Содержание к диссертации
Введение
1. Изменение плодородия черноземов при длительном использовании их в пашне 8
2. Природно-климатические условия почвообразования 21
3. Объекты и методы исследований 34
4. Изменение основных свойств черноземов в условиях различного использования 37
4.1 Морфогенетические изменения профиля черноземов 37
4.2 Гранулометрический и микроагрегатный состав 51
4.3 Структурно-агрегатный состав 66
4.4 Плотность почвы и пористость 76
4.5 Водно-физические свойства черноземов 86
5. Оценка плодородия черноземов 104
5.1 Содержание и запасы гумуса 104
5.2 Физико-химические свойства черноземов 120
5.3 Пищевой режим черноземов 133
6. Урожайность зерновых культур на черноземах 138
Выводы 142
Список литературы 144
Приложения 163
- Изменение плодородия черноземов при длительном использовании их в пашне
- Природно-климатические условия почвообразования
- Гранулометрический и микроагрегатный состав
- Физико-химические свойства черноземов
Введение к работе
Актуальность темы. Антропогенное воздействие является мощным фактором почвообразовательного процесса и динамики почвенного плодородия. Характер и интенсивность изменения плодородия почвы связаны с условиями использования и почвенно-климатическими особенностями. Вопросы оптимизации свойств почв и режимов становятся в настоящее время все более актуальными, в связи с постоянно возрастающей интенсивностью их использования.
Затрагивая вопрос о современном состоянии экосистем, непременно останавливаемся на состоянии почвенного покрова, поскольку он служит предпосылкой и следствием развития всех компонентов этой экосистемы, т.е. является зеркалом экологической ситуации в регионе.
Производственная деятельность человека существенно изменяет экологические условия, переводит почву в стадию антропогенной эволюции с изменением ее свойств и уровня естественного плодородия. Выявление общих закономерностей и зональных особенностей свойств почв, необходимо для определения пу-тей направленного регулирования почвообразовательного процесса и повышения почвенного плодородия, которые находятся в тесной связи с биологической продуктивностью почв, погодными условиями и антропогенными факторами.
В своеобразных климатических условиях Сибири с продолжительным периодом криогенного покоя и очень малым сроком активной биологической жизни почвы, особенно важны щадящие режимы антропогенной нагрузки на почву и рациональное регулирование баланса углерода, азота и элементов минерального питания (Гамзиков, Кулагина 1992).
В зависимости от длительности освоения и уровня культуры земледелия черноземы, как и любой другой тип почвы, претерпевают значительные изменения. .Изучение направленности изменений важнейших агрофизических, агрохимических, физико-химических свойств черноземов при разном уровне использования является одной из ключевых задач для восстановления и стабилизации.почвенного плодородия. Многие работы по изучению черноземов Хакасии рассмат-
ривают изменения в естественно-историческом ракурсе, гораздо меньше работ, где рассматривается почва, как основное средство производства, с учетом всех ее свойств и признаков.
Республика Хакасия расположена в центральной части Азиатского континента, занимает 61,6 тыс.кв.км. - это крупный довольно компактный земледельческий район. Наиболее ценную группу почв в пашне республики составляют черноземы различной гумусированности и мощности гумусового профиля. Площадь пахотных земель в Республике Хакасия составляет 515,6 тыс.га, черноземы занимают 77,5 % площади, другие почвы, представляющие определенную хозяйственную ценность - 4,8 %, а менее продуктивные почвы каштанового ряда- 17,7 %.
В'степной части республики, где размещены основные массивы пахотных земель, расположена зона сильной ветровой эрозии; а на склонах в период выпадения ливневых дождей, имеет место проявление водной эрозии. На неблагоприятные погодные условия в данной зоне накладываются и негативные тенденции в экономике страны, такие как сокращение посевных площадей и снижение продуктивности кормовых угодий и пахотных земель.
За шесть полных циклов обследования с 1965 года в республике происходит устойчивое снижение плодородия пахотных почв. Установлено, что 51,1 % (1998-2004гг.) обследованной площади имеет низкий уровень обеспеченности пахотного слоя гумусом. Снижение запасов гумуса связано с резким сокращением объемов внесения органических и минеральных удобрений. Поэтому сейчас вся пашня требует постоянного окультуривания, путем внесения органических удобрений из расчета 5-6 т/га ежегодно. Применение органики позволит улучшить гумусное состояние пахотных почв и повысить урожайность зерновых культур (Градобоева и др, 2007). В пахотных почвах некомпенсированный режим органического вещества ведет к истощению запасов.гумуса, изменению химического состава гумусовых веществ почвы и снижению ее плодородия.
В сложившейся ситуации сравнительное исследование свойств почв и-выбор
наиболее рационального приема воздействия является одним из путей стабилизации почвенного плодородия при соответствующем зональном агрокомплексе. При изучении изменения свойств почв, находящихся в длительном использовании, особый интерес представляют почвы госсортоучастков, культура земледелия на которых достаточно высока. Сравнительное изучение свойств черноземов при различном многолетнем воздействии позволяет оценить происходящие изменения в плодородии почв от распашки целины до современного их состояния. Хотя расширенного воспроизводства плодородия в почвах ГСУ не происходит, стабилизация режима органического вещества представляет большой практический интерес и показывает возможность ее достижения в условиях интенсивного производства.
Реализации действий должен предшествовать анализ данных о состоянии почвенного плодородия, а это делает необходимым систематические наблюде- "-ния за состоянием почв и окружающей среды, для прогноза, предотвращения и устранения неблагоприятных последствий. Постоянно расширяющееся и углубляющееся воздействие человека на почвенный покров заслуживает особого внимания. Формы и результаты этого воздействия разнообразны, поэтому исследования в этом направлении, позволят решать научные и практические проблемы в использовании и сохранении плодородия почв.
Поиск путей оптимизации плодородия черноземных почв, представляющих основной фонд пахотных земель Хакасии, продолжает оставаться одной из актуальных задач, которая предполагает учитывать положительные и отрицательные тенденции в изменении почв и их плодородия.
Цель исследований. Выявить особенности изменения свойств черноземов степной зоны Республики Хакасия при различном хозяйственном использовании.
Задачи исследований:
-изучить основные свойства черноземов (морфологические,физические, физико-химические и агрохимические), дать их оценку при разных уровнях хозяй-
6;
ственного использования;-
-определить направленность почвенных процессов в черноземах за многолетний период (65 лет) при их рациональном использовании (госсортоучастки) и в производственных условиях (хозяйства).
Научная новизна. Впервые в степных условиях Хакасии изучены общие за
кономерности и количественно-качественные- особенности изменений свойств
черноземов на госсортоучастках в сравнении с их аналогами в производствен
ных условиях за многолетний период (65 лет). Выявлено, что изменения в агро
химических, агрофизических и водно-физических свойствах почв в
большинстве своем зависят от характера использования. Дана оценка направ
ленности процессов трансформации почвенного плодородия;за многолетний пе
риод и установлен положительный эффект рационального использования чер
ноземов ГЄУ. Выявлено,что длительное использование почв*в;условиях произ
водственных хозяйств, оказывает влияние на основные свойства: почв* опреде
ляющие их плодородие, в сторону ухудшения; .'.:
Защищаемые положения:
Г. Направленность и степень изменений агрофизических, водно-физических и агрохимических свойств черноземов степной зоны Хакасии зависит от характера их использования (госсортоучастки и производственные пашни в хозяйствах).
2. Многолетнее использование черноземов на госсортоучастках стабилизирует их уровень плодородия и обеспечивает более высокую урожайность зерновых культур.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований позволят решать теоретические и практические проблемы в науке и производстве в области почвенного плодородия: выполнять информационную функцию по прогнозу состояния почвенных ресурсов«вагроландшафтах; могут быть использованы как основа при организации регионального экологического мониторинга черноземов и при разработке мероприятий, с целью сохранения их плодородия,
в борьбе с эрозией и дефляцией почвенного покрова; обосновать зональные агротехнические приемы регулирования плодородия черноземов; Почвы сортоучастков имеют благоприятные агропроизводственные свойства, что позволяет выращивать на них более стабильные урожаи сельскохозяйственных культур'в 1,5 - 2,5 раза выше в сравнении с производственными вариантами. Материалы исследований свидетельствуют о целесообразности рационального веденштзем-леделия для- сохранения почвенного плодородия в условиях степной зоны и улучшения экологической обстановки в целом.
Апробация работы. Материалы* работы докладывались на научной конференции^ «Аграрнаяг наука Хакасии: проблемы, пути их решения; перспективы» (Абакан, 2003); симпозиуме: «Мелиоративная наука на юге Сибири: прошлое,: настоящее; будущее» (Абакан, 2008); на заседании*Хакасского отделения общества? почвоведов; на^ ученых советах НИИ аграрных проблема Хакасии (1998?-2002-2008).
Публикации; Материалы диссертационной работы представлены;в?8^ науч-ныхработах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав; выводов, 3 приложений. Список использованной литературы включает 198 источников, в т.ч 6 иностранных. Основной материал изложен на 204 страницах, включает 13 таблиц, 5 рисунков.
Личный вклад автора. Диссертационная работа является обобщением материалов; собранных в результате полевых и камеральных исследований, которые проводились как лично автором, так и при непосредственном его участии. Автор выражает благодарность сотрудникам отдела мелиорации и экологии, аналитической лаборатории НИИ аграрных проблем Хакасии, СибНИИИиЗиМ за оказанную помощь при проведении экспериментальных и лабораторных исследований.
Изменение плодородия черноземов при длительном использовании их в пашне
Рациональное использование почвенного покрова и почвенного плодородия по-прежнему остается главной задачей исследований. Ее решение включает качественную оценку почвенных ресурсов применительно к зонально-провинциальным природным особенностям региона.
Рациональное использование и оптимизация режимов геосистем должны быть основаны на результатах изучения почвенных процессов, свойств почв в экстремальных условиях и возможностей сохранения их динамического равновесия при антропогенном воздействии ( Снытко и др, 1975).
Не вызывает сомнений, что как с экологической, так и с хозяйственно-экономической точек зрения, значительно более целесообразным является предупреждение неблагоприятных изменений почв, чем выполнение дорогостоящих pa-, бот по восстановлению почвенного плодородия или утраченных свойств почвы.
Из всего многообразия почв юга Средней Сибири наиболее важными в производственном отношении являются черноземы. Черноземный тип почвы, в котором совокупность его свойств сочетается с высоким потенциальным плодородием, способен длительное время сохранять свои качества в условиях антропогенной нагрузки. Не менее важным представляется вопрос об изменении свойств черноземов используемых в условиях длительной распашки, при разной интенсивности антропогенной нагрузки. Среди естественных почв черноземы являются своеобразной моделью почв, оптимальных для земледельческого использования. Их распашка не приводит к принципиальному изменению строения профиля, тем более что пахотный горизонт захватывает в большинстве случаев лишь часть естественного аккумулятивного гумусового горизонта.
Однако использование черноземов в земледелии не прошло бесследно: замена естественной ксерофитно-степной растительности культурной мезофитной, физиологически не приспособленной к функционированию в этих условиях, сказалось на гидротермическом режиме степных черноземов (Коковина, 1983).
Обобщение научных исследований (Щербаков, Рудай, 1983) показывает, что наиболее четко выделяются основные показатели потенциального плодородия почв: агрохимические (гумус, валовые и подвижные формы азота, фосфора и калия, микроэлементы, рН солевой и водной вытяжки почвы, почвенный поглощающий комплекс); агрофизические (гранулометрический состав, структурное состояние, плотность почвы, общая пористость). Рассматривая эти показатели плодородия почв, следует отметить, что они взаимосвязаны и по-разному влияют на плодородие почв.
Изменение свойств черноземов. Изменению свойств черноземов под влиянием их многолетнего использования посвящены многие исследования. Одни авторы (Орловский, Рудой, 1965; Гринченко и др. 1964, 1984; Афанасьева, 1966; Чагина, Берхин, Хацевич, 1986), отмечают положительный эффект окультуривания черноземов при рациональном научно обоснованном использовании: Другие авторы (Гришина, 1986; Гамзиков, Кулагина, 1992; Крупкин, 2002); отмечают снижение потенциального плодородия при распашке.
Многочисленными исследованиями подчеркивается, что наиболее существенным изменением черноземов, является уменьшение содержания гумуса (Гамзиков, Кулагина, 1992), а также валовых форм азота и фосфора. Этот процесс зависит во многом от характера использования почв. Авторы отмечают, что преобладание процесса минерализации над процессами гумификации приводит к неизбежной потере органического вещества до уровня нового равновесного состояния. Основную часть потерь гумуса в почвах следует отнести за счет эрозионных процессов. Анализируя большой объем данных, они делают вывод: в современном земледелии основные потери органического вещества происходят в результате недостаточного использования почвоохранных приемов и агротехнических мероприятий, направленных на стабилизацию и повышение плодородия.
Содержание и запасы органического вещества в почвах традиционно служат основными критериями оценки почвенного плодородия, а в последнее время все больше рассматриваются с точки зрения экологической устойчивости почв как компонента биосферы (Орлов, 1990; Кирюшин, 1996).
Обобщение научной информации показывает, что в черноземах при продолжительном их использовании под пашню (20-100 лет), содержание гумуса уменьшается в пахотном слое по сравнению с верхним слоем целины не более чем на 20-30 % (Титова, Когут, 1991). Однако уже в умеренно эрозионных ландшафтах потери гумуса могут быть значительно большими (Кирюшин, Лебедева, 1984).
Недостаточность органического вещества в большинстве случаев не покрывается ни внесением органических удобрений, ни посевами кормовых трав. Нереально ставить вопрос о восстановлении запасов гумуса почв до уровня целинных аналогов. Ближе к реальности сохранение современных запасов- гумуса. Возможности пахотных черноземов накапливать гумус до уровня близкого к целинным, нереальны и чрезвычайно ограничены, поэтому биологические его потери при освоении почв - это потери не только неизбежные, но и невосполнимые. После распашки почва постепенно приобретает новое, более низкое равновесное состояние гумуса, поскольку поддержание его запасов на прежнем уровне количеством растительных остатков, поступающих в почву в условиях пашни, становится невозможным (Кононова, 1963; Шарков, 1987).
По данным И.Н. Шаркова (1986), при использовании черноземов под пашню в течение 20-150 лет содержание гумуса в пахотном слое уменьшается по сравнению с целиной не более чем на 25 %. Эти потери гумуса обусловлены, главным образом, резким уменьшением поступления в пахотные черноземы растительного вещества и поэтому объективно неизбежны.
В условиях Канской лесостепи количество гумуса за. 70-80 лет в пахотном слое выщелоченных черноземов уменьшилось, на 19 %, оподзоленных на 12,7 % (Крупкин, 1989). Поскольку, в подзонах лесостепи, эрозионные процессы выражены слабо, потери гумуса относят к «биологическим». При проявлении эрозионных процессов потери гумуса могут быть более значительными (Бурлакова, 1984; Кирюшин, Лебедева, 1984). Например, по данным А. А. Титляновой (1982), после распашки целины поступление растительных остатков в черноземы в условиях зерновых агроценозов уменьшается в 3-4 раза.
По мнению И.Н.Шаркова (1986), при оптимальной интенсификации земледелия (т.е. при применении оптимальных доз минеральных и органических удобрений и рациональной системе обработки почвы) содержание гумуса в черноземах, как свидетельствуют многочисленные данные полевых опытов, увеличивается незначительно - всего лишь на 0,1 - 0,2 %. Существенно повысить содержание гумуса в пахотных черноземах, в, том числе до уровня целины, можно только двумя путями: за десятки и сотни лет - за счет залуження, за несколько лет - благодаря внесению мелиоративных доз (60-100 т/га ежегодно и. более)? подстилочного навоза и торфа.
Однако проблема заключается в том, что такие дозы органических удобрений на черноземах экономически и экологически нецелесообразны (рост урожая зерна прекращается при дозах навоза 10-15 т/га в расчете на год, при очень больших дозах навоза начинается накопление нитратов в глубинных слоях почвы). Возможности повсеместно накапливать гумус в пахотных почвах, чрезвычайно ограничены, и поэтому биологические потери его в процессе освоения почв - потери не только неизбежные, но и невосполнимые.
Потеря старопахотными черноземами даже незначительных количеств гумуса сопровождается резким снижением интенсивности процесса минерализации, что свидетельствует о большой консервативности оставшегося в почве гумуса, который может быть утрачен, очевидно, только вследствие эрозии.
Природно-климатические условия почвообразования
Территория Республики Хакасия расположенная в левобережье верхнего и среднего течения Енисея, является частью Алтайско - Саянской горной провинции. Ее площадь составляет 61,6 тыс. км2. Республика охватывает три крупных геоморфологических района: восточный склон горного массива Кузнецкого Алатау, горный район Западного Саяна и левобережную часть Минусинской котловины. Минусинская котловина представляет собой обширную межгорную депрессию с очень сложным эрозионно-аккумулятивным рельефом и большим разнообразием природных условий (Воскресенский, 1961). Климат Минусинской впадины, особенно ее юго-западной части, где расположена Хакасия; отличается жарким с большим количеством ясных дней летом и очень холодной-зимой, малым количеством осадков, наиболее частыми, по сравнению с другими районами Сибири засухами.
На климат Хакасии влияет географическое положение впадины: вдалеке от океанов и морей. Это является причиной больших годовых амплитуд колебания температур, большой сухости воздуха и малого количества осадков с максимумом их в летнее время. Процессы общей циркуляции атмосферы, складывающиеся зимой под влиянием расположенного к югу от Саян азиатского стационарного антициклона, который обусловливает суровость зим, малую мощность снежного покрова и сильные ветры юго-западного и иногда южного направлений.
Одним из главных факторов, создающих «остров» сухих степей на исследуемой территории, является совокупное влияние орографии с западными и юго-западными воздушными течениями. Воздушные массы, перемещающиеся 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. Для степей Хакасии характерна большая изменчивость температур в течение суток и по сезонам.
Рельеф также создает специфические особенности климата впадины. Высокие горы, окружающие с трех сторон Минусинскую впадину, видоизменяют общие процессы циркуляции воздушных масс, образуя внутри местные потоки воздуха. На территории Хакасии выделяются следующие котловины: Абакано-Минусинская, Чулымо-Енисейская, Сыдо-Ербинская.
1. Абакано-Минусинская впадина простирается от Западного Саяна на юге до Коксинских гор на севере. Это преимущественно холмистая территория с отдельными островами низкогорного и сопочного рельефа при незначительном весе равнин, приуроченным к древним террасам Енисея и Абакана.
2. Сыдо-Ербинская расположена в нижнем течении рек Ерба и1 Тесь. Ограничена, с севера Батеневским кряжем и с юга Коксинскими горами. Вследствие частого выклинивания кристаллических пород рельеф характеризуется холмисто-сопочными формами.
3. Чулымо-Енисейская впадина расположена севернее Батеневского кряжа и обладает разнообразным рельефом.
На территории республики выделяются три различные по природным условиям зоны: степная, лесостепная и таежная. Резкое различие климатических показателей позволяет считать эти зоны климатическими (Гавлина, 1954).
Значительная часть территории Хакасии располагается в степной зоне. Степной пояс занимает 26,4 % от территории республики. Высотные отметки колеблются от 250 до 600 метров. Почти полностью он совпадает с границами впадин. В целом для зоны характерно господство холмисто-сопочных и низкогорных форм рельефа. Равнины встречаются редко и тяготеют к долинам рек. Наиболее крупными долинными равнинами являются Уйбатская, Сабинская, Са-гайская, Июсская и другие степи. Различия растительности, рельефа, почвенных сочетаний, микроклимата в отдельных частях степной зоны определяет разнообразие условий на этой обширной территории.
Растительность. Растительность в зоне распространения черноземов, представлена лугово-степными ассоциациями. Е.М.Лавренко (1991) определяет степи как «...растительные сообщества, состоящие преимущественно из многолетних ксерофильных (морозо и засухоустойчивых) травяных растений, большей частью дерновинных злаков». Среди дерновинных злаков - обычно эдификато-ров степей - наиболее распространены представители родов ковыля, типчака, житняка, змеевки, реже - мятлика и тонконога (Лебедева, 1974).
На территории Республики Хакасия А.В. Куминова (1976) выделила 5 высотных поясов растительного покрова: 1 - высокогорный, 2 - таежный, 3 - подтаежный, 4 - лесостепной, 5 — степной.
В пределах степной зоны выделены настоящие мелкодерновинные, крупно-дерновинные и луговые степи (Куминова, 1976). Среди мелкодерновинных степей преобладает формация мелкодерновинной полидоминантной злаковой степи с основными доминантами: овсяница ложноовечья (Festuka pseudovina), овсяница валисская (Festuka valesiaka), тонконог гребенчатый (Koeleria gracilis), ковыль Крылова (Stipa decipiens), змеевка растопыренная (Cleistogenes sguar-rosa). Использование под пастбища приводит к обеднению и изменению видового состава мелкодерновинных степей и переходу их в злаково-полынные и злаково-осочковые мелкодерновинные с преобладанием полыни холодной (Artemisia fiigida) и осоки твердоватой (Carex duriuscula).
Сухие степи развиты в центре республики и юго-западной части Чулымо-Енисейской впадины. Они приурочены к террасам придолинным пониженным участкам рек: Абакана, Енисея, Биджи и Белого Июса, а также к озерным депрессиям. Наиболее характерными для них ассоциациями являются ковыльно-типчаковая, полынно-ковыльная (четырехзлаковая степь).
Опустыненные степи распространены в Уйбатской степи на каменисто-щебнистых участках с карбонатными каштановыми и малоразвитыми почвами, где наблюдается дефицит влаги. Они являются наиболее ксерофитными в растительном покрове Хакасии и занимают небольшую площадь. Характерные растения опустыненных степей — терескен серый (Eurotia ceratiodes), панцерия шерстистая (Panzeria lanata), кохия распростертая (Kochia prostrata).
Настоящие степи составляют основной фон степной растительности, развиваются на почвах каштанового и черноземного типов. Крупнодерновинные настоящие степи в основном представлены формациями ковыльных (тырсовых) с эди-фикатором ковылем волосатиком (Stipa capillata) и овсецом песчаным (Helictorichon desertorum).
Луговые степи являются промежуточным звеном между степным и луговыми типами растительности. Луговые степи уступают по площади настоящим-степям не только потому, что их меньше было в коренном растительном покрове, но и в связи с интенсивной распашкой мест богатыми черноземными почвами. Луговые степи сохранились на склоновых местообитаниях. Кроме луговой растительности в долинах рек встречаются заросли кустарников (ивняки), долинные тополевые и ивово-березовые леса и низинные осоковые и тростниковые болота.
Почвенный покров. В Средней Сибири черноземы локализованы в предгорных и межгорных котловинах (Канской, Красноярской, Минусинской), занимая преимущественно центральные их части с полого-увалистым или холмисто-увалистым рельефом, а также обширные террасы крупных рек (Суслов, 1954; Воскресенский, 1959; Брицына, 1962).
Гранулометрический и микроагрегатный состав
Основной вещественной частью почв является их минеральная составляющая, о свойствах которой во многом можно судить по гранулометрическому составу. В зависимости от гранулометрического состава большинство южных черноземов Хакасии варьируют от легко и среднесуглинистых до тяжелосуглинистых. Для маломощных южных черноземов характерно наличие хрящеватых фракций в самых различных количествах. В. тяжело суглинистых черноземах наблюдается широко проявляющееся уменьшение в горизонте А фракции ила и физической глины.
По данным М.Г.Танзыбаева (1993), в результате распашки и использования почв вне севооборота без применения органических удобрений происходят заметные изменения в гранулометрическом составе почв: повышается содержание хряща и гальки, уменьшается количество иловатой фракции. По мнению автора, это явление можно объяснить выносом и передвижением ила вглубь профиля при проявляющихся процессах осолонцевания, уменьшение количества ила можно рассматривать как результат смыва мелкозема или сдувания его ветрами.
В обыкновенных черноземах, наоборот, наблюдается повышение наряду с илом, крупнопылеватой фракции (Бугаков, Горбачева, Чупрова, 1981). Неодинаковое количество илистой фракции на разных глубинах объясняется неоднородностью почвообразующих пород. Отмечается обедненность верхнего горизонта наиболее тонкими частицами.
Черноземы на исследованных участках по гранулометрическому составу делятся в соответствии с классификацией Н.А.Качинского (1958), на южные сред-несуглинистые (северная часть территории), у которых, содержание физической глины составляет от 30 до 45 % и южные и обыкновенные тяжелосуглинистые (центральная и южная часть), где содержание физической глины 45-60 %. В обыкновенных черноземах в хозяйстве, наблюдается среднесуглинистый состав в слое 0-40 см, содержание физической глины 41 %, с глубиной происходит утяжеление гранулометрического состава.
В степных районах наиболее благоприятен для развития растений тяжелосуглинистый состав верхних горизонтов черноземов, такие почвы способны создавать запас влаги. В данной зоне гранулометрический состав почвы более разнообразен, причем это разнообразие наблюдается иногда и на небольших площадях в связи с рельефом (Горшенин, 1955). Гранулометрический состав верхней наиболее гумусированной части профиля - пахотного слоя, испытывающий наибольшее антропогенное воздействие — отличается вариабельностью вследствие некоторых различий в преобразовании минеральной массы за счет процессов внутрипочвенного выветривания, а главное процессов водной эрозии и дефляции.
В сравнении с 1940-1989 годом обследования черноземы (ГСУ) в Ши-ринской степи в целом остались в той же среднесуглинистои разновидности, с 1940 года произошло небольшое перераспределение пылеватых фракции в сторону укрупнения. На современном этапе отмечается увеличение илистой фракции на 5 %, что привело к небольшому повышению физической глины .
Большая распыленность пахотного горизонта увеличивает податливость их к ветровой эрозии (Орловский, Польский, 1964). По данным В.Е. Журавлева (1974), на южных черноземах Хакасии в результате ветровой эрозии с каждого гектара этих почв унесено от 270 до 390 тонн мелкозема. Вынос илистой фракции из пахотного горизонта влечет за собой и изменения некоторых химических свойств.
Как отмечается в работах В.К. Савостьянова, З.А. Савостьяновой (1969), вы нос илистых фракций и уменьшение содержания гумуса влечет за собой умень шение запасов валовых и подвижных форм азота, фосфора, калия. Так, анализи руя обедненный илистой фракцией развеянный южный чернозем севера Хака сии (Ширинская степь), было обнаружено очень малое содержание в нем вало вых форм элементов питания (при содержании гумуса 2,6 %, азота - 0,193 %, фосфора - 0,098 %, калия - 0,460 %). , По данным 1998 года установлено, что эрозионные процессы замедлились, содержание физической глины осталось практически на прежнем уровне в среднем (в слое 0-20 см) - 47,4 % , илистой фракции около 20 %. Как видно из таблицы (табл.2.) изменения с 1959 по 1989 год в исследуемых почвах проявились в облегчении гранулометрического состава. Увеличивается содержание песчаной и крупно-пылеватой фракции, уменьшается илистая фракция. Все это свидетельствует о происходящих в этот период эрозионных процессах. В период с 1989 по 1998 год отмечена относительная стабилизация в распределении фракций гранулометрического состава. Все это согласуется с происходящими в этот период изменениями в содержании гумуса. Сравнение черноземов обыкновенных с предыдущими годами обследования не представляется возможным из-за отсутствия данных.
Физико-химические свойства черноземов
Одним из наиболее важных показателей физико-химических свойств является реакция среды, которая имеет существенное значение как для гумусообразо-вания и пищевого режима почв, так и для- оценки внутрипочвенной миграции подвижных соединений, физико-химические процессы в почве находятся в тесной связи с реакцией почвенного раствора.
По данным Танделова (1997), оптимальной для большинства сельскохозяйственных растений Приенисейской Сибири является слабокислая реакция или нейтральная реакция среды. По данным Державина (1992), увеличение рН на единицу (от почв со значениями рН 4-5), повышало урожай озимой пшеницы на 51,2 %, озимой ржи - на 24,5 %, яровой пшеницы - на 11,5 и ярового ячменя -на 12,2 %.
Сдвиг реакции среды в сторону кислого интервала снижает урожайность культуры, ухудшает качество растениеводческой продукции. Исследования Платонова, Карпухина (1994), показали зависимость от рН среды кальций-органических комплексов и различную их емкость. При возрастании величины рН среды происходит увеличение комплексообразующей способности фульвокислот по отношению к кальцию. В щелочном интервале рН происходило образование Са-фульватных комплексов, а в кислом их разрушение. Более полно, свойства Са как щелочноземельного элемента проявляются в щелочном интервале рН.
По данным зарубежных исследователей (Pratt P.F., Whittig L.D., Graver B.L., 1962), с возрастанием рН в диапазоне от 5 до 8 селективность почвенного поглощающего комплекса по отношению к Na уменьшается, а емкость ка-тионного обмена (ЕКО) увеличивается.
Емкость катионного обмена (ЕКО), определяемая как сумма содержания обменных катионов, с ростом рН у чернозема возрастает от 26,6 до 44,3 мг-экв/100 г (Понизовский, Иванова (1990). Нейтральная и слабощелочная реакции характерны для черноземов (Горбунов, 1967).
Состав обменных катионов влияет на реакцию среды почвенных растворов. У почв, насыщенных кальцием (черноземы), реакция близка к нейтральной (Бу-гаков и др., 1995). Такие почвы обладают благоприятными физическими свойствами.
Показатель величины рН, после распашки черноземов, изменяется незначительно, но небольшой сдвиг реакции среды пахотных черноземов: подщелачи-вание почвенного раствора на 0,77 единиц рН в сравнении с 1941 годом (рН-7,23) в черноземе южном среднесуглинистом Ширинской степи, обусловлен длительным сроком использования пашни (более 60 лет). В связи с тем, что почвы Ширинской степи представлены малогумусными, маломощными разностями в результате ежегодной, многократной обработки почвы происходит выпахивание подгумусового карбонатного горизонта и подтягивание карбонатов к поверхности.
Эти особенности сводятся к одной общей закономерности: максимальное количество углекислых солей сконцентрировано в верхней части карбонатного внутри-почвенно-вертикального пояса иллювиально-карбонатного горизонта. Такое явление, надо сказать, вообще свойственно черноземообразованию (Афанасьева, 1966). Н.Д. Градобоев (1955), в своей работе также отмечает, что повышение щелочности в горизонте В представляет собой довольно обычное явление для южных черноземов Минусинской степи.
Как известно, если водная суспензия почвы имеет значение рН больше 7, то в ней присутствуют щелочные соли. Состав обменных катионов влияет на реакцию среды почвенных растворов. Во многих почвах слабощелочная» реакция-обусловливается углекислыми и двууглекислыми солями (бикарбонатами) кальция и магния. Во влажные и сухие периоды происходит соответственно разбавление и концентрация почвенных растворов, что ведет к изменению реакции среды. Образование большого количества иона НСОз" ведет к увеличению рН в сторону щелочной реакции (рН 8), т.е появлению ионов ОН", согласно уравнению гидролиза. При значениях рН более 8 в почвенном растворе появляются карбонат ионы (СОз2 ).
Для всех сравниваемых черноземов наблюдается низкие значения коэффициентов вариации для рН (0,3 - 2,2 %) - южный; (0,4 - 5,3 %) - южный и (1,2 - 1,9 %) -обыкновенный, свидетельствующие о малом колебании значений рН. Таким образом, при распашке черноземов на ГСУ в целом обладают благоприятной реакцией почвенной среды, для почв хозяйств прослеживается более щелочная реакция среды, что ухудшает все физико-химические свойства.
Многочисленными исследованиями установлено, что при вовлечении в пашню, физико-химические свойства целинных черноземов изменяются. В работах Орловского, 1935; Лазарева, 1936; Адерихина, 1964; Гринченко и др., 1964, установлено, что длительно распахиваемые черноземы потеряли некоторое количество обменных катионов. Это согласуется с повсеместной потерей в тех же условиях гумуса, который, как известно, не менее чем на 50 % (Соколовский, 1956), может определить емкость поглощения почвы.
Снижение емкости обмена характерно для черноземов Украины, Поволжья, ЦЧО, Предкавказья. В целинном черноземе Украины емкость поглощения достигает 51,5 мг-экв на 100 г почвы. Распашка и длительное использование без применения удобрений приводят к постепенному уменьшению емкости поглощения: спустя 12 лет - на 5 %, 37 лет - на 9 %, 52 года - на 15 % и 100 лет - на 24 % (Чесняк, 1973; Медведев, 1979).
В условиях низкой культуры земледелия особенно значительно (на 17-26 % за 100 лет) уменьшается содержание обменного кальция (Гринченко и др., 1964). Многими исследователями (Гагарина, 1971; Самойлова, 1991; Надежкин, Лебедева, 2006; Джанаев, 2006), установлены значительные изменения, произошедшие в почвенном поглощающем комплексе за период 50-60 лет под влиянием как природного, так и антропогенного воздействия. Например, если еще в недавнем прошлом черноземы Среднего Поволжья характеризовались степенью насыщенности основаниями более 90 %, суммой оснований 35-45 мг-экв/100г почвы, то в настоящее время сумма оснований колеблется от 28,2 до 38,5 мг-экв/ 100 г почвы, а степень насыщенности ими не превышает 78,5-91,4 % (Надежкин, Лебедева, 2006).
Убыль поглощенных оснований в черноземных почвах Предкавказья за полувековой период составила 13-54 % (Джанаев,2006). Причем эти негативные процессы наблюдаются не только в пахотном слое, но и в глубоких горизонтах профиля. Однако, авторы делают вывод, что состав коллоидного комплекса в известной мере тип почвообразовательного процесса (если судить о нем только по этому показателю) в старопахотном черноземе остается таким же, как и на целине.
Почвенно-поглощающий комплекс черноземов Хакасии насыщен кальцием и магнием, причем содержание кальция значительно превышает содержание магния в верхних органогенных горизонтах примерно в 3-4 раза (для черноземов обыкновенных отношение Са / Mg = 4; для южных - 3,3).
С глубины 50 см это соотношение постепенно уменьшается, т.е возрастает роль обменного магния в почвенно-поглощающем комплексе всех подтипов (Перченко, Танзыбаев, 1977).
Исключительная роль обменного кальция в почве заключается в его особом производственном значении, за счет этого поддерживается агрономически ценная структура, закрепляется коллоидный гумус, а также сохраняются питательные вещества, доступные для растений.
