Влияние агролесомелиоративного комплекса Каменной Степи на морфометрические показатели черноземов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние агролесомелиоративного комплекса Каменной Степи на морфометрические показатели черноземов

Чевердин Ю.И.

Беспалов В.А.

Титова Т.В.

Уникальным научным объектом, где давно ведутся разнообразные исследования, является Каменная Степь. Давайте вспомним интереснейшие слова наших классиков почвоведения, их труды - кладезь мудрости, бесценный дар для последующих поколений ученых. В.В. Докучаев, Н.М. Сибирцев в «Трудах Экспедиции В.В. Докучаева» [3, С. 25] о задачах этой интереснейшей экспедиции писали следующее: «…если желают поставить русское сельское хозяйство на твердые ноги …, необходимо, чтобы …все естественноисторические факторы (почва, климат с водой и организмы) - были бы исследованы и испытаны …всесторонне и непременно во взаимной их связи». В.И. Турусов, Ю.И. Чевердин в статье «Каменная Степь: краткие итоги и направления почвенных исследований» [10, С. 6-7] подчеркивают: «Сеть гидротехнических сооружений и система лесополос, которая создавалась по плану В.В. Докучаева, а также, коренным образом, преобразованный степной ландшафт, служат основой наблюдений за трансформацией почвенного покрова для многих поколений ученых. Очень ценные научные данные являются тем фундаментом, на основе которого возможна разработка долгосрочных прогнозов эволюционного развития и трансформации почв Центрального Черноземья». П.Н. Балабко и др., в статье «Получение информации о пространственном варьировании факторов почвенного плодородия в пределах поля с использованием наземных и дистанционных методов исследования» [4, С. 30-38] констатируют, что «в последнее время отмечается значительное сокращение количества мониторинговых исследований, снижение их качества и, за счет этого, уменьшение количества получаемой информации». В связи с этим, возросла актуальность детальных наблюдений за изменением свойств черноземных почв, необходимость проведения картографирования почвенного покрова на основе закладки отдельных ключевых участков. Полученные детальные данные будут являться основой для составления электронных карт с использованием морфометрических характеристик почвенного профиля, являясь теоретической основой для разработок систем точного земледелия [4, С. 89-92], [5, С. 15-27].

Целью наших исследований являлась оценка изменения морфометрических показателей черноземов Каменной Степи под влиянием агролесомелиоративного комплекса.

Объекты и методы исследований. В 2016-2017 гг. в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева нами был заложен опытный участок площадью 2 га, на территории которого проводилось бурение скважин, чтобы оценить длительное влияние агролесомелиоративного комплекса на почвенный профиль черноземных почв, находящихся в Каменной Степи. Для отбора почвенных образцов использовали сетку вышеприведенных скважин с квадратной ячейкой 25Ч25 м. Таким образом, было исследовано 88 точек опробования (скважин). Для удобства работы была создана база данных, включающая номер точки, ее координаты, определенные с помощью GPS, название почвы, количественные значения морфометрических показателей.

Запланированные исследования были рассчитаны нами на длительный период, но отборы решено было проводить через 5; 10; 15; 25; 50 лет. С помощью бурения устанавливали мощность генетических горизонтов, которые различались окраской и формой выделения CaCO₃(определение вскипания проводили с помощью 10 %-ной HCl), чтобы диагностировать подтипы черноземов. Почвенные пробы отбирали сплошной колонкой. Глубина отбора примерно равнялась глубине залегания генетических горизонтов, а именно, 0-20, 20-30, 30-50, 50-70, 70-100, 100-120, 120-150, 150-170 и 170-200 см. В качестве объектов исследования были выбраны участки водораздела, включающие 135-летнюю косимую залежь заповедника № 1; 65-летнюю пашню; 25-летнюю пашню; лесополосу № 40.

Заповедник № 1 расположен между лесной полосой № 40 (с запада) и южным селекционным севооборотом (с востока). Залежь косимая 135-летняя представлена разнотравьем, которое ежегодно скашивается.

Для проведения длительных, детальных исследований был специально создан уникальный участок молодой пашни, который начали эксплуатировать 25 лет назад, находящийся на краю косимой залежи (юг заповедника № 1). Участок пашни 65-летнего возраста является смежным с косимой залежью и пашней 25-летнего возраста.

Лесная полоса № 40 полезащитного назначения посажена Н.Я. Михайловым в 1903 г., ее возраст в начале исследований составлял 113 лет. Она расположена на плакорном водораздельном участке с севера на юг поперек господствующим юго-восточным ветрам. По данным В.С. Вавина и др., приведенных в книге «Создание долговечных защитных насаждений в условиях юго-востока ЦЧЗ» [6, С. 124-138], «общая площадь древостоя лесополосы № 40 составляет 8,80 га, протяженность лесной полосы - 746 м, ширина - 118 м. В настоящее время схема древостоя включает, в основном, дуб (Д), ясень остролистный (Яо), в подлеске единично встречается клен остролистный (Ко) - 4Д 4Яо 2Кяс, ед. Ко. Полнота древостоя составляет 0,9, высота - 17,2-27,3 м».

Почвенный покров заложенных для длительного изучения участков состоит из 4-х компонентной пятнистости черноземов обыкновенных (Чо) (агрочерноземов сегрегационных), черноземов типичных (Чт) (агрочерноземов миграционно-мицелярных), черноземов зоотурбированных (перерытых) (Чзтр) (агрочерноземов зоотурбированных) и черноземов выщелоченных (Чв) (агрочерноземов глинисто-иллювиальных). В скобках указана почвенная классификация 2004 г.

Результаты и обсуждение. Учитывая особенности структуры почвенного покрова, нами были получены статистические характеристики изменения морфометрических показателей черноземов Каменной Степи, отражающие мощность и глубину залегания границ почвенных горизонтов в зависимости от того, как использовались угодья (табл. 1). Данные об изменчивости свойств почв в пространстве необходимы для решения многих задач, связанных с изучением изменения свойств почв во времени. Ю.И. Чевердин в монографии «Изменения свойств почв юго-востока Центрального Черноземья под влиянием антропогенного воздействия» [7, С. 127-142] подчеркивает: «Главными причинами, вызывающими изменение мощности гумусового горизонта почвы, являются следующие: усиленная минерализация ее органических компонентов вследствие интенсивной обработки и применения минеральных удобрений; недостаточное поступление корневых и пожнивных остатков, а также, органических удобрений. В пахотных чернозёмах в современных условиях невозможно восстановить мощность гумусового горизонта до целинного уровня».

Следующие морфометрические показатели подвергались нами статистической обработке: мощность темно-гумусового горизонта А (для пашни - Апах+А; для залежи - Адер+А; для лесной полосы - Ао+А); глубина нижней границы переходного горизонта АВ (численно этот показатель совпадает с общей мощностью гумусового слоя Апах (Адер, Ао)+А+АВ, см); глубина верхней границы сплошного вскипания почвы от 10%-ной HCl, см, характеризующая появление заметного количества карбонатов кальция в профиле почвы.

В таблице 1 представлены статистические данные распределения мощности горизонта Апах (Адер, Ао)+А черноземов исследуемых объектов Каменной Степи.

Таблица 1. Статистика распределения показателя мощности темно-гумусового горизонта А

В результате ежегодной обработки происходит равномерное перемешивание гумусового слоя. Это, существенным образом, отражалось на значении мощности темно-гумусового горизонта А. В почве пашни средние значения величины Апах+А были существенно ниже, чем на залежи. Пахотный участок 25-летнего возраста имел среднее значение мощности, равное 30,0±1,6 см, что ниже показателей залежи на 11 см. Интервал между максимальным и минимальным значениями составлял 16 см. На пахотном участке с наиболее длительным сроком использования (65-летняя пашня) средняя мощность темно-гумусового горизонта А составила всего 27,0±1,2 см. Минимальными значениями отмечены также максимум и минимум - 37 и 20 см соответственно. Максимальным значением мощности горизонта Ао+А отмечена старовозрастная лесополоса. Среднее значение здесь оказалось даже выше, чем на залежи и составило 44,0±1,1 см. Максимум в лесной полосе тоже оказался самым высоким - 53 см. Данная мощность накапливалась, по нашему мнению, за счет ежегодного листового опада.

Статистика обработанных данных указывает на то, что значения коэффициента вариации мощности темно-гумусового горизонта А среди объектов исследования не превышают 18 %, что позволяет судить о равномерном распределении этого показателя по поверхности.

В таблице 2 представлены данные статистически распределения мощности горизонта Апах (Адер, Ао)+А в различных подтипах черноземов Каменной Степи. Большинство почв Каменной Степи имеют сходный диапазон изменения и средние значения мощности суммы пахотного и гумусового горизонтов (Апах+А). Минимальные значения этого показателя варьируют от 20 до 28 см для разных групп почв; медиана - от 30 до 45 см; среднее арифметическое - от 33 до 43 см; максимальные значения - от 48 до 53 см. Наиболее низкие значения медианы и среднего арифметического мощности (Апах+А) характерны для зоотурбированных черноземов и агрочерноземов.

Таблица 2. Статистика распределения показателя мощности темно-гумусового горизонта А в различных подтипах черноземов

В агрочерноземах, обычно, наблюдается только пахотный горизонт Апах, глубже которого залегает сильно перерытый животными горизонт АВса. В большинстве случаев, пахотный горизонт содержит карбонаты кальция, которые равномерно распределены по всей его толще. По мнению Н.Б.Хитрова и др., в статье «Варьирование морфометрических характеристик почв Каменной Степи» [8, С. 72-91] «это свидетельствует о примеси материала расположенных ниже карбонатных горизонтов с последующей его гомогенизацией с материалом гумусового горизонта сначала роющими животными, а в дальнейшем - в результате ежегодной вспашки».

Для обыкновенных, типичных и выщелоченных черноземов, расположенных на водоразделе, средние арифметические темно-гумусового горизонта А для данных подтипов черноземов равны, соответственно,43,0±1,9, 42,0±2,0 и 40,0±1,8 см. Это обусловлено равномерным перемешиванием гумусового слоя в результате ежегодного механического перемешивания верхнего обрабатываемого горизонта почвы.

Детальными исследованиями почвенного покрова Каменной Степи была отмечена сходность диапазона изменения и средних мощностей гумусового горизонта. Преобладающими являются среднемощные виды (до 80 см), что отмечено многими исследователями, работавшими в Каменной Степи [9, С. 18-20], [1, С. 54-62].

Черноземы Каменной Степи наиболее контрастно отличаются по глубине верхней границы появления CaCO₃ (линии вскипания, определенной с помощью 10 %-ной HCl) (табл. 3). Из изучаемых объектов Чзтр характеризовались наименьшей глубиной вскипания, что, по-видимому, связано с механическим переносом и перемешиванием материала аккумулятивно-карбонатного горизонта вверх и гумусового слоя вниз в результате интенсивной деятельности животных (слепышей, сурков, сусликов), которые перекапывают почву.

Таблица 3. Статистические показатели распределения глубины вскипания у различных подтипов черноземов

В результате этого, глубина вскипания изменяется от 1 до 60 см, причем, медиальные значения располагаются на глубине 38 см.

Черноземы обыкновенные и типичные характеризовались проявлением карбонатов на глубине от 55 до 80 см, а средние значения для них совпадали и составляли 68,0±1,6 см.

В черноземах выщелоченных была выявлена наибольшая глубина вскипания, в среднем, с глубины 81,0±1,8 см. Непосредственно под гумусовым слоем (Апах+А+АВ) образовался выщелоченный от карбонатов горизонт. Его мощность равнялась разнице глубины вскипания и глубины нижней границе горизонта АВ и варьировала в Чв объектов исследования в диапазоне от 1 до 25 см. Наблюдаемые диапазоны изменения мощности выщелоченного от карбонатов горизонта отлично согласуются с условиями дополнительного поступления стока с поверхности и предполагаемого промывания почвенного профиля. Обработка почвы с оборотом пласта, существенным образом, уменьшила глубину вскипания. Это связано, скорее всего, с изменением водного режима агрочерноземов.

В численных выражениях глубина вскипания изменялась от 1 до 95 см. Варьирование этого показателя обусловлено, по нашему мнению, различной формой рельефа, деятельностью животных, перекапывающих почву, процессами, вызванными эрозией, а также изменением уровня грунтовых вод по сезонам года.

Основные морфометрические показатели почвенного плодородия черноземов Каменной Степи, такие как мощность темно-гумусового горизонта А или Апах+А, мощность гумусового слоя в целом (Апах+А+АВ), глубина вскипания, характеризуются значительным варьированием в пространстве.

Зоотурбированные черноземы характеризовались более низкими значениями медианы и среднего арифметического мощности (Апах+А). Обыкновенные, типичные и выщелоченные черноземы, расположенные на водоразделе, имели максимально приближенные значения медиан и средних величин (Апах+А). При сравнении средних величин нижней границы горизонта АВ (по t-критерию Стъюдента), получены достоверные отличия этого показателя на пашне (t_расч. =2,83>t_таб. =2,04) и ЛП-40 (t_расч. =5,53>t_таб. =2,04), по сравнению с залежью, находящейся в режиме косимой степи.

Наиболее заметно черноземы различаются по глубине появления сплошной пропитки карбонатами кальция (глубина вскипания изменяется от 1 до 95 см). Максимальные значения глубины вскипания отмечались в почвах залежи и под лесополосой. Варьирование глубины вскипания обусловлено различной формой рельефа, деятельностью животных, перекапывающих почву, процессами, вызванными эрозией, а также изменением уровня грунтовых вод по сезонам года.

Рассматривая отдельные подтипы черноземов, можно определенно констатировать, что наименьшую глубину вскипания имеют Чзтр, в связи с механическим переносом и перемешиванием материала аккумулятивно-карбонатного горизонта вверх и гумусового слоя вниз, в результате роющей деятельности животных. Наибольшая глубина вскипания отмечена в черноземах выщелоченных, в среднем, с глубины 81,0±1,8 см.

Список литературы

морфометрический чернозем гумусовый горизонт

1. Адерихин П.Г. Почвы опытных полей Института им. Докучаева Таловского района Воронежской области и рекомендации по их использованию / П.Г. Адерихин, И.И. Ковалев, Л.И. Кульчицкая. - Воронеж: ВГУ, 1984. - С. 54-62.

2. Беспалов В.А.Пространственно-временное варьирование основных показателей плодородия черноземов Каменной Степи: дис. … канд. биол. наук: 03.02.13: защищена 15.05.2012 / Беспалов Владимир Алексеевич. - Каменная Степь, 2012. - 209 с.

3. Докучаев В.В. Труды Экспедиции В.В. Докучаева / В.В. Докучаев, Н.М. Сибирцев. - Т. 1-2. Вып. 1. - СПб, 1894. - С. 24-27.

4. Балабко П.Н. Получение информации о пространственном варьировании факторов почвенного плодородия в пределах поля с использованием наземных и дистанционных методов исследования / П.Н. Балабко, Т.Б. Кулагина, Ю.Л. Мешалкина // Агроэкологическая оптимизация земледелия: Сб. докл. Межд. Научно-практ. конф. - Курск, 2004. С. 89-92.

5. Белик А.В. Внутрипольное варьирование плодородия лесостепных черноземов ЦЧО и урожайность сельскохозяйственных культур: дис. … канд. биол. наук: 03.00.27: защищена 27.05.2008 / Белик Антон Викторович. - Воронеж, 2008. - С. 15-27.

6. Вавин В.С. Создание долговечных защитных насаждений в условиях юго - востока ЦЧЗ / В.С. Вавин и др. - Воронеж, 2007. - С. 124-138.

7. Чевердин Ю.И. Изменения свойств почв юго-востока Центрального Черноземья под влиянием антропогенного воздействия: Монография / Ю.И. Чевердин.- Воронеж: Изд-во «Истоки». - 2013. - С. 127-142.

8. Хитров Н.Б. Варьирование морфометрических характеристик почв Каменной Степи / Н.Б. Хитров и др. // Разнообразие почв Каменной Степи: научн. тр. Почвенного института им. В.В. Докучаева, 2009. - С. 72-91.

9. Тумин Г.М. Влияние лесных полос на почву в Каменной Степи / Г.М. Тумин. - Воронеж: Коммуна, 1930. - С. 18-20.

10. Турусов В.И. Каменная Степь: краткие итоги и направления почвенных исследований/ В.И. Турусов, Ю.И. Чевердин // Плодородие. - 2016. - № 1. - С. 6-10.

Размещено на Allbest.ru