Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Объекты и методы исследования 7
Глава II. Факторы почвообразования и почвы Алтайского Приобья 11
2.1. Климат. 11
2.2. Рельеф и гидрография. 14
2.3. Растительность. 16
2.4. Почвообразующие породы. 17
2.5. Почвы и их современное состояние. 18
Глава III. Агрофизические свойства почв элементарных агроландшафтов .
3.1. Структурность почв. 30
3.2. Сложение почвы. 50
3.2.1. Плотность почв . 50
3.2.2. Пористость почв. 59
3.3. Водно-физические свойства почв и их влияние на основные условия, и факторы плодородия почв в условиях элементарных 65
агроландшафтов
Глава IV. Влияние агрофизических свойств почв элементарных агроландшафтов на эффективное плодородие. 88
Глава V. Параметры плодородия пахотных почв элементарных агроландшафтов при применении различных видов обработок .
5.1. Противоэрозионная устойчивость почв в зависимости от применяемых видов обработок в условиях элементарных 90 агроландшафтов.
5.2. Физические и водно-физические свойства почв и их изменение в зависимости от видов обработок в условиях элементарных агроландшафтов. 96
5.2.1. Влияние видов обработки на плотность почвы в условиях элементарных агроландшафтов. 98
5.2.2. Влияние видов обработки на структурно-агрегатный состав почвы в условиях элементарных агроландшафтов .
5.2.3. Влияние видов обработки на водопроницаемость почв элементарных агроландшафтов.
5.2.4. Влияние видов обработки на влажность почвы в условиях ~. элементарных агроландшафтов.
5.3. Влияние видов обработки почвы на продуктивность яровой пшеницы в условиях элементарных агроландшафтов.
Выводы Предложения
Библиографический список
- Растительность.
- Плотность почв
- Физические и водно-физические свойства почв и их изменение в зависимости от видов обработок в условиях элементарных агроландшафтов.
- Влияние видов обработки на структурно-агрегатный состав почвы в условиях элементарных агроландшафтов
Введение к работе
Актуальность темы исследований.
Благоприятные агрофизические свойства являются непременным условием проявления почвенного плодородия. Получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур не может быть достигнуто, пока нерегулируемыми остаются агрофизические свойства, играющие важную роль в мобилизации подвижных элементов питания и в создании благоприятных условий формирования урожайности сельскохозяйственных культур.
В литературе накоплены значительные материалы по изучению агрофизических свойств почв. Рядом авторов опубликованы данные по характеристике агрофизических свойств почв и их изменению при сельскохозяйственном использовании в различных зонах (Карпачевский, 1959; Бурлакова, 1983, 1984; Воронин, 1984, 1986; Медведев, 1988; Татаринцев, 1993; Макарычев, 2000; Трофимов, 2004 и др.). Однако в условиях Алтайского Приобья исследования учёных не охватывают проблему варьирования агрофизических свойств в различных агроландшафтах. Ландшафт по определению является однородной природной системой, отображающей рельеф местности и является одним из определяющих факторов в эволюции развития и формирования физических свойств почв. В ландшафтах наблюдается дифференциация свойств и режимов почв, обусловленная факторами почвообразования. Многие сельскохозяйственные угодья расположены на склонах, образующих элементарные агроландшафты. Для сохранения почвенного плодородия и повышения эффективности использования пахотных угодий необходимо применять систему рационального их использования.
Важность указанных вопросов предопределила выбор цели нашей работы.
Цель исследований
Изучить агрофизические условия плодородия почв элементарных агроландшафтов левобережья высокого Алтайского Приобья, выделить лимитирующие условия урожайности и наметить пути их устранения.
Для достижения поставленной пели были определены следующие задачи:
- определить агрогенные почвы элементарных агроландшафтов;
изучить общее физическое и структурное состояние агрогенных почв разных агроландшафтов;
определить водно-физические свойства агрогенных почв элементарных агроландшафтов;
- установить влияние технологических приемов обработки почвы на
агрофизические свойства почв пахотных угодий элементарных
агроландшафтов;
- определить влияние различных физических и водно-физических свойств
на урожайность зерна яровой пшеницы;
- разработать агрофизическую модель эффективного плодородия почв;
Защищаемые положения: 1. Изученные элементарные агроландшафты
оказывают влияние на агрофизические условия плодородия почв. 2. Агрофизические условия элементарных агроландшафтов оказывают влияние на урожайность. 3. Виды обработок влияют на агрофизические условия и параметры эффективного плодородия.
Научная новизна: Впервые для территории левобережья высокого Алтайского Приобья выявлено специфичное состояние агрофизических условий плодородия почв в зависимости от склонов различной экспозиции. Лучшие агрофизические условия формируются на СВ и СЗ склонах. Выявлено влияние агрофизических свойств на питательный режим и продуктивность яровой пшеницы. Наибольшая урожайность формируется при содержании структурных агрегатов 43,7%, водопрочных агрегатов >35,2%, плотности почвы 1,15 г/см , пористости 48,6%, полевой влажности
>10,7%, наименьшей влагоёмкости 33,8%, водопроницаемости 137мм/час. Изучено влияние применяемых видов обработки почвы на агрофизические условия и параметры эффективного плодородия Наибольшая урожайность формируется при отвальной обработке. Лучшим структурно-агрегатным состоянием, величиной полевой влажности, водопроницаемостью характеризуются почвы, обрабатываемые культиватором на 10-12см.
Практическая значимость: Различие физических условий агрогенных почв элементарных агроландшафтов обусловливает необходимость проведения агротехнических мероприятий по регулированию физического состояния почв. Проведена оценка агротехнических приёмов, позволяющая выбрать наиболее эффективный приём. Полученный материал используется в разделе физики почв дисциплины агропочвоведение для обучения почвоведов, агрохимиков, агрономов.
Апробация темы: Материалы диссертации были доложены на городской научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь-Барнаулу» (2004 г); на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава АГАУ (2003 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Автор выражает большую благодарность сотрудникам и аспирантам кафедры почвоведения и агрохимии и, прежде всего С.Г Поруновой, а также работникам лаборатории, оказавшим помощь в выполнении аналитических работ.
Особую признательность автор выражает научному руководителю, заведующей кафедрой почвоведения и агрохимии, Заслуженному деятелю науки РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Лидии Макаровне Бурлаковой и к.с.-х.н., доценту А.Е. Кудрявцеву за консультации, и поддержку на протяжении всей работы над диссертацией.
Растительность.
На многие свойства почв в известной мере оказывает влияние почвообразующая порода. На основной части исследуемой территории почвообразующими породами являются лессовидные суглинки, имеющие делювиальный облик.
Гранулометрический состав почвообразующих пород и почв, представлен в приложении 1. По гранулометрическому составу они в основном среднесуглинистые с содержанием крупно-пылеватой и илистой фракций, тонкопористого сложения, карбонатные. Содержание карбонатов достигает от 1,5 до 15 %, чаще 3-7 %; встречаются они на глубине 50-140см, степень выщелоченности пород зависит от условий почвообразования, в частности, рельефа и связанного с ним характера увлажнения. По понижениям вскипание наблюдается значительно выше, что связано с динамикой близко залегающих жестких грунтовых вод. Карбонаты в почве встречаются в виде белоглазки, пятен, псевдомицелия, известковых кукол или равномерно пропитывают породу (мучнистая форма).
По днищам логов, балок, в долинах ручьёв почвообразующие породы бескарбонатные, имеют признаки оглеения - ржавые и охристые пленки, примазки, сизо-зеленоватые пятна или сплошную сизоватую окраску. Так, у лугово-черноземных почв породы имеют сизоватый оттенок и ржавые пятна. У луговых почв породы более сизые с крупными охристо-ржавыми пятнами.
По балкам почвы формируются на делювиальных отложениях, представляющих собой смытый с прилегающих склонов и переотложенный водными потоками суглинистый, в той или иной мере гумусированный, местами слоистый материал, в различной степени оглееный.
По минералогическому составу почвообразующие породы черноземного Приобья Алтая (Петров, 1948; Трофимов, 1967) богаты полевыми шпатами, слюдами, гидрослюдами. Б.Ф. Петров (1948) отмечает, что минералы легкой фракции почвообразующих пород имеют небольшую выветрелость, а полевые шпаты, слюды, содержащиеся в этой фракции в большом количестве, свежи, окатанность зерен слабая.
В целом почвообразующие породы являются основополагающими в эволюции развития почв и определяют физические свойства почв.
Почвенный покров Алтайского Приобья, генезис и плодородие основных пахотно-пригодных почв охарактеризованы в работах К.П. Горшенина (1955), Н.В. Орловского (1956), И.И. Карманова (1965), А.Д. Орлова (1983), Л.М. Бурлаковой (1984), А.А. Танасиенко (1991) и др.
Наибольшее распространение среди почв пахотных угодий исследуемой территории получили черноземы обыкновенные (обычные и карбонатные), а также выщелоченные. Черноземные почвы занимают около 60% территории. Почвы, как правило, среднесуглинистого гранулометрического состава.
Чернозёмные почвы отражают главные особенности дернового процесса почвообразования. Для них характерна развитость гумусового горизонта. Мощность этого горизонта колеблется у неэродированных чернозёмов от 41 до 57см. По содержанию гумуса большая часть чернозёмных почв относится к малогумусным с содержанием гумуса от 4 до 6%.
Черноземы выщелоченные формируются на плоских водораздельных участках и покатых склонах северной, северо-восточной, северо-западной и юго-западной экспозиций, испытывающих более высокое увлажнение за счет атмосферных осадков или стоковых вод. Чернозёмы выщелоченные характеризуются вымытостыо карбонатов из гумусового горизонта и верхней половины переходного горизонта. По мощности гумусового горизонта выщелоченные черноземы мало - и среднемощные. Они развиваются в комплексе с обыкновенными черноземами и занимают основную площадь пашни.
Среди автоморфных почв на исследуемой территории, кроме чернозёмов, получили распространение серые лесные почвы. Эти почвы сформировались под пологом лесной древесной растительности, имеют чётко дифференцированный на горизонты почвенный профиль и приурочены к понижениям, которые заняты березовыми колками. На исследуемой территории встречаются полугидроморфные и гидроморфные почвы, которые занимают небольшую площадь и представлены лугово-чернозёмными, луговыми, лугово-болотными почвами, реже встречаются солончаки, солонцы.
Для морфологической характеристики выщелоченных черноземов приведем описание разреза № 55, заложенного на верхней трети склона юго-западной экспозиции крутизной до 1 под посевом яровой пшеницы. Вскипает от соляной кислоты с 60см.
Плотность почв
Плотность почвы одно из наиболее важных физических свойств почв. Она существенно влияет на водный, воздушный и тепловой режимы почвы, а следовательно на уровень эффективного плодородия и урожайность растений. В переуплотнённой почве уменьшается общая пористость, становится неблагоприятным распределение пор по размерам. В результате резко снижается водопроницаемость, снижается диапазон активной влаги, ухудшаются условия аэрации.
Увеличение плотности почвы и снижение при этом её общей пористости может приводить к недостаточной аэрации корнеобитаемого слоя почв. Плотность почвы зависит от структурно-агрегатного, гранулометрического состава, содержания органического вещества и антропогенного воздействия. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная плотность на суглинистых и глинистых почвах находится в пределах 1,00-1,25 г/см . Н.А. Качинский (1965). Согласно исследованиям В.В. Медведева (1982) оптимальной плотностью для черноземных почв при возделывании зерновых колосовых культур является плотность 1,11 - 1,12 г/см3 , уменьшение или увеличение плотности вызывает снижение урожайности сельскохозяйственных культур (Медведев, 1988).
Плотность пахотного горизонта почвы в агроценозе в течение вегетационного периода, как правило, увеличивается. Сразу после проведения основной обработки почвы она наименьшая, а к концу вегетационного периода приобретает равновесное состояние. Равновесное состояние в пахотном горизонте в течение вегетации происходит за счет усадки под действием собственной массы.
Уплотнение почв выше оптимальной плотности ведет к ухудшению их структурного состояния: возрастанию глыбистости, увеличению водопрочности агрегатов при снижении их пористости.
Также как и на структуру, на плотность почвы оказывает влияние гранулометрический состав и содержание гумуса (рис. 17 А, Б). . Влияние содержания физического песка - (А) и гумуса - (Б) на плотность пахотного слоя почв элементарных агроландшафтов Из рисунка 17 А видно что с увеличением содержания физической глины происходит повышение плотности почвы. Самое низкое значение плотности 1,15 г/см наблюдается при содержании физической глины до 37,9 %. Увеличение содержания гумуса до 6,21 % способствует снижению плотности пахотного слоя почвы до 1,15 % и менее (рис. 17 Б). При содержании гумуса менее 5,21 % плотность почвы увеличивается до 1,3 г/см3.
В отличие от структуры плотность почвы непосредственно воздействует на процессы жизнедеятельности растений. Вместе с тем плотность следует рассматривать как первичный элемент всей физики почв.
Связь плотности со структурой уже рассматривалась выше, и мы выяснили, что наибольшая плотность наблюдается в плохо оструктуренных почвах. Структурное состояние почвы также оказывает влияние и на её пористость. Следовательно, плотность почвы так же должна оказывать влияние на пористость.
Полученные результаты по коэффициенту эффективности передачи информации (К) показывают высокую связь между плотностью и пористостью. Они дают четкое представление о том, что с увеличением плотности почвы снижается общая пористость. Максимальное значение пористости наблюдается при плотности менее 1,15 г/см . Такой характер связи этих показателей является закономерным. На залежных почвах пористость так же снижается при увеличении плотности.
Как уже говорилось, плотность почвы является основным агрофизическим свойством, которое оказывает воздействие на водно-воздушный и питательный режимы почв, обусловливает значительное влияние на рост и продуктивность сельскохозяйственных растений. Влияние плотности почвы на влажность представлено на рисунке 19 А. Зависимость полевой влажности от плотности почвы носит криволинейный характер.
Физические и водно-физические свойства почв и их изменение в зависимости от видов обработок в условиях элементарных агроландшафтов.
Плотность почвы один из важнейших показателей общих физических свойств, чутко реагирующий на различные агротехнические приемы.
Большое влияние на изменение плотности в период вегетации оказывает обработка почвы и воздействие движущейся по поверхности почвы техники. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем она постепенно уплотняется и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесной, т.е. мало изменяющейся (до следующей обработки).
Верхние горизонты почв, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению при обработке, имеют более низкую плотность. Плотность почвы сильно влияет на поглощение влаги, газообмен в почве, развитие корневых систем растений, интенсивность микробиологических процессов.
Проведя исследования, нами были установлены показатели плотности почвы по генетическим горизонтам в зависимости от частей склона. В верхней части склона, верхнего пятисантиметрового слоя она составляла 1,17г/см3. В нижней части склона она уменьшилась до 1,07г/см . В слое 5-15см в почве на всех участках склона плотность повышается до 1,20 -1,37г/см3 с наименьшим показателем на нижней части склона. В слое 20-30см (горизонт АВ) плотность почвы по всем частям склона аналогично слою 5-15см с некоторыми отклонениями. В нижележащих горизонтах было отмечено увеличение плотности до 1,4 - 1,51 г/см3 по выделенным частям склона.
Исследования пахотного горизонта после проведения разных видов обработок показали, что на склонах в разных частях (верхней, средней, нижней) плотность почвы варьирует, причем независимо от вида обработок характер варьирования однотипичен (рис. 44 Б). В верхней части склона плотность почвы более высокая, в средней части - наименьшая, а в нижней части склона происходит снова повышение плотности почвы. По-видимому, это обусловлено перераспределением по склону фракций гранулометрического состава.
Исследования показали, что агротехнические приемы оказывают влияние на плотность обрабатываемого горизонта почвы, которая по всем вариантам обработки колеблется от 1,04 до 1,09г/см3(Рис. 44 А).
Эти величины, согласно классификации, соответствуют свежевспаханной почве (Качинский, 1989). Плотность, г/см 1,09-1,09 1,07" 1,05" 1,03 л г 2 Т=0,6008 К=0,3790 Виды обработок верхняя средняя нижняя Части склона Рис. 44. Влияние агротехнических приемов на плотность почв: А - по специфичным состояниям; Б - по частям склона: 1 —) отвальная обработка на 25-27см., 2( ) Плоскорезная обработка на 25-27см., 3( ) культивация на 10-12см.
Наименьшими значениями плотности характеризуются почвы после отвальной обработки, наибольшими при плоскорезной обработки и культивации соответственно интервал значений 1,03-1,05; 1,05-1,09; 1,07-1,09 и более г/см3. Такая плотность почвы, формирующаяся на рассматриваемой обработке вполне объяснима. Плоскорезная обработка и культивация, довольно схожие приемы, различающиеся лишь по ширине захвата лап и глубины обработки, поэтому они и имеют большие значения плотности, нежели отвальная вспашка.
Влияние видов обработки на структурно-агрегатный состав почвы в условиях элементарных агроландшафтов
Большое влияние на формирование почвенной структуры оказывает обработка почвы сельскохозяйственными орудиями: наряду с образованием структурных отдельностей происходит и их разрушение. В зависимости от количества и качества органического вещества, механического состава почвы, применяемого орудия, влажности почвы и других условий, при которых проводится обработка, могут преобладать процессы создания или разрушения структуры. Даже на одной и той же почве применением одного орудия обработки можно получить пашню структурную, глыбистую или слитную. Благоприятно сказывается на структурообразовании обработка почвы в состоянии ее физической спелости, и наоборот, при обработке почвы в пересохшем состоянии она сильно распыляется, а при обработке в переувлажненном состоянии образуется глыбистая поверхность. Следует подчеркнуть, что одной механической обработкой нельзя создать водопрочную структуру почвы.
Водопрочные агрегаты оказывают положительное влияние на агрономические свойства почвы. При поступлении большого объема влаги не происходит разрушения структуры почвы, что обусловлено водопрочностью агрегатов. Водопрочные агрегаты создают оптимальные условия воздушного, водного и пищевого режимов.
Влияние видов обработки на структурно-агрегатный состав почвы в условиях элементарных агроландшафтов
Для определения влияния агротехнических приемов на содержание влаги в почве нами были определены запасы влаги в метровом слое по вариантам опыта, а весной были рассчитаны приросты влаги в почве после 102 схода снега, для чего использовали установленные В.В. Вольновым по многолетним данным закономерности (Вольнов, 2000). Данные приведены в табл. 11. Таблица 11 Запасы влаги в слое почвы 0-100см по вариантам обработки, мм Вариант Запасы влагиперед уходомв зиму Прирост влаги в почве Запасывлаги припосеве После схода снега Весной Отвальная на 25-27см 230 56 -15 271 Плоскорезная на 25-27см 223 92 -20 295 Культивация на 10- 12см 221 57 -13 265
Из таблицы 10 видно, что запасы влаги в метровом слое почвы перед уходом в зиму по всем вариантам были высокими и близкими между собой (220-230мм). Перед посевом запасы влаги по обработкам были следующими: отвальная обработка - 271мм, плоскорезная обработка -295мм, культивация -265мм, то есть почва, не обрабатываемая с осени имеет меньшее количество влаги в метровой толще. Такое распределение запасов влаги на рассматриваемых вариантах опыта позволяет объяснить поведение влажности.
Рассматривая влияние обработок на содержание влаги в пахотном горизонте (рис. 47 А), которую определяли перед посевом, следует отметить, что она колебалась от 14 до 30% причем влажность пахотного горизонта по обработкам не соответствовала общим запасам влаги. Наибольшая влажность почвы от 20 до 30% отмечалась по культивации несколько меньше при плоскорезной и отвальной обработках.
Такое несоответствие общих запасов влаги и влажности пахотного горизонта вполне объяснимо. Культивацию юводят весной 103 непосредственно перед посевом и она не способствует накоплению общего запаса влаги, но лучше ее сохраняет в верхнем горизонте в весенний период времени. Влажность, ч 24-24--22-20 16" Т=0,2627 К=0,1663 Виды обработок верхняя средняя нижняя Часть склона Рис. 47. Влияние видов обработки на влажность почв: А - по специфичным состояниям; Б - по частям склона: 1( " ) отвальная обработка на 25 27см., 2( ) Плоскорезная обработка на 25-27см.,3( ) культивация на 10-12см. Рассматривая влажность почвы по частям склона на применяемых видах обработок можно отметить, что на отвальной вспашке и культивации она выше на средней и нижней части склона (рис. 47 Б). На плоскорезной обработке влажность почвы по всем частям склона практически одинакова, лишь незначительно наблюдается ее уменьшение на средней части. Влияние видов обработки почвы на продуктивность яровой пшеницы в условиях элементарных агроландшафтов
Из литературных данных известно, что урожайность сельскохозяйственных культур находится в тесной связи с обработками почв. Правильная система обработки почвы - одно из действенных средств формирования высоких урожаев.
Обработка почвы - это механическое воздействие на неё рабочими органами машин и орудий с целью создания наилучших условий для возделываемых культур.
Нами было рассмотрено влияние видов обработок на урожайность яровой пшеницы сорта «Алтайская-50» с нормой высева - 200 кг/га (рис. 48 А,Б).
Из рисунка видно, что обработки не одинаково оказывают влияние на урожайность яровой пшеницы. Максимальная урожайность от 1,2 до 1,6 т/га и более формируется на отвальной обработке. Плоскорезная обработка способствует формированию урожайности в 0,8 - 1,0 т/га. Наименьшая урожайность формируется при культивации, при таком виде обработке урожайность не превышает 0,8 т/га. Урожайность, т/га А Т=1,5486 К 0,7740 1,8 п 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0, 3 Виды обработок жлона верхняя ,, средняя нижняя Части Ъ Рис. 48. Влияние видов обработки на урожайность зерна яровой пшеницы : А - по специфичным состояниям; Б - по частям склона: 1 ( ) отвальная обработка на 25-27см., 2 ( ) плоскорезная обработка на 25-27см., 3 ( ) культивация на 10-12см. Такое влияние рассматриваемых видов обработки, по-видимому, обусловлено созданием более благоприятных условий водного и воздушного режимов и обеспеченности почв подвижными элементами питания на отвальной вспашке и менее благоприятных условий на других видах обработок.
По частям склона на всех видах обработок урожайность практически не изменяется, лишь небольшое ее увеличение наблюдается на нижней части склона. Рассмотрев влияние агротехнических приемов на параметры плодородия логично оценить сложившиеся параметры плодородия по общей информативности (Тбит) и эффективности канала связи (К) которые представлены в таблице 12. Таблица 12 Влияние агротехнических приемов на параметры плодородия почв по общей информативности (Т бит) и эффективности каналов связи (К) Параметры плодородия почв Т К Урожайность, т/га 1,5480 0,7740 Смыв почвы, м /га 1,11 0,599 Водопрочные агрегаты, % 0,7504 0,4805 Впитывание 0,6751 0,4250 Плотность, г/см 0,6008 0,3790 Структурные агрегаты, % 0,5692 0,3646 Влажность почвы, % 0,2627 0,1663
По эффективности канала связи рассматриваемые параметры плодородия в зависимости от агротехнических приемов выстраивается в следующий ряд: У Сп Ва Вп d, Са Wt (3) где У - урожайность (т/га); Сп - смыв почвы, м3/га; Ва - содержание водопрочных агрегатов (%); Вп - впитывание (мм/час); di - плотность почвы (г/см3); Са - содержание структурных агрегатов (%);Wt - влажность почвы
Таким образом, рассматриваемые агротехнические приемы по-разному оказывают влияние на противоэрозионную устойчивость почв и их плодородие. Меньше подвержены эрозионным процессам почвы, обрабатываемые приемом культивации. Такие агротехнические приемы как отвальная вспашка и плоскорезная обработка способствуют более интенсивному смыву, по этим видам обработок смыв почвы фиксируется как сильный. Такая противоэрозионная устойчивость почв под влиянием рассматриваемых агротехнических приемов обусловлена их влиянием на физические свойства почв, такие как водопроницаемость, структурно-агрегатное состояние, плотность и др.
