Особенности строения пахотного слоя горно-луговых почв и его мониторинг в посевах различных культур

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности строения пахотного слоя горно-луговых почв и его мониторинг в посевах различных культур

Сергей Эдуардович Кучиев,

Элеонора Александровна Цагараева,

Валентина Батырбековна Цугкиева

Аннотация

Мониторинг почвенных агрофизических исследований в условиях развития эрозионных процессов на склоновых и горных почвах обусловлен необходимостью сохранения почвенного плодородия для последующих поколений. Строение пахотного слоя показатель, характеризующий соотношение твердой части почвы к различному типу пор. Исследования проводились на горном многолетнем стационаре СКНИИГПСХ с. Даргавс. Начиная свои исследования по данной тематике, мы столкнулись с необходимостью модернизации исследований, то есть обычный стандартный метод ее определения оказывался некорректен, при условиях сильного снижения влажности в почве одна из фаз, а именно некапиллярная, выходила в минус. Решив данную задачу и проведя работы по определению величин строения пахотного слоя, мы начали анализировать полученные результаты. Так, в среднем за период исследований первого периода величина твердой фазы составляла 56,9%. Причем наименьшим этот показатель был в верхнем слое 0-10 см и составлял 54,6%, с глубиной он повышался и достигал величины 58,0 в слое 10-20, и 58,3 в слое 20-30 см. По прошествии лет величина общей пористости с 42,9% в первом периоде стало равняться 51,1%. Наибольшее количество пор как и в предыдущих исследованиях в верхнем горизонте 52,8%, с глубиной пористость снижается до 50,8 и 49,9%. Под всеми культурами общая порозность увеличилась в пределах 7,2% до 10,2%.

Ключевые слова: плодородие, строение пахотного слоя, эрозия, поры, капилляры

Annotation

Structural features of the arable layer of mountain and meadow soils and its monitoring in various crops

Sergey E. Kuchiev, Eleonora A. Tzagaraeva, Valentina B. Tsugkieva

Monitoring of soil agrophysical studies under the conditions of development of erosion processes on slope and mountain soils is due to the necessity to preserve soil fertility for future generations. The structure of the arable layer is an indicator that characterizes the ratio of the solid part of the soil to various types of pores. The studies were conducted at the mountain long-term stationery of the NCSRIMFA in the village of Dargavs. Starting our research on this topic, we faced the need to modernize research (the usual standard method for determining turned out to be incorrect). Under conditions of a strong decrease in moisture one of the phases in the soil and namely the non-capillary phase went negative. Having solved this problem and carried out work to determine the values of the arable layer structure, we began to analyze the results obtained. So, the value of the solid phase was 56.9% on average for the first research period. Moreover, this indicator was the lowest in the upper layer of 0-10 cm and amounted to 54.6%. It decreased with depth and reached a value of 58.0 in the layer of 10-20 and 58.3 in the layer of 20-30 cm. Over the years, the value of total porosity decreased from 42.9% to 51.1% in the first period. The largest number of pores (as in previous studies with the upper horizon of 52.8% in depth) decreased to 50.8 and 49.9%. Concerning all crops, the total porosity increased within 7.2% to 10.2%.

Keywords: fertility, arable layer structure, erosion, pores, capillaries

Введение

Мониторинговые наблюдения за эрозионными процессами, проходящими в горнолуговых почвах, показали, что в них содержится высокое содержанием мелкой дресвы (щебенки глинистых сланцев), имеющей плотность резко отличающуюся от плотности почвы. Модернизация методики определения строения пахотного слоя насыщения в патронах заключалась в осуществлении полного насыщения капиллярных пор с последующим насыщением некапиллярных и высушиванием всего образца до абсолютно сухого состояния. В оба этапа исследований расчет проводился модернизированным методом. Оценивая происходящие изменения под действием эрозионных процессов по итогам первого периода, нами были выдвинуты предположения о потере до 2 мм пахотного слоя за год в весовом эквиваленте. Данный вынос эрозионно-подверженной фракции приводил к изменениям практически всех агрофизических показателей плодородия почвы.

Обзор литературы

Горные территории являются значительным резервом для расширения агропромышленного производства, однако их хрупкость и «экологическая ранимость» обуславливают осторожное их вовлечение в активное сельскохозяйственное использование [2,3].

В агрономической науке сформировались требования к оптимальной жизнедеятельности растений и условий для продуктивного их развития. В отношении строения пахотного слоя они тоже давно выявлены, причем оптимальными условиями для роста и развития растений считаются равновесные по соотношению твердой и обшей фазы почвы.

В научной литературе отмечается, что разные почвы по механическому составу отличаются весьма различной порозностью: у плотных глин до 30 %, а у рыхлых торфяных почв 90%. Качественный состав пор оказывает влияние на развитие корневой системы и почвенных микроорганизмов. На поры размером <3мкм приходится около 50 %, 60-33 мкм - 30% и на > 60 мкм до 20% объема общей порозности [4].

В связи с этим цель исследований заключалась в мониторинге строения пахотного слоя горнолуговой субальпийской выщелоченной, с перегнойно-иллювиальным горизонтом, суглинисто-щебнистой на элювии глинистых сланцев почве под сельскохозяйственными культурами.

Методика исследований

Исследования проводились на землях СКНИИГПСХ ВНЦ РАН» на горном многолетнем стационаре с. Даргавс. Исследования проводились в два этапа - 1996-1998 и 2008-2013 годы.

В опыте возделывались: многолетние травы - клевер различных лет пользования; зерновые культуры сплошного способа сева - озимая пшеница, озимый ячмень, озимая рожь, овес, овес с подсевом многолетних трав; пропашные культуры - картофель, кукуруза, столовая свекла, капуста.

Модернизация определения строения пахотного слоя (патент на изобретение.№98111886/13 013356 [1].

пахотный слой сельскохозяйственный культура

Результаты и их обсуждение

Оценивая полученные результаты общей пористости, можно отметить, что по классификации Н. А. Качинского все изучаемые варианты в большинстве случаев обладали неудовлетворительной порозностью для пахотного слоя. Однако существуют и другие классификации (А.Г. Дояренко), и по их данным оптимальная пористость находится в пределах 50-60 % [4].

В среднем за время исследований первого периода величина твердой фазы составляла 56,9 %. Причем наименьшим этот показатель был в верхнем слое 0-10 см и составлял 54,6 %, с глубиной он повышался и достигал величины 58,0 в слое 10-20 и 58,3 в слое 20-30 см.

Таблица 1

Строение пахотного слоя %, среднее 1996-1998 годы Table 1. Structure of the arable layer %, average for 1996-1998

Источник: составлено авторами на основании экспериментальных данных

Source: compiled by the author on the basis of experimental data

Усредненный показатель пористости по культурам являлся неудовлетворительным для пахотного слоя 42,9 %. Отдельно имелись различия по данному показателю и по культурам и слоям почвы под ними. Так, в посевах клевера пористость верхнего слоя составляла 42,9 %, а с глубиной - 40,8. В динамике вегетационного периода пористость имеет тенденцию к снижению. Что объясняется уплотнением почв, а при достижении равновесной плотности - естественного сложения. Второй причиной, на наш взгляд, является кольматация пор под действием водной эрозии.

Однолетние зерновые культуры сплошного способа сева и озимые зерновые обеспечивали в своих посевах более благоприятную пористость. На поры приходилось до 54 % в начале вегетации и 47 % в конце.

В посевах пропашных культур (картофеля, столовой свеклы, капусты, ранних стадиях развития кукурузы и контрольном варианте чистый пар) кольматируются почти все некапиллярные поры. Под действием дождевых капель разрушаются агрегаты, забиваются поры, образуется корка и происходит интенсивное испарение влаги, ухудшая тем самым условия жизнедеятельности растений. Естественная субальпийская растительность оказывает влияние на стабильность соотношения твердой фазы почвы и общей пористости, она изменялась в сторону уменьшения пористости на протяжении вегетации на 3 %.

Проведенные анализы второго периода исследований и их камеральная обработка показали значительные изменения строения пахотного слоя под изучаемыми культурами. Так, по прошествии лет величина общей пористости с 42,9 % в первом периоде стала равняться 51,1 %. Наибольшее количество пор, как и в предыдущих исследованиях, в верхнем горизонте 52,8 %, с глубиной пористость снижается до 50,8 и 49,9 %. Под всеми культурами общая порозность увеличилась в пределах 7,2 %, в посевах овса с подсевом клевера до 10,2 % в чистом овсе.

Таблица 2

Строение пахотного слоя, % в годы исследований 2008-2013 Table 2 Structure of the arable layer, % in the years of research (2008-2013)

Источник: составлено авторами на основании экспериментальных данных. Source: compiled by the author on the basis of experimental data

Практически сравнялась величина твердой фазы почвы и общей пористости - 48,2 твердая часть и 51,8 общая пористость. Величина соизмеримых изменений составила почти 9 %, что можно обосновать только снижением органики в почве в процессе интенсивного сельскохозяйственного использования и проходящих эрозионных процессах. Основной прирост наблюдался в величине капиллярной пористости по соизмеримым вариантам на 7,5 % и на 1,2 % по величине пор, содержащих воздух, как и раньше в горно-луговых почвах сильно не хватает почвенного воздуха. Его величина по культурам колеблется в пределах от 4 до 11 %. Общепринято, что при высокой влажности воздух должен занимать не менее 20-25 % от общей порозности.

Новые варианты в сравнении с культурами, изученными в обоих периодах, формировали соизмеримые значения, так, в рассматриваемых озимых зерновых культурах «озимая пшеница, озимая рожь, озимый ячмень» величина общей пористости была в пределах 51,1-52,7 %, в пропашных культурах «картофель, кукуруза, капуста, столовая свекла» - 50,4-51,66 %.

В первый период исследований наблюдалось, что объем твердой фазы и общая пористость интенсивно изменялись до глубины 0-30 см, в котором отмечалось постепенное увеличение твердой фазы с глубиной.

Рис. 1 Изменения соотношения твердой фазы и общей пористости в 1 и 2 периоды. Fig. 1 Changes in the ratio of the solid phase and total porosity (1, 2 periods)

Источник: составлено авторами на основании экспериментальных данных

Source: compiled by the author on the basis of experimental data

Верхний слой наиболее рыхлый - 53 % пористости, с глубиной до 30 см она снижается до 38 %. С 40 до 90 см соотношение твердой фазы и пористости изменяются в сторону увеличения твердой фазы почвы на 1-2 %. В метровом слое наблюдается недостаточное содержание некапиллярных пор, на их долю приходилось от 14 % в верхнем слое до 3,9 % на глубине одного метра. Основные изменения второго этапа исследований в основном коснулись только пахотного слоя 0-30 см. Изменилось соотношение твердой части почвы и общей пористости, как уже отмечалось выше они практически сравнялись. Величина некапилярных пор в верхнем слоя снизилась и стала меньше 10 %.

Заключение

Мониторинг строения пахотного слоя позволил детально рассмотреть изменения данного показателя как за краткосрочный период, так и в длительной перспективе. В первый период исследования пористость в посевах составляла 42,9 %, что считается неудовлетворительным. В посевах многолетних трав на общую пористость приходилось от 40,8 до 42,9 % в различных слоях. На протяжении вегетации общая пористость снижается. Это объясняется особенностью горно-луговых почв уплотняться, достигая естественного сложения и кольматацией пор под действием эрозии. Более благоприятные условия по пористости складывались в посевах овса. На общую пористость приходилось 50-54 % в начале вегетации и 47-50 % в конце.

Проведенные анализы второго периода исследований и их камеральная обработка показали значительные изменения строения пахотного слоя под изучаемыми культурами. Так, по прошествию лет величина общей пористости с 42,9 % в первом периоде стала равняться 51,1 %. Наибольшее количество пор, как и в предыдущих исследованиях, в верхнем горизонте 52,8 %, с глубиной пористость снижается до 50,8 и 49,9 %. Под всеми культурами общая порозность увеличилась в пределах 7,2 %, в посевах овса с подсевом клевера до 10,2 % в чистом овсе.

Список источников

1. Пат. 2138045, Российская Федерация, МПК G01N 33/24, G01N 5/04. Способ определения сложения пахотного слоя горных почв [ Текст] / Адиньяев Э. Д., Рогова Т. А., Гаджиев Р. К., Кучиев С. Э.; заявитель и патентообладатель Горский государственный аграрный университет; N° 98111886/13; заявл. 22.06.1998; опубл. 20.09.1999. EDN FUNZOD.

2. Адиньяев Э.Д., Джериев ТУ. Ландшафтное земледелие горных территорий и склоновых земель России. М.: Агропрогресс, 2001. 404 с.

3. Кучиев С.Э. Оценка противоэрозионной устойчивости сельскохозяйственных культур в Субальпийском поясе Северной Осетии: дис.... канд. с.-х. наук: 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство. Владикавказ, 1999. 175 с.

4. Адиньяев Э.Д., Кучиев С.Э., Басиева Л.Ж. Динамика агрегатного состава почвы под различными культурами в горной зоне Северной Осетии // Известия Горского государственного аграрного университета. 2010. Т. 47. № 2. С. 10-13.

5. Kozyrev B., Tsoraeva E., Nagam Al.-A., Chibirova A., Kozyrev A. Rational use of land resources: regional aspect // E3S Web of Conferences. 2021. 244. P 03018. 10.1051/e3sconf/202124403018.

6. Басиева Л.Ж. Агрофизические показатели плодородия почв // Экологическая безопасность Юга России. Владикавказ: Горский ГАУ, 2002. С. 29-31.

7. Пат. 2390608, Российская Федерация, МПК E02D 1/04, G01N 1/02. Устройство для отбора проб грунта [ Текст] / С. М. Мирзоев, М. М. Мирзоев, А. В. Газданов [ и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет». № 2008151302/03; заявл. 23.12.2008; опубл. 27.05.2010. EDN AVDNIT.

8. Огнестрельный бур для отбора почвенных образцов / С.Х. Дзанагов [и др.]. // Известия Горского государственного аграрного университета. 2008. Т 45. № 2. С. 50-53.

9. Система воспроизводства плодородия черноземных почв в Республике Северная ОсетияАлания / А.А. Абаев [и др.]. // Научные основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий России и формирования систем воспроизводства их плодородия в адаптивноландшафтном земледелии. Т. 3. М.: Почвенный институт имени В.В. Докучаева, 2013. С. 253-264.

References

1. Adinyaev E.D., Rogova Т.А., R. K. Gadzhiev R.K., Kuchiev S.E., inventors; Gorsky State Agrarian University, assignee. Method determining structure of arable layer of rock soils. RU patent 2138045. 1999 September 20. (In Russ.).

2. Adinyaev ED, Djeriev TU. [Landscape agriculture of mountainous territories and slope lands of Russia]. Moscow: Agropro-gress; 2001. (In Russ.). - EDN: YRQLMT.

3. Kuchiev S.E. Assessment of erosion resistance of agricultural crops in the Subalpine belt of North Ossetia [dissertation]. Vladikavkaz: Gorsky State Agrarian University; 1999. (In Russ.).

4. Adinyaev ED, Kuchiev SE, Basieva LZh. [Dynamics of aggregate composition of soil under various crops in the mountainous zone of North Ossetia]. Proceedings of Gorsky State Agrarian University. 2010;47(2): 10-13. (In Russ.).

5. Kozyrev B, Tsoraeva E, Nagam Al.-A., Chibirova A, Kozyrev A. Rational use of land resources: regional aspect. E3S Web of Conferences. 2021;(244): 03018. Available from: 10.1051/e3sconf/202124403018.

6. Basieva LJ. Agrophysical indicators of soil fertility. In: Environmental safety of the South of Russia. Vladikavkaz: Gorsky GAU; 2002. p. 29-31. (In Russ.).

7. Mirzoev S.M., Mirzoev M.M., Gazdanov A.V., Dzanagov S.Kh., Kozyrev A.Kh., Marzoev M.V., et al. inventors; Gorsky State Agrarian University, assignee. Device for soil sampling. RU patent 2390608. 2010 May 27. (In Russ.).

8. Dzanagov SH, Mirzoev MM, Gazdanov AV, Kozyrev AH. [Fire drill for the selection of soil samples]. Proceedings of Gorsky State Agrarian University. 2008;45(2): 50-53. (In Russ.).

9. Abaev AA, Adinyaev ED, Mamiev DM, Kuchiev SE. [The system of reproduction of fertility of chernozem soils in the Republic of North Ossetia-Alania]. In: [ Scientific foundations of the prevention of soil (land) degradation of agricultural lands in Russia and the formation of systems for the reproduction of their fertility in adaptive landscape agriculture], Vol. 3. Moscow: V.V. Dokuchaev Soil Institute; 2013. p. 253-264. (In Russ.).

Размещено на Allbest.ru