Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние длительного действия гипса на свойства солонцов Барабинской низменности

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Влияние длительного действия гипса на свойства солонцов Барабинской низменности"

На правах рукописи

Елизаров Николай Владимирович

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ГИПСА НА СВОЙСТВА СОЛОНЦОВ БАРАБИНСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 8 ОКТ 2015

Новосибирск - 2015

005564074

Работа выполнена на кафедре почвоведения, агрохимии и земледелия ФГБОУ ВПО «Новосибирского государственного аграрного университета»

Научный руководитель: Семендяева Нина Вячеславовна, доктор

сельскохозяйственных наук, Заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры почвоведения, агрохимии и земледелия

Официальные оппоненты: Еремченко Ольга Зиновьевна, доктор

биологических наук, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», профессор, заведующая кафедры физиологии растений и микроорганизмов;

Скипин Леонид Николаевич, доктор сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»», профессор, заведующий кафедрой техносферной безопасности.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Омский государственный

аграрный университет имени П.А. Столыпина»

Защита состоится 17 декабря 2015 г. в 10 на заседании диссертационного совета Д 003.013.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 8/2, ИПА СО РАН. Тел./факс. (383) 363-90-25. E-mail: soil@issa.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институте почвоведения и агрохимии СО РАН

Диссертация и материалы, предусмотренные по процедуре защиты, размещены на официальном сайте ИПА СО РАН: http://sibsoil.nsc.ru/

Автореферат « »_2015 г. размещен на официальном сайте ВАК Министерства образования й науки Российской Федерации http://vak2.ed.gov.ru и разослан по списку обязательной рассылки « »_ 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Сиромля Татьяна Ивановна

Актуальность. Для решения национальной продовольственной программы необходимо расширение посевных площадей под кормовые травы. С этой целью в севооборот могут быть вовлечены химически мелиорированные солонцы и их комплексы с зональными почвами.

Общая площадь солонцовых почв России составляет около 30 млн. га (Новикова A.B., 2004) На территории Западной Сибири солонцы и их комплексы с зональными почвами в лесостепной и степной зонах занимают около 10 млн.га. В естественном виде солонцы обладают плохими физическими и физико-химическими свойствами, в связи с чем снижают плодородие всего почвенного комплекса. С 1984 по 1996 гг. в Новосибирской области была проведена химическая мелиорация солонцов на площади более 3 тыс. га, в Омской - на 215 тыс. га (Стройнов, Колебер, 2009). После внесения гипса устойчиво повышалось плодородие солонцов, что обеспечивало высокую и стабильную урожайность сельскохозяйственных культур (Березин, 2005; Семендяева, 2009). Согласно региональным рекомендациям по сельскохозяйственному использованию солонцы должны повторно мелиорироваться каждые 8-10 лет (Рекомендации..., 1983). Но значительные площади мелиорированных солонцов в 90-е годы прошлого века были выведены в залежь.

В этой связи, состояние загипсованных 30 лет назад солонцов представляет несомненный научный и практический интерес.

Цель исследований. Выявить и оценить длительное действие гипсования на физико-химические и агрофизические свойства солонцов корковых Ба-рабинской низменности Западной Сибири.

Задачи исследований:

1. Изучить генетический профиль мелиорированных солонцов, их гранулометрический и микроагрегатный состав;

2. Определить содержание гумуса, карбонатов и величину pH в мелиорированных солонцах;

3. Выявить изменения содержания общего, водорастворимого и обменного натрия;

4. Исследовать динамику агрофизических свойств почв: плотность сложения, плотность твердой фазы почвы, порозность;

5. Проанализировать динамику уровня залегания, степени минерализации и солевого состава грунтовых вод;

6. Оценить изменения солевого состава и запасов солей в профиле солонцов под действием различных доз гипса;

7. Определить отзывчивость донника на многолетнее последействие химической мелиорации.

Научная новизна. Впервые в условиях северной лесостепной зоны Ба-рабинской низменности Западной Сибири выявлено положительное последействие одноразового внесения гипса спустя 30 лет. Установлено статистически достоверное уменьшение плотности сложения пахотного слоя почвы. Зафиксировано значимое снижение запасов легкорастворимых солей и щелочности в

профиле мелиорированных солонцов. Установлено снижение содержания обменного натрия во всех мелиорированных вариантах.

Защищаемое положение:

Положительное последействие одноразового внесения гипса на физические, физико-химические и химические свойства солонцов корковых мало- и многонатриевых сохраняется через 30 лет после внесения.

Теоретическая и практическая значимость.

Результаты исследований позволяют определить перспективы использования длительно мелиорированных солонцов корковых Барабинской низменности Западной Сибири в кормовых севооборотах. Полученные данные необходимы для разработки и оптимизации программ экологического мониторинга почв в Новосибирской области.

Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов лекций «почвоведение» и «почвоведение с основами геологии» на агрономическом факультете Новосибирского государственного аграрного университета (НГАУ), на курсах повышения квалификации преподавателей в Институте заочного образования и повышения квалификации при НГАУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на II этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Минсельхоза России (Новосибирск, 2012, 2013), III этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу (Орел, 2013); на II Международном научно-технического форуме «Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2013); на Всероссийской научной конференции «Почва как базовый компонент наземных экосистем» в ИПА СО РАН (Новосибирск, 2013); на IX и X Международных научно - практических конференциях «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2014, 2015); на Международной научной конференции XVIII Докучаевские молодежные чтения «Деградация почв и продовольственная безопасность России» (Санкт-Петербург, 2015).

По материалам исследований опубликовано 10 статей, в том числе 4 - в соавторстве в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 127 страницах печатного текста, содержит 16 таблиц, 23 рисунка и 16 приложений. Состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы, который включает 163 источника, в том числе 10 - на иностранном языке.

Личный вклад автора: проведены полевые экспериментальные работы, выполнены аналитические определения, осуществлены обработка и интерпретация аналитических данных, сделан аналитический обзор литературы, написаны статьи и тезисы.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.с.-х.н., проф. Семендяевой Н.В., д.б.н., проф. Дергачевой М.И.,

сотрудникам лабораторий географии и генезиса почв ИПА СО РАН за ценные советы и рекомендации при выполнении диссертационной работы.

Глава 1. Современное состояние вопроса использования мелиорированных солонцов

Охарактеризован опыт химической мелиорации солонцов, рассмотрены различные виды химических мелиорантов, применяемых в различных странах (Соколовский, 1941; Schoonover, Aldrich, 1951; Schoonover, 1952; Антипов -Каратаев, 1953; Мамаева, 1956; Самбур, 1963; Кисляков, Михайличенко, 1972; Панов, 1972; Березин и др., 1973; Усолкин, 1974; Кисляков, 1977; Минкин и др., 1980; Новикова, Коваливнич, 1982; Семендяева, 1984; Блескина, 1984; Макаренко, 1989; Семендяева, Добротворская , 2005).

Обсуждено распространение солонцов, условия и закономерности их формирования в Западной Сибири. Проанализированы основные теории генезиса солонцов с различным содержанием обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе (ППК), причины солонцового процесса почвообразования (Глинка, 1926; Ковда, 1946; Гедройц, 1955; Горшенин, 1955; Орловский, 1955; Селяков, 1962; Базилевич 1965; Градобоев, 1974; Панин и др., 1977; Михайличенко, 1979; Курачев, Рябова, 1981; Семендяева, 2002).

Дан обзор свойствам солонцов Западной Сибири и возможности их применения в сельском хозяйстве. Рассмотрена эффективность химической мелиорации солонцов и приведена информация о продолжительности ее действия (Ковда, 1954; Оборин, 1958; Можейко, 1962; Кирюшин, Бабич, 1972; Кирюшин, 1976; Рекомендации..., 1983; Еремченко, 1986; Парфенов и др., 1986;; Березин, 2005; Семендяева Н.В., Добротворская Н.И., 2005).

Несмотря на широкое применение химической мелиорации на территории Новосибирской и Омской областей, сведений о скорости и длительности действия гипса в сибирском регионе и особенно в условиях Барабинской низменности недостаточно и они не соответствуют региональным рекомендациям по использованию солонцов корковых.

Глава 2. Природно - климатические, метеорологические условия,

объекты и методы исследований 2.1. Природно - климатические условия Барабинской низменности

Климат Барабинской низменности резко-континентальный, с холодной продолжительной зимой, жарким или теплым коротким летом. Из-за очень низких температур и неравномерного распределения снежного покрова зимой температура почвы составляет -8, -10 °С. Годовое количество осадков не превышает 400 - 450 мм/год. Коэффициент увлажнения около единицы (Воронина, Сляднев, Дзюба, 1976).

Почвообразующие породы межгривных понижений и лощин представлены тяжелыми карбонатными суглинками с различной степенью засоления. Гри-

вы сложены палево-светло-бурыми опесчаненными карбонатными незаселенными средними суглинками, с преобладанием фракции мелкого песка и низким содержанием пылеватых фракций (Курачев, Базилевич, 1974).

На солонцах произрастает солонцеустойчивая и солеустойчивая растительность. При этом с увеличением степени засоления солонцов на смену менее солонцеустойчивым растительным сообществам приходят более солонце- и со-леустойчивые (Вагина, 1987).

Почвенный покров данной территории отличается высокой комплексностью. Комплексы представлены серыми лесными почвами, черноземами опод-золенными, выщелоченными и обыкновенными, включают пятна солонцов, солончаков, реже - солодей, луговых и болотных почв. Комплексы с засоленными и солонцовыми почвами занимают до 2/3 территории Барабинской низменности (Базилевич, Ковалев, 1974).

2.2. Метеорологические условия периода исследований

Исследования проводились с 2011 по 2013 гг. Вегетационный период 2011 года был близок к среднегодовому по количеству осадков и температурному режиму. Вегетационный период 2012 года отличался сильной засухой, а также жаркой погодой (в июне и июле показатели температуры превысили среднегодовые на 4,2 и 2,6 °С соответственно). В 2013 году вегетационный период был влажным, в мае и июле выпала двойная норма осадков, а в августе -тройная, что вызвало резкий подъем уровня грунтовых вод (с 250 до 50 см).

2.3. Объекты и методы исследований

Полевые исследования проводились в Чулымском районе Новосибирской области на бывшем «солонцовом» стационаре Сибирского НИИ земледелия и химизации. Опыты заложены на 2-х площадках:

в 1981 г. - на малонатриевом солонце (55.080700° с.ш. 81.206006° в.д.);

в 1986 г. - на многонатриевом солонце (55.079050° с.ш. 81.202788° в.д.).

Изучаемые почвы - химически мелиорированные солонцы корковые гидроморфные черноземно-луговые с различным содержанием обменного натрия в иллювиальном (солонцовом) горизонте В]. Далее они будут называться мало- и многонатриевые солонцы.

На малонатриевых солонцах дозы гипса (0, 3, 5, 8, ... 50 т/га) взяты без учета содержания обменного натрия. На многонатриевых солонцах норма гипса рассчитана по Гедройцу. Также были взяты дозы гипса 1/4; 1/2; 3/4 и 1+1/4 нормы, соответственно: контроль (без гипса, с механическим разрушением солонцового горизонта); опыт с гипсом из расчета 11 т/га, 23 т/га, 36 т/га, 45 т/га (1 норма) и 56 т/га. Экспериментальные площадки были обтянуты полиэтиленовой пленкой до глубины 40 см с небольшим поверхностным напуском, чтобы избежать боковой и поверхностный сток. Площадь делянки на малона-

триевых солонцах составляла 1 м2, на многонатриевых - 4 м2, ширина прохода между делянками - 1 м.

Грунтовые воды отбирали ежегодно, в начале июня и в конце сентября. Были определены: глубина залегания и степень минерализации грунтовых вод (Практикум по агрохимии, 2001).

Проведены следующие почвенные анализы: плотность сложения по Мо-диной и Долгову; плотность твердой фазы (пикнометрическим способом); общая порозность и порозность аэрации (расчетным методом) (Агрофизические методы..., 1966); гранулометрический и микроагрегатный состав по методу Качинского; водная вытяжка по Аринушкиной; величина рН (потенциометри-ческим методом); содержание гумуса по Тюрину (Практикум по агрохимии, 2001); общий натрий по Шолленбергеру; обменный натрий - по разности между общим натрием и натрием водной вытяжки.

Урожайность донника учитывали методом пробных снопов (с площадок размером 0,25 м2) в 3-х кратной повторности.

Статистическая обработка данных, полученных в результате исследований, выполнена корреляционным и дисперсионным анализами в программе Microsoft Office Excel 2007. При сравнении средних значений двух выборок применялся критерий Стьюдента при уровне достоверности 90%.

Глава 3. Варьирование свойств солонцов Барабы под влиянием длительного действия гипса

3.1. Изменение генетического профиля под влиянием гипсования

В пахотном слое исследованных мелиорированных вариантов сформировалась зернистая структура. Горизонт А пах (0 - 20 см) был более рыхлый в случае с дозой гипса 56 т/га.

В контроле многонатриевого солонца и в варианте с дозой гипса 11 т/га иллювиальный горизонт с признаками столбчатой структуры восстановился на глубине 7-20 см. В вариантах с дозами гипса 45 и 56 т/га столбчатой структуры по профилю почвы не обнаружено, на глубине 54 и 77 см соответственно, были видны скопления солей в виде псевдомицелия.

На малонатриевых солонцах мелиоративные процессы протекали активнее в вариантах с большей дозой гипса.

3.2. Изменение гранулометрического и микроагрегатного состава

Гранулометрический состав корковых солонцов в контроле менялся от тяжелосуглинистого в слое 0 - 20 см к средне- и легкоглинистому до глубины 60 см. На многонатриевых солонцах гранулометрический состав оказался тяжелее, чем на малонатриевых. Первоначально легкоглинистый состав в слое 0 -20 см утяжелялся до глубины 60 см становясь тяжелоглинистым.

В мелиорированных солонцах гранулометрический состав был более легким. В слое 0 - 20 см он был среднесуглинистым, на глубине 60 см он утяже-

лялся до среднеглинистого. Данное облегчение гранулометрического состава объясняется, возможно, процессами иллювиирования и коагуляции.

По всему профилю мелиорированных солонцов преобладала крупнопы-леватая фракция. Положительный эффект гипсования выразился в снижении содержания физической глины и илистой фракции в малонатриевых солонцах до глубины 100 см, а в многонатриевых - до 60 см. В многонатриевых солонцах мелиоративные процессы протекали медленнее вследствие большего содержания натрия в почвенном поглощающем комплексе.

3.3. Содержание гумуса, карбонатов и величина рН в солонцах

В исследуемой почве — солонце корковом содержание гумуса в слое 0 -20 см колебалось от 6,6% до 9,5% в разных вариантах эксперимента с внесением гипса. В немелиорированной почве (контроле) содержание гумуса составило 6,3%. С глубиной содержание гумуса уменьшалось: на отметке 40 см содержание гумуса не превышало 1,7 - 3,1%, а в контроле составило 3,5% (Елизаров, 2013). В опыте с солонцом малонатриевым содержание гумуса при мелиорации было 6,2%, в контроле - 7,8%. В среднем величина содержания гумуса в мелиорированном солонце достигла 6,9%, что свидетельствует о высоком потенциальном плодородии.

В контрольном варианте многонатриевого солонца отмечено наличие карбонатов уже с поверхности (3,8%), на глубине 40 см их количество уменьшилось до 1,7%. В слое 0 - 20 см малонатриевого солонца в контрольном варианте карбонаты не обнаружены. Содержание карбонатов в мелиорированных вариантах на изученной глубине было ниже, чем в контроле при уровне достоверности 90% . Низкое содержание карбонатов в мелиорированных вариантах объясняется вымыванием их в более глубокие горизонты почвы в период многолетнего последействия гипса.

Для оценки динамики величины рН почвенного раствора солонцов малонатриевых проведено сравнение данных нескольких лет: 1983, 1986, 2006, 2012. На контрольном варианте малонатриевых солонцов величина рН в слое 0-20 см была щелочной. С глубиной она возрастала до сильно щелочной (более 8,5). На всех мелиорированных вариантах величина рН в слое 0 - 20 см была нейтральной (7,0 - 7,3) или слабо щелочной (7,3 - 8,0), с глубиной - увеличиваясь до щелочной (8,0 - 8,5). По всему профилю отсутствовал анион С032", то есть не было соды. Таким образом, действие одноразового внесения гипса в малонатриевые солонцы продолжало длительное время сохраняться и способствовало снижению щелочности по всей 100 - сантиметровой толще. В вариантах с дозами гипса 12 и 18 т/га (соответствующим 1 и 1,5 норме гипса по Гедройцу) зафиксированы наиболее благоприятные величины рН для сельскохозяйственных растений, в том числе донника (Семендяева, Добротворская, 2005).

Подобная закономерность сохранялась и в многонатриевых солонцах, однако в контроле и в варианте с дозой гипса 11 т/га щелочность была более вы-

сокой, чем в малонатриевых. В вариантах с дозами гипса 45 и 56 т/га сода отсутствовала лишь в слое 0-20 см.

Таким образом, на многонатриевом солонце даже высокие дозы гипса не вызвали существенного изменения величины рН в исследованном слое почвы 20 - 100 см (Елизаров, 2013).

3.4. Содержание общего, водорастворимого и обменного натрия

В контроле многонатриевых солонцов содержание общего натрия в пахотном слое снизилось с 68,0 до 54,5% (таблица 1). Такие же изменения произошли в содержании обменного и водорастворимого натрия.

Таблица 1. Содержание общего натрия в многонатриевых солонцах при многолетнем действии одноразового внесения доз гипса, мг-экв/100 г. почвы

Варианты опыта Глубина взятия образца, см Годы наблюдений

1985 1987 1993 2006 2013

Контроль (без гипса) 0-20 16,5 11,3 9,0 6,1 10,9

20-40 15,0 10,8 8,6 13,0 16,3

40-60 9,3 6,2 6,1 7,6 14,4

60-80 7,4 4,9 4,0 5,4 15,2

80-100 6,6 3,3 4,0 4,7 15,8

Гипс 11 т/га 0-20 18,2 11,0 8,0 4,3 7,1

20-40 14,6 12,7 9,6 4,3 16,1

40-60 8,3 6,3 6,1 6,9 17,3

60-80 6,3 3,8 4,0 5,9 12,8

80-100 6,3 3,1 4,0 5,1 10,4

Гипс 45 т/га 0-20 14,6 5,7 1,6 1,1 2,6

20-40 16,3 11,8 1,8 1,9 5,1

40-60 9,7 7,6 3,0 3,1 1,9

60-80 7,1 4,5 4,5 4,0 7,2

80-100 6,6 3,5 4,0 3,3 9,4

Гипс 56 т/га 0-20 18,1 5,1 1,0 0,6 2,0

20-40 14,1 11,6 1,8 1,0 2,6

40-60 13,5 7,3 3,0 1,4 3,8

60-80 8,1 4,4 4,5 2,3 4,9

80-100 6,1 3,1 4,0 2,2 4,6

Вместе с этим зафиксировано снижение количества кальция (с 1984 по 1987 г. его содержание уменьшилось на 14,0%), тогда как содержание магния практически не изменилось.

В малонатриевых солонцах в вариантах с полной и повышенными дозами гипса содержание обменного натрия сохраняется на низком уровне длительное время. В варианте с дозой гипса 5 т/га (40% от полной нормы по методу

Гедройца) содержание натрия и морфологические признаки вернулись в исходное состояние на 6-ой год после мелиорации.

Ни на одном из исследованных вариантов не произошло полного вытеснения обменного натрия из ППК почвы, что свидетельствует о наличии предела его вытеснения на уровне 1,5 мг-экв на 100 г почвы (Семендяева, 1998).

В малонатриевом солонце оптимальной нормой оказалась доза 1,5 нормы по Гедройцу, а в многонатриевых 0,75 - 1,0 нормы. Следовательно, при увеличении доз гипса выше оптимальных, происходит более быстрое вытеснение натрия из ППК мелиорируемого солонца лишь в первые годы.

Резкий подъем уровня грунтовых вод послужил причиной увеличения содержания общего натрия в профиле солонцов (2,6 мг-экв/100 г почвы в варианте с полной дозой и 10,9 мг-экв/100 г почвы в контроле).

3.5. Физические свойства длительно мелиорированных солонцов

Плотность слоя почвы 0 - 20 см в контрольных вариантах была высокая (1,28 - 1,30 г/см3) (таблица 2). На поверхности солонца сформировалась мощная почвенная корка. В контроле многонатриевого солонца плотность сложения достигала 1,63 г/см3 на глубине 80- 100 см. Одноразовое внесение 0,25 полной нормы гипса (11 т/га) практически не повлияло на изменение плотности (1,28 ± 0,11 г/см3). Структура с поверхности была глыбистой.

В вариантах с дозами гипса 45 и 56 т/га гипса длительное действие одноразового внесения мелиоранта способствовало снижению плотности сложения по всему метровому профилю, особенно в слое 0 - 20 см (1,01± 0,18 и 1,01± 0,16 г/см3 соответственно). На данных вариантах отсутствовала почвенная корка, слой почвы был довольно рыхлым.

Ниже по профилю происходило постепенное увеличение плотности до глубины 80 - 100 см. Подобная динамика изменения плотности сложения сохранилась и в малонатриевых солонцах (таблица 2).

Статистическая обработка данных показала значимые различия плотности сложения в мелиорированных вариантах солонцов по сравнению с контролем в слое почвы 0-20 см.

Плотность твердой фазы длительно мелиорированных мало- и многонатриевых солонцов существенно не различалась: в слое 0 - 20 см она не превышала 2,45 г/см3 и 2,70 г/см3 в слое 80 - 100 см. Плотность твердой фазы в мелиорированных вариантах статистически не отличалась от данных в контроле при уровне достоверности 90%.

Общая порозность в контроле малонатриевых солонцов по всему профилю была ниже 50%. В мелиорированных солонцах общая порозность в слое 0 -20 см возросла до 58,8%, что соответствует оптимальным условиям произрастания кормовых сельскохозяйственных растений (донника).

Таблица 2. Изменение плотности сложения мелиорированных солонцов после длительного действия одноразового внесения гипса (п = 5)

Глубина взятия образца, см Плотность сложения, г/см'

Малонатриевый

Доза гипса, т/га

0 12 18 35

0-20 1,28±0,11 1,04±0,13* 1,01±0,11* 1,00±0,21*

20-40 1,31±0,15 1,22±0,18* 1,18±0,13* 1,16±0,14*

40-60 1,39±0,14 1,26±0,22 1,22±0,16 1,22±0,16

60-80 1,37±0,20 1,30±0,18 1,30±0,14 1,30±0,20

80-100 1,40±0,22 1,32±0,19 1,30±0,16 1,30±0,18

Многонатриевый

0 11 45 56

0-20 1,30±0,12 1,22±0,16* 1,01±0,18* 1,01±0,16*

20-40 1,36±0,18 1,34±0,18* 1,18±0,15* 1,15±0,15*

40-60 1,44±0,22 1,36±0,20 1,20±0,20 1,18±0,18

60-80 1,46±0,21 1,44±0,19 1,22±0,19 1,20±0,20

80-100 1,63±0,18 1,48±0,22 1,30±0,17 1,22±0,22

* - Значимое отличие от контроля при Р0 ]

Таким образом, под влиянием длительного действия одноразового внесения гипса (в дозах равных норме по Гедройцу), величина плотности сложения пахотного слоя мелиорированных солонцов снизилась до 1,0 г/см3 . Пониженная доза гипса не оказала заметного эффекта.

Глава 4. Солевой состав и состав поглощенных оснований мелиорированных солонцов

4.1. Динамика уровня залегания, степени минерализации и солевого состава грунтовых вод под солонцами

Начиная с 1987 г. глубина залегания грунтовых вод изменялась в пределах 65 - 265 см. В 1988 году уровень залегания грунтовых вод опустился с 90 до 240 см и до 2012 г. находился на уровне 233 - 265 см, что связано с особенностями погодных и природных условий Барабинской низменности (Галеев, 1994). При этом, степень минерализации грунтовых вод, особенно в контроле, по годам изменялась незначительно (таблица 3).

За весь период наблюдений (с 1987 до 2013 гг.) не было зафиксировано вторичного засоления почвенного профиля грунтовыми водами. В июне 2013 г., из-за обильных осадков (148 мм в мае - июне), уровень залегания минерализованных грунтовых вод под многонатриевыми солонцами поднялся до 50 см, что привело к оглеению и засолению почвенного профиля. К осени (в сентябре) грунтовые воды снова опустились до 160 - 200 см.

Величина рН грунтовых вод, начиная с 1987 г. и до 2013 г., находилась в щелочном интервале. Наиболее высоким данный показатель был в июне 2013 г. - 8,5. В солевом составе грунтовых вод преобладали анионы НСОз" и БО^" и в

11

небольшом количестве присутствовали анионы СОз2", что указывает на смешанный тип засоления вод. Наибольшее содержание иона СОэ2" в фунтовых водах отмечено в июне 2013 г.

Таблица 3. Изменение уровня грунтовых вод и их минерализации под не-мелиорированными многонатриевыми солонцами

Год наблюдений, по увлажнению Месяц наблюдений Уровень залегания грунтовых вод, см рН, водн. Концентрация ионов, мг-экв/л Мине -рализа-ция, г/л

Са2+ Mg2+ Na+

1987, близкий к среднемноголетне-му * Июнь 65 8,7 0,3 4,3 17,4 1,7

Сентябрь 120 8,09 0,3 1,9 8,4 1,9

1988, сильно засушливый* Июнь 90 8,2 1,7 5,3 16,1 2,0

Август 240 8,40 1,8 5,1 16,1 1,9

1989,* близкий к среднемноголетне- му Июнь 200 8,4 2,4 2,5 15,0 1,8

Сентябрь 320 8,2 3,0 6,3 13,4 1,8

1990, близкий к среднемноголетне- му* Июнь 230 8,4 1,5 4,5 12,0 1,7

Август 233 8,36 2,0 5,9 14,2 2,1

2007, засушливый Сентябрь 250 8,06 1,0 4,4 19,9 Не опр.

2013, сильно увлажнённый Июнь 50 8,50 0,9 3,4 21,5 «»

Сентябрь 160 7,85 0,3 6,3 17,2 «»

* Данные 1987 - 1990 гг. - Р.Ф. Галеева (1994).

В течение всех лет исследований в катионном составе грунтовых вод преобладал ион Ыа+. Его содержание изменялось от 8 до 21,5 мг-экв/л. Наибольшее количество натрия в фунтовых водах отмечено в июне 2013 г., а в сентябре его количество уменьшилось.

Содержание иона М§2+ изменялось с 2 до 6,3 мг-экв/л, свидетельствуя о натриево-магниевом засолении фунтовых вод.

4.2. Запасы солей и их состав в мелиорированных солонцах

Многолетние наблюдения показали, что для солонцов характерна динамичность солевого режима, однако на мелиорированных солонцах сохраняется тенденция в сторону их рассоления по сравнению с контрольными вариантами.

Снижение щелочности сопровождалось уменьшением запасов солей в профиле мелиорированных как мало-, так и многонатриевых солонцов по сравнению с контролем (рис.1). Чем выше внесенная доза гипса, тем меньше солей находится в 100 - сантиметровой толще. Максимальное количество солей в профиле малонатриевого солонца обнаружено в контроле. В слое 0 - 100 см оно составило - 17,1 т/га, а при одноразовом внесении гипса в дозе 35 т/га лишь

12

8,8 т/га. Минимум солей во всех вариантах опыта приходился на слой 0 - 20 см (~ 1 т/га). Их содержание увеличивалось максимально в слое 80 - 100 см до 4,6т/га в контроле, а в вариантах гипса 18 и 35 т/га до 2,4 и 2,3 т/га соответственно (Семендяева, Елизаров, 2014).

20

ю —

Малонатриевый солонец

0 —

контроле 12

Доза гипса, т/га

40

Г 0

Многоиатриевый солонец

контроль

11

45

56

Доза гипса, т/га

Рис. 1. Запасы солей в профиле коркового солонца после 30 - летнего внесения различных доз гипса.

В многонатриевых солонцах запасы солей в 100 - сантиметровой толще контроля (без гипса) превышали запасы малонатриевых практически в два раза: 31,3 и 17,1 т/га соответственно. В вариантах с дозами гипса 45 и 56 т/га количество солей было примерно одинаковым: 16,3 и 16,5 т/га, что наглядно показывает о нецелесообразности увеличения дозы гипса выше расчетной по Гедрой-цу. Максимум запасов солей в контроле многонатриевого солонца приходился на слой 20 - 40 см - 11,12 т/га. В слое 40 - 60 см количество солей резко снижалось до 5,4 т/га, а затем наблюдалось их постепенное уменьшение. Такое же распределение солей характерно для целинных солонцов, в которых, как правило, максимум солей приходится на горизонт В2 (слой 20 - 40 см).

В ППК мелиорированных малонатриевых солонцов с течением времени увеличилось содержание обменного кальция. На 7 - й год действия гипса в варианте с внесением дозы 35 т/га содержалось самое большое количество поглощенного кальция (83,7% от суммы поглощенных оснований), тогда как магния - только 9,3%. При внесении меньших доз гипса (12 и 18 т/га) содержание кальция было ниже - 58,9 и 65,9%, а магния больше — 37,4 и 29,8% (Семендяева, Елизаров, 2014). Следовательно, высокие дозы оказали сильное воздействие на состав ППК солонцов корковых.

Во всех вариантах опыта в 2013 г. зафиксирован анион С03 (рис.2). При этом величина рН находилась в пределах от 8,8 до 10,6, что указывает на вторичное засолении исследуемых почв.

Таким образом, в залежном состоянии почв в контрольных вариантах солонцов восстановилась столбчато - ореховая структура и солевой профиль.

Гипс 45 т га

Гнпс 56 тга

Гнпс 18 т/га

Солонец многонатриевый Солонец малонатриевый

Рис. 2. Солевой состав водной вытяжки солонца коркового, июнь 2013.

Профиль мелиорированных солонцов по морфологическим, физическим и физико - химическим свойствам изменился. Получены достоверные различия в содержании солей на глубине 20 - 100 см во всех мелиорированных вариантах по сравнению с контролем.

Глава 5. Длительное действие гипса на урожайность сельскохозяйственных культур

Ранее было установлено (Семендяева, 1993), что урожайность овса на мелиорированном корковом солонце выше на 20 - 30%, чем в контрольном варианте (без внесения гипса).

В агроценозах с донником урожайность варьировалась от погодных условий периода вегетации. В 2008 г., близком к среднемноголетнему, достигнута наибольшая урожайность донника (650,0 г/м2) в варианте с дозой гипса 56 т/га. В контроле урожайность была меньше в 3,75 раза (173,3 г/м2).

В жарком и засушливом вегетационном периоде 2012 года, урожайность донника в варианте с дозой гипса 56 т/га снизилась в 2,4 раза (268,7 г/м2), а в контроле в 5,5 раз (31,5 г/м2) по сравнению с 2008 г.

В теплый и влажный вегетационный период 2013 г урожайность донника в вариантах с дозами 45 и 56 т/га гипса (330,5 и 413,1 г/м2) превышала контроль (198,3 г/м2) в 1,7-2 раза.

Выводы

1. На территории Барабииской низменности длительное действие гипса благоприятно повлияло на свойства солонцов корковых и продолжало сохраняться более 30 лет. В мелиорированных вариантах не обнаружено столбчато -ореховатой структуры. Произошло облегчение гранулометрического состава пахотного слоя (0 - 20 см) с увеличением микроагрегатности почвы.

2. Отмечено высокое содержание гумуса в корковых солонцах (6,3 - 7,8% в пахотном слое), что является признаком высокого потенциального плодородия. Отсутствие карбонатов в верхних слоях (0 - 20 см) свидетельствует об их вымывании в более глубокие горизонты почвы.

3. В варианте с дозой гипса 45 т/га, рассчитанной по Гедройцу, содержание ионов натрия в почвенном поглощающем комплексе солонца снизилось до критического значения (3% от емкости обмена), что препятствовало пептизации почвенной массы и уплотнению почвы.

4. Под влиянием длительного действия гипса произошло уменьшение плотности сложения в метровой толще солонцов (по сравнению с контролем), особенно в слое 0-20 см.

5. Глубина залегания минерализованных грунтовых вод изменялась от 50 до 270 см в зависимости от метеорологических условий года. В солевом составе грунтовых вод преобладали анионы НС03" и 5042".

6. Химическая мелиорация способствовала снижению содержания солей в солонцах корковых в 2 раза по сравнению с контролем (до 8,8 т/га). В многонатриевом солонце дозы гипса 45 и 56 т/га существенно не различались по характеру последействия, в связи с чем расчетную дозу 45 т/га следует считать оптимальной.

7. В разные по метеорологическим условиям периоды вегетации урожайность донника увеличилась на фоне многолетнего последействия гипса.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Статьи в рецензируемых научных журналах

1. Семендяева Н.В., Елизаров Н.В. Изменение физических свойств солонцов Барабинской низменности при длительном действии гипса // Вестник НГАУ. - 2012. - №1(22). - С. 38 - 41.

2. Семендяева Н.В., Елизаров Н.В., Аверкина С.С.Изменение агрофизических свойств и запасов солей в солонцах Барабинской низменности при длительном действии гипса // Агрохимия. - 2012. - №10. - С. 13 - 19.

3. Семендяева Н.В., Елизаров Н.В. Динамика солевого состава солонцов Барабы в течение 27-32-летнего действия гипса // Вестник НГАУ. - 2014. - № 1(30).-С. 41 -45.

4. Семендяева Н.В., Коробова JI.H., Елизаров Н.В. Изменение свойств и биологической активности солонцов корковых Барабинской низменности при длительном действии гипса // Почвоведение. - 2014. - №.11 - С. 1-7.

Публикации и статьи по теме исследований

5. Елизаров Н.В. Влияние длительного одноразового внесения гипса на некоторые свойства солонцов Барабинской низменности // Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы: материалы второго Международного научно-технического форума - Омского аграрного университета (г. Омск 27-29 марта 2013г.) - Омск: Изд-во ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина. - С. 40 - 42.

6. Елизаров Н.В. Длительное влияние гипса на свойства солонцов Барабинской низменности // II Ковалевские молодежные чтения «Почва как базовый компонент наземных экосистем»: Сборник материалов всерос. науч. конф. (г. Новосибирск 1-4 окт. 2013 г.) / Под ред. К.С. Байкова (отв. ред.) - Новосибирск: Изд-во «Окраина», 2013. - С 153-155.

7. Елизаров Н.В. Солевой состав мелиорированных солонцов Барабы в зависимости от уровня залегания грунтовых вод // Достижения и перспективы студенческой науки: Мат. студ. науч. конф. Новосиб. гос. аг-рар. ун-т. - Новосибирск, 2014.-С. 34-37.

8. Семендяева Н.В., Елизаров Н.В. Динамика грунтовых вод под под солонцами в Барабинской низменности // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. / IX Междунар. науч.- практ. конф. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2014. Кн. 2. С. 254 - 255.

9. Семендяева Н.В., Елизаров Н.В. Динамика солей в профиле многонатриевых солонцов в течение 27-летнего действия гипса // Аграрная наука -сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. / X Междунар. науч.- практ. конф. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2015. Кн. 2. С. 233-234.

10. Елизаров Н.В. Химическая мелиорация как способ устойчивой реабилитации корковых солонцов Барабинской низменности // Мат. Междунар. науч. конф. XVIII Докучаевские молодежные чтения «Деградация почв и продовольственная безопасность России» / Под ред. Б.Ф. Апарина. - СПб. Издательский дом С. - Петербургского государственного университета, 2015. С. 42 -43.

Подписано в печать 15.10.2015 г. Печать офсетная. Бумага офсетная. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ № 286

Отпечатано в типографии «Срочная полиграфия» ИП Малыгин Алексей Михайлович 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 6/1, оф. 104 Тел. (383) 217-43-46, 8-913-922-19-07