Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Биологическая продуктивность и круговорот элементов как фундаментальное свойство биосферы: понятия и состояние изученности 13
Глава 2. Эколого-географические условия почвообразования в су-хостепной зоне Западного Забайкалья 22
Глава 3. Каштановые почвы и биологическая продуктивность су-хостепных пастбищ и орошаемых сенокосов 40
3.1. Основные свойства и плодородие каштановых почв под естественными пастбищами 41
3.2. Влияние орошения на некоторые свойства и показатели плодородия каштановых почв 55
3.2.1. Основные принципы почвенно-экологической оценки пригодности поливной воды и охраны орошаемых почв 55
3.2.2. Изменение некоторых свойств и плодородия длительно орошаемых каштановых почв 59
3.3. Эколого-агрохимические аспекты применения минеральных удобрений на орошаемых каштановых почвах 82
3.3.1. Потенциальная устойчивость орошаемых каштановых почв к вымыванию питательных веществ из удобрений 82
3.3.2. Влияние возрастающих доз минеральных удобрений на динамику пищевого режима, содержание и состав соединений N, Р, К и S в орошаемых каштановых почвах 87
3.4. Биологическая продуктивность и емкость круговорота химических элементов в степных пастбищах и их изменение при внесении минеральных удобрений 112
3.4.1. Характеристика фитоценозов степных пастбищ и современное состояние их биопродуктивности 112
3.4.2. Влияние минеральных удобрений на биологическую продуктивность и емкость круговорота в степных пастбищах 117
3.5. Влияние возрастающих доз минеральных удобрений на биопродуктивность и емкость круговорота макро и микроэлементов в орошаемых сеяных злаковых и бобовых сенокосах 132
3.5.1. Орошаемый сеяный люцерновый сенокос 134
3.5.2. Орошаемый сеяный злаковый сенокос 144
3.6. Основные закономерности и особенности формирования биопродуктивности и емкости круговорота степных пастбищ и орошаемых сеяных сенокосов на каштановых почвах 151
Глава 4. Аллювиальные дерновые почвы и биологическая продуктивность пойменных остепненных лугов 155
4.1. Основные свойства, режимы и плодородие аллювиальных дерновых почв 156
4.2. Влияние орошения на свойства и плодородие аллювиальных дерновых остепняющихся почв 171
4.2.1. Потенциальная устойчивость орошаемых аллювиальных дерновых остепняющихся почвах к вымыванию питательных веществ из удобрений 203
4.3. Биологическая продуктивность и емкость круговорота химических элементов в пойменных остепненных лугах и их изменение при внесении минеральных удобрений 208
4.3.1. Характеристика фитоценозов пойменных остепненных лугов и современное состояние их биопродуктивности 208
4.3.2. Влияние минеральных удобрений на биологическую продуктивность и емкость круговорота 216
4.4. Биологическая продуктивность и емкость круговорота химических элементов в орошаемых сеяных злаковых травостоях при применении минеральных удобрений 227
4.4.1. Схема и условия проведения полевых опытов 227
4.4.2. Продукционные процессы в сеяных злаковых травостоях при внесении минеральных удобрений 228
4.5. Основные закономерности и особенности формирования биопродуктивности и емкости круговорота неорошаемых и орошаемых сенокосов и пастбищ на аллювиальных дерновых почвах 242
Глава 5. Аллювиальные луговые почвы и биологическая продуктивность пойменных настоящих лугов 246
5.1. Основные свойства, режимы и плодородие аллювиальных луговых почв 247
5.2. Влияние орошения и минеральных удобрений на некоторые свойства, режимы и плодородие аллювиальных луговых почв 262
5.2.1. Схема и условия проведения опытов 262
5.2.2. Влияние агромелиоративного воздействия на некоторые свойства, режимы и плодородие аллювиальных луговых почв 267
5.2.3, Влияние орошения и удобрения аллювиальных луговых почв на химический состав грунтовых вод 303
5.3. Биологическая продуктивность и емкость круговорота химических элементов в пойменных настоящих лугах и их изменение при внесении минеральных удобрений 307
5.3.1. Характеристика фитоценозов пойменных настоящих лугов и современное состояние их биологической продуктивности 307
5.3.2. Влияние минеральных удобрений на биологическую продуктивность и емкость круговорота химических элементов 314
5.4. Влияние орошения и минеральных удобрений на биологическую продуктивность и емкость круговорота химических элементов в пойменных настоящих лугах 325
5.5. Основные закономерности и особенности формирования биопродуктивности и емкости круговорота в пойменных сенокосах на аллювиальных луговых почвах 341
Глава 6. Аллювиальные болотные почвы и биологическая продуктивность пойменных болотистых лугов 343
6.1. Основные свойства, режимы и плодородие аллювиальных болотных почвы 343
6.2. Биологическая продуктивность и емкость круговорота химических элементов в пойменных болотистых лугах и их изменение при внесении минеральных удобрений 363
6.2.1. Характеристика фитоценозов пойменных болотистых лугов и современное состояние их биопродуктивности 363
6.2.2. Влияние минеральных удобрений на биологическую продуктивность и емкость круговорота химических элементов 371
6.3. Основные закономерности и особенности формирования биопродуктивности и емкости круговорота в пойменных болотистых сенокосах на аллювиальных болотных почвах 387
Глава 7. Комплексная оценка эффективности применения минеральных удобрений на неорошаемых и орошаемых сенокосах и пастбищах и рекомендуемые дозы их внесения 389
7.1. Степные пастбища 389
7.2. Пойменные сенокосы и пастбища 393
7.3. Орошаемые сеяные сенокосы и пастбища 398
Заключение 409
Список литературы 414
Приложение 467
- Биологическая продуктивность и круговорот элементов как фундаментальное свойство биосферы: понятия и состояние изученности
- Эколого-географические условия почвообразования в су-хостепной зоне Западного Забайкалья
- Влияние орошения на некоторые свойства и показатели плодородия каштановых почв
- Влияние орошения на свойства и плодородие аллювиальных дерновых остепняющихся почв
Введение к работе
Актуальность. В концептуальных основах развития кормопроизводства на современном этапе наиболее перспективным направлением является реализация продуктивного средообразующего потенциала природных кормовых угодий (Кутузова, 1997; Михайличенко, 1997).
Общая площадь пастбищ в Западном Забайкалье (Республика Бурятия) составляет около 1,8 млн. га и сенокосов — 345066 га. В сухостепной зоне региона пастбища занимают свыше 690 тыс. га и сенокосы - около 153 тыс. га. Кормовые угодья расположены на разных типах почв, однако ландшафтообразующая роль принадлежит степным фитоценозам, произрастающим на каштановых почвах и используемых в качестве пастбищ. В зоне сухих степей особую значимость имеют пойменные ландшафты, в почвенном покрове которых.получили широкое распространение аллювиальные почвы: болотные, луговые и дерновые. Пойменные луга образуют основной фонд сенокосов в регионе.
Интегральным показателем ландшафтно-экологических и почвенно-агрохимических условий функционирования сенокосов и пастбищ является биологическая продуктивность. Как правило, при оценке биопродуктивности пользуются параметрами обеспеченности природной среды материальными и энергетическими ресурсами (свет, тепло и водообеспеченность, уровень и доступность элементов минерального питания, видовой состав травостоев и др.), которые обусловливают ее возможность производить продукцию.
Поэтому особую актуальность имеют исследования, направленные на изучение современного состояния ресурсного потенциала почвенного и растительного покрова кормовых угодий, интенсивности продукционного процесса в системе почва - растение, их взаимосвязей через круговорот элементов, а также разработка системы мер (орошение, удобрение) по повышению биопродуктивности сенокосов и пастбищ, сохранению их фиторазнообразия и продуктивного долголетия. Необходимость данных исследований обусловлена отсутствием научной информации по многим перечисленным проблемам.
Цель исследований - выявление закономерностей и особенностей формирования биопродуктивности основных типов неорошаемых и орошаемых почв сенокосов и пастбищ в сухостепной зоне Забайкалья, качественно-количественная оценка продукционного процесса в системе почва - растение и агрохимические основы его повышения.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
-
изучить основные свойства, химический состав, режимы и биопродуктивность неорошаемых и орошаемых почв сенокосов и пастбищ и дать агрохимическую оценку уровня их плодородия;
-
оценить влияние возрастающих доз минеральных удобрений на основные параметры плодородия почв;
РОС НАЦИОНАЛЬНА*] БИБЛИОТЕКА 1
-
выявить современное состояние количественных и качественных показателей биологической продуктивности естественных и сеяных сенокосов и пастбищ и их изменение при внесении минеральных удобрений;
-
определить емкость круговорота макро- и микроэлементов в системе почва -растение и тип его химизма в зависимости от почвенно-экологических условий произрастания фитоценозов и воздействия агромелиоративных фактрров
-
дать оценку эффективности применения минеральных удобрений на сенокосах и пастбищах и определить их оптимальные дозы под конкретный фитоценоз.
Объекты исследований. Объектами изучения являлись неорошаемые и орошаемые почвы сенокосов и пастбищ сухостепной зоны Западного Забайкалья: каштановые и аллювиальные (дерновые, луговые, болотные). Исследования проводились в Курумканском, Хоринском, Заиграевском, Иволгинском и Селенгин-ском районах Республики Бурятия.
Полевые опыты закладывались на 10-ти естественных сообществах, представляющих основные типы степной и пойменной растительности, и 4-х ценозах с сеяными бобовыми и злаковыми травами.
Методы исследований. Изучение физических, водно-физических и физико-химических свойств почв, валовое содержание макро- и микроэлементов проводили общепринятыми методами. Групповой и фракционный состав гумуса изучались по Пономаревой-Плотниковой, водорастворимый - по Дьяконовой (Рекомендации..., 1984);'общий азот - по Кьельдалю, фракции азота - по Шконде-Королевой, общее содержание минеральных и органических фосфатов - методом Мета в модификации Гинзбург, состав минеральных фосфатов — по Гинзбург-Лебедевой; формы калия — по Пчелкину; форм"ы соединений серы - по Айдиняну.
Содержание макро- и микроэлементов в гранулометрических фракциях определяли теми же методами, что и в нерасчлененных почвах.
Для выделения и качественного учета микроорганизмов использовались питательные среды МПА, КАА, среда Чапека, целлюлозоразрушающих микроорганизмов - среда Гет-чинсона, нитрификаторов — среда Виноградского. Биомасса почвенных микроорганизмов определялась по Зражевскому и др. (1976), свободные аминокислоты - по методу Умарова и Асеевой (1971).
Определение устойчивости почв к орошению водами разного качества и изучение химического состава фильтрационных вод проводили в лабораторных модельных опытах в колонках (Зайдельман, Давыдова, 1989). Состав вод исследовали по Лурье (1973). Содержание токсичных солей рассчитывали по Базилевич и Панковой (1972).
Запасы надземной и подземной фитомассы в естественных сенокосах и пастбищах учитывали в 1-ю декаду августа, на момент максимальной продуктивности трав; в сеяных травостоях - надземную в зависимости от способа использования трав, подземную - в конце вегетационного сезона. Уровень биопродуктивности естественных ценозов оценивали по Базилевич (1993), агрофитоценозов — по Левину (1969). Изучение емкости и типов химизма круговорота элементов в системе почва-растение проводили по методу Родина и др. (1968) и Левина (1964). Химический состав растительных образцов определяли общепринятыми методами.
. Наблюдения и исследования на орошаемых и неорошаемых сенокосах и пастбищах проводились согласно «Методике опытов на сенокосах и пастбищах» (1971) и «Методическим указаниям...» (Кутузова и др., 1996). Определение класса качества сена выполнено по «Методическим...» (1993). Результаты исследований обработаны статистическими и дисперсионными методами (Доспехов, 1979).
Начинай новизна Впервые выявлены закономерности и особенности формирования биопродуктивности основный типов неорошаемых и орошаемых почв сенокосов пастбищ (строение свойства, макро и микроэлементный состав почв и гранулометрических фракций параметры плодородия, режимы и их взаимосвязи) в сухостепной зоне Забайкалья.
Определена направленность изменений состава, численности и биомассы микроорганизмов, содержания свободных аминокислот в почвах при орошении и удобрении.
Установлен влияние возрастающих доз минеральных удобрений на содержание и состав соединений азота, фосфора, калия и серы в орошаемых почвах и баланс этих элементов при выращивании сеяных злаковых и бобовых многолетних трав впервые выявлены ограничивающие факторы применения высоких доз минеральных удобрений на орошаемых почвах кормовых угодий.
Дана эколого-агрохимическая оценка использования сточной воды и удобрений при восстановлении нарушенных пойменных сенокосов на свойства, плодородие и активность микробоценоза аллювиальных луговых почв и химический состав грунтовых вод.
Изучены качественно-количественные характеристики ботанического, ареа-логического, экологического и эколого-ценотического составов растительных сообществ степей и пойм рек, а также структуры их подземной фитомассы.
Установлено современное состояние размеров накопления надземной и подземной фитомассы сообществ степных пастбищ и пойменных сенокосов в зависимости от их размещения на элементах рельефа, почвенно-экологических условий, средообразующегоиагромелиоративного воздействия.
Определены факторы, влияющие на формирование емкости и типа химизма биологического круговорота макро- и микроэлементов в системе почва - растение фитоценозов и изменение этих показателей при повышении уровня минерального питания.
Защищаемые положения:
уровень биопродуктивности неорошаемых и орошаемых почв пастбищ и сенокосов сухостепной зоны Забайкалья определяется комплексом факторов средооб-разующего потенциала и интенсивностью агромелиоративного воздействия;
формирование большой емкости круговорота макро- и микроэлементов при низко-средней биопродуктивности сенокосов и пастбищ обусловлено спецификой структуры, подземной фитомассы, а тип химизма круговорота - ботаническим составом сообществ и почвенно-экологическими условиями их функционирования;
эффективность минеральных удобрений на сенокосах и пастбищах зависит от влаго- и теплообеспеченности и уровня плодородия конкретного типа почв и видового состава фитоценоза;
адаптивно-дифференцированное и экологически нормированное применение минеральных удобрений повышает продуктивность сенокосов и пастбищ и сохраняет экологическое равновесие в системе почва-растение.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные материалы могут быть использованы при оценке экологических последствий орошаемых почв и их эволюции при изменении свойств, режимов и плодородия, а также для почвенного мониторинга.
Результаты изучения современного состояния биопродуктивности степных пастбищ и пойменных сенокосов, их качественно-количественных характеристик являются основой для уточнения классификации кормовых угодий и определения путей рационального их использования.
Применение умеренных доз минеральных удобрений под естественные и сеяные сенокосы и пастбища, стимулирующих продукционный процесс и не нарушающих при этом экологического равновесия в системе почва - растение, может быть рекомендовано для кормопроизводства, в т.ч. и орошаемого.
Теоретические и практические результаты исследований опубликованы в монографиях, научных статьях, рекомендациях, учебных пособиях, рекомендованных УМО вузов РФ и используемых в учебном процессе в курсе лекций по «Агрохимии» Бурятской государственной сельскохозяйственной академии, а также представлены в 2 патентах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 90 работ.
Биологическая продуктивность и круговорот элементов как фундаментальное свойство биосферы: понятия и состояние изученности
Биологическая продуктивность и круговорот элементов представляют собой фундаментальное свойство биосферы и означают способность живого вещества производить биомассу и образовывать биотический покров. Организмы и почвы составляют сложную экологическую систему, выполняющую в биосфере важнейшие функции по поддержанию непрерывно текущего процесса биогенного накопления и круговорота химических элементов, а также трансформации и перераспределения солнечной энергии.
Под биологическим круговоротом, как известно, понимается поступление химических элементов из атмосферы и почвы в живые организмы, их биохимический синтез и закрепление в органическом веществе растений и возвращение в почву и атмосферу с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами, входящими в состав биогеоценоза (Родин и др., 1968). Биогеоценоз же является взаимообусловленным комплексом живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии, рангом экосистемы, совпадающим по границам с фитоценозом (Миркин и др., 1989).
В настоящее время биомасса материковых экосистем площадью 149-106 км2 оценивается, по данным Н. Ф. Реймерса (1990), величиной 2,4-1012 т с продуктивностью 171,54-109 т/год (сухая масса). При этом биомасса растений составляет 1837-109 т, животных - 1005-106 т. Микробная масса характеризуйется порядком 10 " т (Ковда и др., 1974). Вся эта огромная органическая масса - функция почвенного покрова нашей планеты, который образует, по выражению В. И. Вернадского (1967), особую биогеохимическую оболочку.
Почвы по существу определяют биопродуктивность биогеоценотиче-ского покрова (Тюрюканов, Снакин, 1976). В почве совершается грандиозный процесс синтеза, деструкции и ресинтеза веществ биогенной природы, лежит начало биогеохимических циклов миграции веществ биосферы, она является основным поставщиком химических элементов в растения и микроорганизмы (Вернадский, 1960).
Важным компонентом почвы является ее микрофлора. В соответствии с климатическими условиями, растительным покровом и физико-химическими свойствами почвы формируется сообщество микроорганизмов, характерное для данного типа почв. Оно находится в постоянном развитии, изменяясь во времени и пространстве, что оказывает влияние на характер и интенсивность биохимических процессов (Гельцер,1990). Например, запасы микробной биомассы в серой лесной почве составляют 5,7 т/га, в дерново-подзолистой - 14, в черноземе - 15 и каштановой - 32 т/га (Полянская и др., 1995).
В экологическом аспекте микрофлора представляет собой часть биогеоценоза, а ее роль определяется местом в потоке энергии и круговороте веществ. Активное участие микроорганизмов в аккумуляции энергии и трансформации биогенных элементов обеспечивает жизнедеятельность других звеньев биогеоценоза и функционирование экосистемы в целом.
Способность микроорганизмов хорошо сохраняться при неблагоприятных условиях и быстро восстанавливать популяцию в благоприятных обусловливает стабильность почвы как биологической системы (Виноградский, 1952; Гузев и др., 1980; Аристовская, 1982; Круглов, 1991; Марфенина, 1996; Артамонова, 2002).
Существуют экологические критерии качества окружающей среды: биологическая продуктивность, оптимальное соотношение видов и биомассы популяций, находящихся на различных трофических уровнях (Израэль, 1984).
Хорошее качество почвы предполагает: высокий уровень биомассы микроорганизмов в почве; высокую продуктивность микрофлоры; большое видовое и функциональное разнообразие биоты; оптимальное соотношение продуцентов и сапрофитов, обеспечивающее воспроизводство гумуса; высокий уровень развития компенсационных механизмов системы; интенсивность микробиологических процессов самоочищения почвы. Поддержание достаточного уровня биомассы и биохимической активности ассоциации почвенных микроорганизмов и, следовательно, сохранение состояния гомеостаза почвы как биологической системы возможно только при условии постоянного притока энергетического материала за счет жизнедеятельности основных продуцентов: высших растений в наземных экосистемах и сельскохозяйственных культур в агроэкосистемах. Таким образом, качественное состояние почвы непосредственно зависит от растительного покрова. Поэтому оценка антропогенного и, в частности, химического воздействия на микрофлору должна учитывать все компоненты биоценоза.
В производственном плане качество почвы определяется уровнем ее плодородия, то есть способностью обеспечивать гарантированный урожай сельскохозяйственных культур. В экологическом аспекте под высоким качеством среды понимается возможность устойчивого существования и развития сложившейся, созданной или преобразованной человеком экосистемы в данном месте; отсутствие в настоящем и будущем неблагоприятных последствий у любой (или наиболее важной) популяции, которая находится в этом месте исторически. Почвенная микрофлора имеет хорошо развитую пищевую сеть и мощный компенсационный механизм, основанный на функциональной взаимозаменяемости одних видов другими. Кроме того, благодаря лабильному ферментативному аппарату многие виды могут легко переключаться с одного питательного субстрата на другой, обеспечивая тем самым стабильность экосистемы. Это существенно усложняет оценку воздействия на нее различных антропогенных факторов и требует использование интегральных показателей (Благовещенская, Духанина, 2004). Микроорганизмы занимают различные трофические уровни, но основной поток энергии идет через сапрофиты. Главная сторона их деятельности -минерализация и гумификация продуктов экзоосмоса и мертвого органического вещества животных и растений, попадающих в почву, тесно связана с процессами почвообразования и питания растений. Для количественной и качественной характеристики биологического круговорота необходимо знание и учет следующих основных показателей: общего запаса фитомассы (надземной и подземной), произведенной за период времени (год) с единицы площади, состава и накопления вовлекаемых в биологический цикл элементов, скорости разложения растительной массы и высвобождения из нее элементов, вторичного их поглощения и размера выноса элементов за пределы биогеоценоза.
Эколого-географические условия почвообразования в су-хостепной зоне Западного Забайкалья
Степи в Западном Забайкалье не образуют сплошных массивов и относятся к Восточно-Сибирской провинции островных степей Центральноазиат-ской степной подобласти (Гаджиев и др., 2002). По агропочвенному районированию сухостепная зона в регионе разделена на 3 подзоны: 1 - Баргузин-ская; 2 - Удинская; 3 — Южная (рис. 2.1).
Рельеф и геологическое строение. В настоящее время территория Западного Забайкалья (Республика Бурятия) подразделяется на 5 геоморфологических единиц, обособленных по характеру основных форм рельефа и особенностям его формирования: нагорье Восточного Саяна, среднегорье Западного Забайкалья, горы и межгорные впадины Прибайкалья и Станового нагорья, Витимское плоскогорье и Северо-Витимское нагорье (Преображенский и ДР-, 1959).
Наличие большого числа котловин является характерной особенностью горного пояса юга Сибири. Однако в связи с тем, что сухостепные ландшафты распространены только в пределах Селенгинского среднегорья и Баргу-зинской котловины, то характеристика рельефа и геологического строения приведена для этих природных образований.
Баргузинская котловина представляет собой резко очерченное опускание земной коры внутри Саяно-Байкальского Станового нагорья. Длина ее составляет около 200 км при максимальной ширине 35 км (рис. 2.2). С северо-запада котловина ограничена крутой сбросовой стороной Баргузинского хребта, альпинотипные вершины которого лежат на высоте 2600-2800 м, с юго-востока - пологоволнистыми склонами Икатского хребта. Контур осадочных пород днища котловины образован аккумулятивными поверхностями трех типов: делювиально-пролювиальной наклонной предгорной равниной, примыкающей к склонам Баргузинского хребта, комплексом пойменных террас и совокупностью высоких аккумулятивных поверхностей - куйтунов, причлененных к коренным склонам Икатского хребта.
Селенгинское среднегорье занимает среднюю часть бассейна р. Селенги. Здесь, по данным А.Р. Батуева с соавторами (2000), выделяется более 30 котловин со своими морфометрическими показателями и природными особенностями. Они находятся в пределах юго-западной части обширного Се-ленгинско-Витимского синклинария, ограниченного с запада и северо-запада Байкальским рифтом, а с востока и юго-востока — Даурским сводовым поднятием (Олюнин, 1978). Большинство из котловин объединяются в линейные комплексы, образуя полосы значительной протяженности, состоящие из замкнутых впадин, разделенных горными перемычками (рис. 2.3). Сами котловины имеют вытянутую форму и в целом ориентированы в северном и северо-восточном направлении, местами приближаются к субширотной ориентации. В основном котловины приурочены к зонам глубинных разломов.
Во внутреннем поле котловин выделяются следующие генетические поверхности: плоские аккумулятивные равнины днищ и речных долин; слабонаклонные аккумулятивные равнины конусов выноса и сухих дельт вдоль подножий хребтов; наклонные аккумулятивные равнины на делювиальных и делювиально-пролювиальных подгорных шлейфах; наклонные и увалистые аккумулятивные равнины периферии котловин, сложенные песками и валун-но-гапечниковыми отложениями. Основными формами рельефа Селенгинского среднегорья являются плосковершинные и довольно однородные по высоте хребты и чередующиеся с неглубокими, но иногда довольно обширными межгорными понижениями.
Различие в высотах между вершинами хребтов и межгорных понижений и долин относительно мало и заметно уменьшается с запада на восток (от 900 до 500 м). В этом же направлении усиливается характерная для всего среднегорья сглаженность рельефа. Хребты сложены в основном кислыми породами магматического происхождения и главным образом гранитами. Иногда встречаются и другие изверженные породы - диориты и сиениты. На склонах многих хребтов имеют распространение кристаллические сланцы, кварциты, амфиболиты и гнейсы. Межгорные же понижения представлены мощными континентальными отложениями, достигающими сотни и более метров. Широко распространены мезозойские отложения, состоящие из конгломератов, песчаников, гравелитов, алевролитов, аргиллитов и глинистых сланцев. Иногда встречаются третичные отложения, представленные грубообломочными породами - конгломератами, галечниками и супесями. Имеющиеся четвертичные отложения представлены озерно-речными отложениями и различными продуктами выветривания, а также встречаются в виде лессов.
Формирование рельефа типа чередования хребтов с межгорными котловинами и понижениями, обусловленное особенностями геологии, а также тектоники, денудационных и эрозионных процессов, наряду с их географическим положением, существенно сказалось на характере почвообразующих пород, климата, растительности и других экологических факторов, оказывающих здесь своеобразное влияние на почвообразование.
Влияние орошения на некоторые свойства и показатели плодородия каштановых почв
В научной литературе к настоящему времени накоплен большой объем данных по влиянию орошения на свойства и плодородие почв в зависимости от качества поливных вод. Анализируя имеющиеся данные, Е.И. Панкова и И.П. Айдаров (1995) сформулировали основные экологические требования к качеству оросительных вод. 1) Чем выше исходное плодородие почв, тем требовательнее почва к качеству оросительной воды, тем активнее ее воздействие на физико-химические свойства почвы. 2) Если поливная вода имеет очень низкую минерализацию ( 0,3 г/л и, особенно, 0,12 г/л), то при орошении она вызывает элювиирование, приводящее к ухудшению фильтрационных свойств, т.е. к экологическим последствиям, снижающим плодородие орошаемых почв. 3) Для оценки опасности осолонцевания почв должна учитываться величина натриевого адсорбционного отношения SAR (уточненного), зависящая от общей минерализации воды и минералогического состава орошаемых почв. 4) Оросительная вода не должна быть по своему качеству (ми нерализации и химическому составу) хуже поровых (почвенных) растворов орошаемых почв. 5) Ограничения для использования поливных вод: содержание натрия более 3 мпэкв/л, хлора 4 мгэкв/л, НСОз 1,5 мг экв/л, нитратов (N03) 5 мг/л, рН 6,5 или 8,4. Положительное влияние некондиционных вод как природного (повышенная минерализация), так и неприродного (сточные воды) характера, по данным многочисленных исследований, основывалось на получении относительно высоких урожаев орошаемых, в основном, зерновых и кормовых культур с теоретическим обоснованием этого явления за счет солеустойчиво- сти растений и промывного режима орошения (Ковда и др., 1996). Для устранения же некоторых негативных последствий в орошаемых почвах, например, осолонцевания, рекомендовалось применение кальцийсодержащих мелиорантов, повышенных доз органических и физиологически кислых минеральных удобрений, промывка пресными водами (Кистанов, 1983; Зайдель-ман, Давыдова, 1989, 1990; Дерюжинская, Николаева, 1991).
Почвенно-экологическая оценка пригодности поливной воды заключается в установлении зависимости физических и химических свойств почвы от состава ионно-солевого комплекса (Зимовец, 1991). Первоначальным этапом экспертизы качества поливной воды является моделирование прЪцессов взаимодействия ее с почвой на основе теории солепереноса и ионного обмена, т.к. известно, что одна и та же по составу вода неоднозначно взаимодействует с разными по свойствам почвами, в силу различий их ионнообменных способностей и устойчивости в условиях орошения (Айдаров и др., 1988; Зимовец, 1984; Николаева и др., 1987; Куликов, Мангатаев, 1997). Инерционность взаимодействия тем выше, чем меньше изменяется природный ионно-солевой состав при орошении. Качественно-количественная оценка поливной воды характеризуется следующими величинами: минерализация (г/л), рН, SAR (показатель адсор-бируемости натрия) и отношение магния и кальция. Требования к качеству поливной воды целесообразно ограничить тремя классами пригодности: пригодная, условно-пригодная и непригодная, пороговые значения которых необходимо определять по одному из лимитирующих показателей. Длительное наблюдение показало, что эволюция почв при орошении может идти как по пути сохранения почв без существенных изменений, так и по пути развития деградационных процессов.
Направленность и скорость этих процессов определяются, прежде всего, качеством поливных вод, гидрогеологическими условиями региона, исходными свойствами конкретной почвы, режимом орошения и его продолжительностью, культурой земледелия (Зимовец, Хитров, 1987; Зимовец, Кауричева, 1987; Сало, Дышлюк, 1991; Ба- люк,1998; Зимовец и др.,1998; Решетов и др., 1998; Безднина, 2000; Воробьева и др., 2000, Лозовицкий, Каленюк, 2001). Можно выделить следующие наиболее распространенные де градационные процессы, проявляющиеся и установившиеся в орошаемых почвах некоторых регионов страны (табл.3.2.): 1) Агрофизическая деградация (изменение гранулометрического состава, обесструктуривание и уплотнение). 2) Подъем уровня грунтовых вод, подтопление и вторичный гидроморф изм. 3) Развитие галохимических процессов с накоплением легкорастворимых солеи. 4) Осолонцевание. 5) Дегумификация и трансформация микробоценозов, приводящие к ускорению минерализации органических веществ и изменению круговорота соединений азота. 6) Преобразование минеральной компоненты почвы с увеличением гидро-фильности и дисперсности. 7) Техногенное загрязнение - аккумуляция в почвах, водах и растениях тяжелых металлов, однако, носящая локальный характер. Обычно отмечается обеднение орошаемых почв микроэлементами за счет миграции и усиленного биологического поглощения. Деградационные процессы делятся на обратимые, частично обратимые и на необратимые (Приходько,1996). Большинство видов деградации почв устраняется различными агромелиоративными приемами. Однако деградация зависит от степени нарушенности (сильная, средняя, слабая), что удлиняет, осложняет и удорожает меры восстановления почв (Козловский, 1991). При выделении мелиоративного фонда нужно учитывать не только производящую функцию почвы, но и соблюдать экологический и ландшафтный баланс между площадями орошения, богары и природной среды. Необходима разработка критериев допустимого воздействия на почву при орошении с учетом региональных средообразующих условий для сохранения ее плодородия.
Влияние орошения на свойства и плодородие аллювиальных дерновых остепняющихся почв
Объектами исследований служили аллювиальные дерновые остепняю-щиеся почвы в нижнем течении р. Оны (Хоринский р-н), используемые в качестве: 1) естественные пастбища; 2) сеяные злаковые травостои, орошаемые 12 лет; 3) пашня, 20 лет орошения, Почвы находятся в непосредственной близости друг от друга в сходных геоморфологических условиях и развиваются на грубых песчано-галечниковых аллювиальных отложениях. Полив производится дождеванием. Изучение основных свойств почвы проводили методом ключевых аналогов. Морфологические характеристики изучаемых почв следующие. Разрез 14. Злаково-разнотравно-твердоватоосочковое пастбище с проективным покрытием 40-50 %. Ад (0-5см). Коричневато-серый, свежий, легкосуглинистый с крупным и мелким галечником, уплотненный. Переход по степени задернованности. Гранулометрический состав мелкозема в гумусовом горизонте неорошаемой почвы легкосуглинистый, ниже - песчаный (табл. 4.2.1). Верхним горизонтам свойственны низкое содержание фракций ила, крупной пыли и очень малое - средней и мелкой пыли. С глубиной количество всех этих фракций уменьшается. В почве под орошаемым сеяным травостоем отмечено большее содержание в гумусовом горизонте всех пылеватых фракций и меньшее - песка.
Изменение гранулометрического состава гумусового горизонта данного варианта обусловлено многолетним воздействием орошения и постоянно функционирующими корнями высокопродуктивных злаков, сухая масса которых составляла 267 ц/га, в результате чего усиливались процессы внутри- почвенного выветривания песчаных фракций и переход их в более мелкодисперсные. В почве под орошаемой пашней заметной трансформации гранулометрического состава не отмечено, что связано, на наш взгляд, с пахотой, т.е. ежегодным перемешиванием части песчаного нижележащего горизонта с верхним, а также незначительным влиянием слаборазвитой корневой системы (7-10 ц/га) полевых кормовых культур (горохоовсяная смесь, овес на зеленую массу) в связи с непродолжительным их пребыванием в почве. Почвы незасолены, величина плотного остатка составляет 0,02-0,25 %. Тип химизма водной вытяжки гидрокарбонатно-кальциево-магниевый (табл. 4.2.2). В зависимости от длительности орошения обозначилась слабая тен- денция к соленакоплению, в том числе ионов магния и натрия. Неорошаемая почва характеризуется слабокислой, близкой к нейтральной, реакцией среды (табл. 4.2.3), при орошении - значения рН устойчиво слабокислые. Количество обменных катионов в почве снизилось при орошении с изменением отношения Ca/Mg (табл. 4.2.3). Химический состав почв и гранулометрических фракций. По валовому содержанию макро и микроэлементы в гумусовом горизонте неорошаемой почвы под естественной растительностью располагались в следующем убывающем порядке: Si K Na Fe C Ca Mg S N Mn P Zn Cu Co Mo (табл. 4.2.4, 4.2.5). Сравнение со средним элементным составом почв показало, что аллювиальные дерновые остепняющиеся почвы содержат Са, Mg и Fe - в 3 раза меньше; Р, Си, Со - в 2 раза; С - в 1,6 и Мп - в 1,5 раза меньше. По количеству Si, N, Zn, No они близки к среднему содержанию этих элементов и превосходят по концентрациям Na - в 3 раза, К - в 2,5 раза и S - в 1,3 раза.
