Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение свойств и водного режима почв поймы р. Москвы под влиянием дренажа, дождевания и сельскохозяйственного использования

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Изменение свойств и водного режима почв поймы р. Москвы под влиянием дренажа, дождевания и сельскохозяйственного использования"

На правах рукописи

РГК од

Беличенко Майя Валериевна | у К,ЛП ^

Изменение свойств и водного режима почв поймы р. Москвы под влиянием дренажа, дождевания и сельскохозяйственного использования

Специальность 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2000

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

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Ф.Р. Зайдельман

Официальные оппоненты - доктор биологических наук, профессор

В.Д. Васильевская - кандидат биологических наук В.Ф. Уткаева

Ведущее учреждение - Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева

Защита состоится " -/7 " _ 2000г. в 15 час. 30 мин. На

заседании диссертационного совета К053.05.16 в аудитории М-2 факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан " /3 " ¿Ыу/и^л^с 2000г.

Отзывы на автореферат просьба направлять по адресу: 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, факультет Почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук Л.Г. Богатырев

/70б4-/^<Г. Г) ' ¿Л/. ЮЗ

Актуальность темы. В Нечерноземной зоне России значительная площадь пойменных почв мелиорирована и более 30 лет (начиная с 19581960 г.г.) используется сельскохозяйственном производстве. Однако сведения, отражающие общие закономерности изменения свойств и режимов пойменных почв разной степени гидроморфизма под влиянием осушения и интенсивного использования в условиях орошения, остаются недостаточными. Последнее ограничивает объективный анализ современного почвообразования в мелиорированных поймах, прогноз происходящих изменений, эффективность использования почв и их мониторинг.

В настоящей работе предпринята попытка решения этих актуальных научных и прикладных вопросов на основе анализа происходящих изменений в тяжелых дерновых зернистых почвах разной степени оглеения, приуроченных к Раменскому расширению поймы р. Москвы. Рассматриваемые почвы являются типичным объектом мелиорации в поймах рек Русской платформы. Возможности такого анализа определялись еще и тем, что до начала проведения мелиоративных работ здесь были выполнены стационарные многолетние исследования свойств и гидрологического режима пойменных почв разной степени гидроморфизма в естественном (немелиорированном) состоянии.

Цель исследований - анализ основных закономерностей изменения свойств и водного режима почв центральной и притеррасной частей пойменной террасы под влиянием современного интенсивного воздействия -дренажа, орошения и возделывания пропашных овощных культур.

Задачи исследований- изучить изменения после 26 лет использования:

1. морфологии пойменных почв разной степени заболоченности;

2. их химических свойств (актуальную, потенциальную и гидролитическую кислотность, содержание гумуса, обменного кальция и магния, валовой состав, содержание железа, извлекаемого 1н. сернокислой вытяжкой);

3. физических и водно-физических свойств мелиорированных почв (гранулометрический и микроагрегатный состав, плотность сложения, общую и агрегатную порозность, агрегатный состав, водопроницаемость);

4. основных элементов водного режима мелиорированных почв.

5. сопоставить полученные данные со свойствами и режимами тех же почв в домелиоративный период.

Научная новизна работы. Установлены закономерности изменения химических и физических свойств пойменных почв разной степени гидроморфизма под влиянием интенсивного антропогенного воздействия. Обнаружены принципиальные изменения их водного режима в рассматриваемых условиях.

Практическая ценность работы. На основе общих закономерностей изменений свойств и режимов рассматриваемых пойменных почв показана конкретная опасность их возможных деградационных трансформаций и сформулированы рекомендации по системе целесообразных мероприятий,

направленных на их защиту.

Апробация. Результаты работы доложены на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова и подкомиссии по мелиорации переувлажненных почв Докучаевского общества почвоведов при РАН.

Публикации. По материалам работы опубликованы три статьи и одни тезисы, одна статья в печати.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах, включает /У таблиц и // рисунков; состоит из введения, 5~ глав, выводов. Список литературы включает /# наименований, в том числе Я1 иностранных.

ВВЕДЕНИЕ

В Нечерноземной зоне России пойменные почвы, отличающиеся высоким потенциальным плодородием, занимают более 5 млн. га. Лимитирующими факторами их использования являются позднее освобождение почвенного профиля от затопления водами весеннего паводка, переувлажнение почв в пониженных элементах рельефа, а также осенние паводки, препятствующие уборке урожая.

В этой связи в 60-е годы во многих поймах рек Нечерноземья были построены осушительно-оросительные системы преимущественно польдер-ного типа. После осушения пойменные почвы использовали для размещения овощных пропашных, чаще всего в монокультуре без включения трав в севообороты с внесением больших доз минеральных удобрений.

В домелиоративный период исследованию почв Москворецкой поймы было уделено значительное внимание. Структура почвенного покрова поймы р. Москвы, их химические и физические свойства изложены в работах А.Н. Тюрюканова (1956); Е.Т. Головиной (1957); Л.А. Рудиной (1959); И.И. Плюснина с соавт. (1960); Т.И. Евдокимовой, Л.А. Гришиной (1963); Ф.Р. Зайдельмана (1963), Г.В. Добровольского (1968) и др. Их водный режим и морфология были исследованы Ф.Р. Зайдельманом (1963, 1975). Химическим свойствам и вопросам применения удобрений посвящены работы Л.И. Кораблевой, (1969; 1974). Сведения об изменении некоторых физических и химических свойств мелиорированных почв приведены в работах А.Д. Сарыкалиной (1958), И.Т. Кузьменко (1968), Т.П. Чиковой (1969), Е.А. Стыциной (1988), М.Е. Гинзбурга (1989), Л.И. Кораблевой, Л.Д. Слуцкой (1991), Л.И. Кораблевой, Л.А. Бойко (1991), С.С. Ванеяна с соавт. (1992), В.Ф. Уткаевой (1994, 1997), В.А. Борисова с соавт. (1997). Н.П.Балабко с соавторами (1991) были предприняты исследования изменения гидроморфных пойменных почв после осушения. Данные об изменении положения уровня грунтовых вод были получены В.А. Штерном (1975). Вместе с тем, в целом работы по изучению изменений почв Москворецкой поймы под воздействием осушительно-оросительной мелиорации и длительного сельскохозяйственного использования остаются непол-

ными. В них, в частности не раскрыты особенности изменения свойств и режимов почв разной степени оглеения под влиянием антропогенного воздействия.

1. Объект исследования.

Исследованные нами почвы расположены на правобережной части Ра-менского расширения долины р. Москвы в центральной и притеррасной частях поймы. Непосредственным объектом исследований явились пойменные дерновые зернистые неоглеенная, глубокооглеенная, глееватая, глеевая и лугово-глеевая тяжелосуглинистые почвы, составляющие единую в геохимическом отношении катену. В исходном состоянии почвы центральной поймы были заболочены, преимущественно, поверхностными намывными русловыми водами, а притеррасья, кроме того, и грунтовыми водами. Свойства и водный режим этих почв были подробно изучены Ф.Р. Зайделъманом в 1960-64 гг. до мелиоративного преобразования рассматриваемой территории. В 1963-64 гг. почвы в условиях польдера были осушены закрытым гончарным дренажем. Орошение проводили водой из р. Москвы с помощью двухконсольных дождевальных агрегатов ДДА-100 М. После завершения строительства мелиоративной системы всю территорию поймы интенсивно использовали для размещения пропашных овощных культур. Почвы неоднократно известковали. При обработке и уборке урожая применяли тяжелую колесную технику. Таким образом, механическая нагрузка на почву на протяжении всего рассматриваемого периода была весьма значительной.

В 1989-91 и 1996гг. нами были предприняты повторные исследования свойств и режимов почв Раменской поймы. Изучали влияние 26-32-х летнего последействия дренажа, дождевания и сельскохозяйственного использования на тяжелые дерновые зернистые неоглеенные и оглеенные почвы. Исходные наблюдения до мелиорации и повторные исследования после 26 лет использования были выполнены в одних и тех же пунктах поймы. Такое сопоставление свойств и режимов почв было произведено впервые.

2. Морфология почв.

Антропогенное влияние на почвенный покров Раменской поймы оказалось неоднозначным. Длительное мелиоративное воздействие существенно не повлияло на морфологию почв. Произошло лишь некоторое ослабление морфохроматических признаков оглеения в поверхностных горизонтах в слоях мощностью 30-60 см. В горизонтах интенсивного оглеения глей редуцированный (вг) трансформировался в глей окисленный (Со). В верхних горизонтах интенсивно оглеенных почв увеличилось скопление аморфного железа. Возросла интенсивность образования железистых чехликов вокруг корней растений на сильнооглеенных почвах. В целом, однако, в профилях всех почв рассматриваемого ряда не обнаружены резкие изменения признаков гидроморфизма по сравнению с их исходными параметрами. Кон-

серватазм морфологии дренированных почв, по-видимому, обусловлен двумя причинами. Во-первых, уплотнением почв при их интенсивной эксплуатации и ухудшением в них воздухообмена. Во-вторых, периодическими переполивами при орошении и длительным сохранением избытка оросительных вод в профиле почв, поскольку осушительно-оросительная сеть была заполнена водой для полива и свободный отток был затруднен. Частое повторение такой ситуации "компенсировало" аэрационное влияние дренажа. Такое предположение подтверждает и то, что в профиле ранее неоглеенных дерновых зернистых почв возникли отчетливые признаки ог-леения. Наиболее определенно они проявились в слое 100-120 см и глубже.

З.Химические свойства почв.

Установлено, что на фоне относительно ограниченного изменения морфологии мелиорированных почв произошло существенное изменение их химических, физических свойств и водного режима.

Химические свойства пойменных осушенных почв изменились под воздействием трех факторов: систематического известкования, дренажа и орошения гидрокарбонатно-кальциевыми водами р. Москвы.

По данным однократного анализа в июне воды р. Москвы характеризуются слабощелочной реакцией (рН 7,70), заметным содержанием Са и Mg (28,9 и 6,8 мг/л), незначительным - железа (2 мг/л), повышенным содержанием нитратов и аммония (22,9 и 158,5 мг/л). В верховодке почв и в водах дренажной сети сохраняется примерно такое же содержание кальция, магния, железа, как и в речных водах. Следует подчеркнуть, что в дренажных водах количество нитратов в 5-10 раз, а аммония в 2-2,5 раза меньше, чем в речных водах.

Оросительные воды и известкование оказали существенное влияние на химические свойства почв (табл.1). Произошла их значительная нейтрализация. Актуальная и обменная кислотность снизились в почвах всего гид-роморфного ряда (их рН повысились на 0,5-1,5). Гидролитическая кислотность уменьшилась по всему профилю глеевой и лугово-глеевой, а также в верхних горизонтах глубокооглеенной и глееватой почв. Сумма поглощённых оснований возросла по профилю всех почв. Степень насыщенности основаниями возросла в глеевой и лугово-глеевой почвах. В целом следует признать, что по рассмотренным параметрам произошли положительные изменения химических свойств почв рассматриваемой системы.

Однако длительное использование пойменных почв исходно весьма богатых органическим веществом в пропашных овощных севооборотах без травосеяния и без внесения органических удобрений привело к существенной минерализации и сработке гумуса верхних горизонтов. Так, в горизонте А пах содержание гумуса уменьшилось в 1,5-2,5 раза (табл.1). Этому способствовала также смена застойного водного режима на застойно-промывной в результате дренажа и орошения.

Изменение химических свойств дерновых зернистых пойменных почв разной степени гидроморфизма в результате осушения, дождевания и использования (1960г.- до осушения; 1990г.- 26 лет действия дренажа)*)

Гидролитиче- Поглощенный Сумма по- Степень

Почва Глуби- Гумус, рН вод- рН солевой ская кислот- глощенных насыщен-

на, % ной вы- вытяжки ность Ca Mg оснований ности, %

см тяжки мг/экв на 100 г почвы

1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990

Глубко- 0-30 8,62 2,64 6,50 7,11 5,80 5,94 3,0 1,8 25,4 32,4 5,4 9,0 30,8 41,4 91 96

оглеенная 38-48 2,00 2,19 6,20 6,65 5,60 5,68 1,6 2,7 19,3 33,3 4,7 11,5 24,0 44,8 94 94

66-97 2,89 2,73 6,10 6,12 4,90 5,75 5,2 5,6 26,0 36,4 4,4 10,4 30,4 46,8 85 89

Глееватая 0-29 5,66 4,12 5,90 7,51 5,25 6,75 4,7 1,4 23,2 31,8 4,1 10,4 27,4 42,2 85 97

29-40 2,56 2,01 6,35 6,75 4,90 5,55 2,6 2,9 20,8 31,0 4,4 9,7 25,2 40,7 91 93

70-90 1,35 1,69 6,00 6,35 4,80 5,05 2,2 3,0 24,0 32,2 5,4 10,3 29,4 42,5 93 93

Глеевая 0-25 5,58 3,33 5,30 7,13 4,90 6,26 11,7 1,7 24,7 29,5 5,2 9,0 29,9 38,5 72 96

25-35 2,50 2,27 5,70 7,10 4,95 6,07 4,0 2,0 20,5 34,8 5,8 10,3 26,3 45,1 87 96

45-82 1,57 1,50 6,25 6,58 5,10 5,25 4,4 3,4 24,2 28,4 6,0 10,3 30,2 38,7 88 92

82-100 Не опр. 6,30 6,60 5,00 5,14 7,4 5,4 23,7 36,7 5,6 11,7 29,3 48,4 79 90

Лугово- 0-8 Не 7,46 5,60 6,15 4,75 5,32 26,0 6,0 23,0 36,3 4,4 9,1 27,4 45,4 51 88

глеевая**) 8-24 опр. 7,96 5,50 6,18 4,90 5,32 9,1 5,9 20,5 33,6 4,4 п,о 24,9 44,6 73 88

24-50 Не 10,04 5,60 6,22 5,10 5,26 8,0 6,2 24,8 37,5 4,3 10,3 29,1 47,8 85 89

75-90 опр. 20,57 Не 6,20 Не 5,47 16,3 10,2 39,1 45,4 5,9 14,7 45,0 60,1 73 85

опр. опр.

*) - дренаж построен в 1964 г.

**) - до осушения - торфянисто-глеевая.

Общие запасы гумуса (табл.2) в слое 0-80 см наиболее заметно снизились в глубокооглеенной почве, где капиллярная кайма верховодки опустилась после осушения на максимальную глубину. В глееватой и в глеевой почвах запасы гумуса уменьшились не столь существенно. Практически не произошло изменения его общих запасов в слоях 20-50 и 50-80 см.

При оценке особенностей общего валового химического состава пойменных почв во вторичных условиях (табл.3) необходимо отметить ряд закономерных изменений, которые можно связать с антропогенным воздействием на рассматриваемые почвы.

Они проявляются в следующем. Все почвы после длительного мелиоративного и сельскохозяйственного влияния характеризуются, во-первых, резким падением потерь при прокаливании в поверхностном горизонте (на 1,53,0%), что обусловлено, потерей гумуса. Во-вторых, в профиле всех почв наблюдается отчетливое увеличение содержания валовых форм кальция на 0,51,4 % и магния на 0,6-1,6 % в результате систематического известкования и частых поливов гидрокарбонатно-кальциевыми водами р. Москвы. В притеррасной пойме произошло наибольшее увеличение содержания кальция (на 3,6 % в профиле лугово-глеевой почвы на глубине 75-90 см). Последнее связано с усилившимся влиянием не только антропогенного, но и гидрогенного фактора, обусловленного поступлением минерализованных грунтовых вод на осушенную притеррасную пойму. В-третьих, дренаж, периодические переполивы и связанный с ними пульсирующий режим кратковременного глееобра-зования являются причиной активного выноса из профиля всех почв марганца, элемента, обладающего большой миграционной способностью. Несколько снизилось общее содержание кремнезема, возможно, в результате выноса аморфного кремния с дренажными водами, особенно активно происходившего сразу после строительства дренажной системы (Добровольский, 1968).

Содержание валового железа в мелиорируемых пойменных почвах изменилось весьма неоднозначно. В почвах начальных стадий оглеения можно проследить определенное накопление железа, поскольку после дренажа

Таблица 2

Запасы гумуса (т/га) в почвах Раменской поймы р. Москвы до и после мелиорации.

Глубина, см 1960 1990

Глубокооглеенная

0-20 186,2 64,5

20-50 69,6 82,2

50-80 90,2 90,9

0-80 346,0 239,6

Глееватая

0-20 122,3 105,5

20-50 79,1 80,2

50-80 46,2 59,8

0-80 247,6 245,5

Глеевая

0-20 111,6 66,8

20-50 81,8 89,2

50-80 57,8 47,3

0-80 251,2 203,1

Изменения валового химического состава дерновых зернистых пойменных почв разной степени гидромор-физма под влиянием дренажа, орошения и использования

Глубина, см Потеря от прокаливания, % 8Ю2 а1203 Рс203 МпО ТЮ2 р2о5 СаО м80

% на прокаленную навеску

1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990

Глубокооглеенная

0-30 38-48 66-97 97-120 12,22 5,92 7,90 6,96 9,86 7,44 6,88 7,78 71,55 73,07 70,13 66,60 71,64 70,06 65,99 65,79 15,08 14,41 16,24 15,44 13,52 14,95 17,82 16,26 6,18 5,80 7,16 9,37 6,56 7,52 8,42 9,75 0,22 0,22 0,29 0,44 0,17 0,15 0,14 0,19 0,86 0,82 0,93 1,35 1,00 0,99 0,99 1,05 0,39 0,31 0,38 0,32 0,27 0,49 0,46 0,43 2,06 1,27 1,31 1,56 2,69 2,54 2,41 2,62 1,29 1,27 1,51 1,69 2,43 2,49 2,49 2,72

Глееватая

0-29 29-40 70-90 90-120 10,12 6,70 6,36 8,69 8,72 7,07 6,77 10,03 71,51 71,30 70,00 65,22 70,43 70,62 69,93 65,76 14,11 15,22 15,89 21,37 14,62 15,27 15,04 17,97 6,56 6,54 7,69 6,59 6,83 6,85 7,59 7,78 0,22 0,15 0,46 0,16 0,15 0,16 0,14 0,18 0,98 1,32 0,75 0,97 0,95 1,00 0,98 1,04 0,36 0,35 0,49 0,35 0,46 0,37 0,48 0,46 1,34 1,55 1,55 1,48 2,76 2,31 2,31 2,41 1,25 1,11 1Д1 1,55 2,67 2,44 2,71 2,66

Глеевая

0-25 25-35 45-82 82-100 10,16 7,16 7,88 8,95 8,38 7,55 6,93 10,41 70,05 72,10 70,90 65,79 70,07 71,61 70,12 65,21 13,61 14,12 16,48 19,47 14,87 14,90 15,92 19,15 7,88 6,81 6,48 9,69 6,69 6,74 6,33 8,73 0,20 0,15 0,11 0,34 0,17 0,16 0,10 0,13 1,44 1,23 1,25 1,34 0,93 0,98 0,99 1,06 0,43 0,40 0,40 0,50 0,41 0,39 0,29 0,28 1,48 1,31 1,19 1,38 2,38 2,66 2,28 2,79 1,25 1,22 1,68 1,49 2,74 2,62 2,57 2,81

Лугово-глеевая

8-24 24-50 75-90 17,76 8,59 23,83 14,28 11,03 29,88 69,88 68,54 61,65 68,91 66,38 60,54 15,47 14,91 21,80 15,12 14,86 19,08 8,49 6,66 7,33 8,60 7,19 7,76 0,18 0,09 0,09 0,09 0,10 0,06 1,90 1,35 1,65 0,94 0,94 1,01 0,59 0,37 0,37 0,46 0,53 0,33 1,37 1,45 2,84 2,64 2,64 6,45 1,77 1,05 2,04 2,38 2,59 3,11

они оказались в относительно автоморфном режиме, при котором возможна аккумуляция этого элемента из вод верховодки. Несущественный вынос железа из всего профиля глеевых почв может быть связан с частой сменой аэробных и анаэробных условий на фоне застойно-промывного водного режима. Наконец, в лугово-глеевых почвах в результате поступления грунтовых ожелезненных вод и усиления аэрации наблюдается некоторое накопление валового железа. Для фосфора характерны такие же закономерности перераспределения, что и для железа. По-видимому, этот элемент мигрирует в пойменных почвах в виде фосфатов закиси железа и закрепляется при осушении в виде фосфатов окиси железа.

Глубокая трансформация водного режима с резкими переходами от анаэробных условий во время паводков к сухому состоянию после сброса дренажных вод привела к существенным преобразованиям железа, извлекаемого 1 н. сернокислой вытяжкой (табл.4).

Таблица 4

Изменение содержания железа, извлекаемого 1 н. Н28С>4 вытяжкой, в пойменных почвах в результате орошения, дренажа и использования

Почва Глубина, 1960 1990 1996

см мг/100г почвы

Бе2+ Бе* Бе* Бе Ре*

Глубоко- 0-30 155 999 18 571 16 607

оглеенная 30-38 117 1002 14 596 38 653

38-48 77 1006 19 591 23 714

48-66 155 1010 15 607 19 695

66-97 197 1048 18 604 18 706

97-120 210 1055 17 605 22 708

Глееватая 0-29 194 1299 21 562 24 685

29-40 198 1305 13 597 14 697

40-54 198 1310 16 615 16 685

54-70 202 1320 14 596 23 740

70-90 218 1349 15 611 16 701

90-120 233 1399 17 540 21 647

Глеевая 0-25 198 1799 19 564 22 817

25-35 202 1799 18 545 30 747

35-45 206 1690 12 531 15 747

45-82 222 1848 20 562 9 671

82-100 233 1998 20 570 22 769

Лугово- 0-8 899 2897 39 536 37 671

глеевая 8-24 1249 2000 47 534 37 690

24-50 1499 300 37 530 51 732

50-75 1200 300 62 540 68 418

75-90 не о пр. 200 62 451 149 290

Во всех почвах содержание записного железа уменьшилось в 10, а в лу-гово-глеевой в 20-40 раз по сравнению с исходным состоянием. Содержание окисного железа уменьшилось в 2-4 раза. До осушения концентрации окисного железа в почвах закономерно повышались с усилением гидро-морфизма (за исключением нижних горизонтов лугово-глеевых почв). После длительного осушения во всех почвах содержание железа оказалось однородным по профилю. Только в глубоких слоях профиля лугово-глеевой почвы высокое содержание закисного железа (70-150 мг/100г почвы) и низкое окисного (400 мг/100г почвы) свидетельствуют о длительных анаэробных условиях.

Во всех осушенных почвах общее количество железа, извлекаемого 1 н. сернокислой вытяжкой (табл.5), в основном резко уменьшилось и не превышает 1% от прокаленной навески, тогда как до осушения оно составляло от 2 до 5%. Таким образом, до осушения такое железо составляло половину массы валового железа, после осушения - только 11-14 %.

Таблица 5

Изменение содержания железа, извлекаемого 1 н. сернокислой вытяжкой, и валового железа в пойменных почвах в результате дренажа, дождевания и использования

Почва Глубина, Fe2Ö3 (зак.+ок.) в БегОз валовое % Fe в 1 н.

см 1 н. H2S04 H2S04

% от прокаленной навески от валового Fe

1960 1990 1960 1990 1960 1990

Глубоко- 0-30 2,03 0,93 6,18 6,56 32,85 14,18

оглеенная 38-48 1,90 0,91 5,80 7,52 32,75 12,10

66-97 2,02 0,96 7,16 8,42 28,21 11,40

97-120 2,00 0,97 9,37 9,75 21,34 9,95

Глееватая 0-29 2,46 0,91 6,56 6,83 37,50 13,32

29-40 2,37 0,93 6,54 6,85 36,24 13,58

70-90 2,45 0,96 7,69 7,01 31,86 13,69

90-120 2,59 0,89 6,59 7,78 39,30 11,44

Глеевая 0-25 3,26 0,88 7,88 6,69 41,37 3,15

25-35 3,03 0,84 6,81 6,74 44,49 12,46

45-82 3,26 0,89 6,48 6,33 50,31 14,06

82-100 3,53 0,94 9,69 8,73 36,43 10,77

Лугово- 8-24 5,65 0,97 8,49 8,60 66,55 11,28

глеевая 24-50 2,82 0,90 6,66 7,19 42,34 12,52

75-90 не опр. 1,04 7,33 7,76 не опр. 13,40

Такие преобразования железа могли явиться причиной изменения водо-прочности агрегатов после осушения, а также появления новых структурных образований железистой природы. Эти вопросы рассмотрены ниже.

Наряду со значительными изменениями химического состава мелкозема произошли преобразования марганцево-железистых конкреций пойменных почв (эти наблюдения выполнены совместно с A.C. Никифоровой). Общая масса конкреций резко уменьшилась после дренажа. В исходном состоянии пойменные почвы содержали 6-38 грамм ортштейнов больше 1 мм на дм3 почвы. В период повторных исследований их количество не превышало 1-Зг/дм3. При этом в лугово-глеевой почве до осушения новообразования отсутствовали. Вместе с тем, после осушения здесь появились крупные железистые трубчатые новообразования (в слое 38-50 см -1,3 г/дм3; в слое 50-75 см -1,5 г/дм3).

Рассмотренные изменения химических свойств пойменных почв разной степени гидроморфизма являются закономерным отражением трансформации водного режима и мероприятий по их сельскохозяйственному использованию.

4. Физические свойства почв.

Дренаж, орошение, использование в овощных севооборотах, обработка тяжелой техникой оказали существенное влияние на физические свойства пойменных почв. Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что нами установлены определенные изменения такого, казалось бы, стабильного свойства почв, как их гранулометрический состав (табл.6). Исходя из общих представлений, можно было предположить, что в пойменных почвах после осушения происходит активный лессиваж. Однако данные гранулометрического состава не подтвердили это предположение. Установлено, что содержание физической глины в верхней полуметровой толще осушенных пойменных почв несколько повысилось или осталось прежним. При этом в нижних, исходно наиболее тяжелых слоях, наблюдается определенная тенденция облегчения гранулометрического состава. Содержание физической глины уменьшилось здесь на 7-18%. Вместе с тем во всех слоях осушенных почв появилась фракция мелкого песка, которой практически не было ранее в исходных почвах. Особенно значительные её количества обнаружены в нижних горизонтах. При специальном изучении было установлено, что этот песок представлен темно-бурыми агрегатами, которые не разрушились при обработке почвы по методу Качинского. Объяснением такого явления может служить то обстоятельство, что наилки и почвы Нижнемоскворецких пойм отличаются высокой микроагрегированностью. После смены гидроморфных условий в осушенных пойменных почвах на авто-морфные, микроагрегаты, состоящие из илистой фракции, прочно цементировались оксидами и гидроксидами трехвалентного железа, что и явилось причиной появления в осушенных почвах столь прочных агрегатов, составивших фракцию мелкого песка. Следствием этого процесса явилось относительное общее облегчение гранулометрического состава осушенных пойменных почв.

Изменение гранулометрического состава дерновых зернистых оглеенных почв в результате осушения, дождевания и использования (1960г.-до осушения; 1990г.- 26 лет действия дренажа)

Почва Глуби- Потеря при Размер фракций, мм; содержание %

на, промыв., % 1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0.001 <0,01

см 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990

Глубко- 0-30 0,8 2,7 0 0 3,2 6,9 44,0 39,7 16,3 14,0 17,9 16,7 18,6 20,0 52,8 50,7

оглеен- 30-38 1,7 2,7 0 0 0 9,3 52,4 34,3 18,6 13,6 13,3 21,3 15,8 21,5 47,6 56,4

ная 66-97 0,8 5,2 0 0,3 0 20,8 39,8 20,3 15,8 11,4 23,2 21,1 21,2 25,9 60,2 58,6

97-120 1,8 3,6 0 1,3 0 13,6 23,7 15,4 18,1 9,6 19,7 26,7 38,5 33,4 76,3 69,7

Глеева- 0-29 0,7 4,2 0 од 0 5,9 42,2 36,7 8,0 12,2 20,5 17,9 19,3 27,3 57,8 57,4

тая 40-54 0,3 ЗД 0 0,1 1,7 6,0 37,8 32,6 12,5 13,2 21,6 20,0 26,4 28,1 60,5 61,3

70-90 2,1 3,7 0 0,4 3,2 8,3 39,7 29,6 12,7 15,4 11,6 20,1 32,8 26,6 57,1 62,1

90-120 5,8 3,7 0 0 5,4 15,0 15,1 24,1 10,3 9,5 45,0 27,3 24,2 23,8 79,5 60,6

Глеевая 0-25 4,9 3,0 0 0,1 0,8 з,з 53,8 37,9 15,6 16,1 18,2 19,7 11,6 23,0 45,4 58,8

25-35 0,3 3,5 0 0,2 0,9 1,4 36,6 36,4 19,0 15,6 23,8 20,3 20,5 25,7 63,3 61,6

47-82 1,4 3,8 0 0,1 1,0 19,2 22,5 12,3 20,6 10,0 25,8 28,2 30,1 30,0 76,5 68,2

наилок не 2,3 не 0 не 4,7 не 29,8 не 12,4 не 26,1 не 25,0 не 63,5

из дрен опр. опр. опр. опр. опр. опр. опр. опр.

82-100 1,5 2,6 0 0,1 0,4 13,2 12,4 12,2 12,0 9,3 22,6 28,1 52,6 37,1 87,2 74,5

Лугово- 8-24 не опр 3,5 не опр 0,2 не опр 10,3 не опр 29,5 не опр 14,5 не опр. 26,0 не опр. 19,6 не опр 60,1

глеевая 24-50 2,3 3,9 0 0,1 0,6 8,2 25,5 29,6 18,7 16,2 18,0 24,8 37,2 21,3 73,9 62,1

50-75 не опр 5,5 не опр. 0 не опр 26,4 не опр 12,9 не опр 10,4 не опр. 28,7 не опр. 21,6 не опр 60,7

75-90 не опр 5,5 не опр. 0 не опр 31,4 не опр 18,4 не опр 25,6 не опр. 24,6 не опр. 19,4 не опр 69,6

Отсутствие в изучаемых почвах лессиважа подтверждает анализ их микроагрегатного состава (табл.7). Он показал, что в осушенных дерновых зернистых почвах практически отсутствует илистая фракция (0,2-0,6%) и фракция физической глины (0,8-2,5%), содержание крупной пыли незначительно (1,7-4,6%), основную часть микроагрегатов составляют фракции мелкого и среднего песка (42,9-73,1% и 19,4-54,2 % соответственно).

Таблица 7

Микроагрегатный состав дерновых зернистых почв разной степени оглеения

Почва Глубина, Размер фракций, мм; содержание в %

см 1-0,25 0,25- 0,05- 0,01- 0,005- <0,001 <0,01

0,05 0,01 0,005 0,001

Глубоко- 0-30 19,4 74,1 4,6 0,8 0,6 0,5 1,9

оглеен- 38-48 32,0 63,1 2,6 1,0 1,0 0,3 2,5

ная 48-66 39,6 57,7 1,7 0,3 0,5 0,2 1,0

66-97 53,0 43,8 1,5 0,6 0,5 0,6 1,7

97-120 27,9 66,8 3,4 0,9 0,4 0,6 1,7

Глеева- 0-29 39,1 57,8 2,2 0,4 ОД 0,4 0,9

тая 29-40 42,9 54,0 2,0 0,6 0,2 0,3 1,1

40-54 54,2 42,9 2,1 0,4 0,0 0,4 0,8

70-90 32,8 63,1 2,7 0,7 0,5 0,2 1,4

Из изложенного следует, что илистые почвенные частицы в пойменных почвах практически полностью агрегированы и их дифференцированный вынос невозможен. Отсутствие выноса илистой фракции подтверждает, в частности и то, что мелкозем из дрены имеет такой же гранулометрический состав, что и почва над дреной (табл.6). Таким образом, не лессиваж, а относительное вторичное увеличение содержания песчаной фракции, по нашему мнению, явилось причиной видимого облегчения гранулометрического состава нижних горизонтов практически всех пойменных почв.

Систематическая обработка, дренаж и дождевание вызвали существенные и статистически достоверные (с вероятностью 0,95 и 0,90%) изменения плотности сложения почв и их порозности.

Наибольшее увеличение плотности сложения всех почв произошло в подпахотном горизонте на глубинах 20-40 см (табл.8). Здесь плотность сложения возросла с 0,9-1,1 до 1,33-1,38 г/см3. Таким образом, непосредственно под пахотным горизонтом возник наиболее уплотненный горизонт. Поскольку в этом слое не установлено накопления ила, то его происхождение вызвано интенсивным давлением на почвы тяжелых сельскохозяйственных машин. Ниже подпахотного горизонта в профиле неоглеенных почв до глубины 1м наблюдается достоверное, но менее выраженное увеличение плотности сложения (с 0,98-1,11 до 1,07-1,37 г/см3).

Таблица 8.

Изменение плотности сложения дерновых зернистых почв под влиянием дренажа, орошения и использования.

Дерновые зернистые почвы

Глуби- Неоглеен- Глубоко- Глееватая Глеевая Лугово- глеевая

на, ная оглеенная

см 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1960 1990 1996 1960 1990

0-10 0,91 1,07 1,04 1,23 1,08 1,28 0,92 1,23 1,07 0,44*) 1,07+)

10-20 0,92 1,23 1,11 1,32 1,07 1,27 1,07 1,23 1,03 0,79 1,29

20-30 0,92 1,32 1,11 1,35 1,03 1,33 1,08 1,38 1,19 1,09 1,15

30-40 1,04 1,34 1,18 1,21 1,03 1,38 1,08 1,35 1,20 1,09 1,06

40-50 1,04 1,22 1Д8 1Д8 1,03 1,29 1,12 1,19 1,14 1,04 1,05

50-60 1,05 1,25 1,02 1,07 1Д9 1,17 1,12 1,14 1,14 1,04 1,05

60-70 1,05 1,25 1,02 1,07 1,19 1,17 1,12 1,14 Не опр. 1,04 1,05

70-80 0,98 1,32 1,07 1,13 1,19 1,16 1,12 1,10 Не опр. Не опр. 1,04

80-90 0,98 1,31 1,07 1,17 1,11 1,18 1,02 1,11 Не опр. Не опр. 1,04

90-100 1,03 1,32 1,11 1,17 1,11 1,16 1,02 1,03 Не опр. Не опр. Не опр.

0-30 0,92 1,20 1,08 1,30 1,06 1,29 1,02 1,28 1,10 0,76 1,17

0-100 0,99 1,29 1,09 1,19 1,10 1,18 1,06 1Д9 - - -

До осушения - торфяный горизонт; после осушения - дерновый.

В глубокооглеенных, глееватых и глеевых почвах глубже 50-60 см плотность сложения увеличилась несущественно. Наконец, в лугово-глеевых почвах с глубины 30 см изменения плотности сложения практически не обнаружены. Заслуживает внимания то обстоятельство, что через 56 лет после уменьшения нагрузки на почву и её залужения, произошло разуплотнение и частичное восстановление исходно низкой плотности сложения пойменных почв (табл.8, глеевая почва, 1996 г.).

Длительное сельскохозяйственное использование почв в овощных севооборотах оказало существенное влияние на их порозность (табл.9). Однородная и высокая общая порозность почв до осушения (55-60%) снизилась в подпахотном горизонте после осушения и длительного использования до 48-50%. Последнее произошло, главным образом, в результате уменьшения межагрегатной порозности в подпахотном горизонте осушенных почв (с 23-40% в пахотном горизонте до 14-18% в подпахотном горизонте). Порозность же агрегатов в подпахотном горизонте не отличается от вышележащих и нижележащих слоев.

Физическое состояние почв в значительной мере определяется их агрегатным составом (табл. 10). После осушения дерновые зернистые почвы на протяжении длительного периода использовали под овощные культуры, а лугово-глеевые почвы распахивали лишь в засушливые годы. В настоящее время верхние горизонты практически всех дерновых зернистых почв

Таблица 9

Общая и дифференциальная порозность неосушенных и осушенных пойменных почв

Порозность,%

Почва Глубна, Общая Агрегатов Агрегатная Межаг-

см 3-5 мм суммарная регатная

1960 1990

Неогле- 0-25 65,0 54,8 39,9 30,0 24,8

енная 25-42 61,8 50,2 40,0 33,2 17,0

42-65 60,0 49,8 40,2 33,7 16,1

65-80 62,5 50,6 36,7 28,7 21,9

80-105 61,8 50,9 35,9 27,5 23,4

105-140 55,6 52,9 36,0 26,5 26,4

Глубоко- 0-30 57,7 51,1 43,6 37,8 13,3

оглеенная 30-38 54,0 49,1 42,6 37,3 11,8

38-48 54,0 55,3 40,9 31,0 24,3

48-66 61,0 58,7 40,9 28,6 30,1

66-97 60,5 57,5 37,1 25,2 32,3

97-120 59,0 54,1 33,0 22,6 31,5

Глееватая 0-29 58,1 50,8 37,0 28,9 21,8

29-40 61,0 48,5 40,3 34,7 13,8

40-54 61,0 53,7 39,3 29,9 23,8

54-70 57,3 56,6 38,9 27,6 29,0

70-90 55,0 56,7 38,4 27,0 29,7

90-120 55,5 56,0 34,6 23,3 32,7

Глеевая 0-25 61,1 61,5 37,0 22,7 38,8

25-35 62,0 48,3 36,5 29,7 18,6

35-45 58,9 51,3 39,9 32,3 19,0

45-62 58,0 58,2 31,5 18,8 39,4

62-82 59,0 57,9 30,9 18,8 39,1

82-100 61,0 60,3 27,5 15,0 45,3

Лугово- 0-8 80,0 59,2 39,7 26,9 32,3

глеевая 8-24 68,3 50,4 39,7 32,6 17,8

24-50 60,0 58,4 44,4 32,6 25,8

50-75 60,0 56,5 39,8 28,9 27,6

75-90 не опр. 53,8 29,3 19,1 34,7

в полуметровой толще характеризуются максимальным выходом фракции <0,25мм (40-60%). Глубже содержание этой фракции резко сокращается до 9-30% на фоне одновременного роста содержания фракции 1-2 мм (3050%). В лугово-глеевых почвах практически все горизонты отличаются невысоким выходом фракции <0,25 мм (7-14%). Здесь доминируют агрегаты крупнее 5 мм (до 35% в подпахотных горизонтах.)

Агрегатный состав осушенных дерновых зернистых почв разной степени оглеения (фракционирование в воде, метод Саввинова)

Почва Глубина, Размер фракций, мм; содержание в % на сухую на-

см веску

7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 <0,25

Неогле- 0-25 3 2 3 13 8 8 63

енная 25-42 0 0 1 7 15 12 65

42-65 0 2 6 5 12 13 62

80-105 0 5 27 35 14 7 12

105-140 0 1 7 28 13 10 41

140-150 1 5 12 37 18 10 17

Глубоко- 0-30 0 0 2 10 21 18 49

оглеен- 30-38 0 0 0 9 14 20 57

ная 38-48 0 0 1 12 18 16 53

48-66 0 0 1 21 13 15 50

66-97 0 1 12 40 8 8 31

97-120 0 2 11 50 13 9 15

Глеев а- 0-28 1 2 5 13 12 8 49

тая 28-40 0 0 1 9 21 19 50

40-54 0 0 1 10 22 21 46

54-70 0 4 7 25 20 12 32

70-80 0 3 4 19 13 15 46

80-92 0 4 8 22 16 13 37

92-105 0 7 15 34 11 8 25

Глеевая 0-22 0 3 3 7 17 11 59

22-38 4 3 3 17 23 12 38

38-47 0 3 5 26 17 15 34

47-62 1 6 12 30 13 И 27

62-89 1 5 31 37 13 4 9

89-110 2 9 21 34 9 4 21

Лугово- 0-8 16 13 14 21 5 6 25

глеевая 8-24 31 17 12 16 8 5 11

24-50 35 17 11 12 6 5 14

50-75 3 14 29 31 7 3 13

75-90 26 20 21 20 4 2 7

Сопоставление результатов водного просеивания почв в исходном состоянии под луговой растительностью, после осушения и агрономического воздействия (табл.11) показывают, что в процессе 26-летнего использования не произошло резкого изменения структуры подпахотных горизонтов.

В горизонтах 35-50 см мелиорированных почв выход фракции <0,25 мм такой же, как и до осушения (за исключением глееватых почв). В более глубоком горизонте (70-90см) в профиле всех почв после мелиорации установлено весьма существенное (в 1,5-2,5 раза) уменьшение выхода фракции менее 0,25 мм. Одновременно во всех почвах после осушения наблюдается увеличение агрономически ценной фракции 3-0,25 мм. В дерновых зернистых почвах её содержание увеличивается на 15-70%, в лугово-глеевых возрастает более чем в 2 раза.

Это позволяет признать, что в подпахотных горизонтах рассматриваемых почв после осушения структура либо не ухудшается, либо происходит определенное улучшение агрегатного состава.

Таблица 11

Агрегатный состав подпахотных горизонтов дерновых зернистых почв до и после осушения (фракционирование почвы в воде, метод Саввинова)

Почва Глуби- Размер фракций , мм; содержание , %

на,см >3 3-0,25 <0,25

1960 1990 1960 1990 1960 1990

Глубоко- 35-50 0 0 40 47 60 53

оглеенная 70-90 0 0 40 75 60 25

Глееватая 35-50 0 0 40 54 60 47

70-90 0 3 40 55 60 42

Глеевая 35-50 2 3 68 64 30 33

70-90 4 6 74 85 22 9

Лугово- 35-50 4 36 70 38 26 14

глеевая 70-90 68 46 16 45 16 9

Уплотнение подпахотных горизонтов, уменьшение межагрегатной по-розности, распыление пахотного горизонта при обработке явились причинами существенного изменения водопроницаемости и коэффициента фильтрации пахотных горизонтов всех почв (табл.12). Кф (с поверхности) снизились в 10-30 раз и перешли из категории очень высокой, высокой и средней водопроницаемости в категорию очень низкой по шкале Р. Эг-гельсманна (1984). Если учесть, что значения Кф<0,05 м/сут свидетельствуют о приобретении горизонтом свойств водоупора, то очевидна возможность длительного застоя влаги на поверхности этих почв и вымокания возделываемых культур, несмотря на наличие дренажа. Однако глубже 40 см в почвах сохраняются удовлетворительные фильтрационные свойства (Кф - 0,25-0,30 м/сут - средние значения фильтрации по шкале Эггельс-манна).

Коэффициент фильтрации (м/сут) пойменных почв и его изменения после осушения, дождевания и использования (метод заливаемых квадратов H.A. Каминского)

Угодье Глубина установки рам Почва

Неоглеен-ная Глубоко-оглеенная Глееватая Глеевая

Луг неосушен-ный, 1960 г. С поверхности 2,60 0,58 0,30 0,16

С 40 см 0,43 Не опр. Не опр. Не опр.

Пашня дренированная и орошаемая, 1990 г. С поверхности 0,09 0,03 0,04 0,02

С 40 см 0,25 0,31 Не опр. Не опр.

Следовательно, для восстановления хороших фильтрационных свойств пойменных почв необходимо устранение отрицательного влияния вторичного водоупора, находящегося на глубине 20-40 см, и улучшение структурного состояния пахотного горизонта. Эти задачи могут быть решены с помощью рыхления почв на глубину, не превышающую 40-45 см. Такое рыхление восстановит гидравлическую связь пахотного и подпахотных хорошо водопроницаемых горизонтов, стабильно сохраняющих исходную небольшую плотность сложения (0,9-1,1 г/см3). Максимальная глубина рыхления (до 70 см) может оказаться целесообразной только для неоглеен-ных дерновых зернистых почв, в которых уплотнение подпахотных горизонтов распространяется очень глубоко. Для восстановления структуры пахотного горизонта необходимо использование почв в травопольных севооборотах.

Изложенное позволяет признать, что отсутствие лессиважа, высокая агрегированность, стабильная агрегатная порозность, удовлетворительные фильтрационные свойства с глубины 40 см свидетельствуют об определенной устойчивости физических свойств этих почв перед факторами внешнего воздействия. Основное внимание в этом случае должно уделяться защите почв от переуплотнения подпахотного слоя.

5. Водный режим пойменных почв.

Наряду с изучением изменений физических свойств пойменных почв, важна оценка вторичной трансформации водного режима. Изучение водного режима неосушенных почв в Раменской пойме было проведено Ф.Р. Зайдельманом в 1960-1964гг (рис.1). В исходном состоянии тяжелые пойменные почвы отличались от дерново-подзолистых почв такого же гранулометрического состава тем, что в их профиле не возникали очаги подве-

шенной гравитационной влаги и верховодки. В них отсутствовали локальные водоупорные горизонты в подпахотном слое, почвы имели значительную порозность по всему профилю и весьма высокие Кф. Отсутствие двухъярусной верховодки исключало необходимость выполнения мероприятий по ускорению поверхностного стока.

Погодные условия периода повторных наблюдений отличались следующими особенностями: 1989 г. был близок к среднемноголетней норме по количеству выпавших осадков и сопоставим с 1961 г., 1990 г. был близок по метеорологическим условиям к весьма влажному 1962 г. Полученные данные позволяют, прежде всего, обратить внимание на некоторые принципиальные изменения гидрологического режима пойменных почв, обусловленные их вовлечением в интенсивные овощные севообороты и уплотнением подпахотных горизонтов (рис.2). В результате произошедших изменений во всех дерновых зернистых неоглеенных и оглеенных почвах на глубинах 25-40 см отчетливо прослеживается застой гравитационной влаги и формирование четко выраженных очагов верховодки. Такое состояние имеет место, как во влажные, так и в средние годы. Отрицательное агрономическое значение этого явления и его мелиоративная актуальность очевидны. В профиле пойменных почв из-за уплотнения подпахотных слоев и снижения вертикальной фильтрации на порядок и более после 26-летней эксплуатации возникают условия для формирования двухъярусной верховодки.

В этом смысле гидрологический режим тяжелых пойменных почв после их осушения и вовлечения в орошаемые пропашные севообороты приближается по своим принципиальным особенностям к гидрологии болот-но-подзолистых тяжелых почв с отчетливо выраженным элювиально-иллювиальным профилем.

Вторичное появление в подпахотных слоях зоны уплотнения и их неблагоприятное водно-воздушное состояние отчетливо прослеживается и по графикам воздухоносной порозности (рис.3). Так, в исходных дерновых зернистых почвах воздухоносная порозность в средний по влажности год в корнеобитаемой толще колебалась в интервале от 12 до 35%, т.е. была благоприятна для развития корней растений в течение вегетации. Однако после дренажа и 26-летнего использования подпахотный горизонт этих почв отличался устойчивой неблагоприятной воздухоносной порозностью - 68% и менее 6% независимо от влажности года. Причем на плужной подошве периодически возникала верховодка, которая во влажные годы удерживалась на протяжении 2,5-3 декад, нередко приобретая двухъярусный характер.

Количество осадков, мм

1962 г.

36 -

12 л 1 й 1А1 III I , 1,1, ||||, , 1 . 1

Г.° С 24

д- - - - - 1 Л' 1'] 1 1 1 Н 1 1 1 1 1

26 11 13 6 15 23 4 16 31 15 29 8 19 29 10

IV V VI VII VIII IX X

' П32

4 ЕЕЗ-5

Рис. 1. Основные элементы водного режима тяжелых пойменных почв до осушения во влажный (1962) год.

Влажность в хроноизоплетах и категориях. Почвы - дерновые зернистые: а)- неоглеенные; б)- глубокооглеенные; в)- глееватые; д)- лугово-глеевые (до осушения - торфянисто-глеевые). Категории влаги: 1- менее влажности разрыва капиллярной связи (< ВРК); 2-ВРК- ППВ (предельная полевая влагоемкость); 3- 1ШВ-0,9ПВ (полной влагоемкосги); 4- 0,9ПВ-ПВ; 5- ПВ (верховодка).

Рис. 2. Основные элементы водного режима осушенных тяжелых пойменных почв во влажный (1990) год.

Почвы и категории влаги те же, что и на рис. 1.

Осадки за декаду, мм

75 • 1990 г. 1

10 - -

25 п п И И и Л П 1+

«, С

20 9 *

о

10 5

5 ЕЕЗЙ

Рис.З. Динамика воздухоносной порозности осушенных тяжелых пойменных почв разной степени оглеснип во влажный (1990) год. Почвы те же, что и на рис. 1.

Воздухоносная порозность (% от общей порозности): 1 - более 20%; 2 - 12-20%; 3 - 8-12%; 4 - 6-8%; 5 - меньше 6%; б - верховодка.

ВЫВОДЫ.

Предпринятые исследования показывают, что через 26 лет после осушения под влиянием дренажа, орошения и использования происходят весьма неоднозначные изменения пойменных дерновых зернистых неогле-енных и оглеенных тяжелых почв:

1. Морфология осушенных почв изменилась незначительно по сравнению с исходным состоянием. В результате переполивов и уплотнения основные признаки гидроморфизма сохранились во всех дренированных почвах.

2. В результате длительного использования осушенных почв без внесения органических удобрений содержание гумуса в пахотных горизонтах снизилось на 1,5-6 %. В глубжележащих горизонтах его содержание практически не изменилось. Систематическое известкование и длительное орошение гидрокарбонатно-кальциевыми водами р. Москвы явились причиной снижения актуальной, обменной и гидролитической кислотности всех почв в толще мощностью 60-80 см, а также увеличения содержания обменных Са, М^ и степени насыщенности основаниями.

3. Обнаружена тенденция снижения общего содержания кремния, установлен вынос марганца и значительное увеличение содержания кальция и магния. Поведение железа тесно связано с особенностями вторичного водного режима, а фосфора - с изменениями содержания железа. В результате увеличения продолжительности сухих периодов после осушения резко уменьшилось содержание железа, извлекаемого 1 н. сернокислой вытяжкой. Масса конкреционных новообразований в дренированных почвах уменьшилась в 4-10 раз.

4. Несмотря на застойно-промывной водный режим вынос илистой фракции из верхних горизонтов почв не происходит. В нижних горизонтах всех гидроморфных почв в результате осушения появляется значительная масса фракции мелкого песка (0,25-0,05 мм) почти отсутствовавшая до осушения. Она представлена мелкими агрегатами, сцементированными гидроокисью железа и устойчивыми к обработке по методу Качинского. Следствием увеличения содержания фракции мелкого песка является относительное общее облегчение гранулометрического состава нижних горизонтов. Лессиваж в этих горизонтах не происходит, что подтверждает гранулометрический состав наилка в дренажных трубах, тождественный почвенному мелкозему, а также микроагрегатный состав почв.

5. В результате осушения улучшился агрегатный состав подпахотных горизонтов. Произошло уменьшение содержания фракции <0,25 мм на 735%. Этот процесс усиливается с глубиной и с нарастанием оглеения. Вместе с тем установлено значительное распыление пахотного горизонта.

6. Плотность сложения пойменных почв после осушения увеличилась на 0,05-0,4 г/см3. При этом неоглеенная и глубокооглеенная почвы подвер-

гаются уплотнению на глубину до 1м, а глееватая и глеевая - соответственно до 50 и 40 см. Общая порозность снизилась по всему профилю почв и особенно сильно в слое 20-40 см. Её уменьшение происходит за счет сокращения межагрегатной порозности. Порозность агрегатов остается стабильной в верхних 60-ти см почв. После уменьшения нагрузки на почву и залужения через 5-6 лет происходит разуплотнение и частичное восстановление исходной плотности сложения.

7. Следствием уменьшения межагрегатной порозности на фоне дренажа и использования явилось падение водопроницаемости почв. При этом Кф с поверхности снизился в 10-30 раз. Подпахотный горизонт приобрел свойства вторичного водоупора, на котором во влажные периоды и при поливе может застаиваться вода. Однако глубже 40 см в осушенных дерновых зернистых пойменных почвах сохраняются удовлетворительные фильтрационные свойства.

8. После осушения в оглееных пойменных почвах существенно увеличивается продолжительность аэробного периода. Однако в результате переуплотнения подпахотных горизонтов автоморфных и гидроморфных почв на вторичном водоупоре наблюдается продолжительный застой влаги и формирование верховодки. Длительность существаования верховодки на вторичном водоупоре нарастает с усилением исходной степени заболоченности почв. Осушение и интенсивное использование почв приводит к формированию двухъярусной верховодки и возникновению вторичных гидрологических признаков, свойственных тяжелым болотно-подзолистым почвам водоразделов.

9. Дерновые зернистые тяжелосуглинистые почвы оказались весьма устойчивыми к продолжительному и интенсивному антропогенному воздействию. Дренаж, дождевание и использование пойменных почв для размещения пропашных культур без травосеяния с применением тяжелой техники на продолжении 26-ти лет не привели к катастрофическим и необратимым изменениям их свойств. Вместе с тем для защиты пойменных осушенных почв от деградационных изменений (уплотнения и образования вторичного водоупора, распыления пахотного горизонта, потери гумуса, опасного снижения Кф и др.) необходимо применение мелиоративного рыхления на глубину 40-45 см (на неоглеенных почвах - глубокого рыхления до 70-80 см), посев многолетних трав, известкование, внесение органических удобрений, исключение возможных переполивов.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы: 1. Изменение физических свойств пойменных почв под влиянием дренажа и использования в овощных севооборотах. Вестник МГУ, серия 17, почво-. ведение, 1997, № 1, с. 36-42, (в соавторстве).

2. Изменение химических свойств пойменных почв под влиянием дренажа, дождевания и сельскохозяйственного использования. Вестник МГУ, серия 17, почвоведение,1999, № 2, с. 10-16, (в соавторстве).

3. Изменение физических свойств и гидрологического режима почв Москворецкой поймы под влиянием мелиорации и сельскохозяйственного использования. Почвоведение. 1999, № 11, с. 1376-1392, (в соавторстве).

4. Почвы Раменского расширения поймы р. Москвы. Путеводитель по почвенным научным экскурсиям 3-го съезда почвоведов России. В печати, (в соавторстве).

5. Деградационные изменения оглеенных пойменных почв при их использовании в овощных севооборотах. Тез. док. конф. Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Т. 1., М., 1998, с.88, (в соавторстве).

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Беличенко, Майя Валериевна

Введение

1. Современное состояние проблемы изучения изменений пойменных почв

1.1. Литературный обзор

1.2. Актуальность, цель и основные задачи исследований

1.3. Методика исследований

2. История освоения и литология Раменской поймы, морфология почв в естественном состоянии и после мелиорации

2.1. История освоения и литология Раменской поймы

2.2. Морфология почв в естественном состоянии и после мелиорации:;

3. Изменения химических свойств пойменных почв в результате мелиорации и сельскохозяйственного использования

3.1. Химический состав вод на территории Раменской поймы

3.2. Кислотность и степень насыщенности почв основаниями

3.3. Содержание и запасы гумуса

3.4. Валовой химический состав мелиорированных почв

3.5. Содержание железа, извлекаемого 1 н. Нг804 вытяжкой

3.6. Трансформация новообразований

4. Изменения физических свойств пойменных почв в результате мелиорации и сельскохозяйственного использования

4.1. Гранулометрический и микроагрсгатный состав

4.2. Плотность сложения почв

4.3. Порозность почв

4.4 Агрегатный состав почв

4.5. Фильтрационные свойства

5. Водный режим дренированных орошаемых пойменных почв разной степени гидроморфизма

5.1. Водный режим почв

5.2. Динамика запасов влаги

5.3. Динамика воздухоносной порозности

6. Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Изменение свойств и водного режима почв поймы р. Москвы под влиянием дренажа, дождевания и сельскохозяйственного использования"

В Нечерноземной зоне России одним из основных объектов мелиорации являются пойменные почвы, которые занимают здесь более 5 млн. га. Эти почвы отличаются высоким естественным плодородием, благоприятными свойствами для организации различных сельскохозяйственных угодий (естественных и улучшенных сенокосов, пастбищ, размещения овощных севооборотов) и возможностью получения на них стабильных высоких урожаев. Лимитирующим фактором их использования являются позднее освобождение почвенного профиля от затопления водами весеннего паводка, переувлажнение почв в пониженных элементах рельефа грунтовыми водами, а также осенние паводки, препятствующие сбору урожая.

Для решения этих проблем в 60-е годы на пойменных террасах крупных рек Нечерноземья (Москвы, Оки, Волги, Клязьмы и многих других) были построены осушительно-оросительные системы преимущественно польдерного типа. После осушения оглеенные почвы центральной и притеррасной частей поймы использовали для размещения овощных пропашных культур, чаще всего без включения трав в севообороты, на фоне орошения и с внесением больших доз минеральных удобрений. Распашка, осушение гончарным дренажем, орошение дождеванием, смена травянистой растительности естественных и окультуренных лугов на овощные пропашные культуры не могли не сказаться на состоянии почв. Очевидно, что пойменные почвы в условиях столь интенсивных мелиоративной и сельскохозяйственной нагрузок могли подвергаться значительным изменениям, как негативного, так и позитивного характера. Изменения, произошедшие в течение различных периодов сельскохозяйственного использования, весьма важны и интересны как с практической, так и с теоретической точки зрения.

В этой работе на, примере широко распространенных в Нечерноземной зоне России неоглеенной и ряда оглеенных дерновых зернистых почв и торфянисто-глеевой почвы центральной и притеррасной частей Раменской поймы р. Москвы рассмотрены изменения их химических, физических, водно-физических свойств, элементов водного режима, произошедшие за 26 лет 3 интенсивного использования в овощных севооборотах на фоне дренажа и дождевания. Результаты исследований особенно интересны благодаря редкой возможности сравнить их со свойствами этих же почв в тех же пунктах в домелиоративный период. Эти свойства были подробно изучены ранее порофессором Ф.Р. Зайдельманом (1985).

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Беличенко, Майя Валериевна

ВЫВОДЫ

Предпринятые исследования показывают, что через 26 лет после осушения под влиянием дренажа, орошения и использования происходят весьма неоднозначные изменения пойменных дерновых зернистых неоглеенных и оглеенных тяжелых почв: 'Ту)Морфология осушенных почв изменилась незначительно по сравнению с исходным состоянием. В результате переполивов и уплотнения основные признаки гидроморфизма сохранились во всех почвах. /2) В результате длительного использования осушенных почв без внесения органических удобрений содержание гумуса в пахотных горизонтах снизилось на 1,5-6%. В глубжележащих горизонтах его содержание практически не изменилось.

3. Систематическое известкование и длительное орошение гидрокарбонатно-кальциевыми водами р. Москвы, явились причиной снижения актуальной, обменной и гидролитической кислотности всех почв в толще мощностью 6080 см, а также увеличения содержания обменных Са, М§ и степени насыщенности почв основаниями.

4. Обнаружена тенденция снижения валового содержания кремния, установлен вынос марганца, значительное увеличение содержания кальция и магния. Поведение железа оказалось тесно связанным с особенностями вторичного водного режима, а фосфора - с изменениями содержания железа.

5. В результате увеличения продолжительности сухих периодов после осушения резко уменьшилось содержание железа, извлекаемого 1-н. сернокислой вытяжкой.

6. Масса конкреционных новообразований после осушения уменьшилась в 4-10 раз. Произошло растворение большей части крупных (>1мм) конкреций в глубокооглеенной, глееватой и глеевой почвах. При этом в лугово-глеевой почве появились железистые трубчатые конкреции.

7. Исследования вод из осушительной системы показало, что в настоящий период с дренажным стоком в р. Москву поступает незначительное количество нитратов, аммиака, железа, кальция и других химических элементов, которое равно или ниже их концентрации в водах реки и существенно ниже принятых ПДК.

8. Несмотря на промывной и застойно-промывной водный режим не происходит выноса илистой фракции из верхних горизонтов почв. В их нижних горизонтах в результате осушения появляется значительная масса фракции мелкого песка (0,25-0,05 мм), почти отсутствовавшая до осушения. Она представлена мелкими агрегатами, сцементированными гидроокисью железа и устойчивыми к обработке по методу Качинского. Следствием увеличения содержания фракции мелкого песка является относительное общее облегчение гранулометрического состава нижних горизонтов. Лессиваж в этих горизонтах не происходит, что подтверждает гранулометрический состав наилка в дренажных трубах, тождественный почвенному мелкозему, а также микроагрегатный состав почв.

9. В результате осушения улучшился агрегатный состав подпахотных горизонтов. Произошло уменьшение содержания фракции <0,25 мм на 735%. Этот процесс усиливается с глубиной. Вместе с тем установлено распыление пахотного горизонта.

15. Плотность сложения пойменных почв после осушения увеличилась на 0,05л

0,4 г/см . При этом неоглеенная и глубокооглеенная почвы подвергаются уплотнению на глубину до 1м, а глееватая и глеевая - соответственно до 50 и 40 см. Общая порозность снизилась по всему профилю почв и особенно сильно4 в слое 20-40 см (на 10-14%).- Её уменьшение происходит за счет сокращения межагрегатной порозности. Порозность агрегатов остается стабильной в верхних 60-ти см. После уменьшения нагрузки на почву и залужения через 5-6 лет возможно разуплотнение и частичное восстановление исходной плотности сложения.

Пл Следствием уменьшения межагрегатной порозности на фоне дренажа и использования явилось падение водопроницаемости почв. При этом Кф с поверхности снизился в 10-30 раз. Подпахотный горизонт приобрел свойства вторичного водоупора, на котором во влажные периоды и при поливе может застаиваться вода. Однако глубже 40 см в осушенных дерновых зернистых пойменных почвах сохраняются удовлетворительные фильтрационные свойства. ffl^ Под влиянием антропогенного воздействия произошло глубокое изменение водного режима осушенных тяжелых пойменных почв. После осушения в оглеенных почвах существенно увеличивается продолжительность аэробного периода. Однако в результате переуплотнения подпахотных горизонтов автоморфных и гидроморфных почв на вторичном водоупоре наблюдается продолжительный застой влаги и формирование верховодки. Длительность существования верховодки на вторичном водоупоре нарастает с усилением исходной степени заболоченности почв. Осушение и интенсивное использование почв приводит к формированию двухъярусной верховодки и возникновению вторичных гидрологических признаков, свойственных тяжелым болотно-подзолистым почвам водоразделов.

Г3\) Дерновые зернистые тяжелосуглинистые неоглеенные и оглеенные почвы оказались весьма устойчивыми к продолжительному и интенсивному антропогенному воздействию. Дренаж, дождевание и использование пойменных почв для размещения пропашных культур без травосеяния с применением тяжелой техники на продолжении 26-ти лет не привели к катастрофическим и необратимым изменениям их свойств. Вместе с тем, для защиты пойменных осушенных почв от деградационных изменений (уплотнения и образования вторичного водоупора, распыления пахотного горизонта, потери гумуса, опасного снижения Кф и др.) необходимо применение поверхностного мелиоративного рыхления на глубину 40-45 см (на неоглеенных почвах - глубокого рыхления до 70-80 см), посев многолетних трав, известкование, внесение органических удобрений, исключение возможных переполивов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Беличенко, Майя Валериевна, Москва

1. Авдеева Т.Н., Щербакова Н.В., 1998. Деградационная эволюция плодородия аллювиальных почв в агроландшафтах. Тез. Док. Всероссийской конф. Антропогенная деградация почвенного покрова и методы её предупреждения. Минск, с. 75-76.

2. Агроклиматичекий справочник Московской области, 1954. 194 с.

3. Адерехин П.Г., Тонких В.П., 1978. Изменения водно-физических свойств пойменных почв при сельскохозяйственном использовании. Почвоведение, №11, с. 66-72.

4. Аринушкина Е.В., 1970. Руководство по химическому анализу почв. М., 487 с.

5. Аристовская Т.В., 1965. Микробиология подзолистых почв. М., 187 с.

6. Афанасьев Г.В., 1957. Механический состав почв поймы реки Москвы на участке совхоза «Фаустово». Докл. Моск. с-х. акад. им. К.А. Тимирязева, вып 29, с. 15-17.

7. Ахтырцев Б.П., Лепилин И.А., 1981. Влияние сельскохозяйственного использования на пойменные влажнолуговые зернистые почвы пойм малых рек юго-восточной части ЦЧО. В кн. Физико-химические свойства почв и их плодородие. Воронеж, с.42-56.

8. Ахтырцев Б.П., Яблонских Л.А., 1993. Пойменные почвы Окско-Донской равнины и их изменение при сельскохозяйственном использовании. Воронеж, 214 с.

9. Ахтырцев Б.П., Яблонских Л.А., 1995. Гумусное состояние аллювиальных луговых почв лесостепи. Почвоведение, № 12, с. 1460-1468.

10. Белоцветова О.Ю., 1990. Особенности проявления процесса оглеения в аллювиальных луговых почвах пойм рек лесной зоны ETC. Автореф. канд. дис, М.,25 с.

11. Бобрицкая М.А., 1950. Поглощение литофильной растительностью минеральных элементов из массивно-кристалических пород. Тр. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева, т. 34, М., с.

12. Бондаренко Г.П., 1962. Сезонная динамика подвижных форм микроэлементов и железа в пойменных почвах Раменского расширения р. Москвы. Научн. докл. высш. школы, сер. биол., № 4, с. 202-207.

13. Борштейн С.Н.,1956. Реакция, водный и пищевой режим почв поймы р. Москвы на участке совхоза «Фаустово». Докл. Моск. с-х. акад. им. К.А. Тимирязева, вып 1, с. 10-12.

14. Борисов В.А., Ковылин В.М., Борисова Л.М., 1997. Действие длительного применения удобрений в овоще-кормовом севообороте на содержание и баланс гумуса аллювиальной луговой почвы. Агрохимия, № 4, с. 13-18.

15. Быков В.Д. 1951. Москва река. М. 108 с.

16. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986. Методы исследования физических свойств почв. М., Агропромиздат, 416 с.

17. Ванеян С.С., Вишнякова А.Ф., Корчагин В.В., 1992. Изменения плодородия почвы в интенсивном севообороте. Мелиорация и водное хозяйство, № 7-8, с. 9-10.

18. Василенков В.Ф., Максимов В.А.,- 1985. О создании польдерных систем в Рязанской области. Мелиорация земель в Нечерноземной зоне. Горький, с. 3237.

19. Веригина К.В., Завалишин A.A., Максимюк Г.П., 1940. Первые итоги работ по изучению процессов заболачивания почв. Проблемы Советского почвоведения. Сб. 11, с. 189-123.

20. Веригина К.В., 1950. К вопросу о процессах передвижения и накопления железа при почвообразовании. Тр. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева, т. 34, М., с. 190-201.23