Введение к работе
Актуальность. Современное сельскохозяйственное производство предусматривает использование высокоемких технологий, эффективность которых во многом определяется уровнем окультуренности почв. Интенсификация земледелия, начавшаяся в 60-70-ые годы 20 столетия, с широким применением средств химизации, обусловила интенсивное и целенаправленное окультуривание одних почв и деградацию других, местоположение которых ограничивало эффективное внесение удобрений и применение комплекса агротехнических приемов. Различия в культуре земледелия обусловили существенные изменения почвенных свойств и режимов, что нашло отражение в выделении различного уровня таксономических рангов в Классификации почв… (1977), используемых в земледелии, и отмечалось в работах многих авторов (Герасимов, 1968, 1976; Ковда, 1970; Кауричев, 1989; Коротков, 1970; Рубилин, Долотов, 1970; Никитин, 1976, 1986; Ахтырцев, 1979; Козловский, 1991; Муха, 2004 и др.). Серые лесные почвы (и особенно темно-серые), занимающие обширные площади на территории Европейской части Российской Федерации в этом отношении изучены слабее, чем почвы таежной и степной зоны. В силу недостаточной изученности свойств, режимов и региональных особенностей пахотных серых лесных почв в настоящее время нет единого мнения по вопросам их ранжирования (Классификация…, 2004; Кирюшин, 2010) и разработке нормативов, устанавливающих перечень и диапазон показателей, характеризующих степень изменения почв под влиянием антропогенного воздействия.
Особого внимания заслуживает прогноз развития почв в экосистемах залежи – участков, выведенных из состава пашни и не обрабатываемых длительное время, с целью их восстановления и дальнейшего использования в структуре сельскохозяйственных угодий.
Цель работы. Изучить характер изменений в процессе антропогенной эволюции серых лесных почв при смене естественных фитоценозов на агроценозы в условиях северной лесостепи и установить критерии для оценки уровней окультуренности серых лесных почв.
Задачи исследований.
1. Выявить особенности почвообразовательного процесса в пахотных серых лесных почвах и установить влияние антропогенного фактора на морфологические признаки почв.
2. Изучить изменения в содержании и составе органического вещества в почвах разной степени окультуренности в сравнении с целинными аналогами.
3. Определить влияние приемов окультуривания на динамику легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) и обосновать возможность использования содержания ЛОВ в качестве диагностического признака степени выпаханности и окультуренности серых лесных почв.
4. Исследовать структурно-агрегатное состояние пахотных серых лесных почв и выявить роль компонентов органического вещества в формировании водопрочных агрегатов.
5. Охарактеризовать изменения в поглотительной способности и составе микробного сообщества серых лесных почв под влиянием длительного сельскохозяйственного использования и окультуривания.
6. Установить влияние водной эрозии на структуру почвенного покрова и свойства эродированных серых лесных почв, а также выявить эффективность противоэрозионных мероприятий на смытых почвах.
Защищаемые положения.
1. Почвообразовательный процесс в пахотных серых лесных почвах в целом подобен целинным и отражает их генетическую принадлежность к зональному типу почвообразования, свойственному лесостепной зоне. Сведение лесной растительности и длительное использование серых лесных почв под пашню вызывает определенное изменение в распределении илистой фракции и оксидов алюминия и железа по профилю почв и, следовательно, отражается на степени его дифференциации в пахотных почвах: уменьшается глубина элювиирования и снижается мощность иллювиального горизонта.
2. Изменение биологического цикла углерода в связи со сменой фитоценоза на агроценоз обусловило изменение параметров гумусового состояния почв. При низком уровне агротехники во всех подтипах серых лесных почв существенно снижается содержание гумуса и ЛОВ, численность основных физиологических групп микроорганизмов в составе микробного сообщества. Окультуривание светло-серых и серых лесных почв до сильной и высокой степени способствует улучшению физико-химических показателей до целинных аналогов и выше. Окультуривание темно-серых лесных почв, используемых под пашню, также улучшает показатели гумусового состояния и физико-химических свойств по сравнению со слабоокультуренными, но не достигает уровня целинных почв, лишь при систематическом внесении повышенных доз органических удобрений возможно достижение показателей, характеризующих степень окультуренности, до уровня, превышающего целинные аналоги.
3. Содержание и состав легкоразлагаемого органического вещества отражает подтиповые отличия серых лесных почв северной лесостепи и характеризует степень их окультуренности и выпаханности.
4. Диапазон значений содержания гумуса, ЛОВ, физико-химических и агрохимических показателей, структурного состояния объективно отражает степень изменения серых лесных почв под влиянием антропогенного воздействия и может использоваться для диагностики степени окультуренности почв.
5. При оценке степени эродированности почв лесостепной зоны, сформированных на возвышенных элементах мезорельефа, и выделении почвенно-эрозионных районов необходимо использовать, наряду с количеством смытых почв в составе пашни, значения коэффициентов расчленения территории и глубину местного базиса эрозии. Для предотвращения поверхностного стока в систему противоэрозионных мероприятий целесообразно включить применение полимерных комплексов и создание буферных контурных полос из многолетних трав.
Научная новизна.
1. На основе экспериментальных данных выявлены особенности почвообразования при длительном сельскохозяйственном использовании серых лесных почв, заключающиеся в проявлении основных элементарных почвенных процессов (элювиального, иллювиального, гумусообразования).
2. Впервые в условиях северной лесостепи проведена комплексная оценка плодородия серых лесных почв и установлен диапазон основных показателей (содержание гумуса, ЛОВ, агрохимических, физических и физико-химических свойств) степени окультуренности применительно ко всем подтипам серых лесных почв.
3. Показано, что содержание и доля ЛОВ в составе органического вещества может использоваться при оценке степени выпаханности и окультуренности серых лесных почв.
4. Впервые изучены изменения в содержании и составе органического вещества, физических и физико-химических свойств почв залежи, выведенных из состава пашни в течение 10-15 лет.
5. Впервые установлена возможность повышения противоэрозионной стойкости светло-серых лесных почв при использовании полимерных (на основе полиакриловой кислоты) комплексов.
6. Показана возможность использования диагностических показателей по степени окультуренности серых лесных почв при выделении агроэкологических типов земель сельскохозяйственного назначения.
Практическая значимость.
1. Для оценки степени окультуренности серых лесных почв следует включить в систему показателей содержание ЛОВ и параметры структурно-агрегатного состояния почв.
2. Важными элементами окультуривания почв является систематическое применение повышенных доз органических удобрений и использование сидератов, позволяющих повысить содержание гумуса и улучшить физические, физико-химические и агрохимические свойства серых лесных почв. На основании этого материалы диссертации могут использоваться при разработке региональных систем земледелия.
3. Полученные новые экспериментальные данные о зависимости уровня плодородия серых лесных почв от степени окультуренности могут быть использованы при проведении агроэкологической типизации земель, комплексного почвенно-агрохимического и экологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.
4. Для ограничения негативных последствий водной эрозии, снижения поверхностного стока и восстановления плодородия смытых серых лесных почв рекомендуется использование полимерного комплекса и буферных контурных полос.
5. Материалы диссертации использованы при издании учебных пособий, составлении учебных рабочих программ по курсам дисциплин: «Почвоведение», «Методы почвенных исследований», «Ландшафтоведение».
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Всесоюзных съездах Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004; Ростов–на–Дону, 2008); на Международных научных и научно-практических конференциях (Пенза, 2002; Казань, 2003; Владимир, 2004; Москва, 2006; 2007; Нижний Новгород, 2007; 2008; 2010; 2011); на Международном симпозиуме (Нижний Новгород, 2003); Всероссийских конференциях (Москва, 1998; 2002; 2010; Киров, 2008; Нижний Новгород, 2008); на научно-производственных конференциях (Киров, 1993, Нижний Новгород 2005, 2008; Ульяновск, 2006); на научных конференциях по результатам исследований профессорско-преподавательского состава НГСХА 1989-2011гг.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 64 научных и учебно-методических работы, в том числе 15 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав основного текста, выводов и приложений; изложена на 298 страницах машинописного текста, включает 55 таблиц и 24 рисунка. Список литературы состоит из 526 названий, в том числе 39 иностранных авторов.
