Агрогенная трансформация чернозема выщелоченного Северного Зауралья (19.03.2012)

Автор: Ерёмин Дмитрий Иванович

0-10 4,95 15,2 15,9 6,0 37,1 2,5 5,5 8,8 2,4 19,2 56,3 43,7 1,9

10-20 5,05 15,6 18,8 4,6 39,0 2,9 8,5 8,6 0,6 20,6 59,6 40,4 1,9

20-30 4,04 14,0 19,7 3,2 36,9 3,1 10,5 9,2 0,2 23,0 59,9 40,1 1,6

40-50 3,12 12,5 21,3 1,7 35,5 3 10,8 9,2 0 23,0 58,5 41,5 1,5

60-70 0,6 10,7 21,6 1,9 34,2 5,5 11,3 7,9 0 24,7 58,9 41,1 1,4

80-90 0,28 6,6 20,4 0,4 27,4 6,3 11,1 8,7 0 26,1 53,5 46,5 1,0

В составе ГК доминируют гуматы кальция в пределах всего почвенного профиля с высоким их содержанием в верхней части (0-30 см) и очень высоким в нижней части (30-110 см). В составе ФК также преобладают фульваты кальция, уменьшаясь с глубиной. «Агрессивные» и подвижные фульвокислоты соответственно увеличиваются с глубиной. Через 22 года после введения чернозема выщелоченного в сельскохозяйственное производство отмечено значительное ухудшение качества гумуса в сравнении с исходным составом. Величина СГК/СФК глубже 30 см снизилась до 1,6-1,1. В составе гумуса после распашки увеличилось относительное содержание свободных и связанных с устойчивыми R2O3 и глинными минералами гуматов, содержание гуматов кальция соответственно понизилось в пределах всего профиля почвы.

В пахотном слое в составе фульвокислот возросла доля «агрессивной» и подвижной фракций (ФК1а и ФК1), фульваты, связанные с кальцием, соответственно понизились. После распашки к 1990 году в сложившихся биогидротермических условиях устанавливается равновесие и за период с 1990-2006 гг. заметных изменений в составе гумуса не отмечается.

Гумус старопахотного чернозема выщелоченного является фульватно-гуматным и за годы сельскохозяйственного использования почвы не претерпевает существенных изменений – отклонения были только по фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием. Длительное сельскохозяйственное использование чернозема привело к усилению синтеза «агрессивной» фракции фульвокислот на 18,5-60,9% относительно пашни 1968 г. Выращивание многолетних трав в течение 5 лет позволяет снизить долю свободных гуминовых кислот с 12,5-14,8 до 8,6-9,4% от общего углерода за счет связывания их с катионами кальция (табл. 5). Содержание «активных» фульвокислот (ФК1а и ФК1) под действием травянистой растительности снижается почти в 2 раза. В дальнейшем, характер гумусообразования сохраняется, что улучшает свойства чернозема выщелоченного. Восстановление качества гумуса старопахотных черноземов обусловлено не только увеличением массы растительных остатков, но и уменьшением аэрации гумусового слоя при прекращении механических обработок почвы. Немаловажную роль играет и восстановление водного режима на залежных участках, характерного для целинных аналогов черноземов. Проявление десуктивно-непромывного водного режима на фоне пониженной аэрации является благоприятным условием трансформации активных фракций гумуса (ГК1; ФК1а и ФК1) в более стабильные, влияющие на агрегирующую способность фракции гумуса (ГК2 и ГК3). Это также подтверждается исследованиями Т.П. Коковиной (1974); В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1980).

Таблица 5 – Изменение фракционно-группового состава гумуса при переводе старопахотного чернозема выщелоченного в залежное состояние

Глубина,

см Собщ.,% Сгк, % Сфк, % Сгк+Сфк Сгум. Сгк

Динамика элементов плодородия пахотных черноземов выщелоченных в системе «целина-пашня-залежь»

5.1 Агрогенная трансформация почвенной структуры. Распашка целинного чернозема выщелоченного приводит к миграции частиц менее 0,005 мм и ее аккумуляции в слое 60-90 см. Фракция средней пыли при длительном использовании чернозема под пашней перемещается в слой 30-40 см, участвуя в формировании плужной подошвы (табл. 6). Миграция указанных фракций происходит без процесса разрушения элементарных почвенных частиц – коэффициент оглинивания в подпахотных слоях увеличивается при его снижении в слое 0-30 см.

Таблица 6 – Распределение физической глины в профиле чернозема

выщелоченного, %

Глубина отбора,

см «Целина-пашня» «Пашня-залежь»

Целина Пашня Пашня Залежь

1968 г. 2006 г. 2006 г. 1993 г. 1998 г. 2008 г.

0-10 42,8 42,5 40,5 53,9 52,9 53,3

10-20 43,7 43,0 40,6 55,8 53,4 53,6

30-40 48,5 48,5 52,2 59,8 59,2 58,5

40-50 48,4 47,9 52,1 62,4 60,8 59,9

60-70 49,6 49,8 53,5 49,0 48,4 47,8

80-90 46,2 46,3 49,2 50,8 49,7 50,2

Длительное использование под пашней негативно влияет на микроагрегатный состав метрового профиля чернозема выщелоченного – фактор дисперсности пахотного слоя увеличился с 3,36-3,58 до 4,53-4,81%, а в слое 40-110 см он достиг максимальных значений 13,06-24,68, тогда как на целине 9,01-15,66% (рис. 3). Перевод старопахотного чернозема выщелоченного в категорию залежных участков не повлиял на восстановление антропогенных изменений гранулометрического состава – содержание физической глины в гумусовом слое не имело отклонений относительно пашни 1968 года даже после 15 лет нахождения чернозема под залежью.

Распашка и длительное использование под пашней приводит к резкому снижению микроагрегатной устойчивости слоя 0-20 см за счет потери илистой фракции – коэффициент агрегированности снизился с 49,8-52,1 до 41,3-42,1%. Перемещение илистой фракции вглубь профиля при длительном использовании чернозема под пашней способствует улучшению микроагрегатной устойчивости слоя 30-50 см, где коэффициент агрегированности увеличился с 36,3-43,8 до 42,4-50,8%. Перевод пахотного участка в категорию залежных земель незначительно улучшает микрагрегатный состав чернозема выщелоченного в первые пять лет (1993-1998 гг.). В слое 0-20 см – фактор дисперсности снизился с 12,3-12,7 до 10,9-11,3%. Дальнейшее пребывание под залежью не приводит к восстановлению агрегирующей способности чернозема выщелоченного.

Целинные черноземы выщелоченные Северного Зауралья характеризуются отличным структурно-агрегатным состоянием (Кстр=7,9-8,2) и высокой водопрочностью (>75%). Средневзвешенный диаметр частиц составляет 3,30 мм, что обуславливает оптимальные водно-воздушные и физико-механические свойства. Распашка снижает содержание агрономически ценной структуры до 69,3% (Кстр=2,3) и способствует формированию неводопрочной глыбистой макроструктуры. Содержание водопрочных агрегатов снизилось до 63,6-65,6% (рис. 4). Средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов чернозема выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании не отличался в сильной степени от целинных участков – 3,29-3,40 мм, что свидетельствует о большой устойчивости черноземов к неблагоприятным факторам почвообразования.

При выводе черноземов из пахотного фонда происходит быстрая трансформация пахотных горизонтов по дерновому типу, формируется водоустойчивая комковато-зернистая структура. Перевод старопахотного чернозёма в категорию залежи позволяет в течение 5 лет увеличить водопрочность агрономически ценных агрегатов от 46,4 до 60,4%.

Дальнейшее увеличение срока произрастания многолетней травянистой растительности улучшает водоустойчивость со значительно меньшей скоростью.

5.2 Изменение агрофизических и водно-физических свойств черноземов выщелоченных на пашне и залежи. Целинные черноземы выщелоченные Северного Зауралья обладают благоприятной плотностью сложения и почвенных агрегатов, которая не имеет сильного варьирования, как в пространстве, так и во времени. Распашка целинного чернозема выщелоченного приводит к уплотнению слоя 30-40 см до 1,33 г/см3 и на глубине 70-80 см – до 1,48 г/см3 за счет увеличения плотности почвенных агрегатов и перераспределения элементарных почвенных частиц по профилю чернозема (табл. 7). Краткосрочный (5 лет) перевод старопахотного чернозема в залежь способствует устранению негативного переуплотнения в слое 30-50 см, образовавшегося в течение 25 лет механической обработки.

Длительная распашка черноземов выщелоченных поддерживает общую порозность пахотного слоя на высоком уровне (57-62% от объема почвы) за счет увеличения межагрегатной пористости, которая достигает 14-23,4% от объема почвы, тогда как на целине – 7,4-15,3%. Порозность подпахотного слоя (30-40 см) за 38 лет снизилась с 55 до 48% от объема почвы за счет ухудшения порового пространства, как между агрегатами, так и внутри их. Объем пор, при влажности соответствующей наименьшей влагоемкости уменьшился с 15 до 10% от объема почвы. Ухудшение произошло за счет снижения внутриагрегатной пористости с 37,0 до 34,3% (НСР05=2,6) и межагрегатной пористости с 13,4 до 10,3% (НСР05=1,5).

Таблица 7 – Плотность сложения (?b) и агрегатов(?a) пахотного и целинного

чернозема выщелоченного, (2006-2008 гг.), г/см3

Глубина отбора, см Целина Пашня НСР05

?b ?a ?b ?a ?b ?a

0-10 1,00 1,08 0,98 1,14 0,09 0,06

10-20 1,00 1,18 0,94 1,18 0,10 0,04

20-30 1,05 1,20 1,05 1,37 0,06 0,06


загрузка...