Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Мониторинг гумусного состояния Черноземной зоны Ростовской области

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Мониторинг гумусного состояния Черноземной зоны Ростовской области"

Р) о 1».ч - 6 СЕН 2303

На правах рукописи

БЕССЧЕТНОВА АНЖЕЛИКА ГЕННАДЬЕВНА

МОНИТОРИНГ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 03.00.27.-Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону 2000

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Ростовского государственного университета.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Безуглова О.С.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Цвылев Е.М.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Вальков В.Ф.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Новиков А.А.

Ведущее учреждение - Донской государственный аграрный

университет

Защита состоится <«/3» 2000 г. в ауд.е^^

на заседании диссертационного совета К. 063. 52. 21 РГУ, 344006, Ростов-на-Дону, Б.Садовая, 105, РГУ, биолого-почвенный факультет, кафедра почвоведения и агрохимии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ.

Автореферат разослан «И» 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент Т.М. Минкина

/7032. у 0

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В условиях современной земельной реформы зачастую складывается ситуация, когда почва оказывается, в силу объективных причин, обойденной вниманием и защитой земледельца. В результате повсеместно наблюдается деградация почвенного покрова. Важнейшим фактором снижения плодородия почв является дегумификация. Уменьшение содержания гумуса в почвах (дегумификация), как процесс известен давно, однако количественная оценка этого явления сопряжена со множеством сложностей.

Дегумификация почв развивается вследствие целого комплекса явлений. В настоящее время в Ростовской области возделываются преимущественно те культуры, у которых вся наземная масса вывозится с полей. Пожнивные и корневые остатки компенсируют вынос гумуса с урожаем частично. Так, при урожайности озимой пшеницы 30 ц/га минерализуется 1862 кг/га гумуса. А с пожнивными остатками в почву возвращается 361 кг/га гумуса. В тоже время, начиная с 1990 года, дозы внесения навоза снижаются и в 1996 году достигли 0,002 -1,5 т/га.

В настоящее время сложилась структура использования пашни, которая неизбежно ведет к дегумификахдаи почв. Накопление гумуса без внесения органических и минеральных удобрений происходит в почвах только при посеве многолетних бобовых трав (люцерны). При среднемноголетней урожайности люцерны 30 ц/га сена происходит накопление 564 кг/га вновь образованного гумуса ежегодно. Однако в структуре посевных площадей области преобладают зерновые колосовые - 42%, пропашные занимают до 24%, а многолетние травы всего 7,5%. В почвах под зерновыми культурами складывается отрицательный баланс гумуса. Интенсивность гумификации под пропашными культурами еще более высокая. Потери гумуса на чистых парах в среднем за год составляют 1300 кг/га. Таюш образом, на 92,5% пашни созданы условия для ускоренной минерализации гумуса. Весомый вклад в это явление вносит и развитие эрозии, как водной, так и ветровой. Понятно, что воздействие, на почву всех вышепе-

речисленных факторов резко снизило гумусированность почв области и привело к снижению ее эффективного плодородия (Агеев и др., 1996).

Цель и задачи исследования. Цель данного исследования - выявление простых и надежных критериев количественной оценки дегумификации, как одного из важнейших показателей научно-обоснованного проведения эколого-экономической оценки земель. Это продиктовано необходимостью создания системы наблюдений за состоянием и использованием земель для своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и устранения негативных процессов. В 1994 году реализован ряд мероприятий, предусмотренных ((Государственной программой мониторинга земель Российской Федерации», утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации № 100 от 05.02.93 г., и областной программой мониторинга земель. В ходе выполнения этих программ на территории области были заложены полигоны мониторинга земель. Их назначение - постоянное слежение за развитием негативных процессов, а также эффективностью принимаемых мер по их локализации в различных почвенно-климатаческих зонах Ростовской области. Однако методика слежения за изменением гумусного состояния до настоящего времени не отработана в должной мере. Именно поэтому в ходе выполнения данного исследования были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать гумусное состояние почв полигонов мониторинга, сопоставить полученные результаты с данными 1994 года и выявить динамику изменений за 3-летний срок;

2. Оценить масштабы и темпы потери гумуса в черноземах Ростовской области по данным последних туров обследования почвенного покрова;

3. Изучить возможность и разработать методику использования материалов бонитировочных исследований для оценки деградационных процессов гумусного состояния почв;

4. Дать энергетическую оценку деградации гумусного состояния почв;

5. Разработать прогностические модели гумусного состояния почв степной зоны и дать рекомендации по использованию результатов теоретического моделирования в прогнозе гумусного состояния почв.

На защиту выносятся:

1. Динамика гумусного состояния почвенного покрова Ростовской области на полигонах мониторинга за 3-летний период и в целом по черноземной зоне области за 30-летний период;

2. Использование балансовых расчетов в целях мониторинга и прогнозирования гумусного состояния;

3. Показатели и критерии оценки степени деградации гумусного состояния черноземов;

4. Прогноз периода деградации почвенного покрова полигонов мониторинга черноземной зоны Ростовской области;

5. Энергетика органического вещества почв полигонов мониторинга Ростовской области.

Научная повгопа исследований. Нами разработана оценочная шкала

I

степени деградации гумусного состояния черноземов Ростовской области, в которой учитывалась различная мощность гумусового слоя (А+В,см). На этой основе рассчитан период деградации черноземов за три года (на примере полигонов мониторинга) и 30-летний период (1950-54 - 1980 г.г.).

Разработана модель и дан прогноз периода деградации почвенного покрова полигонов мониторинга черноземной зоны Ростовской области на ближайшее будущее при условии сохранения направления и темпов современных почвенных процессов.

Практическая ценность работы. Предложены прогностические модели гумусного состояния черноземной зоны Ростовской области. Разработанные показатели и критерии оценки степени деградации гумусного состояния черноземов Ростовской области позволяют дать прогноз изменения свойств почвы на ближайшее будущее. Материалы исследований используются ЮжНИИгипро-земом для оценки эколого-экономического состояния почвенного покрова чер-

ноземной зоны Ростовской области на перспективу, для разработки противо-эрозиошшх мероприятий и системы удобрений, а также в учебном процессе на кафедре почвоведения и агрохимии Ростовского государственного университета.

Апробация работы. Материалы работы были доложены на Ш международной студенческой научно-практической конференции «Экология и здоровье нации» 20 - 21 ноября 1997 г., Ростов-на-Дону; на Всероссийской конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения» 16-18 июня 1998 г., Москва; на Международной конференции студентов и аспирантов.по фундаментальным наукам «Ломоносов-98», Москва; на студенческой научной конференции «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве» 25-26 ноября 1998 г., п. Персиановский; на молодежной научной конференции «Экологические аспекты агроландшафтов» 25-26 ноября 1999 г., п.Персиановский; на Межвузовском научном молодежном симпозиуме «Безопасность биосферы-99» 30 ноября-2 декабря 1999 г., Екатеринбург; на Межвузовской региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Россия на пороге нового тысячелетия: проблемы, тенденции, модели» 25-27 апреля 2000 г., Ростов-на-Дону.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 121 странице машинописного текста, состоит из 5 глав, выводов и списка литературы, который включает 113 названий, в том числе 4 на иностранном языке, включает 31 таблицу и 5 рисунков.

Содержание работы

Глава 1. Проблема мониторинга гумусного состояния почв: особенности и возможные пути решения

В литературном обзоре работ по данной проблеме показано, что исследование столь сложного явления, как потеря гумуса пахотными почвами, возможно только на основе сопряженного использования всех возможных подходов: метода сопоставления с материалами почвенных обследований прошлых лет (Припутана, 1983; Гаврилюк, Безуглова, 1983; Коковкина, Лебедева, 1988; Ко-

гут, Фрид, 1993; Щербаков, Васенева, 1994; Орлов, Суханова, 1994 и др.), сопоставление данных по пахотным почвам и целинным участкам (Гаври-лкж,1955; Захарченко, Пироженко, 1963;Ковда, 1981; Щербаков, Верзилина, 1984; Багаутдинов, Валиев, 1986; Шикула и др., 1988 и др.), балансовые расчеты (Скоропанов, Брезгунов, 1978; Лыков, 1985; Шапошникова, 1987 и др.). Однако каждый из этих подходов не лишен недостатков.

Глава 2. Характеристика объектов исследования и методика работы

Черноземы на территории Ростовской области занимают площадь 5346,6 тыс. га, или 57,9%. По современным представлениям они представлены двумя подтипами: черноземами обыкновенными и южными. В свою очередь черноземы обыкновенные представлены двумя фациалышми подтипами (Добровольский, Урусевская, 1984):

1. Черноземы обыкновенные теплые промерзающие Южно-Русской провинции (по классификации 1967 года умеренно-теплой Восточно-Европейской фации; Указания ..., 1967).

2. Черноземы обыкновенные карбонатные кратковременно промерзающие Предкавказской провинции, включающей северную часть Азово-Кубанской равнины и Приазовскую наклонную равнину - северное Приазовье (по классификации 1967 года теплой Южно-Европейской фации).

Черноземы обыкновенные карбонатные в настоящее время по общероссийской классификации объединены в единый подтип, но в недалеком прошлом это были два самостоятельных подтипа: черноземы североприазовские и черноземы предкавказскне (Гаврилнж, 1955; Атлас ..., 1973). В тоже время, эти почвы, несмотря на большое количество общих признаков, позволивших объединить их в единый подтип, весьма существенно различаются по гумусному состоянию (Безуглова, 1995). В связи с тем, что мы в нашей работе использовали фондовые материалы ЮжНИИгипрозема, в которых эти почвы описаны под старыми названиями, а также, учитывая то, что наша работа посвящена именно гумусному состоянию, мы в дальнейшем придерживаемся классификации 1967 гбда. Поэтому в диссертации черноземы обыкновенные карбонатные фигури-

руют под названиями: черноземы североприазовские и черноземы предкавказ-ские.

Разработка методики исследований включала два основных направления. Во-первых, необходимо было определить критерии оценки деградационных процессов. Во-вторых, оценить масштабы явления.

При этом деградацию почвы можно оценить, используя рекомендации Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов России по снижению мощности гумусового слоя. Однако, эти рекомендации не содержат придержек по оценке деградации почвы при снижении гумусированности пахотного слоя без уменьшения мощности А+В. В то же время, как показали исследования, в условиях степной и сухостепной зон это широко распространенное явление. И с этой целью нами использованы данные бонитировочных исследований, так как методика бонитировки черноземов предусматривает учет как мощности А+В, так и содержания гумуса в Апах.

Исследование столь сложного явления, как потеря гумуса пахотными почвами, возможно только на основе сопряженного использования всех возможных подходов. Именно этот системный принцип и был положен в основу данного исследования:

1. Статистическая обработка почвенных фондовых материалов института Южгипрозем проведена нами с использованием общепринятых методов вариационно-статистического анализа (Дмитриев, 1972). В связи с тем, что при распашке и развитии деградационных процессов почвы нередко переходят в другие классификационные подразделения и это значительно усложняет оценку изменения их гумусного состояния по результатам крупномасштабных почвенных исследований, мы рассчитали средневзвешенное содержание гумуса в почвах и по этому показателю оценивали изменение во времени;

2. Для проведения балансовых расчетов на полигонах мониторинга был использован метод баланса по углероду. Расчеты выполнены нами по общепринятой методике;

3. Была проведена балльная оценка гумусного состояния почвенного покрова Ростовской области на полигонах мониторинга и проверена возможность использования баллов бонитета в качестве критерия деградационных процессов. Расчет баллов бонитета выполнен нами по общепринятой методике (Экономическая оценка ..., 1991);

4. Баланс прихода-расхода органического вещества в почвах полигонов мониторинга был проведен с использованием метода энергетической оценки. Расчет содержания энергии в почве в виде органического вещества (гумуса) проводился по методике В.В. Коринец (1992).

Глава 3. Гумусное состояние черноземов Ростовской области В таблице 1 показано процентное содержание гумуса в гор. Ал ах, полученное в результате статистической обработки материалов почвенных обследований за период с 1950-1954 г.г. по 1980 г. Более высокая гумусированность характерна для черноземов обыкновенных среднемощньгх: в 1950-1954 г.г. она составляла от 5,2 до 7,0 %. По мере продвижения на юг увеличивается мощность гумусовой толщи и снижается уровень гумусированности гор. Апах. Содержание гумуса в черноземах обыкновенных мощных и сверхмощных снижается до 4,2-5,5%. В черноземах южных содержание гумуса составляло в 50-е годы от 4,7 до 5,9%. Причем в географическом аспекте закономерность такая же: в пределах Ростовской области в более южных районах степень гумусированности почв ниже.

Анализ данных за 1980 г. свидетельствует о повсеместном снижении гумуса. Согласно полученным результатам наблюдаются значительные потери гумуса в северных районах области - 1,0 - 1,9 %, что можно объяснить очень сильной степенью развития водной эрозии (Дмитренко, Чешев, Пастухов, Цвы-лев, 1993), повышенным выносом азота с урожаем из-за нерациональной структкры посевных площадей (зерновых - 59,1%, подсолнечника - 10,7%). Для компенсации этих потерь необходимо вносить высокие дозы органических удобрений. Для повышения содержания гумуса в почве на 0,1% требуется 7-9 т навоза на каждый гектар пашни (Безуглова, Звягинцева, Горяинова, 1994),

Таблица 1

Изненсние содержания гумуса в почвах пашни черноземной зоны Ростовской области (по отчетам ГОжНИИгипрозема, расчет Бессчетновой)

Наименование районов 1950-1954 г.г. 1980 г. Потери гумуса

V,% М2,% V,% за период 1950-1980 г.г. (Mi-M2),% Td*

Черноземы обыкновенные среднемощные малогумусные и сред-

негумусные

Шолоховский 6,5 10,5 4,6 3,4 1,9 6,1

Черноземы южные среднемощные малогумусные и слабогуму-

сированные

5,6 1.7 4,6 5,3 1,0 8,0

Черноземы обыкновенные среднемощные

7,0 0,4 5,2 3,2 1,8 20,7

Верхнедоиской Черноземы южные среднемощные малогумусные

5,9 3,5 4,9 4,9 1,0 6,8

Кашарский Черноземы южные среднемощные малогумусные и слабогуму-сированные

5,0 24,0 4,0 5,0 1,0 2,2

Черноземы обыкновенные мощные и среднемощные малогумусные

Белокалитвенский 5,2 6,5 4,2 1,2 1,0 . 57

Черноземы южные среднемощсые малогумусные

5,0 9,5 4,0 5,9 1,0 3,7

Черноземы обыкновенные мощные и среднемощные малогумусные (пашня богарная)

Неклиновский 4,2 4,9 3,9 2,5 0,3 4,0

(пашня орошаемая)

4,5 2,1 3,5 1,4 1.0 2,4

Черноземы обыкновенные мощные малогумусные

Матвеево- 5,5 1,6 4,5 3,7 1,0 9,9

Кур ганский Черноземы южные среднемощные малогумусные

4,7 2,9 4,1 4,0 0,6 4,9

Родионово-Несветайский Черноземы обыкновенные карбонатные мощные и среднемощные малогумусные

5,3 5Д 4,9 5,5 0,4 2,1

Егорльпссиш Черноземы обыкновенные карбонатные мощные и сверхмощные малогумусные

4,9 9,1 4,4 6,9 0,5 3,0

Черноземы обыкновенные карбонатные мощные малогумусные

Целинский 5,5 6,0 5,1 5,7 0,4 6,2

Достоверность различий в содержании гумуса за временной промежуток с 1950-1954 г.г. по 1980 г.; ^=2,23,при Р=0,05.

тогда как, в 1995 г. в Ростовской области в среднем на гектар пашни, как уже указывалось, вносили 0,002-1,5 т органических удобрений.

Минимальные потери гумуса отмечены в южных районах области, на самых плодородных почвах: черноземах обыкновенных карбонатных мощных и сверхмощных. Здесь за 30 лет гумусированность снизилась на 0,4 - 0,5%. Уменьшение содержания гумуса происходит в основном за счет выпаханности верхнего почвенного горизонта, поскольку все виды эрозии в этих районах развиты не так сильно.

Таким образом, за 30-летний период в северных, районах области среднегодовые потери гумуса составили 0,06%, а в южных районах - 0,02%.

Статистическая обработка показала низкую вариабельность данных. В наших исследованиях коэффициент вариации колеблется в пределах 0,4-10,5%. И только для черноземов южных среднемощных Кашарского района он составил 24%. Тем не менее, достоверность разницы в содержании гумуса между видами черноземов в границах подтипов велика и доказывается с уровнем доверительной вероятности - 0,95. Исключение составляют только черноземы обыкновенные карбонатные мощные и среднемощные Родионово-Несветаиского района, для которых достоверность разницы в содержании гумуса = 2,1, то есть ниже стандартного значения критерия Стьюдента для наших объемов выборки (n=10, tst=2,23).

Такие низкие значения коэффициента вариации убеждают в том, что снижение содержания гумуса действительный факт, а не результат пестроты почвенного покрова или каких-либо других причин субъективного характера (особенностей отбора почвенных образцов, методики определения гумуса и т.д.).

Подтверждением этих данных служат наши результаты сравнения содержания гумуса в почвах пашни черноземной зоны Ростовской области за период 1980 - 1996 г.г. Статистическая обработка показала: коэффициент вариации невысок и колеблется в пределах 1,2 - 9,5. Достоверность разницы в содержании гумуса между видами черноземов в границах подтипов доказывается с высоким уровнем достоверной вероятности велика (td = 3,3 - 7,6, при ta = ;Р=0,95). За 16

лет максимальные потери гумуса отмечены в северных районах области - 1,9% (Кашарский, Белокалитвенский районы), а минимальные - 0,9% - в южных (Целинский район).

Потери гумуса черноземами на территории области стали повсеместным явлением и отмечаются не только на территории колхозов, но и на землях сортоиспытательных станций, где уровень агротехники значительно выше и по возможности выполняются рекомендации по внесению удобрений. Глава 4. Мониторинг гумусного состояния черноземов Ростовской области

Нами исследованы полигоны «Северный» (площадь 74,0 тыс. га, находится в Кашарском и Белокалитвенском районах), «Западный» (площадь 21,0 тыс. га - в Родионово-Несветайском и Матвеево-Курганском районах) и полигон «Центральный» (площадь 19,5 тыс. га - в Сальском и Целинском районах). Каждый полигон состоит из 10-15 участков наблюдения. На каждом участке на одном из элементов рельефа выделены по три площадки, на которых заложено 74 разреза с укладкой заглубленных реперов. Образцы почв отбирали в 1994, 1995,1996 г .г.

На территории полигонов мониторинга повсеместно наблюдается деградация почвенного покрова, доминирующим процессом деградации выступает водная и ветровая эрозии почв, вследствие чего в почвах полигонов наблюдаются такие негативные процессы, как изменение гумусового слоя почв, дегу-мификация и др.

Данные таблицы 2 показывают, что наиболее значительные потери гумуса за три года наблюдаются на южных черноземах полигона «Северный». Мощность гумусового слоя уменьшилась в среднем на 4,3 см при размахе уменьшения от 1 до 7 см. Повсеместно на южных черноземах отмечено уменьшение содержания гумуса в пахотном горизонте от 0,2 до 0,8 %, уменьшение запасов гумуса в толще А+В достигает 13,5 - 29,7 т/га. Причина - в особенностях рельефа, обуславливающего развитие водной эрозии, значительное количество почв подвержены одновременно смыву и размыву. Потери в.запасах и содержании гумуса можно объяснить также высоким удельным весом в струк-

туре посевных площадей зерновых (31,0 -32,8%) и подсолнечника (12,5 -14,0 %).

Минимальные потери гумуса отмечены на полигоне «Западный» - 0,1 -0,3 % в гор.Апах , потери в запасах гумуса в толще А+В составили 6,0 - 26,0 т/га. Мощность гумусового слоя уменьшилась в среднем на 1,5 см при размахе уменьшения от 0 до 3 см (табл. 2).

Участок заложен на выположенном месте, и эрозия, как фактор потери гумуса, почти исключена. Уменьшение содержания гумуса и его запасов происходит, в основном, за счет выпаханности верхнего почвенного горизонта. Это свидетельствует о том, что интенсивность потери гумуса черноземами южными и обыкновенными в Ростовской области значительна даже в том случае, если водная и ветровая эрозии носят умеренный характер.

Метод балансовых расчетов по углероду применен на предмет выяснения возможности использования его в мониторинговых исследованиях. На примере стационарных полигонов мониторинга «Северный», «Западный» и «Центральный» Ростовской области за период с 1994 по1996г.г. расчеты показали, что метод весьма информативен и результаты, полученные на его основе, согласуются с данными, рассчитанными с использованием других методов.

В целом по севооборотам баланс гумуса за три года отрицательный на всех полигонах мониторинга. Наиболее значительные потерн гумуса на полигоне «Северный», причем дефицит гумуса возрастает во временном аспекте. В Кашарском районе на 93 кг/га, а в Белокалитвенском районе - на 128 кг/га за три года; минимальные потери - на полигоне «Центральный», где рост дефицита гумуса составил 10-18 кг/га за три года (табл. 3).

Таким образом, положительный баланс гумуса при существующей культуре земледелия складывается только под многолетними травами. Поэтому залог бездефицитного баланса гумуса - полевые севообороты с насыщением

Таблица 2

ДИНАМИКА ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

НА ПОЛИГОНАХ МОНИТОРИНГА

Почвы* Площадь, га Мощность гумусового горнэонта (А+В), см Содержание гумуса в Апах, % Запасы гумуса в (А+В), т/га

1994 г. 1996 г. Убыль 1994 г. 1996 г. Убыль 1994 г. 1996 г. Убыль

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ПОЛИГОН «СЕВЕРНЫЙ»

1 44,9 61 58 3 4,8 4,6 0,2 255,8 230,0 25,8

2 28,9 52 50 2 4,6 4,3 0,3 230,2 200,5 29,7

3 40,9 54 49 5 4,0 3,8 0,2 204,6 189,8 14,8

4 15,3 57 50 7 2,1 1,9 0,2 ■ 105,8 95,0 10,8

5 11,0 54 50 4 1.7 1,5 0,2 96,8 83,0 13,8 .

б 53,8 69 62 7 1,5 1,1 0,4 92,5 76,1 16,4

7 150,5 77 76 1 1,7 1,3 0,4 119,7 99,3 20,4

8 28,2 58 52 6 2,3 1,5 0,8 126,1 92,4 33,7

9 49,7 56 52 4 1,8 1,6 0,2 101,5 88,0 13,5

ПОЛИГОН «ЗАПАДНЫЙ»

10 143,9 82 ' 82 0 3,7 3,4 0,3 285,0 265,0 20,0

11 80,1 66 66 0 3,5 3,4 0,1 243,0 237,0 6,0

12 11,7 62 59 3 4,4 4,2 0,2 255,0 229,0 26,0

13 86,7 58 55 3 3,9 3,7 0,2 245,0 232,0 13,0

ИОЛИГОН «ЦЕНТРАЛЬНЫЙ»

14 87,2 101 101 0 3,6 3,4 0,2 331,2 310,3 20,9

15 172,9 92 88 4 3,6 3,2 0,4 286,9 258,9 28,0

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11

16 17,2 67 62 5 3,6 3,2 0,4 218,1 180,1 38,0

17 47,5 70 64 б 3,4 3,2 0,2 218,5 183,7 34,8

' 18 58,4 62 62 0 3,2 3,0 0,2 166,1 139,8 26,3

* 1.Черноземы южные карб. среднемошные малогумусные глинистые и тяж.суглинистые на лессовидных и желто-бурых глинах

2. Черноземы южные карб. среднемощные малогумусные глубокослабозасоленные легкоглинистые на желто-бурых глинах

3. Черноземы южные карб. среднемощные слабогумусированные слаборазмыиаемые слабосолонцеватые глубокосильносолончаковатые легкоглинистые на желто-бурых глинах

4. Черноземы южные среднемощные малогумусные слабосмытые среднеразвеваемые среднесуглинистые на лессовидных суглинках

5.Черноземы южные среднемощные малогумусные слабосмытые слаборазвеваемые легкоглнннстые на желто-бурых легких суглинках,

подстилаемых песками.

б.Черноземы южные среднемощные слабогумусированные слаборазмываемые легкоглинистые на желто-бурых легких суглинках, подстилаемых песками.

7.Черноземы южные среднемощные слабогумусированные слабосмытые среднесуглинистые на лессовидных суглинках.

8.Черноземы южные среднемощные слабогумусированные слабосмытые слаборазмываемые среднесуглинистые на желто-бурых опесча-ненных суглинках.

9.Черноземы южные среднемощные слабогумусированные слабосмытые слаборазмываемые легкосуглинистые на желто-бурых опесчанен-ных суглинках.

Ю.Черноземы обыкновенные карб. мощные слабогумусированные легкоглинистые на лесовидных глинах.

11.Черноземы обыкновенные карб. среднемощные слабогумусированные легкоглинистые на лессовидных глинах.

12.Черноземы обыкновенные карб. среднемощные малогумусные слабосмытые легкоглинистые на лессовидных глинах.

13.Черноземы обыкновенные карб. среднемощные слабогумусированные слабосмытые легкоглинйстые на лессовидных глинах.

14.Черноземы обыкновенные карб. мощные слабогумусированные тяж.суглинистые на лессовидных легких глинах и тяж.суглинках.

15.Черноземы обыкновенные мощные слаборазвеваемые слабогумусированные тяж.суглинистые на лессовидных тяж.суглинках.

1 б.Черноземы обыкновенные среднемощные слабогумусированные слабосмытые легкопишистые на лессовидных глинах.

17.Черноземы обыкновенные карб. среднемощные слабогумусированные среднеразвеваемые глубокослабозасоленные тяж.суглинистые на лессовидных тяж.суглинках.

1 Б.Черноземы обыкновенные карб. среднемощные слабогумусированные средпесмытые тяж.суглинистые на лессовидных легких глинах и тяж. суглинках.

Таблица 3

БАЛАНС ГУМУСА ПО СЕВООБОРОТУ НА ПОЛИГОНАХ МОНИТОРИНГА __РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ _

Административные районы Баланс гумуса по севообороту, кг/га Рост дефицита баланса (1994-1996 г.г.), кг/га

1994 г. 1995 г. 1996 г.

Полигон «Северный»

Кашарский -426 -447 -519 93

Белокалитеенский -439 -469 -567 128

Полигон «Центральный»

Сальский -428 -477 -446 18

Целинский -421 -419 -431 10

Полигон «Западный»

Родионово-Несвегайсюш -358 -397 -442 84

Матвеево-Курганский -360 -394 -420 60

бобовыми культурами. А также минеральные и органические удобрения, повышающие урожайность сельскохозяйственных культур, в том числе и многолетних трав, полное включение в почвообразовательный процесс растительных остатков.

Оценка степени деградации гумусного состояния может быть произведена с использованием баллов бонитета почв, устанавливаемых с учетом запасов гумуса и мощности А+В по результатам двух и более туров почвенного обследования.

Нами в рамках программы мониторинга земель была проведена балльная оценка гумусного состояния почвенного покрова Ростовской области на полигонах мониторинга (табл.4). На основе проведенной балльной оценки земель полигонов мониторинга мы рассчитали совокупный почвенный показатель (X 62), который также выражается в баллах, и на его основе сделали прогноз урожайности на примере зерновых культур.

Полученные нами расчеты показали, что в 1996 году средняя прогнозируемая с учетом баллов бонитета почв урожайность зерновых культур

Таблица 4

БАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПОЛИГОНОВ МОНИТОРИНГА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ПОКАЗАТЕЛЬ СРЕДНЕВЗВЕШЕННЫЕ БАЛЛЫ СРЕДНИЙ СРЕДНЕВЗВЕШЕННЫЙ БАЛЛ

А+В, см Гумус, % Запасы гумуса, т/гя

1994 г. 1996 г. Убыль 1994 г. 1996 г. Убыль 1994 г. 1996 г. Убыль 1994 г. 1996 г. Убыль

ПОЛИГОН «СЕВЕРНЫЙ»

По свойствам почвы 48,4 45,8 2,6 35,6 30,7 4,9 23,9 20,6 з.з 35,9 32,4 3,5

По урожайности 27,2 9,4 17.8

ПОЛИГОН «ЦЕНТРАЛЬНЫЙ»

По свойствам почвы 63,4 61,4 2,0 48,9 45,6 3,3 44,5 39,9 4,6 52,3 48,9 3,4

По урожайности 54,0 29,2 24,8

ПОЛИГОН «ЗАПАДНЫЙ»

По свойствам почвы 52,4 51,8 0,6 53,3 50,2 3,1 43,8 41,3 2,5 49,8 47,8 2,0

По урожайности 50,2 38,2 12,0

на полигоне «Северный» 20,5 ц/га, тогда как фактическая - 8,9 ц/га; на полигоне «Центральный» прогнозируемая урожайность 28,7 ц/га, фактическая - 16,6 ц/га и на полигоне «Западный» - прогнозируемая урожайность 29,5ц/га, фактическая-25,1 ц/га

Для принятия решения о проведении конкретных мероприятий по улучшению деградированной почвы необходимо знать интенсивность процессов деградации и их направление.

Нами при разработке оценочной шкалы степени деградации гумусного состояния учитывалась различная мощность гумусового слоя (А+В, см).

Мы считаем, что потеря (смыв) более 50% мощности гумусового слоя приводит к необратимой деградации плодородия этих почв и поэтому, предлагаем оценивать такое состояние - как 4 степень деградации за счет мощности.

При переводе деградациошшх потерь в балльную систему оценок необходимо учитывать различную мощность (А+В), изучаемых подтипов черноземов. Поэтому уже при первой степени деградации черноземы предкавказские, изначально имеющие большую мощность гумусового слоя «могут позволить себе» большую потерю в баллах и при этом остаться в градации - слабая степень деградации. При очень сильной деградации потери мощности гумусового слоя в баллах в этом подтипе черноземов в 2 раза выше, чем в черноземах южных (табл. 5).

В качестве характеристики скорости деградации предложена величина периода деградации (Система оценки степени деградации почв,1992), который может дать примерный прогноз изменения свойств почвы на ближайшее будущее при условии сохранения направления и темпов современных почвенных процессов. Проведенный нами расчет периода деградации почвенного покрова полигонов мониторинга черноземной зоны Ростовской области (табл. 6) показал, что если для полигона «Северный» при сохранении существующего положения 4 степень деградации всего почвенного покрова будет достигнута через 21,4 года, то на полигоне «Западный» - через 67,5 лет (рис. 1).

Таблица 5

ПОКАЗАТЕЛИ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ДЕГРАДАЦИИ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Степень деградации

Показатель Почвы 0 1 2 3 4

недегра- слабо- средне- спльно- очень

дированная дегра-диро- дегра- дегра- сильно-дсгра-

ванная диро-ванная диро-ванная днро-ванная

Мощность Черноземы <5 5-15 16-20 21-30 >30

(А+В), убыль южные

в см Черноземы североприазовс- <10 10-20 21-30 31-45 >45

кие Черноземы <15 15-25 26-45 46-65 >65

предкав-

казские

Балльная Черноземы <5 5-10 11-15 16-25 >25

оценка, южные

убыль в баллах Черноземы североприазовс- <5 5-10 11-20 21-45 >45

кие Черноземы <5 5-15 16-25 26-50 >50

предкав-

казскне

Содержание

гумуса в Черноземы

Ал ах, убыль (в среднем

в % к исход-. для типа) <5 5-10 11-30 31-50 >50

ному состоя-

нию (или со-

держанию)

Таблица б

ПРОГНОЗ ПЕРИОДА ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПОЛИГОНОВ МОНИТОРИНГА ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Показатель Хмах* 1>т* Хг* X** Та*

Полигон «Северный»

Балльная оценка по: 1) мощности (А+В), см 25 3 48,4 45,8 28,8

2) содержанию гумуса,% 25 3 35,6 30,7 15,3

3) запасам гумуса, т/га 25 3 23,9 20,6 22,7

Суммарный 25 3 35,9 32,4 21,4

Полигон «Центральный»

Балльная оценка по: 1) мощности (А+В), см 50 3 63,4 61,4 75,0

2) содержанию гумуса, % 50 3 48,9 45,6 45,5

3) запасам гумуса, т/га 50 3 44,5 39,9 32,6

Суммарный 50 3 52,3 48,9 44,1

Полигон «Западный»

Балльная оценка по: 1) мощности (А+В), см 45 3 52,4 51,8 225

2) содержанию гумуса, % 45 3 53,3 50,2 43,5

3) запасам гумуса, т/га 45 3 43,8 41,3 54,0

Суммарный" 45 3 49,8 47,8 67,5

** - суммарный показатель рассчитан по среднему средневзвешенному баллу.

*Хмах - значение критерия деградации соответствующее 4 баллу;

- временной промежуток между двумя обследованиями (в годах); *ХГ и Ха -значение критерия деградации соответственно при последнем обследовании и

предыдущем; *Т(1 - период деградации (в годах).

Рис. 1 Картограмма гумусного состояния почв черноземной зоны полигонов мониторинга Ростовской области за период с 1994 по 1996 г.г.

итель-убыль в содержании гумуса в Апах,% в год; знаменатель-период деградации (годы))

'слоеные обозначения: [ | - полигон «Северный»; 1Ц1И11 - полигон «Центральный»;

- полигон «Западный».

Почва представляет собой открытую многофазную систему, характеризуемую необратимыми термодинамическими процессами, и является энергоносителем, обладающим огромными запасами активной энергии, накопленной в гумусе (Собольч, 1979; Волобуев, Бабабекова и др., 1982). Причем, продуктивность почвы тем выше, чем больше в ней энергии, связанной с органическим веществом, и чем меньше величина внутренней энергии минеральной части (энергии кристаллической решетки) (Ковда, 1973).

Нами рассмотрены некоторые аспекты энергетики органического вещества почв полигонов мониторинга Ростовской области. Расчет энергии, накопленной в гумусе и потерь ее за три года в слое о - 20 см подтверждает общие закономерности: максимальные потери запасов энергии на полигоне «Северный» -169,8 ГДж/га, а минимальные - на полигоне «Западный» - 105,5 ГДж/га (в среднем за три года). Однако пересчет в энергетические единицы потерь в слое А+В показал, что максимальные потери в почвах полигона «Центральный», т.е. в почвах, характеризующихся максимальной мощностью А+В.

Глава 5. Прогностические модели гумусного состояния черноземов Ростовской области и возможные пути восполнения потерь гумуса Создание бездефицитного баланса гумуса в почвах достигается соответствующим увеличением поступления в них органических веществ. Традиционно в качестве органических удобрений в Ростовской области используется солома и навоз. Мы провели анализ запасов этих удобрений по некоторым административным районам области (табл. 7-8), который показал, что только в Мат-веево-Курганском районе они позволяют добиться положительного баланса гумуса +7,6 кг/га (табл.9).

Следовательно, для получения бездефицитного баланса гумуса необходимо внедрять внесение нетрадиционных для области форм органических удобрений, увеличивать посев многолетних трав и т.д.

Таблица 7

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛОМЫ НА ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ (расчет по данным за 1996 г.)

Плошадь Урожай- Солома Солома

Наименование Площадь зерно- ность Солома на удоб- на

районов пашни, вых, зерно- общая, ре-ние, удобре-

га га вых, Т т ние,

ц/га т/га

Кашарский 203626 126451 15,6 216989,9 185895,9 0,9

Белокалитвенсюш 151339 92316 19,9 202079,7 178034,7 1,2

Матвеево- 126754 78587 33,6 290457,6 258280,5 2,0

Курганский

Родионово- 109090 68726 26,3 198824,3 179541,3 1,6

Несветайский

Целинский 177052 106231 31,0 362247,7 339024,7 1,9

Сальский 258402 162793 29,5 528263,3 493784,3 1,9

Таблица 8

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАВОЗА НА ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ (расчет по данным за 1996 г.)

Наименование районов Площадь пашни, га Поголовье крупного рогатого скота Поголовье овец и ко] Навоз, т Внесение навоза, т/га

Кашарский 203626 31094 6243 161713 0,8

Белокалитвенсюш 151339 24045 6507 126732 0,8

Матвеево-Курганский 126754 32177 1438 162323 1,3

Родионово-Несветайский 109090 19283 514 96929 0,9

Целинский 177052 23223 10228 126343 0,7

Сальский 258402 34479 76023 248418 1,0

Баланс гумуса фактический и гипотетический по углероду (рассчитан по данным за 1996 г.)

Административные районы Баланс гумуса Возможная прибавка гумуса за счет внесения органических удобрений, кг/га Баланс гумуса с учетом внесения орг. удобрений

Солома Навоз

Кашарский -519 + 154,8 + 51,6 -312,6

Балокалитвен-ский -567 + 206,4 + 54,8 - 305,8

Родионово-Несветайскнй -442 + 215 ¡1 + 51,8 . -108,7

Матвеево-Курганский -420 + 344,0 + 83,6 + 7,6

Сальский -446 + 326,8 + 62,7 -56,5

Целинский -431 + 326,8 + 46,4 -57,8

ВЫ ВОД Ы

1. В черноземах Ростовской области потери гумуса стали повсеместным явлением. За 30-летний период значительные потери гумуса отмечены в северных районах области в черноземах южных от 1,0 до 1,9% (абс.), что можно объяснить сильной степенью развития водной эрозии, повышенным выносом азота с урожаем из-за нерациональной структуры посевных площадей (зерновых-59,1% и подсолнечника-10,7%). Минимальные потери в южных районах области в черноземах обыкновенных карбонатных. Здесь за 30 лет гумусированность снизилась на 0,4-0,5%. Уменьшение содержания гумуса происходит в основном за счет «выпаханности» верхнего почвенного горизонта, поскольку все виды эрозии в этих районах развиты не так сильно.

2. На полигонах мониторинга Ростовской области повсеместно наблюдается деградация почвенного покрова, доминирующим процессом выступает водная и ветровая эрозии почв, вследствие чего в почвах полигонов наблюдаются такие негативные процессы, как уменьшение мощности гумусового

Таблица 9 , кг/га

слоя почв, дегумификация. Наиболее значительные потери гумуса за 3 года наблюдаются на южных черноземах полигона «Северный». Мощность гумусового слоя уменьшилась в среднем на 4,3 см при размахе уменьшения от 1 до 7 см, содержание гумуса в Апах - от 0,2 до 0,8 %. Минимальные потери гумуса отмечены на полигоне «Западный» - 0,1 - 0,3% в гор. Апах, мощность гумусового слоя уменьшилась в среднем на 1,5 см, при размахе уменьшения от 0 до 3 см.

3. В целом по севооборотам баланс гумуса отрицательный на всех полигонах мониторинга. Наиболее значительные потери на полигоне «Северный», причем дефицит гумуса возрастает во временном аспекте. В Кашарском районе на 93 кг/га, а в Белокалитвенском - на 128 кг/га за 3 года; минимальные потери на полигоне «Центральный», где рост дефицита гумуса составил 10-18 кг/га за 3 года. Это является следствием снижения общего уровня культуры земледелия: отсутствие средств защиты растений, вследствие чего очень сильная засоренность полей, отсутствие удобрений, а также невозможность сохранения технологий обработки почв.

4.При деградационной оценке почвенного покрова черноземной зоны Ростовской области в период с 1950-1954 г.г. до 1980 г. по изменению содержания гумуса в Апах результаты говорят о том, что в общих чертах они совпадают с результатами исследований на полигонах мониторинга за 3 года, однако скорость деградации иная. Если за 30-леггний период почвы Кашарского и Бело-калитвенского районов теряли за год 0,03% гумуса, то за 3 года в этих же районах на полигоне мониторинга «Северный» - 0,11% гумуса в год.

5.Расчет запасов энергии накопленной в гумусе и потерь ее за 3 года в слое 0 -20 см подтверждает общие закономерности: максимальные потери запасов энергии на полигоне «Северный» - 169,8 ГДж/га, а минимальные на полигоне «Западный» - 105,5 ГДж/га (в среднем за три года). Уменьшение энергии, аккумулированной органическим веществом, в эродированных почвах связано с отчуждением (переносом ветром или водным потоком) тонкодисперсных, в основном илистых, частиц, которые образуют с гумусом органомине-

ральные соединения, а в почвах, в которых эрозия отсутствует или выражена слабо расход запасов энергии идет за счет минерализации, причем этот процесс, как показали наши расчеты охватывает всю гумусовую толщу.

6 При оценке степени деградации гумусового состояния черноземов Ростовской области с использованием предложенных нами критериев при условии сохранения выявленных закономерностей на полигоне «Северный» 4 степень деградации всего почвенного покрова будет достигнута через 21,4 года, на полигоне «Центральный» - через 44,1 года и на полигоне «Западный» - через 67,5 лет.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Бессчетнова А.Г. Влияние эрозионных процессов на гумусное состояние черноземной зоны Ростовской области// Материалы Щ Международной научно-практической студенческой конференции «Экология и здоровье человека». Ростов-на-Дону. 1997. С. 20-21.

2. Бессчетнова А.Г. К вопросу о мониторинге гумусного состояния черноземов// Тезисы докладов Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-98». М. 1998. С. 10-11.

3. Безуглова О.С., Бессчетнова АХ., Цвылев Е.М. Методы мониторинга гумусного состояния почв,'/ Тезисы и доклады Всероссийской конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения». М.Т.1.С. 154-156.

4. Бессчетнова А.Г. Использование балансовых расчетов для оценки дегуми-фикациониых процессов в черноземах Ростовской области// Материалы студенческой научной конференции «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве». Изд-во: п.Персиановский. 1998. С. 6-7.

5. Бессчетнова А.Г. О воспроизводстве гумуса в черноземах Ростовской области// Материалы молодежной научной конференции «Экологические аспекты агроландшафтов». Изд-во: п.Персиановский. 2000. С. 41-42.

Бессчетнова А.Г. Баланс гумуса в черноземах Ростовской области// Материалы Межвузовского молодежного симпозиума «Безопасность биосферы 99». Екатеринбург, 1999. С. 23.

Бессчетнова А.Г. Изменение гумусного состояния почв пашни черноземной зоны Ростовской области// Мелиорация антропогенных лондшафтов.Т.10. (в печати).