Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние окультуривания, рельефа и системудобрения на физико-химические и агрохимическиесвойства дерново-подзолистых почв

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние окультуривания, рельефа и системудобрения на физико-химические и агрохимическиесвойства дерново-подзолистых почв"

Зыопг Минь Внэн

На правах рукописи

ГГ5 ОД ~ 3 Ш

Влияние окультуривания, рельефа и систем

эбрения на физико-химические и агрохимические

свойства дерново-подзолистых почв Специальность 06.01.04 - Агрохимия

Автореферат диссертации ия соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева и во Всероссийском НИИ удобрений и агропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова.

Научные руководители: доктор биологических наук Л. К. Шевцова и кандидат биологических наук, доцент II. Г. Ракипов.

Научный консультант: кандидат биологических наук В. А. Романсиков.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Демин и кандидат сельскохозяйственных наук, доцент 10. Л. Мсшалкина.

Ведущая организация - Почвенный институт им. В. В. Докучаева.

Защита диссертации состоит 5 июня 2000 г. в ........ч на

заседании диссертационного совета Д 120.35.02 в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева. Адресе: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА. Автореферат разослан........¡3... .....................2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета-кандидат биологических наук

Гойорина В. В.

Общая характеристика работы

Актуальность. Для эффективного использования и воспроизводства плодородия почв необходимо иметь подробную информацию о закономерностях распределения физико-химических и агрохимических свойств по профилю почв в процессе окультуривания, а также о варьировании этих показателей по поверхности исследуемой территории. Вопросы пространственного варьирования свойств- почв при сопряженном воздействии природных и антропогенных факторов еще мало изучены. Это, в частности, определяется тем, что классические полевые опыты закладывались, в основном, на выравненной территории (плакоры), в соответствии с требованием методики. В гоже время значительная часть (более 40%) пахотных почв в Нечерноземной зоне расположены на склоновых землях с уклоном 1-3° и более градусов [Д. II. Каштанов, В. Е. Явтушенко, Г. С. Липкина]. Для изучения данных вопросов на склонах требуется использование новых подходов, обеспечивающих детальное исследование пространственной изменчивости физико-химических и агрохимических свойств почв, что позволяет разрабатывать эффективную систему земледелия с учетом реального состояния почвенного плодородия по элементам рельефа [Ш. И. Литвак, Л. К. Шевцова, В. А. Романсиков и др.] . Эти подходы также являются важной частью в системе организации почвенного мониторинга для разработки и совершенствования экологически безопасных систем земледелия [Г. В. Добровольский, Н. 3. Милащенко, В. Н. Кирюшин].

Цель и задачи исследовании. Цель работы - выявить влияние рельефа, окультуривания и систем удобрения на закономерности изменения содержания по профилю и пространственное распределение в пахотном слое территории полигона центральной опытной станции ВИУА (ЦОС ВИУА) физико-химических и агрохимических свойств почв.

Задачи исследования:

1). Изучить особенности распределения физико-химических и агрохимических свойств по профилю пахотных и целинных почв на разных элементах склона.

2). Выявить влияние рельефа на дифференциацию физико-химических и 1грохимических свойств пахотных почв по элементам склона.

3). Изучить пространственное варьирование физико-химических и 1грохимических свойств пахотного слоя перед закладкой опыта и его изменение юд воздействием различных систем удобрения и рельефа после ротации :евооборота.

4). Выявить влияние антропогенных (системы удобрения, окультуривания) и природных (рельеф) факторов, а также их комплексное воздействие на изменение во времени пространственного распределения физико-химических и агрохимических свойств почв.

Научная новизна. Выявлено комплексное влияние окультуривания и мезорельефа на распределение физико-химических и агрохимических свойств по профилю дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы. На основе исследования внутригоризонтных и межгоризонтных взаимосвязей свойств-почв показано, что длительное окультуривание (известкование, внесение органических и минеральных удобрений, севооборот) влияет, главным образом, на физико-химические а агрохимические свойства пахотного горизонта, а в более глубоких слоях почвенного профиля сохраняется естественное распределение этих показателей. С помощью дискриминантного анализа количественно оценено влияние рельефа на дифференциацию почвенных показателей.

Впервые исследовано пространственное варьирование физико-химических и агрохимических свойств почв пахотного слоя агроэкологического полшона на основе использования методов геостатистики.

Впервые показаны преимущества методов геостатистики в описании пространственной изменчивости и интерполяции свойств почв, а также для компьютерного составления картограмм пространственного распределения почвенных показателей с оценкой точности получаемых результатов.

Практическая значимость работы. Новый подход к отбору почвенных проб на опытной территории но фиксированной сетке квадратов с последующей обработкой результатов методами геостатистики дает возможность адекватно оценить пространственное варьирование исходной почвы и его изменение под влиянием различных систем удобрения, что позволяет проводить агрохимические полевые опыты с минимальным количеством повторностей. Такой подход особенно важен для закладки полевых экспериментов на склоновых территориях, когда пространство опыта ограничено требованием одинаковой экспозиции, > клона, направления тальвегов и т.д.

В результате исследований выявлена различная устойчивость во времени пространственного распределения физико-химических и агрохимических показателей под влиянием различных систем удобрения и рельефа, что необходимо учитывать в разработке технологий применения извести, органических и минеральных удобрений, особенно для целей координатного земледелия, а также в расчете репрезентативного количества почвенных образцов

при обследовании и сроков повторного проведения исследований для условий данного полевого опыта.

Апробация работы. Результаты исследований опубликованы в 4 статьях.

Структура п объем работы. Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 26 таблицы, 54 рисунка и 6 приложений. Работа состоит из введения, 4 глав (включая обзор литературы), выводов и списка использованной литературы (90 наименований, в.т.ч. 8 на иностранном языке).

Условия и меюды псслсдопанпн. Исследования проводили па агроэкологическом полигоне, который расположен на территории ЦОС ПНУЛ Московской области.

Территория агроэкологического полигона располагается на склоне крутизной 1-3°, площадью 22 га, а превышение относительных высот составляет 10 м. Полигон характеризуется сложным мезорельефом с наличием молодых оврагов и микрорельефом с чередованием микроповышений и западин. Пахотная территория разделена на 4 катены, имеющие свой микроводосбор. Каждая кагена зключает элементы склона от водораздела до нижней части склона. Площадь <аждой катены составляет от 6 до 12 га. Па территории полигона в 1991 г. развернута схема полевого опыта, включающая четыре системы земледелия: зргано-минеральная в 1-ой катене, органическая в 2-ой катене, биологическая контроль) в 3-ей катене, минеральная в 4-ой катене (табл. 1).

Природные условия и почвообразующие породы типичны для территории Домодедовского района. Почвенным покровом являются дерново-подзолистые :реднесуглинистые почвы с различной степенью оподзоленности, оглеености, >родированности и намытости.

Слева полигона находится поселок Шебанцево, справа - лес. Окультуривание началось со стороны поселка, поэтому вектор поперек склона (У) словно рассматривался как фактор окультуривания и систем удобрения, а вектор шоль основного склона (X) - как фактор мезорельефа.

Опыт развернут в 5-ти полном зерно-траво-пропашном севообороте со ледующим чередованием куьтур: кукуруза, ячмень с подсевом трав, травы :ервого года пользования, травы второго года пользования, озимая пшеница. 1ормы удобрений в д.в. за ротацию по системам, кроме биологической (контроль) |Динаковы (табл. I).

Для изучения влияния различных элементов склона и окультуривания на войства почв на полигоне перед закладкой опыта заложены 7 разрезов на разных :астях склона в агроценозе и 2 разреза в природном ценозе. Выбор места закладки

рафезов проводился с учетм мезо- . микрорельефа, гидроморфизма и свя шпион с ними неоднородности почвенного покрова. В нижнем част склона заложены разрезы 101, 103, 104, в верхней - 102, в приводораздельпоп части склона - 105, 106, 107. Для сопоставления с пахотными почвами под лесом в средней части склона заложен разрез 201, а разрез 202 в нижней части склона на поляне. В разрезах проводился отбор почвенных образцов по генетическим горизонтам для лабораторного анализа.

Таблица I. Схема агрохимического нолевого опыта на полигоне.

Сиаема удобрения

Куль г> ра Органо-минеральная Органическая Биологическая Минеральная

Кукуруза Навоз 35.5т/га Навоз 75г'|а N,,,01'.,, ,К:я,

Ячмень С подсевом гран КадР^К,:, ' - -

Травы 1 г.п. - - - -

Трапы 2 т.п. - - - -

Озимая пшеница - - N12оР_>оЬ1100

Всего за ротацию - N175P1wK.n1,

Для изучения пространственного варьирования физико-химических и агрохимических свойств почв на полигоне до и после ротации севооборота использован специальный метод отбора почвенных проб: на территорию полигона была нанесена регулярная сетка квадратов 20 х 20 м и случайным образом из 600 узлов сетки па глубине 0-20 ем отбирались 120 почвенных образцов в одних и тех же узлах сетки в каждый период отбора: до и после прохождения ротации.

13 почвенных образцах определили: обменный кальций и магний (трилонометрический метод), обменный водород и подвижный алюминий (метод Соколова), гидролитическую кислотность (метод Каппена), рН солевой (погенциометрически), подвижный калий и фосфор (метод Кирсанова), пи фазный азог (по ГОСТу 2659-86), гранулометрический состав (метод К'ачинского).

Для исследования изменения свойств почв по горизонтам профиля под влиянием окультуривания и рельефа проведен внутригоризонтный и межгоризонтный корреляционный анализ взаимосвязей почвенных показателей [Г. 11. Копии к и др.], а также дискрнминангнын анализ. Для исследования проаранствоннон екоррслпрованностн свойств почв пахотного горизонта до п

после проведения опыта применены методы геостатистики с использованием компьютерных программ GS\ Surfer и statislica.

Результаты исследований

I. В.шяппе окультуривания и рельефа на физнко-химичсскис п агрохимические свойства профиля почв

При сопоставлении морфологического строения профиля пахотных и лесных почв отмечено, что в результате эрозии и окультуривания строение профиля и мощность горизонтов пахотных почв значительно изменились но сравнению с почвами иод лесом. Установлено повышение степени оподзоленности, которая отражается в значительном увеличении мощности переходного горизонта А;В в пахотных почвах по сравнению с иелипыми почками. Изменение морфологического строения профиля пахотных почв при экультурпвании сопровождается изменением ряда физико-химических и ирохимических показателен.

1.1. Изменение физико-химических и агрохимических свойств почв при жультурнвапни

Распределение физико-химических и агрохимических свойств почв по фофилю графически представлено на рисунке 1. При окультуривании физико-химическое состояние и агрохимические свойства пахотного слоя значительно •лучшаются: снижается кислотность (увеличение величины рИ, снижение )с.!ичнпы гидролитической кислотности и содержания подвижного алюминия); величивается содержание подвижного фосфора. При окультуривании и шжележащи.х горизонтах пахотных почв физико-химические и агрохимические :войег»а либо остаются почти неизмененными, как по величине pli. либо 'худшаются - возрастает содержание подвижного алюминия, величина ндро.ппической кислотности, снижается степень насыщенное!и основаниями, одержание подвижного фосфора. Таким образом, процессы окультуривания лучшаю! физико-химические и агрохимические свойства почв, главным бра ¡ом. в пахотном слое.

1.2. Измсненне взаимосвязи свойств почв но профилю при кульгурванни

Для определения изменения физико-химических и агрохимических свойств пределах одного горизонта под влиянием окультуривания проведен нутрнгоризонтный корреляционный анализ пахотного слоя, горизонта AiB и ¡.Л: в отдельности, а также межгоризонтный корреляционный анализ, оиюляющий исследовать взаимосвязи показателен между этими горизонтами, еплыаты анализа графически обобщены на рисунках 2 п 3. На них отображены

Н*,м г-эке/ЮОг

О 25 50 75 100 125 150 175 200 225

О 5 10 15 20 в, мг-эквУЮОг

О 25 50 75 100 125 150 175 20С 225

О 25 50 75 100 125 150 175 200 225

0 2 4 6 Нг.мг-экоЛООг

•10 60 V"/.

о

25 50 75 100 125 150 175 ¿00 225

рН

' АГ,мГг экв/ЮОг

обозначение:

О 5 10 15 20 25 30 35 40 К20, мг/ЮОг

5 10 15 20 Р205, мг/ЮОг

пахотная почва верхней части скпона

пахотная почва средней части склона

пахотная почва нижней части скпона

лесная почва средней части склона

Рис. 1 Распределение свойств почв по профилю

-О-

лесная почва нижней части склона

Пахотный слой

Горизонт Л;В

Обозначение па рис. 2, 3: _ 7.6< г <Х.О

- 8.0< г <9.0

- 9.0 < г

-------обратная связь

1'ис. 2. Впутригоризотные связи почвенных показателей.

< i 1\Г£Иф I

только значимые связи между свойствами почв. Увеличение толщины линии означает усиление тесноты связи. Пунктирная линия указывает на наличие обратной связи. Рисунки четко показывают, что с глубиной увеличивается количество и теснота внутригоризонтных и межгоризонтных связей. Это говорит о существенном отличии пахотного горизонта от нижележащих горизонтов в результате окультуривания.

Рассматривая зависимости между показателями кислотности в пахотном горизонте (рис. 2), следует отметить тесную обратную связь величины рН и прямую связь гидролитической кислотности с обменным водородом, в отличие от нижележащих горизонтов, где подобные связи отсутствуют, при тесной обратной связи величины рН с обменной кислотностью и подвижным алюминием. Это свидетельствует о существенной роли органических кислот в поддержании кислотности в пахотном слое. В нижележащих горизонтах усиливается роль подвижного алюминия в поддержании кислотно-основного равновесия почвы. Прямая связь между величиной рН и содержанием кальция (рис.2) подтверждает влияние известкования на снижение кислотности пахотного слоя. Отсутствие связи между величиной рН и содержанием кальция в нижележащих горизонтах указывает на ослабление влияния процесса известкования на кислотность с глубиной. Таким образом, на величину кислотности пахотного слоя влияют как-антропогенные, так и природные процессы. С глубиной воздействие антропогенных факторов уменьшается и доминируют естественные процессы почвообразования.

Тесные межторизонтные связи почвенных показателей между нижними горизонтами почвенного профиля А3В и ВАг (рис.3) указывают на то, что первоначально физико-химические и агрохимические свойства разных горизонтов профиля наследуются от почвообразующей породы и образованы в результате процесса естественного почвообразования. В результате окультуривания свойства пахотного слоя существенно изменились под влиянием антропогенных факторов, что приводит к снижению тесноты и количества связей между пахоным слоем и шжележащим горизонтом (рис.3).

Таким образом, процесс окультуривания слабо влияет на изменение свойств ючв глубже пахотного слоя.

1.3. Влияние рельефа па дифференциацию свойств почв по элементам :клона.

Для выявления роли рельефа в дифференциации почвенных показателей по цементам склона проведен дискриминантный анализ, в котором использованы тизико-химические, агрохимические показатели и гранулометрический состав

■е-

к х

5

6

и к 4

3.5

3

2.5 О

2 1.5 О °°о<>

1 0.5 0 -0.5 о • * о • ° ■ Ш ■

-1 • •

-1.5 • о •

-2 -2.5 • •

-о -4 -2 0 2 4 6 9

• 1 ■ 2

О 3

Дискриминантная функция 1

Дискриминантная функция 1 описывает дискриминацию между почвой средней части (2) и почвами верхней (1) и нижней (3) частей склона.

Дискриминантная функция 2 описывает дискриминацию между почвами верхней (1) и нижней (3) частей склона.

Рис. 4. Графическое изображение дискиминации почвенных показателей по разным элементам склона с учетом пахотного слоя 8 7

х

•е 5

о

Дискриминантная функция 1

Дискриминантная функция 1 описывает дискриминацию между почвой верхней (1) части почвами средней (2) и нижней (3) частей склона.

Дискриминантная функция 2 описывает дискриминацию между почвами средней (2) и нижней (3) частей склона. ^

Рис. 5. Графическое изображение дискиминации почвенных показателей по разным элементам склона без учета пахотного слоя

(содержание крупной пыли, ила, физической глины) в горизонтах 7 профилей разрезов, заложенных на пахотных почвах разных частей склона. Дискриминантный анализ проведен по горизонтам с учетом и без учета пахотного слоя. Результаты анализа представлены на рисунках 4 и 5.

На рисунке 4 видно, что при учете пахотного слоя обеспечивается разделение почвы средней части склона от почв верхней и нижней частей склона. Дискриминантный анализа без учета пахотного слоя позволяет получить не только полное разделение почв разных элементов склона, но и достичь увеличения степени дифференциации почв (рис. 5), что подтверждается снижением лямбды Уилкса с 0.014 (для анализа с учетом пахотного слоя) до 0.011 (без учета пахотного слоя). Лямбда Уилкса варьирует от 0 до 1 и дискриминация увеличивается с уменьшением значения коэффициента. Таким образом, в нижних горизонтах профиля более четко отражается влияние фактора склона, чем во всем профиле.

Изложенные результаты подтверждают:

- Окультуривание улучшает физико-химические и агрохимические :войства пахотного слоя, но практически не влияет на эти свойства в более •лубоких горизонтах почвенного профиля.

- Рельеф оказывает влияние на дифференциацию почвенных свойств по цементам склона. Процесс окультуривания в определенной степени нивелирует шияние рельефа на дифференциацию почвенных показателей в пахотном слое, но ; нижележащих горизонтах с ослаблением влияния окультуривания :ифференциация почвенных показателей по элементам склона под влиянием ельефа проявилась более четко.

2. Влияние окультуривания, систем удобрения н рельефа па фостранственное варьирование свойств дерново-подзолистых ночи

Описание пространственного варьирования физико-химических и

грохимических свойств почв на полигоне при комплексном воздействии

культуривания, систем удобрения и рельефа осуществлено па основе методов i-i

еостатистки, который основан на теории региопализованных переменных, [анный метод позволяет получить не только функцию, описывающую ространственную изменчивость исследуемого показателя, но и картограмму его ространственного распределения с оценкой точности на основе данных пробования [Л. А. Иванникова, Е. В. Мироиенко, В. А. Романенков]

Для изучения временной динамики пространственной изменчивости гждого исследуемого почвенного показателя под влиянием окультуривания, 1стем удобрения и рельефа с помощью методов геостатистики были построены

изотропные (без учета направления) и анизотропные (по выбранным направлениям) вариограммы в начале опыта и после прохождения ротации. Вариограмма есть функция изменения дисперсии в пространстве. При построении вариограмм все значения выборки (120 наблюдений по узлам фиксированной сетки) были стандартизованы согласно уравнению ui=(xi-x)la, где u¡ -стандартизованное значение х ¡-ого наблюдения, х - среднее арифметическое значение выборки, о - стандартное отклонение выборки. Эта процедура обеспечила возможность сравнения вариограмм между собой.

По результатам сравнения вариограмм показателей до и после ротации можно разделить почвенные свойства на 3 группы по устойчивости к воздействию природных и антропогенных факторов: малоустойчивые (обменные основания); относительно устойчивые (величина рН, гидролитической кислотности и степень насыщенности основаниями); устойчивые (содержание подвижного фосфора, калия и нитратов). Данное разделение относится только к условиям конкретного опыта.

Рассмотрим пространственное варьирование суммы обменных оснований (малоусточивый показатель). Для вариограммы суммы обменных оснований в начале опыта не обнаружена зависимость значений дисперсии от расстояний между точками опробования, т.е. все точки вариограммы располагаются параллельно оси абцисс (рис. 6), что указывает на отсутствие пространственной скоррелированности данного показателя. После прохождения ротации вариограмма обменных оснований показывает тенденцию прямолинейного возрастания значений дисперсии с увеличением расстояния между точками опробования (рис.6), что свидетельствует об усилении процессов перераспределения обменных основании внутри обследуемого участка. Сходство изотропной и анизотропной (построенной в направлении оси Y (поперек склона)) вариограмм дает основание предполагать, что существенными факторами в формировании пространственного варьирования суммы обменных оснований на полигоне являются системы удобрения и неоднородность окультуренности почв, предшедствующая закладке опыта.

Описанные выше особенности отмечаются также па картограммах пространственного распределения суммы обмены* оснований до и после ротации, представленных на рисунках 7 и 8.

Все картограммы построены методом блочного кригинга с использованием программ GS* и Surfer, за исключением рисунка 7, где интерполяция проведена методом обратной пропорциональности квадрату расстояний. На всех картограммах, показанных в работе, горизонтальные толстые линии являются

горизонталями относительных высот поверхности, тонкие линии - копт разным уровнем содержания исследуемых показателей, вертикальные лннг границы систем удобрения, стрелки - линии стока поверхностных вод. Каж.3 картограмма имеет шкалу, позволяющую по цвету определить содерж. исследуемого показателя на картограмме. Более темные цвета отражают óoj высокие значения показателя.

Проведение известкования участка незадольго до закладки полевого ош.1 привело к большой пестроте содержания обменных оснований, что вызьш! отсутствие пространственной скоррелированности (рис. 7). Через 6 лет нос] начала опыта картина пространственного распределения суммы обмен оснований резко изменилась (рис. 8): на картограмме наблюдается заме} увеличение пространственной зависимости распределения обменных ochoÍ от систем удобрения и окультуривания после прохождения ротации отражается в повышенной контрастности в содержании обменных осн. ' между различными системами удобрения. Отмечено заметное увеличение! обменных оснований после ротации в нижней части основного склона, oct органо-минеральной и органической системах (наиболее окультуренные уч.. На картограмме (рис. 8) четко проявилось влияние микрорельеф пространственное перераспределение обменных оснований. Повьпи, содержание обменных оснований вдоль водотока по сравнению с верппш.1 микрохолмов и наличие языковатых контуров, направленных к водогоЛ свидетельствуют о переносе обменных оснований с выположеипых .микросклоп| и их перераспределении вдоль водотока.

100

200

300

400

500

♦ в начале опыта □ после ротации

Рис. 6. Вариограммы суммы обменных основании ло и после ротации. Сильная изменчивость характера пространственного распределения суммы обменных оснований за 6-ти летний период проведения опыта позволяет отнести эгот показатель к слабоустойчивым, быстро изменяющимся под воздействием как

о

У

Рис. 7. Картограмма пространственного распределения суммы обменных оспо! начале опыта. Шкала измеряется в мг-экв/100г почвы.

Ь. см

Рис. X. Карий рамма нросграпсшенного распределения суммы обменных оси после прохождения ршацим (нср-- 2мг-жи/ЮОг).

Примечание: I оргаио-.чниералыш система удобрения. II - органическая с1 III бпо.ин ическая снеюма. IV минеральная система.

природных (мезо- и микрорельеф), так и антропогенных (окультуривание, системы удобрения) факторов.

Более устойчивый характер пространственной изменчивости имеют величина гидролитической кислотности (Нг), величина рН и степень насыщенности основаниями. Рассмотрим их пространственную изменчивость на примере Нг. Сопоставление ее вариограмм до и после ротации указывает на сходный характер пространственной изменчивости (прямолинейная просранственная скорелированность) данного показателя (рис. 9, 10). После ротации отмечено увеличение пространственной скоррелированности Нг на 15%. Сравнительное сходство характера пространственной измечивости величины Нг до и после ротации свидетельствует о большей устойчивости данного показателя к воздействию извести в сравнении с суммой обменных оснований: проведение и шесткования не приводит к полному нивелированию пространственной зависимости распределения величины Нг в начале опыта. Прямолинейный регрессионный анализ зависимости Нг до и после ротации от координат точек опробования, т.е. от векторов X и У показал, что наиболее значимым фактором, влияющим на пространственное варьирование величины Нг, является окультуривание. На картограммах (рис. 12, 13) четко проявляется пространственное распределение величины Нг в направлении У: с уменьшением степени окультуренности почв значительно увеличивается величина Нг. На варьирование Нг после ротации севооборота также влияют системы удобрения: различия в величине Нг между участками с разной степенью окультуренности становятся более контрастными. Наименьшая величина Нг наблюдается в средней части основного склона в органо-минеральной и органической системах, а наибольшая - на вершинах микрохолмов в биологической и минеральной системах.

• рН □ V й Нг

Рис. 9. Вариограммы относительно устойчивой группы показателей в начале опыта.

Вариограмма величины Нг, построенная по остаточным значениям прямолинейного регрессионного уравнения зависимости величины Нг от вектора У с целью устранения влияния окультуривания и систем удобрения, показывает ограниченное расстояние скоррелированности - 80 м, начиная с которого не происходит увеличение значений дисперсии (рис. И). Характер данной вариограммы указывает на наличие второго фактора - микрорельефа, оказывающего влияние на пространственную неоднородность величины Нг. Влияние данного фактора отражается на картограмме пространственного распределения Нг до и после ротации: относительное повышение величины Нг наблюдается в небольших замкнутых участках, которые расположены в западинах водораздельной части и на вершинах микрохолмов (рис. 13).

, 1.6

1.4 1.2 1

0.8 0,6 -0.4 0,2 ■ 0

X о •

100

-г-—

200

> рН □ V л Нг

—|

500

1'нс. Ю. Вариограммы относительно устойчивой группы показателей после прохождения ротации.

гг

1,4 1,2 1 0,8 0.6 0,4 0,2 0

Л

а♦ оп

а»а41

200 300

>рН ПУ дНг

Рис.11. Вариограммы относительно устойсивой группы показателей после устранения ».[нянин окультуривания и систем удобрения.

Совпадение стандартизованных вариограмм величины рН, степени насыщенности основаниями с вариограмами гидролитической кислотности до и после ротации позволяет говорить о сходном характере их пространственного варьирования (рис. 9, 10). Сходство пространственного варьирования этих показателей во времени как результат комплексного воздействия антропогенных

о

и природных факторов позволяет проводить мониторинг кислотно-основного состояния почвы но одному из этих показателей с последующим прогнозированием остальных. Это дает возможность сократить количество исследований и удешевить работы по мониторингу.

К наиболее устойчивой по нространствелому распределению группе относятся агрохимические показатели, особенно подвижный фосфор. Сходство варпограмм подвижного фосфора в начале опыта и после прохождения ротации свидетельствует об устойчивости пространственного распределения данного показателя под влиянием систем удобрения и рельефа (рис. 14).

, 2,5-, С"

2 -1,5 ■ 1

0,5 •

400

500

♦ В начале опыта □ После 1-ой ротации Рис. 14. Вариограммы содержания подвижного фосфора до и после ротации. При сопоставлении картограмм подвижного фосфора до и после ротации не наблюдается существенных различий в его пространственном распределении (рис. 15, 16). Картограммы отражают уровень окультуренности почв полигона в направлении У: при удалении от поселка снижается содержание фосфора в почве. Не наблюдается смывания подвижного фосфора по мезосклону, но отмечено влияние микрорельефа на перераспределение подвижного фосфора.

1.8 ст 1.6 -1,4 • 1,2 • 1 ■ 0,8 -0.6 ■ 0,40,2 0

109 200 300 400

« В начале опыта □ После 1-ой ротации

Рис. 17. Вариограммы содержания подвижного калия до п после ротации. По сравнению с фосфором подвижный калий обладает меньшей устойчивостью из-за своей' мобильности. После ротации сохраняется

I'iic. 12. Кар i di рамма iipoci p.nie тешки о распределения величины i и. ipo.in i ичсскон

I'iic. 13. Kapioipa\i\ia прчегранеineiinoiо распределения величины Ni.ipo.innriecKoü ic. lo i noel и после poiaiuiii (мер r 0.49 mi - >кв MM)i ). Шкала п i\u • -icm в mi - ikh'KIU г почвы.

2 А

12.2

Рис. 12. Картограмма пространственного распределения величины гидролитической >тпости I! начале опыта (нер = 0.86 мг-экв/100г). Шкала измеряется в мг-экв/'100г почвыи

2/ 2.2

Рис. 13. КарЮ1 рамма пространавечною распределения величины гндролишческон тост после ро1ашш (пер - 0.49 м|- >кв'1 ()()|). Шкала пзмсряася п мг-окн/100 г почвы.

ai - 20м

l'iic. 18. к'артграмма npoci рапсшеиmoi о распределения содержания полкнжшч о калия » н.гla.к- опыт а ( нср - 6.1 ') mi / lOOi ) Шкала измеряйся n mi"'100 i in vi км

28

11. CM

1000

500

Шаг =20м

1'пе. 14. Карюграмма пространственного распределения содержания подвижного калия intc.'ii.' ромцни (нер = 3.43 мг/100 г I. Шкала измеряется в мг/100 г почвы.

Рис. 16. Картограмма пространственного распределения содержания подвижного юра после ротации (нср = 8.33 мг/100 г). Шкала измеряется в мг/100 г почвы

Рис. 18. Картограмма пространственного распределения содержания подвижного кали начале опыта (нср = 6.19 мг/100г). Шкала измеряется в мг/100 г почвы.

1000

500-

Шаг =201

Рис. 19. Картограмма пространственного распределения содержания подвижного ка: после ротации (нср = 3.43 мг/100 г). Шкала измеряется в мг/100 г почвы.

контрастность содержания калия на полигоне, обусловленная неоднородностью окультуривания до закладки опыта (рис. 18, 19). После 6 лет проведения опыта отмечена площадная потеря калия, особенно с приводораздельной части склона, вероятно, за счет выноса калия с урожаем сельскохозяйственных культур и смывания по основному склону (рис.19), что подтверждается увеличением пространственной скоррелированности на 25% после ротации на вариограмме (рис. 17). В связи с высокой мобильностью калия не отмечено его локального накопления под влиянием микрорельефа. Регрессионый анализ зависимости содежания подвижного калия после ротации от напрвлений X и У показывает значимое влияние основного склона на пространственное перераспределения кадия.

Таким образом, пространственное варьирование подвижного фосфора и кадия устойчиво отражают уровень исходного плодородия почвы. За 6 лет влияние систем удобрения как фактора, изменяющего пространственную зависимость распределения содержания подвижного фосфора и калия, практически не проявлялось. В тоже время, различная подвижность фосфора и к-алия предопределяет участие разных форм рельефа в их пространственном распределении: для фосфора отмечено преимущественное влияние микрорельефа, тля калия - мезорельефа

В связи с устойчивостью пространственного варьирования подвижного чади я и фосфора иод влиянием антропогенных факторов для данных условий юлигона возникает возможность снижения количества точек опробования и ,'величения промежутка времени проведения исследования при сохранении -очности оценки их содержания. Установлено, что для подвижного калия меньшение количества точек опробования до 60, для фосфора до 80 не снижает очности оценки по сравнению с 120 точками (т.е. обеспечивается полное -овладение варидограмм и картин пространственного распределения тшх юказателей при различных количествах образцов опробования) и срок фоведения повторных исследований может быть больше 6-ти лет.

Таким образом, пространственное варьирование физико-химических войств почвы, особенно обменных оснований, легко изменяется под влиянием шесткования, также быстро воспроизводится под влиянием систем удобрения и ельефа. Пространственное варьирование величины рН, гидролитической ислотности и степени насыщенности основаниями оказывается сравнительно олее устойчивым к воздействиям известкования и систем удобрения.

Пространственное варьирование элементов питания растений наиболее аойчиво к воздействиям антропогенных факторов. Оно обусловлено, в

основном, неоднородностью исходного плодородия почв, созданного в процессе многолетнего окультуривания на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах.

Выводы

1. На склоновых (1-3°) дерново-подзолистых среднесуглинистых пахотных почвах отмечается усиление процессов оподзоливания, что проявляется в увеличении мощности переходного горизонта А2В.

2. В результате многолетнего окультуривания кислотно-основное состояние пахотного слоя значительно улучшилось: повысилась величина рН с 4.3 до 6.0, в 2-3 раза уменьшилась величина гидролитической кислотности по сравнению с целинными аналогами, увеличилась степень насыщенности основаниями с 55-60% до 75-90%, обнаружены только следовые количества подвижного алюминия.

3. В результате окультуривания повышается содержание питательных элементов в пахотном слое: по фосфору от очень низкого содержания в целиных почвах до среднего - в пахотных почвах. Содержание калия остается на уровне целиных почв, либо незначительно увеличивается, нитратов - значительно повышается (от 6-7 мг/100 г в лесных почвах до 15-30 мг/100 г в пахотных почвах).

4. Процессы окультуривания практически не проникают глубже пахотного слоя. В нижележащих горизонтах пахотных почв наблюдается некоторое ухудшение кислотно-основных свойств в сравнении с целинными почвами: существенное увеличение величины гидролитической кислотности и содержания подвижного алюминия, снижение степени насыщенности основаниями. Наблюдается также резкое уменьшение содержания подвижного фосфора и калия в нижележащих горизонтах пахотных почв в сравнении с нижними горизонтами целинных почв.

5. На основании внутригоризонтного и межгоризонтного корреляционного анализа показано существенное различие тесноты внутригоризонтых связей исследуемых показателей в пахотных и нижележащих горизонтах, а также значительное ослабление межгоризонтных связей почвенных показателей между пахотным и подпахотным горизонтом АгВ, что обусловлено различными механизмами образования этих связей: с глубиной возрастает влияния гючвообразующей породы и процессов естественного почвообразования.

6. Рельеф оказывает влияние на дифференциацию физико-химических и агрохимических свойств почв, которая наиболее четко проявляется в нижних

т>

горизонтах почвенного профиля. В пахотном слое дифференциация выражена в минимальной степени, что может быть обусловлено нивелирующим воздействием окультуривания.

7. Изучение пространственной изменчивости физико-химических и агрохимических свойств почв полигона до закладки и после прохождения ротации полевого опыта позволяет условно разделить исследуемые показатели на 3 группы по устойчивости к воздействию систем удобрения и рельефа (для конретного опыта): к малоустойчивой группе относятся обменные основания, к оиюсительно устойчивой - величина рН; гидролитическая кислотность, степень насыщенности основаниями и обменная кислотность; к устойчивой - содержание питательных элементов (содержание подвижного фосфора, калия и нитратов).

8. Пространственное распределение суммы обменных оснований существенно изменилось за 6 лет проведения опыта. Если перед закладкой опыта не было отмечено пространственной скоррелированности этого показателя при принятом шаге опробования (20 м), то после прохождения ротации обнаруживается четкое пространственное перераспределение суммы обменных оснований: увеличение содержания обменных оснований на наиболее окультуренных участках - органической и органо-минеральной системах по :равнению с абсолютным контролем и минеральной системой. Заметное влияние на пространственное перераспределение обменных оснований оказывает и чикрорельеф, обуславливающий локальное накопление содержания обменных оснований вдоль водотоков, снижение на вершинах микрохолмов и зы положенных микросклонах.

9. Пространственное распределение величины Нг, рН и степени ктсыщенности основаниями в условиях полевого опыта носит сходный характер и юусловлено, в основном, неоднородностью окультуренности почвенного покрова (сследуемого участка. После прохождения ротации обнаружено изменение 1еличины кислотности под влиянием систем удобрения. По убыванию :ислотности системы удобрения образуют ряд: органо-минеральная > |рганическая > биологическая = минеральная. Внутри каждой системы удобрения [аблюдается дифференциация в связи с влиянием микрорельефа и мезосклона: (аименьшая кислотность наблюдается в средней части основного склона; гпоапелыюе увеличение кислотности на вершинах микрохолмов.

10. Пространственное распределение содержания питательных элементов 1X10 изменилось после 6 лет проведения опыта, при практическом отсутствии зменения для подвижного фосфора. Оно обусловлено, в основном, исходной еоднородностью плодородия почв до закладки опыта. Отмечено участие

микрорельефа в перераспределении фосфора. В связи с использованием растениями и большой мобильностью калия после первой ротации наблюдается снижение его содержания на всей площади полигона при сохранении закономерностей распределения в направлении вектора окультуривания.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Зыонг М.В., Чинь Винь. Изменение физико-химических и агрохимических показателей по профилю дерново-подзолистых среднесуглинистых почв при окультуривании и их пространственное варьирование на разных элементах склона // Бюллетень ВИУА № 111, 1998.

2. Чинь Винь, Зыонг М. В. Влияние окультуривания и рельефа на некоторые показатели гумусного состояния дерново-подзолистых почв// Бюллетень ВИУА .N'2 111, 1998.

3. Романсиков В.А., Шевцова Л.К., Зыонг М. Виэн. Временная и пространственная динамика обменных оснований в агроэкосистеме дерново-подзолистых почв на склонах // Тез. доклад Ш-го съезда Докучаевского общества почвоведов, г. Суздаль, 2000.

4. Романенков В.А., Шевцова Л.К., Зыонг М. Виэн. Влияние рельефа, окультуривания и систем удобрения на пространственное варьирование физико-химических свойств дерново-подзолистых почв. // Тез. доклад международной конференции «Почва, Жизнь и Благосостояния» г. Пенза, ZO'^'O.