Агрохимические, физические и физико-химические свойства черноземов обыкновенных под лесными насаждениями в степной зоне Северного Казахстана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казахский агротехнический университет им.С.Сейфуллина

АГРОХИМИЧЕСКИЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ ОБЫКНОВЕННЫХ ПОД ЛЕСНЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

Жумабек Б. докторант PhD, Мухаметкаримов К. доктор сельскохозяйственных наук , Рамазанова Р.Х. кандидат сельскохозяйственных наук

Аннотация

Приведены данные по оценке агрохимических, физических и физико-химических свойств почв в различных лесных насаждениях Северного Казахстана. Впервые изучены показатели эффективного плодородия черноземов обыкновенных под искусственными лесными насаждениями и в лесополосах в сравнении с целиной и залежью. Анализ данных по содержанию подвижных форм азота и фосфора показал низкий уровень обеспеченности. Содержание обменного калия находится в пределах повышенной обеспеченности. В почвах лесополосы увеличиваются показатели плотности почвы в сравнении с искусственными насаждениями. В результате длительного земледельческого использования в почвах, под посевами яровых колосовых на различном расстоянии от лесополосы, отмечено уменьшение доли кальция в верхних горизонтах, при одновременном увеличении доли катионов магния и натрия. Тогда как под искусственными насаждениями отмечается увеличение доли катионов кальция в сравнении с целинными аналогами. Изучение показателей плодородия лесных почв позволяет использовать эти данные для разработки мероприятий по поддержанию и устойчивому функционированию лесов.

Ключевые слова: плотность почвы, пористость, щелочногидролизуемый азот, подвижный фосфор, степень насыщенности почв основаниями, черноземы, лесные насаждения, плодородие.

Abstract

Data on the evaluation of agrochemical, physical and physicochemical properties of soils in various forest plantations of Northern Kazakhstan are given. Indicators of the effective fertility of ordinary chernozems under artificial forest plantations and in forest belts in comparison with the virgin land and the reservoir were studied for the first time. Analysis of data on the content of mobile forms of nitrogen and phosphorus showed their low provision. The content of exchangeable potassium is within the limits of increased provision. In soils of the forest belts, the density of soil increases in comparison with artificial plantations. As a result of prolonged agricultural use, in soils under the sowing of spring spruce at different distances from the forest belt was detected a decrease in the proportion of calcium in the upper horizons, with a simultaneous increase in the proportion of cations of magnesium and sodium. While under artificial plantations an increase in the proportion of calcium cations in comparison with virgin analogs is noted. The study of the fertility of forest soils makes it possible to use these data to develop measures for the maintenance and sustainable functioning of forests.

Keywords: soil density, porosity, alkaline hydrolyzable nitrogen, mobile phosphorus, degree of soil saturation with bases, chernozem, forest plantations, fertility.

Ведущими факторами, определяющими пестроту почвенного покрова и развитие почв, являются естественные и антропогенные нарушения. Они вызывают развитие процессов, которые могут вывести почву из равновесного состояния и оказывать соответствующее влияние на уровень их плодородия. Для стабильного развития сельского хозяйства необходимо поддерживать тот оптимальный уровень плодородия почв, который сможет обеспечить получение заданных урожаев сельскохозяйственных культур и высокую продуктивность лесов. Если в сельском хозяйстве данный вопрос освещается на разных уровнях и многими учёными, то применительно к лесному хозяйству эта проблема практически не ставится.

В Казахстане площадь почв под лесными насаждениями составляет всего лишь 4,5% территории страны (общая площадь лесного фонда Казахстана - 26 446 тыс.га, из них, покрытая лесом - 12 284 тыс.га) . Но, учитывая антропогенное воздействие на лесные экосистемы, которое неизбежно приведет к необходимости искусственного возобновления, вывод из оборота благополучных земель, отводимых в бурьянистые перелоги и залежи и в последующем интенсивно зарастающих лесом, особенно в лесостепной зоне, возникает проблема оценки влияния леса на почву, возврата залежей в с/х оборот либо оставления их как части естественного агроландшафта.

Для обеспечения формирования высокопродуктивных ландшафтов с оптимальным соотношением сельскохозяйственных угодий в хозяйствах лесостепной зоны рекомендуется иметь от 9 до 12% леса и лесополос. Только учитывая все составляющие проблемы можно говорить о рациональном использовании этих земель [1].

Кроме того, в лесном хозяйстве получение высококачественного посадочного материала, создание базы лесных культур, решение вопросов лесовосстановления невозможно без создания и поддержания оптимальных почвенных условий.

Если говорить о мониторинге плодородия пахотных почв в республике, то данная задача решается в рамках проводимого ГУ “РНМЦАС” агрохимического обследования в соответствии с установленными Правилами. Агрохимический мониторинг лесных почв как таковой в практике республики не существует.

Для лесоводства важной почвенной характеристикой являются физические свойства. Отрицательные свойства могут не только резко ограничить зону корнеобитаемого слоя почвы в воздухе, влаге и тепле, но и привести к гибели корневых систем древесных пород. Изучение параметров физических свойств черноземов под лесными насаждениями также является малоизученным вопросом.

Первым шагом в решении проблемы сохранения и повышения плодородия почв под лесными насаждениями должна стать оценка их свойств по основным показателям: содержание гумуса, доступных форм питательных элементов, физические и физико-химические свойства.

В литературе достаточно много данных по исследованию лесных почв в различных природно-климатических зонах, их трансформации, влиянию лесных насаждений на морфологические, физико-химические свойства почв и другим вопросам [2-10]. В Республике Казахстан систематических научных исследований по изучению основных показателей плодородия почв под лесными насаждениями в степной зоне не проводилось. Имеются отдельные работы Муенова А.Ж. [11], Сарсековой Д.Н. [12,13], Кан В.М. [14], Обезинской Э.В. [15].

В этой связи нами поставлена цель - изучить физические, физико-химические и агрохимические свойства почв под лесными насаждениями в степной зоне Казахстана. Объектами исследований являлись - черноземы обыкновенные Акмолинской области (район Щучье-Боровое). Для мониторинга динамики агрохимических свойств почв были выбраны ключевые участки:

1. Искусственные лесные насаждения - береза, сосна обыкновенная, смешанные посадки березы и сосны, целинные черноземы.

2. Березовые лесополосы - “ноль-отметка”, поле яровых зерновых на расстоянии 25 м, 100 м, 200 м от лесополосы, 45 летняя залежь.

С каждого участка отбирался смешанный почвенный образец по генетическим горизонтам (не менее 5 образцов методом “конверта”). В них определяли: азот щелочногидролизуемый по Корнфилду, фосфор подвижный и калий обменный из одной вытяжки по Чирикову, кальций, магний по методу с трилоном Б. Плотность почвы определяли по методу Качинского Н.А., плотность твердой фазы - пикнометрическим методом, пористость - расчетным методом.

По климатическим условиям территория относится к степной зоне. Среднемноголетние температурные данные за период апрель-август составляют 14,7⁰С, за вегетационный период выпадает 170-185 мм осадков. В годы исследований (2015-2016 гг.) отклонения от температурного режима были незначительны и находились в пределах 14,4 ⁰С и 14,6⁰С соответственно. По сумме выпавших осадков разница была более ощутима. В 2015 году их количество составило 199,7 мм, что превысило среднемноголетние значения на 22,2 мм. В 2016 году количество осадков за апрель-август было почти в 1,5 раза выше - 289,9 мм.

Все свойства и режимы почвы, в первую очередь, определяются содержанием органического вещества. Как показал анализ распределения органического вещества по профилю изучаемых почв наибольшее содержание гумуса на участке с лесозащитными насаждениями - 7,4% (табл. 1).

Таблица 1 - Содержание гумуса в черноземах обыкновенных под лесными насаждениями (среднее по трем определениям за 2015-2016 гг.)

С удалением от лесополосы к пашне на 25 м и на залежи содержание гумуса снижается до 5,7%. В горизонте В₁ содержание гумуса снижается до 1,9-3,5%. В почве залежи до 2,3%. С горизонта В₂содержание гумуса снижается постепенно. Это можно объяснить растительным покровом участка залежи, где процессы накопления органического вещества более развиты в верхних горизонтах, в отличие от почвы лесополосы и на 25 м удалении от нее.

Если говорить о содержании гумуса в почвах под различными видами лесных насаждений в сравнении с целинным участком, то его количество здесь составило 6,6%. В зависимости от вида насаждений содержание гумуса сильно не изменяется - 6,3-6,7%. Содержание гумуса в горизонте В₁ составляет 1,8-3,0% с дальнейшим убыванием до 0,4-0,7%. Максимальные значения этого показателя выявлены в почве под посадками берёзы повислой. То есть под насаждениями берёзы создаются более благоприятные условия процессы гумусообразования.

Азотный фонд почвы в основном представлен органическими соединениями, входящими в состав гумуса. Он становится доступным растениям лишь после его мобилизации и перехода в минеральную форму. Степень мобилизации в сильной степени зависит от метеорологических условий теплого периода и агротехнических мероприятий. Азотный режим почвы характеризует показатель - содержание щелочногидролизуемого азота, который имеет тесную корреляцию с содержанием гумуса.

Одной из причин усыхания лесных культур может быть азотное голодание [16]. Для установления обеспеченности растений азотом ГУ “РНМЦАгрохимслужбы” РК рекомендуется определение щелочно-гидролизуемого азота в почве по методу Корнфилда. Для угодий, занятых лесными насаждениями градация почв по содержанию этой формы азота в республике не разработана и поэтому нами за основу взята принятая региональная градация для сельскохозяйственных угодий. Наибольшая динамичность легкогидролизуемого и аммиачного азота обнаруживается в горизонте лесной подстилки, причем, как правило, более высокое их содержание обнаруживается весной и осенью. Как отмечается, в минеральных горизонтах количество азота значительно меньше и незначительно изменяется в течение вегетационного периода [17]. По данным наших наблюдений, среднесезонное содержание определяемой формы азота было выше в верхних горизонтах, где скапливается основная часть органического вещества.

Почвы изучаемых участков относятся к категории очень низкой обеспеченности, его содержание не превышает 6 мг/100 г почвы (табл. 2).

Нами выявлено, что динамика азота зависела от вида насаждений и гидротермических условий складывающихся под ними. В 2015 году, когда количество осадков было меньше, содержание легкогидролизуемого азота в почвах лесополосы было выше.

Таблица 2 - Динамка агрохимических показателей в черноземах обыкновенных лесополосы

Анализ годичной динамики щелочно-гидролизуемого азота в лесополосном участке показал, что в 2015 году практические по всем точкам отбора и всем горизонтам содержание азота было выше. Содержание азота повышалось с глубиной или находилось на одном уровне с верхним горизонтом, за исключением точки отбора почвы на расстоянии 100 м от лесополосы.

Температурный фон и большее количество осадков в 2016 году способствовали уменьшению азота.

При этом лучшие условия по азоту создаются в точке отбора на расстоянии 200 м от лесополосы в посевах зерновых культур независимо от года исследований, в верхнем горизонте оно не ниже значений залежного участка.

В искусственных лесопосадках содержание щелочногидролизуемого азота убывает с глубиной. Внутри лесополосы содержание азота по горизонтам находится в пределах 4,1-3,9 мг/100 г почвы.

В почвах целинного участка и под посадками березы отмечено наибольшее содержание азота в верхнем горизонте и оно резко снижается в горизонте В₁ (табл. 3).

Таблица 3 - Динамка агрохимических показателей в черноземах обыкновенных под насаждениями

В посадках сосны и в смешанных насаждениях эта разница менее резкая.

При этом отмечено, что в более засушливом году содержание азота ниже, чем в увлажненные годы, что свидетельствует о формировании специфичного азотного режима под культурами.

В 2016 году среднесезонная закономерность в распределении щелочногидролизуемого азота по горизонтам была аналогичной 2015 году, в целом превышение было незначительным и составило 0,1-0,8 мг/100 г почвы.

Общее содержание фосфора в почве бывает достаточно высоким, но в почвах он преимущественно находится в малоподвижных формах.

Степень его использования растениями из почвы составляет лишь 3-5%. Поэтому обеспеченность растений доступными формами фосфора является важным условием оптимального питания произрастающих растений [18].

Обеспеченность исследуемых чернозёмов обыкновенных подвижным фосфором характеризуется низким уровнем - в пределах 1,75-3,7 мг/100 г почвы (табл. 2, 3).

С глубиной содержание фосфора снижается, и сильного варьирования по горизонтам в зависимости от годичной динамики не отмечается. Это можно объяснить тем, что соединения фосфора в почве подвергаются химическому поглощению и они менее подвижны, чем минеральные формы азота. В почвах лесополосы и на различном расстоянии от нее уровень содержания подвижного фосфора несколько ниже, чем в почве под лесными насаждениями. Но на этом участке разница между показателями в точках отбора выражена не так сильно как в лесополосе, в прилегающем к ней полю и залежи.

В почве двух участков в 2016 году содержание фосфора в верхнем горизонте А и А₀ повышается, за исключением точек лесополосы и в 25 м от нее. Это можно объяснить особенностью складывающихся гидротермических и лесорастительных условий в конкретных условиях микрорельефа.

Содержание обменного калия в почве определяется ее гранулометрическим составом. Почвы изучаемых участков по гранулометрическому составу относятся к средне-крупной песчаной или крупно-пылеватой иловато-суглинистой почве. Согласно градации обеспеченности обменным калием изучаемые почвы относятся к группе средней обеспеченности. Динамика обменного калия в меньшей степени подвергается изменению в зависимости от климатических условий. Поэтому мы привели данные в среднем за два года.

В почвах отмечается обеднение верхнего горизонта обменным калием вымыванием его в нижележащий В₁ горизонт (табл. 2,3). Содержание калия в верхних горизонтах составляет 31,7-49,2 мг/100 г почвы. Наименьшее содержание калия 31,7 мг/кг наблюдается в почве под смешанными насаждениям. Под посадками сосны обыкновенной содержание обменного калия выше, чем в нижележащих горизонтах и в целом выше по участку - 49,2 мг/100 г почвы. В почвах участка лесополосы и на расстоянии от нее особой закономерности в динамике обменного калия выявить не удалось. Общее содержание по участку в верхних горизонтах не превышает 45 мг/100 г почвы.

Если говорить об оптимальных значениях содержания подвижных форм азота, фосфора и калия, то физиологически уравновешенным для лиственных пород считается соотношение азота, фосфора, калия - 1:2,11:1,12 и для хвойных - 1:0,85:1,12 [19]. В нашем случае это соотношение далеко не соответствует установленному.

Данные по изучению параметров физических свойств черноземов обыкновенных под лесными насаждениями показали что, объемная масса почвы в верхнем горизонте 0-10 см находится в пределах 1,02-1,09г/см³ (табл. 4).

Таблица 4 - Физические свойства черноземов обыкновенных на участке с искусственными насаждениями

В целинном участке плотность верхнего слоя почвы составила 1,03 г/см³. Плотность почвы в нижележащих горизонтах увеличивается с 1,21-1,25 в слое 10-20 см до 1,47-1,53 г/см³ на глубине 90-100 см за счет снижения содержания гумуса и обусловливается гранулометрическим и минералогическим составом. В смешанных насаждениях отмечается тенденция повышения плотности почвы в целом по профилю.

Плотность твердой фазы почвы косвенно характеризует химический и минералогический состав почвы, содержание в ней органических веществ. В слое 0-10 см этот показатель составляет 2,28-2,24 г/см³, что характерно для верхних горизонтов почв, обогащенных гумусом.

С глубиной она увеличивается до 2,50-2,57 г/см³. Значение пористости почвы составляет 55% в раздельных посадках, в смешанных этот показатель уменьшается до 51% за счет увеличения плотности почвы.

В почвах лесополосы плотность почвы и плотность твердой фазы выше, чем в почвах под искусственными насаждениями - 1,12-1,13 г/см³ и 2,38-2,41 г/см³ соответственно (табл. 5).

Это, по-видимому, объясняется интенсивным сельскохозяйственным использованием почв, как под посевами зерновых, так и отведенных под залежь. В этой связи и порозность почвы несколько снижается - 53-54%.

Таблица 5 - Физические свойства черноземов обыкновенных на участке лесополосы

При изучении физико-химических свойств черноземов обыкновенных выявлено, что значение показателя сумма поглощенных оснований в двух площадках находится в пределах 21-30 мг-экв./100 г почвы (табл. 6).Поглотительная способность почвы имеет важное значение для характеристики мелиоративных и агрохимических свойств. Поглощённые основания определяют реакцию среды и питательный режим почвы в целом. Этот показатель является важным и для выявления особенности процессов взаимодействия между почвой и корневой системой растений.

Таблица 6 - Сумма поглощенных оснований и степень насыщенности почв основаниями в чернозёма обыкновенных (ср.за 2015-2016 гг.)

Это ниже значений характерных для целинных аналогов (45-55 мг-экв./100 г почвы) в 1,8-2,1 раза [20]. Наиболее обогащены основаниями верхние горизонты.

С глубиной сумма обменных оснований постепенно уменьшается. В горизонтах А и В эта величина незначительна, но в 1,1-1,2 раза выше по сравнению с материнской породой, что свидетельствует о биогенной аккумуляции обменного кальция.

Степень насыщенности чернозёмов основаниями высокая - более 90% приходится на долю катионов кальция и магния. Следует отметить, что емкость обменного поглощения в результате длительного сельскохозяйственного использования заметно снизилась, и она в верхних горизонтах составила - 25,6-28,6 мг-экв. на 100 г почвы. Но, по данным К.Ш. Фаизова в обыкновенных чернозёмах емкость катионного обмена при освоении составляла 30-40 мг-экв. на 100 г почвы, при этом на долю поглощенного кальция приходилось 85-90%, магния 10-15% и натрия 1-2% [21]. В результате длительного земледельческого использования отмечено изменение соотношения указанных катионов. Так, под искусственными насаждениями доля магния снизилась с 36,1 в целинных почвах до 28,1-36,1%. В почвах лесополосы этот показатель находится в пределах значений 28-31% и незначительно отличается от почвы залежи. Изменение соотношения поглощенных катионов может негативно отразиться на свойствах почв, что в конечном итоге будет оказывать влияние на элементы плодородия пахотных земель.

Таким образом, предварительные данные по изучению свойств чернозёмов обыкновенных под лесными насаждениями показали, что одним из факторов, ограничивающим рост и развитие лесных насаждений в степной зоне Северного Казахстана является низкий уровень эффективного плодородия почв. Учитывая очень низкую обеспеченность почв азотом, фосфором и высокую требовательность лесных культур к уровню минерального питания, следует предусмотреть возможность применения удобрений под посадками для исключения усыхания культур, повышения устойчивости их к воздействию негативных биотических и абиотических факторов.

Берёза повислая и сосна обыкновенная как по отдельности, так и в смешенных посадках не оказывают уплотняющего действия на почву в отличие от почвы на участках лесополосы и на удалении от нее в посевах зерновых культур. Несмотря на более высокое содержание гумуса, уплотнение верхних горизонтов почвы можно объяснить более интенсивным сельскохозяйственным использованием почв.

плодородие чернозем лесной азот

Список литературы

1. Шпедт А.А. Рекомендации по освоению залежных земель в Красноярском крае / А.А. Шпедт // - Красноярск, 2009. - 6 с.

2. Соловьев П.Е. Влияние лесных насаждений на почвообразовательный процесс и плодородие степных почв / П.Е. Соловьев // - M.:МГУ. 1967. - 289 с.

3. Ведрова Ф.Э. Формирование органического вещества почвы в многолетнем эксперименте с основными лесообразующими видами Сибири / Ф.Э. Ведрова, Л.С. Шугалей // 5-я Всероссийская научная конференция по лесному почвоведению с международным участием “Разнообразие лесных почв и биоразнообразие лесов”. - Пущино, 2013. - С.12-13.

4. Ведрова Э.Ф. Интенсивность деструкции органического вещества серых почв в лесных экосистемах южной тайги центральной Сибири / Э.Ф. Ведрова // Почвоведение, 2008. - №8. - C. 973-982.

5. Лукина Н.В. Развитие почв и лесов / Н.В. Лукина // V-ая всероссийская научная конференция по лесному почвоведению с международным участием «Разнообразие лесных почв и биоразнообразие лесов» - Пущино, 2013. - С. 21-22.

6. Беспалов В.А. Морфометрические характеристики черноземов агролесомелиоративного комплекса Каменной степи / В.А. Беспалов, Ю.И. Чевердин, Т.В. Титова // VI Всероссийская научная конференция по лесному почвоведению с международным участием «Фундаментальные и прикладные вопросы лесного почвоведения». - Пущино, 2015. - С.18-19.

7. Читоркина О.Ю. Лесорастительные свойства почв под кедровыми молодняками юга Западной Сибири / О.Ю. Читоркина, В.В. Читоркин // Почвоведение, 2007. - №3. - С.338-342.

8. Пуртова Л.Н. Изменчивость физико-химических показателей бурых лесных почв в пределах фитогенных полей деревьев (юг Дальнего Востока) / Л.Н. Пуртова, М.П. Зимина // Почвоведение, 2007. - №1. - С.31-37.

9. Русанов А.М. Особенности почвообразования и свойства почв прилегающих к лесу степных ландшафтов / А.М. Русанов // 5-я Всероссийская научная конференция по лесному почвоведению с международным участием «Разнообразие лесных почв и биоразнообразие лесов». - М., Пущино, 2013. - С.48-50

10. Токавчук В.В. Оценка влияния леса на агрохимические свойства почв залежей лесостепной зоны / В.В. Токавчук, О.А. Сорокина // Вестник КрасГАУ., 2009. - №6. - С.9-17

11. Муенов А.Ж. Изменение лесорастительных свойств лесной подстилки под влиянием лесохозяйственных мер ухода / А.Ж. Муенов // Почвоведение и агрохимия, 2003. - №3. - C. 72-76.

12. Сарсекова Д.Н. Влияние азотных и фосфорных удобрений на рост и развитие лесных плантаций тополя на юго-востоке Казахстана (Известия Оренбургского государственного университета) / Д.Н. Сарсекова // Теоретический и научно-практический журнал, 2009. - №3(23). - С.51-53.

13. Сарсекова Д.Н. Взаимодействие лесных растительных ассоциаций и почвы в АО «Лесной питомник» Алматинской области / Д.Н. Сарсекова // Известия НАН РК. 2014 - №2. - С.13-22.

14. Кан В.М. Повышение плодородия почв лесного питомника «Ак Кайын» Республики Казахстан / В.М. Кан, А.Н. Рахимжанов, С.В. Залесов // Аграрный вестник Урала, 2013. - № 8(114). - С. 39 - 43.

15. Обезинская Э.В. Рекомендации по размещению сельскохозяйственных культур на агролесоландшафтах с учетом показателей плодородия почв / Э.В. Обезинская // - Кокшетау. - 2014. - 42 с.

16. Душков Е.Ю. О связи усыхания вязовых насаждений с азотным голоданием / Е.Ю. Душков // Почвоведение, 1981. - № 3. - С. 74 - 82.

17. Левин В.И. Сосняки европейского Севера [Сосняки европейского Севера] / В.И. Левин // - М., 1966. - 152 с.

18. Агрохимия (под ред. Б.А. Ягодина). - М.: Мир. 2003. - 584 с.

19. Редько Г.И. Биоэкологические основы выращивания сеянцев сосны и ели в питомниках / Г.И. Редько, Д.В. Огневский, Е.Н. Наквасина, Е.М. Романов // - М.: Лесная пром-ть, 1983. - 64 с.

20. Смирнов П.М. Агрохимия. - 2-е изд., перераб. и доп. / П.М. Смирнов, Э.А. Муравин // - М.: Колос, 1984. - 304 с.

21. Фаизов К.Ш. Почвы Республики Казахстан / К.Ш. Фаизов // А, 2001. - 328 c.

Размещено на Allbest.ru