Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Объект и методика исследований 11
Объект и его географическое положение 11
Природные условия 13
Особенности хозяйственной деятельности 25
Почвы и почвенный покров 38
Методика исследований 47
ГЛАВА II. Теоретические предпосылки устойчивого и экологического земледелия 52
Принципы, предпосылки и история ведения устойчивого земледелия 53
Состояние и концепция современного земледелия 62
Глава III. Почвенно-экологическое состояние пахотных почв 68
Дерново-подзолистые почвы 68
Серые лесные почвы 74
Светло-серые лесные почвы 75
Серые лесные почвы 82
Темно-серые лесные почвы 87
Черноземы лесостепные 95
Черноземы оподзоленные 96
Черноземы выщелоченные 102
Черноземы типичные 107
Пространственные закономерности распределения статистических параметров свойств в зональных почвах 112
Глава IV. Закономерности пространственной и временной изменчивости зональных почв 128
Уровни варьирования свойств почвенного профиля в зональных пахотных почвах 130
Темпы изменения почвенных свойств во времени 135
Глава V. Региональные оптимальные показатели свойств и строения пахотных почв 144
Оптимальные параметры зональных почв 145
5.1.1 Оптимальные параметры дерново-подзолистых почв 152
5.1.2. Оптимальные параметры серых лесных почв 155
5.1.3. Оптимальные параметры черноземов 161
5.2. Теоретическое обоснование оптимальных параметров почв 166
Глава VI. Региональные модели плодородия зональныхпочв 169
6.1. Теоретические предпосылки разработки моделей плодородия почв 169
6.2. Модели плодородия зональных пахотных почв 175
6.2.1. Дерново-среднеподзолистые тяжелосуглинистые почвы 178
6.2.2. Светло-серые лесные тяжелосутлинистые почвы 181
6.2.3. Серые лесные тяжелосутлинистые почвы 185
6.2.4. Темно-серые лесные тяжелосутлинистые почвы 188
6.2.5. Черноземы оподзоленные среднемощные среднегумусные тяжелосутлинистые 192
6.2.6. Черноземы выщелоченные среднемощные среднегумусные легкоглинистые 195
6.2.7. Черноземы типичные среднемощные среднегумусные легкоглинистые 195
Глава VII. Агрохимическая характеристика пахотных почв 202
7.1. Теоретические предпосылки изменчивости агрохимического состояния пахотных почв 206
7.2. Динамика рН почвенной суспензии 216
7.3. Динамика содержания подвижного фосфора 218
7.4. Динамика содержания подвижного калия 219
7.5 Средневзвешенное содержание микроэлементов и серы в пахотных почвах 222
Глава VIII. Агроэкологический потенциал почв и особенности его реализации 225
8.1. Потенциал продуктивности зерновых культур по теплообеспе-ченности 226
8.2. Потенциал продуктивности зерновых культур по влагообеспе-ченности 228
8.3. Потенциал продуктивности яровой пшеницы по содержанию подвижных форм фосфора и калия 230
8.4. Реализация агроэкологического потенциала современным земледелием 233
Глава IX. Динамика и темпы роста урожаев яровой пшеницы 237
9.1. Теоретические предпосылки управления продуктивностью агроценозов 237
9.2. Биологические особенности и технология возделывания яровой пшеницы 245
9.3. Динамика и темпы роста урожайности яровой пшеницы 250
Глава X. Оценка современного состояния земледелия 258
10.1. Основные мероприятия по управлению почвенным плодородием 258
10.2. БалансИРК в пахотных почвах 271
10.3. Окупаемость удобрений урожаем яровой пшеницы 281
10.4. Связь между агрохимическими свойствами и урожайностью яровой пшеницы 287
10.5. Оценка современного интенсивного земледелия 317
Выводы 324
Рекомендации производству 327
Литература 328
Приложения 362
- Природные условия
- Состояние и концепция современного земледелия
- Светло-серые лесные почвы
- Темпы изменения почвенных свойств во времени
Введение к работе
В конце XX столетия человечество осознало, что состояние общества, дальнейшее поступательное движение живущих в нем людей определяются уровнем утилизации и аккумуляции солнечной энергии в форме биомассы растений. В естественных экосистемах этот процесс протекает по прежней схеме, без вмешательства человека. Имеющиеся небольшие экспериментальные данные по оптимизации выхода продукции в природных экосистемах носят зачаточный характер, не выходят за пределы опытных установок и не имеют широкого распространения на практике.
Вместе с тем имеются достаточно высокие достижения в сельскохозяйственном производстве, в частности, в сфере агроценозов. Агроценозы представляют собой искусственно созданные руками людей биоценозы, что является первым шагом управления их деятельности. В основе механизма управления агроценозами лежит оптимизация действующих факторов в создании биомассы, продуктивности агроценозов. Главная цель управления по формированию урожаев агроценозов - достижение биологического потенциала культурных растений на фоне имеющихся природных условий тепловых ресурсов и влагообеспеченности путем оптимизации пищевого, воздушного, биологического, окислительно-восстановительного режимов почв.
Как показывает опыт, главным фактором повышения продуктивности агроценозов является применение минеральных удобрений. Обобщение В.Г. Сычевым и А.Н. Аристарховым (2004) средних показателей урожайности зерновых культур и количества использованных удобрений по Российской Федерации фиксирует прямую зависимость между ними, отмечает заметный спад в урожаях и дефицит применения удобрений в последние годы, несмотря на благоприятные погодные условия.
На путь выращивания сельскохозяйственных культур человечество перешло после того, когда узнало более высокую продуктивность обрабатываемых земель по сравнению с их целинными аналогами. На заре земледелия продуктивность пашни едва превышала производительную способность естест-
6 венных угодий. Так, в Англии до 1450 года урожайность зерновых культур не превышала 5 ц/га (Д. Кук, 1970), а в настоящее время она варьируется на уровне 80-100 ц/га.
В данной работе дается оценка состояния интенсификации земледелия на западной части Предуральской провинции центральной полосы лесостепной зоны в пределах Западного Закамья Республики Татарстан (Природно-сельскохозяйственное районирование земельного фонда СССР, 1975; Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР, 1983). Анализируется динамика урожаев основной продовольственной культуры — яровой пшеницы - с момента зарождения земледелия до наших времен в условиях Западного Закамья. Испокон веков данный регион считается хлебным благодаря высокому естественному плодородию преобладающих в почвенном покрове черноземов. Продуктивность агроценозов имеет ясно выраженную тенденцию роста во времени. До определенного времени динамику урожаев культур определяют уровень и ход реализации потенциального плодородия природных почв путем их обработки, чередования культур (севооборотов).
В VII-VHI веках по Булгарскому ханству урожайность зерновых культур изменялась в диапазоне 3,0-4,5 ц/га (Якушкин и др., 1997). Так, материалы землеоценочных работ показывают, что средняя урожайность озимой ржи после вычета посевного материала в 1858-1859 годы по Казанской губернии составили 32,6-50,5 четвериков с десятины, или 5,53-8,57 ц/га (Курочкин, Муртазин, 1971). Более высокие показатели урожайности характеризовали наиболее богатые черноземы, а наименьшие - бедные дерново-подзолистые почвы. В начале интенсификации земледелия в республике в 1958-1963 годы урожайность зерновых культур варьировалась на уровне 5,18-11,7ц/га (Курочкин, Муртазин, 1971). В конце экстенсивного земледелия средняя республиканская урожайность яровой пшеницы была на уровне 8,0 ц/га (Давлятшин, Бакиров, 1999), а озимой ржи - 8,9 ц/га (Давлятшин, Бакиров, 2001, 2005).
В настоящее время средняя урожайность яровой пшеницы приближается к отметке 28-30 ц/га. В таком росте урожаев принимают участие многие факторы - оснащенность сельскохозяйственной техникой, наличие рабочей силы, использование кондиционных и интенсивных сортов семян, современные средства зашиты от вредителей и болезней. Но ведущим фактором в процессе повышения урожайности культур является применение минеральных и органических удобрений, действие которых также отражается на показателях некоторых свойств пахотных почв.
На примере накопленного материала дается современная характеристика свойств и морфометрических измерений пахотных почв, параметры которых в последующем используются в создании новой структуры региональной модели высокоплодородной почвы. Элементами этой модели служат оптимальные показатели свойств и строения почв, а структуру модели определяют закономерности изменчивости их показателей во времени и пространстве.
Целью работы является разработка оптимальных параметров свойств и модели плодородия зональных пахотных почв для повышения урожайности яровой пшеницы до регионального агроэкологического потенциала по влагообеспеченности в западной части Предуральской провинции центральной полосы лесостепной зоны в пределах Западного Закамья (Среднего Поволжья). Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
создание банка данных зональных пахотных почв, их агрохимических свойств, урожайности яровой пшеницы и показателей хозяйственной деятельности (минеральных и органических удобрений, площадей известкования и фосфоритования);
статистическая обработка накопленной почвенной информации, временного ряда урожайности яровой пшеницы методом скользящих средних;
разработка оптимальных параметров и прикладной модели плодородия зональных пахотных почв;
4) установление агроэкологического потенциала урожайности яровой
пшеницы по теплообеспеченности, влагообеспеченности и агрохимическим
свойствам;
5) разработка нового подхода расчета окупаемости удобрений на основе
статистических параметров удобрений и урожайности яровой пшеницы;
выявление доли участия факторов в формировании урожайности яровой пшеницы, ее темпов роста и оценка погодных условий конкретного года на основе скользящих средних;
изучение связи между агрохимическими свойствами и урожайностью яровой пшеницы с выявлением лимитирующего фактора;
8) разработка концепции управления почвенным плодородием.
Научная новизна. Впервые в работе дана современная региональная
характеристика аналитических, морфометрических показателей, агрохимических свойств, установлена оценка доли участия естественного плодородия почв, хозяйственной деятельности в формировании урожаев яровой пшеницы. Разработаны региональные оптимальные параметры, модели плодородия зональных почв по новой структуре, представляющие основу механизма управления почвенным плодородием, с определением очередности практических мероприятий для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.
Предложены новые подходы расчета окупаемости (оплаты) минеральных и органических удобрений основной продукцией зерновых культур, оценки агроклиматических условий сельскохозяйственного года по временному ряду скользящих средних урожайности культур. По материалам корреляционного анализа между агрохимическими свойствами и урожайностью яровой пшеницы установлен лимитирующий фактор в формировании урожаев яровой пшеницы - содержание подвижного фосфора в условиях средней части лесостепной зоны, где преобладающими зональными почвами являются черноземы оподзоленные и выщелоченные, темно-серые лесные почвы.
Практическая значимость. Предложенная система подходов в оценке современного агрохимического состояния пахотных почв, а также выводы, вытекающие из изучения связи между свойствами почв различного уровня и продуктивностью агроценозов, предназначены для принятия управленческих решений в системе Минсельхозпрода и Агрохимслужбы Республики Татарстан, а также на сельскохозяйственных предприятиях различных форм собственности. Материалы исследований позволяют целенаправленно управлять формированием урожаев культур и по мере возможности приближать средние урожаи культур к агроэкологическому потенциалу территории.
Предложенные автором «методы расчета» окупаемости минеральных и органических удобрений, оценки агроклиматических условий сельскохозяйственного года, использование метода скользящей средней урожайности яровой пшеницы для определения современного уровня продуктивности пахотных почв имеют как практическое значение, так и методическую ценность.
Положения, выносимые на защиту
1. Для оперативного управления предлагается прикладная структура
модели почвенного плодородия, состоящая из блока динамичных и устойчивых
свойств.
Для исследования связи между почвенными свойствами и продуктивностью агроценозов наиболее оптимальны скользящие средние временного ряда урожайности яровой пшеницы, длина шага которых отражает цикл (элементы) солнечной активности.
Особенности связи между урожайностью яровой пшеницы и агрохимическими свойствами выявляют долю участия почвенного, хозяйственного факторов и погодных условий в составе продукции агроценозов.
Соответственно, в работе дана оценка почвенного фактора в формировании урожаев культур, сделана попытка количественной оценки доли участия естественного плодородия почв, хозяйственной деятельности, в основном выраженной в использовании органических и минеральных удобрений и погодных условий. Разработаны оптимальные параметры
10 основных зональных пахотных почв, произведена оценка современного состояния почв, составлены модели высокого плодородия зональных почв. Все это служит основой управления почвенным плодородием и получения высоких урожаев всех сельскохозяйственных культур.
Также проведен расчет окупаемости (оплаты) минеральных и органических удобрений основной продукцией яровой пшеницы по статистическим показателям, осуществлена оценка погодных условий сельскохозяйственного года по многолетней урожайности культур.
Совместная и сравнительная оценки динамики урожайности ведущей культуры, современных характеристик почв на фоне изменяющейся хозяйственной деятельности позволяют выявить особенности реализации получения устойчиво высоких урожаев культур в республике, что служит основой управления материальной базой благосостояния народов республики.
Работа представляет обобщение накопленной информации в пределах Западного Закамья по характеристике зональных пахотных почв. Основным источником этой информации служили архивные материалы за 1960-2004 годы Республиканского кадастрового центра (РКЦ) "Земля", часть которых освещена в монографии Н.Б. Бакирова (2002). По агрохимической характеристике почв использованы материалы "Станции агрохимической службы Альметьевская" и Агрохимической службы Республики Татарстан, результаты которых частично освещены Ш.А. Алиевым и др. (2004).
Вместе с тем использованы сведения об урожайности яровой пшеницы, имеющиеся в распоряжении отдела земледелия МСХ и продовольствия РТ. Также были использованы материалы публикаций Государственного комитета Республики Татарстан по статистике (Республика Татарстан..., 2001).
Окончательная обработка материалов и анализ ее результатов с выявлением соответствующих научных выводов выполнены лично автором.
Автору диссертационного исследования принадлежат окончательная обработка материалов и анализ ее результатов с выявлением соответствующих научных выводов.
Природные условия
Геоморфологическое и геологическое строение. Западное Закамье занимает лесостепную зону, ее центральную (среднюю часть) в пределах Пред-уральской провинции. Геоморфологическое строение и характеристика геологического строения детально рассматриваются в работах ученых Казанского государственного университета (Сементовский, Батыр, Ступишин, 1951; 1960; Селивановский, 1962; Сементовский, 1963; Батыев, Ступишин, 1972 и др.).
Фундамент платформы находится на большой глубине и всюду перекрыт толщей осадочных пород, мощность которых достигает до 2000 метров. Массивно-кристаллические породы залегают горизонтально, нигде не выходят на дневную поверхность. Осадочные породы палеозойской эры представлены додевонскими, девонскими, каменноугольными, пермскими отложениями, мезозойской эры - юрскими и меловыми. Выше перечисленных пород залегают рыхлые отложения неогенового, антропогенового (четвертичного) периодов кайнозойской эры .
Наибольшим распространением пользуются четвертичные отложения. По происхождению они делятся на ледниковые, флювиогляциальные, делювиальные, элювиальные, элювиально-делювиальные, пролювиальные и аллювиальные. Ледниковые и флювиогляциальные отложения имеют ограниченное распространение. Аллювиальные отложения формируются в речных долинах за счет взвешенного материала водных потоков. Свойства аллювия зависят от местных условий (геологического строения и геоморфологических особенностей) и скорости водного потока, определяемого удаленностью от русла. Часто поверхность древнеаллювиальных террас прикрыта мощными делювиальными отложениями. Они также распространены на склонах водоразделов. По мере приближения к вершине водоразделов мощность делювиальных отложений сокращается, они постепенно переходят сначала в элювиально-делювиальные и затем - в элювиальные, представляющие
Аллюиилльны кварцевые и каарцеео «пввошпатные пески Аллювиальные суглинки с прослойками песка мощи до 30 и более метров Элювий глин и мергелей казанского яруса Суглинки лесовидные алл оеиальноделюа нал wave Элювий глин и мергелей татарского "Руса
На доминирующем фоне четвертичных отложений имеют место ареалы верхнепермских отложений казанского и татарского ярусов. В основании казанского яруса залегают красноцветные: глины, песчаники с линзами конгломератов, прослойки известняков и доломитов: Верхнеказанские отложения сложены из доломитов с пачками известняков, прослоями глин ш песчаников: 0ни характеризуются наличием карбонатов (углесоли) и гипса (Єеливановский; 1962);
Толщш казанского яруса перекрываются отложениями- яруса верхней перми, нижняя часть которого в, основном- представлена: глинами; красно-коричневого цвета реже — песчаниками? с прослоями известняков; мергелей, доломитов (рис. 1-.2): Рельеф. Геологическая история? развития территории Татарстана формирует разнообразные формы устройства поверхности: Рельеф? представляет типичный? эрозионный ландшафт и характеризуется сочетанием разновысотных равнин (Єтупишині 1962). Самую высокую ступень занимает Бугульминское плато с абсолютными отметками 200-300 MJ нижнюю ступень образует Западное Закамье, где абсолютные отметки варьируются от 53 (53 м - уровень Волги) до 100-150 м. Согласно AJ3; Ступишину (1962),. этот район расположен в тектонически опущенной области: В; Западном Закамье 35,5% территории находится на: уровне до 100 м, 63,6%-на уровне от 100 до 200 м.
Среди; основных форм эрозионного ландшафта выделяются водораздельные плакоры, приводораздельные склоны, склоны и днища долин: Большое значение имеют крутизна (уклон), длина, ширина, экспозиция: элементов? рельефа. Средневзвешенная крутизна склонов пахотных земель составляет 2,4. Основные формы рельефа: осложнены сетью оврагов и балок. Расчлененность территории овражно-балочной сетью наименьшая - 0,17-0,3 км/км2. Различия в направленности протекающих рек, овражно-балочной сети обусловили преобладание склонов южной экспозиции - 34,4%.
Почвообразующие породы. Особенности почвообразующих пород тесно связаны с характером рельефа, петрографическим и литологическим составом отложений. Коренные малоизмененные или неизмененные породы представлены известняками, мергелями, глинами, песчаниками пермского, юрского, мелового и третичного возраста. В результате выветривания коренных пород формируются элювиальные мелкоземистые отложения, где содержание частиц 0,01 мм изменяется от 42,7 до 51,0%, частиц 0,001 мм - от 30,6 до 36,0% и песчаной фракции - до 36,4%. На продуктах выветривания коренных пород формируются дерново-карбонатные, серые лесные пестроцветные почвы и черноземы карбонатные.
Переотложенные элювиально-делювиальные отложения, лессовидные суглинки встречаются на равнинах и длинных пологих склонах. Делювиальные отложения преимущественно слагают нижние части склонов малой и средней крутизны, образуя шлейфы. Здесь их мощность достигает 12-15 м, они в той или иной мере окарбоначены, в верхней части имеют лессовидный характер. Гранулометрический состав неоднороден, преобладают суглинки и глины. Элювиально-делювиальные и делювиальные отложения служат субстратом для формирования всех зональных почв.
Современными аллювиальными отложениями сложены долины рек, гранулометрический состав разнообразен, преобладают суглинистые и глинистые прослои. Формируются элювиальные почвы полугидроморфного и гидроморфного ряда увлажнения (рис. 1.3).
Растительность. Западное Закамье занимает среднюю часть лесостепи, для которой характерно чередование массивов широколиственного леса с участками луговой степи. Леса сохранились на водоразделах, на крутых склонах, иногда - в днищах долин и балок. К числу наиболее облесенных районов Западного Закамья относятся Нурлатский (43,1%), Черемшанский (26,7%) и Аксубаевский (22,2%).
Состояние и концепция современного земледелия
Западное Закамье - регион древнего земледелия. Жителями края к рубежу наступления новой эры были заложены основы современных типов хозяйства - земледелия, скотоводства и ремесла (Халиков, 1969). Новый этап в хозяйственной жизни населения края начинается с появлением с середины VIII века булгарских племен и формированием одного из крупнейших ранне феодальных государств Восточной Европы - Волжской Булгарии. Экономика государства базировалась на высокоразвитых для своего времени земледелии, животноводстве, ремеслах и торговле (Халиков, 1969). Так, здесь возде-лывались около 15-и видов культурных растений, среди которых ведущее положение занимали мягкая пшеница, просо, полба и ячмень. Земледельцы возделывали также твердую пшеницу, озимую рожь, овес, горох, чечевицу, лен, коноплю и другие культуры (Туганаев, 1976).
В отчетах посланника Багдада - араба Ибн-Фадлана - утверждается, что булгары - опытные земледельцы, успешно возделывают всякого рода зерновые хлеба - пшеницу, ячмень, просо, гречиху.
В этом регионе практиковали разнообразные молодые системы земледелия, но все они, в основном, сводились к трем типам поддержания эффективного плодородия почв: паровому, залежно-переложному и подсечно-огневому. В середине XIX века предпочтение стали отдавать паровой системе земледелия в форме трехполья. Для поддержания плодородия вводился паровой клин. Наряду с овсом на полях широко возделывалась яровая пшеница. В конце XIX и в начале XX веков пшеница становится одной из экспортных культур в России, спрос на нее растет, и, соответственно, увеличиваются посевы и сборы пшеницы.
По данным СИ. Бараша (1989), анализировавшего урожайность зерновых культур по 50-и губерниям европейской части России, в период 1801— 1860 годов она колебалась в пределах 3,1-5,9 ц/га, что является типичным уровнем продуктивности агроценозов экстенсивных форм хозяйствования. В последние четверть века от трехполья осуществляется переход к плодосменным многопольным севооборотам. Соответственно, урожайность зерновых культур заметно выросла, и в конце XIX века она варьировалась на уровне 5,5-7,5 ц/га. Вместе с тем урожайность четко дифференцировалась, наибольшие ее показатели (8,6 ц/га), были присущи помещичьим хозяйствам, а низкие (6,5 ц/га) — крестьянским.
Вплоть до завершения коллективизации (1933-1934 гг.) система земледелия оставалась трехпольной. Несмотря на введение севооборотов и удобрение навозом, до 1960 годов урожайность зерновых культур оставалась низкой. Так, по данным землеоценочных работ в 1958-1963 годы урожайность зерновых культур составила от 5,2 до 11,7 ц/га, при этом максимальные показатели получали на черноземах, а минимальные - на дерново-подзолистых почвах (Курочкин, Муртазин, 1971).
Существенные изменения в развитии зернового хозяйства начались в 1960-е годы с началом массового применения удобрений. Развитие научно-технического прогресса обеспечило переход земледелия на путь интенсификации на основе использования минеральных удобрений и на фоне применения традиционного навоза. Наступил переломный момент. Новая система земледелия резко повысила продуктивность пашни в несколько раз, что наглядно иллюстрирует пример из монографии Д. Кука (1970). В Англии на заре земледелия (1450 г.) урожайность зерновых культур не превышала 5,0 ц/га, в период трехполья (1650 г.) составила 7,3 ц/га, после введения севооборотов (1800 г.) - 11,2 ц/га, в период химизации (1964 г.) - 41,5 ц/га. В конце XX века здесь урожайность уже варьируется в пределах 80-100 ц/га.
На заре Булгарского государства в Волжско-Камском регионе урожайность зерновых культур культур составила 3,0-4,5 ц/га (Якушкин и др., 1997), в 1858—1859 годы - 5,53-8,57 ц/га (с вычетом посевного материала, Курочкин, Муртазин, 1971), в настоящее время она варьируется в среднем на уровне 25-35 ц/га (Давлятшин, Бакиров, 1999, 2001 и др.). Сопряженный анализ состояния почв и их параметров, особенностей хозяйственной деятельности, динамики урожайности сельскохозяйственных культур на фоне имеющегося теоретического потенциала научных знаний выявил ряд общих закономерностей, их взаимосвязь между собой. Все это позволило нам сформулировать почвенную концепцию современного (интенсивного) земледелия (Давлятшин, Бакиров, 2000, 2001).
Согласно парадигме В.В. Докучаева, почва представляет собой продукт взаимодействия природных факторов-почвообразователей - горной породы, организмов, климата, рельефа и времени. Результат почвообразования отражает свойства и морфологические признаки, показатели которых достигают максимальных значений в зрелом возрасте почв. По мере вовлечения почв в земледелие фактором почвообразования также становится хозяйственная деятельность человека, и ее роль имеет тенденцию роста, а в эпохе научно-технического прогресса она становится определяющей в формировании показателей ряда свойств и морфологического строения почв. Прежде всего, степень влияния хозяйственной деятельности на процесс почвообразования отражается на свойствах и признаках почв, варьирующихся во времени. Именно эта особенность почвенных свойств представляет основу нашей концепции.
По параметрам внутренней изменчивости во времени все почвенные свойства и признаки подразделяются на подвижные (динамичные), устойчивые и консервативные (фундаментальные). В пределах этих групп роль свойств и признаков почв в формировании продуктивности естественных растений и. сельскохозяйственных культур определяется законами минимума, максимума, пропорциональности и оптимума. Эти положения ранжируют свойства, морфологические признаки, порядок и их место в моделях плодородия почв.
Показатели устойчивых почвенных свойств находятся в равновесном состоянии с консервативными и существующими факторами-почвообразо-вателями. Подвергаются колебаниям и изменениям показатели подвижных свойств под воздействием цикличности погодных условий, фаз развития растения и других внешних источников. Характерной особенностью показателей динамичных свойств является их хронический недостаток для естественных растений, сказанное чаще относится к подвижным формам азота и фосфора.
В зрелой стадии почвообразования под экосистемами показатели устойчивых почвенных свойств находятся в оптимальном диапазоне. Их набор обусловливает диапазон и уровень варьирования показателей подвижных почвенных свойств.
В зависимости от внешних факторов и условий консервативные почвенные свойства и признаки изменяются и варьируются в меньшей степени во времени. В большей степени они являются реликтовыми свойствами горных пород, либо представляют результат многовекового продукта почвообразования, непосредственно и косвенно оказывают влияние на уровень продуктивности экосистем. Косвенная роль выражена через имеющуюся связь между устойчивыми и консервативными свойствами, а прямая - через создание условий водного, воздушного, биологического режимов.
Особенности связи между подвижными, устойчивыми и консервативными свойствами, уровень варьирования их показателей обусловливают возможности антропогенного воздействия на ход почвообразовательного процесса. Функции почвенных свойств, характер их варьирования определяют основные стадии современного земледелия.
Светло-серые лесные почвы
Из данного подтипа почв наибольшее распространение на территории объекта получили светло-серые лесные тяжелосуглинистые разновидности. Эти почвы имеют более выщелоченный профиль, поэтому процессы оподзоливания здесь выражены яснее, чем в серых лесных аналогах.
Светло-серые лесные почвы приурочены к водораздельным пространствам - плато, занимают верхние части пологих протяженных склонов. Профиль светло-серых лесных почв представлен следующей морфологической формулой: Ап-26,1-(АіА2-31 Д - А2В -34,4-Вн 7,9-В2-88,6-ВС-110,8-С-135 см. Пахотный горизонт (мощностью 26,1 см) формировался из гумусово-аккумулятивного Аь переходных горизонтов AiA2 и А2В. Соответственно, горизонт А]А2 полностью распахивается, в отдельных почвенных разрезах встречается лишь фрагментарно. Переходной элювиально-иллювиальный горизонт А2В обнаружен во всех разрезах, нижняя граница которого в среднем залегает на глубине 34,4 см. Иллювиальный горизонт В подразделяется на два подгоризонта - Bt и Вг, нижняя граница которых в среднем залегает на глубине 47,9 и 88,6 см. Мощность иллювиального горизонта в среднем равна 54,2 см.
В некоторых почвенных разрезах выделен переходный горизонт ВС, который представляет собой слабоизмененную породу. Нижняя граница переходного горизонта проходит на глубине 110,8 см. Почвообразующая порода в основном содержит углесоли щелочноземельных элементов. Вскипание от 10% соляной кислоты наблюдается на глубине 90,7 см, а диапазон колебания составляет 60-125 см. Содержание гумуса является интегральным показателем изменения породы в новое природное тело и индикатором уровня нового свойства -плодородия, типичного для данного подтипа почв, составляя в среднем 3,23% в пахотном горизонте. Отдельные его измерения варьируются в широком диапазоне от 1,80 до 5,08%. В подпахотных горизонтах оно резко уменьшается до 1,71-1,90%. В подгоризонтах В содержание гумуса в среднем варьируется от 0,55 до 1,07%. В целом профильное распределение содержания гумуса имеет характерные черты, присущие светло-серым лесным почвам. Вместе с тем географическое положение объекта, а именно его местоположение в средней части лесостепной зоны по Российской Федерации, а в пределах республики - в южной ее части, отражено в статистических параметрах содержания гумуса (табл. 3.12). Частицы 0,01 (физическая глина) и 0,001 мм (илистая фракция) относятся к очень устойчивым фундаментальным компонентам почв, соответственно, их содержание в меньшей степени подвергается изменению во времени. Содержание этих частиц в основном наследуется от породы, в ходе почвообразования происходит их перераспределение по профилю в зависимости от экологических факторов формирования почв. При этом илистая фракция гранулометрического состава более подвижна и изменчива, чем фракция физической глины (табл. 3.13-3.14), что отражено в коэффициентах вариации. Содержание физической глины характеризуется несколько меньшими показателями коэффициента вариации, чем содержание илистой фракции. Эту закономерность еще отмечал И.А. Крупеников (1967, 1974, 1979) при анализе статистических показателей черноземов Молдавии. Она также имеет место в черноземах степной зоны Казахстана (Охинько, Давлятшин, Татошин, 1991).
В пахотном горизонте светло-серые лесные почвы содержат 18,8% ила, в горизонте В - 34,8-35,6%, в почвообразующей породе - 33,4%, что говорит об изменении данной фракции в процессе почвообразования. Оно происходит двумя путями. Первый из них предусматривает вынос тонкодисперсной фракции в результате разрушения в кислой среде под воздействием наложения подзолистого процесса. При этом в верхних горизонтах уменьшается количество илистой фракции, продукты разрушения транспортируются почвенным раствором в нижние горизонты, аккумулируются в них. Второй путь рассматривает перенос тонкодисперсной коллоидной фракции без существенного разрушения и отложение этих частиц в иллювиальном горизонте почв. В условиях нашего региона, очевидно, эти процессы идут вместе и, вероятно, преобладает перенос частиц по первому пути. Об этом свидетельствует то, что климатические условия формирования почв здесь более континентальны, чем регионах, находящихся на западе данной лесостепной зоны.
Распределение содержания физической глины также имеет элювиально-иллювиальный тип (Розанов, 1983). В отличие от илистой фракции этот тип распределения менее выражен. Так, содержание физической глины составляет 45,6% в верхнем горизонте, 55,8% - в нижних горизонтах. Таким образом, по профилю тяжелосуглинистый гранулометрический состав в верхнем горизонте переходит в легкоглинистый в почвообразующей породе.
Интегральным показателем содержания почвенного органического вещества и минеральной части, особенно ее дисперсной фракции, являются емкость поглощения и сумма поглощенных оснований. Сумма поглощенных оснований изменяется- в диапазоне 18,7-25;7 мг-экв. на 100 г почвы. При этом минимальные показатели характеризуют переходный горизонт АгВ, максимальные - подгоризонт В2 (табл. 3.15). Коэффициенты вариации изменяются от 12,6% до 21,6%.
Часть емкости поглощения представлена ионом водорода, и гидролитическая кислотность варьируется от 2,0 до 4,4 мг-экв. на 100 г почвы (табл. 3.16). Отдельные измерения гидролитической кислотности достигают до 8,4—8,5 мг-экв. на 100 г почвы и характеризуют пахотный и иллювиальный горизонты. Коэффициенты вариации высокие и изменяются от 40,1 до 64,0%, указывают на высокую изменчивость состава емкости поглощения светлосерых лесных почв. Безусловно, это явление связано с разнообразием почвообразующих пород, с одной стороны, степенью наложения! подзолистого процесса - с другой, и особенностями хозяйственной деятельности на почвах пахотных угодий - с третьей стороны.
Темпы изменения почвенных свойств во времени
В данном разделе рассматриваются особенности изменения почвенных свойств, относящихся к группе устойчивых. Среди них наиболее представительным и отражающим изменения других свойств является содержание гумуса. Действительно, почвенному органическому веществу присуще свойство регуляторной функции всего состояния почвенного тела (Орлов, 1990). Соответственно, содержание гумуса управляет состоянием и в последующем - функциональными особенностями группы физических, физико-химических, химических, механических, биологических свойств. Поэтому в данном разделе будет рассмотрено изменение гумусированности почв под влиянием земледельческой обработки.
В природе в основном преобладают зрелые почвенные образования, в которых наблюдается равновесное состояние между факторами почвообразования и показателями почвенных свойств. Вовлечение природных тел в обработку нарушает сложившееся равновесие между ними, соответственно, наблюдается изменение показателей свойств почв. В первую очередь более изменчивы так называемые подвижные свойства, представленные растворимыми формами азота, фосфора и калия. Другие свойства консервативны и инертны, к ним относятся: гранулометрический, минералогический, валовой химический составы почв,, морфологический профиль, его параметры. Между ними имеется большая группа свойств, которая по изменчивости занимает промежуточное положение. Прежде всего, это содержание гумуса, состав и емкость поглощенных оснований и другие.
Изменчивость почвенных показателей во времени определяется внутренними особенностями свойства или признака и отражается на величине коэффициента вариации, что было рассмотрено нами выше. Как правило, показатели динамичных свойств более изменчивы во времени и представляют простую или сложную функции факторов, воздействующая сила которых колеблется во времени в широком диапазоне. Соответственно, такая особенность проявляется через высокие показатели коэффициентов вариации, что было проиллюстрировано в предыдущем разделе.
Показатели фундаментальных свойств изменчивы в незначительных размерах во времени, что говорит о том, что между ними и факторами связь слабая. Как правило, эти свойства характеризуются низкими коэффициентами вариации. Таким образом, фундаментальные свойства выражают отношение к факторам почвообразования и в целом — к процессу почвообразования. Фундаментальные свойства в основном характеризуют компонентный состав почвообразующих пород, либо параметры строения зрелой почвы. Устойчивые свойства обычно представлены непосредственными продуктами почвообразования, коэффициенты вариации имеют среднюю степень. Это означает, что в пространстве и во времени они изменчивы, особенно при смене условий почвообразования. Из устойчивых почвенных свойств ниже рассматривается содержание гумуса в зональных пахотных почвах. В основе процесса дегумификации лежит ежегодная его обработка, которая приводит к разрыхлению, улучшению аэрации и усвоению атмосферных осадков. Именно с последним связана имеющаяся повышенная влажность всех пахотных почв, что в последующем сказывается на создании благоприятных условий для минерализации гумуса. По многочисленным данным после распашки и использования в земледелии почвы теряют от 25 до 50% запасов гумуса. Через 30-50 лет процесс минерализации почвенного органического вещества стабилизируется. Наиболее существенные изменения особенно наблюдаются сразу после освоения целинных почв. Резкие изменения гумусового состояния прослеживаются в пахотном горизонте, причем даже ниже 80 см отметки (Крупеников и др., 1978).
Повторные исследования черноземов, выполненные В.В. Докучаевым ("Русский чернозем"), через 100 лет показали, что ежегодные потери гумуса составляют 0,5-1,8 т/га при уменьшении всего запаса гумуса до 30-40% (Русский чернозем..., 1983).
Процесс дегумификации имеет место во всех почвах мира. Интенсивность его зависит от приемов обработки и зонального положения почв. Так, в Канаде, США и Аргентине ежегодная средняя потеря равна 1,5 т/га. На черных парах она резко возрастает и достигает до 8 т/га (Ковда, Розанов, 1988 б).
Уменьшение содержания гумуса в пахотных почвах вызывают два процесса. Один из них учеными воспринимается как процесс дегумификации, и мы назвали его биологической эрозией. При этом гумус подвергается минерализации до минеральных компонентов при непосредственном участии микроорганизмов. Последние извлекают энергию и элементы питания. Второй процесс наблюдается во время эрозии почвы. При этом органическое вещество почвы перемещается в составе смываемого мелкозема под воздействием гравитационных сил и движущейся энергии водного потока. За счет этого происходит уменьшение концентрации гумуса в пахотном горизонте, мощность которого при обработке восстанавливается за счет механической припашки нижележащего горизонта с меньшим содержанием гумуса. Естественно, при сочетании этих двух процессов наблюдаются более интенсивные темпы уменьшения концентрации гумуса в пахотных почвах.
С целью выявления темпов снижения содержания гумуса в пахотных почвах лесостепи Западного Закамья проведен сравнительный анализ содержания гумуса почвенных разрезов, заложенных в разные годы на одном и том же месте во время крупномасштабных почвенных исследований. По каждому разрезу рассчитано профильное распределение гумуса в слоях мощностью в 10 ем с использованием графического метода. По ним рассчитаны средние показатели в обобщенных слоях 0-30 и 0-50 см. Первый слой дает представление о концентрации гумуса пахотного горизонта почв, второй -слоя, массового сосредоточения основной массы корневой системы культурных растений.
Анализ табличного материала показывает, что в пахотных почвах наблюдается изменение содержания гумуса. Оно происходит как в пахотном, так и в нижних горизонтах. Как правило, содержание гумуса верхних слоев в пределах пахотного горизонта подвергнуто изменению в большей степени, чем содержание гумуса в подпахотных слоях.
Во всех почвенных подтипах имеются разрезы, где происходит небольшой рост концентрации гумуса в пахотном и полуметровом слоях. Такое явление в большей степени характеризует светло-серые лесные почвы, где в пахотном горизонте ежегодный прирост содержания гумуса, например, колеблется от 0,007 до 0,058%. Такой прирост, безусловно, связан с хозяйственной деятельностью, прежде всего, внесением органических удобрений в виде навоза.
Похожие диссертации на Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья
