Введение к работе
Актуальность работы. В последние 20-30 лет особую остроту получила проблема развития гидрометаморфизма в чернозёмных почвах Северо-Западного Кавказа, вызванного поверхностным и грунтовым переувлажнением. Площадь переувлажненных земель во влажные годы в регионе может достигать 600-700 тыс. га.
Гидрометаморфизм, заключающийся в трансформации минеральной массы почвы под влиянием избыточного увлажнения, создающего в почвах восстановительные условия, способствует изменению генетической принадлежности и классификационного положения изначально автоморфных черноземов и переходу в разряд их полугидроморфных аналогов – лугово- и луговато-черноземных уплотненных и слитых почв и черноземов мочаковатых.
Только в Краснодарском крае примерно за 50 лет, прошедшие со времени I тура обследования (1955-1961гг.) площадь лугово- и луговато-чернозёмных уплотнённых и слитых почв увеличилась более чем на 50 тыс. га и в настоящее время составляет 135 тыс. га, или 14-17% площади сельскохозяйственных угодий в зоне распространения низменно-западинных агроландшафтов, площадь мочаковатых черноземов и мочаков, получивших распространение на Кубанской наклонной равнине увеличилась с 56,0 тыс. га в 1976 г до 109,2 тыс. га (29%).
Черноземы обладают целым набором уникальных свойств, основное из которых - высокая буферность, то есть способность противостоять изменению свойств, являющихся условиями стабильного функционирования агроландшафтов.
Однако агроландшафты оказались очень чувствительными к внешним воздействиям, что привело к выходу ландшафтных систем из равновесия по прошествии определенного времени техногенного воздействия. При этом заработал со все нарастающей скоростью механизм цепных реакций. Примером именно такого развития процесса является возникновение гидроморфных комплексов среди изначально автоморфных почв.
Анализ опубликованной научной литературы (А.Я. Ачканов,1999; Ю.Н.Багров, 1962; Е.С. Блажний и Ю.Н. Багров, 1960; Н.В. Елисеева, 1983, 1989; Н.Е.Редькин, 1969; И.Д. Черниченко, 1988; Н.Б. Хитров 1974, 1994 и др.) и практического материала (данные КубаньНИИгипрозем и НИО «Гея-НИИ»), по этой теме применительно к почвам Северо-Западного Кавказа дает основание сделать вывод о том, что основной упор в их исследованиях был сделан на:
- фиксирование факта переувлажнения земель, выявление динамики процесса;
- регистрацию количественных изменений химического состава, физических свойств почв, являющихся (по их мнению) преимущественно результатом антропогенного воздействия;
- разработку мелиоративных мероприятий по ликвидации переувлаж-нения;
Изменения в почвах, вызванные динамикой ландшафтов и напротив – динамика ландшафтов, вызванная деградацией почв вследствие их гидрометаморфизма, как правило, не учитывались.
Между тем, особенность развития современного локального пере-увлажнения в условиях интенсивного земледелия состоит в том, что оно является следствием труднопрогнозируемых процессов физической (в первую очередь) деградации почв и, в тоже время, служит её причиной.
В связи с этим, особенно актуальным является установление масштаба распространения и оценка степени деградации почвенного покрова в процессе гидрометаморфизма на основе наблюдения за динамикой физических свойств почв в целом, и особенно её твёрдой фазы, как наиболее весомой из её составляющих частей.
Цель исследований - оценить масштабы развития гидрометамор-физма в почвах Северо-Западного Кавказа, установить причины и степень развития процесса, дать рекомендации по замедлению деградации в почвах региона.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1.Установить масштабы переувлажнения на основе материалов почвенных изысканий в ряде районов степной и предгорной зон Северо-Западного Кавказа.
2.Исследовать причины и механизмы гидрометаморфизма и формирования гидроморфных комплексов в низменно-западинных и равнинно-холмистых агроландшафтах.
3.Оценить вклад природных и антропогенных факторов в процесс
расширения ареалов локальных гидроморфных комплексов низменно-западинных, равнинно-холмистых и предгорно-холмистых агроландшафтов.
4. Дать количественную и качественную характеристику химического состава и основных физических свойств почв гидроморфных комплексов.
5. Дать оценку влияния гидрометаморфизма на производственную ценность и экологические функции почв.
6. Изучить влияние агротехнических и мелиоративных приемов на агрофизические свойства гидрометаморфизованных почв.
7. Оценить экономическую эффективность и энергозатраты предла-гаемого комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий.
8. Дать предложения по почвоохранным мероприятиям, способствую-щим оптимизации агрофизических свойств и химического состава гидрометаморфизованных почв.
Научная новизна работы:
1. На основании анализа обширного материала по почвенным иссле-дованиям в разных геоморфологических областях Северо-Западного Кавказа (на примере Краснодарского края) установлены общие закономерности возникновения и функционирования гидрометаморфизованных почв в зоне распространения черноземов.
2. Предложена концепция единства процесса гидрометаморфизма в почвах Азово-Кубанской низменности и Кубанской наклонной равнины.
3. Изучены возможности применения дистанционных методов исследования для мониторинга гидрометаморфизма почв региона.
4. Предложены новые критерии оценки степени деградации гидрометаморфизованных почв:
а) критерий Т, характеризует зависимость плотности почв от ее влажности в ходе усадки (набухания),
б) критерий Водяницкого, характеризует интенсивность процесса оглеения по степени окисленности железа,
в) удельная поверхность почв, показывает степень дисперсности твердой фазы почв и служит показателем степени вторичного (внутрипочвенного) выветривания.
5. Исследована динамика порового пространства гидрометаморфизо-ванных почв в изначально автоморфных чернозёмах.
6. Рассчитана основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) почв.
7. Разработана шкала оценки степени деградации гидрометаморфизо-ванных почв.
8. Проведена оценка влияния систем агротехнических и мелиора-тивных мероприятий на агрофизические свойства гидрометаморфизованных почв и урожайность возделываемых на них культур.
Практическая значимость исследований:
1. Даны критерии оценки степени проявления гидрометаморфизма в почвах, которые, с одной стороны облегчат определение классификационного положения почв, с другой - повысят объективность кадастровой оценки и мониторинга состояния почвы:
- характер зависимости плотности почв от их влажности в качестве критерия степени деградации агрофизических свойств почв;
- величина удельной поверхности почв, служащая базовым показателем фи-зического состояния почв и являющаяся основой для расчёта технологических свойств почв, используемых при кадастровой оценке земель;
- структура порового пространства почв, изученная с помощью основной гидрофизической характеристики (ОГХ), используемая в качестве диагностического признака при почвенных исследованиях для установления процессов глеегенеза и слитогенеза на ранних стадиях;
- коэффициент окисленности железа, позволяющий судить о степени выраженности глеегенеза.
2. Предложения по совершенствованию использования гидрометаморфи-зованных почв на основе учета зернового эквивалента позволят избежать экономически необоснованных энергозатрат, а, следовательно, являются основой планирования размещения посевов и повышения экономической эффективности использования сельскохозяйственных угодий хозяйствующими субъектами.
3. Разработанная нами шкала оценки выраженности деградационных процессов может служить экологическим организациям основой при решении вопроса о возможности выполнения почвой своих экологических функций, в том числе, глобальных.
Апробация результатов исследований
Результаты исследований докладывались на международных научных конференциях (Ростов-на-Дону, 2004, 2005, 2006), научно-практических конференциях Кубанского госагроуниверситета (2003, 2004), научно- практической конференции (Белореченск, 2005), международной научной конференции (Воронеж, 2004), конференции памяти доктора с.-х. наук С.Ф. Неговелова (Краснодар, 2008), V Всероссийском съезде Общества почвоведов имени В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008), заседании методического совета РАСХН (Москва, 2008), 2-ой международной научно-практической конференции (Краснодар, 2009), V международной конференции (г. Пущино, Московская область, 2009), IV Всероссийской научной конференции с международным участием (Томск, 2010), III Всероссийской конференции (Иркутск, 2012), международных научных конференциях (Москва, 2010, 2012), на VI Всероссийском съезде Общества почвоведов (Петрозаводск, 2012).
Личный вклад автора. Настоящая диссертационная работа является результатом многолетних (32 года) исследований, выполненных автором лично и в составе отдела почвенных изысканий института КубаньНИИгипрозем (в настоящее время ЮФ ФГУП «Госземкадастр-съемка» – ВИСХАГИ). Автором работы проведен анализ архивных материалов предыдущих туров почвенного обследования, проведена их статистическая обработка. На основании выполненной работы автором разработана программа и методика исследований, осуществлен сбор материалов из других источников, проведены дополнительные полевые и лабораторные исследования, а также сбор материалов дистанционного исследования (аэрофото- и космических снимков) участков земной поверх-ности Тимашевского и Отрадненского районов Краснодарского края, в почвах которых получили развитие исследуемые процессы.
Изучение микроморфологии почв произведено автором при активном содействии и непосредственном участии сотрудников кафедры орошаемого земледелия Кубанского ГАУ А.Я. Ачканова, В.П. Василько и А.В. Сисо.
Лично автором обработан и проанализирован экспериментальный материал, разработаны и обоснованы теоретические положения диссертационной работы и практические рекомендации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 научных работ общим объемом 27 печатных листов, в том числе 13 статей в научных трудах и журналах, рекомендуемых ВАК, а также учебное пособие и монография (в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 325 страницах машинописного текста и состоит из введения, 8 глав, заключения, рекомендаций производству, списка литературы из 331 наименований, в том числе 41 иностранных авторов. Диссертация включает 50 таблиц, 30 рисунков и 20 приложений.
