Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Объекты и методы исследований 10
Глава 2. Почвенно-мелиоративные условия степной зоны Пре-далтайской провинции
2.1. Факторы почвообразования засоленных почв 18
2.2. Почвенный покров районов распространения засоленных почв и принципы их мелиорации 35
Глава 3. Продуктивность многолетних трав и факторы, определяющие ее на почвах солонцово-солончаковых комплексов
3.1. Причины различной степени угнетения растений при хлоридно-сульфатном и сульфатно-хлоридном типах искусственного засоления 53
3.2. Факторы, определяющие продуктивность многолетних трав на засоленных почвах 64
3.3. Урожайность многолетних трав в зависимости от почвенного засоления 76
3.4. Шкала солеустойчивости многолетних трав для почв сульфатного типа засоления 96
3.5. Продуктивность многолетних трав и факторы, определяющие ее на почвах солонцовых комплексов 106
Глава 4. Обоснование путей повышения плодородия солонцовых почв
4.1. Опыт мелиорации солонцов в Алтайском крае 122
4.2. Модели плодородия мелиорированных солонцов и обоснование путей управления воспроизводством их плодородия 128
4.3. Некоторые пути регулирования плодородия солонцово-солончаковых комплексов 164
Глава 5. Химический состав многолетних трав в условиях хло-ридно-сульфатного засоления почв
5.1. Зависимость между содержанием засоляющих ионов в системе почва-растения 186
5.2. Закономерности биологического поглощения засоляющих ионов растениями 202
5.3. Роль многолетних трав в выносе минеральных элементов из засоленных почв 214
5.4. Влияние хлоридно-сульфатного почвенного засоления на биохимический состав сена многолетних трав 218
Глава 6. Фитомелиорация засоленных почв
6.1. Влияние многолетних трав на физические свойства засоленных почв 233
6.2. Влияние многолетних трав на водный режим засоленных почв 239
6.3. Влияние многолетних трав на солевой режим засоленных почв 247
6.4. Роль многолетних трав в биологическом круговороте солей в почвах 264
Выводы и предложения 271
Список литературы 276
Приложения , 306
- Почвенный покров районов распространения засоленных почв и принципы их мелиорации
- Факторы, определяющие продуктивность многолетних трав на засоленных почвах
- Продуктивность многолетних трав и факторы, определяющие ее на почвах солонцовых комплексов
- Закономерности биологического поглощения засоляющих ионов растениями
Введение к работе
Актуальность темы. Засоленные почвы занимают в мире громадные площади, около 25 % всей поверхности суши. В бывшем СССР засолению подвержено около 10 % всей территории, а в ряде областей России и стран СНГ засолено до 90 % всей орошаемой площади (Строгонов, 1962). В России наибольшее распространение засоленные почвы получили в Поволжье и Западной Сибири, где их площади составляют 11,6 и 10,2 млн. га. соответственно. Отличаясь низкой продуктивностью, они служат резервом для улучшения кормовой базы животноводства и увеличения производства зерна, что ставит проблему их улучшения как одну из важных государственных задач.
В левобережной части Алтайского края общая площадь засоленных почв составляет около двух миллионов гектаров. Они представлены комплексами солонцов и солонцеватых почв, а также черноземно-луговыми разной степени засоления почвами и солончаками, которые приурочены преимущественно к нижним террасам рек, озер и долин древнего стока.
Значительные площади засоленных почв используются в сельском хозяйстве в полевых и кормовых севооборотах или как сенокосные и пастбищные угодья. Естественная продуктивность их низкая и составляет 2-6 ц/га сена. Повышение эффективности их использования в сельском хозяйстве, в первую очередь, связано с их мелиорацией. К настоящему времени в крае разработаны приемы мелиорации солонцов с применением химических и агротехнических методов, что значительно увеличивает их производительность. Однако и после проведенных мелиоративных мероприятий продуктивность мелиорированных почв долгое время остается ниже, чем на зональных почвах. Это ставит задачу регулирования плодородия мелиорированных солонцовых почв научно-обоснованными методами, одним из которых является подбор соле- и солонце-устойчивых культур и сортов, обладающих высокой продуктивностью и фито-мелиорирующими способностями.
Теоретической основой для химической и биологической мелиорации за-
соленных почв являются модели плодородия, составляемые на основе изучения роли почвенных факторов в формировании урожайности возделываемых культур и вычленения факторов, лимитирующих их рост и развитие, что позволит обоснованно разрабатывать мероприятия по повышению их плодородия.
Для теоретического обоснования биологической мелиорации засоленных
почв необходимо изучение химического состава растительности, ее влияние на
физические свойства почв и изучение роли в водном и солевом режимах. Несмотря на противоречивость толкования роли растительности в почвообразовании засоленных почв, большинство исследователей (Орловский, 1964; Бегучев, 1969, 1974; Волков, 1969; Забелый, 1974; Пак, 1975; Кирюшин, 1976; Корсакова, Трофимов, 1980; Курсакова, 1983 и др.) склоняются к выводу об активном участии многолетних трав в трансформации засоленных почв в почвы элюви-
^ ального ряда, вследствие способности их корневых систем обогащать почвы
биогенным кальцием, изменяя соотношение солей в пользу менее физиологически вредных. В условиях Алтайского края комплексных работ по научно-обоснованному подбору солеустойчивых и солонцеустойчивых культур, разработка моделей плодородия для них, а также изучение их фитомелиорирующих
'* способностей для оценки их роли в почвообразовании не проводилось.
Тема исследований являлась составной частью научно-технического за
дания 0.51.01.(СЭВ) «Разработать комплексные мероприятия, направленные на
эффективное использование земельных ресурсов, на охрану и повышение пло
дородия почв» (гос.рег.№79073788 и 79073789) и 0.51.06.02 «Разработать
приемы повышения эффективности мелиорации засоленных земель и солонцов
(гос.рег.№01.83.0045252).
Цель и задачи исследований. Целью исследований является изучение
продуктивности многолетних трав в условиях засоления и солонцеватости, изучение их химического состава в системе почва-растения, создание моделей плодородия засоленных почв, обоснование возможностей и эффективности химической и биологической мелиорации и путей регулирования плодородия почв солонцово-солончаковых комплексов.
В задачи исследований входило:
изучить роль почвенных факторов в формировании продуктивности многолетних трав на засоленных почвах и выявить факторы, ограничивающие плодородие солонцовых и солончаковых почв;
разработать региональные шкалы соле- и солонцеустоичивых культур для создания высокопродуктивных агроценозов на засоленных мелиорированных и немелиорированных почвах в богарных условиях;
разработать модели плодородия и прогнозирования урожайности для наиболее устойчивых урожайных многолетних трав и однолетних культур;
изучить особенности формирования химического состава растений и оценить их участие в биологическом круговороте веществ на засоленных почвах и роль в соленакоплении почвогрунтов;
изучить роль многолетней травянистой растительности в изменении физических свойств, в водном и солевом режимах засоленных почв и дать научно обоснованный подход для разработки приемов их биологической мелиорации.
Научная новизна. Впервые проведена оценка на соле- и солонцеустой-чивость большого набора многолетних и однолетних культур, установлены пределы биологической и агрономической солеустойчивости и составлены группировки солеустоичивых и солонцеустоичивых растений для условий степной зоны Предалтайской провинции.
Выявлены причины разной степени угнетения растений при искусственном хлоридно-сульфатном и сульфатно-хлоридном типах засоления.
С помощью информационно-логического метода анализа установлена доля влияния отдельных почвенных свойств в формировании урожайности многолетних трав на солончаках и солонцах. Доказано, что основными лимитирующими продуктивность культур факторами на солонцах являются недостаточное содержание кальция и избыточное обменного натрия, на солончаках -степень засоления и качественный состав засоляющих ионов. Разработаны модели плодородия мелиорированных солонцов и на их основе методы регулирования их плодородия, теоретические основы химической мелиорации.
Проведена фитомелиорирующая оценка ряда многолетних культур, установлено их положительное влияние на физические свойства засоленных почв, на процессы рассоления верхней толщи почвы за счет иссушения, «солевой вентиляции», биогенного накопления кальция. Для создания высокопродуктивных сенокосов и пастбищ на засоленных почвах из местного экотипа создан сорт ломкоколосника ситникового «Гуселетовский», который прошел сортоиспытание и включен в Государственный реестр в 1988 году.
На защиту выносятся:
Виды и сорта высокопродуктивных многолетних трав для почв солон-цово-солончаковых комплексов;
Модели плодородия черноземно-луговых засоленных почв и мелиорированных солонцов для многолетних трав и однолетних культур;
Мелиоративная оценка многолетних трав на засоленных почвах.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
Теоретическая и практическая ценность работы заключается в возможности использования результатов исследований в экологически рациональной мелиорации солонцов на основе разработки моделей плодородия этих почв, где основная роль отводится многолетней травянистой растительности, подбору наиболее устойчивых к засолению и солонцеватости почв высокоурожайных в данном регионе культур, как традиционно возделываемых, так и новых кормовых культур интенсивного типа, отзывчивых на приемы регулирования их продуктивности.
Разработанные на основе изучения соле- и солонцеустойчивости большой
коллекции многолетних трав региональные шкалы позволяют дать основу для освоения засоленных почв разной степени засоления и солонцов различными культурами как для полевого так и лугового травосеяния.
Теоретические разработки, научные и производственные опыты использованы для составления региональных рекомендаций, которые широко внедряются в производство: «Многолетние травы для освоения засоленных почв» (1978), «Мелиорация и пути сельскохозяйственного использования солонцов в Алтайском крае» (1985). Внедрение в производство разработанных приемов мелиорации позволяет повысить их продуктивность в 2-6 раз в зависимости от уровня плодородия солонцов.
Созданный при участии автора сорт ломкоколосника ситникового «Гусе-летовский» районирован в Алтайском крае с 1988 года. Посевы его внедрены во многих хозяйствах Романовского, Мамонтовского и Родинского районов для создания культурных сенокосов и пастбищ. Семеноводством этого сорта занимается научно-производственная система «Освоение солонцов».
Результаты исследований по мелиорации солонцов используются в учебных курсах почвоведения и кормопроизводства для подготовки специалистов агрономического профиля в средних и высших аграрных учебных заведениях Алтайского края.
Апробация. Основные положения работы были доложены на всесоюзных совещаниях по мелиорации солонцов (Волгоград, 1979; Целиноград, 1980), на научно-методических и координационных советах ВАСХНИЛ по проблемам мелиорации солонцов (Москва, 1982; 1985), на региональной научной конференции по вопросам химизации сельскохозяйственного производства Западной Сибири (Барнаул, 1981), на научно-практических конференциях Алтайского государственного аграрного университета (1982-2003), на международной юбилейной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве» (Барнаул, 2003), на XI съезде русского ботанического общества (Новосибирск-Барнаул, 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 научных работы
общим объемом 24 п.л., в том числе одна монография, 3 практические рекомендации, имеется авторское свидетельство №4374 на сорт ломкоколосника ситникового «Гуселетовский».
Структура работы и личный вклад соискателя. Диссертация изложена на 340 страницах машинописного текста, содержит 96 таблиц, 17 рисунков, состоит из введения, шести глав, выводов, рекомендаций, списка использованной литературы из 323 наименований.
В настоящей работе обобщены результаты исследований, выполненные автором в 1973-2003 годах в Проблемной научно-исследовательской лаборатории по разработке приемов мелиорации засоленных почв при Алтайском государственном аграрном университете. Основные полевые исследования проведены на территории землепользования совхоза «Гуселетовский» Романовского района Алтайского края. Автор непосредственно принимала участие во всех экспериментальных исследованиях, ей принадлежит теоретическое обобщение литературных источников, обработка и интерпретация аналитических материалов, теоретические выводы и предложения производству. Часть материалов получена при проведении совместных исследований с соавторами опубликованных работ: И.Т.Трофимовым, Ю.А.Гладковым, Е.Я.Ожгибицевой, Л.И.Вялковой, В.Т.Усолкиным. Всем им автор выражает глубокую признательность.
Автор глубоко и искренне благодарен доктору сельскохозяйственных наук, профессору Ивану Тимофеевичу Трофимову за реальную помощь в проведении полевых исследований и за ценные советы и рекомендации при написании данной работы.
Почвенный покров районов распространения засоленных почв и принципы их мелиорации
Предалтайская провинция характеризуется значительным распространением в почвенном покрове засоленных почв, большая часть которых представлена солонцами и их комплексами. Общая площадь засоленных почв составляет 1935 тыс. га или 23 процента от общей площади земельных угодий (Трофимов и др., 1980)(табл. 2J2.1). Засоленные почвы распространены преимущественно в черноземной зоне и зоне каштановых почв. В зоне черноземов засоленные почвы сформировались в разнообразных экологических условиях: по террасам рек и озер, долинам древнего стока, а в предгорьях Алтая - по склонам сопок.
По данным Т.Ф.Варфоломеевой и Я.Г.Баркана (1974) наибольшее распространение засоленные почвы имеют в подзоне черноземов южных, где они занимают 27,7 процентов от площади землепользования всех хозяйств. Из них на долю солонцеватых почв приходится 76,4 процента, а солончаков и солонча-коватых почв 23,6 процентов от всех засоленных угодий (табл. 2J2..2).
Центральная часть подзоны черноземов южных представляет равнину, разрезанную долинами древнего стока, с большим количеством пресных и соленых озер.
Почвенный покров подзоны характеризуется большой комплексностью. Зональным типом почв являются черноземы южные, сформированные на повышенных элементах рельефа в условиях автоморфного типа водного режима с хорошей отточностью пресных и слабоминерализированных грунтовых вод. По террасам степных рек и соленых озер, а также на террасированных склонах долин древнего стока, сформировались черноземно-луговые почвы разной степени солонцеватости и засоления (Александрова, Базилевич и др., 1958), распространение которых находится в соответствии со степенью и характером засоления грунтовых вод (Панин и др., 1977). Значительные их площади входят в пашню, но большая часть составляет почвенный покров естественных кормовых угодий.
Эффективность использования засоленных почв и принципы их мелиорации зависят от генетических особенностей этих почв и связаны в первую очередь с рельефом, растительностью, глубиной залегания грунтовых вод, оказывающих влияние на структуру почвенного покрова каждого комплекса.
Почвенный покров исследуемой территории отличается высокой сложностью и представлен формациями с ведущей ролью комплексов (Трофимов и др., 1983). Эти комплексы дифференцированно солонцово-солончаковые с водно-миграционным характером перемещения масс между компонентами структур почвенного покрова (СПП). Основным фактором дифференциации почвенного покрова на равнине является микрорельеф, как перераспределитель влаги и растворенных веществ.
Солонцовые комплексы преимущественно хлоридно-сульфатного и сульфатного типов засоления имеют хорошо выраженный микрорельеф. Микроповышения заняты солонцами корковыми, а микропонижения - солонцами глубокими и черноземно-луговыми солонцеватыми почвами. При содовом типе засоления закономерность распространения солонцов по рельефу иная: микропонижения заняты солонцами корковыми, а микроповышения - солонцами глубокими и солонцеватыми почвами (Трофимов и др., 1976; 1978). Борта микросклонов заняты солонцами средними. Однако, в подзоне черноземов южных на супесчаных породах в условиях высокого стояния грунтовых вод существуют комплексы с распределением почв по микрорельефу, как и в условиях сульфатного засоления (Трофимов, Гладков и др., 1983).
Особенно заметно проявляется роль микрорельефа на молодой поверхности, недавно являющейся дном озера. При отмывке солей по микрозападинам и потяжинам из сульфатных солончаков формируются солонцы по теории К.К. Гедройца (1955). Наиболее сильно этот процесс происходит в весеннее время при участии мощных потоков талых вод, летом - в период ливневых дождей.
Значительное влияние на структуру почвенного покрова оказывает мезорельеф. По мере возрастания относительных отметок высоты местности при переходе к каждой последующей террасе уменьшается степень гидроморфно-сти почв и нарастает их остепненность. В составе комплексов увеличивается доля полуавтоморфных и автоморфных почв. Закономерности в изменении со- става СПП прослеживаются как в сухостепной, так и в степной зонах края.
На террасах рек и озер и террасированных склонах ложбин древнего стока формируются определенные серии микроструктур, представленные комплексами, которые можно выделить как элементарные почвенно-сельско-хозяйственные ареалы (ЭПСХА). Выделенные ареалы являются природно-хозяйственными группами, имеющими сходную агропроизводственную оценку, пути мелиорации и сельскохозяйственное использование (Трофимов и др., 1983).
На террасах рек Оби и Алея солонцы сформировались на аллювиальных лессовидных суглинках верхне-четвертичного возраста под влиянием пульсирующего действия слабоминерализованных содовых почвенно-грунтовых вод. Источником соды на террасах рек Оби, Алея и Кулунды, а также по долинам древнего стока Барнаульской и Касмалинской являются глубинные гидрокарбонатные воды, поступающие в грунтовые при разгрузке их в долинах этих рек и по тектоническим разломам. В этих условиях на нижних террасах сформировались солонцы луговые многонатриевые содового засоления (Трофимов и др., 1980). Остепняющиеся солонцы третьих и четвертых террас мало- и среднена-триевые сульфатного или хлоридно-сульфатного засоления. Детальное исследование структуры почвенного покрова (СПП) на террасах реки Алей в Поспелихинском районе (Трофимов и др., 1983) позволило выделить три серии микроструктур, имеющих схрдную агропроизводственную оценку и пути мелиорации.
На первой надпойменной террасе реки Алей серия структур представлена комплексом луговых солончаковых почв и солонцов луговых. Фоновой почвой является солонец луговой мелкий солончаковый. Сложность почвенного покрова очень высокая и составляет 6300 единиц. В настоящее время этот комплекс используется как экстенсивное пастбище. Ввиду сильного засоления такие комплексы коренному улучшению не подлежат, основным путем повышения урожайности кормовых угодий на этих почвах является правильный паст-бищеоборот и поверхностное улучшение. На второй надпойменной террасе серия микроструктур представлена ареалами ЭПА солонцов мелких (30%), средних (34%), черноземно-луговых, черноземно-луговых осолоделых почв и глубоких солонцов. ЭПА почв комплекса чаще вытянутой струйчатой формы, что связано с проявлением струйчатой эрозии. При неправильном освоении таких комплексов возможно развитие водной эрозии.
Факторы, определяющие продуктивность многолетних трав на засоленных почвах
Продуктивность растительного покрова на засоленных черноземно-луговых почвах и солончаках определяется комплексом взаимосвязанных факторов, важнейшими из которых являются содержание легкорастворимых солей и их состав. Для правильного выбора путей мелиорации этих почв и подбора культур с целью улучшения кормопроизводства на них необходимо из всего комплекса факторов вычленить те свойства, которые оказывают наибольшее влияние на продуктивность растений, установить долю влияния каждого отдельно взятого почвенного фактора на величину урожая. Это позволит прогнозировать урожайность травостоя в каждых конкретных почвенных условиях и научно подойти к разработке приемов повышения плодородия засоленных почв. На засоленных почвах до настоящего времени подобных исследований проведено сравнительно мало. Поэтому данная проблема явилась целым научным направлением в Проблемной лаборатории по химической и агротехнической мелиорации солонцов при Алтайском государственном аграрном университете. Основные исследования ранее были выполнены преимущественно на со-лонцах (Орловский, 1934; Базилевич, 1965; Витман, Позднякова, 1968; Папен-ко, 1979; Усолкин,Трофимов, 1979; Гладков/Грофимов, 1980). Авторами установлено, что продуктивность естественных ценозов на солонцах определяется мощностью надсолонцового горизонта, глубиной залегания солевого максимума, содержанием солей и их качественным составом. Установленные авторами зависимости найдены преимущественно методом парной корреляции и регрессии (Базилевич, 1965; Витман, Позднякова, 1968; Усолкин, 1979), что не отражает реальной природной обстановки, вследствие взаимосвязи многих изучаемых факторов; или методом многофакторного корреляционно-регрессионного анализа (Папенко,1979; Гладков, Трофимов, 1980),который позволяет рассматривать изучаемые свойства в их взаимосвязи. Однако наличие криволинейных связей между многими свойствами почв и урожайностью культур затрудняет использование этого анализа для установления зависимостей между урожайностью и совокупностью свойств почв.
Поэтому в своих исследованиях мы применили метод информационно-логического анализа, являющийся более универсальным и применяемый без ограничений, накладываемых на материал при корреляционном методе. Этот метод впервые использовали Ю.Г.Пузаченко и А.В.Мошкин (1969) в медико-географических исследованиях. В Алтайском крае информационно-логический метод широко используется для изучения факторов плодородия черноземных (Бурлакова, 1975 и др.) и засоленных почв (Трофимов, Курсакова, 1987). Информационно-логический анализ позволяет установить степень связи между явлениями, вычленить действие каждого фактора путем установления специфичных состояний и построить информационно-логическую формулу урожайности на основе взаимодействия почвенных факторов. Для выявления роли почвенных факторов в формировании урожайности культур на засоленных почвах был поставлен вегетационный опыт с использованием черноземно-луговых почв разной степени засоления хлоридно-сульфатного типа из пахотных горизонтов почв района исследований (террасы оз. Горькое), всего 41 образец. Изучали влияние на урожайность средних по солеустойчивости культур - люцерны Флора и регнерии волокнистой - следующих почвенных факторов: уровня токсичного почвенного засоления (сумма токсичных ионов), токсичного содержания ионов сульфата, хлора, натрия, обусловливающих качество засоления, содержание гумуса, подвижных форм питательных веществ (NPK) и реакции среды (рНв). Для выявления связей между почвенными факторами и величинами урожая составляли таблицы условных распределений значений урожая, взятых с шагом 0,15 г/сосуд, рассчитанным по формуле (Доспехов, 1973) : Факторы в свою очередь разбивали на ранги, величина шага которых определялась на основе классификации свойств, принятых в почвенной литературе. Степень влияния каждого параметра на изучаемое явление устанавливали при помощи коэффициента эффективности передачи информации - К. Чем больше величина коэффициента, тем сильнее влияние параметра в формировании урожайности. Величина полученного в результате информационного анализа коэффициента К позволила установить, что главными факторами, определяющими продуктивность люцерны «Флора» и регнерии волокнистой в условиях вегетационного опыта являются: содержание токсичных солей, их качественный состав и реакция среды. Влияние свойств почв, определяющих почвенное плодородие, на величину урожая в условиях засоления значительно ослаблено (табл.3.2.1). Проведенный анализ показал, что действие изученных факторов на урожайность этих видов несколько отлично, в частности, на формирование урожайности регнерии большее влияние оказывает содержание ионов хлора и подвижного азота, что связано, по-видимому, с разной биологией этих двух видов из разных семейств.
Продуктивность многолетних трав и факторы, определяющие ее на почвах солонцовых комплексов
Среди засоленных почв в Алтайском крае значительные площади представлены солонцами, солонцеватыми почвами и комплексами солонцовых почв. Большей частью они заняты под кормовые угодья, но часть их распахана в годы целины и используется в севооборотах. Урожайность естественного травостоя и пятен солонцов в пашне очень низкая и неустойчивая по годам. Поэтому использование их в сельскохозяйственном производстве невозможно без коренного улучшения их свойств. К настоящему времени в крае достаточно полно разработаны приемы мелиорации солонцовых почв с применением как химических, так и агротехнических методов. Наряду с коренной мелиорацией большое значение имеют и приспособительные мероприятия, в числе которых основная роль принадлежит залуженню солонцов наиболее соле- и солонцеустойчивыми травами, обладающими мелиорирующими воздействиями на почву. Для правильного подбора устойчивых культур-фитомелиорантов для освоения солонцовых почв необходимо установить причины угнетения растений на солонцах и изучить роль свойств солонцовых почв в формировании урожайности возделываемых на них разных культур с различной биологией, что позволит управлять этими факторами и плодородием этих почв в целом.
Подобные исследования дают теоретическое обоснование приемов мелиорации солонцовых почв и возможность для прогноза урожайности их травостоя. Из литературных источников следует, что причины угнетения растений на солонцах разнообразны. Этой сложной проблеме посвящено большое количество отечественных и зарубежных исследований. И.Н.Антипов-Каратаев (1953) угнетение растений на солонцах объясняет «физиологической солонце-ватостью», которая включает высокую концентрацию почвенного раствора, недостаток в нем элементов питания, высокую щелочность, и «физическую со-лонцеватость», которая обусловлена отрицательными водно-физическими, физическими и технологическими свойствами. Е.И.Ратнер (1950) на основе лабораторных опытов делает вывод об угнетении растений на солонцах от недостатка кальция. Н.В.Орловский (1955) и Л.Я.Мамаева (1965) видят причину этого явления в повышенном содержании обменных натрия и магния. Б.И.Лактионов (1960) и В.И.Тарвердян (1976) считают основным фактором, определяющим угнетение и гибель растений на солонцах - токсичное действие обменного натрия. К.Б.Блэк (1973) указывает на тройственную роль натрия в недостатке кальция и магния. Во-первых, при большом процентном содержании натрий сравнительно непрочно удерживается в обменной форме и переходит в раствор. Во-вторых, при высоких значениях рН, обусловленных избытком обменного натрия, в отсутствии солей в почвенном растворе образуются ионы бикарбоната и карбоната, которые осаждают кальций и магний в форме карбонатов. В-третьих, при определенных условиях, когда поглощение кальция и магния затрудняется, вместо них поступает натрий. Угнетение растений на солонцах связано также с их отрицательными физическими свойствами, высокой плотностью, сильным коркообразованием, малой подвижностью почвенной влаги, низким уровнем минерального питания и другими свойствами. Для установления степени влияния почвенных свойств солонцов в формировании урожайности многолетних трав и изучении их солонцеустойчивости мы провели серию вегетационных и полевых опытов (Трофимов, Курсакова, Гладков, 1985). Солонцеустойчивость многолетних трав была изучена в вегетационном и полевом опытах с теми видами, которые показали сравнительно высокую соле-устойчивость в предыдущих испытаниях, всего 27 видов. Вегетационный опыт проводили в двухлитровых сосудах с пахотным слоем освоенного солонца, состоящего из смеси гор. А и Вь с содержанием гумуса 3,86%, обменного натрия - 43%, водорастворимых солей 0,15%, рН=9,11. Контролем служил пахотный слой чернозема южного с содержанием гумуса 4,01%, обменного натрия - 1,5%от емкости. Влажность почвы поддерживали на уровне 70% от полевой влаго-емкости. В сосудах после появления всходов оставляли по пять растений. Урожайность яровых убирали в начале цветения, озимых - при нарастании максимальной массы. Повторность опыта двукратная. Математическая обработка результатов проведена по Б.П.Доспехову (1973). Для определения солонцеустойчивости в полевых условиях многолетние травы высевали на солонце корковом с содержанием обменного натрия 58% и на лугово-черноземной почве. Площадь делянок 2м2, повторность трехкратная. Первый учет урожая проводили в период цветения, второй - по мере отрастания отавы. За развитием растений и их урожайностью наблюдали в течение трех лет. Степень солонцеустойчивости устанавливали в процентах снижения урожайности на солонце от урожая на черноземной почве. Результаты вегета- ционного и полевого опытов представлены в таблицах 3.5.1 и 3.5.2. По результатам вегетационного опыта установлено, что в условиях благоприятного увлажнения урожайность бескильницы тончайшей, ячменя Богдана на солонце даже увеличивается, а ячменя короткоостистого падает незначительно (на 4%) по сравнению с черноземной почвой. Солонцеустойчивость этих трех видов очень высокая, как и солеустойчивость при хлоридно-сульфатном засолении, поэтому необходимо создавать сорта этих видов и внедрять их в производство. У 16 видов урожайность на солонцах падает до 75-50% (табл. 3.5.1). Эту группу мы отнесли к среднеустойчивым. Сюда вошли широко известные злаковые и бобовые травы, как кострец безостый СибНИИСхоз 189, регнерия волокнистая Омская, волоснец сибирский Гуран и другие. В эту же группу, по данным вегетационного опыта, вошел и ломкоколосник ситниковый. Однако, в полевых условиях его солонцеустойчивость на протяжении трех лет была выше 80% (табл. 3.5.2), поэтому его следует отнести в первую группу высокоустойчивых растений. Волоснец сибирский Гуран в вегетационном опыте, а также по данным Н.В.Орловского (1955), при благоприятном увлажнении относится к высокосолонцеустойчивым растениям. Однако, в условиях полевого опыта засушливой степи его солонцеустойчивость значительно ниже.
Закономерности биологического поглощения засоляющих ионов растениями
Для оценки роли многолетних трав в биологической мелиорации и эволюции засоленных почв необходимо изучить их участие в биологическом круговороте засоляющих ионов, установить количественное потребление каждого элемента разными по солеустойчивости растениями. Установление закономерностей биологического поглощения засоляющих ионов многолетними травами в условиях экстремального для каждого вида порогового засоления дает возможность более полно оценить механизм адаптации гликофитов к засоленности почв и дать теоретическое обоснование для подбора культур-освоителей для засоленных угодий. Исследования по изучению химического состава растений проводились на черноземно-луговых почвах хлоридно-сульфатного типа засоления в совхозе «Гуселетовский» Романовского района на посевах многолетних трав второго-третьего годов жизни при изучении их солеустойчивости (Курсакова, Трофимов, 1982). Из солеустойчивых трав исследовали бескильницу тончайшую, ячмень короткоостистый, ломкоколосник ситниковый и донник белый, из средне-устойчивых - житняк ширококолосый, кострец безостый СибНИИСхоз 189, регнерию волокнистую, волоснец сибирский, люцерну Оранжевую 115, лядве-нец рогатый, из слабоустойчивых - овсяницу луговую и клевер розовый. Для установления закономерностей поглощения засоляющих ионов нами был рассмотрен химический состав золы многолетних трав на незасоленной почве и в условиях критического для каждого вида засоления (табл. 5.2.1). Продуктивность многолетних трав на засоленных почвах в значительной мере зависит от их солеустойчивости. Чем выше солеустойчивость растений, тем меньше снижается продуктивность трав. Наиболее продуктивны на незасо-ленных почвах ломкоколосник ситниковый, житняк ширококолосый, кострец безостый СибНИИСхоз 189, люцерна
Оранжевая 115 и регнерия волокнистая. Галофиты - бескильница тончайшая и ячмень короткоостистый - даже на незаселенных почвах не отличаются высокой урожайностью. При пороговом засолении относительно высокая продуктивность сохраняется у бескильницы тончайшей, ломкоколосника ситникового, люцерны Оранжевой 115, регнерии волокнистой. Продуктивность остальных видов в этих условиях невысокая. Содержание золы в надземной массе культурных многолетних трав колеблется в широких пределах (7,8-17,0%), причем для многих видов характерно повышение общей зольности на сильнозасоленной почве (Курсакова, 2002). К ним относятся донник белый, лядвенец рогатый, клевер розовый, регнерия волокнистая, волоснец сибирский, овсяница луговая. В эту группу вошли растения, различные по солеустойчивости. Следовательно, какой-либо закономерности изменения содержания золы в зависимости от солеустойчивости растений не наблюдается. Увеличение общей зольности незначительное, не более чем на 25% от зольности растений на незасоленной почве. Аналогичные результаты получены и другими исследователями (Бойко, 1969; Удовенко, Иванов, 1963; Гусейнова, 1970; Тарвердян, 1972; Азимов, 1973). По данным зольного состава растений были построены биологические ряды поглощения засоляющих ионов для каждого вида (в процентах от массы сырой золы), отражающие характер избирательного поглощения элементов растениями на незасоленной почве и в условиях засоления (табл. 5.2.2). Полученные результаты свидетельствуют о значительной связи химического состава изучаемых видов многолетних трав с принадлежностью к семейству и об отсутствии связи с их солеустойчивостью. Для большинства злаковых культур характерно превалирующее накопление ионов калия и хлора. Доля их в составе золы колеблется в пределах 33-45%, для овсяницы луговой - 24 %. Значительное участие хлора в золе злаковых трав является, по-видимому, результатом их длительной предшествующей эволюции в условиях засоления. Кальций в золе злаковых культур играет незначительную роль. Его содержание колеблется в пределах 2,8-6,0% от веса золы, причем минимум наблюдается у со-леустойчивого ломкоколосника ситникового, максимум - у слабоустойчивой овсяницы луговой. Для бобовых культур характерно высокое содержание калия и кальция, доля которых в золе аналогична содержанию калия и хлора у злаковых. Участие хлора в золе бобовых трав незначительное, от 3,6% у донника белого до 10,2% у клевера розового. Для растений обоих семейств характерно низкое содержание натрия (0,2-0,9% от веса золы) и магния. Из гликофитов лишь лядве-нец рогатый отличается более высоким содержанием натрия - 1,4%. Сульфат-ион занимает промежуточное положение между элементами с высоким и низким содержанием в обеих группах. Биологический ряд поглощения химических элементов галофитами (бес-кильница тончайшая и ячмень короткоостистый) иной. Если у гликофитов первое место в ряду поглощения как по абсолютному, так и по относительному содержанию занимает калий, то у галофитов на первый план выходит хлор, а калий отходит на второе место, хотя его доля в составе золы остается высокой. По Таблица 5.2.1.
