Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природные условия мелиорации почв и земледелия в центре нечерноземной зоны России 14
1.1. Агроклиматические условия 15
1.2. Геоморфологические условия.. 17
1.3. Растительность 20
1.4. Почвообразующие породы . 26
1.5. Почвенный покров 37
Глава 2. Влияние природных и антропогенных факторов на свойства почв и почвообразующих пород . 47
2.1. Влияние преобразования на свойства почвообразующих пород
2.1. 1. Объекты и методы исследований 54
2.1.2. Морфология почвообразующих пород и глеевых горизонтов 57
2.1.2.1. Макро- и микроморфология 57
2.1.2.2. Микростроение ( растровая электронная микроскопия) 63
2 1 .3. Физико-химические, химические свойства 70
2.1.3.1 .Состав илистой фракции. 72
2.1.4,Физические свойства 80
2.1 .4.1. Гранулометрический состав 78
2.1.4.2. Макро- и микроагрегатный состав 80
2.1.4.3. Адсорбционные свойства и удельная поверхность 87
2.1.4.4. Усадка и набухание 91
2.1.4.5. Пластичность и консистенция 93
2.1.5. Мелиоративная оценка свойств пород и глеевых горизонтов 95
2.2. Влияние осушения на свойства дерново-подзолистых оглеенных почв 95
2.2.1. Объекты и методы исследований 95
2.2.2. Свойства осушаемых почв на покровных (лессовидных) и моренных суглинках. 99
2.3. Влияние интенсивного сельскохозяйственного использования осушаемых минеральных почв на их свойства 108
2.3.1. Влияние уплотняющего воздействия ходовых систем сельскохо зяйственных машин при многоукосном использовании сенокосов 108
2.3.2. Эколого-мелиоративные особенности осушаемых дерново-зернистых глееватых почв в пропашном севообороте 115
Глава 3 Влияние припахивания подзолистого и глеев ого горизонтов на свойства пахотного слоя осушаемых минеральных почв и урожайность сельскохозяйственных растений 119
3.1. Сравнительная оценка глеевых горизонтов как субстрата для роста и развития растений 119
3.1.1. Методикам условия проведения опыта 119
3.1.2. Результаты исследований и обсуждение 121
3.2.. Влияние припахивания подзолистого и глеевого горизонтов на свойства почв и урожайность растений ...126
3.2.1 Условия и методика проведения исследований 129
3.2.3. Результаты исследований и обсуждение 132
Глава 4. Альтернативные способы использования минеральных гидроморфных почв конечно-моренных гряд .. 139
4.1. Нетрадиционные культуры и травосмеси 148
4.1.1. Условия и методика проведения исследований 148
4.1.2. Возделывание козлятника восточного и сильфии пронзеннолист-ной на осушаемых почвах 150
4.1.3. Возделывание многокомпонентной травосмеси на осушаемых почвах 164
4.2. Влияние залуження на агроэкологическое состояние осушаемых почв.. 172
4.3. Влияние продуктов переработки торфа и отходов животно
водства на агроэкологическое состояние осушаемых почв 177
Глава 5. Система показателей для контроля и оценки состояния осушаемых минеральных почв при их сельско хозяйственном использовании 182
5.1. Содержание почвенного мониторинга на объектах осушения и сельскохозяйственного использования 187
5.2. Деградационные процессы 188
5.3. Устойчивость почв к деградации при их осушении и сельскохозяйственном использовании 195
5.4. Принципы типизации осушаемых минеральных почв для целей мониторинга 200
5.5. Принципы и критерии формирования системы показателей почвенного мониторинга 203
Глава 6. Районирование территории для адаптации земледелия и мелиоративных мероприятий к условиям центра НЗРФ 215
6.1.. Анализ и оценка информационных данных по природно-мелиоративному районированию ..216
6.2. Принципы и опыт агроландшафтного районирования для обоснования земледелия и мелиорации почв 223
6.2.1.Термины и понятия используемые при агроландшафтном райони ровании 223
6.2.2. Принципы и критерии выделения агроландшафтного районирования 225
6.2.3. Почвообразугощие породы-ведущий фактор агроландшафтного районирования для целей земледелия и мелиорации почв 227
6.2.4.Агроландшафтные выделы 232
6.3. Формирование устойчивости функционирования агроландшафтов 239
6.4. Оценка почв центра НЗ РФ по их пригодности для строительства дренажа и земледелия - 241
6.5. Эколого-экономическая целесообразность осушения заболоченных почв 242
6.5.1. Расчет окупаемости дренажа 244
6.5.2. Определение сравнительной эффективности капитальных вложений в различные мелиоративные мероприятия 252
6.5.3. Определение общей экономической эффективности капитальных вложений в мелиоративные мероприятия 254
Глава 7. Агроландшафтная экологическая почв енно-мелиоративная карта центра нз РФ 260
7.1. Определение и назначение 260
7.2. Содержание легенды 262
7.2.1. Ландшафтный блок 262
7.2.2. Почвенно-экологический блок 263
7.2.3. Мелиоративный блок 263
7.2.4. Агрономический блок .264
7.3. Содержание карты 264
Выводы 278
Литература 281
Приложение 305
- Геоморфологические условия..
- Влияние осушения на свойства дерново-подзолистых оглеенных почв
- Влияние припахивания подзолистого и глеевого горизонтов на свойства почв и урожайность растений
- Влияние залуження на агроэкологическое состояние осушаемых почв..
Введение к работе
1. Актуальность работы. Опыт проектирования и строительства осушительных систем, а также сельскохозяйственного использования осушаемых почв в Нечерноземье России свидетельствует о том, что их действие эффективно тогда, когда инженерные и земледельческие решения принимаются в соответствии с особенностями почв и ландшафтных условий.
Практика проектирования мелиоративных систем всегда основывалась-на углубленном анализе элементов ландшафта — растительности и почвенного покрова, климатических, геологических, гидрогеологических и других условий. В составе мелиоративного проектирования значительное внимание уделялось почвенно-мелиоративным, инженерно-геологическим, ботанико-культуртехническим и другим видам изысканий. Новые задачи, связанные с экологической защитой заболоченных и мелиорируемых почв, природной среды всего осушаемого массива и прилегающих территорий, прогнозом изменений общих условий, могут быть успешно решены лишь на ландшафтной основе. Этот подход предполагает не только анализ отдельных элементов ландшафта, их взаимосвязь и прогноз его вероятных изменений в процессе функционирования осушительных систем, но и адаптацию системы земледелия и, в частности, мелиоративных систем к эндемичным природным условиям конкретных ландшафтов.
Методика адаптации мелиоративных систем к ландшафтным условиям остается до сих пор мало разработанной, а понятие типологический ландшафт в связи с проектированием мелиоративного строительства и системы земледелия не сформулированным.
При решении проблемы адаптации системы земледелия, в т.ч. мелиоративных мероприятий к условиям гумидного агроландшафта целесообразно исходить из необходимости обоснования применения конкретных способов регулирования режимов и свойств заболоченных почв. Поэтому их адаптация к местным условиям должна строиться на выделении типологических агро-
б ландшафтов. Последнее обстоятельство тесно связано с разработкой принципов и критериев районирования; выявлением основных закономерностей трансформации свойств заболоченных почв конкретного типа агроландшаф-та под влиянием их осушения и сельскохозяйственного использования; исследованием причин их деградации и выявлением способов защиты почв и ландшафтов от деградации.
Актуальность представленной работы определяют 4 аспекта. Первый заключается в выявлении особенностей и закономерностей изменения почв и почвообразующих пород под влиянием одного из наиболее распространенных процессов почвообразования - глееобразования. Второй - установлении основных тенденций изменения свойств заболоченных почв конкретных аг-роландшафтов в процессе их осушения и сельскохозяйственного использования; анализ возможных ситуаций, приводящих к деградации осушаемых почв. Третий - поиске альтернативных способов сельскохозяйственного использования заболоченных и осушаемых почв для сохранения их плодородия и получения стабильных урожаев сельскохозяйственных растений.. Четвертый - систематизации информации о мелиоративных особенностях заболоченных почв в виде специальной карты.
2. Цель и задачи исследований. Цель работы - разработка принципов и научно-методических основ альтернативных способов обеспечения устойчивого функционирования заболоченных и осушаемых минеральных почв при их сельскохозяйственном использовании.
В соответствии с поставленной целью исследования, выполненные автором в 1980-2003 гг., включали:
анализ закономерностей изменения почвообразующих пород при ог-леении;
изучение закономерностей (тенденции) изменения заболоченных почв при осушении;
выявление тенденции изменения осушаемых минеральных почв при.
сельскохозяйственном использовании;
разработку научно-методических основ мониторинга состояния заболоченных почв при их осушении и сельскохозяйственном использовании;
обоснование концепции, принципов и приоритетных направлений альтернативных способов использования и мелиорации заболоченных и осушаемых почв;
разработку принципов и методологии составления агроландшафтных экологических почвенно-мелиоративных карт центра Нечерноземной зоны Российской Федерации.
3. Методология и методика исследований.
Методологическую основу исследований составляют теория и практика обоснования мелиорации и сельскохозяйственного использования заболоченных и осушаемых почв.
В основу методологии теоретических исследований и разработок положены труды В.В. Докучаева, В.И. Вернадского, К.К. Гедройца, А.И. Воейкова, А.Г. Дояренко, Н.А. Качинского, Б.Б. Полынова, А.А. Роде, Л.Г. Рамен-ского, И.П. Герасимова, Л.Д. Арманда, И.М. Гаджиева, В.А. Ковды, Б.Г. Розанова, А.Д. Воронина, В.М. Фридланда, Г.В. Добровольского, Ф.Р. Зайдель-мана, Л.О. Карпачевского, В.И. Кирюшина, В.Д. Васильевской, А.Г. Бондарева и др.
Анализ эволюции почв под влиянием антропогенного воздействия, экспериментальные натурные и лабораторные исследования положены в основу разработки целесообразных способов рационального использования заболоченных и осушаемых минеральных почв различных ландшафтов центра Нечерноземья России.
В исследованиях использовались общепринятые методики определения различных свойств почв и пород. Достоверность результатов подтверждена статистической обработкой.
4. Научная новизна работы заключается в создании научно-
s методических основ альтернативных способов обеспечения устойчивого функционирования заболоченных и осушаемых почв при их сельскохозяйственном использовании.
С использованием системного подхода анализируются свойства почвообразующих пород, их изменения при оглеении и обосновывается значение свойств генетических горизонтов почв, как фактора выбора альтернативных решений.
В результате предпринятых исследований получен оригинальный материал, отражающий изменчивость состава и свойств почвообразующих пород и почв.
Нами впервые:
выявлены основные закономерности изменения свойств и состава всех тяжелых почвообразующих пород НЗ РФ при оглеении;
выявлены тенденции изменения свойств заболоченных почв при их осушении и сельскохозяйственном использовании;
установлена различная эффективность припахивания глеевого и подзолистого горизонтов в почвах разной степени заболоченности для увеличения мощности их пахотного слоя;
показана важная роль нетрадиционных кормовых культур и травосмесей в улучшении свойств и режимов заболоченных и осушаемых минеральных почв, их значение при альтернативном выборе гидро- и агромелиоративных мероприятий; установлено, что возделывание сильфии пронзенно-листной и козлятника восточного на супесчаных и легкосуглинистых заболоченных почвах возможно без их дренажа;
показано, что использование в качестве удобрения продуктов ферментации отходов животноводства и переработки торфа оказывает благоприятное воздействие на сельскохозяйственные растения, предотвращает загрязнение дренажного стока;
предложена система показателей почвенного мониторинга на объек-
тах осушения и прилегающих к нему территориях;
обоснована ведущая роль почвообразующих пород в формировании почвенно-мелиоративных условий и их значение при альтернативном выборе способа мелиорации почв и их использовании;
предложены принципы районирования заболоченных территорий для целей мелиорации и земледелия;
9) разработан и издан новый тип почвенно-мелиоративной карты.
5. Практическое значение.
Результаты исследований использованы при разработке методических рекомендаций по обоснованию целесообразности осушения заболоченных почв и моделей адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Раскрыты причины различной эффективности приемов мелиорации на оглеенных почвах и породах различного генезиса.
Предложен способ фитомелиорации заболоченных и осушаемых почв с использованием нетрадиционных кормовых культур и травосмесей, который позволяет решать современные проблемы кормопроизводства, улучшать водно-физические свойства заболоченных и осушаемых почв и исключить необходимость проведения энергоемких мероприятий по ускорению поверхностного и внутрипочвенного стоков. Установлено, что затраты совокупной энергии в расчете на 1 га составляют (тыс. МДж) на возделывание: кукурузы - 49,8, сильфии -20,0 и козлятника - 19,2.
Рекомендовано размещать плантаций сильфии и козлятника не только на выводных полях, но и на заброшенных участках пашни.
Продукты ферментации отходов животноводства и переработки торфа являются экологически чистыми удобрениями на осушаемых почвах.
Разработанный новый тип карты может быть использован для обоснования проектных, прогнозных и мониторинговых решений.
Научные и методические принципы, сформулированные в работе используются в учебном процессе. Результаты и методики включены в реко-
мендации, указания и другие отраслевые нормативные документы, утвержденные для практического применения Минсельхозом РФ.
Реализация работы. На основе предпринятых исследований разработана «Методика эколого-экономичес кого обоснования целесообразности осушения почв в зависимости от систем сельскохозяйственного использования». - М.1995 г.; составлена «Карта устойчивости почв Тверской области к уплотнению» (М 1:400000). -Тверь.. 1994 г. Результаты исследований автора использованы при разработке «Моделей адаптивно-ландшафтных систем; земледелия на мелиорируемых землях Нечерноземной зоны». Тверь. 2000; «Приемов использования торфяного гумифицированного продукта (ТГП) при возделывании яровых зерновых и картофеля». Тверь. 1995; «Технологии возделывания нетрадиционных кормовых культур на осушаемых минеральных почвах Нечерноземья России». Тверь. «Системы показателей и контроля состояния осушаемых минеральных и торфяных почв при их сельскохозяйственном использовании». — Тверь. 1998; Агроландшафтной экологической почвенно-мелиоративной карты центра НЗ РФ М 1:1500000, М. 2000; «Руководства по составлению агроландшафтной экологической почвенно-мелиоративной карты (концепции, принципы и методология)», М, 2002; «Методического пособия и нормативных материалов для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия »..— Курск-Тверь.2002.
Личный вклад автора. Работа содержит результаты многолетних комплексных исследований, выполненных лично, при непосредственном участии или под руководством автора. Личное участие заключается в разработке программ теоретических и экспериментальных исследований, формулировании задач, проведении экспериментальных полевых и лабораторных исследований, разработке методических подходов к оценке устойчивости. почв к антропогенному воздействию и их использования; в составлении карт негативных процессов и классификации агроландшафтов центра Нечерноземья. Под научным руководством и личным участием автора разработан
It способ агромелиорации заболоченных и осушаемых минеральных почв с использованием нетрадиционных кормовых культур (патент на изобретение). В работе использованы экспериментальные данные, полученные автором совместно с сотрудниками ВНИИМЗ [Б.В. Лавровым!, [В.П. Сахарцевым|, А.Н. Пономаревой, Г.Ю. Рабинович, Т.М. Тихомировой, Б.М. Малининьш, A.M. Баклановым, P.M. Пасхинои. Материалы исследований вошли в совместные публикации, которые приведены в диссертации с соответствующими ссылками.
8. Апробации работы. Результаты исследований доложены и обсуж
дены на: VIII Всесоюзной конференции по мелиоративной географии «Эко
номические и экологические аспекты мелиорации» (Таллин, 1988); II Меж
дународном конгрессе «Биоконверсия органических отходов для повышения
плодородия земель и получение экологически чистой продукции» (Ивано-
Франковск, 1992); научно-технической конференции стран Содружества
«Физика почв и проблемы экологии» (Пущино, 1992); Международной науч
но-технической конференции «Проблема воздействия движителей на почву и
эффективные направления ее решения" (Москва, 1998); заседаниях секции
(отделении) «Мелиорация и водное хозяйство» Россельхозакадем ии (Тверь,
1995; Москва, 1998; Тверь, 1998); заседании подкомиссии переувлажненных
почв ДОП; Всероссийской научно-технической конференции «Гидроморф-
ные почвы, генезис, мелиорация и использование» (Москва, 2002); заседании
кафедры физики и мелиорации почв факультета Почвоведения МГУ им. М.В..
Ломоносова и на заседаниях методической комиссии и ученого совета ВНИ
ИМЗ.
9. Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 70
печатных работах, в т.ч. 58 научных статьях, трудах и тезисах конференций,
1 патенте на изобретение, 10 методических руководствах, рекомендациях и
пособиях, «Агроландшафтной экологической почвенно-мелиоративной карте
центра Нечерноземной зоны России» М 1:1500000.
10. На защиту выносятся результаты исследований:
закономерности изменения состава и свойств почв, почвообразую-щих пород НЗ РФ в процессе глеообразования;
заболоченные легкосуглинистые и супесчаные почвы при осушении приобретают свойства, присущие зональным дерново-подзолистым почвам аналогичного гранулометрического состава;
различная эффективность припахивания глеевого и подзолистого горизонтов для увеличения мощности пахотного слоя заболоченных почв при их осушении и первичном окультуривании;.
вторичные деградационные процессы и система показателей мониторинга на объектах осушения и сельскохозяйственного использования;
альтернативные способы мелиорации и сельскохозяйственного использования заболоченных почв;
принципы районирования и «Агроландшафтная экологическая поч-венно-мелиоративная карта центра Нечерноземной зоны РФ (М 1:1,5 млн.)».
Организация исследований и благодарности.
Исследования проводились в рамках общесоюзной НТП 0.52.01 «Мелиорация» на 1986-1990 гг., НТП «Мелиорация и водное хозяйство» плана фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхоза-кадемии по научному обеспечению АПК РФ на 1992-1995 гг. и 1996-2000 гг..
Считаю, приятным долгом выразит благодарность всем тем, кто оказал какое-либо содействие при выполнении данной работы и прежде всего сотрудникам ВНИИМЗ и кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, на которой были выполнены многие эксперименты и обсуждены результаты исследований.
Автор искренне признателен и благодарен д.с.-х.н., заслуженному профессору МГУ им. М.В. Ломоносова, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату Государственной премии РФ Ф.Р. Зайдельману, определившему науч-
ное направление исследований и осуществлявшему постоянную научно-методическую помощь.
Выражаю глубокую благодарность академику Россельхозакадемии, профессору, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату Государственной премии РФ Н.Г. Ковалеву за постоянный интерес к работе и предоставленную возможность оформить весь накопленный многолетний материал.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 305 стр. компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и приложения. Содержит |74 таблиц, II2 рисунков. Список ли.тературы - 406 наименований, в т.ч. 31 на иностранных языках.
Геоморфологические условия..
В общегеоморфологическом плане территория центра НЗ РФ приурочена к центральной части Русской равнины, лежащей в области Московского, Днепровского и на северо-западе Валдайского оледенении со средними высотами около 170 м и наибольшими - 400-500 м. и относится к Северорусской геоморфологической провинции [Спиридонов, 1984]. На ней чередуются отдельные холмистые возвышенности, сложенные с поверхности на северо-западе моренными наносами, а в центральной части покровными суглинками. Пониженные равнины, покрытые двучленными наносами и флювиогляциальные зандровые и древнеаллювиальные низменности типа полесий в значительной степени заболоченные. На возвышенностях увеличивается количество осадков, значительно разнообразнее микроклиматические условия, обусловленные разницей высот и сильным эрозионным расчленением.. Изменяются геологическое строение, характер почвообразующих и подстилающих пород. Растительный покров возвышенностей, несмотря на незначительные различия высот, резко отличаются от растительности окружающих равнин. Например, расположенные в пределах одной зоны Валдайская возвышенность и Ловатская низина, Клинско-Дмитровская гряда и Мещерская низменность обладают различными ландшафтами. Растительность низменностей (особенно песчаных) весьма своеобразна и резко отличается от окружающей территорий. Растительность их азональна и мало меняется с севера на юг и с запада на восток; она крайне консервативна: здесь сохранились многие растения и их ассоциации позднеледникового и постледникового периодов.
Среди форм рельефа преобладают мягкоувалистые, платообразные, холмисто-волнистые, эрозионные и др. Наиболее крупные возвышенности Русской равнины в границах региона Валдайская, Смоленско-Московская и др. Среди низменностей выделяются Молого-Шекснинская и Мещерская. Относительная высота холмов равна 10 м, длина склонов - 70-120 м. На юге зоны рельеф становится более увалистым.
Сочетание более возвышенных всхломленных равнин и низин способствовало значительной дифференциации поверхностного и грунтового стока, с чем связано широкое распространение заболоченных пространств и болот. Их образование вызвано также слабой дренированностью обширных территории, связанной с молодостью современной эрозионной деятельности. Формы рельефа являются ведущим фактором при мезоклиматическом районировании территории [281, 362]. Поэтому в пределах довольно однородного макроклимата в центре НЗ можно наблюдать местные различия климата, связанные, в основном, с характером рельефа (табл. 2 ). О весьма существенном значении рельефа в почвообразовании свидетельствуют работы отечественных и зарубежных исследователей [12, 94, 118, 146, 178, 386 и др.], в которых установлена тесная связь подзоло- и глееобразования со склонами. Известна также роль, которую они играют при освоении территории и расположении сельскохозяйственных угодий. Так, наблюдения за урожайностью сельскохозяйственных растений позволили установить резкие различия различных частей склонов, подтверждающие рациональность расположения пахотных угодий на средней части склона, пастбищных и сенокосных угодий на нижней и лесных угодий на возвышенных участках (гребнях и «лбах») [106, 266 и др. ]. Вместе с тем, в результате гидротехнической мелиорации почв и культуртехнических работ произошло нарушение исторически сложившегося пространственного распределения естественных и сельскохозяйственных угодий. Около 35% пахотных земель расположено на склонах крутизной более 3, где преобладает эрозия от стока талых вод [173].
Центр Нечерноземья РФ размещается в трех лесорастительных подзонах - южной тайге, смешанных и теневых широколиственных лесах. Большое влияние на состав растительности и размещение древесных пород оказывает литология и карбонатность пород. С близким залеганием известняков связано в основном появление в зоне смешанных лесов или в подзоне южной тайги широколиственных пород на некоторых возвышенностях (например, Валдайский) или на равнине.
В Нечерноземном центре РФ хорошо обособлены ландшафты с определенным комплексом лесных формаций и типов леса: зандровые низины; древнеаллювиальные террасы; моренные равнины; равнины, перекрытые покровными лессовидными отложениями; конечно-моренные гряды (рис.1) [189 ] . Главнейшими условиями, определяющими разнообразие лесов в известном климатическом регионе, являются характер почвообразующих пород и рельеф..
На покровных суглинках в подзоне южной тайги водоразделов, при достаточно хорошем дренаже получают развитие субнеморальные ельники [Вальтер, Алехин, 1936] в основном 1 бонитета, составленные елью европейской (РІсеа abies L.) обычно с единичной примесью березы (Betula L.) и осины (Populus tremula L.) в 1 ярусе, участием рябины (Sorbus aucuparia L.) и ивы козьей (Salix саргеа L.), местами липы (Tilia cordata L.); значительным количеством рябины (Sorbus aucuparia L.), жимолости обыкновенной (Lonicera ху-losteum L.), крушины (Frangula aenus Mile), малины (Rubus rdaeus L.) местами бересклета бородавчатого (Euonymus verrucosa Scop.) и лещины (Corylus avellana L.) в подлеске.
Влияние осушения на свойства дерново-подзолистых оглеенных почв
Основным объектом осушительной мелиорации являются заболоченные почвы. В зависимости от характера почвообразующих пород, факторов заболачивания и других причин заболоченные почвы обладают как положительными, так и отрицательными свойствами для роста и развития сельскохозяйственных культур [117, 118, 120, 121, 141, 147, 215, 287 и др.]. Глеевые горизонты тяжелых почв, при хороших показателях физико-химических свойств, характеризуются повышенной плотностью и низкой порозностью. В легких почвах, заболоченных грунтовыми водами, напротив максимальная плотность и наиболее низкая порозность характерны верхним менее оглеенным горизонтам, сцементированным железом, тогда как глеевые слои обладают невысокой плотностью и значительной порозностью. Интенсивно огле-енные тяжелые пойменные зернистые почвы обычно обладают высокой порозностью и незначительной плотностью. Заболачивание независимо от ландшафтных особенностей почв сопровождается увеличением влагоемкости и порозности верхних горизонтов и уменьшением их плотности. В соответствии с изменениями физических свойств почв изменяются и фильтрационные свойства почв различного генезиса и состава. Тяжелые почвы характеризуются весьма близкими и невысокими величинами Кср. В легких почвах нередко максимальные значения фильтрации свойственны оглеенным горизонтам. В то же время независимо от агроландшафтных условий заболоченные почвы характеризуются повышенным содержанием гумуса, они менее кислые и содержат больше щелочноземельных элементов и т.д. Таким образом, в отличие от зональных, заболоченные почвы обладают относительно высоким потенциальным плодородием. В этой связи представляет интерес характер трансформации тех свойств заболоченных почв, которые выгодно отличают их от зональных. Основное внимание было обращено на те параметры почв, которые широко используются в агрономической литературе для оценки плодородия почв, а именно, содержание гумуса водопрочных агрегатов рН, сумма поглощенных оснований, плотность и т.д. В настоящее время накоплены определенные сведения о характере трансформации свойств и режимов различных заболоченных почв при их осушении и последующем их освоении. Влиянию осушения на свойства заболоченных почв различного генезиса и состава посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей, в частности, сотрудников Почвенного института им. В.В. Докучаева, ВНИИМЗ и др. Наиболее полная сводка таких сведений содержится в работах Ф.Р. Зайдельмана [114-122 и др.].
Анализ существующей литературы [29, 35, 37, 45, 55, 61, 72, 109, 115-122,123-126, 133,144, 235, 239-241, 251, 304, 307, 346, 369, и др.] и результаты собственных исследований по этой проблеме [31-35, 37 и др.] позволяют признать, что основные направления и темпы изменения заболоченных почв при их осушении обусловлены их генезисом и составом.
Фильтрационные свойства почв могут оставаться неизменными, незначительно варьировать или резко превышать фильтрацию, свойственную им в естественных условиях. Так, Капилевич Ж.А., Целищева Л.К., Высоченко А.В. [144] установили, что гидротехническая мелиорация способствует улучшению фильтрационных свойств пахотного (Апах.) и верхнего иллювиального (В1) горизонтов дерново-подзолистых глееватых и глеевых средне- и тяжелосуглинистых почв развитых на озерно-ледниковых карбонатных глинах. Осушение легких минеральных почв сопровождается быстрой минерализацией органического вещества. Значительно меньше теряется гумуса в почвах, образовавшихся на тяжелых почвообразующих породах. Неоднозначное изменение содержания различных форм железа: чаще всего наблюдается уменьшение содержания железа по Мера-Джексону и Тамму и его вынос с дренажной водой. Содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое агрегированных суглинистых почв водоразделов и пойм имеют тенденцию к снижению. Биологическая активность почв,в гумусовом слое усиливается. Усиливается пестрота почвенного покрова. В СПП увеличивается доля эродированных почв.
Эти и другие особенности осушаемых почв свидетельствуют о значительной неоднородности их свойств и режимов, обусловленной ландшафтными условиями. Вместе с тем известные в литературе сведения позволяют признать, что постстроительные изменения почв, вызванные мелиорацией, зависят и от ряда других факторов. В этой связи нами была предпринята попытка изучить изменение свойств осушаемых почв покровно-моренных, моренных, конечно-моренных и других ландшафтов. Наибольший интерес в этом случае вызывали сроки осушения.
Влияние припахивания подзолистого и глеевого горизонтов на свойства почв и урожайность растений
Одним из ведущих агротехнических приемов в системе мероприятий, направленных на повышение плодородия почв, является правильная ее обработка и удобрение. От них в значительной мере зависит эффективность применения других мероприятий агротехнического комплекса.
В разработке эффективных агромелиоративных мероприятий на начальном этапе осушения особенно нуждаются дерново-подзолистые глеева-тые и дерново-глеевые почвы с недостаточно мощным корнеобитаемым слоем. Известно, что припахивание подзолистого (А2) или подзолисто-иллювиального горизонта (А2В) и последующее их перемешивание с гумус-аккумулятивным является основным приемом увеличения мощности пахотного слоя болотно-подзолистых почв при их первичном окультуривании на фоне дренажа [213,214, 234, 268 и др.].
Экономическая целесообразность и экологическая обоснованность создания мощного пахотного слоя (25-30 см) дерново-подзолистых и болотно-подзолистых почв за счет нижележащего слоя получили отражение в работах Емельяновой И.М., Малышевой Г.А., Поповой Т.П. (1987); Зоткина В.П., Медведевой А.С., Чуфистовой Л.И. (1988) и др. В то же время, в ряде работ [Доспехов Б.А., Пупонин А.И., 1975; Пупонин А.И, 1984; Макаров И.П. 1990; Митрофанов Ю.И., Артемьев А.Е., Чарушкина О.В., 1990 и др.] высказывалось сомнение относительно эффективности углубления мощности пахотного слоя дерново-подзолистых среднесуглинистых почв.
Отсутствие единого мнения относительно целесообразности углубления пахотного слоя дерново-подзолистых почв, по-видимому, связано со свойствами припахиваемого горизонта. Увеличение мощности пахотного слоя почв достигалось чаще всего за счет припахивания подзолистого горизонта, обладающего кислой реакцией, низкой емкостью поглощения, низким содержанием гумуса и биогенных элементов. Перемешивание этого горизонта с гумусовым резко снижает не только плодородие последнего, но и вызы вает ухудшение свойств всей почвы, так как при этом нарушается ее естественное сложение [Дояренко, 1957; Раменский, 1961].
Важное экологическое значение сохранения естественного сложения горизонтов в корнеобитаемом слое почв отмечал Л.Г. Раменский [266]. Он писал по этому поводу: «Для жизни почвы и населяющих ее организмов важно не само по себе развитие некапиллярных скважин... не менее важно их направление и взаимная связь, образование ими более или менее единой и мощной проводящей системы почвы, обеспечивающей проникновение в нее воды и воздуха». И далее «.. распашка грубо нарушает проводящую систему почвы в пахотном горизонте и замазывает, замыкает ее выходные отверстия на поверхности подпахотного; проводящая система частично инактивируется распашкой, становится недеятельной... Взамен разрушенной пахота создает свою весьма эффективную, но эфемерную и неглубокую систему скважин».
Впервые необходимость учета состава и свойств нижележащего горизонта при окультуривании пахотного слоя различных видов дерново-подзолистых почв была отмечена М.М. Годлиным [1960]. По мнению этого автора, пахотный слой почв следует постепенно увеличивать при вспашке, сочетая с другими приемами окультуривания, при условии если подзолистый горизонт мало отличается по своему составу и свойствам от гумусового и иллювиального. К таким почвам он относил слабоподзолистые песчаные и супесчаные. В дерново-среднеподзолистых суглинистых почвах припахивание гор. А2 и его перемешивание с гумусовым слоем резко снижало не только плодородие последнего, но и вызывало ухудшение свойств всей почвы, так как нарушалось естественное сложение почвы.
По-видимому, различный эффект следует ожидать и от углубления пахотного слоя осушаемых дерново-подзолистых глееватых и дерново-глеевых почв. Так, по данным В.Д, Лопатина и А.И. Михнеевой [1984] увеличение мощности гумусового слоя дерново-подзолистой глееватой суглинистой почвы придахиванием подзолистого горизонта вызвало подкисление почв за счет увеличения содержания подвижного А1, снижение степени насыщенности основаниями с 40% до 30-35%, содержания гумуса в 1,5-2 раза. Напротив, безотвальное рыхление тяжелых глееватых почв способствовало оптимизации водно-воздушного режима корнеобитаемого слоя по сравнению с отвальной вспашкой. Глубокие обработки обеспечивали улучшение водного режима и на дерново-подзолистых глееватых почвах легкого гранулометрического состава. Таким образом, припахивание подзолистого горизонта в дерново-подзолистых глееватых почвах различного генезиса и состава оказывает неоднозначное влияние на свойства и режимы не только пахотного, но и всего корнеобитаемого слоя.
Отличительной особенностью дерново-глеевых почв является то, что в профиле таких почв под гумусовым горизонтом залегает плотный, слабоводопроницаемый глеевый горизонт сизого цвета [307]. По своим химическим свойствам и составу этот горизонт существенно отличается от подзолистого, в частности, относительно высоким содержанием щелочноземельных металлов, органического вещества, более низкими значениями кислотности и т.д. [123]. В литературе, однако, отсутствуют сведения относительно экологической целесообразности и экономической значимости углубления пахотного слоя дерново-глеевых почв. В: этой связи; нами предпринята попытка оценить целесообразность припахивания части подзолистого и глеевого горизонтов осушаемых дерново-подзолистых глееватых и дерново-глеевых почв, сформированных на карбонатном валунном и покровном лессовидном суглинках.
Влияние залуження на агроэкологическое состояние осушаемых почв..
Условия проведения опыта и схема опыта. В 1995 году на объекте осушения " Губино" был заложен опыт, цель которого состояла в обосновании целесообразности залуження низкопроизводительных пахотных угодий. Перед закладкой опыта участок находился в полевом севообороте, предшествующей культурой до залуження был ячмень. Обработка почвы для посева трав включала отвальную вспашку. Посев беспокровный. Злаковая смесь состояла из овсяницы луговой и тимофеевки луговой; бобово-злаковая смесь — из люцерны гибридной , клевера лугового и тимофеевки луговой. Схема опыта включала следующие варианты: 1. без удобрений (контроль); 2. торфо-навозный компост (ТНК)- 10 т/га в подкормку ежегодно; 3. минеральные удобрения: на злаковом травостое NPK в дозе, эквивалентной 10 т/га, на бобово-злаковом - без азотных удобрений. Почва опытного участка: осушаемая дерново-среднеподзолистая глее-ватая супесчаная на маломощном двучлене (кроющий супесчаный нанос мощностью 30-40 см) подстилается выщелоченной до глубины 50-70 см карбонатным валунным суглинком. Особенностью этой работы явилось то, что характеристика свойств почв до осушения ( 1984 г.), через 10 лет интенсивного их использования в полевом севообороте ( 1994 г.) и наконец через 4 года после залуження пашни ( 1998 г.) проводилась на образцах, отобранных в одних и тех пунктах опытного участка. Все полевые и лабораторные исследования выполняли методами, изложенными в руководствах Е.В; Аринушкиной (1970), А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной (1970). Метеорологические условия в годы исследований были различными. Вегетационный период в первые два года по влагообеспеченности был близок к среднемноголетним, а следующие два года сумма осадков была ниже нормы на 16 и 44 %. По теплообеспеченности первые три года были близки к среднем ноголетним. Вегетационный период 4-го года был засушливым.
Среднесуточная температура воздуха была выше нормы на 2,1 С. Влаж- ность корнеобитаемого слоя почвы в целом была оптимальной для роста и развития трав, но в отдельные периоды они испытывали недостаток во влаге. Так, в июне 1998 г. влажность почвы составила 0,47 -0,51 ППВ, что ниже оптимальной ее величины для трав. В 1999 г. со второй декады июня по вторую декаду августа растения испытывали существенный недостаток влаги, поскольку влажность корнеобитаемого слоя колебалась в пределах 0,32-0,60 ППВ. 4-х летнее использование осушаемых дерново-подзолистых глееватых на маломощном двучлене под лугами; оказало положительное влияние на водно-физические свойства. При залужений произошло снижение плотности сложения почвы, увеличение содержания воздухоносных пор и водопроницаемости почв в слое 30-40 см (табл. 47), Кроме того, под многолетними травами произошло снижение кислотности почвы в дренируемом слое, увеличение запасов органического вещества в слое 0-40 см и обогащение последнего подвижными формами фосфора. В ботаническом составе злакового травостоя на всех вариантах опыта с удобрениями доминировала овсяница луговая. В бобово-злаковом травостое доля разнотравья и клевера соответственно составила в среднем 30 и 25 %. На второй год пользования клевер почти выпал из травостоя. Доля участия люцерны в травостое на 2-й, 3-й и 4-й год пользования составила в среднем: 53, 43 и 50%% .
В среднем за 4 года пользования урожай злакового и бобово-злакового травостоев на варианте без удобрений был равен соответственно 46,1 и 88,3 ёц/га сухого вещества. Применение в подкормку ТНК дало прибавку урожая в 10,Ги 10,0 ц/га, а минеральных удобрений -28,1 и 17,2 ц/га соответственно. Структура ботанического состава бобово-злакового травостоя в годы исследований зависела как от биологических особенностей компонентов, так и от условий произрастания. На дерново-подзолистых слабоглееватых почвах в первый; год пользования травостоя наибольшее количество разнотравья (14,9%) было на контрольном варианте. Внесение удобрений снизило его до1...3,5%. Доля бобовых в травостое составила 39...49% ( в основном это клевер луговой), а из злаков, как и на слабоглееватой почве , доминировала тимофеевка луговая-32...45%. На второй год пользования в условиях засушливого лета 1996 г. на слабоглееватой почве доля бобовых в травостое несколько возросла по сравнению с предыдущим годом и составила 45...51%. Из злаков в травостое доминирующее положение оставалось за тимофеевкой луговой за счет вытеснения из травостоя овсяницы луговой. Доля последней,, в условиях высокой обеспеченности почв питательными элементами и кислой реакции среды не превышала 2...7%. Несколько иная картина наблюдалась на глееватой почве. Здесь из бобовых преобладал также клевер луговой -41...44%, а из злаковых-овсяница луговая-37..,50%.
