Агрофизические свойства светло-серых лесных почв Северного Зауралья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Агрофизические свойства светло-серых лесных почв Северного Зауралья

Аннотация

Рассмотрены агрофизические свойства целинных светло-серых лесных почв Северного Зауралья. На основе изучения 96 полнопрофильных разрезов выявлено, что данный подтип имеет благоприятные агрофизические свойства гумусового горизонта (Ащ плотность сложения составляет I. 14щ,09 г/см3, пористость - ЩЩ,54% от объёма. В результате процессов илпювиирования плотность сложения увеличивается до 1,45±0,06 г/см3 в горизонте В:, что может привести к поверхностному переувлажнению с перспективой дальнейшего заболачивания.

Ключевые слова: агрофизические свойства, вариабельность, светло-серые лесные почвы

Abstract

AGROPHYSICAL PROPERTIES OF LIGHT GRAY FOREST SOILS OF THE NORTHERN TRANS-URALS

Dmitry I. Eremin, Svetlana M. Kayugina

The agrophysical properties of virgin light grayforest soils of the Northern Trans-Urals have been studied. Based on the study of 96 full-profile sections, it M'as revealed that the subtype under study has favorable agrophysical properties of the humus horizon (Al): the addition density is 1.14 ± 0.09 gcm3. porosity is 54 ± 4.54% of the volume, ,4s a result of the illuviation processes, the addition density increases to 1.45 ± 0.06 g/стЗ in the В2 horizon, which can lead to surface waterlogging with the prospect of further waterlogging.

Keywords: agrophysical properties, variability>, light gray forest soils.

Введение

Светло-серые лесные почвы наиболее распространены в подтайте, которая непосредственно граничит с лесостепной зоной, где этот подтип уступает собственно-серым и тёмно-серым почвам. Светло-серые лесные почвы формируются под густыми, молодыми лиственными лесами, где затруднено проникновение солнечного света до поверхности. Поэтому почвопокровная растительность не так разнообразна, как в осветленных лесах. Наличие промывного типа водного режима и поверхностная локация растительных остатков обусловливают высокую минерализацию органического вещества, минуя стадию гумусообразования. В отличие от сомкнутых хвойных лесов, на светло-серых лесных почвах всё-таки произрастают разнотравные - осоковые ассоциации, корневая система которых преимущественно располагается в верхних 10-15 см. Мелколиственные леса Северного Зауралья характеризуются различной плотностью древостоя, что оказывает непосредственное влияние на биомассу почвопокровных растений.

К основным физическим свойствам относят плотность сложения и твёрдой фазы, аэрацию, структурно-агрегатный состав и водоустойчивость структурных отдельностей [1]. Наиболее значимыми факторами, влияющими на эти свойства, являются содержание гумуса и свойства почвообразующей породы. В ходе естественного почвообразования значимость основополагающих показателей может меняться, что приводит к вариабельности физических свойств [2-4].

При расширении сельскохозяйственных угодий необходимо учитывать, что светло-серые лесные почвы изначально имеют неблагоприятные физические свойства. Поэтому при распашке произойдет резкое ухудшение физических показателей, что негативно отразится на продуктивности пашни. Причиной этому является дефицит органического вещества и илистых элементарных почвенных частиц в гумусовом горизонте [5].

Площади светло-серых лесных почв в Северном Зауралье составляют 161,2 тыс. га, от всего типа лесных почв на них приходится 18% [6]. Несмотря на низкое плодородие, этот подтип рассматривается для расширения сельскохозяйственных угодий региона [7].

Цель исследований: изучение физических показателей целинных светло-серых лесных почв и выявление их пространственной неоднородности.

Материалы и методы исследований. В период с 1965 по настоящее время сотрудниками кафедры почвоведения и агрохимии было заложено и описано 96 полнопрофильных разрезов целинных светло-серых лесных почв. Одновременно с морфологическим описанием определяли плотность сложения методом Качинскош в двенадцатикратной повторности. Взвешивание свежих образцов проводили в полевых условиях. После этого отбирали образцы на влажность и лабораторные анализы. Плотность твёрдой фазы определяли пикнометрическим методом, пористость - расчётным, по формуле:

Роощ=(1 -d_v/d)*100%,

где d_v - плотность почвы, г/см³; d - плотность твёрдой фазы г/см³.

Для вычисления показателей вариационной статистики и построения гистограмм распределения использовали надстройку «Пакет анализа» Microsoft Excel. Оценку пространственной неоднородности осуществляли с помощью коэффициента вариации (Cv), который представляет процентное отношение стандартного отклонения к среднему арифметическому. Варьирование принято считать незначительным, если Cv не превышает 10%, небольшим при Cv 10-20%, средним - 20-40%, высоким - 40-60%, очень высоким - более 60% [8].

Результаты исследований и их обсуждение

Агрофизические свойства считаются одними из важнейших элементов плодородия почв. Плотности почвы в научных исследованиях всегда уделялось значительное внимание, так как она является одним из факторов, определяющих режим физико-биологических процессов пахотного слоя, от которого зависит способность почвы накапливать и удерживать влагу, мобилизовывать питательные вещества, создавать условия для жизнедеятельности микробиоты [9, 10].

Плотностью сложения довольно динамичный показатель и может меняться на протяжении года в довольно широком диапазоне. Он преимущественно зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества и структурного состояния. Наиболее благоприятной для основных сельскохозяйственных культур считают плотность сложения в диапазоне от 1,0 до 1,2 г/см³ [11].

Анализ 96 почвенных разрезов показал, что плотность сложения в гумусовом горизонте Ai светло-серых лесных почв составляет в среднем по выборке 1,14±0,09 г/см³ (таблица 1), что входит в диапазон оптимума. Преобладают почвы с плотностью сложения выше среднего - 54 образца, что составляет 56% от общего количества исследованных (рисунок 1). Несмотря на довольно значительный размах значений от 0,88 до 1,34 г/см³, вариабельность незначительная (Cv=8%).

Таблица 1 Статистические характеристики плотности сложения светло-серых лесных почв, г/см³ (п=96)

Примечание: п - количество разрезов.

Рисунок 1. Гистограмма распределения светло-серых лесных почв по плотности сложения гумусового горизонта Ai, г/см³

В гумусово-элювиальном горизонте А1А2 плотность сложения в среднем составляет 1,26 г/см³, но было установлено, что в Северном Зауралье имеются почвы с плотностью сложения более 1,3 г/см³ - их доля в выборке составляет 27%. Плотность сложения варьирует в диапазоне от 1,11 до 1,4 г/см³. Равенство среднего, медианы и моды указывает на нормальность распределения значений в выборке. Вариабельность ниже, чем в вышележащем горизонте и составляет 5%.

Горизонт В характеризуется высокой плотностью за счёт процессов иллювиирования, в результате которого происходит заполнение пустот фракциями средней и мелкой пыли. Плотность сложения в горизонте В і в среднем составляет 1,37±0,07 г/см³. В нижней части иллювиального горизонта (В2) плотность сложения увеличивается до 1,45±0,06 г/см³. Вариабельность незначительна (Cv=4%). В горизонте В максимальная плотность в изучаемой выборке достигает 1,52-1,55 г/см³, что нарушает движение воды и воздуха по почвенному профилю. В условиях Северного Зауралья это может привести к переувлажнению светло-серых лесных почв с перспективой дальнейшего заболачивания. Доля почв с переуплотнённым горизонтом В в выборке составляет 17%.

Плотность твёрдой фазы зависит от гранулометрического, минералогического состава и обогащенности гумусом. Плотность твёрдой фазы почвы довольно стабильная величина, она всегда выше плотности сложения. В минеральных почвах плотность твёрдой фазы в среднем составляет 2,6-2,8 г/см³.

Наши исследования показали, что плотность твёрдой фазы в гумусовом горизонте Ai светло-серых лесных почв в среднем по выборке составляет 2,50 г/см³, при стандартном отклонении 0,23 г/см³ (таблица 2). Отрицательное значение коэффициента эксцесса указывает на плосковершинное распределение, то есть разброс значений относительно среднего. При этом большая часть почвенных образцов имеют плотность твёрдой фазы ниже среднего (55% от исследованных), что наглядно иллюстрирует рисунок 2. Вариабельность незначительная (Cv=9%). Эго обусловлено относительной однородностью почвообразующих пород Северного Зауралья и схожими условиями синтеза гумуса.

Рисунок 2. Гистограмма распределения светло-серых лесных почв по плотности твёрдой фазы гумусового горизонта Ai, г/см³

В гумусово-элювиальном горизонте А1А2 средняя по выборке плотность твёрдой фазы снижается до 2,20 г/см³ за счёт широкого размаха вариации: от 1,87 до 2,71 г/см³. Положительное значение коэффициента асимметрии указывает на «правый хвост», то есть преобладание в выборке значений ниже среднего. Вариабельность меньше, чем в гумусовом горизонте (Cv=8%).

Таблица 2 Статистические характеристики плотности твёрдой фазы светло-серых лесных почв, г/см³ (п=96)

В иллювиальных горизонтах Bi и Вт плотность твёрдой фазы в среднем составляет 2,22 и 2,20 г/см³ соответственно. Значения плотности твёрдой фазы в иллювиальном горизонте изменяется в пределах выборки от 1,83 до 2,52 г/см³. Вариабельность оценивается как незначительная (Cv=6%).

Характер пористости обусловливается физическими и физико-химическими процессами, протекающими в почве: растрескиванием её под действием увлажнения-высыхания, нагрева-охлаждения, набухания-сжатия; передвижением жидкой фазы и деятельностью живой фазы; выщелачиванием и выносом различных химических соединений в нижележащие горизонты. Степень пористости также зависит от почвенной структуры, гранулометрического состава и содержания гумуса. Пористость убывает вниз по почвенному профилю.

Пористость гумусового горизонта Ai светло-серых лесных почв в среднем по выборке составляет 54% от объёма, варьирует в диапазоне от 44 до 64% (таблица 3). Распределение нормальное (мода, медиана и среднее равны), ближе к плосковершинному (эксцесс отрицательный), асимметрия незначительна. По рисунку 3 видно, что более чем у половины почвенных образцов (63% от общего числа) пористость выше среднего, что соответствует удовлетворительному состоянию. Вариабельность незначительная (Cv=9%).

Таблица 3 Статистические характеристики пористости светло-серых лесных почв, % от объёма (п=96)

Рисунок 3. Гистограмма распределения светло-серых лесных почв по пористости гумусового горизонта Ai, % к объему

В гумусово-элювиальном горизонте А1А2 светло-серых лесных почв объём пустот снижается до 43±3,33%, что соответствует чрезмерно низкой пористости. Отрицательный коэффициент эксцесса указывает на плосковершинное распределение, т.е. разброс относительно среднего. Имеется незначительная правосторонняя асимметрия - преобладание образцов почвы с пористостью ниже средней по выборке. Вариабельность чуть ниже, чем в гумусовом горизонте (Cv=8%).

В иллювиальных горизонтах Bi и В2 пористость снижается до минимальных значений - 38 и 34% соответственно. Данный факт подтверждает нарушение движения почвенной влаги и аэрации нижних горизонтов светлосерой лесной почвы. В нижней части иллювиального горизонта вариабельность выше (Cv=10%).

Заключение

Светло-серые лесные почвы Северного Зауралья характеризуются благоприятными агрофизическими свойствами горизонта Ау плотность сложения в среднем составляет 1,14 г/см³, при общей пористости 54% от объёма. Горизонт А1А2 имеет более высокую плотность сложения 1,26 г/см³ за счёт естественных процессов уплотнения и очень низкого содержания гумуса. Иллювиальный горизонт (В) светло-серых лесных почв характеризуется очень высокой плотностью сложения, достигающей 1,55 г/см³ при общем объёме пустот равном 38% с достижением минимальных значений 29% в нижней части горизонта. В условиях Северного Зауралья это может привести к нарушению движения воды и воздуха и, как следствие, к поверхностному переувлажнению. лесной почва целинный

Список источников

1. Зинченко С.И., Шеин Е.В., Щукин И.М. Вариабельность агрофизических характеристик серых лесных почв // В сборнике материалов международной научно-практической конференции «Современные проблемы инновационного развития сельского хозяйства и научные пути технологической модернизации АПК» 20-23 декабря 2016 г. Махачкала, 2016. С. 224-228.

2. Каюгина С.М., Ерёмин Д.И. Пространственная вариабельность мощности генетических горизонтов серых лесных почв Северного Зауралья//Вестник КрасГАУ. 2020. № 10 (163). С. 3-12.

3. Каюгина С.М., Ерёмин Д.И. Пространственная неоднородность серых лесных почв Зауралья как аргумент для перехода на точное земледелие // В сборнике: Новый взгляд на развитие аграрной науки. Сборник материалов Научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых. 2021. С. 24-29.

4. Шапорина Н.А., Сайб Е.А. Вариабельность агрофизических показателей комплекса склоновых почв Предса- лаирья //Почвы и окружающая среда. 2020. Т. 3. № 2. С.4. DOI: 10.31251/pos.v3i2.118

5. Каюгина С .М., Ерёмин Д. И. Пространственная неоднородность распределения физической глины и ила в профиле серых лесных почв Северного Зауралья // Агрофизика. 2021. № 1. С. 7- Ш,

6. Каретин Л.Н. Почвы Тюменской области. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. 286 с.

7. Ренев Е.П., Ерёмин Д.И», Ерёмина Д.В. Оценка основных показателей плодородия почв наиболее пригодных для расширения пахотных угодий в Тюменской области// Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 4. С. 27-31.

8. Савич В.И. Применение вариационной статистики в почвоведении. М.: ТСХА, 1972. 104 с.

9. Ерёмин Д.И., Груздева Н.А. Агрогенные изменения плотности серых лесных почв в Северном Зауралье // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2017. Т. 47. № 5 (258). С. 13-22. DOI: 10.26898/0370-8799-2017-5-2

10. Перфильев Н.В., Вьюшина О.А. Влияние плотности почвы при различных системах основной обработки на урожайность ячменя // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2016. № 1 (248). С. 5-12.

11. Исследование взаимосвязи «оптимальной плотности» почвы с урожайностью зерновых культур / Н.В. Перфильев, О.А. Вьюшина, А.А. Конищев, И.И. Гарифуллин // Агрофизика. 2017. № 4. С. 16-24.

References

1. Zinchenko, S.I., E.V. Shein and I.M. Shchukin. Variability of agrophysical characteristics of gray forest soils / In the collection of materials of the international scientific and practical conference "Modem problems of innovative development of agriculture and scientific ways of technological modernization of the agro-industrial complex" December 20-23, 2016 Makhachkala, 2016, pp. 224-228.

2. Kayugina, S M. and D.I. Eremin. Spatial variability in the thickness of genetic horizons of gray forest soils of the Northern Trans-Urals. Bulletin of KrasSAU, 2020, no. 10 (163), pp. 3-12.

3. Kayugina, S.M. and D.I. Eremin. Spatial heterogeneity of gray forest soils of the Trans-Urals as an argument for the transition to precision fanning. In the collection: A new look at the development of agricultural science. Collection of materials of the Scientific-practical conference of graduate students and young scientists, 2021, pp. 24-29.

4. Shaporina, N.A. and E.A. Saib. Variability of agrophysical indicators of the complex of sloping soils of the Predsalairye. Soils and Environment, 2020, vol. 3, no. 2, pp.4. DOI: 10.31251/pos.v3i2.118.

5. Kayugina, S.M. and D.I. Eremin. Spatial heterogeneity of the distribution of physical clay and silt in the profile of gray forest soils of the Northern Trans-Urals. Agrophysics, 2021, no. 1, pp. 7-13.

6. Karetin, L.N. Soils of the Tyumen region. Novosibirsk: Science. Sib. department, 1990. 286 p.

7. Renev, E.P., D.I. Eremin and D.V. Eremina. Assessment of the main indicators of soil fertility most suitable for the expansion of arable land in the Tyumen region. Achievements of science and technology of the APK, 2017, vol. 31, no. 4, pp. 27-31.

8. Savich, V.I. Application of variational statistics in soil science, Moscow: TSEIA, 1972. 104 p.

9. Eremin, D.I. and N.A. Gruzdeva. Agrogenic changes in the density of gray forest soils in the Northern Trans-Urals. Siberian Bulletin of Agricultural Science, 2017, vol. 47, no. 5 (258), pp. 13-22. DOI: 10.26898/0370-8799-2017-5-2.

10. Perfiliev, N.V. and O.A. Vyushina. Influence of soil density with different systems of basic tillage on the yield of barley. Siberian Bulletin of Agricultural Science, 2016, no. 1 (248), pp. 5-12.

11. Perfilyev, N.V., O.A. Vyushina, A.A. Konishchev and I.I. Garifullin. Study of the relationship between the “optimal density” of the soil and the yield of grain crops. Agrophysics, 2017, no. 4, pp. 16-24.

Размещено на Allbest.ru