Современное состояние агроэкосистем Костанайской области и пути решения их трансформирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Ведение

1. Литературный обзор

1.1 Значение почвы в окружающей среде

1.2 Почвенный покров Костанайской области

1.3 Почвенные ресурсы Костанайской области

1.4 Влияние хозяйственной деятельности на состояние почвенного покрова Костанайской области

1.5 Проблема сохранения и повышения плодородия почв Костанайской области

1.6 Деградационные процессы почвы

2. Экспериментальная часть

2.1 Методика исследований

2.2 Природно-климатические условия

2.2.1 Рельеф

2.2.2 Почвообразующие породы

2.2.3 Климат

2.2.4 Растительность

2.2.5 Почвы

2.3 Агрохимическая характеристика исследуемых почв Костанайской области

2.4 Способы обработки почвы в современной системе земледелия с целью трансформирования низкопродуктивных сельскохозяйственных угодий Костанайской области

Выводы

Литература

Ведение

Изучение трансформации почв составляет важную задачу для охраны генофонда растений и животных, а также почвы это среда обитания специфических сообществ микроорганизмов. Данная работа имеет важное направление для разработки ландшафтно-адаптивных систем земледелия, и службы мониторинга почв.[1]

Разработка и освоение ресурсосберегающих экологически сбалансированных систем земледелия вызывает необходимость совершенствования технологий обработки почвы в части защиты ее от эрозии, оптимизации почвенных условий жизни растений и поддержания благоприятного для возделываемых культур фитосанитарного состояния.

В условиях дальнейшей интенсификации и экологизации земледелия первостепенное значение приобретает сокращение энергетических затрат на механическую обработку и сохранение потенциальной энергии почвы за счет снижения непродуктивных потерь.

Разнообразие ландшафтных условий, различные требования культур к свойствам почвы, характеристика пахотного слоя, проявление эрозионных процессов - все это обусловливает необходимость дифференциации систем ее обработки в севооборотах различной специализации. В связи с этим, в основу их проектирования должны быть положены научно обоснованные принципы.

Принцип почвозащитной направленности и экологической адаптивности приемов и технологий обработки почвы в различных севооборотах предполагает их выбор, обеспечивающий высокую противоэроэионную эффективность, особенно в эрозионных условиях.

Принцип адаптивности почвозащитных приемов обработки почвы реализуется в соответствии с видом сельскохозяйственных угодий (пашня, сенокосы, пастбища, многолетние насаждения), учетом водосборной площади и объема возможного стока воды.

Минимализация и ресурсосбережение применимы, в первую очередь, на окультуренных с высоким уровнем плодородия почвах и оптимальными агрофизическими свойствами (плотностью сложения 1,25 ... 1,30, содержанием водопрочной структуры более 35 %). К ним следует отнести хорошо окультуренные дерново-подзолистые, темно-серые лесные и черноземные почвы.

Пригодность разных типов почв для минимализации определяется совокупностью показателей плодородия: содержанием гумуса, водопрочной структурой, равновесной плотностью сложения, гранулометрическим составом и водопроницаемостью. Пригодными, например, считают дерново-подзолистые с содержанием гумуса более 2 %, водопрочных агрегатов размером 7 ... 0,25 мм более 30 % и коэффициентом пористости (отношение общей пористости к объему твердой фазы почвы в равновесном состоянии) более 0,9.[5]

Основные направления минимализации обработки почвы в черноземной зоне: совмещение нескольких операций и приемов (рыхление, выравнивание, уплотнение, внесение удобрений и посев) в одном рабочем процессе применением комбинированных агрегатов и модульно-блочных комплексов; уменьшение глубины и интенсивности обработок за счет замены вспашки более производительными мелкими и поверхностными с использованием широкозахватных дисковых, чизельных и роторных орудий.

Актуальность дипломной работы. Многократные обработки почвы при возделывании пропашных, помимо высоких затрат горючего, труда, вызывали активную минерализацию органического вещества, падение гумуса в почве, для восстановления которого требовалось внесение органических удобрений в повышенных нормах. Высокая продуктивность севооборотов с максимальным насыщением зерновыми культурами на продовольственные и фуражные цели и низкой долей многолетних трав также достигалось за счет высоких норм удобрений и средств химизации.

Цель исследования.

- изучить экологическое состояние почв на примере южных черноземов Костанайской области.

Задачи исследования:

- дать оценку эффективности возделывания сельскохозяйственных культур при разных системах обработки в зернотравяном и зернопашном севооборотах;

- установить очередность освоения земель;

- дать агроэкологическую классификацию пахотным земелям и их оценку по степени интенсивности использования, видам и технологиям возделывания сельскохозяйственных культур;

Полученные результаты позволят в конкретных условиях:

- определить на южных черноземах Костанайской области наиболее эффективные способы обработки почвы с целью трансформации и улучшения угодий.

1. Литературный обзор

1.1 Значение почвы в окружающей среде

Почва представляет собой природную систему, где под влиянием живых организмов и других факторов происходят образование и разрушение сложных органических соединений. Благодаря процессам малого круговорота веществ в почве постоянно поддерживается плодородие. Дождевые, паводковые и другие воды, фильтруясь через почву, растворяют и выносят из нее питательные вещества. Этот процесс способствует обеднению почвы и снижению ее плодородия. Поэтому для поддержания почвенного плодородия необходимо создавать такие условия, при которых вымыв и потеря почвой питательных веществ будут минимальными.

Почва - уникальная природная система. Главным свойством почвы является неразрывная связь входящих в нее живых и неживых (косных) компонентов. Их искусственное разделение делает невозможным существование почвы и полностью разрушает ее как систему. В.И.Вернадский удачно назвал почву «биокосным телом».

Состав почвы весьма сложен. В ней имеется не только твердая фаза, но также жидкая (почвенный раствор) и газовая (почвенный воздух). Твердая фаза представляет собой полидисперсную систему, в которой присутствуют относительно крупные обломки размером более 0,01 мм и высокодисперсные частицы размером менее 1 мкм. Компоненты разной крупности различаются механическими и физико-химическими свойствами. Минеральная часть очень разнородна и помимо обломков минералов исходных горных пород представлена также различными почвенно-гипергенными новообразованиями. Почва состоит не только из минеральных, но и из органических соединений. Главное своеобразие почвы в том, что среди ее разнородных компонентов есть живые организмы.[3]

Почва образуется и функционирует как система при сочетании взаимообусловленной жизнедеятельности разных групп организмов. Среди них организмы, осуществляющие фотосинтетическое продуцирование органического вещества (высшие растения); организмы, обеспечивающие деструкцию ежегодно отмирающих органов растений (почвенная мезофауна и животные); организмы, производящие глубокую трансформацию продуктов деструкции, вплоть до их полной минерализации с выделением СО₂ и образованием специфических органических соединений почвы (микроорганизмы).[11]

Обеспечение фотосинтезирующих организмов элементами почвенного питания связано с двумя важнейшими компонентами почвы. Первым из них является мертвое органическое вещество, из которого в результате жизнедеятельности мезофауны и микроорганизмов постепенно выделяются элементы, аккумулированные фотосинтетиками и необходимые для их воспроизводства. Благодаря взаимодействию фотосинтетиков и гетеротрофных организмов происходит циклическая миграция элементов в системе растительность - органическая часть почвы. Второй компонент почвы, являющийся источником доступных форм химических элементов Для высших растений, - дисперсные минеральные частицы, которые благодаря огромной поверхности в единице объема содержат значительное количество сорбированных химических элементов.

Эти элементы не могут вымываться фильтрующимися через почву атмосферными осадками, но легко поглощаются корнями растений. Высокодисперсное минеральное вещество играет ответственную роль в механизме биологического круговорота элементов.

Весьма важное значение имеет микроморфология почв. Агрегированность почвенных частиц способствует сохранению и регулированию поступления воды и элементов питания в высшие растения. Система межагрегатных пустот и пор способствует свободному газообмену между почвой и приземным слоем тропосферы, выделению газообразных продуктов почвообразования, в первую очередь СО₂.

Планетарное значение педосферы

Почва - такой же компонент природной среды Мировой суши, как горные породы, воды, растительность и др. Вместе с тем почва является результатом их взаимодействия. Изменение одного или нескольких из этих компонентов влечет за собой соответствующее изменение почвы. Поэтому каждому природному ландшафту соответствует определенная почва.

Основоположник генетического почвоведения выдающийся ученый и мыслитель В.В.Докучаев называл почву естественноисторическим телом, имея в виду, что природные условия (следовательно, и почвы) изменяются не только в пространстве, но и во времени. Эта идея подтверждается палеогеографическими и палеогеохимическими фактами.

С началом освоения живым веществом суши на ее поверхности стало формироваться особое биогеохимическое образование, отсутствующее в океане, - почва. Возникновение почвы как биокосного тела связано с определенным этапом развития живого вещества на Земле.

Одно из основных свойств живого вещества - стремление к прогрессирующему увеличению постоянно возобновляемой живой массы и к максимальному заполнению доступного пространства (закон Вернадского). Рост массы живого вещества в океане сильно затруднен: фотосинтезирующие организмы локализованы в поверхностном слое океана; увеличение их массы ограничено низкой концентрацией элементов питания в морской воде. Это ограничение компенсируется высокой скоростью жизненных циклов организмов, составляющих массу живого вещества океана. По этой причине большая часть массы химических элементов, необходимых для живого вещества, не выпускается из системы тесно связанных биологических круговоротов разных групп организмов. Через сравнительно небольшую массу фотосинтетиков на протяжении года многократно проходит одно и то же количество химических элементов.

Трофические условия на суше более благоприятны. Практически неограниченное количество большинства химических элементов в земной коре создает возможность для существенного увеличения массы живого вещества на суше по сравнению с океаном. Следовательно, распространение живого вещества на пространство Мировой суши было детерминировано. В то же время освоение суши живыми организмами встретило значительные затруднения.[8]

Рост живой массы на суше лимитируется, с одной стороны, гидротермическими условиями, в первую очередь атмосферным увлажнением, так как без воды жизнь невозможна, а с другой - наличием доступных форм химических элементов, необходимых для организмов, фотосинтезирующих первичное органическое вещество.

Затруднения в освоении суши были связаны, во-первых, с низкой концентрацией доступных форм химических элементов в некоторых горных породах. Во-вторых, длительные сезоны недостаточного увлажнения или полного отсутствия воды не только сами по себе отрицательно влияют на организмы, но также нарушают регулярное поступление элементов питания.

Почва возникла как природный механизм, нейтрализующий неблагоприятные условия окружающей среды и создающий возможность для развития фотосинтезирующих организмов. С течением геологического времени этот механизм совершенствовался и способствовал «расползанию» живого вещества по поверхности суши. Первоначально локализованная на отдельных участках вблизи берегов морей и внутренних водоемов почва постепенно покрыла всю сушу тонкой, почти непрерывной оболочкой, названной В.И.Вернадским (1936) педосферой. [21]

Образование педосферы и освоение Мировой суши живым веществом повлекло за собой изменение его количества и структуры, а также всей динамики глобальных биогеохимических процессов. Биокосная система почвы сложилась как оптимальный природный механизм обеспечения жизнедеятельности фотосинтезирующих растений, создающих основу функционирования биоценозов - первичное органическое вещество. В дальнейшем благодаря разнообразным взаимосвязанным биогеохимическим процессам в почве стало осуществляться взаимодействие всех факторов и компонентов, образующих конкретную биогеосистему (ландшафт). Это взаимодействие происходит путем непрерывной циклической миграции масс химических элементов. костанайский агроэкологический земледелие

Распространившись на всю поверхность Мировой суши, педосфера приобрела значение главного звена и регулятора глобальных циклических процессов массообмена химических элементов. Педосфера в равной мере связана массообменом элементов с земной корой, живым веществом и атмосферой. В педосфере происходит мобилизация химических элементов, вовлекаемых в водную миграцию и затем выносимых в океан. С поверхности педосферы захватываются мелкие почвенные частицы, формирующие континентальные аэрозоли, частично выносимые за пределы суши. В то же время на поверхность педосферы поступают атмосферные осадки, переносящие химические элементы, в том числе выделенные с поверхности океана. И главное - в педосфере начинается и заканчивается грандиозный кругооборот химических элементов: педосфера - растительность Мировой суши. Все перечисленные процессы являются в основе биогеохимическими. Современные данные позволяют рассматривать педосферу как планетарный механизм, который благодаря сложной системе взаимообусловленных процессов регулирует биосферные циклы массообмена химических элементов.

2. Органическое вещество педосферы

Органическое вещество является одним из наиболее важных компонентов педосферы. Огромная масса органического вещества преимущественно растительного происхождения ежегодно поступает в педосферу. В зависимости от биоклиматических условий в разных районах Мировой суши (за исключением территории, покрытой ледниками, и абсолютных пустынь) поступление мертвого органического вещества колеблется от 100 до 2500 т/км2 в год. Суммарная масса ежегодно отмирающего органического вещества (с учетом сокращения природной растительности человеком) близка к (125-130)109 т.

Разное количество поступающих растительных остатков, неодинаковая направленность и интенсивность микробиологической деятельности, разнообразные гидротермические условия способствуют образованию весьма сложного комплекса органических соединений гумуса почв. Состав почвенного гумуса динамичен: он непрерывно обновляется в результате разложения и синтеза его компонентов.

В органическом веществе почвы различают три главные группы. Первую группу составляют почти не разложившиеся или слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения. Они образуют лесные подстилки, степной войлок. Это так называемый грубый гумус. В нем под микроскопом хорошо видны все детали растительной ткани - конфигурация клеток, толщина их оболочек и др. Наименее стойкие ткани (камбий, флоэма, паренхима первичной коры) разрушены.[26]

Ко второй группе относятся остатки, образующие рыхлое черное вещество. Только под микроскопом видно, что это вещество состоит из измельченных и сильно измененных растительных остатков: мелких обрывков растительных тканей, лишь отчасти сохранивших реликты клеточного строения и обильно пропитанных новообразованными органическими соединениями. Такая форма почвенного органического вещества называется модер.

Третья группа состоит из специфических почвенных органических образований, не обнаруживающих следов строения растительных тканей и составляющих собственно гумус. Это аморфные скопления от хорошо прозрачных светло-желтых до плохо прозрачных темно-бурых. В одних почвах гумусовые вещества диффузно распределены в почвенном матриксе, в других - склеивают мелкие минеральные частицы, образуя гумус типа муллъ.

Перечисленные формы почвенного органического вещества образуются в условиях хорошей аэрации. При длительном водонасыщении почвы деятельность мезофауны и аэробных микроорганизмов подавляется и преобразование растительных остатков замедляется.

В таких условиях из осадков гидрофильных растений, главным образом мхов, образуется торф. Его характерные черты: слабая разложенность растительных осадков (менее 30%) и волокнистое строение благодаря преобладанию мхов среди растений-торфообразователей. Органическое вещество почвы, состоящее из торфяных компонентов, называется гумусом типа мор. Между рассмотренными формами почвенного органического вещества существуют постепенные переходы.

Таким образом, органическое вещество почвы состоит из слабоизмененных остатков растений, продуктов их измельчения и первоначального преобразования мезофауной и микроорганизмами, а также из специфических почвенных органических веществ. Две последние категории составляют собственно почвенный гумус.

Трансформация органического вещества в почве происходит под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов. Разные микроорганизмы и свойственные им ферменты взаимодействуют с определенными компонентами растительных остатков. Неспороносные бактерии используют наиболее доступные компоненты: простые углеводы, аминокислоты, простые белки. Целлюлозные миксобактерии перерабатывают устойчивые углеводы. Актиномицеты завершают процесс, разлагая наиболее устойчивые компоненты растительных остатков и гумусовые вещества.

Самое большое значение почвы в том, что люди получают из нее почти все необходимое для своей жизни.

Почва и ее плодородие - главное богатство, от которого зависит жизнь людей. Почва - место для поселения людей, предмет и средство их труда. Поэтому всегда необходимо заботиться о почве, чтобы выполнить свой долг сохранить и улучшить ее для последующих поколений.

Наиболее ценные в сельскохозяйственном отношении земли - пашни залежи и многолетние насаждения. Обрабатываемые земли - результат сложных естественных процессов и многовекового труда людей, поэтому качество почв во многом зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия.

Вместе с урожаем человек изымает из почвы значительное количество минеральных и органических веществ, тем самым обедняя ее. Применяя необходимые севообороты, тщательно обрабатывая и удобряя почву, человек повышает ее плодородие столь значительно, что большинство современных обрабатываемых почв следует считать искусственными, созданными при участии человека.

Таким образом, в одних случаях воздействие человека на почвы приводит к повышению их плодородия, в других - к ухудшению, деградации и гибели. К особо опасным последствиям этого воздействия следует отнести ускоренную эрозию, загрязнение чужеродными химическими веществами,засоление, заболачивание, занятие почв под различные сооружения (транспортные магистрали, водохранилища и др.).

Ущерб, наносимый почвам в результате нерационального использования земель, принял угрожающий характер. Уменьшение площадей почв происходит во много раз быстрее, чем их образование. Особенно опасна для плодородных почв ускоренная эрозия.

1.2 Почвенный покров Костанайской области

Помненный покров области подчинен широтной зональности, обусловленной постепенным изменением биоклиматических факторов с севера на юг. Многообразие факторов почвообразования вызвало сложный почвенный покров региона. Наблюдается усиление засоленности почв с севера на юг, а также от восточной и западной периферий к центру. Восточная часть области характеризуется распространением карбонатных почв, развивающихся в понижениях рельефа. В западной части почвы менее комплексные, нередко щебнистые и неполноразвитые, подстилаемые плотными породами. В пределах области выделяются:

I. Зона черноземов с двумя подзонами:

а) черноземов обыкновенных (2764,0 тыс. га),

б) черноземов южных (3103,0 тыс. га);

II. Зона каштановых почв с двумя подзонами:

а) темно-каштановых почв (3531,0 тыс. га)

б) каштановых почв (654,0 тыс. га).

Земельный фонд области составляет 11391 тыс. га. Под сельскохозяйственным производством находится 10556,9 тыс. га. В структуре земель сельскохозяйственные угодья занимают 10368,0 тыс. га или 91%, в том числе пашня-49,2%, сенокосы и пастбшца-41,8%.

Безусловно пригодные почвы занимают 4310,3 тыс. га, что составляет 41,6% от общей площади сельхозугодий. В эту группу отнесены почвы по своему качеству пригодные для земледелия без мелиорации, т. е. все автоморфные почвы различного механического состава всех почвенных подзон, кроме песчаных и полугидроморфных почв подзон южных черноземов и каштановой зоны.

Каменистые почвы занимают 204,6 тыс. га, или 2% от площади сельхозугодий. Слабокаменистые (9,8 тыс. га) находятся в комплексе с малоразвитыми (30%) или выходами коренных пород (10%). К среднекаменистым (96,1 тыс. га) отнесены все нормальные почвы с выходами коренных пород от 10 до 30%. К сильнокаменистым (98,7 тыс. га) отнесены малоразвитые и нормальные почвы с выходами коренных пород от 30 до 50%.

Смытые почвы занимают площадь 73,6 тыс. га или 0,7%. К слабосмытым (46,6 тыс. га) отнесены разделы слабосмытых почв, а также их сочетания со среднесмытыми до 30%. К среднесмытым (21,9 тыс.га) отнесены выделы среднесмытых почв, а также их сочетания с сильносмытыми до 30%. К сильносмытым (5,1 тыс. га) отнесены разделы сильно-смытых почв, а также овраги и балки.

Дефлированные почвы занимают 404,1 тыс. гя (3,9%). В эту группу отнесены почвы всех зон, имеющие легкий механический состав: от легкосуглинистых до рыхло-песчанных. Они разделены на три подгруппы: слабо-(289,7 тыс.га), средне-(85,3 тыс. га) и сильнодефлированные (29,1 тыс.га). Засоленные почвы занимают 321,6 тыс. га (3,1%). Они разделены на три подгруппы. К слабозасоленным почвам (64,4 тыс. га) отнесены солончаковатые и незаселенные почвы с солончаками до 10%. К среднезасоленным (43,4 тыс. га)-солончаковые почвы и солончаковатые с солончаками до 30%. К сильно-засоленным почвам (213,7 тыс. га) отнесены солончаки, солончаковатые почвы с солончаками от 30 до 50%.

Солонцеватые почвы занимают 4239,6 тыс. га или 40,9% от общей площади сельхозугодий и разделены на три подгруппы. К слабосолонцеватым (1720,3 тыс. га) отнесены средне-солонцеватые безкомплексные почвы и в комплексе с солонцами до 30%. К среднесолонцеватым (711,9 тыс. га) отнесены сильносолонцеватые почвы в комплексе с солонцами до 30%, среднесолонцеватые с солонцами от 30 до 50%, солонцы глубокие. К сильносолонцеватым (1807,4 тыс. га) отнесены солонцы средние, мелкие и корковые, сильносолонцеватые почвы в комплексе с солонцами от 30 до 50%.

Переувлажненные почвы занимают 169,9 тыс. га (1,6%). В группу отнесены лугово-черноземные почвы подзоны обыкновенных черноземов и луговые почвы незасоленные и солонцеватые всех почвенных подзон.

Заболоченные почвы занимают 192,2 тыс. га (1,9%). В эту группу объединены лугово-болотные и болотные почвы. Прочие почвы занимают 169,5 тыс. га (1,6%). В группу объединены зональные неэродированные песчаные почвы, пески, слитые почвы, солоди.[7]

Из них пахотных земель Костанайской области наибольшая площадь (71%) приходится на слабогумусированные почвы с содержанием гумуса менее 4%; 27% занимают малогумусные (4,1-6%) земли. Наиболее богатые органическим веществом среднегумусные (6%) почвы составляют всего 2% в земельном балансе области. Преобладающие площади слабогумусныx почв (90%) распространены Джетыгаринском, Денисовском, Наурзумском, Аулиекольском и Тарановском районах. Более богатые органическим веществом земли (от 5 до 6%) входят и Мендыгаринский, Узынкольский, Сарыкольский и Фёдоровский районы.

1.3 Почвенные ресурсы Костанайской области

Лучшими почвами области являются черноземы обыкновенные. Они отличаются высоким плодородием, благоприятными агрофизическими и химическими свойствами, содержат 4-5% гумуса, имеют рН 7,2-7,5 и емкость поглощения 30-40 мг-экв. на 100 г почвы. Средний балл 45-50. Наибольшими массивами встречаются легкосуглинистые и супесчаные разновидности. Средняя урожайность зерновых культур 12,5 ц/га. Среди черноземов южных значительные площади занимают солонцы и солонцеватые почвы. Содержание гумуса в них не превышает 3,5-4%, а в супесчаных 1,8-3%. Балл бонитета черноземов южных 38. Урожайность зерновых культур-10,5 ц/га. Гораздо лучшими параметрами характеризуются карбонатные южные черноземы. Они содержат до 3,5% гумуса, механический состав их тяжелосуглинистый. Балл бонитета 28-30. Урожайность зерновых культур до 8 ц/га. Среди темно-каштановых почв распространены карбонатные супесчаные разновидности. Они характеризуются низким содержанием гумуса-1,5-2%. Емкость поглощения колеблется от 10 до 20 мг-экв. на 100 г почвы. Балл бонитета 12-14, урожайность зерновых культур не превышает 4-5 ц/га. Каштановые карбонатные суглинистые почвы содержат гумуса не более 3%, имеют балл бонитета 25, урожайность зерновых культур 5-6 ц/га. [4]

В агрохимическом отношении пахотные земли области высоко- и среднеобеспеченны обменным калием (6,4 млн. га высоко-и 0,2 млн. га -средне), низко- и среднеобеспеченны подвижным фосфором (4 млн. га низко и 2,2 млн. га-средне). Очень большой вред почвам наносит эрозия. В области только на пашне имеется более 3 млн. га дефляционно-опасных почв. Кроме того, 140 тыс. га пашни подвержены дефляции, притом и средней и сильной степени более 5 тыс. га. На эродированных землях Аулиекольского района урожай зерновых в последних десяти лет не превышал 4 ц/ra, а на неэродированных получали по 9 ц/га. В настоящее время более 30% пойменных почв хозяйств пригородной зоны г.Костаная засолены в различной степени, из них примерно 15%-в средней и сильной. Большой урон сельскому хозяйству .наносит подтопление, заболачивание и засоление почв водами накопителей-испарителей. Выведено из сельскохозяйственного производства около 400 га земель, причем процесс ухудшения плодородных пахотных почв продолжается.

1.4 Влияние хозяйственной деятельности на состояние почвенного покрова Костанайской области

Исследования, проведенные на черноземных и каштановых почвах Костанайской области дающих наиболее высокие урожаи сельскохозяйственных культур в условиях региона, свидетельствуют об интенсивно протекающих процессах деградации этих почв. За последние 30-35 лет пахотные почвы области потеряли до 20-36% гумуса от его первоначального содержания.

Кроме того, отмечается ухудшение качественного состава органической составляющей почв, интенсивное распыление гумусового горизонта пахотных почв, что приводит к уменьшению его мощности, а выносимые и сносимые водами частицы, оседая в понижениях рельефа и в водоемах, являются мощным фактором эвтрофикации последних.[9]

Существенно уменьшилась пористость, а вслед за этим и водопроницаемость и влагоемкость пахотных почв. Таким образом, «мощный геохимический аккумулятор преобразования солнечной энергии», каковым является именно гумусовый горизонт, под воздействием распашки претерпевает наиболее существенные изменения.

Нерегламентированный выпас скота также оказывает на верхние, наиболее гумусоемкие слои почвы отрицательное воздействие. Под влиянием вытаптывания происходит не только выпадение разных видов растений, но и изменение свойств самой почвы. Наиболее значимым в этом случае является уплотнение почвы под давлением копыт животных. Плотность верхних слоев пахотных почв колеблется в пределах 1,03-1,09 г/см³. По мере увеличения степени вытоптанности она достигает 1,20-1,25 г/см³ и существенно меняет свою структуру. Это приводит к снижению газообменных процессов и впитывания влаги, увеличению поверхностного стока и эрозии, снижению запасов доступной для растений влаги. По мере увеличения механических нагрузок на почву уменьшается общее содержание в ней гумуса. По-видимому, это связано не только с уменьшением поступления в нее растительных остатков, но и потерей его частиц вследствие усиления процессов эрозии. По мере увеличения степени вытоптанности происходит и все возрастающее уменьшение мощности почвенного профиля. [13]

1.5 Проблема сохранения и повышения плодородия почв Костанайской области

Земледелие оказывает огромное влияние на свойства и режимы почвы, в том числе и на гумусное состояние. Часто наблюдаются факты, когда под влиянием производственном деятельности человека происходит ухудшение помненных условий жизни растений. В Костанайской области вопросы влияния распашки и последующего сельскохозяйственного использования почв на их свойства изучены крайне недостаточно. В этой связи в задачи исследований Наумова Н.С., входило:

определить направление изменения плодородия черноземных и каштановых ночи области под действием распашки и сельскохозяйственного использования их в зернопаровом севообороте;

выяснить изменения качественного состава гумуса при сельскохозяйственном использовании почв.

Объектами исследования служили обыкновенные и южные черноземы и каштановые почвы. Экспериментальная работа выполнялась маршрутно-полевым и лабораторно-аналитическим методами. Результаты исследований свидетельствуют, что распашка и сельскохозяйственное использование почв приводит к значительному изменению их агрофизических свойств. В почве пашни происходит увеличение содержания фракции менее 0,25 мм. Это отрицательно отражается на водопроницаемости, порозности и влагоемкости. В пахотных почвах наблюдается уменьшение содержания и запасов гумуса и общего азота по сравнению с целинными их аналогами. Это сопровождается изменением состава гумуса и азотного фона почв.

При распашке почв происходит ускоренная минерализация наиболее подвижных органических соединений. Об этом свидетельствуют данные по изучению азотного фона почв. В старопахотных почвах наблюдается значительно меньшее содержание как легкогидролизуемой отгоняемой фракции азота, так и щелочногидролизуемого азота, чем в почве пашни. Это приводит к ухудшению их азотного режима.

В этой связи в процессе сельскохозяйственного использования почв необходимо шире использовать факторы интенсификации сельскохозяйственного производства. Высокая культура земледелия на фоне широкого использования органических и минеральных удобрений будет способствовать повышению почвенного плодородия.[12]

В данной исследовании рассматривается почвенный покров и его ресурсы в Костанайской области. Дастся анализ почв, используемых в сельском хозяйстве. Из всех пахотных земель наибольшая площадь (71%) приходится на слабогумусированные почвы с содержанием гумуса менее 4%. Лучшими пахотными землями в регионе являются черноземы обыкновенные по бонитировочной оценке имеющие балл 45--50. Балл бонитета черноземов южных- 38. Среди темно-каштановых почв распространены карбонатные супесчаные разновидности с баллом бонитета 12-14. И агрономическом отношении пахотные земли высоко- и среднеобеспеченны обменным калием (6,4 млн. га высоко- и 0,1 млн. га -средне), низко- и среднеобеспеченны подвижным фосфором (4 млн. га низко- и 2,2 млн. га- средне). Очень большой вред почвам наносит эрозия. Площадь дефляционно опасных земель превышает 3 млн. га. Ветровой эрозии подвержено свыше 140 тыс. га.

Исследования показывают, что плотность верхних слоев пахотных почв колеблется в пределах 1,03 -- 1,09 г/куб, см, а вытоптанных домашними животными 1,20--1,25 г/куб, см, существенно меняя их структуру и ухудшая физико-химические свойства. Несоблюдение технологий обработки почв приводит к изменению агрофизических свойств старопахотных земель, и особенно ухудшению азотного режима. [19]

1.6 Деградационные процессы почвы

В связи с технологической направленностью классификации деградированных почв нарушенные земли выделены в отдельную группу. Нарушение земель происходит при добыче полезных ископаемых, выполнении геологоразведочных, изыскательских, строительных и других работ; при развитии овражной эрозии, возникновении селей, оползней, лавин, а также вызывается землетрясениями, вулканической деятельностью и другими природными явлениями, приводящими к порче и/или уничтожению почвенного и растительного покровов и другим качественным изменениям состояния земель. К нарушенным относятся земли, характеризующиеся отсутствием почвенного покрова, образованием нанорельефа, требующего проведения планировок, изменением характера сложения и состава почвообразующих пород, а именно: оползневые склоны (откосы), промоины, ложбины, овраги, котловины выдувания, просадочные (карстовые) воронки и ванны, оползневые массивы, намытые и эоловые отложения (делювиальный шлейф, конусы выноса, запруды, завалы, барханы, дюны и бугристые пески).

Физическая деградация почв характеризуется нарушением (деформацией) сложения почв, ухудшением комплекса их физических свойств. Физическая деградация почвы - наиболее распространенный вид деградации, обусловленный нарушением строения профиля и (или) структуры почвы, которые определяют ее свойства и функции. Как правило, все эти изменения сопровождаются изменениями ряда других свойств почвы, поэтому трудно провести четкую грань между физической деградацией почвы и другими видами деградации.[14]

Истощение почв представляет собой снижение или потерю почвенного плодородия и в результате сельскохозяйственной деятельности. Истощение почв, как правило, сопровождается физической деградацией почв.

Эрозия представляет собой разрушение почвенного покрова под действием поверхностного стока и ветра с последующим несмещенном и частичным переотложением почвенного материала. Водная эрозия представляет собой разрушение почвенного покрова под действием поверхностного стока.

Выделяется плоскостная и линейная эрозии. Плоскостная эрозия проявляется в виде смытости поверхностных горизонтов (слоев) почв. Линейная (овражная) эрозия представляет собой размыв почв и подстилающих пород, проявляющихся и виде формирования различного рода промоин и оврагов. Под ветровой эрозией понимается захват и перенос частиц поверхностных слоев почвы ветровыми потоками, приводящим к нарушению почвенного покрова. [22]

Засоление почвы и земель представляет собой процесс накопления водорастворимых солей, включая и накопление и почвенном поглощающем комплексе ионов натрии и магния. Вторичное засоление это избыточное накопление токсичных водорастворимых солей и возможное изменение реакции среды вследствие изменения их катионно-анионного состава. Вторичное осолонцевание представляет собой негативное изменение физико-химических свойств и приобретение почвой специфических свойств, обусловленное вхождением ионов натрия и магния в почвенный поглощающий комплекс. Под заболачиванием понимается изменение водного режима, выражающееся в длительном переувлажнении почв, подтоплении и затоплении земель.

Совокупность свойств и режимов почв определяет их природно-хозяйственную значимость, т.е. характер и эффективность их хозяйственного использования, уровень участии почвенного покрова в обеспечении функционирования экосистем (в том числе и агроэкосистем) и существования природных ландшафтов.

Принципом установления оценочных показателей для деградированных почв является количественное сравнение природно -хозяйственной значимости деградированных почв и их недеградированных аналогов. [25]

Критерием установления оценочных показателей для деградированных почв является определение и выражение в количественных величинах значимости отклонений в свойствах деградированных почв, определяющих их природно- хозяйственную значимость, от свойств аналогичных недеградированных почв. Оценка природно-хозяйственной значимости земель проводится по уровню участия почвенного покрова в обеспечении существования и функционирования экосистем в данном ландшафте (экологический критерий) и по возможности эффективного использования земель в системе землепользования (хозяйственный критерий). Она представлена в таблице 1.

Таблица 1 Состояние почвенного покрова в экосистемах и возможности хозяйственного использования земель в соответствии с их природно-хозяйственной значимостью

Уровень потери природно-хозяйственной значимости земель	Состояние почвенного покрова и возможности хозяйственного использования земель
Нулевой	Отсутсвие признаков неблагоприятных экологических последствий и ограничений эффективного хозяйственного использования
Слабый	Первичные признаки угнетения отдельных звеньев биоценозов, снижение продуктивности агроценозов. Использование земель для целей продовольственного производства без ограничений
Средний	Природные биоценозы сильно угнетены или отсутствуют. Использование земель для производства продовольственной продукции малоэффективно из-за пониженного плодородия почв и часто неполноценного качества продукции
Высокий	Ограниченность существования искусственных насаждений. Нецелесообразность использования земель для производства продовольственной продукции из-за низкого плодородия почв и неудовлетворенного качества продукции
Катастрофический	Биопродуктивность земель крайне низкая. Ограниченность использования территории для существования человека и размещения производств жизнеобеспечения

Для оценки степени деградации почв и земель предлагается использовать градации показателей состояния почв, характерные для отдельных типов деградации и унифицированные по уровням потери природно-хозяйственной значимости земель, приведенным в таблице 1. В случае, если разные типы деградации имеют аналогичные показатели, определения их значений производятся для диагностики каждого типа деградации с учетом специфики конкретного процесса в соответствии с перечнем возможных типов деградации.

Деградация почв и земель по каждому показателю характеризуется пятью степенями:

- недеградированные (ненарушенные);

- слабодеградированные;

- среднедеградированные;

- сильнодеградированные,

- очень сильнодеградированные (разрушенные). Установление степени деградации почв и земель возможно по любому из предложенных показателей. При наличии двух и более существенных изменений показателей оценка степени деградации почв и земель проводится по показателю, устанавливающему максимальную степень. При выделении высокого и катастрофического уровней потери природно-хозяйственной значимости земель дополнительно оценивается весь комплекс условий природной среды в целом.

В зависимости от степени деградации почв и земель вводится специальный режим их использования, производится изменение целевого назначения или проводится их консервация. Рекомендации по восстановлению и использованию деградированных почв и земель (или их консервации) должны иметь аргументированное обоснование. При этом могут рассматриваться несколько альтернативных вариантов. [28]

Консервации подлежат земли третьей и четвертой степеней деградации с сильноэродированными, сильнозасоленными, сильнозаболоченными (в результате подтопления или нарушения экологических требований) почвами, подверженные в большой степени опустыниванию, имеющие просадки поверхности вследствие добычи полезных ископаемых, оленьи пастбища с сильно нарушенным почвенно-растительным покровом, когда использование по целевому назначению земель с указанными признаками деградации приводит к дальнейшему развитию негативных процессов, ухудшению состояния почв и экологической обстановки.

Результаты почвенных обследований и специальных работ по выявлению деградированных почв и земель должны содержать необходимые сведения для обоснованного выделения степеней деградации и установления режима их хозяйственного использования.

Теоретические и практические исследования авторов, анализ и обобщение многочисленных литературных источников по вопросу оценки процессов деградации почв и земель позволили разработать и уточнить отдельные показатели степени деградации почв, предусмотренные данной методикой определения размеров ущерба от деградации почв и земель.[29]

2. Экспериментальная часть

2.1 Методика исследований

Стационарный участок расположен на территории Костанайской областной опытной сельскохозяйственной станции, в 22 км южнее г. Костаная, в пределах Западно-Сибирской низменности, на южных черноземах. Общая площадь участка равна 1,5 га, из них 50% занято под пшеницей.

По характеру рельефа участок представляет собой выровненную, почти плоскую часть волнистой озерно-аллювиальной Притобольской равнины, сложенную четвертичными слабо или средне засоленными глинами. Климат территории континентальный, с резкими перепадами температур зимнего и летнего периодов. Зима холодная, с сильными ветрами и метелями. Лето довольно короткое, умеренно жаркое. Абсолютный максимум температуры воздуха равняется 42, минимум - 48°, среднегодовая температура составляет+1,7°, количество осадков за год 280 мм. Безморозный период продолжается 115-120 дней.[15]

В настоящее время растительный покров сильно выбит скотом. Почвенный покров однороден, преобладают черноземы южные нормальные. В южную и восточную части вклиниваются участки черноземов южных солонцеватых однородных, а за их пределами распространен комплекс с солонцами. По понижениям на этой территории встречаются солоди и луговые почвы.

Динамика почвенных процессов изучалась на преобладающих почвах участка - черноземах южных нормальных (обычных). Мощность гумусового горизонта в среднем равна 55 см, глубина вскипания составляет 35 см по заклинкам материнской породы и 43 - по гумусовым затекам. Заметные выделения карбонатов отмечаются в нижней части гумусового горизонта. В слое 0-5 см, где сосредоточена основная масса корней, содержание гумуса довольно высокое.

На глубине 5-10 см количество органического вещества резко уменьшается с 7,4 до 4,3% н затем (до глубины 100 см) идет постепенное его убывание. Аналогичная картина наблюдается и по азоту, максимальное количество которого содержится в верхней части профиля (до 0,31%). Отношение углерода к азоту изменяется с 13,8 в верхней части профиля до 11,3 на глубине 100 см. Заметное содержание углекислоты карбонатов появляется ниже 30-40 см и достигает максимума на глубине 60-90 см (от 5,2 до 6,7%). В подстилающей породе количество ее не превышает 2,0 % Резкое увеличение содержания карбонатов на глубине 560- 570 и 680- 690 см связано, видимо, с наличием мелких ракушек. Черноземы южные нормальные средне обеспечены подвижными соединениями азота, слабо - фосфором и сильно - калием.

Сумма поглощенных оснований в гумусовом горизонте рассматриваемых почв составляет 30-36 мг/экв на 100 г почвы. С глубиной эта величина постепенно уменьшается. Из поглощенных оснований преобладает обменный кальций (до 90% от суммы), магния меньше (5-30% от суммы). Количество обменных натрия и калия до глубины 70-80 см не превышает 3,5%, ниже по профилю почвы значительно увеличивается содержание обменных магния (до 60%) и натрия с калием (до 15-20% от суммы).

Черноземы южные нормальные не засолены. Содержание солей до 100 см не превышает 0,20%. И только в почвообразующей породе наблюдается до 0,5% легкорастворимых со- 1,1%, преобладают сернокислые соли. Общая щелочность невысокая и в гумусовом горизонте составляет 0,04-0,05%. Заметное повышение ее отмечается в нижней части этого слоя (до 0, 09%), что связано с наличием обменного натрия. [17]

По механическому составу описываемые почвы преимущественно глинистые, пылевато-иловатые. Распределение фракций по профилю довольно однородное. Валовой химический состав изменяется мало.

Групповой состав гумуса характеризуется преобладанием гуминовых кислот над фульвокислотами и высоким содержанием негидролизуемого остатка. На этих почвах наблюдения велись на залеже и старопахотном участке, на котором в 2007 г. был пар, а в 2008-2009 гг. пшеница.

Рассмотренные роды южных черноземов (нормальные, глубоковскипающие и карбонатные) составляют основной фонд пахотнопригодных почв. Они используются под посевы зерновых культур в течение 20-25 лет; глубоковскипающие (легкосуглинистые) периодически оставляются под залежь.

Методика исследований

Все полевые наблюдения были приурочены к фазам развития пшеницы (всходы, кущение, цветение, восковая спелость, после уборки).

Пшеница Саратовская 29 высевалась на черноземах южном нормальном тяжелосуглинистом и малогумусном легкосуглинистом, Безенчукская 98-на карбонатном легкоглинистом. Урожай учитывался на метровых площадях, а также бункерным весом, последний, как правило, был ниже биологического урожая на 1-1,5 ц/га. Обработка данных проведена методом вариационной статистики, где определялось среднее арифметическое (М), среднее квадратическое отклонение (о), средняя ошибка среднего арифметического (т), коэффициент вариации (V, %), точность определения (Р, %)*[18 ]

Исследования выполнены следующими методами: гумус - по Тюрину, общий азот - по Къельдалю, нитратный азот в водной вытяжке - колориметрическим стандартным дисульфофеноловым методом (образцы почв отбирались послойно каждые 10 см на глубину одного метра), углекислота-газоволюмометрически, водная вытяжка-по Гедройцу, поглощенные кальций и магний - по Шмуку, поглощенный натрий и калий - по Пури-Грабарову, гипс - по Гедройцу, рН - потенциометрически в водной суспензии, механический состав - методом пипетки с обработкой пирофосфорнокислым натрием, микроагрегатный анализ - по Качинскому, удельный вес твердой фазы почвы-пикнометрически, структурный состав - по Саввинову, водопроницаемость - прибором ПВН (Нестерова), влажность почвы - методом термической сушки до глубины двух метров, в пятикратной повторности до 1,5 м, с 1,5 до 2,0 м - двукратной, полная -влагоемкость (ПВ) - расчетным путем, наименьшая влагоемкость (НВ), влажность разрыва капилляров (ВРК) - по А. А. Роде, в монолите, размером 2*2*2 м, влажность завядания (ВЗ) - путем пересчета максимальной гигроскопичности (МГ) на коэффициент 1,34 (МГХ1.34), максимальная гигроскопичность - по Николаеву.

Наблюдения за температурным режимом проводились на поверхности почвы и на глубинах 5, 10, 15, 20, 40, 80, 160 и 320 см. Температура пахотного слоя почвы замерялась коленчатым термометром Савинова.

Микроморфология изучалась на образцах почв с ненарушенной структурой, шлифы готовили по методике Э. Ф. Мочаловой. Образцы, размером 2,5*2*2 см, провариваются в растворе канифоли с ксилолом в сушильном шкафу при t+120° в течение 20-28 часов; затем шлифуются на станке с грубым порошком КЗ 8-10. [21 ]

Эта операция, как и последующие, осуществляется на глицерине. Отшлифованные образцы промываются зубной щеткой в глицерине и снова ставятся на проваривание. Следующие - вторая и третья шлифовки - проводятся на ровном гладком диске с порошками М-28 или М-20, после чего их снова проваривают ; последние две-три шлифовки - на матированном стекле порошками М-14 или М-10. После каждой шлифовки образцы подвергаются проварке. Повторная проварка и под-шлифовка ведется до тех пор, пока они не приобретут хорошо сцементированную поверхность. Готовую поверхность тщательно промывают глицерином и наклеивают канадским бальзамом на предметное стекло, которое предварительно протирают спиртом. После приклеивания образцы шлифуются на диске грубым порошком КЗ 8-10, затем порошком М-28 и, наконец, на стекле доводятся (порошком М-10 или М-17) до толщины 0,03 мм. Готовую поверхность шлифов промывают глицерином и наклеивают покровное стекло канадским бальзамом, растворенным в ксилоле, при этом стекло протирается спиртом. Когда бальзам затвердеет, его излишек снимают нагретой бритвой и шлифы промывают спиртом. Шлифы следует хранить в специальных коробках. [18]

Для изучения минералогического состава почв были выделены илистые фракции <0,001 и >0,001 мм по методу Н. И. Горбунова. Минералы илистой фракции были изучены при помощи рентген-дифрактометрического, термографического, электронно-микроскопического и химического методов.

Методика рентген-дифрактометрического, термографического и электронно-микроскопического анализов изложена в работах И. Д. Седлецкого, А. И. Китайгородского, М. Ф. Викуловой, Б. Б. Звягина и др.

Рентгеносъемка велась на воздушно-сухих ориентированных образцах, полученных путем осаждения илистых частиц из водной суспензии на предметное стекло. После чего исследования проводились на образцах, насыщенных этиленгликолем и прокаленных при температуре 550° в течение двух часов. Часть из них нагревалась до 200-380 и 600° и после каждого нагревания проводилась рентгеносъемка. Полученные рентгендифрактограммы были изучены с использованием литературных данных.

Термографический анализ проведен нами на аппарате НТР-62. Предварительно образцы были освобождены от органических веществ после чего выдержаны над раствором азотнокислого кальция в эксикаторе в течение трех дней.

Электронно-микроскопические исследования осуществлялись на электронном микроскопе ЭМ-7. Препараты готовились путем осаждения частиц разбавленной суспензии на пленку-подложку, приготовленную из амилацетата. Препараты перед просмотром в электронном микроскопе оттенялись хромом. Угол оттенения 20--30°.

Учет фитомассы выполнен общепринятой методикой Н. А. Качинского, описанной в монографиях М. М. Кононовой. Надземная масса и корни определялись в четырехкратной повторности три раза за вегетационный период растений. Отмывка производилась на ситах с ячейками 0,5 мм. Корни на живые и мертвые не разделяли. Надземная масса учитывалась метровками.

Для наблюдения за интенсивностью разложения корней растений на черноземах южных нормальных тяжелосуглинистых было поставлено 2 опыта. В почву помещались корни естественной растительности, пшеницы и кукурузы. В одном опыте корни закладывались на тех вариантах, где они были взяты (трехгодичный опыт); в другом все три вида корней - на поле с бессменным паром (одногодичный опыт). Отмытые корни растений высушивались до постоянного веса при температуре 60°, разрезались на кусочки 2-4 см, развешивались по 10 г, тонким слоем раскладывались в крупноячеистые капроновые мешочки и помещались в почву на глубину 10 и 50 см. Корни вынимали весной и осенью в двухкратной повторности. Мешочки с корнями тщательно очищались от почвы. Корни высушивались при температуре 60° и взвешивались.

Концентрация углекислоты в почвенном воздухе определялась методом, описанным в работах В. Б. Мацкевич и Б. Н. Макарова. Пробы воздуха брались высасыванием из постоянно установленных на определенную глубину латунных трубок, диаметром 2--5 мм. Дно скважины дренировалось мелкой галькой (во избежание засорения конца трубки почвой); пространство между трубкой и почвой утрамбовывалось (железным штырем) почвой соответствующего горизонта. Пробы воздуха брались в делительные воронки емкостью 150-200 мл. Титрование выполнялось в этих же воронках. Повторность двухкратная. [23]

...