Состояние почв агроландшафтов Южного Урала и пути их рационального использования

Почвы древнего антропогенеза. Наши исследования территории Аркаима показали, что объекты древненарушенных ландшафтов - палеопочвы имеют специфическое строение (погребенные горизонты), состав (агрегатный состав менее устойчивый, чем у современных почв), и свойства (повышенное содержание солей и пониженное - гумуса в верхнем слое). Они влияют на компоненты современных агроландшафтов степной зоны - рельеф, растительность, почвы. Признаки антропогенеза погребенных в эпоху бронзового века почв показывают, что в местах своего обитания человек давно и сильно изменяет почвы. Это познание дает сегодня возможность прогнозировать дальнейшую эволюцию почв под воздействием антропогенного фактора и показывает, что проблема взаимодействия почв и общества требует разрешения на образовательном, просветительском и воспитательном уровнях.

6. Состояние почв интразональных типов агроландшафта

Почвы интразональных типов агроландшафта, распространяясь локально среди зональных, создают комплексы, влияющие на продуктивность сельскохозяйственных угодий. Поэтому организация территории должна осуществляться с учетом структуры интразональных типов агроландшафта и условий его функционирования. Для этого нужна характеристика состояния их почв.

6.1 Почвы солонцово-солончакового типа агроландшафта. Структура почвенного покрова агроландшафтов Южного Урала осложнена широким распространением в юго-восточной пониженной части лесостепи и, особенно, степи засоленных почв, встречающихся в виде однородных контуров и в комплексе с черноземами и другими почвами. Анализ состояния и использования засоленных почв в работе рассматривается, исходя из их мелкоконтурности, комплексности, негативного влияния на формирование агроландшафтов и продуктивность пашни. Эти почвы следует тщательно учитывать при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

Солонцы. В наиболее распространенных луговых солонцах лесостепной и автоморфных черноземных солонцах степной зоны под естественной солонцеустойчивой растительностью почвообразующие породы сильно засолены по сульфатному типу. В подсолонцовых горизонтах засоление хлоридно-сульфатное или сульфатное слабой и средней степени. Характерные признаки и отрицательные свойства этих почв (высокая дисперсность и плотность, повышенное содержание обменного натрия в солонцовом горизонте) определяют их низкое плодородие, сложность использования в качестве сельскохозяйственных угодий.

Солончаки. Наиболее развиты солончаки луговые с близко залегающими грунтовыми водами (менее 3 м), приводящими к постоянному высокому увлажнению профиля и переносу солей в верхние горизонты. Почвообразующие породы характеризуются высоким содержанием хлор- и сульфатанионов и катионов натрия. Показано, что особые экологические условия развития солончаков в агроландшафтах, тип и степень их засоления обусловливают неблагоприятные агрономические свойства и ограниченное использование.

6.2 Почвы особо охраняемых территорий. Ленточные и островные боры являются остатками перигляциальной лесостепи ледникового периода в лесостепных и степных слабоизмененных интразональных агроландшафтах, положительно влияющих на прилегающих к ним зональные агроландшафты.

В разделе приводится подробная характеристика морфологии, состава, физических и агрохимических свойств почв этих агроландшафтов _ боровых песков, развитых на осадочных песчаных и плотных магматических породах, недостаточно изученных на Южном Урале.

Почвы Кичигинского бора. Развитие боровых песков на песчаных почвообразующих породах определяет слабую оструктуренность, специфические физические и химические свойства. Для них характерны лесная подстилка, укороченность профиля, присутствие кремнекислоты в верхней части профиля, легкий грансостав.

Черноземы обыкновенные мучнистые, находящиеся в контактной с бором полосе, по морфологии и свойствам близки к зональным черноземам, но сформированы на сильно карбонизированной материнской породе. Этот бор, как и его почвы, подвержены высокой антропогенной нагрузке и деградации.

Почвы Карагайского бора. Своеобразие боровых песков этого бора определяется их формированием на продуктах разрушения плотных магматических горных пород кислого состава _ гранитов. Показаны строение, состав, свойства этих почв, обусловленные сочетанием двух ослабленных процессов - дернового и реликтового подзолистого. Эти почвы бедны гумусом и элементами питания.

Карагайский бор и его почвы имеют хороший охранный режим.

Совместным влиянием Карагайского бора и оконечностей Уральских гор определяются большая мощностью гумусового горизонта (до 1 м и более) и высокая гумусированность профиля (8,5 % в слое почвы 5-52 см; 7,4 % - в слое 52-96 см) черноземов выщелоченных контактной с бором зоны. Эти почвы в процессе использования теряют характерную для них зернистую структуру и гумус.

Различия боровых песков и прилегающих к ним черноземов при охранном режиме бора дают возможность проследить естественную эволюцию почв и биосферы в прошлом и дать прогноз их развития в будущем.

Почвы березовых колков. Изучены экологические особенности расположения в агроландшафтах, состав, свойства солодей типичных. Эти почвы слабогумусированы, имеют отрицательные физические свойства.

Показана нецелесообразность их вовлечения в пашню. Распаханные солоди нуждаются в особых условиях их использования (выравнивание поверхности). Учитывая, что произрастающие на солодях леса имеют почво- и водоохранное, снегозадерживающее значение для пахотных угодий, но вырубаются, их следует взять под особый учет и охрану.

6.3 Почвы пойменных агроландшафтов. Сильную агрогенную и техногенную нагрузку испытывают аллювиальные почвы пойм вблизи крупных промышленных центров Южного Урала. Воды реки Миасс, протекающей в селитебной части Челябинска, загрязняются и затем широко используются ниже по течению на оросительных системах крупных сельскохозяйственных предприятий, специализирующихся на выращивании овощей: агрофирме «Ильинка», СХП «Красноармейское».

Детальная почвенная съемка почв поймы р. Миасс в пределах ботанического участка Института агроэкологии в масштабе 1:200 позволила диагностировать изменение свойств почв геоморфологических частей поймы. Особенности строения, состава, свойств и почвенно-гидрологических условий в почвах поймы обусловлены поемными процессами, сбросами воды из Шершневского водохранилища и стоков промышленных предприятий Челябинска.

В аллювиальных почвах центральной (в меньшей мере в прирусловой и притеррасной) части поймы обнаружено чрезмерно высокое содержание подвижных соединений фосфора (6200-8500 мг/кг почвы) и калия (1870-2000 мг/кг почвы).

Выявленные особенности состава и свойств, зафиксированное загрязнение почв геоморфологических частей поймы р. Миасс могут быть использованы при разработке систем земледелия и почвоохранных мероприятий в пойме.

7. Влияние горных ландшафтов Южного Урала на региональные особенности и использование равнинных агроландшафтов

Уральский хребет, простирающийся в меридиональном направлении, имеет небольшую высоту, но влияет на особенности формирования горных почв и региональных особенностей строения, состава, свойств почв равнинных агроландшафтов Южного Урала и их сельскохозяйственное использование.

В главе подробно рассмотрены условия развития, морфология, состав, физические и агрохимические свойства горных почв Урала, определены их особенности, свидетельствующие о явно выраженных различиях свойств почв в зависимости от горного пояса. Отдельные высокогорные хребты южной оконечности Урала (Зюраткуль), где нами проводились исследования, представляет собой весь набор вертикальных почвенных поясов Южного, Среднего и Полярного Урала.

Результаты исследований можно использовать как модель современного распределения почв Урала, для прогноза влияния горных ландшафтов на эволюцию почв равнинных агроландшафтов, при организации горных пастбищ и размещении пахотных угодий на склонах.

8. Региональный агроэкологический мониторинг

Антропогенная деятельность способствует во времени (t_1… t_n) деградации системы почвенного покрова (СПП) природных и сельскохозяйственных ландшафтов (рис. 4).

Рисунок 4 - Эволюция почв

Для принятия необходимых мер по управлению динамическими процессами в почвах необходима всеобъемлющая многосторонняя системная информация о состоянии СПП в тот или иной отрезок времени - необходим региональный или природохозяйственный агроэкологический мониторинг почв, отвечающий требованиям современного сельскохозяйственного производства и охраны почв. Исходную информацию о почвах для него могут дать описательная (знаковая), представленная в данной работе диагностика состояния почв в среде повышенной антропогенной нагрузки и одновременно созданная материальная (банк почв) эколого-почвенная модель агроландшафтов Южного Урала.

Показано значение банка почв в создании научной картины естественной и антропогенной эволюции почв, раскрытии сущности глобальных проблем деградации почв, в научном, методическом и практическом обеспечении регионального агроэкологического мониторинга почв. Материальными моделями эталонов современных почв, наглядно отражающих их географическое распространение, строение, состав и свойства с привязками к местности, являются срезы (монолиты) наиболее типичных почв. Основной фонд банка почв природных и сельскохозяйственных ландшафтов - это подлинные естественнонаучные коллекции экспонатов почв, почвообразующих пород, растений-индикаторов почв, научные материалы, представленные в данной работе.

Представлены критерии поиска и отбора моделей почв: типичность, информативность, научность, подлинность почв. Особая роль отводится моделям почв, подверженным деградационным изменениям в результате нерационального использования в качестве пашни, пастбища, ненормированного орошения, загрязнения, урбанизации, техногенного разрушения. В фонде банка почв находится более 2500 единиц хранения.

Приводятся группировка почв агроландшафтов Южного Урала по характеру и степени антропогенного изменения, рекомендации по их использованию, периодичность проведения регионального агроэкологического мониторинга. Сравнение результатов мониторинга с материальной и вербальной (знаковой) моделью позволит определить изменение параметров почв во времени и дать прогноз дальнейшего состояния почв агроландшафтов.

ВЫВОДЫ

1. Почвы Западносибирской и Казахстанской провинций Южного Урала представляют собой компоненты равнинных зональных и интразональных лесостепных и степных агроландшафтов. Особенностями этого региона являются: нечеткая выраженность границ между почвенными подзонами черноземной зоны, выпадение подзоны типичных черноземов, щебнистость, в почвах малая мощность профиля и его гумусовых горизонтов, слабая выраженность переходного гумусового горизонта АВ или его отсутствие, специфические водные свойства. В результате исследований высокогорного района Урала исследованы горные серые лесные, подзолистые, болотные и луговые почвы, характерные также для Среднего и Северного Урала.

2. Проведены сравнительные исследования строения, состава и свойств почв сельскохозяйственного назначения зональных агроландшафтов по характеру антропогенного вмешательства, уровню изменений и последствий. Выделены почвы слабо, средне измененного и деградированного агроландшафта, требующие дифференцированных мер по рациональному использованию.

3. Получены данные о благоприятных для растений физических, водных и воздушных показателей свойств черноземов слабо- и среднеизмененных агроландшафтов целины и пашни, но различных в лесостепной и степной зонах. В обыкновенных и южных черноземах степной зоны при высокой влагоемкости, обеспечивающей в слое 0-50 см продуктивный запас влаги 135-168 мм на целине и 130-143 мм в пашне соответственно, соотношение пористости аэрации и обводнения не является оптимальным. Черноземы южные по совокупности агрофизических и агрохимических свойств уступают другим подтипам, на склонах в фитогенных агроландшафтах они подвержены эрозии.

4. Выявлена региональная особенность современных черноземов равнинных агроландшафтов сохранять в процессе использования в богарных и орошаемых условиях удовлетворительную для растений макроструктуру.

5. Проведены исследования и анализ влияния ненормированного орошения на изменение свойств черноземов и их полугидроморфных аналогов. Установлена генетическая причина деградации черноземов ирригационных агроландшафтов. Вследствие сильной окарбоначенности нижних горизонтов черноземов, особенно обыкновенных и южных подтипов, при наименьшей влагоемкости (НВ) наблюдается излишнее обводнение и снижение воздухосодержания.

6. Установлена возможность черноземов выщелоченных, деградированных при орошении, восстанавливать агрофизические свойства до удовлетворительного состояния естественным путем через 12-15 лет после прекращения ирригационного воздействия.

7. Исходя из исследований комплекса природных факторов в реликтовых борах определено сочетание ослабленных дернового и реликтового подзолистого процессов в их почвах - боровых песках, отличающихся от контактных с ними зональных почв низким естественным плодородием. В научных интересах, водоохранных и почвозащитных целях боры и их почвы нуждаются в консервации.

8. Выявлено загрязнение плодородных аллювиальных почв поймы р. Миасс техногенными выбросами, содержащими подвижные соединения фосфора и калия, в десятки и сотни раз превышающие норму.

9. В основе решения проблемы управления агроэкологическими параметрами черноземов в орошаемом и богарном земледелии находится познание поведения влаги в профиле почв. В черноземах выщелоченных, наиболее используемых в земледелии Южного Урала, нисходящее движение влаги под действием гравитационных сил, градиентов влажности и температур происходит в течение 10 дней, после которых в профиле почв устанавливается состояние влажности, соответствующее истинной наименьшей влагоемкости (ИНВ). Эта влага, практически равна наименьшей влагоемкости (НВ) и составляет в слоях 0-50 и 0-100 см соответственно 165 и 358 мм, что свидетельствует о прочном характере удержания капиллярно-подвешенной влаги в черноземах и высоком диапазоне ее доступности растениям в интервале увлажнения НВ-ВРК. Процесс восходящего движения капиллярно-подвешенной влаги при ее испарении и десукции корнями растений выражен в этих почвах очень интенсивно и охватывает всю промоченную толщу почвы, что указывает на существующую в них отчетливо выраженную связь между отдельными скоплениями воды при увлажнении, соответствующем НВ.

10. Особенности поведения влаги в профиле почвы в условиях орошения позволяют определять: по водоудерживающей способности оптимальную предполивную влажность, степень увлажнения и норму полива конкретной почвы; по способности почвы к восходящему движению влаги устанавливать и регулировать глубину увлажнения; на богаре по способности почвы накапливать и передвигать воду в корнеобитаемую зону разрабатывать технологические приемы обработки почвы, корректировать сроки посева культур.

11. По результатам проведенного мониторинга биологического этапа рекультивации техногенно-нарушенных черноземов выщелоченных лесостепного агроландшафта установлено интенсивное биологическое выветривание вскрышных пород отвалов, образование на них эмбриоземов по черноземному типу почвообразования, использование которых в качестве пастбищ до завершения рекультивации не обосновано и снижает ее качество.

12. Получены данные по изменению почв в агроландшафте инфраструктуры современного села, находящегося в зоне влияния промышленного центра (г. Челябинск) и протогорода бронзового века (Аркаим). Черноземы без глубокой перестройки профиля сохраняют свои важнейшие генетические свойства в течение всей агрогенной эволюции Южного Урала (около 300 лет). В строении и свойствах погребенных черноземов (3-4 тыс. лет) показана длительность периода восстановления нарушенных при урбанизации почв. Проблема взаимодействия почв и общества, обостряющаяся современной высокой техногенной нагрузкой на биосферу, становится проблемой социальной и может быть разрешимой только с широким использованием образовательного и воспитательного процессов.

13. Установленные изменения состояния почв агроландшафтов, подверженных высокой агрогенной и техногенной нагрузкам, позволили создать знаковую (диагностические показатели почв) и материальную (банк почв) модели почв агроландшафтов Южного Урала, которые могут служить основой научных прогнозов, научно-методической базой обеспечения регионального агроэкологического мониторинга, обоснования рациональных приемов использования почв, дают возможность предвидеть развитие экологической обстановки, обеспечивают информационной базой данных картирование почв, подготовку специалистов сельскохозяйственного производства.

14. Материальная модель почв позволяет показать экологические, технологические, эстетические стороны почв, факторы их формирования и эволюцию в природных и сельскохозяйственных ландшафтах и может стать фундаментальной информационной и методической базой для создания объединенного центра регионального агроэкологического мониторинга почв. Научная, диагностическая и другие функции материальной модели почв способствуют их охране.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для предотвращения деградации черноземных почв зональных лесостепных и степных агроландшафтов применять современные адаптивно-ландшафтные системы земледелия и строго соблюдать их требования.

2. Для проектирования орошаемых земель в первую очередь отбирать локально однородные, равнинные, хорошо естественно дренированные участки с почвами среднесуглинистого гранулометрического состава.

3. При орошении черноземов применять научно обоснованные режимы увлажнения с контролем мощности увлажняемого слоя, соблюдением оптимального порога предполивного снижения влажности почвы. Рациональная глубина промачивания черноземов Южного Урала при вегетационных поливах составляет 0-40 см, что объясняется природными условиями развития корневой системы растений. Интенсивное восходящее движение влаги позволяет по фазам развития растений использовать дифференцированные по глубине и степени увлажнения поливы, что снизит количество вегетационных поливов. Поливные нормы для тяжело- и среднесуглинистых выщелоченных черноземов Южного Урала составляют в режиме увлажнения НВ-ВРК (70 % НВ) для слоя 0-50 см 460 м³/га. Сроки предпосевного и вегетационных поливов будут зависеть от конкретных погодных условий года. На разобщенных крупных однородных массивах черноземов, естественно удовлетворительно дренированных соблюдение научно обоснованных норм полива пресной оросительной водой с подачей ее по закрытым трубопроводам даже без искусственного дренажа не должно привести к ухудшению агромелиоративных свойств почв.

4. Не вовлекать в земледелие почвы интразональных солонцово-солончаковых агроландшафтов и колков. Вести их охрану.

5. Соблюдать природоохранную зону для боровых песков реликтовых боров и пойменных почв.

6. Рекультивируемые отвалы техногенно нарушенных почв агроландшафтов не использовать в сельскохозяйственных целях до полного прохождения биологического этапа рекультивации.

7. С целью сохранения стабильного состояния пахотных почв и почв других сельскохозяйственных угодий проводить их региональный агроэкологический мониторинг.

8. При возделывании сельскохозяйственных культур на пойменных почвах, прилегающих к крупным промышленным центрам, проводить регулярный контроль их загрязнения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Черноземы: свойства и особенности орошения: Моногр. / Панфилов В.П., Слесарев И.В., Сенькова Л.А. и др. Новосибирск, 1988. 256 с.

2. Микроартроподы почвы, растительность в условиях пульсирующего увлажнения: Моногр. / Гришина Л.Г., Стебаева С.К., Сенькова Л.А. и др. Новосибирск, 1991. 165 с.

3. Сенькова Л.А. Эколого-почвенная характеристика Челябинской области: Моногр. Челябинск, 2007. 270 с.

Публикации в периодической печати, рекомендованной ВАК

4. Сенькова Л.А. Восходящее передвижение влаги при испарении в черноземе выщелоченном // Аграрный вестник Урала. 2007. № 6. С. 54-56.

5. Матвеева Е. Ю., Сенькова Л.А. Нисходящее передвижение влаги и водоудерживающая способность чернозема выщелоченного // Аграрный вестник Урала. 2007. № 6. С. 56-57.

6. Сенькова Л.А. Комплектование почвенного музея // Аграрный вестник Урала. 2008. № 1. С. 62-63.

7. Водно-физические свойства черноземов Южного Урала // Аграрный вестник Урала. 2008. № 3. С. 66-68.

8. Сенькова Л.А. Состояние почв Южного Урала и проблемы их использования // Аграрный вестник Урала. 2008. № 4. С. 61-62.

9. Сенькова Л.А.Состояние почв особо охраняемых территорий Южного Урала // Аграрная наука. 2008. № 11. С. 14-15.

10. Сенькова Л.А.Потенциальные возможности восстановления свойств чернозема выщелоченного после ненормированного орошения // Аграрная наука. 2008. № 12. С. 5-6.

Другие публикации

11. Чащина Н.И., Сенькова Л.А. Влияние различных режимов увлажнения пахотного слоя черноземов на пшеницу // Прогрессивные направления проектирования, строительства и эксплуатации мелиоративных систем в условиях Сибири. Красноярск, 1978. С. 188-189.

12. Сенькова Л.А. Доступность влаги растениям на южных легкосуглинистых черноземах // Проблемы интенсификации земледелия в Казахстане. Алма-Ата, 1985. Ч. 2. С. 3-5.

13. Сенькова Л.А. К вопросу о глубине орошения черноземов // Населенные пункты и охрана окружающей среды. Алма-Ата - Целиноград, 1986. С. 118-119.

14. Сенькова Л.А. Агромелиоративная характеристика черноземов южных // Тр. Кустанайского с.-х. ин-та. Кустанай, 1996. Ч 1. С. 67 -68.

15. Сенькова Л.А. Агроэкологические условия возделывания яровой пшеницы на склонах // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения. Челябинск, 2002. С. 139-143.

16. Ларионов Ю.С., Сенькова Л.А., Ларионова Л.М. Эдафический фактор и корнеоборот в растениеводстве // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения. Челябинск, 2004. С. 56-67.

17. Сенькова Л.А. Становление и значение геолого-почвенного музея Института агроэкологии // Почвы ? национальное достояние России: Мат. 4-го съезда почвоведов. Новосибирск, 2004. С. 646-647.

18. Сенькова Л.А., Нефедова Е.Н. Поведение влаги в черноземе выщелоченном Южного Урала // Почвы ? национальное достояние России: Мат. 4-го съезда почвоведов. Новосибирск, 2004. С. 422-423.

19. Сенькова Л.А. Почвенно-экологическое состояние отвалов Коркинского угольного разреза // Вестник ЧГАУ. 2005. Т. 45. С. 160-164.

20. Сенькова Л.А. Естественноисторическое просвещение в Институте агроэкологии // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения. Челябинск, 2005. С. 320-327.

21. Сенькова Л.А. Влагообеспеченность чернозема выщелоченного // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения. Челябинск, 2006. С. 158-166.

22. Синявский И.В., Сенькова Л.А., Липп В.А., Уфимцева Л.В. Рекомендации по регулированию водно-физических, физико-химических свойств, солевого режима ирригационных почв и улучшению их экологического состояния: Рекомендации // ФГУ «Управление «Челябмелиоводхоз», ФГОУ ВПО «ЧГАУ», Институт агроэкологии. Челябинск, 2006. 31 с.

23. Сенькова Л.А. Опыт создания и использования почвенного музея в учебной и просветительской работе // Известия Оренбургского ГАУ. 2006. № 1 (9). С. 62-64.

24. Сенькова Л.А. Почвы реликтовых боров Челябинской области // Вестник ЧГАУ. 2007. Т. 49. С. 82-89.

25. Сенькова Л.А. Биоресурсная характеристика почвенного покрова ботанического участка Института агроэкологии // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения. Челябинск, 2007. С. 140-148.

26. Сенькова Л.А. Проблемы использования почв Южного Урала // Наука и технологии. Миасс, 2008. С. 130.

27. Сенькова Л.А. Противоэрозионная устойчивость агрегатного состава черноземов Южного Урала // Интенсификация, ресурсосбережение и охрана почв в адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Курск, 2008. С. 614-616.

28. Сенькова Л.А. Состояние почв агроландшафтов Южного Урала в среде антропогенного воздействия и проблема их использования // Наука и технологии: Тр. XXVIII Российской школы. М., 2008. Т. 2. С. 244-250.

Размещено на Allbest.ru