Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОСОБЕННОСТИ ПОЧВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЧЕРНОЗЁМАХ И ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ ПРИ ОРОШЕНИИ ДОЖДЕВАНИЕМ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ ПОЧВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЧЕРНОЗЁМАХ И ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ ПРИ ОРОШЕНИИ ДОЖДЕВАНИЕМ"

й- 22 7Ш

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ЮДИН Сергей Анатольевич

УДК 631.4! : 631.675.2 : 631.445.4 : 631.445.51

ОСОБЕННОСТИ ПОЧВЕННЫХ1 ПРОЦЕССОВ4 В ЧЕРНОЗЕМАХ И ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ; ПОНВАХ.ПРИ ОРОШЕНИИ ДОЖДЕВАНИЕМ

Специальность 06.01.03 —почвоведение -

Автореферат - диссертации па соискание ученой степени кандидндата биологических наук

МОСКВА — 1987

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения Московской ордена. Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А, Тимирязева. ,

' Научный руководитель — академик ВАСХНИЛ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Н. П. Панов.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Б. А. Зимовец; кандидат географических наук И. В. Иванов. . . -

Ведущее учреждение —■ Московский государственный университет им. М, В. Ломоносова, :

Защита состоится 1987 г, в ■«■/Г » час.

\ мин. на заседании Специализированного совета К.120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им, К, А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан <¡¿6 * 987 г.

Ученый секретарь . ■ ~ - /^/9 лГ/ - -Специализированного совета

С. М. Саблнна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Орошение засушливых земель вносит ощутимый вклад в решение Продовольственной программы страны. Программой предусмотрено довести площади орошаемых земель к 1990 году до 23—25 миллионов гектаров и создать в районах орошаемого земледелия зоны гарантированного производства сельскохозяйственной продукции. Этим определяется высокий темп прироста орошаемых угодий.

Важный объект мелиорации и орошения земель Юго-Востока Европейской части СССР представляет Саратовская область, Недостаток влаги является основным препятствием для эффективного развития сельского хозяйства этого региона. ...".'

Известно, что орошаемое земледелие сопряжено не только с увеличением урожайности сельскохозяйственных культур, но и с неизбежным влиянием на почвенное плодородие. Практика орошаемого земледелия богата примерами, когда в результате- орошения увеличивалось содержание гумуса и карбонатов в почве, становился более устойчивым поглощающий комплекс, улучшалась структура (И. Н, Антипов-Каратаев, В. Н. Филиппова, 1955; Б. А. Зимовец, А. Г. Бондарев, Е. М, Орлова, 1970; В. А. Барановская, В. И. Азовцев, 1973; Б. П. Ахтырцев, И, А. Лепилин, 1980; В. Е. Приходько, 1985 и Др.). В то ^ке время многочисленные данные . свидетельствуют о том, что при орошении могут происходить глубокие необратимые изменения минеральной и органической части, приводящие к деградации и потере плодородия почв. Во многих случаях при длительном орошении наблюдалось резкое увеличение щелочности, снижение количества гумуса, ухудшение структуры, слнтообразование и другие негативные явления (Б. Г. Розанов, 1973, 1974, 1975; С. П. Позняк, 1974; Н. П. Панов. В. П. Гущин, 1975, 1976, 1977; Д. С. Орлов, 1975, 1980; Н. Г. Зборищук, 1980 А. Г. Бондарев, 1980, 1982; М. Г. Дегтсва, 1985).

Современный подход к изучению влияния орошения на почвы и их пло анализ как положи-

тельного, так и отрицательного воздействия. При этом особенно важно всесторонне изучить лричлиы и протекающие процессы, приводящие к улучшению или ухудшению почв. . Только при наличии таких теоретических предпосылок можно определить прогнозное состояние орошаемых почв в конкретных природных условиях и методы мелиоративных, агротехнических и других мероприятий по сохранению н повышению почвенного плодородия. До сих пор по данной проблеме существуют односторонние, бессистемные, а порой отрывочные данные.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы являлось Изучение изменений орошаемых почв степной зоны при различном их использовании в производственных условиях. Конкретно в задачу исследований входило:

1. Изучение особенностей современных почвенных процессов в черноземах и темно-каштановых почвах при длительном орошении дождеванием.

2. Оценка влияния орошения на химические, физико-химические и физические свойства черноземов обыкновенных и темно-каштановых почв.

3. Проведение сравнительного анализа воздействия орошения на свойства почвы в условиях возделывания различных культур.

Новизна работы. В производственных условиях степной зоны Саратовской области проведено изучение влияния орошения дождеванием на свойства черноземов обыкновенных и темно-каштановых почв при различном сельскохозяйственном использовании. Осуществлены режимные полевые наблюдения влажности, окислительно-восстановительного и кислотно-щелочного состояния почв. На существующем агротехническом фоне выявлена общая направленность почвенных процессов в сторону ухудшения свойств орошаемых почв. При сравнительном анализе установлена различная буферная способность черноземов обыкновенных и темко-каштановых почв к негативному воздействию орошения. Установлено также, что многолетние травы увеличивают буферную способность по сравнению с зерновыми и пропашными культурами.

Практическая ценность работы. Полученные данные могут быть использованы для прогноза изменения свойств почвы под влиянием длительного орошения и разработки мероприятий по предотвращению нежелательных процессов. Результаты работы используются в учебном процессе при изучении курса «Мелиоративное почвоведение» в ТСХА.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на конференции молодых ученых ВНИИ удобрений и агропоч-воведения в апреле 1985 года и конференциях молодых уче-. ных в ТСХА в нюне 1985 и июне 1986 годов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 работы и одна находится в печати.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 195 стр. и состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 206 источников, в том числе 18 зарубежных авторов.

Работа содержит 13 рисунков и 40 таблиц в тексте, 34 таблицы в приложении.

Объекты м методы исследований

Объектами исследований являлись чернозем обыкновенный в учхозе «Муммовское» и темно-каштановая почва Ер-шовской опытной станции земледелия (ЕОС) Саратовской области. Орошение исследуемых почв проводилось пресной водой дождеванием с использованием оросительных систем «Волжанка» и «Фрегат». Срок орошения на черноземе составлял 13—15 лет, на темно-каштановой почве — 15—17 лет. Оросительная норма — 2000—2500 м3/га.

В указанных районах в производственных условиях были выбраны типичные стационарные площадки: на орошаемых участках под зерновыми или пропашными культурами и под многолетними травами. Контролем являлись неорошаемые „ участки под зерновыми культурами.

Учет миграции подвижных соединений проводился с помощью лизиметров Е, И. Шиловой (1955). В связи с отсутствием на изучаемой территории объектов начального этапа орошения закладывался микрополевой опыт. На участки орошаемой люцерны переносились с богарных участков пахотные горизонты объемом 50X50X25 см3 н монолиты подпахотных горизонтов объемом 30x30x30 см3 в сооответствующей последовательности. Под перенесенными горизонтами также ус-• та» а вливались лизиметры.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) почвы измерялся с помощью платинированных и хлорсеребряных электродов полевым иономером И-102. Измерения проводи-^ лись на глубине 5—15 см, 30—40 см и 50—60 см. Одновременно в полевых условиях измерялся рН почвы, В отобранных образцах определялась влажность почвы, содержание окисного и закненого железа, а также величина общей щелочности.

В лабораторных условиях был заложен модельный опыт с целью изучения влияния различных режимов влажности и растительных остатков на динамику ОВП, рН, содержание СОг в почвенном воздухе. Для опыта использовалась почва из горизонтов Ап н В|. Изучались варианты с внесением растительных остатков в горизонт А„ (соотношение органическое

вещество: почва = i : 30) и ¿ез внесения на фоне различного увлажнения. Почва увлажнялась до 30%, 707а полной влаго-емкостн (ПВ) н в условиях затопления.

Кроме указанных наблюдений, изучались: объемная масса — методом цилиндров; водопроницаемость с поверхности — методом рам; гумус — по Тюрину; фракционный состав гумуса — по Плотниковой, и Пономаревой; состав водной вытяжки, подвижные соединения — по Тамму; окислительно-восстановительная буферкость (И, С. Кауричев, Г. Г. Лат-фуллина, В, И, Савич, 1974); состав обменных оснований — по Шмуку; удельная масса — пикнометрически; общий ил — по Горбунову (1975); еодопептнзируемый ил — по Горбунову в модификации М. LLI. Шаймухометова (1972); агрегатный состав — по Саввипову; биологическая активность поч-.вы (А. Г. Свитенец, М. П. Банкин, 1978); содержание карбонатов — газоволюметрическим методом; элементный состав почвенных растворов и вытяжек определялся на атомно-зб* сорбционном спектрофотометре Perkin-Elmer—505; состав почвенного воздуха — на газовом хроматографе Perkin-EI-mer—900.

Водно-физические свойства орошаемых черноземов и темно-каштановых почв

Под влиянием орошения произошло уплотнение всего почвенного профиля (табл. 1). Сильнее уплотнился пахотный горизонт в варианте с многолетними травами (чернозем — U32 г/см3, темно-каштановая почва — 1,35 г/см3). В условиях регулярных агротехнических мероприятий дождевание пропашных культур не вызвало сильного уплотнения пахотного слоя.

Исследования показали ухудшение агрегатного состава орошаемых почв. На фоне увеличения глыбистости и распыленности орошаемых почв в сухом состоянии произошло снижение содержания водопрочных агрегатов. Причем разрушение водопрочной структуры более интенсивно происходило при выращивании пропашных культур. В целом водопроч-ность агрегатов в черноземе выше, чем в темно-каштановой почве. Орошение дождеванием повлияло на содержание н распределение илистых частиц в почвенном профиле. В пахотных горизонтах орошаемых почв по сравнению с богарой количество ила уменьшилось, в подпахотных, наоборот, увеличилось. Орошаемые варианты с пропашными культурами отличались более резкой дифференциацией ила по горизонтам. Наиболее интенсивно этот процесс наблюдается в темно-каштановой почве (под многолетними, травами количество ила в пахотном горизонте снизилось на 2,5%, под пропашными культурами — на 4,0%). Во всех вариантах орошения

Таблица 1

Водно-фкзнческке свойства чернозема обыкновенного . :■, . и темно-каштановой почвы

1 Ж а? и

Участок 8-Й 2 3-5. ® ¿К - I Ш-- X О П ^ г" ..о О г и О х И 3 'П к О а; ^ СО н 3 /Й э ^ СО. х и о Я Л ё — К ° Й.2 а»»" Э 4> Я м О (3 О я ЙО Я Я

Чернозем обыкновенный

Неорошаемый А» В. 1,20 1,23 23,9 21,7 2.7 6,9 61,0 68,2 352.5

Орошаемые многолетние травы А„ В, 1,32 1,37 21,0 22,1 5.1 6,5 68.2 73,2 132,1

Орошаемые пропашные культуры Ап в. из 1,27 21,2 25,4 6.9 8,3 62,2 67,1 293,9

Темно-каштааовая почва

Неорошаемый 4: 1,24 1.27 19,2 18.8 1.8 1.1 53,2 70,4 185.5

Орошаемые многолетние травы Ап В, 1,35 1,38 17,3 21,9 2.1 1,9 48,6 54.8 70,7

Орошаемые пропашные культуры Ап в( 1,30 1,32 15,7 24,1 213 1,5 47.0 53.1 219,4

произошло увеличение активного ила и уменьшение агрегатного ила.

Водопроницаемость орошаемых участков под многолетними травами по сравнению с богарой снизилась почти вдвое. При орошении пропашных культур на темно-каштановой почве наблюдалось некоторое увеличение водопроницаемости в первый час наблюдений, по сравнению с богарой.

Такой характер впитывания связан с большей трещино-ватостыо и глыбистостью пахотного горизонта. Впоследствии агрегаты разрушались и почва заплывала, что резко снижало фильтрацию. Установление постоянной фильтрации наступало быстрее в тем но-каштановой почве вследствие меньшей водо-прочности агрегатов по сравнению с 'черноземами.

Режим влажности и окислительно-восстановительного состояния черноземов и темно-каштановых почв

Вегетационные поливы оказывали заметное влияние на динамику почвенной влажности. Орошаемые почвы имели более высокие значения влажности и меньши-е ее колебания в те-

чение вегетации по сравнению с неорошаемыми. Исследования показали, что в весение-летне-осенние периоды трехлетнего срока наблюдений на неорошаемых участках господствовали окислительные процессы по всему профилю почв. При орошении многолетних трав на фоне широкого диапазона влажности наблюдались также относительно стабильные окислительные условия. Аналогичные закономерности наблюдались при орошении участков с пропашными и зерновыми культурами. Исключением являлся участок чернозема обыкновенного, занятый в 1983 году пропашными культурами. В результате переполива потенциал в подпахотном горизонте резко снизился (в июне — «—» 22 мв, в июле — « + » 168 мв). Причем ОВП пахотного горизонта сохранялся на относительно высоком уровне. В то же время под люцерной в аналогичных условиях увлажнения снижения потенциала не наблюдалось. Люцерна обладает большой транспирациоиной способностью и при переполивах быстро устраняет избыточную почвенную влагу. Под другими культурами с меньшей транспи-рацией почва при переполивах может длительное время находиться в переувлажненном состоянии.

При многолетнем орошении почвенные процессы стабилизируются и их интенсивность снижается. Это подтверждается результатами мнкрополевого опыта, имитировавшего начальный этап орошения. Динамика ОВП пахотного горизонта в опыте практически не отличалась от динамики ОВП почвы, орошаемой длительное время {табл. 2).

Таблица 2

ОВ-потенциал гв микрополевом опыте на черноземе обыкновенном н гемно-кашга новой почве, мв

Год Почва Глубина, см Май Июнь Июль Август Сентябрь

чернозем 0—25 500 504 419 400

1984 25—55 ...— 227 295 303 321

темно-каштановая 0—25 543 522 498 510

25—55 — 202 263 265 279

чернозем 0—25 467 508 517 5(Ю 410

1985 25—55 361 383 391 381 387

темно-каштановая 0—25 126 4&8 589 455 481

25—55 34 8 353 361 335 373

В подпахотном же горизонте в вегетационный период 1984 года преобладали восстановительные условия. В 1985 году потенциал подпахотного горизонта повысился, но оставался значительно ниже по сравнению с длительно орошаемыми почвами.

е

со, *

! л

" А

18

16 ©

14 12 10 8 6 4

Г'

а

і

\ * А

\

\

ю

20

30 дни

Рис.1 Динамика С02 в пахотном горизонте моделького опыта при увлажнении 30* ГШ /А/ и 70* ПВ /Б/ V;. I - чернозем в варианте без внесения органики;

2 - чернозем в варианте с внесением органики;

3 - темно''-каштановая почва без внесения органики;*;

4 - темно-каштановая почва с внесением органмш

При изучении динамики ОВП в модельном опыте установлено, что на протяжении всего периода наблюдений в варианте 30% ПВ сохранялись окислительные условия. Максимальное значение ОВП пахотного горизонта в черноземе составило +625 мв, в темно-каштановой почве — + 593 мв. Внесение органических остатков при низкой влажности не влияло на динамику ОВ-процессов, При влажности 70% ПВ, несмотря на повышенное содержание углекислого газа (12—16%) в почвенном воздухе, сохранялись устойчивые окислительные условия. Затопление почвы вызывало снижение потенциала как при добавлении, так и без добавления растительных остатков. Наиболее резкое падение ОВП наблюдалось при добавлении органического вещества. Причем в темно-каштановой почве проявлялись более глубокие восстановительные процессы, чем в черноземе. В динамике ОВП модельного опыта при затоплении наблюдалось четыре периода: 1) падение потенциала; 2) устойчивые анаэробные условия; 3) повышение потенциала; 4) аэробные условия. Аналогичные результаты были получены И. С. Каурнчевым с соавторами (1975). В первом периоде скорость снижения ОВП в пахотном горизонте чернозема составила' 4,3 мв/час, в темно-каштановой почве — 7,8 мв/час. Это свидетельствует о большей восстановительной буферности чернозема, что также подтверждается продолжительностью второго периода. Внесение растительных остатков усиливает восстановительные процессы. При этом увеличивается скорость падения потенциала, т. е. уменьшается восстановительная буферность. Скорость снижения ОВП в черноземе увеличилась до 7,8 мв/ час, в темно-каштановой почве — до 10,6 мв/час. Соответственно увеличился и второй период. В третьем периоде развития ОВ-процессов при затоплении, как и в первом, большей буферностью обладал чернозем. Рост ОВП пахотного горизонта чернозема составил 3,7 мв/сутки, в темно-каштановой почве — 7 мв/сутки. В варианте с органическим веществом скорость изменения потенциала соответственно составила 11,9 мв/сутки и 13 мв/сутки.

При титровании почвенных образцов окислителем (ОД и КМп04) и восстановителем (0,1н ЭпСЬ) установлено, что более высокой ОВ-емкостью обладает чернозем обыкновенный по сравнению с темно-каштановой почвой. В результате орошения произошло уменьшение как окислительной, так и восстановительной емкости изучаемых почв. Сильнее снижалась ОВ-емкость под пропашными культурами. В меньшей степени наблюдалось снижение под многолетними травами,

Физико-химические свойства орошаемых черноземов и темно-каштановых почв

При выявлении происходящих под действием тех или иных условий изменений в почве весьма показательной характеристикой является гумусовое состояли«.

В пахотных горизонтах чернозема содержание углерода варьирует от 2,36 до 3,00%, в темно-каштановой почве — от 1,81 до 1,96%. Разница в содержании углерода пахотного и подпахотного горизонтов составляет около 1% (табл. 3).

Таблица 3 Групповой состав гумуса чернозема обыкновенного и темно-каштановой почвы (% от общего углерода)

Почва Участок Горизонт | вй 3 и я JJh (-1 л Ч о 3 = К л В £.<-> ¿Г ж О ж . <Я S.2 а f 8 g — 4 o Сгк Сфк

Неорошаемый А„ 2,85 35,1 17,4 47.5 1,96

Bt 1,45 37,1 18,6 44,3 2,01

Чернозем Орошаемые А„ 3,00 32,8 I9J 48,1 1,71

обыкновен- многолетние в, 1,66 34,3 21,2 44,4 1,63

ный травы

Орошаемые Ап 2,36 33,5 21,2 45,3 1,56

пропашные в, 0,66 34,1 25,9 40,0 1,32

Неорошаемый Ап 1,96 35,6 21,2 43,2 1,67

В, 0,92 35,5 25,2 39,3 1.42

Орошаемые Ап 1,97 34,1 25,6 40,3 1,33

Темно- многолетние В] 0,74 33,8 27,0 39,2 1,25

каштановая травы 1,81 27,5 38,7 1,30

Орошаемые А п 35,8

пропашные Bi 0,55 35,3 28,6 36,1 1,23

Изучаемые чернозем обыкновенный и темно-каштановая почва имеют типично зональный состав гумуса. В результате орошения произошло некоторое его изменение — увеличение . содержания фульвокислот и снижение гуминовых кислот. В результате отношение Сгк/Сфк уменьшилось. Изменение качественного состава гумуса более выражено при орошении пропашных культур.

Продуцирование СОг почвами без растений характеризует непосредственную активность почвенной микрофлоры. В естественных условиях чернозем имел более высокую концентрацию СОг почвенного воздуха, чем темно-каштановая почва, следовательно, и более высокую биологическую активность. Дополнительное увлажнение в.условиях засушливого клима-

та стимулировало развитие микроорганизмов, о чем свидетельствует увеличение продуцирования СОг орошаемыми почвами. Причем максимальное количество СОг содержалось в более гумусированных верхних горизонтах (в черноземе — 1,4%, в темно-каштановой почве — 0,4%). Кроме того, на активность микрофлоры очень сильно влияли и' растительные остатки, что подтверждается результатами модельного опыта (рис. 1). Сочетание этого фактора с оптимальным увлажнением более резко повышало концентрацию углекислого газа в почвенном воздухе. Так, в пахотном горизонте чернозема с растительными остатками при увлажнении 30% ПВ максимальное содержание СОа в почвенном воздухе составило 6,8%, при 70% ПВ — 12,9%, в темно-каштановой почве — 4,08% и 16,4% соответственно. В этих вариантах уже через 15 часов концентрация СОа в пахотном горизонте чернозема составила 3,67% при 30% ПВ и 4,46% пр^ 70% ПВ, в темно-каштановой почве — 3,93% и 6,99%.

Усиление биологической активности в результате орошения, в свою очередь, вызывает усиление минерализации органического вещества почвы. Под пропашными культурами при .орошении заметно снижается содержание гумуса. Многолетние травы при орошении обеспечивают увеличение поступающих в почву органических остатков, тем самым стабилизируя содержание гумуса. Под многолетними травами содержание гумуса в темно-каштановой почве практически не изменилось, а в черноземе обыкновенном заметна тенденция к увеличению.

Кальций, как известно, играет стабилизирующую роль в почве. Поведение карбонатов, таким образом, указывает на степень устойчивости почв . к неблагоприятным явлениям. Изучение распределения карбонатов по профилю почв показало, что в результате орошения происходит снижение содержания и запасов углекислых солей кальция (табл. 4). Выщелачивание карбонатов протекает более интенсивно при выращивании пропашных культур. Причем их потери в темно-каштановой почве выражены более контрастно, чем в черноземе.

Как уже отмечалось, в орошаемых почвах усиливается биологическая активность, что сопровождается повышением •концентрации СОа в почвенном воздухе. Образование углекислоты в растворе переводит карбонаты в бикарбонаты и создает возможность их выщелачивания. Пропашные культуры, обладая меньшей транспирацией по сравнению с многолетними травами, обусловливали нисходящий ток влаги и увеличивали вымывание кальция.

Исследуемые почвы обладают высокой емкостью катион-

Таблица 4 Запасы карбонатов в черноземе обыкновенном -н темно-каштановой почве (т/га)

Чернозем обыкновенный 1 Темно-ка циановая почва

Глубина, см неорошаемый орошаемые .многолетние травы орошаемые пропашные неорошаемый орошаемые многолетние травы орошаемые пропашные

0— 30 30— 50 50—100 0—100 нет 213,6 1009,2 1222,8 нет 190.1 1028,1 1218,2 нет 161,1 875,9 1037,0 170,3 464,3 1518,9 2153,5 133,9 422,9 1142,9 1699,7 нет 421.0 1254,8 1675,8

ного обмена, что характерно для почв степного ряда. Величина суммы обменных оснований пахотного горизонта на неорошаемых участках составляла 34,3 и 36,9 мг-экв/100 г. Основную часть поглощенных катионов представляет Са. Поглощенный натрий содержится в незначительном количестве в пахотном горизонте чернозема — 1,6%, в темно-каштановой почве — 0,9%. Вниз по профилю его содержание увеличивалось и б горизонте С достигало соответственно 8,5% и 13,6%. Калий распределялся более равномерно и составлял в черноземе 2—5%. в тмёно-каштановой почве — 3—4%. Магния содержалось в пахотном горизонте чернозема 21,2%, в темно-каштановой почве — 26,2%, а в горизонте С — 45,7% и 51,7%. В результате орошения снизилось содержание обменного Са по всему профилю чернозема. Наиболее интенсивно этот процесс протекал при возделывании пропашных культур, вследствие чего заметно уменьшилась сумма обменных оснований. На фоне снижения кальция в черноземе происходило некоторое увеличение доли Мй и N3 ППК. В темно-каштановон почве также прослеживалась тенденция увеличения обменного натрия в пахотном горизонте орошаемых участков. Однако вследствие более высокой карбопатности темно-каштановой почвы процесс уменьшения и замены кальция в ППК замедлен по сравнению с черноземом.

Результаты изучения кислотно-щелочного состояния исследуемых почв показали, что в естественных условиях реакция среды изменялась от слабокислой до слабощелочной. В темно-каштановой почве наблюдалась более щелочная реакция, чем в черноземе обыкновенном. На орошаемых участках почвы имели более высокие показатели рН по сравнению с неорошаемыми в течение всего периода наблюдений. Процесс подшелачивання орошаемых почв подтверждается также результатами определения ; общей щелочности.

В модельном опыте при увлажнении до 30% ПВ реакция 10

среды пахотных горизонтов в течение всего срока компостирования была нейтральной, с небольшими отклонениями. При влажности почвы 70% ПВ в пахотных горизонтах наблюдалась вспышка щелочности, увеличившая рН на 0,4—0,9. Характерно, что подщелачиваиие происходило в течение короткого промежутка времени (через 15 часов). Дальнейшее компостирование приводило к снижению реакции среды до слабокислой. Аналогичная динамика рН наблюдалась и при внесении растительных остатков, В условиях затопления почва без добавления растительных остатков сохраняла отмеченную тенденцию к подщелачивашпо, а затем и к подкислению. Однако период подщелачивайня растягивался на 15 дней, а под-кислёние в этом варианте проходило гораздо сильнее. Вариант с добавлением растительных остатков резко отличался более низкими показателями рН в первую половину затопления. В этом варианте происходило (в черноземе — постепенно, в темно-каштановой почве — более резко) подкисление практически с момента затопления. Органическое вещество в виде растительных остатков при затоплении способствовало снижению рН настолько сильно, что эффект подщелачивания полностью отсутствовал.

При титровании образцов изучаемых почв 0,1н НС1 и 0,1н МаОН установлено, что чернозем обыкновенный имеет более высокую кислотно-щелочную емкость, чем темно-каштановая почва. В условиях орошения под пропашными культурами кислотно-шелочная емкость его снижалась, под многолетними травами оставалась неизменной.

Подвижные соединения в орошаемых черноземах н темно-каштановых почвах

Изучение содержания и миграции подвижных соединений позволяет судить о направленности почвенных процессов на самых ранних стадиях развития.

Результаты исследований показали некоторое различие состава водорастворимых соединений в черноземе и темно-каштановой почве. Большее их содержание наблюдалось в темно-каштановой почве по сравнению с черноземом при невысоких абсолютных величинах. Сумма солей в черноземе не превышает 3 мг-экв/100 г, в темно-каштановой почве — 5 мг-экв/100 г.

Следует отметить, что анионная часть водной вытяжки в изучаемых почвах в основном представлена хлором и бикарбонатом. В темно-каштановой лочве общая щелочность по всему профилю в два раза выше, чем в черноземе. При этом большее количество НСОз ионов связано в гипотетические со-

ли с магнием," натрием нкалием. Отсутствие в водной-вытяжке аниона ЭОч создает предпосылки для возможного' проявления ощелачивания и осолонцеаания почв.

Лизиметрические растворы на богарных участках в горизонтах исследований отсутствовали. На орошаемых участках получить их регулярно также не удавалось. Сток почвенных растворов зависел главным образом от условий орошения культур в различные по климату годы. Преобладающим элементом лизиметрических вод являлся кальций. Затем следовали магний, натрий и калий (табл. 5), Содержание Са в

Таблица 5

Состав лизиметрических растворов « черноземе обыкновенном н темно-каштановой почве из пахотного горизонта, мг/л

Участок Са Mg Na К Fe j Mn Si

Чернозем обыкновенный

Орошаемые пропашные культуры, 1983 г. Ми к ро полевой опыт,

1984 г.

. Орошаемые многолетние травы, 1984 г. Мнкрогюле&ой опыт,

1985 г.

Орошаемые многолетние травы, 1985 г.

44,02 6,89 9,70 3,10 0,22 0,03 2,50

134,6 41,4 13,1 14,8 0,28 0,03 11,7

97,5 41,5 12,0 2.1 0.03 0.08 2,6

187,1 40,4 11,0 7.3 0,12 0,03 13,0

85,4 44,5 10,1 3.2 — 4.1

Темно-каштановая почва

Орошаемые пропашные культуры, 1983 г. Микрогюлевой опыт,

1984 г.

Орошаемые многолетние травы, 19&4 г. Микрополевой опыт,

1985 г.

Орошаемые многолетние травы, 1985 г.

37,04 106,7 39,3 151,6 68,3

10,9

36.1

27.0

23.2

38.1

8,3 13,4 14,6 9.7 10,8

2,7

4,7 1.5

3,1

0,66 0,06 0,16

0,07

0.08 0,02

2,47 7.9 6,9 10,0 4,»

растворах мнкрополевого опыта, имитировавшего начальный этап орошения, значительно превышало его количество в растворах из длительно орошаемых почв, в то время как содержание Мд и Ыа оставалось приблизительно на одном уровне. Следовательно, при увеличении длительности орошения уменьшалось соотношение Са + N8 почвенного раствора, что, как известно, способствует более интенсивному . .12

протеканию вышеотмеченных процессов ощелачивании и осо-лонцевания.

В модельном опыте почвенный раствор гравитационно стекал только в варианте с затоплением. В составе раствора Преобладал магний (табл. 6). Следующим по содержанию в растворе пахотного горизонта были кальций и кремний. Внесение растительных остатков резко увеличивало концентрацию всех определяемых элементов. Содержание некоторых из них увеличилось в десятки раз.

Таблица 6 Состав почвенных растворов в модельном опыте при затоплении, мг/л

Вариант

Са

•Мб

N4

к

Бе

Мп Б!

Чернозем обыкновенный

Без растительных остатков

С растительными остатками

Без растительных остатков

С растительными остатками

13,2 154,1

36,0 204,0

7.6 17.4

0,7 .6.7

Темно-каштановая почва.

17,9 123.4

71,5

150,0

4.6 11,0

0.2 4.3

1,2 31,0

8.0 36,7

7,6 240,5

12,8 270,0

14,9 17,1

15.1

21.2

Основным источником увеличения водорастворимых элементов в почве модельного опыта могли быть растительные остатки и минеральные соединения твердой фазы почвы.. Балансовый расчет элементов показал, что их увеличение в варианте с добавлением органического вещества значительно превышало количество, высвобождающееся при минерализации внесенной растительности. Таким образом, в формировании почвенного раствора наряду с растительными остатками большую роль играли минеральные почвенные соединения.

Результаты определения подвижных соединений в вытяжке Тамм а свидетельствуют о то.ч, что общее содержание аморфных соединений в темно-каштаповых почвах выше, чем в черноземах. Орошение увеличило содержание аморфного железа и марганца. Наиболее контрастные изменения произошли в пахотном слое. Возделывание пропашных культур на орошаемых черноземах способствовало большему их накоплению по сравнению с многолетними травами. В орошае* ,'мых темно-каштановых почвах наряду с увеличением железа

.1 М

и марганца в пахотном горизонте наблюдалась четкая закономерность увеличения кремнезема и алюминия.

Расчеты поступления в почву определяемых элементов с биологическими и абиотическими потоками показали, что увеличение аморфных соединений в орошаемых почвах превышало возможное поступление их с оросительными водами и растительными остатками.

Очевидно, в увеличении аморфных соединений существенную роль сыграли процессы трансформации минеральной части почвы, в том числе и алюмосиликатных минералов, о чем свидетельствует увеличение кремнезема и алюминия.

Общие выводы

1. Чернозем обыкновенный учхоза «Муммовское» и темно-каштановая почва ЕОС характеризуются сроднемощным, ма-логумусным горизонтом с фульватно-гуматным типом гумуса и тяжел осу глинистым механическим составом (горизонт Ап + В) составляет соответственно 45—50 см и 35—40 см, содержание гумуса — 4—5% и 3—4% ).

Пахотные горизонты среднеоструктурены, имеют нейтральную реакцию среды. Сумма обменных оснований составляет 34—37 мг-экв при содержании кальция 69—71 % и натрия — 1—2%.

2. Орошение повышало биологическую активность почв, при этом в варианте с пропашными и зерновыми культурами наблюдалась тенденция к снижению содержания и общих запасов гумуса, в составе гумуса увеличилась фракция фуль-вокислот. Одновременно возросла глыбистость и снизилось количество водопрочных агрегатов в верхних горизонтах; повысилась активность ила, что обусловил^ его дифференциацию по профилю.

В варианте с многолетними травами отмечалась стабилизация гумуса и структуры, уменьшалась подвижность ила в орошаемых почвах.

3. Показатели ОВП чернозема и темно-каштановой почвы свидетельствуют о преобладании в них окислительных процессов. Орошение выравнивало динамику ОВП на общем фоне аэробных условий. Временные восстановительные процессы, возникающие при переполивах, проявлялись под пропашными и зерновыми культурами, ОВП снижался до «—» 22 мв. Люцерна, обладая более высокой транспирацией, предотвращала длительное переувлажнение почв и резкое сииженне потенциала.

4. Чернозем обыкновенный обладает высокой ОВ-буферно-стью и емкостью по сравнению с темно-каштановой почвой. При орошении снижалась ОВ-емкость изучаемых почв. Под

пропашными культурами снижение происходило сильнее, чем под многолетними травами. Свежие растительные остатки в условиях затопления стимулировали восстановительные процессы и снижали восстановительную буферность.

5. Масштабы миграции подвижных соединений в орошаемых почвах значительно возросли. Наиболее выражена миграция кальция. Дождевание обусловило выщелачивание некоторого количества карбонатов. Потеря кальция в темно-каштановой почве проявлялась значительно сильнее, чем в черноземе, особенно на начальном этапе орошения. Возделывание многолетних трав замедляло вымывание карбонатов.

С увеличением длительности орошения уменьшалось соотношение Са : Мб 4- Ыа почвенного раствора, что способствовало более активному внедрению натрия и магния в ППК орошаемых почв.

6. Переувлажнение почв до 70% ПВ и более приводило к появлению щелочности. Темно-каштановые почвы, обладая меньшей кислотно-щелочной буферностью, подщелачивались сильнее черноземов. Пропашные культуры в условиях орошения снижали, а многолетние травы поддерживали буфериость черноземов. Внесение растительных остатков предупреждало подщелачивание переувлажненных почв.

7. Накопление аморфных соединений, в том числе кремнезема и алюминия, в пахотных горизонтах изучаемых почв свидетельствует об усилении выветривания в условиях ороше- * ния. Более интенсивно выветривание протекало в темно-каштановой почве и особенно под пропашными культурами в сравнении с многолетними травами.

Наличие свежего органического вещества при затоплении почв усиливало трансформацию минеральных соединений. Растительные остатки, интенсифицируя восстановительные процессы, резко увеличивали содержание элементов в почвенном растворе за счет абиотического их поступления.

8. С целью стабилизации гумусового состояния орошаемых черноземов и темно-каштановых почв, повышения их буфер-ности, улучшения структурности и других физических и физико-химических свойств, целесообразно в полевых севооборотах возделывать многолетние травы.

9. Внесение растительных остатков предупреждает резкое повышение щелочности орошаемых почв при кратковременном их переувлажнении. Однако, во избежание проявления глубоких восстановительных процессов, неизбежно приводящих к деградации орошаемых почв, не следует допускать длительного их переувлажнения (затопления), особенно после внесения в почву свежего органического вещества

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1..Юдии С, А, Подвижные соединения 5), А1, Ре и Мп в орошаемых дождеванием черноземах и тем но-каштановых почвах // Актуальные проблемы повышения эффективности использования орошаемых земель. — Херсон. — 1985. — С. 68—69.

2. Панов Н, П., Гущин В. П.. Юдин С. А. Динамика окислительно-восстановительного потенциала в черноземах н тем но-каштановых почвах при орошении дождеванием, — Рукопись деп. во ВНИИТЕИСХ, — № 484. — ВС—85. — 1986.

' Л 94904 2/УН—87 г. - Объем I п. л. Заказ 1883, ..Тираж 100

' Типография Московской с.-х. академии им, К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44