Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменения состава и свойств карбонатного чернозема под влиянием распашки и орошения

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Изменения состава и свойств карбонатного чернозема под влиянием распашки и орошения"

РГ8 ОД

\ I ДПР 1303

московская ордена ЛЕВШ ■ и ордена трудового красного знамени сашжохозяйствекная академия имени к.а.тширязева

На правах рукописи

щсовребов валерий сергеевич

изменение состава и свойств карбонатного чернозема под влиянием распашки и орошения

03.00.27 - почвоведение

автореферат-диссертации на соийкание ученой степени кандидата биологических наук ■

Москва 1993

Работа выполнена на кафедре почвоведения Ставропольского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного ин--статута и кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и . ордена Трудового Красного'Знамени сельскохозяйственной академии им. К.А.Тимирязева.

Научные руководители: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент 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 учревдание: НПО "Ставмелиорация"

Защита диссертации состоится -/У*» 1993 г.

в /У 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 можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан "_/ " 1993

Ученый секретарь специализированного созета -

кандидат биологических наук У //) Вильяме М.В.

I. 0БЩА9 ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность теш. В процессе сельскохозяйственного исполь-ования (распашки и орошения) черноземов происходит снккеяие лодород»я этих почв вследствие изменения водного режима, раз-игия процессов слитизации, осолонцевавия и засоления. В згой вязи изучение особенностей трансформационных изменений состава функциональных свойств карбонатного чернозема с целые выясне-ия причин деградации почвенного плодородия при неосознанном ельскохозяйственном воздействии актуально как для теории, так для практики почвоведения.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить из-юнение состава и функциональных свойств карбонатного чернозема I условиях целина, орошаемой и неорошаемой пашни с целы) выяс-:ения причин развития негативных процессов и снижения плодоро -1ия. В задачу исследований входило:

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

- установить изменение морфологических признаков почв по генетическим горизонтам;

- изучить изменение минеральной часта почвы по почвенному профилю;

- определить ноличаство и качество гумуса в сезонной динамике;

- зыявить изменение физических и физико-химических свойств;

- определить влияние распапки и орошения на численность различных физиологических групп микроорганизмов, преобразующих минеральные и органические соединения азота, целлвдозоразрушаящи микроорганизмов, нитрогена.знув активность;

- изучить суточную и сезонную динамику 0В11, рН, активность ионов Са2+, К+, /^О^, в почвенном растворе (¿л- $;Iи) и в зоне ризосферн;

- определить продуктивность целины к пашни по ключевым участкам.

Научная новизна работы. Работа содержит новые данные о преобразовании первичных- властогениых минералов под воздействием сельскохозяйственной техники и биохимического выветривания.Впервые исследована микрофлора карбонатного чернозема Ставрополья и

изменение ее содержания в течение сезона. С помощью ионоселек-тивных эле кг родов исследована суточная и сезонная динамика ОВП рН я активность са*-*, К+, Уо^ я Впервые на карбонатном черноземе проведен ксиплекс исследований на целине, кеороиаемо и орошаемой пашне при различных условиях водного режима.

Практическая денное» работы. Результаты исследований могу: быть использованы для теоретического обоснования рекомендаций, способствующих сохранения плодородия карбонатных черноземов.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на конференциях Ставропольского сельхозинститута (1991),Ш ного научно-исследовательского института гидротехники и мелиора цен (1990), научно-исследовательского института аграрных пробле Хакассии (1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ а £ находятся в печати.

Объем работы. Диссертация изложена на//^ страницах машинописного текста, включает введение, 7 разделов, выводы .список использованной литературы, приложения. Материалы представлены в 39 таблицах и 27 рисунках. Список литературы включает/^ наименований, в том числе /"<?• зарубежных авторов.

2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в совхозе "Московский" Изобильнен-ского района Ставропольского края ка чернеземе обыкновенном карбонатном тяжелосуглинистом малогумусном мощном на следующих ключевых участках: I - целина; 2 - неорошаемая пашня; 3 - ороиае -мая пашня (5 лет); 4 - ороааеыая пашня (17 лет).

Целинный -травостой представлен разнотравно-злаковой ассоциацией. Участки папви засевались в годы исследований кукурузой сор та Донская Высокорослая, Весь крмплекс полевых и лабораторных исследований на пашне проводился в сезонной динамике по следующим срокам: 3-4 листа кукурузы, цветение, молочно-восковая спелость а после уборки. На целине исследования проводились одномоментно в те же сроки, что и на пашне. В годы исследований вместе с посевом вносили удобрения в дозе -^бО^ЗО^О* Э10Г0 на протяжении ряда лет вносили ежегодно удобрения в среднем в дозах ^90^0^0• Полив кукурузы проводили 3-4 раза в год исходя из состояния влажности 50 см слоя почвы нормой 600-800 м3/га дождевальной установкой ДДА-100 1!. Применялся влагозарядковый г олив нормой 1600-1800 иэ/га.

Исследования проводились по следующим методикам: шшералоги-еский анализ илистых фракций менее 0,002 мы изучали С помощь» енггендифрактометрической системы ДР0Н-0,5. Запись образцов бы-а сделана в исходной (отмученном), насыщенном этиленгликолем и рокаленном (при Ь 555°С в течение 2 часов) состояниях; количе-твенный состав глинистых минералов проведали по методу Н.И.Гор-унова; морфологический анализ кластогенных минералов по Рябчен-:ову; состав водорастворимых солей методом стандартной -вытяжки ;о Гедройцу; состав обменных оснований ко Пфефферу в модификации 1олодцоеэ и Игнатовой; анализ солянокислой вытяжки по Завминзо-[у; влажность почвы весовым методом; общий гумус по Н.В.Тюрину в юдификации Симакова; групповой состав гумуса по методу М.М.Коно-ювой и Н.П.Бельчиковой; иикроагрегатный анализ по И.А.Качинско-1у; гранулометрический анализ по Я.А.Качинскому в модификации

И.Долгова и А.И.Личмановой; агрегатный анализ по й.И.Савинову; 1лотность почвы методом режущих колец но И.А.Качинскоыу; плот-юсть твердой фазы пиннометрическим методом; определение суточ-юй и сезонной динамики ОВП, рН, Са2+, К*, О3 и/^Н^ в почве [¿и методом ионо-селективных электродов; численность мик-

роорганизмов на различных питательных средах методом прямого учета колоний; нитрогеназаую активность ацетиленовым методом на газовом хроматографе; урожайность кукурузы методом прямого комбай-нирования; статистическую обработку данных по. методике Е.А.Дмитриева , В.А.Доспехова и Ойвина.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

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

3.1. Морфология

Морфологические исследования почвенных образцов карбонатного чернозема по ключевым участкам показали, что хотя вскипание от 10$ НС1 происходит с поверхности по всем четырем разрезам, на орошаемых 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 просматриваются редко, особенно на орошаемой пашне при капидлярно--подпертом вьдноы региме (17 лет). Структура верхнего целинного горизонта зернистая, переходит в эернисго-комновагуы па неорошаемой пашне, в глыбисто-крупнокомковатую (5 лет) и в глыбистую с признаками столбчатости (17 лет) на орошении. На 4-ом участке от-

сутствуют биогенные агрегаты. На орошаемых .почвах белоглазка I положена несколько глубже и ее горизонт более вытянут. На учас ке 17-летнего орошения с глубины 32 см просматривается кепилля ная кайаа и нижняя часть профиля затеплена.

3.2. Минералогия

Изучение кластогенных минералов фракции >0,01 мы геризон тов Апах и А^ доказало, что в основном ее состав сложен следую щиьи минеральными группами: среди тяжелых минералов - пироксен: амфиболы, биотит - с низкой химической устойчивостью; группа э. дота, апатит - со средней химической устойчивостью; андалузит, силлиманит, дистеи, ставролит, анатаз, шпинель, рутил, группа циркона, ильменит - с высокой химической устойчивостью и сре, легких минералов - полевые шпаты, кварц, карбонаты, глауконит, гипс, обсидиан.

' Кластогенные минералы пашни отличаются от подобных на целш высокой степенью окатанности и раздробленности, что связано с I ханичеекки их выветриванием. Наиболее сильному биохимическому I ветриваакю подвержены ромбические пироксены, мусковит, апатит, карбонаты, полевые шпаты, что прослеживается по появлению кавер трещин, изменению цвета, вкраплений на поверхности и в трещина продуктов выветривания. По сравнению с целиной в- пашне полность исчез апатит, а на орошении и ромбические пироксены (гиперстек, энстатит). Однако коэффициент выветрелости изменился слабо к на ходился в пределах 1,4-1,7.

Из этого следует, что соотношение устойчивых к разрушению м нералов к неустойчивым не претерпевает существенных изменений преобразование первичных минералов прослемвается лишь по измен кию морфологических признаков.

Среди глинистых минералов наибольшей трансформации подвержены минералы группы монтмориллонита и гидрослюд (рлс.1). В целинном черноземе в горизонте Ад монтмориллонит отсутствует, появляется в горизонте А^ и с глубиной его содержание.в иочвеано! профиле постепенно увеличивается, достигая максимума на глубине 150-200 см (26%). В верхнем полуметре неорошаемой пашни и пашни 5-летнегс орошения содержание монтмориллонита возрастает до-14-22$, а 17-летнего - до что свидетельствует о накоплении

сидьнонабухающих минералов группы 2:1 при сельскохозяйственном воздействии. Кроме того превалирование анаэробных условий в про филе орошаемой пашни (17 лет) сопровождается новообразованием

О 20 40 60 80 100% см--------см

0 20 40 60 80 1002

200

(I)

(2)

О 20 40 60 80 1002

О 20 40 60 80 1002

(3)

см

50

100

150

200

(4)

- каолшшт+хлорит

У/Л - монтмориллонит I-—I - гидрослццы Рис. 1 Профильная диаграмма минералогического состава пелины (I) неорошаемой (2)» орошаемой 5 лат (3) и орошаемой Г7 лет (4) пашни

б

карбонатных железо-марганцевых кснкрецай, блокирующих активности кальция в почвенных процессах. Выключение кальция как сильного коагулятора не способствует структурообразованию на тяжелосух'ли-нистых 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 осолонцевания, что св зано со слабой засоленностью материнский лессовидных суглинков (0,1-0,3$) и высоким качеством оросительной воды (Г/гЯ- 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$), магния и еысоким содержанием кальция (до 82-95%). Иллювиальная зона отличается высоким содержанием натрия (до 26-27$?), магния и низким содержанием кальция (до 18/5). Катионы водорастворимых солей по составу в элювиальной зоне образуют ряд Са --»■ Мд и в иллювиальной //а -~*-М< —+Са на целине и. /Уа —-Са. —»-Мд 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 Г?-летнего орошения наблюдается некоторое уменьшение содержания обменного натрия и увеличение кальция в ППК, что может быть связано с вымыванием натрия в нижележащие горизонты при ранее существовавшем промывном типе водного режима, а увеличение калышя по причине длительного орошения поливными водами, обогащенными бикарбонатом кальция. Содержание калия по участкам исследований согласуется с распределением гидрослюды.

3.4. Содержание гумуса

Самым высоким содержание общего гумуса было на целине (4,18-4,ЭВ$). Отмечено уменьшение его содержания на 0,5-0,В% на неорошаемой пашне, на 0,3-0,6$ (5 лет) и на 0,9-1,3? (Г? 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 пашни отмечено некоторое уменьшение количества гумуса от весны к лэту и увеличение к осени.

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 тяжелосуглинистые песчано-пылевато-иловатые. 3 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.1).

Таблица I

Влияние распашки и орошзния на структурное состояние и дисперсность черноземов

Генетический горизонт

"Ж

структурности

тг

■дисперсности

з : 4

Ад (пах)

AB В

ВС

3,11 0,52

10,45 5,54

1,64 2,61

1,62 1,63

1,34 1,67

0,67 2,41 1,02 1,52 1,93

0,38 0,97 1,05 1,24

3,1 2 ,4 2 Л 1,3

4,8

6,4 4,3 4,0

4,2

7,7 5,2 8,1 7,5 6,7

8,6

7.7

7.8 7,6 5,3

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

4.2. Структура

Наиболее существенные изменения в ягрегатном составе карбонатного чернозема при сельскохозяйственной воздействии происходят в верхнем полуметре почвенного профиля (габл.1). Почва цедаш-ного участка имеет высокую степень оструктуренности (KQ в Ад - ■ з Aj - 10,49). На неорошаемой пашне коэффициент структур-

Aj - в 3 раза, на орошении 5. лег

3,11 и

ноети снижается в'Ад^ в 20 раз соответственно в 16 и 4 раза и 17 лет - 27 и II раз

4.3. Общие физичёские свойства

Перестройка минеральной части на пашйе,,воздействие ходовых,, систем сельхозмашин и накладывавшихся на них . . действие' поливйых.'^ вод приводят к уплотнению почв на 0,20-0,30 г/см3, снижению общей"

Таблица 2

Физические свойства черноземов

ВВД ¡Глубина,! Влажность, %\ ^ ! ^ г/см3 ! Робщве % ; Раэрашш Г

угодья ! _ ■ -л/л»" iii .. ■ i г • i i

_! см ? 1Э89 1 1990 ! г'см 1 1989 ! 1990 ! 1989 ! 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 24,5

2 0-20 22,6 ■ 22,4 2,58 1,16 1,15 56,5 37,1 30,2 31,3

3 0-20 23,3 23,7 2,68 1.Г7 • 1,19 56,1 55,6 28,7 24.8

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

1 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 ид 2,58 1,29 1,35 51,7 49,5 25,5 33,7

3 0-г20 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 1,50 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 12,3

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 ппп1та01/0<т П<%тггги-г /тп *

о

пористости на 10-20% и пористости аэрации на 15-25/5. В сезонной динамике изменения показателей физических свойств на целине менее заметны. На пашне от весны к осени происходил^ сильное уплотнение почв и потерн пористости. Снижение пористости аэрации до значений менее 10% на орошении (17 лет) связано с увеличением влажности почвы (табл.2).

4.4. Режим влажности

•При исследовании режима влажности установлено, что влажность целинного и неорошаемого черноззмоз изменялась в течение сезона в верхних горизонтах в пределах от 8 до 22% за счет выпадающих осадков и была относительно стабильной на глубине I м (14-16%). Тип водного режима на этих участках - непрошзной. На орошении поливной водой увлажняется весь слой почвы (до 23-25%) и непромывной тип водного режима сменяется промывным (5 лет) и капиллярно-подпертым (17 лет) при подъеме грунтовых вод.

5. Микробиологическая характеристика

5.1. Численность различных физиологических групп микроорганизмов

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

Таблица 3

Среднегодовая численность микроорганизмов

Вид угодья

Количество микроорганизмов, млн/1 г

МПА : КАА :Чапека-Дскса: Гетчиясона

1989 :1930:1939¡1990:1989 •: 1990 :1989 : 1990

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

Неорошаемая пашня 90,3 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 0,11 0,14 0,07 0,34

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

млнДг

200

150

100

50

1983г

I

2

3

1990г

2

4 сроки

Рис. 2 Сезонная динамика .численности ашонификаторов Усл. обозначения: I - фаза 3-4 листа; 2 - цветение; 3 - мол.-воск, спелость; 4 - после уборки

- целина —,— орошаемый уч. (5лет)

— — неорошаемый уч. .... орошаемый уч. (17лёт) '

млнДг 300

250

200

150 100 50

1989г

2

3

1990г

2

4 сроки

Рис. 3 Сезонная динамика численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота Усл. обозначения: I - фаза'3-4 листа; 2 - цветение; 3 - мол.-воск, спелость; 4 - пссле уборки

- целина —.— орошаемый уч.'(5лат) •

— — неорошаемый уч. .... орошаемый уч. (17лет)

• >

Изучение состава и сезонной динамики численности микроорганизмов свидетельствует.о тесной взаимосвязи их с фазой развития кукурузы и состоянием влажности почвы. В динамике численности аммонификаторов, целинный участок отличается стабильными показателями в течение всего сезона (в пределах 40-60 млн/1 г,рис.2). На неорошаемой пашне при благоприятных условиях увлажнения (1989 наибольшее количество ак^снификаторов было в фазу цветения кукурузы (15? ылн/I г). Отмечено значительное сезонное колебание в их численности (разница в 110 млн/1 г между фазой цветения и послеуборочным периодом).На пашне 5-летнего орошения изменения в содержании амыонификаторов сходны с неорошаемой, но с тенденцией к увеличении количества микроорганизмов во все сроки исследова -ний» На пашне длительного орошения (17 лег), в результате ухудшения физических свойств и наличия капиллярно-подпертого водного режцма, происходит значительное снижение численности амыокифика-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:;ашке аммонификаторов (рис.3, таблица 4). Для целлюлозо-

Таблица 4

Сезонная динамика численности микроскопических грибов и

целлюлозоразрушашщих микроорганизмов (тыс. в I г почвы)

Вид угодья

__1989 г._'_

:цвзте:молочно:после :3-4 листа:ние :-воско-:убер!:к: листа : :вая спе: . : : :лость : :

1990 г.

цвете:иолочко :после ние :-всско- :уборки :вая

•.спелость:

Микроскопические грибы

I 2 3 80 50 • 2 4 102 35

2 20 250 170 . 10 14 490 15 18

3 22 500 90 8 14 1923 116 31

4 30 140 50 4 9 120 27 9

Целлюлозоразрушающие микроорганизмы

I 48 79 125 2G0 36 46 59 125

г 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

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

»г Н2/кг.час 2,0

1,5

1,0

0,5

I

1989г

3

4

1950г

/

I

^ сроки

Рис.-У Сезонная динамика нитрогеназной активности

Усл. обозначения: I - фаза 3-4 листа; 2 - цветение; 3 - иол.-воск, спелость; 4 - после уб^пкч

- целина —•— орошаемый уч. (5лет).

— — пеороиаемый уч. .... орошаемый уч. (17лет)

2

резрушаювдх 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.

5.2. Азотфиксирующая активность

Для целины характерна сезонная стабильность показателей азот-фиксации .(рис.4), которая оставалась на довольно высоком уровне . по сравнению с другими участками (0,9-1,2 ыг Л/^ки). На неорошаемой пашне происходит снижение нитрогеназной активности в 1,52,0 раза и увеличение динамичности в сезонных показателях, пик .-. которых приходился на фазу цветения кукурузы. Б сравнении с богарой на орошении (5 лет) наблюдается увеличение нигрогеназной активности в средней ъ 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 ОВД 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 ЕЛ - и рН по годам исследований как в суточной, так и в сезонной динамике в пахотном горизонте почвы (рис.5, 6). Изменение величины ЕЬ почвы исследуемых участков в течение светового дня имеют одинаковую закономерность и тесную связь с про-, цессом 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 Т.Ь составила от 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 Е и различий мевду утренними и послеобе -донными показателями во все сроки исследований. На длительно орошаемой пашне наивысшие значения Ей были в весенний период (до 570 мВ) и уменьшались в течение сезона до 370 мВ. В послеуборочный период наблюдалось не увеличение, а снижение ЕЙ с утра к по-

350

500

450

400

' 350 Время суток

сроки .

7 10 13 16 19 7 10 13 16 19 7 10 13 16 19 7 ТО 13 16 19

3-4 листа-' ' . цвете тле - . ^н^сковая • посде .уЯооки

Ти®. ..-Суточная и сезонная дзнамикй 2/»1990г. . • • •

- целина ,

_ чеочоиаекая пасия

— •—. орошаемая* паши? (5 лет) '

• оъо:1аег.:яч пазнп (17' лет)'

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

Ъ-А листа • цветение . К°Лспетость<0ВЭП ■погле

Рис. 6 .Суточная и сезонная динамика рН, 1990г.

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

--неорошаемая пашня . . . . орошаемая пашня (17 лет)

лудню, что связано с переуплотнением почвы к тому времени и уменьшением пористости. Для- участков пашни характерна большая напря -гсейносгь ОВП. Колебания ЕЬ (С^ ) в суточном цикле в 1990 г.. составили: в фазу 3-4 листа на неорошаемой пашне - 3,8; для ново -орошаемой - 4,4 и для староорошаемой пашни - 4,8; в фазу цветения соответственно 6; 8,0; 4,8; в фазу молочно-восковой спелости -6,1; 7,3; 3,1 и после уборки - 1,9; 1,9; 5,3. Аналогичны измене -ния С ив 1989 г. Изучение величивы Е И на целине з те же сроки показали на аналогичную закономерность е суточном цикле, но с меньшим диапазоном колебания (на 20-30 мВ по сравнению с богарой) ОВП и стабильными величинами Су (3,1-4,8) в течение сезона.

При изучении суточной динамики рН отмечено снижение величины с утра к 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 сезонкой динамике наименьшие показатели рН были в фазу цветения и наибольшие в послеуборочный период. В.целом распадка черноземов и особенно их орошение в первые годы способствует подкисление почвенного раствора, а подъем грунтовых вод - к лодщелачизанию. Колебания рИ (Су) в суточном цикле на- пашне были в 2-3 раза выше относительзо этих показателей на целине (в пределах 1,3-1,7).

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

6.2. Динамика Са2+, К-+, Ун^ и

Установлена взаимосвязь мекду суточными показателями рН и активностью ионов' Са2+. При увеличении поступления протонов водорода в почву усиливается гидролиз карбонатов. По этой 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 мг'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 пашне 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 и 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

Я

Ь7.0

> ^30

ил*.

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

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

молочно-восковая спелость

,2+

после уборки

целина

неорошаемая пашня

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

1-н

03

.1.0

вРеця 1 7 ю 13 16 ~19 7 10 13 16 19 7 10 Й 16 19 7 10 13 16 Гэ суток

Срои,' / 3-4 -листа цветение М°™ое?Г'^ поола у5орки

Риз.Суточная и сезонная динамика КО^, 1990г.

целика

-- неорошаемая пашня

* г 9 '

орошаемая пэхня (5 лзт). орошаемая паж (17 лет)

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

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

На глубине 10-12 см на целине активность К+ возрастает от весны к осени (от 1,0 до 80 мг'экв/л), а на пашне снижается за счет выноса до очень низких значений (до 0,0001 ыг»экв/л), при которых активизируется процесс выветривания калия из иллитов с новообразованием монтмориллонитов, что согласуется с данными минера- •': логического состава.

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

В дневные часы максимального поглощения активность /УЩъ водной ¿азе более низкая, чем е 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 средне!.; на 5-10 мг-экв/л) и снижение на орошаемом участке с капиллярно-подпертым водным режимом (менее 1,0 мг-экв/л). Наибольшая активность нитратов приходится на фазу цветения, что согласуется с динацлкой содержания нитрифицирующих микроорганизмов и ОБ-состоя-нием почвы. Колебания активности иона ^OJ ((V) в суточном цикле на участках пашни в 1,5-2,0 раза выше, чем на целине. Анализ динамики ионов /VOj 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 //: //0¿ равнялось 1:10 или 1:100 и более, что свидетель.сгвует 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 23/6 в первые годы орошения. Ухудшение состава и свойств чернозема 17-летнего орошения снижало урожайность кукурузы на 140$. На

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

■ВЫВОДЫ

1. Исследованиями установлено, что в целинной экосистеме, представляющей собой замкнутую, самоуправляемую биогеоцвнотичвс-кую систему, не происходит значительных сдвигов и колебаний состава, свойств почвы и процессов их обусловливающих в многолетнем сезонном 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 и раздробленности, полным исчезновением апатита и ромбических пироксенов (знстатита и гиперстена) на орошении.

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

4. Анализ качественного состава водорастворимых солей и со-, става обменных оснований свидетельствует, что карбонатные черноземы при орошении не подзераены вторичному засолению и осолояце-Банию, что связано с отсутствием засоленности почвообразующих пород и высоким качеством воды (£ солей - 0,1-0,3%; ПАЯ - 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 0,9-113% на 17-летнем орошении. ^ '.

6. Распашка и орошение не оказывают существенного влияния- на гранулометрический и микроагрегатный состав тяжелосуглинистых черноземов. В макроагрегатном составе на-пашне наблюдается значи тельное снижение фракции агрономически ценных агрегатов и умеиь-' шение коэффициента структурности в верхних горизонтах в 3-27 $аз

по сравнению с целиной и особенно на пашне орошения с капиллярно -подпертый водным режимом. Диалогичные изменения наблюдайся по степени возрастания уплотнения почвы (на 0,20-0,30 г/1 см3),снижение общей пористости (на 10-20$) и пористости аэрации (на 1525£).

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

8. Распашка черноземов и особенно первые годы орошения увеличивает общую численность различных физиологических групп 'микроорганизмов в 2-5 раз. При подъеме грунтовых вод наблюдается существенное снижение их численности (в среднем в 6-8 раз). В сезонной динамике на пашне для микроорганизмов, выращенных на средах ЫПА. КМ, Чапека-Докса, наибольшей численность была в фазу цветения,а для целлюлозоразрушающкх микроорганизмов - в послеуборочный период. Для целинного участка характерна сезонная стабильность показателей общей численности.

9. На'неорошаемой пацне, по сравнению с целиной, происходит снижение нитрогеназной активности в 1,5-2 раза. Орошение при пробивной водном режиме способствует увеличению активности азотфик-сацвл, а пр:: 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 динамика состава почвенного раствора (/« ¿/¿и.) в зоне ризосферы показало на связь с процессом фотосинтеза, поглотительно-выделительной способностью растений и дало следующие, результаты:

- распайка черноземов и особенно" их орошение при промывном водном режиме способствует увеличению ОВП на 30-100 из и сниже- • нию рН на 0,2-0,6 при наибольших значениях ЕЬ и наименьших рН ь фазу цветения кукурузы. При капиллярно-подпертом водном режиме наблюдается снижение 03-потенциала на 20-110 мВ и увеличение рН на 0,3-0,4 особенно в послеуборочный период. Суточные колебания ЕЛ и оН (Су) в несколько раз'ваше, чеь; на целине, что свиде -тельстзует о большая напряженности физико-химических процессов;

- установлена взаимосвязь дикамикк в суточном .цикле с показателями рН при активности иона иа целине в 10-100 раз больше!;, чем на участках пшики, что связано с изменением физических свойств;

- содержание К1- в суточном цикле на участках пашни более чем в 100 раз меньше, чем на целине, что благоприятствует образова -аию смектитов из гидрослюд;

- на целине активность /V'H^ в 10-20 раз выше, чем на пашне. Наблюдается увеличение активности на пайке и соотношение УЯ^ : /Уо^ 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 140/5.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

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

2. Тюльпанов В.И., Цховребов B.C. Сравнительная характеристика физических свойств и структурного 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. докл. ыеавуз. 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 свойств карбонатного чернозема в системе целина-пашня-орошаемая пашня. - Абакан, 1992. - С.120-122.

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

3.6-5. т. 100 »иv печ. а - "f. сс v и. •{993г.