Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса 6
Глава 2. Характеристика природных условий 11
Глава 3. Объекты и методика исследований 22
Глава 4. Влияние лесных полос на свойства почв 27
4.1. Морфологические признаки 27
4.2. Гранулометрический состав и структура 32
4.3. Физико - химические свойства 39
4.4. Водно - физические свойства 44
4.5. Химические свойства. 55
Выводы 65
Глава 5. Влияние орошения на свойства почв 67
5.1. Морфологические признаки 67
5.2. Гранулометрический состав и структура 70
5.3. Физико - химические свойства 72
5.4. Водно - физические свойства 78
5.5. Химические свойства 86
Выводы 96
Заключение 98
Список использованной литературы 100
Приложения 115
- Характеристика природных условий
- Гранулометрический состав и структура
- Водно - физические свойства
- Физико - химические свойства
Введение к работе
Актуальность темы. Перспективы социально-экономического развития Хакасии, во многом связаны с интенсификацией сельскохозяйственного производства. В республике в основном исчерпаны земельные ресурсы, пригодные для использования в сельском хозяйстве. Одним из основных способов увеличения продуктивности земель в условиях степной зоны является их мелиорация. Все-таки нерешенными остаются проблемы оптимального соотношения площадей богарного и орошаемого земледелия, масштабы лесомелиорации и других мер, направленных на повышение плодородия почв.
В Хакасии на обыкновенных черноземах урожаи яровой пшеницы при естественном атмосферном увлажнении с учетом всех передовых агротехнических приемов составляет не более 1,8 - 2,0 т/га, на каштановых - 1,3 - 1,5 т/га. При орошения же урожайность можно повысить до 2,8 - 3,5 т/га. Площадь орошаемых земель в республике - 53 тыс. га, однако не все вопросы, касающиеся особенностей влияния орошения на черноземы и каштановые почвы при интенсивном применении ее, ясны. Среди основных явлений, которые возникают при нарушении экологии степных ландшафтов в результате орошения, хорошо изучены такие, как подъем уровня грунтовых вод, вторичное засоление, осолонцевание, обесструктуривание и уплотнение орошаемых почв ( Ковда, 1983; Розанов и др., 1985; Приходькои др., 1989; Татаринцев, Кудрявцев, 1988; Иванова, 1984; и др.). Менее изучены вопросы, касающиеся судьбы гумуса, возможности и направленности выщелачивания химических веществ и трансформации физических свойств ( Мамонтов, 1989 ). Особенно это относится к степным котловинам Сибири, включая Хакасию.
Для обеспечения защиты почв от эрозии большое значение имеет создание защитных лесных насаждений. Выращивание их в условиях Сибири, особенно в зоне каштановых почв и черноземов, до настоящего времени недостаточно изучены.
Площадь полезащитных лесных насаждений в Хакасии составляет 5 тыс. га. Однако условия степи с сухостью климата ее, недостатком влаги в почве, часто солонцеватостью и засоленностью почв, обусловливают резкое ухудшение произрастания древесных пород, значительно снижают их устойчивость и долговечность.
Наиболее выносливыми древесными породами в условиях засухи в Хакасии являются лиственница сибирская, береза и вяз приземистый, а во влажных местообитаниях - тополь ( Фомин, 1952; Лиховид, 1969; 1976 ). Но и эти породы, достигнув критического по Г.Н.Высоцкоиу ( 1930 ) возраста (15-25 лет), начинают суховерши-нить и частично выпадать. Поэтому вопросы устойчивости лесных насаждений, изменений лесораститедышх свойств почв, происходящих под ними, остаются актуальными и в настоящее время.
Наши исследования по изучению влияния полезащитных лесных полос и
орошения на свойства стенных почв проводились с 1989 по 1993 годы. , ,
Цель и задачи исследований. Выявить влияние орошения и полезащитных
лесных полос на свойства черноземов и каштановых почв. " !
В задачи исследования входило:
изучить влияние орошения и лесных полос на морфологические признаки почв;
выявить изменение основных свойств черноземов и каштановых почв под влиянием лесных полос и орошения;
подойти к возможному прогнозированию изменения изучаемых почв при длительном влиянии орошения и лесных полос.
Научная новизна. Впервые в степных условиях Хакасии изучено влияние дли
тельного (более 50 лет) орошения на свойства каштановых почв и черноземов обыкно
венных и влияние малорядных (2 - 4), с редкой первоначальной посадкой, однопород-
іьіх лесных полос 15 - 25 летнего возраста на изменение свойств каштановых почв, чер-
адземов обыкновенных и тожных. . і
Установлена сущность генетической природы свойств степных почв исходных и подвергнутых орошению, и воздействию лесных полос. Выявлены негативные тенденции проявления почвообразовательного процесса.
Защищаемые положения.
-
Под влиянием полезащитных лесных полос с редкой первоначальной посадкой 15 - 25- летнего возраста не происходит ухудшения лесорастительных свойств черноземов и каштановых почв. Создаются более благоприятные условия для жизни их последующих поколений.
-
Длительное (более 50 лет) орошение черноземов и каштановых почв не оказывает значительного негативного влияния на их свойства. Наблюдающиеся тенденции уплотнения пахотного слоя и осолонцевания почв могут быть предотвращены агротехническими и химическими приемами.
-
Направленность почвенных процессов и происходящие в связи с ними изменения в черноземах и каштановых почвах под влиянием полезащитных лесных полос и длительного орошения не могут быть причинами, препятствующими широкому развитию этих мелиоративных приемов при использовании земель степной зоны. Практическая и теоретическая значимость работы. Материалы исследований использованы при разработке "Системы ведения агропромышленного производства в Республике Хакасия на 1996 - 2000 г ". Результаты исследований вносят вклад в решение теоретических вопросов создания защитных лесных насаждений в аридной зоне, их устойчивости и долговечности, в решение спорных настоящее время вопросов изменений черноземов и каштановых почв под влиянием орошения.
Проведенные исследования свидетельствуют о целесообразности применения орошения и создания полезащитных лесных полос, обеспечивающих наряду с увеличением урожайности, улучшение экологической обстановки в целом на территории республики.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на научной конференции, посвященной 100 - летшо плана В.В.Докучаева по борьбе с засухой и преобразования степей России ( Абакан, 1992); конференции "Почвы Хакасии и их рациональное использование", посвященной 80 -летаю Н.Д.Градобоева ( Абакан, 1994 ); конференции " Почвенные ресурсы, рационализация землепользования и экологическая оптимизация агроландшафтов " ( Красноярск, 1997 ); на научной сессии общего собрания СО РАСХН (Абакан, 1998 ); заседаниях кафедры почвоведения Красноярского аграрного университета ( 1990 - 1997 ); на заседании Хакасского отделения общества почвоведов ( 1994); на ученых советах Института аграрных проблем Хакасии ( 1990 - 1996 ). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы и одна в печати. Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, включающих 20 таблиц, 15 графиков, выводов, заключения, списка использованной литературы (207 наименований), 8 приложений. Общий объем работы 162 страницы.
Автор выражает благодарность лаборантам и сотрудникам аналитической лаборатории НИИ аграрных проблем Хакасии - Е.Ф.Щербаневой, Н.С.Муравейко, А.М.Иванченко, Л.Е.Дитрих, В.С.Гребенкяной, М.С.Степочкиной, за оказанную помощь в проведении лабораторных исследований, а также Шолоховой Л.И., Исайковой И.Г,, Сырых Б.Е., Сырых Е. и студентам Иркутского университета А.В.Литвинову, О.В.Петуховой, А.Барашову, К.Барашовой, участвовавшим в разные годы в полевых исследованиях.
Характеристика природных условий
Территория Хакасии, расположенная в левобережье верхнего и среднего Енисея и ограниченная координатами 52.3 - 55.0 северной широты и 89-91 восточной долготы, является частью Алтайско-Саянской горной провинции. Ее площадь составляет 61,5 тыс.км . В своих границах Хакасия охватывает три крупных геоморфологических района: восточный склон горного массива Кузнецкого Алатау, горный район Западного Саяна и левобережную часть Минусинской котловины /Градобоев, 1954/.
Минусинская котловина представляет собой обширную межгорную депрессию с очень сложным эрозионно-аккумулятивным рельефом /Воскресенский, 1968; Коляго, 1967/ и большим разнообразием природных условий. Она расчленяется отрогами Кузнецкого Алатау на три следующие впадины /Градобоев, 1950/.
1. Абакано-Минусинская впадина простирается от Западного Саяна на юге до Коксинских гор на севере. Рельеф ее не однороден. Это преимущественно холмистая территория с отдельными островами низкогорного и сопочного рельефа при незначительном удельном весе равнин, приуроченных к древним террасам рек Енисея и Абакана, с колебаниями высот от 200 до 500 м и реже до 600 - 700 м.
2. Сыдо-Ербинская мульда расположена в нижнем течении рек Ерба и Тесь. Ограничена, с севера Батеневским кряжем и с юга Коксинскими горами (отрог Батенвского кряжа). Вследствие частого выклинивания кристаллических пород рельеф мульды характеризуется холмисто-сопочными формами. Высоты местности колеблются от 350 до 500 - 600 м.
3. Чулымо-Енисейская впадина расположена севернее Батеневского кряжа и обладает разнообразным рельефом. Здесь имеют место холмисто-сопочные районы с высотами до 500 - 600 м, холмистые с высотами до 900 м.
В связи с тем, что наши исследования проводились в Чулымо-Енисейской впадине (Ширинская степь) и Абакано-Минусинской впадине (Сагайская, Уйбатская степи), приводим более подробную их характеристику.
Ширинская степь занимает вместе с Июсской и Джиримской степями большую часть Чулымо-Енисейской впадины - самой северной из трех входящих в состав Минусинской котловины. Ее часто называют предгорной равниной, Северо-Минусинской впадиной/Чочиа, 1958/.
Основной геологический фон степи слагают средне- и верхне- палеозойские осадочные породы, представленные преимущественно красноцветными песчаниками девона /Эдельштейн, 1932/. Сложность стратиграфии и литологическая пестрота определяет большое разнообразие состава близких к дневной поверхности горных пород и продуктов их разрушения ( элювия, делювиально - пролювиальных шлейфов).
РЕЛЬЕФ степи весьма неоднороден и представлен низкогорными, холмистыми, сопочными и равнинными формами. Равнинных участков очень мало они приурочены к долинам рек и межсопочным приозерным депрессиям. Центральная часть степи имеет высоту 280 - 340 м над уровнем моря, наибольшие высоты 400 - 500 м и до 900 м наблюдаются по периферии /Громов, Лбова, 1961/. Характерной для Ширинской степи является куэстовая форма рельефа (несимметричные гряды, имеющие один склон крутой, другой - пологий). Ширинскую степь пересекает р. Белый Июс, которая образует при слиянии с р.Черный Июс у села Малый Сютик, реку Чулым. Последняя принадлежит к бассейну р. Оби и протекает вдоль северной границы Ширинской степи. Кроме того, здесь много мелких речек впадающих в озера, обычно крупные, такие как: Беле (р. Туим), Шира (р. Сон), Иткуль (р. Карыш) и другие, питание которых связано с постоянно действующими водотоками.
Район обилия степных озер, Н.Д. Градобоев /1954 / в своем геоморфологическом подразделении Минусинской котловины выделяет, как особый бессточный Ширинский озерно - степной район. Большинство озер соленые ( Шира, Шунет, Большое Утичье, Беле, Тусколь) или слабоминерализованные (Иткуль, Черное). Пресных озер очень мало (Фыркал, Киприно).
В геологическом отношении другая Абакано-Минусинская котловина, как и вся центральная часть Хакасии, сложена осадочными эпиконтинентальными отложениями среднего и верхнего палеозоя и угленосными отложениями пермокарбона /Кузнецов, 1938/. Равнинные формы рельефа в большинстве своем представляют собою аллювиальные равнины, созданные современной и древней гидрографической сетью. К сравнительно крупным равнинам древней речной сети относятся Койбальская, Уйбатская, Аскизская степи с каштановыми и другими автоморфными почвами.
ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ степной зоны представлены лессами, элювием и делювием красноцветных палеозойских отложений, элювием кристаллических пород, делювиальными тяжелыми суглинками и глинами, аллювиальными отложениями/Градобоев, 1954/. Большинство пород тяжелосуглинистого и глинистого гранулометрического состава, часто хрящеватые и щебнистые. Сравнительно небольшое распространение имеют песчаные и легкосуглинистые породы.
В районе наших исследований наибольшее распространение имеют почвообразующие породы элювиально - делювиального комплекса, а также валунные и галечниковые древнеаллювиальные отложения. Породы элювиально-делювиального комплекса всегда сильно карбонатны. Гранулометрический состав мелкозема от глинистого до - легкосуглинистого. В супесчаных и легкосуглинистых породах преобладающей фракцией является мелкий песок, в тяжелосуглинистых и глинистых -ил и пыль.
КЛИМАТ резко континентальный, засушливый. Одним из главных факторов, создающих "остров" сухих степей на исследуемой территории, является совокупное влияние орографии с западными и юго - западными воздушными течениями. Воздушные массы, перемещаюшиеся на северо - восток, проникают в степь, преодолевая горную систему хребтов Кузнецкого Алатау и Западных Саян. На западных склонах их при этом остается значительное количество осадков. Перевалив через хребты, воздушные массы спадают в котловину в виде сухих ветров. Минусинская котловина попадает, таким образом, в зону "дождевой тени". Кроме того, для степей Хакасии характерна большая изменчивость температур в течение суток и по сезонам. Средние температуры января в исследуемые годы в разных пунктах степной зоны были от - 15,9 до - 13,00 средние температуры июля 20,8 - 19,8 (рис 2.1.). Распределение температур по территории степной зоны неравномерно. Наиболее высокие летние температуры наблюдаются в Абаканской придолинной степи и степях Енисей - Абаканского междуречья. По мере продвижения на юг, к предгорьям, и на север средняя температура июля снижается. Зимние температуры, наоборот, в предгорных районах выше. Продолжительность вегетационного периода в Приабаканской степи и междуречье 155 - 165 дней к предгорьям (Ширинский район) на 8 - 14 дней меньше /Справочник по климату СССР, 1967/.
Продолжительность безморозного периода 125 дней, в предгорьях 90 - 100. Длительность безморозного периода зависит еще и от рельефа: в замкнутых непроветриваемых понижениях и долинах рек заморозки начинаются раньше и заканчиваются позднее, чем на возвышенных участках.
Сумма температур выше 5" составляет от 2269" до 1934" в разных частях степной зоны. По этому показателю Минусинская котловина близка к Украине. Осадков в степи выпадает немного: в предгорьях Кузнецкого Алатау 250 - 260 мм, с продвижением к югу, востоку и северу 300 - 350 мм. В теплое полугодие (апрель -сентябрь) выпадает 267 мм (86 % годовой суммы), в холодное (октябрь - март) - 44 мм (14% годовой суммы).
Распределение осадков по сезонам весьма неравномерно. Наибольшее количество их выпадает в летний период с максимумом в июле. Осадки июня - августа составляют 57% годовой суммы (23% июль, 18% июнь и 16% август), мая и сентября - 23%. Неблагоприятным является малое количество осенне - зимних и весенних осадков, редко обеспечивающих накопление достаточных запасов влаги к началу вегетации древесных пород. Зима продолжительная и малоснежная. Устойчивый снеговой покров устанавливается в первой половине ноября. Его высота, как правило, незначительна (10 - 12 мм), что не мешает глубокому промерзанию почв (до 2.5 - 3 м).
Гранулометрический состав и структура
Гранулометрический состав исследуемых черноземов обыкновенных - среднесуг-линистый, у южных - легкосуглинистый, каштановых - супесчаный (прил.2). Для установления изменений в гранулометрическом составе, верхнего слоя за 20 - летний период и передвижения механических элементов по профилю почвы под лесополосой, сравниваем свои данные с результатами исследования 1972 года /Савостьянов 1973/.
Так, по данным 1972 года в начальный период жизни лиственницы, в верхнем слое черноземов обыкновенных, содержание ила составляло 24,7 %, мелкой и средней пыли 14,3 %, крупной пыли- 20,2 %, песка - 40,8 %, физической глины- 39 % (прил.2). В настоящее время под лесополосой больше пылеватых фракций содержание мелкой и средней пыли составляет 25,1 %, крупной пыли- 22,3 %, ила- 15,1 %, песка- 37,5 %, физической глины - 40,2 %. Из этого следует, что содержание физической глины практически не изменилось, а произошло значительное увеличение мелкой и средней пыли и уменьшение ила.
При таком перераспределении механических элементов, можно предположить, что в результате дефляции в лесополосе происходит аккумуляция пылеватых частиц, а также под действием насаждений выщелачивается илистая фракция. Из рис.4.2.1. видно, что происходит перемещение вниз по профилю не только илистых частиц, но и пылеватых. В почвенном профиле 1972 г на глубине 40 - 90 см, почвенная толща имеет тяжелосуглинистый гранулометрический состав с преобладанием по профилям иловато-песчаной фракции. В нашем случае тяжелый суглинок отмечается в С2 горизонте почвообразующих пород на глубине 170-190 см, где ранее была глина.
Почвы, обогащенные фракцией мелкой и средней пыли, склонны к заплыванию и уплотнению, придают такие неблагоприятные свойства, как низкая водопроницаемость, большое количество недоступной воды и т.д. /Кауричев, 1989/, этим самым можно объяснить низкую водопроницаемость подлесных почв.
Гранулометрический состав черноземов южных в верхнем горизонте легкосуглинистый, с преобладанием в 1972 году крупнопылевато- песчаной фракции, в настоящее время больше пылевато-песчаных фракций (прил.2). В черноземах южных под лесополосой за 20- летний период наблюдаются аналогичные изменения, что и в черноземах обыкновенных, но с более интенсивным выщелачиванием ила. Отложение мелкозема в результате ветровой эрозии также выше, чем в черноземах обыкновенных и каштановых почвах.
Из рис.4.2.2. видно, что по всему профилю происходит увеличение среднего песка (1 - 0,25 мм) и средней пыли (0,01 - 0,005), а также значительное уменьшение ила.
Максимальное содержание (23,6%) илистой фракции отмечается на глубине 110 - 120 см тогда, как в 1972 году максимум (32,3%) приходился на глубину 80 - 90 см, закономерно уменьшаясь от этих глубин вниз и вверх по профилю. Из этого можно предположить, что глубина промачивания почвы достигала 120 см, а в отдельные влажные годы ил выщелачивался в более глубокие слои.
Исследования этих почв В.К. Савостьяновым /1973/ показали что, запасы продуктивной влаги в среднем за 4 года в слое О - 150 см во все годы под лесополосой заметно выше пашни, на 45 мм весной и на 35 мм осенью. Однако сквозного промачивания не происходило и его водный режим был отнесен к степному классу непромывного типа по А.А.Роде.
Каштановые почвы опытного участка по гранулометрическому составу относятся к супеси или близким к ним связным пескам. Для этих почв характерно преобладание крупных фракций над мелкими. Данные гранулометрического состава (прил.2) показывают, что в исследуемых почвах преобладает мелкий песок (0,25 - 0,05 мм), гораздо меньше среднего и крупного песка (1 - 0,25 мм).
Из рис.4.2.3. видно, что Лесная полоса из вяза 1978 года посадки несколько изменила профиль каштановой почвы. Заметно увеличилось содержание среднего и крупного песка (1 - 0,25 мм), произошло уменьшение мелкого песка (0.25 - 0,05 мм) и пылеватых фракций (0,05 - 0,001 мм), а также, как и в предыдущих почвах, происходит выщелачивание ила. По выщелачиванию ила, можно предположить, что основной влагооборот под лесными насаждениями происходит в слое 0-30 см, достигая в отдельные годы до 70 см, затем на глубине 100 см сухой "мертвый" горизонт и далее вниз по профилю с возрастанием влаги, связанной с подтягиванием снизу корнями, несколько увеличивается содержание ила и солей. В каштановой почве за 12 лет произрастания вяза значительно уменьшилось содержание ила в слое 20 - 200 см. Почвы по гранулометрическому составу в иллювиальном и почвообразующей породе перешли из легкосуглинистых в связные пески и супеси.
Результаты сравнения почвы под лесными полосами с прилегающими пахотными аналогами, показывают уменьшение физической глины на легких каштановых и южных черноземах по всему профилю под лесополосой. В среднесуглинистых черноземах уменьшение отмечается только в иллювиальном горизонте. Аналогичные изменения происходят и с илом в почвах под лесополосой (прил.З, опыт 1, 2). Дисперсионный анализ показал наиболее существенную значимость по фактору В (режим лесополос) и фактору А (почвы). Из этого следует, что лесные насаждения оказывают существенное влияние на изменение гранулометрического состава почв по всему профилю.
Роль структуры, как регулятора водно- воздушных, а следовательно и биологических свойств почв обшеизвестна. Исключительно важное значение в структурообра-зовании в возникновении ее водопрочности К. К. Гедройц /1925/ придавал органическому веществу. Он считал, что сила склеивания почвенных частиц органической частью почвы так велика, что даже при насыщении почвы катионом натрия агрегаты не разрушаются водой. В этой теории роли катиона кальция отводится сравнительно скромное место. Наиболее полно исследовал этот вопрос П.В.Вершинин /1958/, где важная роль в создании водопрочности отводится гуминовым кислотам.
А.Д. Воронин /1986/ отмечает, что на образование зернистых, комковатых и ореховатых агрегатов различных размеров заметное влияние оказывает содержание пылеватых и песчаных элементарных почвенных частиц (ЭПЧ), а также обращает внимание на существенную роль в образовании макроагрегатов корневых систем преимущественно травянистых растений и биологическим агентам.
H.A. Качинский /1965/ обратил внимание на то, что при оценке оптимальных размеров агрегатов не может быть каких-либо единых для всех почвенно-климатических зон размеров. В засушливых и сухих зонах, где надо сохранить влагу и где аэрация в избытке оптимальные размеры агрегатов могут приближаться к размеру песчаных зерен. Однако здесь может проявляться другой ограничивающий фактор -дефляция пахотного слоя /Воронин, 1986/.
Проведенный анализ структурного состояния черноземов Хакасии под лесными насаждениями показывает увеличение глыбистости в сравнении с пашней. Так, у черноземов обыкновенных в слое О - 25 см фракция диаметром более 10 мм под лесными полосами составляет 38,6 %, у южных черноземов - 16,4 %, на прилегающей пашне содержание их значительно меньше и составляет, соответственно,- 16,1 % и 7,8 %. Однако под воздействием воды они легко распадаются на более мелкие агрегаты. На долю агрегатов 10 - 0,25 мм у черноземов обыкновенных среднесуглинистых в лесополосе приходится 40,5 %, на пашне -58,3 %, у черноземов южных легкосуглинистых, соответственно,- 28,6 % и 38,5 %. Содержание фракций 1 мм, по количеству которых принято судить об устойчивости почв к дефляции, существенно выше на прилегающих к лесным полосам пашнях (табл.4.2.1.). По-видимому это связано с обработками пашни, а также с меньшим выщелачиванием ила. По оценочной шкале структурного состояния почвы /Общесоюзная инструкция, 1973/, структура черноземов южных - неудовлетворительная, у обыкновенных -удовлетворительная.
Под лесными полосами, вследствие более интенсивного зольного обмена и большей частью нейтрального характера гумусовых веществ, образующихся из подстилки, а также в результате влияния корневых систем происходит склеивание почвенных частиц структурные отдельности различного размера /Зонн, 1954/. Значительная роль в образовании прочной структуры принадлежит дождевым червям, которых в почве под лесными насаждениями значительно больше, чем под открытыми полями /Данилов и др., 1983/.
Водно - физические свойства
Вопросы влагообеспеченности растений в степной зоне стоят очень остро, и влага среди других факторов плодородия выдвигается на первое место.
В условиях Хакасии в зимне-весенний период накапливается, относительно Европейской части, незначительное количество влаги. При малом общем количестве осадков за год (около 300 мм) на зимние в степных районах Хакасии приходится в среднем около 10 %, в отдельные годы - 20 %. В связи с этим мощность снегового покрова на полях между полосами, как правило, небольшая (на стерневом фоне не превышает 20, на паровых полях- 10 см) или его нет совсем /Лиховид, 1986/. А из лесополос шахматного размещения снег почти полностью выдувается.
Режим влажности степных почв Хакасии складывается весьма неблагоприятно для древесных насаждений. Удовлетворительное водоснабжение деревьев в лесных полосах обеспечивается в течение весенних месяцев /Стефин, 1978/. В остальное время они испытывают повсеместно острый недостаток влаги.
По данным A.M. Вялого /1985/ водообеспеченность в сомкнутых насаждениях не зависит от площади питания; положительное влияние водного режима на рост и состояние редких посадок следует искать в их раннем возрасте. Пока не исчерпаны запасы воды, молодые деревья удовлетворительно снабжаются влагой даже в условиях глубокого залегания грунтовых вод.
Изучение роста и развития вяза мелколистного 3-х летнего возраста на светло-каштановых почвах А.Ф. Вадюниной и М.В.Мраморовой /1955/ показало, неблагоприятный режим влажности для древесных культур. Однако они отмечают, что на супесчаной почве водный режим складывается более благоприятно. Запасы продуктивной влаги в ней глубже метра имеются почти в течение всего лета, даже в засушливые годы. Корневая система вяза является мощным фактором изменения физических и водных свойств почвы в сторону улучшения их.
На изучаемых нами черноземах с 1970-72 гг под насаждениями отмечалось постоянно высокое содержание продуктивной влаги, а на пашне просушивалась до влажности завядания и растения жили за счет осадков /Савостьянов. 1973 /.
В черноземах южных в 1976 - 78 гг, в связи с 10-летним их возрастом, наблюдения проводил В.В.Стефин /1978 /. В этот период кроны лиственниц сомкнулись в рядах и уход за почвой проводился ежегодно. Иссушение почвы наступало под лесополосой лишь в конце вегетационного периода. Средние запасы влаги в почве под лесополосой и на пашне в первом и третьем полуметровых слоях были очень близки. Во втором полуметровом слое средние влагозапасы оказались меньше в почве под лесополосой. В целом запасы влаги по всей полутораметровой толще почти везде были уже ниже в почве под лесополосой.
Наши исследования показали, что взаимодействие лесополос с почвами в данный момент более заметно и проявляется ведущая роль фитоценоза. Почва в настоящее время в лесополосах не обрабатывается. Лесополосы с шахматным размещением из лиственницы сплошь заселены травянистой растительностью, в основном злаковых разновидностей. Влияние древесных насаждений на водно-физические свойства выразились очень отчетливо. Так, под лесополосой черноземов южных максимальная гигроскопичность по всему профилю метрового слоя ниже прилегающей пашни. Причина лежащая в основе этого изменения, разрушение илистой фракции, слабо компенсированное в данном случае накоплением гумуса.
В черноземах обыкновенных среднесуглинистых в первом полуметровом слое максимальная гигроскопичность под лесополосой выше, во втором полуметровом слое ниже, чем на пашне. В этом случае, наоборот, под лесополосой значительно возросли запасы гумуса в слое 0-50 см, а вымывание илистой фракции больше во втором 50 см слое. Общеизвестно, что там где больше содержание гумуса, физической глины и ила многие показатели водных свойств выше и там где их меньше показатели ниже. Эта же закономерность прослеживается и в нашем случае (прил.4, табл.1, опыт 4). Дисперсионный анализ показал существенное изменение максимальной гигроскопичности у черноземов под влиянием трех факторов и их взаимодействий. Из них существенное влияние оказывают факторы - почва (А) и режим лесополос (В), а при взаимодействии факторов (АхВ) влияние еще сильнее, критерий Фишера в этом случае составляет 368,77. Влияние глубины (С) и ее взаимодействий с факторами (АхВхС) незначительно.
Величина влажности эавядания в черноземах обыкновенных среднесуглинистых довольно высока; в слое О - 20 см составляет 7,2 - 8,3 %, в лесополосе - 7,3 - 7,5 % от массы почвы. В черноземах южных легкосуглинистых она ниже и составляет, соответственно,- 5,0 - 6,7 и 4,5 -5,0 % (прил.4, табл.1, опыт 5). С глубиной влажность эавядания изменяется равномерно, обнаруживая тесную связь с гранулометрическим составом почвы. Из данных табл.1, опыт 5 (прил.4) видно, что наиболее сильное влияние на влажность завядания черноземов оказывают режимы лесополос, критерии Фишера при этом 216,53. Для других показателей критерий Фишера также достоверно значим хотя в разной степени влияния. Самая незначительная связь от этого оказывается при взаимодействии факторов почва и глубина (АхС).
Показатели наименьшей влагоемкости изучаемых почв находятся в пределах их зональных аналогов, а под лесными насаждениями, в целом по профилю, они ниже.
Наименьшая влагоемкость черноземов обыкновенных в слое О - 10 см пашни составляет 22,7 % от массы почвы. В лесной полосе, где содержание гумуса больше, она составляет 28,9 %; далее вниз по профилю резко снижается и на глубине 90 - 100 см составляет всего 13,1 %. На пашне с глубины 10 - 20 см влагоемкость оказывается больше, чем в лесной полосе и вниз по профилю уменьшается (прил.4, табл.1, опыт 6).
В черноземах южных легкосуглинистых наименьшая влагоемкость значительно ниже, чем в обыкновенных. Минимальное значение ее находится в слое 50 - 60 см и составляет 12,7 % от массы почвы, после чего увеличивается и в слое 90 - 100 см равняется 17,1 %. Аналогичная картина наблюдается на межполосном участке пашни, однако минимальное значение ее на 20 см ниже и на глубине 80 см составляет 16,4 %. Во втором полуметровом слое черноземов под лесными насаждениями наименьшая влагоемкость уменьшается в связи с высокой плотностью сложения и низкой пористостью, а также в связи с перераспределением ила и пылевато-песчаных фракций по профилю. Из данных табл. 1, опыт 6 (прил.4) видно, что критерий Фишера для всех факторов достоверно значим. В отличие от предыдущих водных свойств сильное влияние на наименьшую влагоемкость оказывает почва (А), что вполне закономерно, затем режим лесополос (В) и глубина (С).
В таблице (4.4.1.) приведены почвенно- гидрологические константы в весовых и объемных процентах. Диапазон активной влаги в черноземах обыкновенных среднесуглинистых в первом полуметровом слое шире в лесополосе - 91 мм, во втором полуметровом слое он заметно уже -59 мм и в слое О - 100 см составляет 149 мм, на пашне, соответственно, - 88; 76 и 164 мм.
В черноземах южных легкосуглинистых запасы продуктивной влаги в метровом слое несколько выше, чем в обыкновенных черноземах и каштановых почвах. В лесной полосе запас составляет 156 мм, на пашне его больше -173 мм, в каштановых супесчаных почвах она равняется 121 и 136 мм.
В черноземах под лесными насаждениями из лиственницы сибирской почва во втором полуметровом слое иссушается сильнее, а у вяза наоборот, суше первый полуметровый слой. Это объясняется разным распределением корневой системы древесных насаждений, а также более плотным Вк горизонтом и наличием травянистой растительности в лесополосе.
По данным E.H. Савина и др. /1988/ в 20-летних лесных полосах на черноземах в Хакасии корневая система у лиственницы поверхностно-якорная с укороченным стержневым корнем. Основная масса крупных корней ( толщиной более 1 мм ) располагается в слое почвы О - 40 см (62 %), мелких (толщиной менее 1 мм)- в слое почвы О - 20 см (38 %). Сорные растения также иссушают почву под лесополосами, ослабляя конкурентную способность древостоя в борьбе за влагу (Савин, Романенко, Ступников, 1988).
Физико - химические свойства
Физико-химические свойства являются важным показателем для познания процесса почвообразования и плодородия почв.
Главным фактором, определяющим скорость и силу этих преобразований в степных почвах при орошении, является химический состав поливных вод. Есть такие случаи, когда и пресные воды (минерализация 1 г/л) могут оказывать весьма неблагоприятное действие на почву, если они содержат повышенные концентрации бикарбоната и особенно карбоната натрия. Так, оросительная вода с одним и тем же содержанием NaHC03 опасна для почв с рН 7, но нередко улучшает почвы с рН 7 /Зайдельман,1987/.
С другой стороны, как показали режимные исследования ионного состава и щелочности слабоминерализованных (0,3 - 0,54 г/л) оросительных вод, при естественном нагревании с 17 - 20" С в ночное и утреннее время до 25 - 30 С в середине дня происходит нарушение их углекислокальциевого равновесия, обусловленное уменьшением растворимости СОг В воде появляются свободные карбонатные ионы, являющиеся причиной повышения щелочности при недостатке кальция /Рысков, Гуров, 1987/.
Осолонцевание часто сопровождается повышением величины рН среды на 0,4 -1,5, снижением емкости обмена, увеличивается подвижность органического вещества, в неблагоприятную сторону изменяются физические свойства орошаемых почв /Ковда, Николаева, 1984; Крупенников, Подымов, Скрябина, 1985; Szabolcs, 1986/.
Одной из главных причин ощелачивания орошаемых черноземов и каштановых почв является их интенсивное обессоливание, в результате которого содержание солей-в орошаемых почвах уменьшается в 3 - 7 раз по сравнению с богарой. В этом случае происходит опережающий вынос за пределы почвенного профиля "ионов кальция /Гоголев, Баер, 1986/.
Исследование изменений количественных и качественных показателей изучаемых почв показало, что длительное орошение пресными водами с минерализацией 0,5 - 0,6 г/л, гидрокарбонатно-сульфатно-магниевого и гидрокарбонатно-хлоридно-магниевого состава, с повышенным содержанием магния, приводит к увеличению содержания магния в почвенно-поглощающем комплексе орошаемых почв. Накопление гидрокарбонатов приводит к подщелачиванию почвенного раствора черноземов.
Так, в орошаемых черноземах обыкновенных реакция почвенного раствора щелочная по всему профилю (7,8 - 8,4). В неорошаемой почве в верхней части нейтральная (6,8), в средней- от слабощелочной до щелочной (7,3 - 8,5), в нижней части профиля реакция среды сильнощелочная (8,7 - 9,2) (табл.5.3.1).
В каштановых легкосуглинистых почвах изменения реакции почвенного раствора в верхнем О - 10 см слое незначительные от 7,3 до 7,5 на орошаемой пашне. Вниз по профилю рН возрастает от слабощелочной до щелочной, а с глубины 80 см значения ее несколько выше на богаре (табл.5.3.1).
Содержание обменного кальция в орошаемых черноземах в слое О - 10 см понизилось на 5,2 %. Соответственно, увеличивается доля обменного магния на 4,5 % от суммы катионов.
Уменьшение содержания кальция наблюдается до глубины 40 см, затем сравнивается с неорошаемой пашней, а с глубины 60 см резко возрастает (рис.5.3.1). Обменный магний, увеличиваясь в пахотном слое, вниз по профилю у орошаемых черноземов убывает значительно. Обращает на себя внимание заметное увеличение среднего содержания поглощенного натрия в орошаемых обыкновенных черноземах. Содержание его выше до глубины 70 см в сравнении с неорошаемыми. В пахотном слое содержание поглощенного натрия увеличилось на 0,3 - 0,4 %, в подпахотном - на 1 % от суммы катионов и хотя абсолютное его значение еще невелико, негативная тенденция настораживает.
Л.П. Козленеева /1988/ отмечает, что в первые годы орошения слабоминерализованными водами процесс осолонцевания интенсивно протекает в верхних слоях почвы, а по мере увеличения срока орошения захватывает более глубокие слои.
В каштановых, на легких по гранулометрическому составу почвах, изменения под влиянием орошения протекают по иному.
В верхнем О - 40 см слое значительно возрастает доля обменного кальция, вниз по профилю - постепенно убывает в сравнении с неорошаемой почвой. Количество обменного магния в орошаемой пашне каштановой почвы увеличивается до глубины 60 см, ниже -резко убывает. Также значительно уменьшается содержание поглощенного натрия, если в богарных условиях солонцеватость еще сохраняется в пахотном слое, то в орошаемой пашне она отмечается лишь с глубины 90 см (табл.5.3.1).
В богарных условиях, где почва засолена, рисунки (5.3.1) магния и натрия повторяют одни и те же изгибы, а их количество значительно превышает содержание в орошаемых каштановых почвах.
Полученные статистические данные изменения состава поглощенных оснований позволяют объективно оценить различие и сходство сравниваемых почв (прил. 5, табл.2).
По фактору "режима орошения" (К) изменения кальция, магния и натрия достоверно значимы. Показатель критерия Фишера высок для натрия, а реакция почвенного раствора по этому фактору изменилась несущественно, рН существенно изменяется в зависимости от почвы, глубины и взаимодействий этих факторов, что вполне закономерно, а также при взаимодействии трех факторов (режим х почвы х глубины).
Емкость катионного обмена (ЕКО) в черноземах обыкновенных в пахотном слое высокая (38 - 39 мг-экв/ 100 г), так как почва тяжелосуглинистая и по содержанию гумуса превышает каштановые. Поэтому ЕКО каштановых легкосуглинистых почв значительно меньше (22 мг-экв/100 г). Вниз по профилю этот показатель постепенно убывает. Значительных изменений в профиле орошаемых почв не наблюдается.
В сравниваемых почвах существенных изменений ЕКО по фактору режима орошения нет. Достоверно отличается ЕКО по фактору почвы, горизонты и их взаимодействиям (прил.5, табл.2).
Таким образом, в орошаемых каштановых почвах и черноземах в пахотном слое происходит накопление доли обменного магния, который привносится с поливом и может поддерживать все признаки физической солонцеватости.
В орошаемых черноземах в пахотном слое уменьшается содержание обменного кальция. Тенденция к осолонцеванию орошаемых черноземов проявляется не только в верхних слоях, но и в иллювиальном горизонте до глубины 70 см.