения по вертикальным трещинам. Весь профиль глеевой почвы имеет характерную сизо-охристую окраску, ортштёйны почти отсутствуют. Глееватые и глеевые .почвы отличаются повышенной трещнноватсстью в сухой период.
Особенностью этих поч.в является наличие в их профиле, неглубоко от поверхности, плотного водоупорного горизонта, на котором застаиваются поверхностные воды. Нисходящая фильтрация влаги здесь подавлена и осуществляется лишь по редким трещинам. После дренажа таких почв водный режим принципиально не меняется, даже при наличии густой дренажной сети. Поэтому для эффективней мелиорации этих почв необходимо резко изменить неблагоприятные физические свойства подпахотных горизонтов во всей толще выше дрен. Наиболее эффективным приемом, резко меняющим отрицательные свойства тяжелых почв, является глубокое (до 0,8 м) безотвальное рыхление, В этой связи на стационаре «Витка» были проведены работы по оценке эффективности действия двух типов рыхлителей — с пассивным рабочим органом РК—1,2 и РУ. 0,65.2,5 и вибрационных рыхлителей с подвижным лемехом фирмы «Брепигй на глееватых и глеевых почвах, осушаемых закрытым дренажем с междренными расстояниями 10, 20 и 40 м; рыхлители пассивного действия обеспечили глубину рыхления до 60 см, а активные — 70—80 см. Кроме этого, на глеоватых и глеевых почвах рыхление вибрационными рыхлителями «Брениг» осуществлялось на вариантах, где траншеи дрен засыпались материалом повышенной водопроницаемости (песчаная засылка).
Подготовка почвы к глубокому рыхлению включала разработку дернимы, вспашку и разделку пласта, планировку, внесение крупных доз
минеральных и органических удобрений, извести, рассчитанной на нейтрализацию всей рыхленной толши. Контрольные полигоны, а также полигоны с разными видами рыхления имели 2-х—4-х кратную повтор-ность, Площадь каждого полигона — 0,8—2 га. Всего исследования велись на 36 полигонах,
2. Физические свойства почв
При рассмотрении гранулометрического состава обращает внимание преобладание двух фракций — ила и тонкой пыли во всех горизонтах рассматриваемых почв катены. Этим почвам свойственна элювиальная дифференциация профиля. Только неоглеенные почвы отл(гчаются четко выраженным иллювиальным горизонтом, содержание нла в котором значимо возрастает по сравнению с породой.
Нарастание степени гндроморфнзма (в .пространстве) сопровождается утяжелением механического состава горизонтов А[ и Ап, формированием максимальных по -мощности элювиальных горизонтов в сла-боогле-енпых и глееватых .почвах. С нарастанием оглеения увеличивается удельная поверхность {УП) пахотных горизонтов (52 м2/г в неоглеенной, 78 мг/г — в глеевои почвах). В иллювиальных горизонтах с нарастанием заболоченности отмечается уменьшение УП; в ряду исследуемых ,почв (неогглсенные, слабооглеенные, глееватые, глеевые) УП равна соответственно 89—82 — 80—69 м2/г. Содержание агрегатов >0,25 мм в горизонтах Ап с нарастанием оглеения уменьшается с 38 в неоглеенной до 22% в глеевой почвах. Таким образом, в результате усиливающегося оглеения в поверхностных горизонтах почв разной степени пироморфизма происходит увеличение содержания ила, связанное с ослаблением лес-сиважа и распадом мнкроагретатов.
С усилением заболоченности происходит увеличение общей пороз-иости (ОП) в ¡верхних и нижних горизонтах. Статистическая обработка данных позволяет признать, что под 'влиянием оглеения происходит значимое изменение объемной массы н общей порозности рассматриваемых почв (табл. I). Можно предполагать, что уменьшение ОМ и увеличение ОП в глееватых и глеевых почвах обусловлено ослаблением лессиважа и наличием крупных и мелких трещин.
Анализ изменения порового пространства был выполнен методом зондовых капиллярнметров на монолитных цилиндрических образцах почвы (У=650см'). Задавалось .последовательно 1пять уровней разряжения: 0,05; 0,1; 0,3; 0,6 и 0,95 атмосфер, что соответствовало полному дренированию пор с эффективным диаметром >70 мкм, 35, 10, 5 и <3 мкм.
Таблица І
Статистические показатели некоторых физических свойств дер но во-подзол исты* неоглеенных и оглеенных почв на ленточных глинах по слоям 0—20 и 40—90 см п=10
Слой (см) Свойство Почвы | М а 0 Ш Значимость при р=0,95
0-20 Объемная 1 и 2 1,35 0,032 0,010 1,35 ±0,02 Значимо различаются
масса 3 н 4 1,25 0,059 0,С19 1,25 ±0,44 [ =5,66
Общая 1 и 2 48,20 1,898 0,600 48,20+ 1,4С Значимо различаются
С—20 порозноеть 3 н 4 53,60 1,898 0,600 53,60 ±1,40 X =6,49
Объемная I и 2 1,60 0,021 0,006 1.60 ±0,16 Значимо различаются
40-90 масса 3 к 4 1,49 0,041 0,028 1,49 ±0,04 1 =7,33 -
Общая 1 и 2 42,00 0,89С С, 128 42,00 + 0,70 Значимо различаются
40-90 морозность 3 и 4 45,90 1,420 0,440 45,90+1,00 1 =7,50
Установлено, что в ряду исследуемых почв нарастающий гидроморфизм в горизонте До вызывает некоторое увеличение объема макропор с эффективным диаметром более ^70 мкм. Под влиянием заболачивания их объем увеличивается с 23% в неогленной до 29% в глеевой почве ,(табл. 2). В иллювиальных горизонтах с нарастанием оглеения содержание макропор остается практически неизменным (4—4,7%), Одно-орвменнко во всех исследуемых горизонтах почв с нарастанием степени гидроморфизма наблюдается некоторое увеличение ми к ротор. Так, в горизонте Ап содержание пор с эффективным диаметром <3 мкм возра-' стет с 53% в неоглеенной до 57—59% в заболоченных почвах; в иллювиальных горизонтах эти поры составляют в неоглеенной — 82, глеева-той — 84 и глеевой — 89%. Увеличение содержания макропор в поверхностном горизонте под влиянием заболоченности, вероятно, связано с возрастанием содержания органики в этих почвах. Возрастание объема микропор о гвдроморфных разновидностях исследуемых почв вызвано деструкцией почвенного материала ,под влиянием оглеения. Необходимо отметить, что содержание основных водопровода ш их .макропор в иллювиальных горизонтах всех исследуемых почв в сравнении с пахотными горизонтами снижается в 5—7 раз. Это обусловливает крайне медленное удаление избытка влаги из корнеобитаемой толщи.
В о до у дер ж и в а ю щ а я способность почв определена по заин ким-остн между потенциалом влаги и.влажностью (рис. 1). Эта зависимость близка к логарифмической. Некоторое ее отклонение для пахотных горизонтов связано с увеличением крупных некатшллярпых. пор в результате интенсивного развития здесь корневых систем растений и механической обработки ПОЧ'В. С увеличением степени оглеения почв в их пахотных горизонтах возрастает водоудерживающая способность, что, очевидно, связано с увеличением УП, содержания органического вещества в гле-еватых и глеевых почвах.
Тяжелый механический состав и низкая активная порозность являются причиной того, что ленточные глины вообще обладают, по-видимому, минимальной водопроницаемостью по сравнению с другими поч-вообразующимп породами нечерноземной зоны. Это усугубляется и тем, что систематические и частые чередования слоев относительно легкого и тяжелого состава обусловливают возникновение «ж а меновых» явлений, способствующих общему снижению водопроницаемости ленточных глин. Вертикальная фильтрация ленточных глин как породы, <по нашим данным, оказалась ничтожно малой и не превышала 0,001—0,0001 м/сут. {табл. 3). Почвообразование оказывает определенное влияние на фильтрационные особенности почв, приуроченных к ленточным глинам. Так, поверхностные горизонты неоглеенной почвы обладают, обычно, повы-
таблица 2
Дифференциальная пороз кость неоглсснных и о глее иных дерново-подзолистых почв
на ленточных глинах
Почва, разре) Горизонт, глубина, см от общей порозности, д из метр мкм
>70 70—35 3>—10 10-5 5-3 3-0
неоглееипдя, Лп (0-16) 22,7 4,1 9,1 7,9 2,7 53,4
I В (50-60) 4,0 3,4 3,4 2,6 3,3 82,1
С (150) 4,5 2,5 1,7 1,2 1,3 88,9
мое вата я, Лп (0—16) 27,7 2,8 3,9 3,7 3,1 58,0
3 В (45-01) 4,4 1,4 4,4 3,7 3,5 84,0
С (150) 3,5 2,4 2,1 1,0 1,3 89,7
глеевая, Лп (0-10) 28,8 1,6 5,1 3,9 3,4 57,4
4 В (50—66) 4,7 0,9 1,6 1,2 2,5 88,88
С (160) 4,0 1,9 1,8 1,4 1,6 89,2
шенной водопроницаемостью (инфильтрация на 7-ой час наблюдений)
— 0,02—0,03 м/сутки, Коэффициент фильтрации гор. Ал (с поверхности)! слабооглеенных почв оказался относительно большим (0,1—0,4 м/сутки). Вместе с тем фильтрация иллювиальных горизонтов неоглеенных почв не отличается от породы (0,001 м/сутки). В оглеенных почвах фильтрация гор. В в связи с их большей трещиноватостью колеблется в диапазоне 0.001—0,02 м/сутки. Коэффициент боковой фильтрации (слой 30—60 см) — 0,003 м/сутки. В целом, все рассматриваемые лочвы наследуют от породы ¡весьма низкую водопроницаемость.
- TaKip.ii образом, заболоченные дерново-подзолистые почвы характеризуются тяжелым механическим составом, низкой активной порозно-стью, высокой сорбцией и крайне слабой водопроницаемостью. Нарастающий гидроморфизм способствует общему ухудшению структурного состояния яоч(в. Все это определяет ряд важных особенностей гидрологического режима исследуемого ряда почв.
Таблица 3
Фильтрационные свойства дер но во-подзол истых неоглеенных и оглеенных почв на ленточных глинах
Почва, № разреза
Вертикальная водопроницаемость па 7 час., м|сутки
с поверхности
fi гор. В
ленточной глине
Коэффициент боковой фильтраций, MjcyT, в слое 3<>-60
неоглееиная, 1
слабооглеен-ная, 2 глееватая,
3
глеевая,
4
0,027 ±0,09 0,479 ±0,06 0,110±0,08 0,220 ±0,05
0,00\ 0,021 0,019 0,027
0,001 0,001 0,0001 0,001
0,0003 0,0005 0,001 0,003
Примечание: Водопроницаемость определяли методом заливных квадратов С,5X0,5 м "о Качинскому, боковую фильтрацию — методом восстановления уровня воды в скважине (расчет по формуле Эркина).
*о
■ ■ m.
Rw і
я*-.-- ■ ,
Ззшшдаерь sßia«m$- ЗШІУЙ
ctîf ■ . . f ' ■ - f
Усіовта« озйжзашйм asm;- ; : '
I—.—ЕЭ-з N S-5 Sk -E5EI
гяяжагаді.. 3.4.?>а««»ая - - : ,
Гй|жзо5їТ зк^шозпе Bi . .Ш8:ÍCflil
Рис. 2, Водный режим дерново-подзолнстых иеоглееииых и оглееняых почв на ленточных глинах стационара «Витка». (Влажность в объемных (фоцентах н категориях). Условные обозначения почв: I — неоглеенная; 2— слабооглеенная; 3 — глееватая; 4 — глеевая. Условные обозначения: I — влажность от ВЗ до ВРК (0.7ППВ); 2 —ВРК—ППВ; 3 — ППВ—ПВ;
12 4 — верховодка; 5 — 70—75% ПВ.
3. Элементы водного режима почв
Период исследований водного режима почв был приурочен к теплым периодам экстремального 1978 г., близкого к среднему 1979 н засушливому 1980 гг. (обеспеченность осадками за вегетационный лерпод составляет соответственно 10, 62, 80%). На рис. 2 представлен режим влажности почв, находящихся в естественном (неосушенном состоянии),
Близкое залегание водоупора иллювиальных слоев явилось причиной того, что в период длительных дождей и снеготаяния в поверхностных горизонтах всех рассматриваемых почв формируется верховодка. Продолжительность ее существования различна и определяется в значительной мере степенью заболоченности почв. В дерпово-подзолнстых неоглеенных почвах верховодка в .поверхностных горизонтах появляется сразу после снеготаяния, однако ее существование непродолжительно к к началу сева (середина мая) поверхностные слои почвы полностью освобождаются от гравитационно» влаги. Особенностью водного режима неоглеенных ,почв является я то, что при наличии в пахотных горизонтах верховодки в более глубоких иллювиальных горизонтах (50—100 см) влажность находится в пределах 0,7 ППВ—ППВ, т. е. фронтального промачивання почв не наблюдалось. Причиной этого является весьма ничтожная водопроницаемость иллювиальных горизонтов. В экстремально влажные годы (1978) в середине и конце вегетации {июль—август) в пахогпом горизонте этих лочв наблюдалось появление верховодки, что могло оказать угнетающее влияние на сельскохозяйственные растения.
Своеобразен режим влажности и верховодки в слабооглеенных, гле-еватых и глеевых почвах. Наблюдения с обсадными трубами позволили установить существование двух изолированных зон верховодки. Верхний ее ярус покоится па водоупоре иллювиальных слоев, инжшш — охватывает толщу горизонтов В—С, Таким образом, несмотря на высокую плотность и низкую водопроницаемость, в иллювиальных горизонтах оглееппых почв все-таки имеет место миграция влаги по трещинам. Двухъярусный характер верховодки наблюдается в том случае, когда скорость вертикального или бокового оттока влаги из нижнего яруса больше пли ра.вна скорости фильтрации из верхнего яруса (Зайдель-ман, 1975). Вместе с тем, в период интенсивных дождей, а также после снеготаяния в глесватых и глеевых почвах наблюдалось смыкание верхнего и нижнего ярусов верховодки.
ГлеС1!ЫС почвы отличаются тем, что после исчезновения верховодки влажность в слое 30—60 см обычно остается весьма высокой О ППВ). Поэтому, здесь складываются особенно неблагоприятные условия для всех яровых и озимых культур,
1S
Таким образом, особенностью водного режима неоглее иных и огле-енных дер но во-лодзол истых почв на ленточных глинах является формирование верховодки на водоулоре подпахатных горизонтов. Расчет показывает, .что для затояления поверхностных Горизонтов, имеющих исходную влажность равную ППВ, необходимо для неоглеенной — 14, слабооглеенной — 16, глеев а той — 19 и глеевой — 20 мм, т. е. если почвы имеют влажность, близкую к ППВ, то (Независимо от степени огле-ения в их профиле возможно внезапное и одновременное появление верховодки в поверхностном слое после выпадения ливневых дождей. Этот вывод подтверждают и прямые наблюдения за режимом влажности в экстремально влажные годы.
Поскольку с нарастанием степени гидроморфизма в результате накопления органического вещества происходит закономерное изменение цвета поверхности поча (от белесого до темно-серого) и продолжительности периодов полного обводнения, меняется в олределеиной мере н температура почв, оказывающая определенное влияние на их экологические особенности. Температура рассматриваемого ряда почв измерялась термометрами АМ-29М на глубинах от 5 до 130 см раз в декаду. По температурному режиму дер новонподзол истые почвы Прибалтийской провинции южнотаежной подзоны относятся к типу сезонно-тіромерзающих. Биологически активные температуры {>10°) наблюдаются в течение 3,5—4 месяцев. Период с температурой 5°С* по профилю неоглеенных почв на 15—20 дней длиннее, чем в глеевых. Наибольшая амплитуда колебания дневных и ночных температур в весенний, летний и осенний периоды наблюдалась в неоглеенных почвах в слое 0—5 см. Затухание амплитуды суточных колебании температуры происходит на глубине 40—50 см. Гле&ватым и глеевым почвам в связи с их большей теплоемкостью и пониженной теплопроводностью свойственно относительно равномерное распределение температур в течение суток. По характеру основных элементов температурного режима дерново-подзолистые неог-леенние, слабооглеенные, глееватые н глеевые почвы могут быть дифференцированы на две группы. Первую группу образуют неоглеенные и близкие к ним слабооглеенные; вторую — более темные и влажные гле-еватые и глеевые почвы. Температуры почв первой группы на 2—4° выше температур почв второй группы.
Для оценки свойств рассматриваемых почв как среды обитания растений нами на неоглеенной, слабооглеениой, глееватой и глеевой почвах был заложен полевой опыт с несколькими районированными культурами: ячмень, травосмесь (горох, вика, овес) и горох кормовой. Исследования этой группы культур предопределяло особый интерес, поскольку они отличаются относительной устойчивостью к избыточному увлажнению, Урожайность культур приведена в таблице 4. Из таблицы видно,
Таблица 4
Урожайность на оглеенкых и неоглее иных почвах, приуроченных к ленточным глинам
1978 г.
Почва разреза
п
Травосмесь
Ячмень
Горох
М
т
значимость
при м р=0,95 11 1
значимость ш "Ри
М
значимость
щ ПРИ
неоглееп- значимы значимы не зна-
ная, 4 154 3,60 1.8 между (4 1,92 1,10 между 151 0,51 0,29 чимы
1 1 и 2 1 и 2 между
1 и 2
слабоог- значимы
леенная, 4 94 1,54 0,77 между 9 1,04 .0,60 152 1,5 0,86 значимы
2 2 н 3 между
116 0,58 2 и 3
глееватая, 4 56 2,10 1,20 кет" 1,02
глеевая, 4 13,9 1,91 1,10 значимы нет _ 32,5 1,12 0,64 значимы
4 между между
3 н 4 3 и 4
1979 г.
неогле- 4 147 2,6 1,50 не значи- 16 0,91 0,53 значимы И6 9,8 5,6 значимы
енная, мы между между между
1 1 н 2 1 и 2 1 и -1
слабоог- 4 145 1,95 1,13 значикы 13,9 0,58 0,33 не значи- 143 1.91 1,1 значимы
леенная, между мы между между
2 2 н 3 2 и 3 2 н 3
глеевата*, 3 4 108 3,16 1.82 12.3 1.3 •0,75 132 1,73 1,0
глеевая, 4 85 0,93 0,53 значимы 4,9 0,24 0,42 значимы 24 1,72 1,08 значимы
4 между между между
9 к 4 3 и 4 3 и 4
15
•нет — вымочка
что урожайность всех культур уменьшается адекватно степени заболоченности. Наличие устойчивой верховодки в поверхностных слоях во влажном 1978 г. обусловило нестабильный характер урожая на неог-леенной и слабооглеенной почвах, а также интенсивное угнетение или его гибель на глееватых и глеевых почвах.
Полученные нами данные о физических свойствах и гидрологическом режиме заболоченных дер нов о-под зол истых почв на ленточных глинах позволяют уточнить условия работы сельскохозяйственных машин на исследуемых почвах. А. Ф. Вадюниной и Н. А. Качинскнм, а также П. У. Бахтиным установлено, что на тяжелых почвах нормальная работа сельскохозяйственных машин возможна при влажности ниже 70—75% ОП. Однако, ППВ на ленточных глинах, как правило, выше этих критических значений. Поэтому в дерново-подзолистых неоглеенных и слабо-оглеенных почвах, сельскохозяйственное использование которых в определенных условиях возможно и без осушения при влажности ниже или равной ППВ, возможно существенное нарушение нормальных условий для работы сельскохозяйственных машин. Очевидно, такие неблагоприятные условия для работы машин не могут быть устранены только дренажем, поскольку дренаж в этих условиях не способствует снижению влажности почв. Выход из этой неблагоприятной гидрологической ситуации возможен только в случае применения необходимого комплекса мероприятий, направленных на создание мощного структурного пахотного слоя (например, глубокое рыхление н оструктури,ванне почв) и использования машин с уменьшенным давлением на почву.
На основе обобщения морфологических, гидрологических и агрономических исследований почв на ленточных глинах могут быть предложены следующие рекомендации по оценке целесообразности их осушения при различном сельскохозяйственном использовании (табл. 5).
Близкое залегание водоупора, слабая агрегиршанность оглеенных почв, их низкая фильтрация отрицательно влияет на развитие культур, проходимость сельскохозяйственной техники. Эти причины будут оказывать отрицательное влияние па работу дренажа. В этой связи существенное научное и прикладное значение имеет оценка эффективности глубокого мелиоративного рыхления рассматриваемых лоч'В на фоне их интенсивного известкования. Установлено, что в почвах на ленточных глинах наиболее существенные изменения физических свойств почвы после глубокого рыхления происходят в слое 0—60 см.
После рыхления глееватых почв активными рыхлителями в год рыхления, их объемная масса понизилась с 1,08—1,57 до 0,81 —1,16 г/см1, или на 23—32%; твердость — на 16—30%; общая лорозность (ОП) повысилась с 43—58% до 45—76%, или ш 22—27%. В глеевых почвах
Оценка целесообразности осушения заболоченных дерново-подэолнстых почв на ленточных глинах при различном сельскохозяйственном использовании
Таблица 5
Почвы
Признаки заболоченности почв
Особенности режима ьерховодкн а вегетационный период (мин— а вгуст)
Использование почв в естественном состоянии
Целесообразность осушения в годы 10 % обеспеченности осадками
во влажные и сухие и гредние со влажные годи по'осадкам годы годы
1 2 3 4 5 С 7
пеоглееннгя,* Оглсение отсутствует по
1
всему профилю, в Ап редкие иртштеппы, в иллювиальных горизонтах редкие примазки
ПиЗЧОА'НО
веппккнове-11114 вер\0-
водкн в А1 -А1 В 15-25 дней
слабооглееи-ная, 2
Оглееине в виде пятен в Верховодка
А38; по ходам корней и на глубинах
трещинам — мелкие лпт- до о-30 см
на оглеення. Обилие мир- и ниже £0 см
ганцовкстих пятен с глу- и течение
б;шы 50—СО см 25-20 дней
Возможно нолннкпове-ние верхо-довкн н А1 -Аз до 1и-15 дней
Возможно в,)3никшже-н::е п;рхо-Е0ДЫ1 до
20 дней
возможно н:1зделыва-нзиие всех культур
Возможно возделывание всех культ у р
Возможно Осушение
воздел 1>1 на- ДЛЯ ОЗИМЫХ
йме всех зерновых
культур, культур
кроме ози-
мых зерно-
вых
Возможно Осушение
возделыва- ДЛЯ ОЗИМЫХ
ние ОВОЩ- и яровых
НЫХ зерно- лер.чивых
ОоОоних и нулыур и
многолетних пастбищ
злаковых
трав
Продолжение табл. 5
1 2 3 4-5 6 7
глееватая, 3
С изо ваты а оттенок Ап; обилие мелких ортштеи-нов а гор. Ап, Аг, А2В; крупные пятна оглеения по вертикальным трещинам по профилю. Много чеоных марганцовистых пятен. Мраморов иди а я и охристая окраска гор, Вг.
Интенсивное оглеение всего профиля. Крупные и мелкие трещины выстланы сизовато-серо и натечной глиной. Ортштейпы почти отсутствуют.
Без осушения возделывание всех культур невозможно.
Верховодка Иа глубине на глубинах до 30 см и до 40 см и ниже ЬО см виже 70 см, в течение в отдельные 70 дней периоды смыкание двух ярусов верховодки. Продолжительность до 70-80 дней
глеевая, 4 Интенсивное оглеение Верховодка На глубинах То же
на глубинах до 50 си и ниже 60 см, в отдельные
периоды —
смыкание двух ярусов верховодки. Продолжительность до 100 дней
* Рекомендации дли неоглеенных почв с поверхностью уклопов менее 0,01. При больших уклонах осушение пеоглсенных почв нецелесообразно при любом использовании.
На глубинах до 40 см и ниже 70 см до 2 месяце«
Осушение целесообразно при любом использовании, кроме естественных летних выгонов (невысокой производительности)
Осушение при любом использовании
ОМ понизилась на 20—29%, твердость ~ на 44—54%; ОП увеличилась на 22—27%.
В 1980 году (первый год последействия) отмечалось некоторое, повышение ОМ и снижение ОП. В глееватой почве ОМ находилась в пределах 0,95—1,46 г/см1 ОП — 45—64%, в глеевой почве соответственно ОМ — Í>03—1,42 г/caí1 И ОП — 48—60%.
Несколько меньший эффект получен в результате применения пас-' С1РВНЫХ рыхлителей-кротователей РК—РУ, что объясняется в первую-очередь ограниченными возможностями рыхлителя РУ, т. к. глубина рыхления в этом случае не превышала 50—55 см. После проведения рыхления агрегатами РК—РУ, ОМ в год рыхления .понизилась на 5—22%,-твердость — tía 4—20% и ОП увеличилась на 2—15%. Через 1 год последействия эффект глубокого рыхления агрегатами РК.—РУ значительно снизился, величины ОМ—ОП были близки к исходным. Вертикальная фил.ьира>ция после рыхления активными рыхлителями в лодпахатных горизонтах увеличилась на глееватой и глеевой почвах с 0,02 до 1,64 и 1,34 м.'сутки соответственно.
Анализ водного режима осушенных глееватых и глеевых почв показывает, что их поверхностные горизонты, несмотря на частый дренаж, продолжительное время находятся в состоянии полного обводнения, что приводит к необратимому вымоканию сельскохозяйственных растений и на длительное время затрудняет работу сельскохозяйственных машин. Поэтому, кроме дренажа, необходим комплекс мероприятий, обеспечивающих быстрое перераспределение влаги в более глубокие горизонты в периоды работы сельскохозяйственной техники и вегетации растений.
Установлено, что в глееватых и глеевых почвах, осушенных закрытым дренажем, с* междренными расстояниями 10, 20 и 40 м продолжительность существования верховодки составляла, соответственно, в глееватых почвах (1979) 15, 20, 30, в глеевых — 20, 60 и 65 дней. Влажность, при которой нарушалась нормальная работа техники, наблюдалась в глееватых почвах (Е = 10, 20 и 40 м), соответственно, 40, 46 и 60 и на глеевых — 55, 107 и 145 дней. Таким образом, дренаж даже в средние по влажности годы принципиально не меняет гидрологический режим почв. Гравитационная влага в этом случае аккумулируется главным образом в верхних горизонтах.
Существенную трансформацию претерпевает водный режим дерново-подзолистых глееватых и глеевых почв после глубокого мелиоративного рыхления, В этом случае ¡верховодка в поверхностных горизонтах наблюдалась лишь непосредственно после снеготаяния, однако ее сущес'г-
1Ü
вование было весьма непродолжительным {10—15 дней) н к началу сева, а также к началу ©ететации озимых культур поверхностные елок почвы полностью освободились от гравитационной влаги. Формирование верховодки на глубине 50—60 см и аккумуляция ее в зоне, подошвы рыхления обусловлено просачиванием влаги из верхних горизонтов по трещинам, которые образовались в большом количестве в результате рыхления. Таким образом, в результате рыхления дренированных почв происходит быстрое перераспределение влаги в .более глубокие горизонты, и их водно-воздушный режим становится более благоприятным для сельскохозяйственных культур.
Однако необходимо подчеркнуть, что водный режим на вариантах с глубоким рыхлением исследовался нами в условиях близкого к среднему 1979 г. и в засушливый 1980 год. В такие сухие годы аккумулирующей емкости было достаточно для благоприятного перераспределения -гравитационной 'вла^ги из верхних горизонтов в нижние. В/месте с тем* расчет показывает, что в более влажные годы гравитационная влага, опустившаяся на подошву рыхления, в конечном итоге при интенсивных осадках может достигнуть поверхностных горизонтов, создавая при этом, крайне отрицательные условия для работы сельскохозяйственных машин и развития культур. В результате длительного стояния влаги в поверхностных слоях профиля будет происходить резкое ухудшение структурного состояния поверхностных горизонтов почв. Почти водонепроницаемая прослойка между подошвой рыхления и дреной будет препятствовать сбросу с дренажным стоком гравитационной влаги. В этом случае глубокое рыхление -на определенных этапах может оказать негативное влияние на физические свойства рассматриваемых почв. Для обеспечения высокого гидрологического эффекта необходимо обеспечить беспрепятственный отток гравитационной влаги через дренаж. Этот вопрос был изучен нами на системах, где в качестве дренажной засыпки был использован гравклистый песок (КФ-4-6 м'сутки). Таким образом, был обеспечен свободный отток воды из всех слоев рыхленной толщи в дрены. Наблюдения за режимом верховодки в горизонтах АП показывают, что в этом случае продолжительность существования гра-витащионной влаги оказалась в 3 раза меньшей, чем на вариантах дре-наж+глубокое рыхление.
Наиболее существенное значение для оценки целесообразности применения глубокого рыхления на рассматриваемых почвах в сочетании с дренажем на фоне разных засыпок имеют данные об урожайности культур. Для учета урожая .все экспериментальные полигоны были засеяны озимой пшеницей. Уборку этой культуры проводили прямым ком-байннрованием в 4-кратной повторности с каждого полигона. Таким об-1
разом, объем выборки составляя-от 8 до 24. Площадь учетных делянок составляла 100—200 м2. Наибольшая прибавка урожая установлена для вариантов «дренаж с песчаной засы;пкой + глубокое рыхление» в глеевой почве (43%) по отношению к варианту с обычным дренажем и 26% по отношению к варианту «дренаж с песчаной засыпкой без рыхления» (табл. 6). По остальным вариантам прибавка составила от 15 до 35%. Это позволило высказать предположение о том, что в настоящее время наиболее перспективным приемом, существенно изменяющим неблагоприятные свойства дер ново-подзол истых почв на ленточных глинах, может оказаться глубокое мелиоративное рыхление почв рыхлителями с активным рабочим органом на фоне дренажа с засыпкой дренажных траншей материалом повышенной водопроницаемости.
ВЫВОДЫ
Полученные данные позволяют сделать следующие выводы в отношении неоглеенных и оглеенных ДерНОВО-!ПОДЗОЛистых почв на ленточных глинах.
1. Нарастание степени гидроморфизма почв (в пространстве) сопровождается утяжелением механического состава горизонтов А| и Ап, формированием максимальных по мощности элювиальных горизонтов в слабооглеенных и глееватых почвах. С нарастанием оглеения увеличивается удельная поверхность (УП) пахотных горизонтов (52 м2/г — в нс-оглеенной, 78 м3/г — в глеевой почвах). В иллювиальных горизонтах отмечено уменьшение УП. В иллювиальных горизонтах неоглеенных, слабооглеенных, глееватых и глеевых почв УП равна соответственно 89—82—80—69 м2'г. Аналогично меняется макроструктура почв. Содержание агрегатов >0,25 мм в горизонтах Ад уменьшается с 38 в неогле-енной до 22% в глеевой почвах.
2. Интенсивное оглееиие сопровождается достоверным увеличением общей порозностн (ОП) н уменьшением плотности глееватых и глеевых почв, что связано с ослаблением лессиважа, увеличением объема средних и мелких пар в иллювиальных горизонтах, а также объема «акро-пор (>70 мкм) в горизонте Ап. Под влиянием заболачивания объем крупных пор возрастает с 23% в неоглеенной до 29% в глеевой почвах. Одновременно во всех исследуемых горизонтах почв с нарастанием оглеения происходит увеличение объема микропор. В пахотном горизонте содержание пор с эффективным диаметром <3 'мкм увеличивается с 53% до 57 — 59%.
3. Низкая водопроницаемость почвообразующей 'породы (Кф — 0,001—0,0001 м/сут.) определяет и низкие значения фильтрации генети-
Таблица б
Влияние глубокого рыхления и дренажной засыпки из гравил истого песка на урожай озимой пшеницы на дерново-подзолистых глееватых н глеев ых почвах на ленточных глинах
Витка. 1880 г.
Тип почвы, и яде КС
| Прибавка урожая
контроль (дренаж)
П Е
дренаж с фильтрующей засыпкой без рыхления
дренаж с фильтрующей засыпкой +глубокое рыхление
по отно- по отношению к шенню к контролю дренажу песчан. засыпки
М б
значимость разлцчий при р=*0,У5
Ш М
значимость различий при р=0,95
Ш
М б ■ Ш
значимость различий при р=0£5
дерново-тіолзо-листая глеева-тая, 191
дерново-подзолистая глеевая, 181
25,1 0,67 0,38
значимо между 191 и 181
30,0 1,01 0,58 знач к- 38 мо между 1 и 2
0,(6 0,50
23,5 0,95 0,55
значимо между
23,4 0.8« 0,50 1 и 2 33 0/3 0,36
значимо между 2 и 3
значимо между 2 и 3
52
16
41
21
ческих горизонтов рассматриваемых почв. Оглеение вызывает относительное у,вел!гчение вертикальной фильтрации иллювиальных горизонтов (с 0,001 в неоглеенной до 0,27 м/сут. — в глеевой), что связано, главным образом, с трещиноватостью этих горизонтов. Боковая фильтрация в слое 30—60 см неоглеенных, слабооглеенных, глееватых и глеевых почвах не превышает 0,003 м/сут. В целом »се рассматриваемые почвы наследуют от породы весьма низкую водопроницаемость.
4. Близкое залегание водоупора, его низкая водопроницаемость независимо от степени оглеения обусловливает формирование верховодки на контакте подзолистого и иллювиального горизонтов во влажные периоды. Основные гидрологические различия рассматриваемых почв связаны с длительностью обводнения поверхностных горизонтов и с режимом нижнего яруса верховодки, основную роль в формировании которого играет миграция влаги по трещинам.
5. Дерново-подзолистые почвы Прибалтийской провинции южнотаежной подзоны, приуроченные к ленточным глинам, относятся к типу сезонно-чпромерзающих. Биологически активные температуры (> 10°С) наблюдаются в течение 3,5—4 месяцев. Период с температурой 5°С по профилю неоглеенных почв на 15—20 дней длиннее, чем в глеевых. Наибольшая амплитуда колебаний дневных и ночных температур в весенний, летний и осенний -периоды наблюдается в неоглеенных почвах. В глееватых и глеевых почвах в связи с их большей теплоемкостью и пониженной теплопроводностью отмечается относительно равномерное распределение температур в течение суток.
6. По характеру основных элементов темпера тур ного режима дерново-подзолистые неоглеенные, слабооглеенные, глееватые и глеевые почвы могут быть диффеРе
Якименко, Виктор Иванович
-
кандидата биологических наук
-
Москва, 1981
-
ВАК 06.01.03
- Почвообразование на ленточных глинах озерно-ледниковых равнин
- Эволюция почв и почвенного покрова объектов реконструкции мелиоративных систем
- ДИАГНОСТИКА ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВ НА ЛЕНТОЧНЫХ ГЛИНАХ И ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДРЕНАЖНЫХ ВОД
- Изменение свойств глинистых почвообразующих пород Нечерноземной зоны РСФСР под влиянием глееобразования
- Эколого-гидрологические особенности и диагностика серных лесных неоглеенных и оглеенных почв на покровных лессовидных тяжелых суглинках
