Содержание к диссертации
Введение
1 Чернозем как объект исследования в почвоведении 6
1.1 Характеристика, происхождение и распространение чернозёмов 6
1.2 Морфогенетические показатели чернозёмов и их трансформация при сельскохозяйственном использовании 11
1.3 Агрофизические и физико-химические свойства черноземов и их влияние на плодородие 14
1.4 Происхождение и роль гумуса в плодородии черноземов 19
2 Объекты и методика исследований 28
3 Факторы почвообразования 30
3.1 Геоморфология 30
3.2 Климатические условия 33
3.3 Растительность 39
3.4 Почвообразующие породы 41
3.5 Технология возделывания и продуктивность сельскохозяйственных культур 43
4 Морфогенетические показатели чернозема выщелоченного 50
5 Агрофизические показатели чернозема выщелоченного 59
5.1 Плотность сложения 59
5.2 Структура и водопрочность почвенных агрегатов 62
5.3 Водопроницаемость почвенного профиля 67
6 Гранулометрический состав почвенного профиля 74
7 Гумусное состояние чернозема выщелоченного 82
7.1 Содержание и запасы гумуса 82
7.2 Качественный состав гумуса 86
7.3 Расчет баланса гумуса чернозема выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании 92
8 Физико-химические свойства чернозема выщелоченного 95
8.1 Сумма и состав поглощенных катионов 95
8.2 Реакция почвенной среды 100
8.3 Фосфорно-калийный режим 103
9 Биоэнергетическая оценка почвообразовательного процесса чернозема выщелоченного 109
Выводы ИЗ
Предложения производству 115
Список использованной литературы 116
- Морфогенетические показатели чернозёмов и их трансформация при сельскохозяйственном использовании
- Климатические условия
- Морфогенетические показатели чернозема выщелоченного
- Структура и водопрочность почвенных агрегатов
Введение к работе
Черноземы являются лучшими почвами мира. С полным основанием можно сказать, что продовольственная безопасность во многом определяется продуктивностью черноземов. Они характеризуются идеальной сбалансированностью всех факторов почвообразования и считаются почвенным эталоном. Несмотря на природное совершенство, черноземы неизбежно эволюционируют под воздействием естественных и особенно антропогенных факторов. Интенсивная эксплуатация природного плодородия без соответствующих компенсационных мер приводит их к сильной антропогенной деградации (Кирю-шинВ.И., 1984; Титлянова А.А., Наумова А.В., 1995; Шарков И.Н., 1997; Щеглов Д.И., 2004).
В связи с этим исследования, направленные на познание процессов естественной и агрогенной трансформации, разработка технологий рационального использования и охраны черноземов являются актуальными. Изучение факторов почвообразования и выделение отдельных моментов, связанных с человеческой деятельностью, имеет определенные трудности. Краткосрочные исследования не отражают реальной картины почвообразования - изменения часто находятся в пределах ошибки анализа.
В почвенном покрове Тюменской области черноземы почти целиком размещены в лесостепной зоне и лишь эпизодически, небольшими контурами встречаются в подтайге. Общая их площадь составляет около 598 тыс. га, причем (по данным департамента сельского хозяйства Тюменской области на 2005 г.) 75% площади черноземов приходится на пашню. Остальная часть находится в залежном состоянии, активно используемая под сенокосами и пастбищами.
Необходимо отметить, что наряду с недооценкой проблемы гумусного состояния черноземных почв имеются и тенденции ее абсолютизации, когда к ней сводится чуть ли не вся задача повышения плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур. Это нередко приводит к необоснованным вы-
водам и действиям, особенно когда происходит сильное падение содержания гумуса в пахотных почвах, которое используется как главный аргумент для объяснения низкой продуктивности пашни. Для предупреждения негативных явлений при длительном сельскохозяйственном использовании черноземов в пашне, необходимо всестороннее изучение всех элементов его плодородия.
Цель работы - изучение основных показателей плодородия чернозема выщелоченного Тобол-Ишимского междуречья в естественном состоянии и при длительном сельскохозяйственном использовании в пашне.
Задачи исследований:
провести анализ изменения морфологических признаков почвенного профиля пахотного и целинного чернозема выщелоченного;
определить гранулометрический состав и особенности перераспределения отдельных фракций по почвенному профилю;
выявить изменения агрофизических показателей плодородия;
установить процесс гумусообразования в черноземе выщелоченном на целине и пашне;
изучить физико-химические свойства целинного и пахотного чернозема выщелоченного;
оценить запасы энергии органического вещества почвы и закономерность ее распределения по почвенному профилю.
Научная новизна. Впервые экспериментально обосновано положение о природной и антропогенной эволюции чернозема выщелоченного Тобол-Ишимского междуречья, показана динамика морфогенетических, агрофизических и физико-химических свойств. В результате использования чернозема выщелоченного в пашне с 1968-2006 гг. выявлены интенсивно развивающиеся деградационные процессы, установлен механизм формирования уплотненных слоев и особенностей гумусообразования.
Практическая значимость работы. Полученные результаты являются обоснованием для разработки технологий возделывания сельскохозяйственных культур, направленных на расширенное воспроизводство плодородия почв.
Они могут использоваться для качественной оценки земельных ресурсов, для оценки изменений показателей плодородия при сельскохозяйственном использовании черноземов выщелоченных в пашне, для агроландшафтного земледелия, для ведения мониторинга и в учебном процессе. Биоэнергетическая оценка запасов органического вещества обосновывает целесообразность заделки соломы и введение в севооборот многолетних трав. Положения, выносимые на защиту:
Факторы почвообразования за период 1968-2006 гг. не повлияли на элементы плодородия чернозема выщелоченного в естественном состоянии.
Длительное интенсивное сельскохозяйственное использование чернозема выщелоченного в пашне за период 1968-2006 гг. привело к изменениям морфогенетических, агрофизических и физико-химических показателей чернозема выщелоченного.
Биоэнергетическая целесообразность использования соломы как органического удобрения для стабилизации запасов гумуса чернозема выщелоченного.
Апробация работы. Наиболее полно результаты исследований изложены в научных отчетах (2005-2008 гг.) и представлены на заседаниях кафедры почвоведения и агрохимии Тюменской государственной сельскохозяйственной академии. Основные положения диссертации доложены на региональной конференции молодых ученых «Актуальные вопросы сельского хозяйства» (г. Тюмень, 2007), на научно-практической конференции «Молодые ученые — развитию агрономического комплекса» (г. Тюмень, 2008).
Личный вклад соискателя. Работа выполнена в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии в 2005-2008 гг. Полевые работы, лабораторные анализы, математическая обработка результатов проводились непосредственно автором диссертационной работы в рамках плана НИР кафедры почвоведения и агрохимии. При выполнении работы автором был сделан сравнительный анализ полученных результатов с исследованиями кафедры почвоведения и агрохимии 1968 и 1990 гг. При участии автора проведен анализ рас-
тительного покрова Заводоуковского района, собраны данные по метеорологическим показателям за период с 1968 по 2006 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, в т.ч. 2 работы - в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству. Содержит 166 страниц машинописного текста, включает 27 таблиц, 9 рисунков, 28 приложений. В список использованной литературы внесено 218 источник, в том числе 6 иностранных авторов.
Выражаю искреннюю признательность и глубокую благодарность научному руководителю профессору Н.В. Абрамову; кандидатам сельскохозяйственных наук Г.Д. Притчиной, Н.М. Сулимовой, Д.И. Еремину, доценту А.Г. Карякиной, ст. преподавателю Э.И. Аржиловской за консультации при написании работы; научному сотруднику О.И. Симоновой за помощь при проведении анализов; студентам агротехнологического института, принимавшим участие в сборе материала, использованного в данной работе.
1 Чернозем как объект исследования в почвоведении
«Нет» тех цифр, какими мооїспо было бы оценить силу и мощь царя почв, нашего русского чернозема. Он был и будет кормилицей России».
В. В. Докучаев
Морфогенетические показатели чернозёмов и их трансформация при сельскохозяйственном использовании
Почва является зеркалом ландшафта и отражает в себе влияние внешних факторов, благодаря которым она сформировалась. Почвенный профиль в своем составе и морфологии содержит «информацию» о местных климатических особенностях, о комбинации тепла и влаги, о растительных условиях, о характере материнской породы и д.р. (Лебедева И.И., 1983). Почва, по современной терминологии, обладает рефлекторной функцией всего предшествующего и настоящего почвообразовательного, а возможно, и всего биогеоценотического процесса (Щеглов Д.И., 2000). На основе этих исследований установлены зонально-типовые особенности морфологии чернозёмов; изменение их в подзо-нальном ряду на уровне подтипов, родов; взаимосвязь морфологических показателей с химическими, физическими и физико-химическими свойствами и плодородием, а также степень влияния сельскохозяйственного использования на морфологические свойства почв.
Изучению морфологии чернозёмов центра Русской равнины посвящено множество работ (Адарихин П.Г., Тихова Е.П., 1963; Ахтырцев Б.П. 1963; Лебедева И.И. 1974, 1983; Прасолов Л.И., 1939).
Обобщающие сведения по данному вопросу свидетельствуют о том, что в морфологии чернозёмов ещё много не познанных явлений. Некоторые исследователи считают, что чернозёмный профиль, по сравнению с профилем дерново-подзолистых почв, имеет упрощённое строение и в генетико-историческом плане малоинформативен (Марголина Н.Я., Александровский А.Л., Ильичёв Б.А. и др., 1988). Другие, следуя высказыванию Б.Б. Полынова (1930), полагают, что комплексный генетический профиль чернозёмов - весьма сложное образование и состоит из элементарных морфогенетических и элементарных эколого-генетических профилей, детальный анализ которых даёт возможность понять многие вопросы генезиса и современного состояния почвы (Лебедева И.И., 1983). К элементарным морфогенетическим профилям можно отнести гумусовый, карбонатный, солевой и др.; к эколого-генетическим профилям — гидрологический, воздушный, температурный. Нет однозначного толкования в разделении морфогенетических профилей на горизонты. Предлагается в гумусовом профиле степных чернозёмов выделять один горизонт А, а в лесостепных - горизонт А и переходный горизонт АВ (Лебедева И.И., 1983). Долгое время глубина вскипания от НС1 считалась важным диагностическим показателем при разделении чернозёмов на подтипы. Начиная с работ Е.А Афанасьевой (1964), установлено, что верхняя граница карбонатного горизонта динамична по сезонам года и не может служить достоверным диагностическим признаком, особенно степных чернозёмов (Розов Н.Н., Самойлова Е.М., 1983). Всё это показывает, что исследования морфогенетических свойств чернозёмов не потеряли своего актуального значения и в настоящее время.
Основными морфологическими показателями чернозёма как типа, установленными ещё со времен В.В. Докучаева, являются: мощный, хорошо развитый почвенный профиль; интенсивно тёмная, почти чёрная окраска, постепенно ослабевающая с глубиной; хорошо выраженная (на целине) зернистая структура в большей части гумусовой толщи; слабо уплотнённое сложение, постепенно нарастающее в нижних горизонтах; отсутствие ярко выраженных признаков элювиально-иллювиальной дифференциации почвенного профиля; неровная за-течная граница перехода гумусовой толщи в подгумусовую; наличие карбонатного горизонта приуроченного, как правило, к нижней границе гумусовой тол щи и характеризующегося различными формами карбонатных новообразований.
Перечисленные типовые морфологические особенности в наибольшей степени проявляются в центральном подтипе - чернозёме типичном, где, по мнению многих исследователей (Адерихина П.Г., 1963, Афанасьева Е.А., 1964), проявляется максимальное «напряжение» чернозёмооброзовательного процесса. К северу и югу от типичных чернозёмов выраженность указанных показателей снижается.
Диагностическим показателем выщелоченных чернозёмов является наличие в подгумусовой толще глинисто-иллювиального текстурного горизонта Bt в различной степени выраженности. Горизонт, выщелоченный от карбонатов, имеет грязно-бурую или тёмно-бурую окраску, уплотнённое сложение, комко-вато-ореховатую, ореховатую или призматическую структуру, отчётливо проявляются признаки потёчности гумуса (гумусовые затёки). Сразу же под ним залегает карбонатно-иллювиальный горизонт, обогащенный карбонатами в виде прожилок, трубочек, журавчиков и др. (Щеглов Д.И., 2000).
Распашка чернозёмов и длительное их сельскохозяйственное использование приводит к существенным изменениям как морфологических, так и морфо-генетических свойств. Наиболее сильному и прямому антропогенному воздействию подвергается верхняя часть почвы - пахотный горизонт. В нём более полно отражаются все процессы культурного почвообразования. В результате потери гумуса чернозёмы в пашне светлее по окраске; они, как правило, серые или тёмно-серые. Пахотные чернозёмы характеризуются интенсивной деградацией почвенной структуры верхнего пахотного и прилегающего к нему горизонта. Большинство чернозёмов за время использования их в сельскохозяйственном производстве почти полностью утратили свою агрономически ценную зернистую структуру. Пахотный горизонт характеризуется сильной распылённостью, что в определённых условиях приводит к образованию крупных глыбистых агрегатов. В пахотном горизонте длительно используемых чернозёмов отмечается появление несвойственных чернозёмам остроребристых, угловатых агрегатов с очень плотной упаковкой почвенной массы. В нижней части пахотного горизонта, вследствие ежегодной вспашки почти на одну и ту же глубину, формируется уплотнённый горизонт плужной «подошвы», оказывающий многостороннее негативное воздействие на почву и почвенные процессы. Появление признаков призмовидности и ореховатости в нижележащей толще свидетельствует о некоторой обогащённости этой части профиля органоминераль-ными коллоидами, а изменения карбонатно-кальциевого режима пахотных чернозёмов отражается на морфологии карбонатного профиля чернозёмов (Щеглов Д.И., 2000).
Таким образом, при длительном и интенсивном сельскохозяйственном использовании черноземов происходят значительные изменения морфологических свойств, которые приобретают не временный циклический, а направленный характер. На первых этапах освоения эти преобразования локализуются в верхней части гумусовой толщи, в последующем они распространяются в глубь, охватывая, в зависимости от продолжительности использования, весь профиль.
Климатические условия
Климат - один из решающих факторов, определяющих как направление почвообразовательных процессов, так и возможности сельскохозяйственного освоения территории. Современный климат рассматриваемой территории континентальный, формируется под воздействием воздушных масс азиатского материка. Беспрепятственное проникновение арктических с севера и сухих масс воздуха из Казахстана и Средней Азии обуславливает резкие изменения погоды и общую неустойчивость климата. Местный климат характеризуется холодной, продолжительной, малоснежной зимой, теплым непродолжительным летом, короткими переходными сезонами - весной и осенью и короткими безморозными периодами. Преобладающими по направлению ветрами в течение года являются юго-западные и западные. В летние месяцы чаще других повторяются ветры северо-западного направления. Среднегодовые скорости ветра не превышают 4-5 м/сек.
Устойчивый снежный покров образуется в среднем в первой декаде ноября (4-10.11). Высота снежного покрова нарастает медленно и наибольшая высота достигает в среднем 25-30 см. Залегает снежный покров преимущественно неравномерно. Запасы воды в снеге в среднем составляют 55 мм. Устойчивый снежный покров сходит 10-12.04. В отдельные годы отмечаются отклонения в сторону более ранних сроков (27-31.03) и более поздних (6-10.05). Средняя дата прекращения заморозков в воздухе 18-25 мая. Вегетационный период продолжается 153-160 дней, безморозный период 112-120 дней. Наступление первого заморозка осенью 13-18 сентября.
Запасы продуктивной влаги в почве к началу вегетации под озимыми и яровыми культурами в метровом слое 145-170 мм. Наиболее низкие запасы влаги под сельскохозяйственными культурами отмечаются во второй половине июня - 77 мм/м. Осенью за счет дождей запасы воды увеличиваются, и в период перехода средней суточной температуры воздуха через +5С бывают от 95 до 150 мм/м.
Устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через +5С осуществляется в третьей декаде апреля. Переход температуры воздуха через +10С весной отмечается 12-14 мая.
По данным метеостанции г. Ялуторовска, среднемноголетнее количество осадков за период 1968-2006 гг. составило 412 мм, а за период активной вегетации 210 мм. Погодные условия за период исследований существенно варьировали относительно среднемноголетних данных (рис. 2).
В 1985 году было зарегистрировано минимальное среднегодовое количество осадков — 340 мм, что составляло 83% от среднемноголетних данных, а в 2006 г. этот показатель был равен 675 мм, что на 64% больше среднемноголетних значений и в 2 раза больше минимальных значений.
Количество осадков близкое к среднемноголетнему значению отмечалось за период 1968-2006 гг. 13 раз, что составило 34%. Остальные годы характеризуются превышением среднемноголетнего количества осадков более чем на 10%), за исключением 1987, 1990, 2002, 2004 и 2006 гг., где среднегодовое количество осадков на 43-64% превысило среднемноголетнее значение. Интенсивное снегонакопление наблюдалось в 1987, 1990 гг. Учитывая, что в мае испаряемость в эти годы составляла около 30,4 мм (0,lxZt 10 : 0,1x304), следовательно, остальная часть воды уходила в почву, промывая профиль на достаточно большую глубину. В эти же годы за период август-октябрь, выпало около 40% осадков от среднегодового количества осадков. Учитывая то, что испаряемость в этот период снижается, основное количество осадков уходило вглубь почвы, тем самым промывая профиль перед уходом в зиму. Следовательно, в эти годы водный режим складывался по типу промывного. В 2002, 2004 и 2006 гг. количество осадков превысило среднемноголетние значения на 63,8, 43,2 и 55,6%. Основное количество осадков в эти годы было в летний период, когда процессы испарения максимальны (условная испаряемость 167-212 мм за период май-август), а также проявлялись процессы десукции, поэтому промывания профиля не было, водный режим складывался по типу не промывного.
Среднегодовая температура за 38 лет была +1,8С, что на 0,6С больше среднемноголетнего значения +1,2С. Минимальная среднегодовая температура была зарегистрирована в 1969 году —1,8С, а максимальная в 1995 году -+4,1С(рис. 3).
Морфогенетические показатели чернозема выщелоченного
Введенное В.В. Докучаевым более 100 лет тому назад понятие о генетическом профиле почв как системе горизонтов А, В и С послужило методологической и методической основой для изучения почв как особых природных тел, образовавшихся на поверхности суши при взаимодействии компонентов живой и неживой природы.
Общепринято, что основным процессом в формировании черноземов является перегнойно-аккумулятивный, складывающийся под действием многолетних травянистых растений в условиях специфического гидротермического режима.
Чередование периодов увлажнения и иссушения почвы - причина вспышек и затухания деятельности мезо- и микроорганизмов. Это препятствует полной минерализации растительных остатков и способствует образованию и накоплению продуктов гумификации и устойчивых органо-минеральных соединений (Прасолов Л.И., 1939; Тюрин И.В., 1949).
Морфологические признаки чернозема выщелоченного в целинном состоянии, по результатам полученных исследований, соответствуют по основным параметрам данному подтипу Западно-Сибирской фации. В профиле исследуемого целинного чернозема выделяется гумусово-аккумулятивный горизонт мощностью 54-57 см, который достаточно ясно разделяется на две части: верхнюю - горизонт А и нижнюю - горизонт Bi (см. описание почвенного профиля разреза №1 на целине, стр. 54-56). Горизонт А характеризуется равномерной темно-серой, почти черной окраской и комковато-зернистой структурой. Горизонт Bi четко выражен, также равномерно прокрашен гумусом, но отличается появлением в окраске бурых оттенков и более плотной и крупной структурой, приближающейся к ореховато-комковатой. В этом горизонте поверхность структурных отдельностей заметно темнее их внутренней части. Горизонт В і постепенно переходит в горизонт В2, переход неровный, языковатый, гумусовые языки проникают до глубины 70-73 см, образуясь в результате заполнения морозобойных трещин осыпавшимся гумусовым горизонтом. Можно предположить, что эти два горизонта имеют разную генетическую природу: гумус верхней части гумусового профиля в основном образован на месте благодаря корневой системе многолетней травянистой растительности, по-видимому, в основном из слизистых корневых выделений, чем обусловлена зернистая и мелкокомковатая структура верхнего гумусового горизонта, которая сформировалась под влиянием этих жидких слизистых корневых выделений, о чем говорится еще в работах В.В. Герцык (1959), Е.А. Афанасьевой (1966).
Нижняя часть гумусового горизонта образуется в основном в результате водорастворимых гумусовых веществ, поступающих из верхних горизонтов, т.е. в образовании этой части гумусового горизонта значительную роль играют процессы вмывания гумусовых веществ.
Уровень залегания углекислых солей в данном черноземе понижен, поэтому между нижней границей гумусового и верхней границей карбонатного горизонтов отмечается устойчивый бескарбонатный, безгумусный горизонт Вг, мощностью 48-53 см, бурой окраски, с хорошо выраженной средне- и мелко-ореховатой структурой, с плотным сложением и блестящими темными аккумулятивными пленками на поверхности структурных отдел ьностей. Карбонатный горизонт Вк - светлобурый, менее плотный и крупно-комковатой структуры. Карбонаты характеризуются миграционными и мицелярными формами, представлены кальцитом, который характеризуется разнообразием форм, отражающих условия среды, в которой происходит его выделение, т.е. режим влажности, температуры, содержание углекислого газа, концентрация веществ в почвенном растворе, скорость испарения и трансформации и др. В данном черноземе карбонаты образуются за счет игольчатой формы по ходам корней и дождевых червей, а также в более мелких межагрегатных порах. Установлено, что игольчатый кальцит кристаллизуется из более разбавленных растворов, чем микрозернистый и при рНн2о близкой к 7 (6,6-6,8). Это особенно характерно для черноземов, в которых протекает интенсивная сезонная миграция карбонатов (Алексеев В.Е., 1970). Такая форма карбонатов приурочена к верхней и средней части карбонатного профиля, т.е. к зоне наиболее интенсивной миграции углекислых солей. К низу количество их резко уменьшается. В нижней части карбонатного горизонта и в нижних горизонтах почвенного профиля встречается микрозернистый кальцит, который составляет материал для формирования журавчиков и вертикальных прожилок длиной от 3 до 10 см при толщине 1-3 см, редко, разной величины желвачки и белоглазка. Максимум СаСОз, выражен слабо и в пределах всего горизонта карбонаты распределяются примерно равномерно. В нижней части редко встречаются марганцево-железистые вкрапления, эти новообразования свидетельствуют о наличии луговой стадии в развитии черноземов.
Сопоставляя результаты исследований 1968, 1990 и 2006 гг. строения почвенного профиля и морфологических признаков на целинном участке чернозема выщелоченного, существенных изменений не отмечается.
После распашки части целинного чернозема выщелоченного в 1968 году и дальнейшего его использования в пашне за период с 1968 по 2006 гг. отмечаются значительные изменения (см. описание почвенного профиля разреза № 1 и разреза №2 на целине и пашне, стр. 54-58). Распашка целинных почв обусловливает проявление деградационных процессов почвенного покрова (Севастьянов В.К., 2003; Солдатова Н.Г., Соловьева В.М., Пашнева Т.Л., Порядина Е.Л., 2003; Кальная О.И., 2004 и др.).
В период с 1968 по 1990 гг. мощность гумусо-аккумулятивного горизонта (А+Ві) сократилась на 7 см, что составляет 12,5% от мощности гумусо-аккумулятивного горизонта целинного чернозема 1968 г. Расчет показывает, что темпы деградации чернозема выщелоченного под пашней составили 0,3 см или 0,4% в год.
Структура и водопрочность почвенных агрегатов
Плодородие почв во многом обусловлено их структурно-агрегатным состоянием. Под структурой понимается пространственное дискретное распределение почвенных фазовых компонентов: твердых, жидких и газообразных - что в свою очередь определяет строение порового пространства почвы.
Тот или иной агрегатный состав является следствием какого-то определенного почвообразовательного процесса. В целинных почвах образование структуры обусловлено главным образом тремя факторами: механическим, физико-химическим и биологическим.
Как утверждает В.В. Медведев (1988), в формировании структурного состояния пахотных почв особая роль принадлежит сельскохозяйственной технике. С одной стороны, почвообрабатывающие орудия, активно воздействуя на почву, способствуют распаду почвенной массы на агрегаты, но с другой стороны, за счет физического давления машин и орудий происходит слипание и уплотнение почвы.
В то же время B.C. Цховребов (2003), анализируя результаты исследований, полученных на различных подтипах черноземов, утверждает, что уплотняющий эффект наблюдается только после прохода техники, а к моменту уборки происходит разуплотнение.
Со структурой твердой фазы почвы тесно связана структура порового пространства. В порах совершаются все физические, химические и биологические процессы. Поступающая вода перераспределяется по почвенному профилю и создает необходимые запасы для растений. Изменение структурно агрегатного состояния неминуемо отразится на инфильтрационной способности почвы. Результатом этого будет усиление или снижение водной эрозии. Увеличение размеров агрегатов также способствует защите плодородного слоя как от водной, так и ветровой эрозии.
Нельзя не отметить и тот факт, что структура влияет на прорастание семян, рост и распространение корней растений. В сущности, только через структуру можно управлять пористостью и протекающими в порах процессами.
Содержание агрономически ценных агрегатов (89,1%) в слое 0-30 см при сухом просеивании указывает на отличное агрегатное состояние целинного чернозема выщелоченного (Шеин Е.В., 2005), причем на протяжении всего периода исследований (табл. 4, прил. Г). Содержание наиболее ценных агрегатов (3-5 и 2-3 мм) в 1968 году составляло 16,7 и 23,3% соответственно, в то время как содержание частиц 10 и 0,25 мм составляло 3,1 и 7,8% соответственно. В последующие годы исследований варьирование содержания структурных агрегатов происходило лишь в диапазоне агрономически ценной структуры, что обусловлено незначительным увеличением гумуса в 1990 г. в 0-20 см слое.
Распашка целины и длительное сельскохозяйственное использование чернозема выщелоченного в пашне привело к ухудшению структурного состояния пахотного горизонта (0-30 см). За период с 1968 по 1990 гг. содержание агрономически ценных агрегатов снизилось до 69,3%, причем значительно увеличилось количество агрегатов меньше 10 мм - 24,1%, тогда как на целине -2,8%. Этот факт можно объяснить ухудшением влажности почвы, вследствие ее многократных обработок, которые иссушают верхний слой почвы, тем самым, создавая благоприятные условия для глыбообразования. Максимальному разрушению под действием длительного сельскохозяйственного воздействия подверглись частицы размером от 1 до 5 мм. Количество же микроагрегатов меньше 0,25 мм за данный период не увеличилось. Несмотря на произошедшие изменения, структурное состояние почвы по-прежнему оценивается как отличное.
Для изучения скорости процесса ухудшения агрегатного состояния почвы можно провести условный расчет снижения агрономически ценных агрегатов: за период с 1968 по 1990 гг. содержание частиц 0,25-10 мм снизилось на 19,8%, то есть 0,94% в год; за период с 1990 по 2006 гг. на 0,1% за 1 год. Это указывает на то, что процесс изменения структуры в первые годы проходит наиболее интенсивно и с годами постепенно снижает свои темпы. Для оценки структурного состояния почвы использовали коэффициент структурности (Кс) - отношению между суммой агрономически ценных и неценных агрегатов. При Кс 1 почва структурная, при Кс 1 - слабооструктурен-ная, при Кс 0,3 - бесструктурная (Шеин Е.В., 2005).
В наших исследованиях Кс целинного чернозема в слое 0-30 см составил 7,9-8,2 и практически не изменялся по годам. Освоение целины: введение зер-нопропашного севооборота, отвальная система основной обработки почвы, внесение органических удобрений (50 т/га), минеральных удобрений (аммиачная селитра - 7 000, двойной суперфосфат - 2 000, калийная соль - 1 233 кг/га) привело за период 1968-1990 гг. к снижению коэффициента структурности чернозема выщелоченного до 2,3, что в 3,6 раза меньше целинного участка (рис. 7).
Помимо «сухого» агрегатного анализа, отражающего количественные показатели, необходим анализ водопрочности структурных агрегатов, который является качественным показателем структурно-агрегатного состояния почвы. Содержание водоустойчивых агрегатов целинного чернозема в 1968 г. в слое 0-30 см достигает 76,6%, что указывает на его отличную водопрочность (табл.5, прил. Д). В результате естественной эволюции агрегатный состав исследуемого чернозема за период 1968-2006 гг. в слое 0-30 см существенно не изменился.
Длительное сельскохозяйственное использования чернозема выщелоченного в пашне повлияло на водопрочность почвенных агрегатов. К 1990 г. содержание агрономически ценных агрегатов в слое 0-30 см снизилось до 65,5%, причем наиболее сильно снизилась водопрочность самых ценных агрегатов (3-5 мм). Содержание частиц, размером менее 0,25 мм, увеличилось до 17,7%, в то время как на целине в этот же год их было 8,9, то есть в 2 раза меньше. Данный факт объясняется ухудшением физико-химических свойств пахотного горизонта чернозема выщелоченного.
Таким образом, структура и водопрочность почвенных агрегатов чернозема выщелоченного в результате естественной эволюции за 38 лет не изменились по всему почвенному профилю. Распашка целины и длительное использование под пашню привело к резкому увеличению агрегатов 10 мм за счет снижения агрономически ценной структуры. Водопрочность агрегатов 10-0,25 мм снизилась до 65,6% за 22 года использования пашни с момента распашки целины. В дальнейшем снижения водопрочности не происходило.
