Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ , СВОЙСТВА И ДИАГНОСТИКА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОВЕРХНОСТНО-ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВ НА ПОКРОВНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ПРЕДУРАЛЬЯ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ , СВОЙСТВА И ДИАГНОСТИКА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОВЕРХНОСТНО-ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВ НА ПОКРОВНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ПРЕДУРАЛЬЯ"

Аз////

российская сельскохозяйственная академия наук

Почвенный институт им. В. В. Докучаева

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ Андрей Алексеевич

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ, СВОЙСТВА И ДИАГНОСТИКА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОВЕРХНОСТНО-ОГЛ ЕЕНН ЫХ ПОЧВ НА ПОКРОВНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ПРЕДУРАЛЬЯ

Специальность 03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 1994

dKo'Cc-м ÏVJ pJx^jjjiс

f Jf- C\'r /) '

^ V^'Vjib (C^CCp ok-COtLiV-

Работа выполнена d Пермском сельскохозяйственном институте имени академика Д. Н. Прянишникова.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Т, В. Вологжанина.

Официальные оппоненты — доктор сельскохозяйственных наук Ai. С, Симакова, кандидат сельскохозяйственных наук, А. Д. Ка-шанский.

Ведущая организация — факультет почвоведения Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Защита состоится <хЛ£» ^^sCt^S^u^ , 199/ г. в 10 часов в Почвенном институте имени В. В. Докучаева ho адресу: 109017, Москва, пер. Пыжевский, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института имени В. В. Докучаева.

Отзывы на автореферат в 2 экземплярах, заверенные круглой печатью, просьба присылать по вышеуказанному адресу в специализированный совет Почвенного института имени В. В. Докучаева.

Автореферат разослан » Ac^-^^tu-' 199 ^ г.

Ученый секретарь

специализнроиаииого совета И. И. Любимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Различия по степени пироморфизма доминирующих дерново-подзолистых почв южной тайги Предуралья не привлекали достаточного внимания исследователей. Однако, практика сельскохозяйственного производства и почвенно-мелпоратнв-ные изыскания свидетельствуют о неоднородности этих почв по условиям увлажнения. Оглеенные дерново-подзолистые почвы Предуралья практически не изучены.

Своеобразие природных условий региона исследований и специфика почвообразовательных процессов на продуктах выветривания пермских красноцветиых отложений ограничивают применение критериев степени гпдроморфнзма, заболоченности н их количественных параметров, установленных для аналогичных почв других регионов Нечерноземной зоны России (Зайдельман, 1987).

Актуальность исследований также обусловлена практически полным отсутствием сведений о влнянии приемов осушения па свойства и режимы дерново-подзолистых глеватых почв на покровных отложениях Предуралья.

Цель и задачи исследований. Основная цель исследований:— изучение гидрологического режима и свойств дерново-подзолистых поверхностно-оглеенных почв Предуралья. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Выявить специфику водного режима и условий аэрации дерново-подзолистых почв разной степени гидроморфизма.

2. Определить влияние переувлажнения на морфологические, химические н магнитные свойства почв и конкреций.

3. Установить влияние дренажа и глубокого мелиоративного рыхления иа физические свойства и водно-воздушный режим дерново-подзолистых оглеенкых почв.

4. Уточнить и выявить критерии диагностики дерпово-подзолн-стых поверностпо-оглеенных почв.

Научная новизна. В результате исследований установлено, что на покровных отложениях слабодренированных плато южной тайги Предуралья формируются дерново-подзолистые поверхностно-оглеекные почвы, которые ранее не только не разделялись по степени гидроморфизма, но и диагностировались как автоморфные дерново-подзолистые почвы. Выявлены различия в гидрологическом режиме, морфологических, химических и магнитных свойствах почв разной степени гидроморфизма и проведено разделение их на виды по степени оглеения. Изучено конкрециеобразование на

покровных

-Кик.оиь^ээ ачада*ин

I

генезиса.

Илк. Г-.2

АШГН

а-сцдгй^ии . I ¿¡ммр,.^:! ■ ,

На основании всего комплекса исследования уточнены количественные параметры степени гидроморфизма дерново-подзолистых почв Предуралья по существующим критериям (Зайдельман, 1981, 1987, 1992; Бабанин, 1986). Предложен новый диагностический критерий степени пгдроморфизма и его количественные параметры— содержание лепидокрокнта в почвах и ортштейнах.

Практическая ценность. Уточненные и выявленные критерии и параметры степени гидроморфизма позволяют повысить качество почвенных и почвенно-мелиоративных изысканий, дифференцированно подходить к оценке плодородия и использованию в сельскохозяйственном производстве почв разной степени гидроморфизма, прогнозировать влияние осушительных мелнорацнй на оглеенные почвы.

Апробация. Результаты работы доложены на XXXI научной конференции Уральского СХИ (г. Екатеринбург, 1988), на конференции молодых ученых Пермского СХИ {г. Пермь, 1988), на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Пермского СХИ (г. Пермь, 1988, 1991, 1993), на координационном совещании рабочей группы по теме «Изучение полугидро-морфных почв и почвенного покрова мелиорированных земель Нечерноземья» {г. Пущиио, январь 1989, г. Москва, ноябрь 1989), на заседании отдела мелиорации РосНИИВХа (г. Екатеринбург, 1989, 1991).

Публикации, Результаты диссертации опубликованы в 14 научных работах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 205 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству, включает 25 таблиц, 19 рисунков, список литературы (350 наименований). Приложение имеет 11 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформированы цель, основные задачи и практическая ценность исследований.

I. Обзор литературы

Доминирующее положение дерново-подзолпстых почв в структуре почвенного покрова Предуралья объясняет их относительно полную изученность п характеристику (Маландин, 1936; Коротаев, 1950, 1962; Дьяков, 1971, 1989, 1991; Протасова, 1971, 1989; Кар-пушенков, 1984; Пискунов, 1988; Скрябина, 1990; Добровольский и соавт., 1992 и др.). Основные закономерности водного режима дерново-подзолистых почв Предуралья установлены В. В. Карпу-шенковым (1980, 1984, 1987, 1988). Вместе с тем, до .сих пор не было получено фактических данных'о свойствах и гидрологическом режиме дерново-подзолистых поверхности о-оглеенных .почв Пред-

уралья, хотя он» занимают значительную площадь н являются объектом осушительных мелпораций (Ладыгин, 1981; Чазов, Ладыгин, 1985; Разорвин, 1987; Вологжанина и соавт., 1987, 1989).

Периодическое переувлажнение дерново-подзолистых почв обуславливает участие в формировании их профиля комплекса элементарных почвообразовательных процессов, В связи с этим в обзоре литературы приводится краткая характеристика данных процессов и рассматривается проблема их соотношения.

Изучению почвообразовательных процессов, связанных с поверхностным гидроморф из мом подзолистых болотн о-подзолистых почв, большое внимание уделяли С. П. Ярков, 1961; И. С. Каури-чев, Е. М. Ноздрунова, 1964; И. С. Каурнчев, Д. С. Орлов, 1982; Ф. Р. Зайдельман, 1974, 1985, 1991, 1992; Н. А. Караваева, 1982; С. В. Зонн, 1983. Для диагностики процессов оглеения используются прежде всего результаты анализа соединений железа {Зайдельман, 1981, 1987, 1992; Зонн, 1982; Водяшщкнй, 1992).

Высокое содержание окристаллизованных форм гематита в продуктах выветривания пермских красноцветных отложений (Бори-сенко, 1980; Морозов и соавт., 1987; Шоба, 1988) затрудняет проявление морфологических черт оглеения и обусловливает необходимость уточнения и корректировки существующих параметров степени гидроморфизма дерново-подзолистых почв. Именно этим вопросам и посвящена наша работа.

2. Объекты и методика исследований

Исследования проводились в 1986—1990 гг. на территории мелиоративного почвенно-гидрологического стационара «Ння» Кара-ганского района, расположенного в западной зоне Пермской области.

Объектом исследований были пахотные дерново-подзолистые почвы: неоглеениая на верхней части водораздельного склона — разрезы 40 (1—3), слабоглееватая на микроповышеннях плато — разрезы 30 (1—3), поверхностноглееватая на выравненных участках плато—разрезы 1, 2, 7, 9, 14, 16, лрофнльноглееватая в замкнутых западинах плато—разрезы 31 (1—3).

Мелиоративное воздействие на глееватые почвы изучено на варианте 2 — гончарный дренаж {E=i2 м, ¿=1,0—1,1 м) и глубокое рыхление РУ.65.2,5 на 55—60 см.

Строение морфогенетнческих профилей изученных почв, согласно описанию основных разрезов, следующее. Разрез 40—неоглеек-ная, см: Ар 0—22, AsBi 22—45, В! 45—60, В2 60—94, В2С 94—130. Разрез 31 —профллыгоглееватая, см: Apfs, g" 0—22, AjBjfs, g" 48—65, B3g' 65—90, B2Cg' 90—140. Разрез 2— поверхностноглееватая, см: Apfs, g" 0—30, Big7 30—50, B2g' 57—80, B2Cg' 80—160. Разрез 31—лрофнльноглееватая, см: Apfsg" 0—22, AaBjfs.g" 22—28, Big' 28—54, Big' 54—85, B2Cg" 85—140.

В соответствии с задачами исследований на каждом варианте были заложены разрезы, описаны морфологические признаки почв

1 За к. 1078

3

н отобраны образцы для изучения химических, физических и магнитных свойств почв. Влажность почвы определялась ежедекадно термостатно-весовым методом, образцы отбирались через каждые 10 см до глубины 1 м. Точки опробования (скважины) па варианте 2 располагались между дренами и в середине между проходами, стоск рыхлителя (РУ.65.2,5),

Годы исследований относятся к периоду повышенного атмосферного увлажнения. Коэффициенты увлажнения по Н. Н. Иванову теплого сезона май — сентябрь: 1987 г. — 0,9, 1988 н 1989 гг. — 0,7, 1990 г. 1,2, средняя многолетняя величина за 1951 —1990 гг. — 0,6,

При выполнении анализов использовались стандартные методики: (Арниушкнна, 1970; Вадюнпна, Корчагина, 1986).

Аналитические исследования выполнены автором на кафедре почвоведения, в научно-исследовательской лаборатории Пермского сельскохозяйственного института и в лаборатории физнко-хнмни почв Почвенного института имени В. В. Докучаева*.

Для характеристики почв определялись: гранулометрический, мнкроагрегатный состав—методом Н. А. Качнпского; агрегатный состав методом Н. И, Саввинова; плотность почвы (рт) буровым методом с помощью прибора Н. А. Качннского; максимальная гигроскопичность (МГ)—методом А. В. Николаева; предельная полевая влагоемкость (ППВ) и капиллярная влагоемкость (КВ) — методом С. И. Долгова; водопроницаемость— методом трубок с переменным напором воды; аморфное железо (Fe0) — методом Там-ма; пеенлнкатное железо (Fea)—методом Мера-Джексона; коэффициент заболоченности — методом Ф. Р. Зайдельмана; валовой анализ — на приборе ВРА-30 рентгенфлюоресцеитиым методом; магнитная восприимчивость (и)—на приборе KLY-2.

Расчетным путем определены: общая пористость (Р); пористость аэрации (Ра); влажность завядашгя растений (БЗ) по величине максимальной гигроскопичности (МГ) и переводному коэффициенту 1,34; содержание лепндокрокита по максимальному приращению магнитной восприимчивости после температурного воздействия (Водянмцкнй, 1992).

Обработка результатов наблюдений за динамикой влажности почвы выполнена на компьютере IBM-PC/XT с помощью пакета статистических программ (Алгоритмы и программы.., 1985). Результаты ряда анализов подвергнуты вариационно-статистической обработке (Дмитриев, 1972).

3. Условия почвообразования дерново-подзолистых поверхностно-оглеенных почв и их характеристика

Природные условия

Климат района исследований характеризуется как континентальный, избыточно увлажненный, умеренно теплый. Продолжн-

* Исследования соединений железа выполнены под руководством доктора с.-х. наук Ю, Н. Водяннцкого.

тельность безморозного периода 100—110 дней. Сумма положительных температур воздуха за период с температурой выше 10° С равна 1600—1800° С, Среднегодовое количество осадков 520— 540 мы. Жидкие осадки составляют 65—70% от общего количества за год. Гндротермический коэффициент по Г. Т. Селяшшову составляет 1,4—1,5.

Геологическое строение и почвообразующне породы. В западной зоне Пермской области коренные породы представлены отложениями татарского яруса верхней пермп, состоящими » верхнем горизонте из красноватой, розоватой или сероватой глины. В четвертичный период геологического развития из элювия пермских пород, переотложенного водными потоками, сформировались покровные элювиально-делювиальные отложения. Покровные отложения в пределах стационара «Ння» имеют свойства типичные для данного вида почвообразующпх пород Предуралья. Онн представлены легкими глинами, в составе которых преобладают лессовидная н илистая фракции. Основные физические свойства: Pv= 1,56—1,63 г/см3, рс. = 2,70—2,76 г/см3, Р = 40—43%, МГ = = 9,3—11,6% от массы почвы. Средние физико-химические свойства: S = 34 мг/экв на 100 г почвы, V = 94%, рН (КО) =5,5,

Рельеф. Территория стационара «Нпя» расположена в пределах Верещагинско-Васильевскнх увалов, которые характеризуются умеренной и слабой общей расчлененностью рельефа. Повсеместно встречаются обширные плато и очень пологие склоны. Микрорельеф на плато суффозпонного характера, выражен в виде замкнутых понижений с плоским дном (а = 5—10 м до 40 м) и микропо-вышенпй в виде бугорков н грнвак аналогичного размера. Основная территория плато представлена относительно выравненным» участками.

Гидрогеологические условия. Подземные воды четвертичных ][ коренных пород сосредоточены в их трещинах, непа-порны, чаще всего гндрокарбонатно-кальцневого состава с минерализацией 0,5—0,6 г/л, жесткостью до 3—4 мг-экв. Основным источником их питания служат атмосферные осадки. В пределах стационара «Ния» грунтовые воды коренных пород залегают на глубине 7,7—10,4 м.

Агрохимическая характеристика.

Изучаемые почвы характеризуются очень низким п низким содержанием гумуса, количество которого с глубиной резко снижается. Сумма обменных оснований возрастает с глубиной — от 14 мг-экв на ICO г почвы в горизонте Apis, g" до 26 мг-экв на 100г в горизонте Bg'. Степень насыщенности основаниями средняя в Apis, g", повышенная и высокая в иллювиальном горизонте. Пахотный слой имеет средпекислую реакцию среды, низкую обеспеченность подвижными формами фосфора и повышенную обеспеченность калием.

Статистически достоверных изменений агрохимических свойств дерново-подзолистых почв при оглееиии не установлено.

I*

5

Физические свойства

Дерново-подзолистые неоглеенные и оглеенные почвы стационара «Ния» имеют тяжелосуглинистый гранулометрический состав в приповерхностных горизонтах (Ар, А2В1), нижележащие горизонты представлены легкими глинами. Преобладающей фракцией является илистая фракция (30—40% и более), по довольно значительно и содержание крупной пыли, которая в верхних горизонтах составляет основную часть мелкозема — до 44%. Повышенное содержанке илистых частиц в иллювиальной части профиля дерново-подзолистых почв Предуралья отличает их от аналогичных тяжелых почв Нечерноземья и определяет специфику режима увлажнения, обусловливает формирование укороченного почвенного профиля.

Расчеты, выполненные нами по методике В. Д. Тонконогова н В. В. Беркгаута (1984), показывают, что текстурная дифференциация профиля нзучеииых почв происходит в основном за счет перемещения илистых частиц, содержание которых в горизонте В в 1,5—2 раза выше, чем в элювиальной толще. Более высокое содержание ила в иллювиальных горизонтах оглеенных почв по сравнению с иеоглеепнымп может быть одним из следствий и факторов переувлажнения почв плато.

С нарастанием степени гндроморфизма в ряду почв; неоглен-ная, слабоглееватая, профильноглееватая наблюдается закономерное увеличение плотности подпахотных горизонтов, уменьшение общей пористости и пористости аэрации (табл. 1).

Важнейшими генетическими и мелиоративными особенностями исследованных почв являются высокая гигроскопичность, незначительные интервалы ВЗ — ППВ, ППВ — ПВ, К.В — ПВ, низкое содержание воздухоносных пор при ППВ.

Высокая динамичность плотности почвы обусловлена контрастным режимом увлажнения, преобладанием в составе ила почв Предуралья минералов монтморнллоннтовой группы (Дьяков, 1971; Светлова, Градусов, 1985; Добровольский и др., 1992).

В модельных условиях по методике Б. Г. Розанова и соавт. (1985) нами получены коррелятивные зависимости плотности дерново-подзолистой глееватой почвы от влажности (\У). В элювиальных горизонтах: рч = 1,70—0,01ЛУ (г=0,7), в иллювиальных: ру= 1.90—0,02\У (г свыше 0,9).

Высокая водопрочность макроагрегатов подпахотных горизонтов (58—73%) дерново-подзолистых оглеенных почв позволяет прогнозировать продолжительную эффективность применения на данных почвах глубоких мелиоративных обработок (Зайдельман, 1981).

Гидрологический режим

Исследования выявили неоднородность дерново-подзолистых почв по режиму влажности, динамике воздухоносных пор и влаго-запасов.

Таблица I

Общие физические и водно-физические свойства дерново-подзолистых почв: неоглее иной (40), слабоглее ватой (30), профнльноглееватон (31)

Глубина, см pv, г/см3 ро, г/см 3 Р ппв Р. при ППВ ВЗ

% от объема

40 30 31 40 30 31 40 30 31 40 30 31 40 30 31 40 30 31

0-10 1,45 1,33 1,39 2,66 2,62 2,63 46 49 47 30 34 36 16 15 11 13 12 12

10-20 1,45 1,37 1,43 2,65 2,63 2,65 45 48 46 30 34 37 15 14 12 13 13 12

20—30 1,45 1,40 1,58 2,69 2,68 2,69 46 48 41 32 31 36 14 17 5 16 15 19

30-40 1.49 1,49 1JS1 2,72 2,71 2,73 45 45 45 37 33 38 8 12 7 23 25 24

40-50 1,48 1,50 1,54 2,70 2,72 2,72 45 45 43 36 34 39 9 11 4

50-60 1,47 1,50 1,56 2,72 2,72 2,74 46 45 43 39 35 3S 7 10 5

60—70 1,49 1,51 1,59 2,71 2,72 2,73 45 45 42 39 36 40 6 9 2

70—80 1,49 1,52 1,56 2,70 2,72 2,72 45 44 43 38 38 40 7 6 г

80-90 1,53 1,53 1,57 2,72 2,73 2,74 44 44 43 38 38 39 6 6 4

90-100 1,54 1,52 1,54 2,71 2,72 2,73 43 44 44 37 37 37 6 7 7

Различия между режимами влажности неоглееиной почвы склона и оглеенных почв плато заметно проявляются в характере и степени увлажнения нижних слоев почвенного профиля. В глееватых почвах на глубинах свыше 50 см отмечается формирование очагов верховодки, а легкоподвижная влага в интервале 0,9 ПВ-—ПВ наблюдается в течение всего теплого сезона (рис. 1).

В пахотном слое слабоглееватой почвы верховодка не формпру. ется, в поверхностноглееватой почве ее образование связано с экстремальным увлажнением. Наличие двух ярусов верховодки в профиле почвы сближает режим влажности поверхностноглееватой почвы на выравненных участках плато и профнльноглееватон в западинах плато.

Однако па режим влажности почвы в замкнутых депрессиях оказывает влияние внутрипочвешшй и поверхностный сток гравитационной воды. Поэтому в западинах в течение 1—3 педель после снеготаяния на поверхности профнльиоглееватой почвы отмечается застой воды слоем до 15—35 см и полное обводнение пахотного слоя (ПВ).

Образованию второго яруса верховодки в нижних слоях профнльиоглееватой почвы предшествует фаза первичного накопления влаги в трещинах подпочвенных слоев. При этом наблюдается слабое промачнвание иллювиальных горизонтов почвы и полное обводнение элювиальной толщи. Влажность почвы в эти сроки определялась с помощью обсадных цилиндров (Зайдельман, Виноградов, 1904). В экстремальный по увлажнению год (1990) верховодка второго яруса удерживалась практически в течение всего теплого периода, а в нормальный по увлажнению год (1989) она проявлялась периодически.

В изученных почвах любой степени гидроморфпзма наблюдается иссушение верхних горизонтов до ВЗ, связанное с характерной для Предуралья весенне-летней засухой, которая и определяет контрастность режима влажности изученных почв.

Гончарный дренаж и глубокое рыхление сближают режимы влажности осушенной поверхностноглееватой и неоглееиной почв. В осушенной почве снижаются избыточные влагозапасы, сокращается период полного обводнения почвы, улучшается динамика воздухоносной порозности. Вместе с тем, одни только гидротехнические мероприятия без проведения приемов окультуривания, оптимизации физических свойств почвы не могут существенно повысить их плодородие, так как гидрологический режим осушенных почв остается неудовлетворительным для большинства сельскохозяйственных культур как в экстремально влажные, так н в средние по увлажнению годы.

Анализ хрононзоплет влажности почвы и структура связей между отдельными 10-сантнметровымн слоями почвы по однотипности пх режима влажности, выраженная в форме дендрограмм (рис. 2) позволяют выделить в пределах гидрологического эколого-генетического (ГЭГ) профиля (Соловьев, 1989) следующие ГЭГ-горнзонты: интенсивного оборота атмосферных осадков, активного

Рис. 1. Режим влажности (в % от объема почвы и категориях почвенной влаги) дерио во-подзол ист их почв в 1989—1990 гг.;

В. 40 — неоглеенная; В. 30—слабоглееватая; В. 31 —профилыюглееватая. Категория почвенной влаги: / — менее ВЗ; 2 — ВЗ...ВРК; 3 —ВРК...ППВ; 4 — ППВ±5% ППВ; 5 — ППВ,..0,9 ПВ 6 — 0,9 ГШ ... ПВ; 7 — ПВ (верховодка); Я —више 75% ПВ в гор. Ар.

влагооборота и диспульсивпый горизонт. Близкая структура мор-фогенетическнх и ГЭГ-профнлей подтверждает их генетическую обусловленную взаимосвязь. ГЭГ-горнзонт интенсивного оборота атмосферных осадков совпадает с элювиальной толщей почвы (Ар и А2В1), а нижняя часть зоны активного влагооборота — с положением в профиле горизонта Вь днспульсивный горизонт располагается в пределах горизонтов Ва и В£С. По сравнению с неоглеен-иой почвой в ГЭГ-профиле слабоглееватой почвы увеличивается мощность горизонта интенсивного влагооборота, а в профильно-глееватой почве она несколько сокращается (рис. 2).

4. Влияние гидроморфизма на химические свойства дерново-подзолистых почв

Валовой химический состав почв характеризуется типичными для дерново-подзолистых почв закономерностями перераспределения оксидов по почвенному профилю (табл. 2).

Заметного влияния оглеения иа валовый химический состав почв не установлено.

Таблица 2

Валовой химический состав почн (в % на безгумусную, безводную н бескарбонатную навеску)

Глубина, см SiOj АЬО, ! Рег03 СаО MgO NasO K¡O J MnO

Неоглеенная, р. 40

0—10 74,2 12,2 5,2 0,9 2,3 1,6 1.8 0,2

10—20 74,4 12,1 5,4 0,9 2,2 1,3 1,9 0,2

20—30 74,1 12,2 5,5 0,9 2,4 . 1.7 1,8 0,1

30—40 67,7 17,0 6,8 1,0 2,7 1,4 1,9 0,1

40—50 66,4 17,9 7,3 1,2 2,9 1,2 1,8 0,1

60—70 66,9 17,4 7,4 1,3 2,7 1,2 1,7 0,2

' S0—100 67,4 17,2 7,3 1,3 2.7 0,9 1,7 0,1

: 150—160 65,5 17,8 7,8 1,7 2,5 1,5 1,9 0.1

Профи льноглее в ата я р. 31

0-Ю 74,5 12,1 5,3 1,0 1,8 1,6 1,9 0,2

10—20 74,0 12,1 5,3 1.0 1,8 2,3 1,9 0,2

20—30 68,1 17,2 6.3 1,1 2,1 1,6 2,1 0,2

30—40 65,9 16,2 6,9 1,3 2,5 1,5 2,2 0,2

40—50 65,8 18,2 6,8 1,4 2,6 1.6 2.2 0,1

60—70 65,4 18,3 7.3 1,4 2,6 1,5 2,1 0,1

90—100 66,5 17,9 6,9 1,3 2,6 1,5 2,1 0,1

150—160 66.0 17,7 6,6 2,4 2,4 1,5 2.0 0,1

6-40

3. №

3 И

сходе, %

иоо

т

№0

Рис. 2. Структура связей по однотипности режима влажности между отдельными 10-сантиметровыми слоями почвы н строение ГЭГ-профиля:

В. 40 — неоглееииая; В. 30—слабомееватая; В, 31 — профнльноглееватая, ИОО — ГЭГ-горизонт интенсивного оборота осадков; АВ — ГЭГ-гориэонт активного влагооборота; Д — диспульсивный ГЭГ-горнзонт.

Сопоставление данных валового химического анализа почвенной массы в целом и ортштейнов показывает, что в конкрециях происходит значительное накопление Ие и Мп (табл. 3).

Таблица 3

Валовой химический состав ортштейнов

(в % на безгумусную, безводную и бескарбонатную навеску)

Размер, 5 Юг А!20з СаО А%0 ЫагО КгО |мпО

Неоглеенная, р. 40 (0—10 см) 1

1—2 (70,5 | 10,7 [ 8,7 ( 0.9 ( 1,3 ) 2,1 | 1,9 [ 2,5

Профильноглееватая, р. 31 (0—10 см)

>3 59,0 8,5 21,2 1,5 0.9 0,5 1,7

2—3 57,8 8,5 23.9 1.5 1,0 0,5 1,6

1—2 59,3 8,6 23,5 1,5 1,0 0,5 1,7

Валовые и растворимые в 1н Н2304 формы Мп активнее аккумулируются в крупных (более 2 мм) ортштеГшах. Ю. Н. Водяниц-кнм (1992) обнаружен «эффект автоторможения оксндогенеза железа», который проявляется в изменении рН — ЕЬ условий в ходе синтеза этих оксидов, что затрудняет последующее образование термодинамически нестабильных форм оксидов железа, а также приводит к сокращению доли оксидов железа в пользу оксидов марганца. Нами установлено, что в крупных ортштейнах отношение Ре/Мп кагс по валовым, так и по кислотно растворимым формам в 1,5—2 раза меньше, чем в конкрециях тонких фракций, что подтверждает данный эффект.

Прогрессирующее заболачивание изученных почв сопровождается образованием крупных конкреций (табл. 4). Однако при усилении оглеення наблюдается общее ожелезненне ортштейнов, которое нивелирует одновременное накопление Мп в крупных конкрециях и обеспечивает надежность коэффициента заболоченности (Кз) как критерия степени гидроморфизма почв (табл. 4).

Таблица 4

Коэффициенты заболоченности почв

Почва Доля ортштейнов > 3 мм, % Мг на Железо 100 г Марганец Кз

Неоглеенная нет 3002 ±93 463 ±22 6,6 ±0,1

Слабоглееватая <1 5588 ±627 628 ±69 8,9±0,8

П овер х ностноглее в а т а я 1—10 6888+1048 581 ±63 11,9± 1,0

Профильноглееватая >10 8164 ±240 644 ±28 12,7 ±0,7

Формы соединений железа. Обеднению несилнкатным железом верхних горизонтов иеоглеенной почвы способствует ее геоморфологическая позиция, обеспечивающая боковую и вертикальную миграцию растворов, обогащенных железом. Накопление свободного железа у поверхности профильноглееватой почвы обусловлено периодическими влагозастойными явлениями и свидетельствует об ослабленном выносе железа из зоны активной трансформации минеральной части почвы (табл. 5).

Таблица 5

Содержание групп н соединений железа б почвах

Глубина, см Группы Формы Ре» и Гвинеи л

Силикат-нос Носил н-катное Окристал-лнзоаанные Аморфные

а б а б 3 1« а б в

Неоглеенная, разрез 40

0—10 4,0 77 1,2 23 0,6 12 0,6 11 50 0,5

10—20 4,6 85 0,8 15 0,3 6 0,5 9 ез 0,6

20—30 4.7 85 0.8 15 0,3 6 0.5 •£> 63 о,е

30—40 5,2 76 1,6 24 1,2 18 0,4 6 25 0,3

40—50 0,7 78 1,6 22 1.2 16 0,4 Б 25 0,3

60—70 3,7 76 1.8 24 1,6 21 0,2 3 11 0,1

30—100 5,1 70 2.2 30 2,0 27 0,2 3 9 0.1

Профнльноглееватая. разрез 31

0—10 3,5 66 1,8 34 0,6 11 1.2 23 66 0,7

10—20 3.7 70 1,6 30 0,5 9 1,1 21 69 0,7

20—30 4,8 76 1,5 24- 0,7 И 0,8 13 53 0,5

30—40 5,1 74 1,8 26 1,2 17 0,6 33 0,3

40—50 5,3 78 1,5 22 1,0 15 0,5 7 33 0,3

60—70 5,8 79 1,5 21 1,1 16 0,4 5 27 0,3

90—100 5,4 78 1,5 22 1,2 1& ОД 4 20 0,2

Примечание; а—% на прокаленную навеску, б—% ог валового содержания, в— % от нес клик атного железа.

В ряду дерново-подзолистых почв: неоглеенная, поверхностно-глеевая, профнльноглееватая наблюдается последовательное увеличение содержания аморфных железистых продуктов выветривания в ГЭГ-горизонте интенсивного оборота атмосферных осадков. Наши исследования и литературные данные (Морозов и др., 1987; Протасова, 1959; Добровольский а др., 1992) показывают, что в

дерново-подзолистых почвах Предуралья, без выраженных морфологических признаков оглеення, абсолютное содержание железа в вытяжке Тамма не превышает 1%.

Отношение аморфного железа к свободному (критерий Шверт-мана) свидетельствует о высокой активности железа как в почве на склоне, так и в почве на вымочке (табл. 5). При этом в про-фильноглееватой почве активность железа выше по всему профилю.

Лепидокрокит уРеООН идентифицирован только в верхней полуметровой толще почвы, В основном этот гндрокснд накапливается на нижней границе ГЭГ-горизонта интенсивного влагообо-рота. По мере ухудшения условий аэрации закономерно возрастает количество лепидокрокита в почве: от 0,08% в неоглее иной до 0,16% в поверхностноглееватой и до 0,20% в профильноглееватой.

Леплдокрокнт—гидр оксид железа очень чувствительный к физико-химической обстановке среды и его синтез в почве ограничивается рядом условий (Чухров, 1975; Водяницкий, 1989, 1992). В изученных почвах накоплению лепидокрокита способствует, в первую очередь, чередование в ОВ — режиме фаз восстановления, необходимых для образования исходного «сырья» Ре (II) и фаз окисления, необходимых для формирования кристаллов лепидокрокита, а также среднекислая реакция среды и низкое содержание гумуса. Очевидно, что в неоглеенной почве из-за отсутствия застоя воды редуцируется незначительное количество железа н синтез уРеООН протекает в ослабленной форме.

Более ярко степень гидроморфизма дерново-подзолистых почв подтверждается содержанием лепидокрокита в ортштейках. Доля этого минерала в конкрециях почв на плато в 2—3 раза выше, чем в таких же новообразованиях почвы на склоне. Достоверны различия в ряду почв: неоглеенная-слабоглееватая-поверхностноглеева-тая, профильноглееватая.

Лепидокрокит содержится преимущественно в мелких, наиболее молодых образованиях. В ортштейнах размером 1—2 мм профильноглееватой почвы содержится 0,43% уРеООН, а в более крупных всего 0,25—0,32%.

В силу большей ожелезненностн конкреций содержание уреООН в них выше, чем в почвенном мелкоземе. Однако в расчете на оксиды железа лепидокрокита больше в плазме почвы — 5—20%, чем в составе конкреций — менее 3%.

Анализ кристаллов лепидокрокита с использованием данных термомагнитной кинетики показал, что их размеры в дерново-подзолистой оглеенной почве тонкие. Особенно мелкие кристаллы формируются в составе конкреций. Низкая доля лепидокрокита среди оксидов железа и тонкие размеры его кристаллов в конкрециях — указывают на проявление «эффекта автоторможения синтеза оксидов железам (Водяницкий, 1992), когда накопление протонов на поверхности кристаллов сначала тормозит их рост, а затем вовсе прекращает синтез лепидокрокита из-за высокой чувствительности гидрокснда к изменению кислотности.

Магнитная восприимчивость. Средине значения удельной магнитной восприимчивости (х) в объектах исследований составляют (14—18)Х10~6 СГСМ см7г. Это выше, чем в других регионах таежно-лесной зоны, как например, в оглеешшх дерново-подзолистых почвах северо-западной зоны России—(5—7)Х10^6 СГСМ см3/г или Подмосковья (8—12)Х10"6 СГСМ см3/г и объясняется исходной ожелезненностыо почвообразугощих пород.

Магнитная восприимчивость ГЭГ-горнзонта интенсивного оборота осадков и ГЭГ-горизонта активного влагооборота снижается по мере ухудшения водно-воздушного режима (табл. 6). Высокие значения ^критерия существенности разницы средних величин магнитной восприимчивости (2,33—9,00) свидетельствуют о достоверности влияния гидроморфнзма на снижение % в верхних горизонтах почвы.

Таблица б

Удельная магнитная восприимчивость почв, СГСМ сма/г

Почвьг ГЭГ-горизонты Число образцов Вариационные показатели

М Нт | б V

Неоглеекная По веря ностн оглеев ата я Профильноглееватая Интенсивного оборота осадков 9 9 9 18,1 16,6 12,2 15.0—23,8 14,8-20,0 10,8—15,4 2,7 1,4 1.4 15 9 11

Неоглее иная П о в е р х ностн оглеевата я Профильноглееватая Активного влагооборота 15 15 15 18,0 16,6 12,6 15,0—23,8 13,9—20,0 10,8—15,4 2,1 1,7 1,4 12 10 11

Неоглеенная Повер х ностноглее в а та я П р оф нль но глеева га я Днспулъ-снвный 15 15 15 16,6 194 14,0 15,0—19,9 15,9—22,0 12.7—16,7 1,4 1,6 1,2 9 8 8

Но магнитная восприимчивость днспульснвного ГЭГ-горизонта н, как следствие, всего профиля недостаточно четко реагирует на условия аэрации почв (табл. 6). Поэтому для идентификации поверхностного оглеения кроме абсолютных значений использовались статистические показатели, хорошо отражающие изменение профильного распределения магннтной восприимчивости (табл. 7).

Магнитная восприимчивость кутан трещин иллювиальных горн-зонтов поверхггостноглееватых почв в два раза ниже, чем у образцов всей почвенной массы с аналогичных глубин. Разрушение оксидов железа кутан происходит под воздействием органического вещества пленок и частного обводнения почвенных трещин.

В ортштейиах происходит накопление сильных феррнмагнети-ков. Величина магнитной восприимчивости в отдельных образцах конкреций достигает 300ХЮ-" СГСМ см3/г. Наибольшее количество сильных ферримагнетлков содержится в ортштейиах малых размеров (1—2 мм). Очевидно, активный синтез сплыюмагннтных оксидов железа происходит только на начальной стадии формирования конкреций. Увеличение размеров ортштейнов осуществляется за счет накопления преимущественно слабомагнитных соединений железа (гетита), вследствие чего и отмечается низкая магнитная восприимчивость более крупных новообразований.

5. Диагностика степени гидроморфизма дерново-подзолистых почв

Изучение гидрологического режима и морфологических признаков дерново-подзолистых почв на разных элементах рельефа позволило в соответствии с «Классификацией...» (1977) и «Указаниями по диагностике...» (1982) разделить объекты исследований по степени гидроморфизма на четыре вида: иеоглеенные, слабоглеева-тые, поверхностиоглееватые, профильноглееватые. На основании исследований химических свойств, минералогического состава, морфологических признаков уточнены существующие и предложены иовые критерии и параметры степени гидроморфизма дериово-подзолистых почв Предуралья (табл, 7).

Оценка агроэкологнческого состояния почв и продуктивности основных сельскохозяйственных культур позволяет дифференцировать выделенные виды почв п по степени заболоченности (Зандель-ман, 1987).

ВЫВОДЫ

1. На покровных отложениях плоских водоразделов Предуралья при слабом поверхностном и внутрипочвенном стоке формируются тяжелосуглпнистые дерново-подзолнстые оглеенные почвы: слабо-глееватые иа микроповышенкях, поверхностиоглееватые на выравненных участках, профильноглееватые в замкнутых западииах.

2. Режим влажности исследуемых почв характеризуется чередованием периодов переувлажнения и интенсивного высыхания верхних горизонтов почвы — от ПВ до ВЗ. На глубинах свыше 0,5 м контрастность выражена незначительно. В годы нормального и повышенного увлажнения в поверхностноглееватой н профильно-глееватой почвах формируется два яруса верховодки, в слабоглее-ватой почве ее образование происходит только в нижней части профиля, а в неоглеенной верховодка не наблюдается.

3. Установлено, что в приповерхностных горизонтах исследованных почв синтезируется лепндокрокнт. Высокая чувствительность его к изменению окислительно-восстановительных условий среды позволяет использовать содержание, этого минерала в качестве критерия степени гидроморфизма дерново-подзолистых почв Пред-

Таблица 7

Морфологические и аналитические признаки степени гидроморфнзма тяжел осу глинистых дерново-подзолистых пахотных почв на покровных отложениях Предуралья

Диагностические признаки Вид почвы по степени пироморфизма

Дерново-подзолистая неоглеенная Дер нов о-подзол лета я слабоглееватая Дер нов о-л о дзол иста я по вер х к остноглеев ат а я Дер ново- подзол н ста я проф и л ьи о гл сева та я

Положение в рельефе Верхние н средине части водораздельных склонов Плато, микроповышенмя Плато, выравненные участки Плато, замкнутые мик-ропоннження (диаметр 5—20 м и более)

Цветовые признаки оглесния профиля В верхних (Ар, А2В(, В() горизонтах отсутствуют В верхних горизонтах слабая сизоватость, оглеенне кутан с глубины 50 см, примазки Сизоватый оттенок и охристые пятна в гор. Ар, оглеенне кутан по всему профилю, примазки Сизоватый оттенок и охристые пятна в гор. Ар, примазки, оглеенне кутан по всему профилю

Конкреции в гор. Ар и ВС Редкие охристо-бурые Ре — Мп орт штейны размером менее 2 мм, единичные экземпляры более 2 мм Релкме охристо-бурые Fe — Мп ортштейны размером до 2 мм, единичные > 3 мм. С глубины 120—150 см желтовато-белесые конкреции, вскипают от 10% НС1 Мелкие н крупны? бурые ортштейны до 3 мм, редко размером > 3 мм. С глубины 120—150 см жслтовато-бслесые конкреции, вскипают от 10% HCl Обилие мелких и крупных бурых ортштейнов, из них 10—15% размером более 3 мм, единичные > 5 мм. С глубины 80—120 см желтовато-белесые конкреции, вскипают от 10% НС!

Окраска кутан гор В[ Бурая Серо-бурая Серо-бурая. Серо-темно-бурая

Диагностические горизонты: а) Ар б) АгВ| Ар АаВ, Apg' AiBig' Apfs, g" A,B,fs.g* АгВ^.й"

Окончание табл. 7

Вид почвы по степени пироморфизма

Дна гностические признаки Дерново-подзолиста я неоглеенная Дерново-подзолистая слабоглееватая Дер нов о- подзолиста я новср хпост но глееват а я Дерново-подзолистая профи льног ле е в ат а я

Содержание орт шейков в слое 0—10 см а) г/кг почвы менее 10 менее 10 10-40 14—40 и более

б) ортштейкы более 3 мм, % от всех ортштейнов нет единичные 1—10 (обычно около 5) более 10

Коэффициент заболоченности К=Ре/Мп менее 7 7-10 более 10 более 10

Магнитная восприимчивость почвы слоя 0— 20 см (средняя) ХСр-10-в СГСМ си3/г более 18 более 18 13—18 менее 13

Коэффициенты профильного распределения магнитной восприимчивости Л (Вадюни-;|а н Бабанин, 1972) более 1.2 не определ. 0,9 0,9

АХ-10-» СГСМ.ем3/г (Алексеев я со авт. 1936) более 0 не определ. менее 0 менее 0

Содержание лепидокро-кнта в орштейнах размером 1—2 мм, слой 0-10 см, % менее 0,16 0,16-0,30 более 0,30 более 0,30

Содержание лепидокро-кита (уРеООН) с учетом содержания ортштейнов в почве, % более 0,1 0,1-0,2 0,2-1,0 более 1,0

уралья. Содержание лепидокрокпта в исследуемых почвах увеличивается от 0,08% в неоглеенной до 0,16% в поверхностноглееватой и до 0,20% в п р оф 1 {л ь но гл е ев а то ».

4. Конкрецнеобразованпе в дерново-подзолистых оглеешшх почвах проявляется в элювиальных горизонтах в виде охристо-бурых и бурых ортштейиов, а в горизонтах BгCg/ и С%' в виде полых желтовато-белесых карбонатных стяжений сложной формы размером до 10 мм. Глубина залегания основной массы карбонатных конкреций соответствует уровню гндрокарбонатно-кальциевых почвенно-грунтовых вод в лоздневесенннй-летний период.

Ортштейиы, в силу большей обшей ожелезнеяносги по сравнению с вмещающим их мелкоземом, обогащены лепидокрокитом, высокомагннтнымн оксидами железа. В ряду почв иеоглеенная, слабоглееватая, поверхностноглееватая, профильноглееватзя при усилении степени гидроморфизма происходит прогрессивное увеличение: обшего количества ортштейиов ■—от 10 до 40 г/кг, доли фракций крупнее 3 ми в составе ортштейиов — ог 0 до 10%, коэффициента заболоченности — от менее 7 до 12 и более, содержания леггидокрокцта в оргштейнах — от 0,16 до 0,46%.

Рост размеров ортштейиов сопровождается «эффектом автоторможения синтеза оксидов железа» и, как следствие, снижением в крупных конкрециях содержания лепидокрокита, высокомагнитных оксидов, отношения Ре/Мп.

5. Магнитная восприимчивость приповерхностных горизонтов поверхностноглееватой и профпльноглееватой почв ниже лав—44% по сравнению с неоглеенной почвой. Степень гидроморфизма исследуемых почв хорошо отражают показатели магнитной восприимчивости, характеризующие ее профильное изменение.

6. Гончарный дренаж и глубокое мелиоративное рыхление сближают режим влажности осушаемой поверхностноглееватой почвы и неосушенной неоглеенной почвы, улучшают физические свойства почв. В зоне прохода стоек рыхлителя водопроницаемость в первый и второй год последствия глубокого рыхления на два порядка выше, а плотность на 0,2 г/см3 ниже, чем на контроле.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для диагностики степени гидроморфизма дерново-подзолистых огдеенных почв на покровных отложениях Предуралья рекомендуем использовать следующие показатели: положение в рельефе, цветовые признаки оглеення, содержание ортштейиов в слое 0—10 см, коэффициент заболоченности, магнитную восприимчивость почвы, содержание леппдокрокита в почвах и ортщтейнах.

2. Дерново-подзолистые поверхностноглееватые и профильно-глееватые почвы в мелиоративном я сельскохозяйственном смысле являются заболоченными, поэтому необходимо их выделять в соответствующую агропронзводственную группу. Балл бонитета таких почв рекомендуем Понизить путем введения поправочных коэффициентов на гидроморфизм, почв; для поверхностноглееватьгх — ОД для профильноглееватых— 0,7.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

* 1, Почвенно-мелноратнвные исследования в Пермской области// Рациональное использование и охрана почв Нечерноземья, Пермь, 1987. С. 12—17,

* 2, Агромелиоративная оценка некоторых физических свойств почв почвек-но-гидр о логического стационара «Ния» Пермской области // Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства в системе АПК. Пермь, 1988. С. 20.

»3. Агромелиоративные свойства дер нов о-подзол истых поверхностноглеева-тых почв почвеияо-мелиор атнв но го стационара #Нпя> Пермской области//Тезисы докладов научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Пермь, 1988. С. 48.

4. Особенности режима влажности дер ново-подзол и стой поверхностноглеева-той почвы стационара «Ння» Пермской области // Интенсивные технологи« в сельскохозяйственном производстве в исследованиях молодых ученых и специалистов. Свердловск, 1988. С, 25.

•;■ 5. Агрохимические н физические свойства дерново-подзолистых поверхност-ноглееватых почв Пермской области II Плодородие и рациональное использование почв Нечерноземья. Пермь, 1988. С: 67—76.

*6. Влияние уплотнения техникой и глубокого мелиоративного рыхления иа водопроницаемость дерново-подзолистой поверхностно глее ватой почвы//Свойства н рациональное использование пахотных почв Предуралья. Пермь, 1989. С. 77—87.

* 7. Характеристика ортшгейнов в дер ново-подзол истых почвах мелиоративного стационара «Ния» Пермской области Ц Современные проблемы научного обеспечения АПК и подготовки кадров. Тюмень, 1989. С. 86—87.

* 8. Зависимость плотности сложения от влажности в дер но во-подзолистой поверхностноглееватой почве Пермской области // ХХХШ Научная конференция, посвященная 50-летию института (28—30 ноября 1990 г.). Тезисы докладов, Свердловск, 1990. С. 2&—29.

* 9. Диагностика степени гидроморфизма дер ново-подзол истых почв Пермской области по составу ортштейнов//ХП Научно-практическая конференция почвоведов, агрохимиков и земледелов Поволжья и Урала. Тезисы докладов. Казань, 1991. С 4—6.

* 10. Режим влажности дерново-подзолистой поверхностноглееватой почвы под лесом и пашней // Плодородие и мелиорация почв Нечерноземья. Пермь, 1991. С. 28—40,

* 11. Магнитные оксиды железа в дер но во-подзолистых поверхностно глеева-тых почвах Пермской области // Плодородие и мелиорация почв Нечерноземья, Пермь, 1991, С. 41—53.

* 12, Лепцдокрокит в дер ново-подзолистых поверхносгяоглееватых почвах Пермской области // Генетические особенности осушенных н оглееннык почв Нечерноземья к нх эволюция. Москва, 1992. С. 174—184.

* 13. Влияние степени окультуренноспг и глубоко мелиоративного рыхлекня на химический состав дренажных вод осушаемых минеральных почв//75 лет сельскохозяйственному образованию иа Урале. Тезисы докладов юбилейной конференция, Пермь, 1993. С. 13—14.

* 14, Влияние поверхностного оглеения на соединения железа в дерново-подзолистых почвах на пермских отложениях // Почвоведение. 1994, № 7. С. 62—71.

* Работы написаны в соавторстве.

В печать 01.11.94. Объем 1 л. Тираж 100 экз. Зак. 1078.

ТОО «Типография «Книга», 614001, Пермь, ул. Коммунистическая, 57,