Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ КАРБОНАТНОГО ЧЕРНОЗЕМА ПОД ВЛИЯНИЕМ РАСПАЙКИ И ОРОШЕНИЯ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ КАРБОНАТНОГО ЧЕРНОЗЕМА ПОД ВЛИЯНИЕМ РАСПАЙКИ И ОРОШЕНИЯ"



; московская ордена дешжа

; . к ордена трудового красного знамени сельскохозяйственная академия имени к.а.тимирязева

На правах рукописи

ЩЮВРЕоОВ ВАЛЕРИИ СЕРГЕЕВИЧ

ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ КАРБОНАТНОГО ЧЕРНОЗЁМА ПОД ВЛИЯНИЕМ РАСПАШИ И ОРОШЕНИЯ

03.00.27 - почвоведение

. АВТОРЕФЕРАТ-диссертации на соийкание ученой степени* кандидата биологических наук .

Москва 1993

С /1 гг / /Г- ? ¿>' / •

/ - ^ О С . С'

Работа выполнена на кафедре почвоведения Ставропольского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного института и кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и .. ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственно» академии им. К.А.Тимирязева.

Научные руководители: кандидат сельскохозяйственных наук, допент Тюльпанов В.И.

кандидат биологических наук, доцент Покровский Н.П.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук.

старший научный сотрудник Зимовец Б.А.

кандидат биологических наук, доцент Макеева В.И.

Ведущее учреждение: НПО "Стввмелиорация"

Зашита диссертации состоится 1993 г.

в Щ часов на заседании специализированного совета К.120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А.Тимирязева

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 47. Сектор зашиты диссертаций ТСХА

С диссертацией мочено ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан " / " -¿хЛ 1993

Ученый секретарь специализированного совета -

i. общая характеристика рабощ

Актуальность темы. В процессе сельскохозяйственного использования (распажки и орошения) черноземов происходи!' снижение влодородтя атих почв вследствие изменения водного режима, развалин процессов слитивадни, осолонцевания к засоления. В этой связи изучение особенностей трансфориедиовных изменений состава и функциональных свойств карбонатного чернозема с цзлью выяснения причин деградации почвенного плодородия при неосознанном сельскохозяйственном воздействии актуально как для теории, так и для практики почвоведения.

Цель и аадачи исследований. Цель исследований - изучить изменение состава и функциональных свойств карбонатного чернозема в условиях целина, орошаемой и неорошаемой паащи с цель» выяснения ирвчии развития негативных процессов и снижения плодоро -дия. S задачу исследований входило: '

- выбор типичных ключевых участков на целине, неорошаемой и ороиаемой пашне при вепронывном, промывном и капиллярно-подпертом водном режимах;

- установить изменение морфологических признаков почв во ге-ветическиы горизонтам;

- изучить изменение минеральной части почвы по почвенному профиле;

- определить количестве и качество гумуса в сезонной динамике;

- выявить изменение физических и физико-химических свойств;

- определить влияние распавни и ороиения ва численность различных физиологических групп микроорганизмов, преобразую*»: минеральные и органические соединения азота, целлвяозоразруиаювдх микроорганизмов, интрог«ва?нув активность; -

- изучить суточную и сезонную динамику (ОД, рН, активность ионов СаК*, /VOj, /УНJ в почвенном растворе. (i* ив. 8оне ризосферы; ■' .

- определить продуктивность целины с пашни но ключевым уча-< стзам. ' '

Научная новизна работы. Рабате содержит вовые данные « про-.. ■ образовании первичных*кдастогевных минералов иод воздействий ■ ' сельскохозяйственной техники и биохимического выветривааан.впер-.,- ■ вые исследована микрофлера карбонатного чернозема Ставрополья к

ЦЕНТРАЛЬНАЯ , , 4 НАУЧНАЯ г< "ЛЮТЕКА, Моск. сел. .

изменение ее содержания в течение сезона. С помочью ионоселек-тиввых электродов исследована суточная в сезонная динамика ОВП, рН и активность Са'-"*', К+, А^О^ я //н£. Впервые на карбонатном черноземе проведен комплекс исследований на целине, неорошаемое и орошаемой пашне при различных условиях водного режима.

Праатичесгая ценность работы. Результаты исследований могут быть использованы для теоретического обоснования рекомендаций, способствующих сохранению плодородия карбонатных черноземов.

Апробация оабпты. Основные материалы диссертации докладывались на конференциях Ставропольского сельхозинститута (1991).Южного научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации (1990), научно-исследовательского института аграрных проблем Хакассии (1992).

Пубчииации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ л ? находятся в печати.

Объем работы. Диссертация изложена нал'//^ страницах машинописного текста, включает введение, 7 разделов, выводы,список использованной литературы, приложения. Цатериалы представлены в 39 таблицах и 2? рисунках. Список литературы включает наименовании, в том числе /« зарубежных авторов.

2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в совхозе "Московский" Изобильнен-сього района Ставропольского края черноземе обыкновенном карбонатном тяжелосуглинистои малогумусноы мощном на следующих ключевых участках: I - цельна; 2 - аеороваемая пашня; 3 - орошае -мая пашня (5 лет); 4 - ороааемая пашня (17 лет).

Целинный травостой представлен разяотравно-злаковол ассоциацией. Участки пашни засевались в годы исследований кукурузой сорта Донская Высокорослая. Весь комплекс полевых и лабораторных исследований на пашне проводился в сезонной динамике по следующим срокам: 5-4 листа кукурузы, цветение, молочно-восковая спелость и после уборки. На цетине исследования проводились одномоментно в те же сроки, что и на пашне. В годы исследований вместе с посевом вносили удобрения в дозе ^60^30^0* До этого на протяжении ряда лет вносили ежегодно удобрения в среднем в дозах ^до^бО^О' Полив кукурузы проводили 3-4 раза в год исходя из (.стояния влажности 50 см слоя почьы нормой 600-300 и3/та дождевальной установкой ДДА-100 М. Применялся влагозарядковыа "олив нормой 1600-1800 м3/га.

Исследования проводились по следующим методикам: минералогический анализ илистых фракций менее 0,002 мы изучали С помощьв рентгендифрактометрической системы ДРОН-О,5. Запись образцов была сделана в исходном (отмученном), насыщенном этиленгликолем и прокаленном (при / 555°С в течение 2 часов) состояниях; количественный состав глинистых минералов Проводили по методу Н.И.Горбунова; морфологический анализ кластогенных минералов по Рябчен-кову; состав водорастворимых солей методом стандартной -вытявки по Гедройцу; состав обменных оснований по Пфефферу в модификации Иолодцова и Игнатовой; анализ солянокислой вытяжки по Завииаво--ну; влажность почвы весовым методом; общий гумус по М.В.Тюрину в модификации Симакова; групповой состав гумуса по методу М.М.Кононовой и Н.П.БельчиповоЯ; микроагрегатный анализ по И.А.Качинско-му; гранулометрический анализ до Я.А.Качинскому в модификации С.И.Долгова и ¿.И.Личмановой; агрегатный анализ по Н.И.Савинову; плотность почва методом режущих колец ио И.А.Качннскому; плотность твердей фазы пиннометричееким методом; определение суточной и сезонной динамики ОВП, рН, , К+, У 61 я в почве {¿н ¿¿¿и.) методом иоио-селективных электродов; численность микроорганизмов на различных питательных средах методом прямого учета колоний; нитрогеназнув активность ацетиленовым методом на газовом хроматографе; урожайность кукурузы методом прямот» комбай-нирования; сгатистическув обработку данных по. методике Е.¿.Дмитриева, В.А.Хоспехова и ОИвина.

. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ •

3. Морфология, минералогический, химический состав и физико. • -химические свойства черноземов

3.1. Морфология

Морфологические исследования почвенных образцов карбоиатнего чернозема по ключевым участкам показали, что хотя вскипание от 10^ НС1'происходит'с поверхности по воем .четырем разрезам, на орошае^ ■■ мых участках оно менее бурное.* Для первых двух разрезов характерно наличие в верхнем горизонте большого количества тонких и средних пор, тогда как на орошении средние поры отсутствуют, а тонкие просматривается редко, особевио на орошаемой пашне при капиллярно-подпертом водном режиме (17 лет). Структура верхнего целинного горизонта зернистая, переходит в зернисто-комковатув ва неорошаемой пашне, в глыбисто-круанокомковатую (5 лег) и в глыбистую с признаками столбчатости (17 лет) на орошении. На 4-ом участке с*-

сутствулт биогенные агрегата. Ьа орошаемых почвах белоглазка расположена несколько глубже и ее горизонт более вытянут. На участ-чо 17-летнего орошения с глубины 32 см просматривается капиллярная ¿айна я нижняя часть профиля затоплена.

3.2. Минералогия

Изучение кластогенных минералов фракции >0,01 мы горизонтов Апах и к^ доказало, что в осиовном ее состав сложен следующими минеральными группами: среди тяжелых минералов - пироксены, аыщиболы, биотит - с низкой химической устойчивостью; группа эпилога, апатит - со оредней химической устойчивостью; андалузит, силлиманит, дистеа, ставролит, анатао, шпинель, рутил, группа циркона, ильменит - с высокой химичеилой устойчивостью и среди легких минералов - полевые шпаты, кварц, карбонаты, глауконит, гипс, обсидиан.

Кластогенные минералы пашни отличаются от подобных ла целине высокой степенью окатанчости и раздробленности, «с связано с механическим их выветриванием. Наиболее сильному биохимическому выветриванию подвержены ромбические пироксены, мусковит, апатит, карбонаты, полевые шпаты, что прослеживается по появлению каверн, трещин, изменению цвета, вьраплений на поверхности и в трещинах продуктов выветривания. По сравнению с целиной з пашне полностью исчез апатит, а на орошении и ромбические пироксеьы (гиперстен, энотатит). Одлако коэдфищ ент выветрелостк изыоьился слабо и находился в лредьлах I ,<+-!,?.

йз этого отедкт, что соотношение устойчивых к разрушенью минералов ч неустойчивы!, не претерпевает существенных изменений и преобразование первичныл минера юз прослеживается лишь по изменению морфологических признаков.

Среди гличиотьх минералов наибольшей трансформации подвержены кинералы группы монтмориллонита у гидрослюд (рис.1). Б целинном черноземе в горизонте Ад монтмориллонит отсутствует, появляется в горизонте Л^ (5Г^) ь с глубиной его содержание в почвенном профиле постепенно увеличивается, достигая иапсимума на глубине 150-200 см (26%). В верхнем полуметре неорошаемой пашни и пашни 5-летнегс орошения содержание монтмориллонита возрастает до 1422%, и 17-летнегс - дс 1£-31/3, что свидетельствует о накоплении сильнонабухаюпшх минералов группы 2:1 при сельскохозяйственном воздействии. Кроме того превалирование анаэробных условий в профиле орошаемой пашни (17 лет) сопровождается новообразованием

О 20 40 60 80 100* 0 20 40 60 80 100$

— ■ ■ см '

▻Ж«

■Ш

■ ШШ

шш

0 20 40 60 80 100*

О 20 40 60 80 100*

(3) (4)

У/Л - монтмориллонит * ЮСЦ - каОЛИЕИТ+ХЛОрИТ Ь—- ГИДРОСЛЮЯЫ Рис. Г Профильная диаграмма минералогического состава целины (I) неорошаемой (2)> орошаемой 5 лвт .(З) и орошаемой 17 лат (4)

карбонатных железо-марганцевых кснкредай, блокирующих активность кальция в почвенных процессах. Выключение кальция как сильного коагулятора не способствует структурообразованиш на тяжелосуглинистых почвах и не препятствует развитию процессов слитизации.

3.3. Физико-химические свойства

Анализ качественного состава водорастворимых солей и состава обменных оснований свидетельствует, что карбонатные черноземы не подвержены процессу вторичного засоления и осолондевакия, что связано со слабой засоленностью материнский лессовидных суглинков (0,1-0,3?) и высоким качеством оросительной воды 0,6-0,8).

По составу обменных оснований профиль целинного и неорошаемого черноземов представлен двумя зонами: элювиальной и иллювиальной. Первая охватывает верхнюю метровую толщу. Она характеризуется низким содержанием натрия (1,4-1,8%), магния и высоким содержанием кальция (до 82-95$). Иллювиальная зона отличается высоким содержанием натрия (до 26-27?), магния и низким содержанием кальция (до 18%). Катионы водорастворимых солей по составу в элювиальной зоне образуют ряд Са —-Му -*■ и в иллювиальной//а --«- Ыд —*-Са на целине и /Уа —* Са —на неорошаемой пашне.

В профиле чернозема 5-летнего срока орошения изменения в составе обменных оснований аналогичны неорошаемой пашне, но не имеет зоны аккумуляции //а, который равномерно распределен по профилю (в пределах 2,0-3,4%).

На пашне 17-летнего орошения наблюдается некоторое уменьшение содержания обменного натрия и увеличение кальция в ППК, что может быть связано с вымыванием латрия в кижележадие горизонгы при ранее существовавшем промывном типе водного режима, а увеличение калыхия по причине длительного орошения поливными водами, обогащенными бикарбонатом кальция. Содержание калия по участкам исследований согласуется с распределение;; гидрослюды.

3.4. Содержание гумуса

Самым высоким содержание общего гумуса было на целине (4,15-4,33^). Отмечено уменьшение его содержания на 0,5-0,8? на неорошаемой пашве, на 0,3-0,6?! (5 лет) и на 0,9-1,3? (Г7 лат) участках орошения в основном за счет изменения содержания детритного остатка и фульвокислот. В сезонной динамике содержание общего гумуса на целине увеличивалось от весны к лету и уменьшалось к осени, а на участках падай отмечено некоторое уменьшение количества гумуса от весны к лэту и увеличение к осеял.

4. Физические свойства 4.1. Гранулометрический и микроагрегатный состав

Существенных изменений в гранулометрическом составе по участкам исследований не выявлено.' В целом почвы всех разрезов можно классифицировать как тяжедосуглинистыа песчано-пылевато-иловатые. В микроагрегатноа составе отмечено увеличение доли мелкой и средней пыли (на 10-15$) на участках пашни по сравнению с делиной, что говорит о снижении степени агрегации элементарных частиц на пашне; почти в 2 раза увеличился коэффициент дисперсности на неорошаемой и более чем вдвое на орошаемой пашне (табл.Х).

Таблица I

Влияние распашки и орошения на структурное состояние -и дисперсность черноземов

Генетический горизонт

^структурности ' : .дисперсности

: I : 2 : з Г • 4 I 2 : з * : 4

3,11 0,52 0,67 0,38 3,1 6,4 7,7 8,6

ю;45 3,54 2,41 0,97 2,4 4,3 5,2 7,7

1,64 2,61 1,02 1,05 2,4 4,0 8,1 7,3

1,62 1,63 1,52 1,24 1,3 4,2 7,5 7,6

1,34 1,67 1,93 - 4,8 4,2 6,7 5,3

Ад (пах)

А1 АВ

В

ВС

Примечание: I - целина, 2 - неорошаемая пашня, 3 - орошаемая пашня (5 лет), 4 - орошаемая пашнд (17 лет).

4.2. Структура

Наиболее существенные измененвя в агрегатном ссставе карбонатного чернозема при сельскохозяйственном воздействии происходят в верхйем^полуметре почвенного профиля (табл.1). Почва целинного участка имеет высокую степень оструктуренности (Кс в Ад • 3,11 и а А^ - 10,49). На неорошаемой пашне коэффициент структурности снижается в Ад^ в 20 раз, А^ - в 3 раза, ва орошении 5 лег соответственно в 16 и 4 раза и 17 лет - 27 и II раз.'

4.3. Общие физичйские свойства

Перестройка минеральной части на пашне,.-воздействие ходовых, систем сельхоамашин и накладывающихся на них . действие' поливных.' вод приводят к уплотнению почв на 0,20-0,30 г/см3, снижению обчеЛ

Таблица 2

Физические свойства черноземов

Вид !Глубзш£ угодья ! 1 см >,! Влажность, %\ г/см3 5 р общее * ' ^аэрации

Г 1969 ! 1990 1 Т/СНГ , 1989 1 1990 ! 1989 1 1990 ! 1969 » 1990

ВЕСНА

I 0-7 22,8 22,3 2,66 1,13 1,22 55,7 54,2 29,4 27,0

7-20 22,4 22,5 2,70 1,26 1,27 53,7 53,0 25,7 ?4,5

2 о-го 22,6 22,4 2,38 1,16 1,15 5В ^ 5 37,1 30,2 31,3

3 0-20 23,3 23,7 2,68 1.17 1,19 56,1 55,6 28,7 24.8

4 0-20 24,8 24,6 2,68 1,19 1,21 55,4 54,5 25,8 24,6

ЛЕТО

I 0-7 19,3 8,8 2,66 1,27 1,29 52,3 51,5 27,8 40,2

7-20 21,7 13,5 2,70 1,31 1,35 51,5 50,0 23,1 31,8

2 0-20 20,2 11,1 2,68 1,29 1,35 51," 49,5 25,5 33,7

3 0-20 23,0 18,1 2,68 1,36 1,39 49,5 47,8 16,5 21,1

4 0-20 24,7 22,0 2,68 1,44 1,Ь0 46,1 43,8 9,9 11,0

ОСЕНЬ

I 0-7 19,6 18,4 2,66 1,23 1,25 53,8 53,1 29,7 30,1

7-20 21,0 19,7 2,70 1,30 1,33 51,9 50,8 24,6 24,6

2 0-20 21,3 19,2 2,68 1,40 1,42 48,2 47,0 18,2 19,8

3 0-20 21,9 23,9 2,68 1,43 1,44 46,8 46,5 15,6 12,9

4 0-20 24,1 24,3 2,68 1,49 1,52 44,5 43,3 8,5 6,4

Примечание: I - целина, 2 - неорошаемая пашня, 3 - орошаемая пашня (5 лет), 4 - орошаемая пашня (17 лет).

пористости на 10-20$ и пористости аэрации на 15-25%. В сезонной динамике изменения показателей физических свойств н'а целине менее заметны. На пашне от восны к осени происходил^ сильное уплотнение почв и потеря пористости. Снижение пористости аэрации до значений менее 10% на орошении (I? лет) связано с увеличением влажности почвы (табл.2).

4.4. Режим влажности

. При исследовании режима влажности установлено, что влажность целинного и неорошаемого черноземов изменялась в течение сеаона . в верхних горизонтах в пределах от 8 до 22% за счет выпадающих осадков и была относительно стабильной на глубине I и (14-16$). Тип водного режима на этих участках - непрерывной. На орошении, поливной водой увлажняется весь слой почвы (до 23-25$) и непромывной тип водного режима сменяется промывным (5 лет) и капилляр-но-поднертым (17 лет) при подъеме грунтовых ьод.

5. Микробиологическая характеристика

5.1. Численность различных физиологических групп микроорганизмов

Распашка черноземов и особенно орошение в первые годы увеличивают численность различных групп микроорганизмов. Еапиллярно--подпертый водный режим приводит к сникению численности микроорганизмов на пашне 17-летнего орошения (табл.3)..

■ Таблица 3

Среднегодовая численность микроорганизмов -

Вид угодья

Количество микроорганизмов, млн/1 г

МПА : КАА :Чапека-Дскса: Гетчинсова

1989 :1930:1989:1390:1989 ■.: 1990 :1989 : 1990

Целина 50,5 42,1 31,5 36,4 0,04 0,13. С,К 0,07

Неорошаемая пашня 90;з 82,0 102,6 84,5 0,11 0,13 0,52 0,68 Орошаемая пашня .

(5 лет) 118,7 124,7 154,0 132,8 0,14 0,50 0,81 0,93

Орошаемая пашня ^ ■ .

(17 лет)_15,1 14,5 31,3 23,8 О.П 0,14 0,07 0,34

Примечание: МПА - среда, где производили подсчет численности ам-монвфикаторов, КАА - учет микроорганизмов, преобразующих минеральные формы азота, Чап.ека-Докса - микроскопических грибов,Гвтчивсона - целлвлозоразруиающих микроорганизмов.

шиДг

200

150 IUO

50

1989г

I990r

12 3412 34 срокй

Рис. 2 Сезонная дичапина численности аммоыификаторов /сл. обозначения: I - '»аза 3-4 листа; 2 - цветение; 3 - '.юл.-воск, спелость; 4 - после уборки

- целина —иродаемкй уч. (5лет)

— — неорошаемый уч. .... орошаоМ уч. (17ле?)

млнДг .300

1989г

2 • .

1990г

2 -

3

4 сроки

Рис.3 Сезонная динамика численности микроорганизмов, дспользующих минеральные формы. азота ■ Усл. обозначения: I - фаза "3-4 листа; 2 - цветение; 3.- мол.-воск. спелость; 4 - после уборки

—г— целина —.«'— орошаемый уч.'(5лет)

— — неороиаемый уч. ». • . ■ орошаемый уч» (17 лет)

Изучение состава и сезонной динамики численности микроорганизмов свидетельствует.о гесной взаимосвязи их с фазой развития кукурузы и состоянием влажности почвы. В динамике численности аммонификаюров целинный участок отличается стабильным показателями в течение всего сезона (в пределах ч0-60 млн/1 г,рис.2). На неорошаемой пашне при благоприятных условиях увлажнения (1989с) наибольшее количество аь^снификаторов было в фазу цветения кукурузы (157 млн/1 г). Отмечено значительное сезонное колебание в их численности (разница в 110 млн/1 г вежду фазой цветения а послеуборочным периодом).На пашне 5-летнего орошения изменения в содержании амконификаторов сходны с неорошаемой, но с тенденцией к увеличению количества микроорганизмов во все сроки исследова -ний» На пашне длительного орошен/я (I? лет), в результате ухудшения физических свойств и наличия капиллярно-подпертого водного режима, происходит значительное снижение численности амиокифика-тсров (до 12-18 млн/1 г в фазу цветения) и динамичности сезонных показателей.

Сезонная динамика численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, а также микроскопических грибов анало -гичны ди:амике амнонификаторов (рис.3, таблица 4). Для целлалозо-

Таблица 4

Сезоьпая диишшка численности микроскопических грибов и

целлюлозоразрушаюиих иикроорх анизысв (тыс. в I г почвы)

Вид 1ЭЗ" г- : 1990

угодья:3-^ :цвете:молочно:после :3-4 :цвете:молочно :пссле -листа:ние :-вос,ко-:уборги:листа:ние :-воско- :уборки : :вая спе: : : :вая :

: :лость г : : :спелость:

Микроскопические грибы

I 2 3 80 50 2 4 IG2 35

2 20 250 170 10 14 490 15 18

3 22 500 90 3 14 1923 116 31

4 30 140 50 4 9 120 27 9

Целлюлозоразрушающне микроорганизмы

I 48 79 125 200 36 46 59 125

2 76 22 200 1800 52 II 151 2528

3 70 14 400 2750 65 15 293 3348

4 НО 5 80 104 93 16 135 94

Примечьяие: I - целина, 2 - неорошаемая пашня, 3 - орошаемая пашня (5 лет), 4 - орошаемая паиня (17 лет).

Я^/кГ'Чао

1989г

1990г

......

4. сроки

Рио.-^ Сезонная динамика нвтрпге ¡аэноя активности

Усл. оПозначенчя: I - фаза листа; 2 - цв°тен-»с; 3 - ипл.-воо-с. "прло-тъ; - после ув^пки

- целина — . — ороша мый уч. (5лет)

— — чеороиаеиый уч. .... орошаемый уч. (17лрт)

разрушающих микроорганизмов при общей увеличении их численности на богаре и в первые годы орошения характерна наибольшая численность в послеуборочный период и наименьшая в фазу цветения.кукурузы, что согласуется с динамикой содержания органического вещества. ' - ■ 1

■ '■' 5.2. Азотфиксирующая активность

Для делены характерна сезонная стабильность показателей азот-фиксации (рис.4), которая оставалась на довольно высоком уровне . по сравнению с другими участками (0,9-1,2 иг A/¿Jкг). На.неорошаемой пашне происходит снижение витрогеназной активности в 1,52,0 раза и увеличение динамичности в'сезонвых показателях, пик д которых приходился на фазу цветения кукурузы. В сравнении с богарой на орошении (5 лет) наблюдается увеличение нитрогеназвой активности в среднем в 2-2,5 раза 'и уменьшение а 2,5-3,0 раза . на длительно орошаемой .пашне (17 лет).

6. Физико-химические процессы .

6.1. Суточная и сезонная динамика ОВП и рН '

Трансформация минеральной части черноземов'и их живой фазы, а также ухудшение физических свойств при сельскохозяйственном использовании приводят к изменению физико-химических показателей.

- Двухлетние исследования (1989-1990 гг.) выявили сходимость показателей Е Л - и рН по годам исследований как в суточной, так и.в "сезонной динамике в пахотном горизонте почвы (рис.5, 6). Изменение величины Е Ь почвы исследуемых участков в течение светового дня имеют одинаковую закономерность и тесную связь с процессом фотосинтеза: наименьшие значения отмечаются утром (7 часов), достигают максимума в 13-16 часов, после чего наблюдается постепенное их снижение (рис.5). Разница в суточных показателях Zk составила ат 20 до 100 мВ. На неорошаемой пашне пик значений ОВП приходился на фазу цветения (до 560 мВ в послеобеденный период) , а наименьшие показатели отмечены в послеуборочный период (до 510 мВ), т.е. в отсутствие растений. На участке 5-летнего орошения изменения ОВП аналогичны неорошаемому участку,но с тенденцией к увеличению Б . и различий между утренними и послеобе -денными показателями во все сроки исследований. На длительно орошаемой пашне наивысшие значения Eh были в весенний период (до 570 кВ) в уменьшались в течение сезона до 370 мВ. В послеуборочный период наблюдалось не увеличениеа снижение Eh с утра к по-

иЗ

550

500

¿»50

«0

350 Время суток

сроки

#

7 10 13 16 19 7 10 13 16 15 7 И 13 Тб 19 7 ТО 13 16 19

5-ц лисга

' "ачно-вссковая иветвпе спелость

Зуточиая я сезонная дииагшй 1990г.

- цезг'на, —оролеиа» лалаа (5 лет)

--чео оиаега I п нт ..... о пазня (17 пет)

пооре у^ог'.и

рн 8,0

7,5

7,0

Время суток

сроки

7 10 13 , 16 19 7 10 13 16 19 7 Ю 13 16 19 7 ' 10 13 16 19

3-4 листа ' . цветение • : ' . 0В8Я ' ' nosле уборки

Рис.^ .Суточная и сезонная динамика pif, 1990г.

- целина — #— орошаемая пашня (5 лет).

---неорошаемая пашня .... ороааемая пчшня (17 лет)

лудню, что связано с переуплотненной почш к току времени и уменьшением пористости. Для участков пашни характерна большая напря -женность ОВП. Колебания ЕЬ (Си ) в суточной пикле в 1990 г. составили: в фазу 3-4 листа на неорошаемой пашне - 3,8; для ново -орошаемой - 4,4 и Для староорошаемой саяни - 4,3; в фазу цветения соответственно 6; 8,0; 4,8; в фазу молочно-восковой спелости -6,1; 7,3; 3,1 и после уборки - 1,ч; 1,9; 5,3. Аналогичны измене -ния С ив 1989 г. Изучение величины Е Ь на целины в те же сроки показали на аналогичную закономерность в суточном цикле, но с меньшим диапазоном колебания (на 20-30 мВ по сравнению с богарой) ОВП и стабильными величинами Си (3,1-4,8) в течение сезона.

При изучении суточной динамики рН отмечено снижение величины с утра л 13-16 часам й постепенный рост этого показателя к вечеру, что обусловлено интенсивностью хода процесса фотосинтеза и поступления протонов водорода в почву (рис.б). В сезонной динамике наименьшие показатели рН были в фазу цветения и наибольшие в послеуборочьый период. В целом распшдка черноземов и особенно их орошеьие в первые годы способствует подкисление почвенного раствора, а подъем грунтовых вод - к подщелачизанию. Колебания рН (СV) в суточном цикле на гаане были в 2-3 раза выше относительно этих показателей на целине (в пределах 1,3-1,7).

При проведении расчета коэффициента корреляции ("у.) сопряженных изменений величин ЕЬ у рН в суточном цикле отмечена тесная (в пределах-0,8-0,99) отрицательная связь.

6.2. Динамика Са^+, К+, и Уо^

Установлена взаимосвязь между суточными показателями рН и активностью ионов Са^+. При увеличении поступления протонов водорода в почву усиливается гидролиз карбонатов. По зтой причине активность кальция возрастает с утра к 13-16 часам и постепенно снижается к концу дня (рис.7). В сезонном цикле на целине происходит увеличение активности кальция от весны ^среднесуточные х = 1,0 в 1989 и 1,8 мг.экв/л в 1990- г.) к осени (х = 54,5 в 1989 и 20,1 аг-экв/.л в 1990 г.). Разница между минимальными и максимальными суточными-показателями составила: весной - 2,3 мг-экв/л, осенью -70 и 40 мг'экв/л. На неорошаемой пашье эти значения минимальны в фазу 3-4 листа (х 1,0 в 1989 и 0,38 мг.экв/л в 1990 г.) и максимальны в фазу молочно-восковой спелости (х 40,4 в 1989 в 15,1 мг.экв/л в 1990 г.). Динамика активности ионов кальция на ново-

МГ'ЭКв/л

'.' 9.0

7.0 5.0

3,0 .

1.0

Время ' п суток

Сроки

10 .13 16 19 7 10 13 16 19 7 10 13 16 19 7 10 13 16 19 3-4 листа цветение мол°^^°ковая после уборки . ■

о.

Рис.¥ Суточная и сезонная динамика Са, 1990г.

целина

неорошаемая пашня

- . - орошаемая пашня (5 лет) • • .'• орошаемая пашня (17 лет)

\

\

ч

\\

л

\

V- -

^ -т. о

7 10 13 16 19 7 10 13 IЬ 19 7 10 И 16 19 7 10 13 16 19

с р. он

иолотао-воскозая

3-4 листа

цве^ввие

спелость

после уборки

Рис.£ Суточная « сезонная динаи^ьа 1990г.

- целчна — •— оропаетч пата (5 ле?)

-- неоротпеиая пасшя

. • ,, ороиаг'ад пазч* (17 гет)

орошаемой пашне аналогична неорошаемой, но с некоторый снижение» его активности. На участке 17-летнего орошения активность Са2+ снижается в средней в 5-10 раз по сравнению с богарой. В значении Су не наблюдалось особых различий между участками.

Данные активности ионов кальция согласуются с данными структурного состояния черноземов. Большему содержанию Са2+,как струк-турообразоваталя, способствует лучшая оструктуренность почвы.

На глубине 10-12 см на цзлкне активность К+ возрастает от весны к осени (от 1,0 до 80 мг«экв/л), а на пашпе снижается за счет-выноса до очень низких значений (до 0,0001 мг«экв/л), при кото- . рых активизируется процесс выветривания калия из иллитов с новообразованием монтмориллонитов, что согласуется с данными минералогического состава.

Поведение ионов аммония в водной фазе аналогично поведению. калия, но со значительно меньшими значениями активности.

В дневные часы максимального поглощения активность /УЬ^ъ водной ¿азе более.низкая, чем в утренние и вечерние, часы. По сравнению с целиной (0,4-45 мг«экв/л) отмечается увеличение активности нитратов на неорошаемой и особенно на новоорошаемой пашне (в среднее на 5-10 мГ'Экв/л) и снижение па орошаемом участке с капиллярно-подпертым водным режимом (менее 1,0 чг-экв/л). Наибольшая активность нитратов приходится на. фазу цветения, что согласуется с динамикой содержания нитрифицирующих микроорганизмов и ОБ-состоя-ниеи почвы. Колебания активности иона (Су) в суточном цикле на участках пашни в 1,5-2,0 раза выше, чем на целине..Анализ динамики ионов /УЩ и выявил, что активность аммония на целине в 10-20 раз и более превосходит участки пашни и его содержание равнялось или было в несколько раз меньше содержания нитратов,тогда как на участках пашни отношение у/н^ : /VOj равнялось I;I0 или 1:100 и более, что свидетель.омует об изменении режима азот-, ного питания растений при сельскохозяйственном использовании черноземов.

7. Продуктивность.целины и пашни

Урожайность кукурузы на неорошаемой пашне в среднем за 2 года составила 520 ц/га. Улучшение водного режима, микробиологической активности и ОВ-состояния увеличивало урожайность кукурузы на 25% в первые года орошения. Ухудшение состава и свойств чернозема 17-летнего орошения снижало урожайность кукурузы на I40JS. На

целинном участке по сумке трех укосов естественгах трав собран урожай в 20,7 ц/га.

ВЫВОДЫ

1. Исследования™ установлено, что в целинной экосистеме, гредотавляющей собой замкнутую, самоуправляемую биогеоцанотичво-кую систему, не происходит значительных сдвигов и колебаний состава, свойств почвы и процессов их обусловливающих в многолетнем сезонной и суточном цикле. На участках пашни выявлена сильная динамичность л напряженность почвенных показателей, изменение которых происходит адекватно степени сельскохозяйственного использования черноземов.

2. Вовлечение карбонатного чернозема под пашню, особенно орошаемую, способствует усилению процессов механического и биохимического выветривания первичных минералов, что прослеживается по появлению каверн, трещин, изменению цвета, вкраплению продуктов выветривания на поверхности и по трещинам, высокой степенью ока-танности к раздробленьости, полным исчезновением апатита и ром-оических пирсксенов (знстаипа и гиперстена) на орошении.

3. Среди глинистых минералов наблюдается резкое возрастание содержания монтмориллонита в пахотном и подпахотном горизонтах неорошаемой и новоорошаеыой пашни (14-22%) и по всему профилю чернозема с капиллярно-подпертым (19-42/5) водным режимом. Устойчивые анаэробные условия в профиле этой почвы сопровождаются новообразованиями карбонатных железо-марганцевых конкреций, блокирующих активность кальция в почвенных процессах.

4. Анатиз качественного состава водорастворимых солей к состава обменных осьований свидетельствует, что «арбонатные черноземы при орошении не подвержены вторичному засолению и осолонце-ванию, что связано с отсутствием засоленности почвообразующих пород и высоким качеством воды (2 солей - 0,1-0,3%, $АЯ - 0,56-0,92).

5. Установлено уменьшение в содержании общего гумуса на 0,50,8% на неорошаемой пашне, 0,3-0,6% на»5-летнем орошении и на 0,9-1,3% на 17-летнем орошении.

6. Распашка и орошение не оказывают собственного влияния на гранулометрический и микроагрегатный состав тяжетосуглинистых черноземов. В макроагрегатном составе на пашне наблюдается значи -тельное снижение фракции агрономически ценных агрегатов а уьень-> ■сенле коэффициента структурности в верхних горизонтах в 3-27 раз

по сравнении с целиной и особенно на пашне орошения с капиллярно--подпертыы водных режимом. Аналогичные изменения наблюдаются по степени возрастания.уплотнения почвы (на 0,20-0,30 г/1 св3)»снижению общей пористости (на 10-20$8) и пористости аэрации (на 15252). ,

7. Изучение режима влажности показывает, что непрошвнсй тип водного режима на целине и неорошаемой пашне переходит в промывной (5 лет) и в капиллярно-подпертый (17 лет) на орошаемой пашне.

8. Распашке черноземов и особенно первые годы орошения увеличивает общую численность различных физиологических групп микроор-. ганмзков в 2-5 раз. При подъеме грунтовых вод наблюдается существенное снижение их численности (в среднем в 6-8 раз). В сезонной динашке на пашне для микроорганизмов, выращенных на средах МПА, КАА, Чалека-Докса, наибольшей численность была в фазу цветения,а" для целлюлозоразрушающих микроорганизмов - в послеуборочный период. Для целинного участка характерна сезонная стабильность показателей общей численности. ' .

9. На'неорошаемой паше, по сравнению с целиной, происходит, снижение нитрогеназной активности в 1,5-2. раза. Орошение при про-иывноы водном режиме" способствует увеличению активности азотфик-сации, а при капиллярно-подпертом наблюдается резкое снижение нитрогеназной активности в 5-7 раз.

. 10. Трансформация минеральной части черноземов и их живой фазы- приводит к изменению физико-химических показателей. Изучение суточной и сезонной динамики состава почвенаого раствора (<« •£/&) в зоне ризосферы показало на связь с процессом фотосинтеза, поглотительно-выделительной способностью растений и дало следующие результаты:

- распашка черноземов и особенно' их орошение при промывном водном режиме способствует увеличению ОВП на 30-100 мЗ и сниже-• нию рН на 0,2-0,6 при наибольших значениях ЕЛ и наименьших рН в фазу цветения кукурузы. При капиллярно-подпертом водном режиме наблюдается снижение ОВ-потенциала на 20-110 мВ и увеличение рН на 0,3-0,4 особенно в послеуборочный период. Суточные колебания ЕЛ и рН (Си) в несколько раз'выше, чек на целине, что свиде -тельстзует о бслыизЛ напряженности физико-химических процессов;

- установлена взаимосвязь динамики Са2+ в суточном цикле с показателнш рН при активности иона на целине в 10-100 раз боль-сей, чем на участках пашни, что связано с изменением физических свойств; ■

- содержание К1" в суточном цикле на участках пашни более чем в 100 раз меньше, чем на целике, что благоприятствует образова -нию смектитов из гкдрослюд;

- на целине активность МИ^ в 10-20 раз вше, чем на пашне. Наблюдается увеличение активности Л^О^ на пашне и соотношение л*Hj : на целине равно 1:1 или 1:3, а на участках пашни 1:10 или 1:100 и более.

II. Орошение в первые годы способствует увеличению урожайности кукурузы на 23$. Вследствие ухудшения состава и свойств черноземов при подъеме грунтовых вод происходит снижение урожайности кукурузы на I40J6.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Тюльпанов В.И., Цховребов B.C. Энергетика и основные причины слитизации черноземов при орошении // Орошаемые черноземы и их рациональное ьспольэовьлие. - Новочеркасск, 1990. - С.18-27.

2. Тюльпанов В.И., Цховребов B.C. Сравнительная характеристика физических свойств и структуоного состояния целинного, неорошаемого и орошаемого карбонатного подтипа чернозема. - Новочеркасск, 1990. - С.39-44.

3. Тюльпанов В.И., Цховребов B.C. Активность нитратной и аммонийной форм азота на карбонатных черноземах в условиях неорошаемой и орошаемой пашни // Тез. аОкл. меавуз. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию Ставрополь -ского СХИ. - Ставрополь, 1991. - С.94-95.

4. Тюльпанов В.И., Цховребов B.C. Эволюционные изменения свойсте карбонатного чернозема в системе целина-пашня-орошаемая пашня. - Абакан, 1992. - С.120-1£2.

5. В коллективе авторов. Указания по рациональному использованию орошаемых черноземов Северного Кавказа и Центрально-Черноземных областей. - Новочеркасск, 1992.- 104 с.

3 6-5 Т10О4« Пе* * "f СС V И ДОг