Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления о структуре почв и структурообразовании 7
1.1. Почвенная структура и её экологическая роль 7
1.2. Факторы формирования и динамики почвенной структуры .14
Глава 2. Экологические условия почвообразования Красноярской лесостепи 27
Глава 3. Объекты и методы исследований 43
3.1. Объекты исследований 43
3.2. Методы исследований 45
Глава 4. Гранулометрический и агрегатный состав чернозёмов обыкновенных 47
4.1. Гранулометрический и микроагрегатный состав 47
4.2. Структурно-агрегатный состав 55
Глава 5. Динамика агрофизических свойств чернозёмов 66
5.1. Сезонная изменчивость агрофизических свойств в условиях целины и агроценозов 66
5.2. Пространственная изменчивость агрофизических свойств 78
5.3. Оценка и изменение агрофизических свойств чернозёмов в полях севооборотов 87
5.4. Изменение структурно-агрегатного состава чернозёмов в цикле увлажнение-высыхание 100
Глава 6. Органическое вещество в пространственно-временной изменчивости структурного состава чернозёмов 113
6.1. Состав органического вещества целинных и пахотных почв...113
6.2. Сезонная динамика органического вещества и его участие в формировании структуры чернозёмов 120
6.3. Пространственная изменчивость органического вещества и его роль в формировании структуры 131
6.4. Влияние органического вещества на формирование структурного состава чернозёмов в полях севооборотов 138
Выводы 154
Литература 159
Приложения 187
- Факторы формирования и динамики почвенной структуры
- Экологические условия почвообразования Красноярской лесостепи
- Структурно-агрегатный состав
- Пространственная изменчивость агрофизических свойств
Введение к работе
Обусловлена важнейшей ролью агрофизических свойств в формировании почвенного плодородия (Антипов-Каратаев, 1949; Вершинин, 1952; Дояренко, 1963; Ревут, 1972; Качинский, 1975). Известно, что плотность сложения и функционально связанная с ней почвенная структура - это динамичные показатели. Их изменчивость во времени и пространстве обусловлена рядом факторов: климатическими условиями, органическим веществом, рельефом, растительностью, антропогенным воздействием и т.д. Сильное варьирование агрофизических показателей во времени свидетельствует о деградации почв. Пространственная изменчивость свойств приводит к пестрополью, что сказывается на урожайности, неравномерности вызревания сельскохозяйственных культур, неодинаковому качеству продукции.
Недостаточность информации, а иногда её полное отсутствие, по пространственно-временной динамике агрофизических показателей чернозёмов и факторах её определяющих, обусловила постановку и проведение настоящих исследований.
Цель работы - изучить пространственно-временную изменчивость агрофизических показателей чернозёмов Красноярской лесостепи и выявить роль компонентов органического вещества в их динамике.
Основные задачи:
1.Оценить гранулометрический, микро- и макроструктурный состав чернозёмов - обыкновенных, развитых на почвообразующих породах различного генезиса.
2.Исследовать пространственно-временную - изменчивость агрофизических свойств и органического1 вещества чернозёмов в условиях целины и агрогенного воздействия.
3.Выявить влияние органического вещества и его подвижных компонентов в сезонном ритме и пространственном распределении
агрофизических свойств чернозёмов. 4.Установить оптимальный интервал влажности структурообразования в чернозёмах тяжелосуглинистого и легкоглинистого гранулометрического состава.
Защищаемые положения:
1 .Качественная оценка и пространственно-временная изменчивость агрофизических свойств определяется генезисом почвообразующих пород, рельефом и характером использования чернозёмов.
2.Влияние компонентов органического вещества на динамику структурных и водопрочных агрегатов неустойчиво и чаще обусловлено подвижными водорастворимыми соединениями, щёлочно-гидролизуемыми гуминовыми и фульвокислотами.
3.Сельскохозяйственное использование чернозёмов усиливает агрегирующую эффективность подвижного органического вещества.
Научная новизна. Впервые получены материалы по сезонной и пространственной изменчивости структурно-агрегатного состава и плотности сложения целинных и пахотных чернозёмов Красноярской лесостепи. Установлено, что функционирование тяжелосуглинистых чернозёмов обыкновенных сопровождается оптимальными агрофизическими показателями с незначительной и небольшой изменчивостью. В глинистых разновидностях деградация пахотного горизонта обусловлена сильной изменчивостью и неудовлетворительным структурным составом. Получены количественные характеристики содержания и динамики компонентов органического вещества почв. Выявлено, что их структурообразующая роль в чернозёмах различных агроценозов, как правило, обусловлена подвижными соединениями. Изменчивость структурно-агрегатного состава глинистых почв в цикле «увлажнение-высыхание» определяется уровнем влажности.
Практическая значимость работы состоит в возможности использования полученных данных для оценки степени физической деградации почв и разработки обоснованного прогноза изменения агрофизических показателей при агрогенном воздействии. Они могут быть использованы для дальнейшего совершенствования и уточнения комплекса мероприятий по рациональному использованию и охране чернозёмов региона. Материалы являются основой для ведения мониторинга.
Апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 10 работах, в том числе изданиях рекомендованных ВАК РФ. Результаты исследований докладывались и обсуждались на межвузовской, региональной, всероссийской и международной научной конференциях: «Молодёжь и наука - в новом тысячелетии» (Красноярск, 2001), «Молодёжь Сибири - науке России» (Красноярск, 2003), «Молодёжь и наука - третье тысячелетие» (Красноярск, 2003), «Красноярский край: освоение, развитие, перспективы» (Красноярск, 2003), «Молодёжи Сибири - науке России» (Красноярск, 2004), «Красноярский край: освоение, развитие, перспективы» (Красноярск, 2004), «Природная и антропогенная динамика наземных экосистем» (Иркутск, 2005), «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2005), «Студенческая наука - взгляд в будущее» (Красноярск, 2006); на семинарах кафедры почвоведения и агрохимии (2004, 2005, 2006).
Работа выполнена при поддержке Красноярского краевого фонда науки - 16G079 (индивидуальный грант).
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 212 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, 9 выводов и 14 приложений. Содержит 34 таблицы и 31 рисунок. Список литературы включает 287 источников, в том числе 6 иностранных авторов.
Личный вклад автора состоит в проведении экспериментов, анализе и обобщении собранного материала, статистической обработке и интерпретации полученных результатов.
Факторы формирования и динамики почвенной структуры
Почвенный агрегат представляет собой сложное образование, возникшее под влиянием физических, химических и биологических факторов. В их число входят циклы увлажнения и высыхания, замерзания и оттаивания, физические эффекты роста корней растений или почвенной фауны, взаимодействия между заряженными коллоидными частицами и сорбированными катионами, вспашка или мелиорация, разложение органического вещества, деятельность микроорганизмов и т.д.
В природных условиях обычно лишь часть механических элементов, слагающих почву, располагается обособленно, не взаимодействуя с другими твёрдыми частицами. В большинстве же случаев они тем или иным способом скреплены с "соседями" и образуют агрегаты различной сложности, величины и формы (Растворова, 1983).
Наиболее отчётливо структура выражена в почвах тяжёлого гранулометрического состава - в средних и тяжёлых суглинках, в глинах, что сопряжено с наличием в этих почвах механических элементов коллоидных размеров (частиц 0,2-0,1 мм) (Качинский, 1970). В исследованиях Т.А.Зубковой (1998) указывается на то, что действие клеящих, вяжущих веществ имеет заметное проявление на агрегатном уровне лишь в тяжелосуглинистых и глинистых почвах. Следовательно, более существенно их влияние не только на прочностные свойства, но и на морфологические. Клеящие вещества могут оказывать модифицирующее действие на морфологическую форму твёрдого пористого тела. Поэтому разнообразие химических свойств почв тяжёлого, глинистого гранулометрического состава обусловливает морфологическое разнообразие агрегатов.
В образовании почвенной структуры можно различить две стадии, обычно протекающие одновременно. Во-первых, это механическое разделение почвы на агрегаты того или иного-размера и формы и, во-вторых, упрочение этих агрегатов, и приобретение ими внутреннего строения.
В механическом разделении почвенной массы на агрегаты, то есть в создании её первичной трещиноватости, главную роль играют увлажнение -высыхание, замерзание - оттаивание, нагревание - охлаждение, механическая деятельность корней и почвенной фауны (Розанов, 1975). Расчленение почвенной массы на структурные отдельности происходит под влиянием объёмных изменений в ней. Одним из факторов такого рода является попеременное увлажнение и высыхание. Влияние этих процессов двоякое. С одной стороны, они приводят к разрыву непрочных связей между элементарными почвенными частицами и микроагрегатами и образованию трещин и плоскостей ослабления; с другой - способствуют сближению элементарных почвенных частиц в определённых местах и, следовательно, упрочению связей между ними. Расположение илистых частиц в местах соединений, по которым развиваются трещины, обычно изменяется, т.к. любое перемещение почвенной массы во влажной почве приводит к определённой ориентации илистых частиц вдоль осей сдвига (Weyinooth, Williamson, 1953). Это явление способствует сохранению возникающих здесь плоскостей ослабления, по которым- в дальнейшем и развиваются естественные грани педов и агрегатов, т.к. при последующих циклах иссушения - увлажнения трещины образуются преимущественно по этим же поверхностям. Из поступающей по этим трещинам водной суспензии откладываются на их поверхности тонкодисперсные, глинистые частицы, гумусовые вещества, полуторные окислы и другие продукты почвообразования, образуя плёнки, толщина которых может достигать 0,1 мм (Marshall, Holmes, 1979). Таким образом, при увлажнении между ними и поверхностями частиц возникают межмолекулярные силы, под влиянием которых почвенные частицы после увлажнения и последующего иссушения связываются в слитную массу. Причём, чем больше почва увлажняется, тем сильнее последующее уплотнение (Макеева, 1988).
К.П.Горшенин (1955), обобщая имеющиеся материалы по макроагрегированию чернозёмов расчленённой лесостепи Сибири, приходит к выводу, что в формировании макроагрегатов имеет значение гранулометрический состав почвообразующих пород. Так, чернозёмы на лёссовидных породах, оструктурены слабее, чем на обычных суглинистых и глинистых породах.
Необходимо отметить, что на образование зернистых, комковатых и ореховатых агрегатов различных размеров заметное влияние оказывает содержание пылеватых и песчаных элементарных почвенных частиц (ЭПЧ). При значительном содержании в почве ЭПЧ песчаных и пылеватых размеров влияние процесса иссушения на образование макроагрегатов ограничено вследствие того, что при усадке эти частицы образуют жёсткий каркас, препятствующий дальнейшему уменьшению объёма почвы (Воронин, 1986). Процессы увлажнения и высыхания происходят в почве непрерывно. Особенно значительные колебания в степени влажности имеют место в самом верхнем слое почвы. Здесь и наблюдаются наибольшие объёмные изменения, ведущие к образованию трещин и структурных отдельностей (Ревут, 1972). Разрушение глыб, фрагментация почвенной массы в результате трещинообразования имеют важное значение для формирования специфической .почвенной структуры, определяющей морфологический облик горизонтов и почвенного профиля в целом (Смирнова, 2004). Дальнейшее расчленение почвы на комочки разных размеров происходит под влиянием целого ряда других факторов. Например, явления замерзания и оттаивания почвы. На важное значение промораживания почвы j в создании её рыхлого сложения указывал в своих работах П.А.Костычев (1951). Замерзание воды раньше начинается в крупных промежутках, примерно при 0С, а в более тонких капиллярах вода замерзает при более низкой температуре. При замерзании вода расширяется и давит на стенки комков; при этом участки с незамерзающей водой уплотняются, а часть воды выжимается в более крупные капилляры. В результате неравномерного уплотнения при оттаивании замёрзшей воды и при испарении воды почва будет крошиться по линии наименьшего сопротивления.
Промораживание способствует разрыхлению почвы, образованию агрегатов, но водопрочность при этом не создаётся. Чем плотнее почва, тем больших размеров агрегаты образуются при промораживании. В более рыхлых почвах образуются агрегаты оптимальных размеров (Ревут, 1972). Разрыхляющее воздействие промораживания на почву проявляется только при оптимально влажном её состоянии (не более 90 % полной влагоёмкости). При замерзании воды в переувлажнённой почве структурные отдельности разрываются, и такая почва при оттаивании получает киселеобразную консистенцию и обесструктуривается. Степень и характер влияния промораживания почвы на образование агрегатов зависят от многих факторов и, прежде всего, от степени увлажнения. Промерзание сухой почвы не оказывает положительного влияния на её крошение (Кауричев, 1975).
Экологические условия почвообразования Красноярской лесостепи
Красноярская лесостепь расположена на предгорной равнине на стыке Восточного Саяна, Западной Сибири и Средне-Сибирского плоскогорья (Кириллов, 1970). На юге она ограничена отрогами Восточных Саян, подходящими к Красноярску; они же ограничивают лесостепь с востока, где переходят к северу в Енисейский кряж, отделяя Красноярскую лесостепь от Канской. Северная граница во многом условна и проводится Б.Н.Лихановым и М.Н.Хаустовой (1961) по широте Казачинское - Пировское. На западе Красноярская лесостепь отделена от Ачинской- лесной полосой бассейна Кемчуга. Равнина, таким образом, представляет собой полузамкнутую межгорную котловину, своего рода остров среди лесостепей Средней Сибири (Сёмина, 1962). С юга на север лесостепь простирается на ПО км. Протяжённость с запада на восток составляет не более 80 км. По данным В.В.Топтыгина с соавторами (2002), площадь лесостепи составляет 777 тыс. га. Здесь расположены северо-восточная часть Емельяновского района, основная территория Сухобузимского, южная часть Большемуртинского и северозападная Березовского районов (Пути воспроизводства ..., 2002).
В геологическом прошлом рассматриваемая территория представляла собой галечниковое плато с абсолютной отметкой в пределах 400 м. Последнее образовалось за счёт сноса и отложения материала с подымавшегося Восточного Саяна. В сформировавшееся плато врезались реки, расчленившие и разрушившие его. Реки размыли галечниковый покров и придали местности современный облик. Остатки древнего плато сохранились лишь в виде останцевых возвышенностей, поднимающихся над Енисеем на 160-200 м. Так как поднятие Восточного Саяна проходило непрерывно, но неравномерно то смена эрозионных циклов привела к образованию многочисленных террас в глубоко врезанных речных долинах. Процессы плоскостной эрозии, приходившие на смену глубинной, привели к нивелировке рельефа и накоплению рыхлых наносов, покрывающих в настоящее время все элементы рельефа (Сёмина, Вередченко, 1962).
В геологическом отношении Красноярская лесостепь сложена девонскими, меловыми, юрскими породами, перекрытыми четвертичными отложениями. Девонские породы состоят из чередующихся конгломератов, песчаников, мергелей, известняков и аргиллитов, известных под названием Качинской свиты. Они часто видны в обнажениях в южной части лесостепи. К северу от линии с.Берёзовка - с.Нанжуль - с.Емельяново девонские отложения перекрываются юрскими отложениями, представленными песчано-глинистыми толщами, песчаниками и мергелями. Меловые отложения кантатской свиты пятнами обнаружены на севере и северо-западе лесостепи. Эти породы сочетаются с коалинизированными кварцевыми песками и песчаными глинами с линзами галечников (Вередченко, 1961).
Более молодые четвертичные отложения плащеобразно покрывают почти все элементы рельефа. Мощность покровных суглинков непостоянна и колеблется от 15-20 м на склонах, до 1-2 м на вершинах увалов. Эти отложения и являются преимущественно почвообразующими породами современных почв (Лебедева, Сёмина, 1974). Почвообразующие породы различны по своему генезису и физико-химическим свойствам. Формирование их тесно связано с развитием рельефа. Наблюдается приуроченность различных их групп к определённым разновозрастным уровням поверхности, соответствующим определённым этапам в истории её формирования (Брицына, 1962).
Для рассматриваемого района Ю.П.Вередченко (1961) выделяет следующие основные почвообразующие породы: 1) палево-бурые лёссовидные суглинки и лёгкие глины; 2) светло-бурые иловато-пылеватые суглинки и глины; 3) тёмно-бурые пылевато-иловатые тяжёлые суглинки и глины; 4) красно-бурые и коричнево-бурые делювиальные глины с наличием гальки; 5) песчано-галечниковые и супесчаные аллювиальные и пролювиальные отложения. Первые три почвообразующие породы являются господствующими в Красноярской лесостепи. Палево-бурые лёссовидные суглинки и глины широко распространены и приурочены, главным образом, к средним аккумулятивным террасам р.Енисей и его притоков. Мощность их измеряется от 3 до 20 м и, как правило, они подстилаются песчано-галечниковыми отложениями. Лёссовидные суглинки и глины сравнительно рыхло сложены, имеют палево-бурый цвет с расплывчатыми белесыми пятнами карбонатов. Они содержат до 32 % крупно-пылеватых фракций и сравнительно небольшие количества илистой, фракции (31-34 %). В этих породах обнаруживаются карбонаты кальция и магния (ССЬ в них до 3-4 %) и относительно большие количества Fe2C 3 и АЬОз- Лёссовидные суглинки имеют слабощелочную реакцию и в них отсутствуют легкорастворимые соли. Плотность сложения лёссовидных пород сравнительно низкая (1,3-1,4 г/см ), причём на глубине 2-4 м встречаются пустоты диаметром в 5-10 см и " более возможно термокарстово-суффозионного происхождения. Водопроницаемость пород, сравнительно хорошая, примерно равна 40-50 см/сутки.
Светло-бурые иловато-пылеватые суглинки и глины имеют наибольшее распространение, покрывая водораздельные пространства и верхние террасы. Некоторые физические свойства их сходны с физическими свойствами лёссовидных пород. По валовому же составу они отличаются от лёссовидныххуглинков большим содержанием полуторных окислов (24,4 %) и меньшим содержанием СаО-и MgO (1,9-2,67 %). Плотность сложения этих пород 1,4-1,5 г/см , т.е. он№ несколько плотнее, чем лёссовидные суглинки и глины. Водопроницаемость их 25-30 см/сутки при легкоглинистом гранулометрическом составе. Эти породы в. результате почвообразования более выщелочены от карбонатов. На них в основном располагаются выщелоченные, оподзоленные: чернозёмы и тёмно-серые лесные почвы Красноярской лесостепи.
Тёмно-бурые пылевато-иловатые тяжёлые суглинки; и глины обычно включают в себя гальку диаметром 2-5 см. 0т светло-бурых суглинков и глин они отличаются не только более тёмной окраской большей плотностью (плотность сложения 1,5-1,6 г/см ) и глыбистостью,. но- и значительно большим содержанием ила (фракция- ила обычно около 50-60 %). Они содержат меньше Я20з (примерно 24 %) и больше Si02 (69,9 %). Эти породы обычно покрывают плоские водоразделы или пологие склоны и сравнительно широко распространены в северной части лесостепи. Так как тёмно-бурые; глины обладают наименьшей водопроницаемостью из всех рассмотренных пород (3-5 см/сутки), они являютсявпериод снеготаянияи сильных дождейв некоторой мере водоупором. Поэтому на! них наблюдается более, интенсивное: развитие глеевых процессов; В лесостепи на этих породах формируются светло-серые и серые лесные;слабоглееватые почвы.
Структурно-агрегатный состав
Структура почвы в большой степени зависит от плотности элементарных почвенных частиц, слагающих почву, и от соотношения различных фракций гранулометрического состава (Ковда, 1973; Михеева, 2001).
Особенностью структурного состава чернозёмов обыкновенных, развитых на палево-бурых лёссовидных суглинках под естественной растительностью, является повышенная глыбистость (19-25 %) и господство фракции размером 2-1 мм (19-27 %). Слой 10-20 см отличается более низкой глыбистостью (15 %) и высоким содержанием мелкозернистой фракции (35 %).
Обработка почвы приводит к увеличению глыбистых фракций в пахотном слое до 30-39 %. На повышенную глыбистость чернозёмов указывают исследования П.И.Крупкина (2002). По его результатам в пахотных горизонтах чернозёмов Красноярского края наблюдается высокий выход крупных отдельностей. При этом 40 % составляют агрегаты более 3 мм, включающие и глыбы. Содержание фракции размером 2-1 мм в почвенном профиле пахотной почвы составляет 13-20 %, что значительно ниже по сравнению с целинной почвой. Отмечено, что в пахотном чернозёме количество мелких фракций 0,5 мм снижено до 0,Г-0,6 %.
Известно, что агрономически ценной является только такая структура, которая обеспечивает плодородие почвы. Оптимальные условия водного, воздушного и питательного режимов создаются в почвах с зернистой и мелкокомковатой структурой. Условно принято, что размер этих, агрегатов колеблется в пределах от 10 до 0,25 мм. Количество агрономически ценной фракции (АЦФ) в почвенном профиле целинного участка находится в пределах 65-76 %. Повышенным содержанием фракции агрономически ценных агрегатов отличается слой 0-20 см (76-85 %), который имеет отличное структурное состояние (рис.5). На пашне структурное состояние чернозёма обыкновенного оценивается как хорошее и отличное. Количество АЦФ размером 10-0,25 мм находится в пределах 61-83 %.
Структурный состав чернозёмов обыкновенных, сформированных на коричнево-бурых глинах, отличается высокой глыбистостью. В целинной почве количество крупных агрегатов 10 мм с глубиной постепенно увеличивается от 31 до 58 % (табл.3). В этом же направлении возрастает содержание пылеватой фракции от 0,2 до 3,0 % от массы почвы. Среди фракций агрономически ценного размера господствуют структурные отдельности 2-1 мм (9-19 %). В целом, структурное состояние целинного участка характеризуется как хорошее до глубины 0,5 м, а далее как удовлетворительное. Содержание агрономически ценной фракции в полуметровой толще составляет 61-68 %. В пахотном чернозёме обыкновенном в слое почвы 0-20 см увеличивается содержание структурных агрегатов 10 мм до 56-58 %.
Как известно, пахотный слой представляет собой совокупность агрегатов различного происхождения и свойств, а также распыленной части почвы. При вспашке избыточно сырых и тяжёлых по гранулометрическому составу почв агрегаты слипаются и при высыхании представляют собой ссохшуюся глыбистую массу. В подпахотных горизонтах количество крупных агрегатов уменьшается до 39 % и ниже. Доля мелких отдельностей не велика. Почвенные агрегаты размером 0,5 мм в профиле почвы отсутствуют. Пахотный слой по содержанию АЦФ оценивается как удовлетворительно оструктуренный (42-44 %), нижележащие слои имеют хорошую и отличную структуру (61-86 %) (рис.6).
Таким образом, в структурном составе чернозёмов обыкновенных, развитых на коричнево-бурых глинах, преобладают крупные агрегаты 10 мм. Исследования А.Г.Сазонова (2003) по происхождению структуры чернозёмов Восточной Сибири указывают на то, что природа глыб определяется высоким содержанием илистой фракции в составе физической глины и увеличением доли Mg (в 2 раза) по сравнению с Са в составе обменных катионов, а также характером почвообразующих пород.
Глинистое вещество коричнево-бурых глин очень дисперсно, что свидетельствует о высоком содержании коллоидов в илистой фракции. В составе ила преобладают минералы монтмориллонитовой и гидрослюдистой группы с небольшой примесью минералов каолинитовой группы. Присутствие минералов монтмориллонитовой группы, высокодисперсных и гидрофильных, объясняет некоторые физические свойства коричнево-бурых глин, а именно плотное сложение и большую влагоёмкость (Вередченко, 1961; Лебедева, Сёмина, 1974).
Высокое содержание обменного магния в почвенном профиле целинного (16-26 мг-экв/100г) и пахотного (15-24 мг-экв/100г) чернозёмов изменяет физические свойства почв аналогично поглощённому натрию, но в меньшей степени, что доказано исследованиями П.И.Шаврыгина (1935). Таким образом, поглощённый магний, по-видимому, также может обусловливать солонцеватые свойства, а именно слитое сложение, большую плотность в сухом состоянии и вязкость во влажном, способность давать трещины, часто с характерным глянцем на гранях и т.д. И.Н.Антипов-Каратаев (1953) также считает, что слитое сложение обусловлено образованием в почвах особых соединений магния, таких как водные силикаты, алюмо- и феррисиликаты, а также органо-минеральные магниевые соединения (гуматы магния и др.). Образование их легко представить как результат кристаллизации абсорбционных коллоидных соединений и частичной десорбции поглощённого иона магния.
Исходя из выше перечисленного, можно предположить, что причинами формирования глыбистой структуры в чернозёмах, развитых на коричнево-бурых глинах, являются состав и свойства почвообразующих пород, высокое содержание магния в составе почвенно-поглощающего комплекса почвы. Показателем качества структуры является её водопрочность, т.е. способность агрегата сохранять форму и сложение, не расклеиваться в воде до пылеватых частиц. Чернозём обыкновенный, развитый на палево-бурых лёссовидных суглинках, на целине и на пашне характеризуется- устойчивостью фракции агрегатов размером 3-1; 1-0,5 мм (табл.4). В чернозёме обыкновенном на пашне отмечено разрушение крупных агрегатов 5 мм и значительное увеличение доли фракции с размером агрегатов 0,5-0,25 мм до 17-26 %. На целине структурное состояние по содержанию водопрочных агрегатов (ВА) оценивается как отличное в верхнем десятисантиметровом слое (86 %), с глубиной их количество падает до 73 %, что указывает на хорошее структурное состояние (рис.7).
Пространственная изменчивость агрофизических свойств
Почвам свойственна большая изменчивость, что отмечалось всеми почвоведами, начиная с В.В.Докучаева. Изменчивость, связанная с микрорельефом, характером материнских пород, растительностью и т.д., получила свою характеристику в понятиях комплексов и сочетаний почв (Боровский, 1972).
Динамичность показателей физических свойств почвы во времени и пространстве наблюдалась Н.А.Качинским (1931), А.В.Соколовым (1947), В.П.Белобровом (1972), В.М.Боровским (1972), О.А.Салимгареевой и др., (1998), Ю.Г.Пузаченко, Л.Б.Холоповой (1998), И.В.Михеевой, Ё.Д.Кузьминой (2000), В.А.Королёвым (2004). Методология исследования почв, как следствие физической обусловленности изменчивости её свойств, дана в работе С.В.Копцика (2004). Сравнение пестроты в распределении подвижных питательных веществ, агрохимических показателей и физических свойств в дерново-подзолистой, серой лесной и чернозёмной почвах проведено И.Г.Важениным и др. (1969). В работах В.М.Фридланда (1972) и Д.В.Федоровского (1979) раскрыты основные причины, вызывающие микропестроту почвы.
В Сибири подобные исследования проведены К.П.Горшениным (1955), Л.П.Будиной, И.В.Вишневской (1962), П.И.Крупкиным (1971), В.В.Топтыгиным (1972), Н.Г.Старовойтовой (1987), Н.Г.Рудым (2004). Исследования пространственной изменчивости лесостепных почв Красноярского края касаются в наибольшей степени агрохимических показателей.
Все свойства почвы значительно меняются как во времени, так и в пространстве. Изменчивость для отдельных таксономических единиц различна. Так, крупные таксономические единицы (тип, подтип) варьируют по своим свойствам значительно больше, чем свойства почв в пределах одной разновидности или разряда. В пределах одной таксономической единицы варьирование почв в пределах одной провинции, одного района, одного массива, одного поля или геоморфологического элемента неодинаково и соответственно меньше в градациях более дробного подразделения (Савич, 1972).
В настоящее время можно считать общепризнанным утверждение, что наиболее устойчивые закономерности пространственной дифференциации определяются рельефом. В условиях агроценозов на пространственную изменчивость физических свойств и органического вещества оказывают влияние и антропогенные факторы, а именно смена способов и видов использования отдельных контуров угодий в течение исторического времени, обработка почвы как таковая; способы пахоты, удобрения почв и др. Большинство работ по данной теме выполнено для почв подзолистого ряда и, главным образом, находящихся в естественном состоянии (Найдёнова, 1955; Александрова, Найдёнова, Шумакова, 1956). В отношении пахотных чернозёмов этот вопрос изучен слабо.
Особенности пространственной организации почвенного .покрова земледельческой зоны Красноярского края обуславливаются холмисто увалистым мезорельефом, интенсивным бугристо-западинным микрорельефом (Градобоев, Коляго, 1954; Горшенин, 1955; Ерохина, Кириллов, 1962; Топтыгин, 1972). Однако микрокомплексы почвенного покрова в крае связаны не только с микрорельефом. Они наблюдаются и на ровных участках по пологим склонам и-вершинам увалов. Влажность является важнейшей комплексной характеристикой почв. Содержание влаги оказывает решающее влияние на все свойства почвы и на протекающие в ней процессы. Её пространственное распределение зависит от рельефа и микрорельефа (Бассевич, 1996), плотности сложения почвы, количества выпавших осадков (Николаева, Щеглов, Цветкова, 1989), скорости фильтрации, растительности, сезонных факторов (Ковалёва,
Самсонова, Дмитриев, 1995). Пространственная неоднородность почв Красноярской лесостепи определяет специфику перераспределения в них влаги. Отсутствие сложного мезо- и микрорельефа приводит к равномерному распределению воды на поверхности выравненного поля (рис.14). Средние значения влажности по точкам отбора варьируют в узких пределах от 28 до 34 % в слое 0-20 см. На незначительную изменчивость влажности почвы указывают низкие значения коэффициента варьирования в пахотном слое (V = 6 %) (табл.8).
По утверждению А.А.Роде (1952), в тонкозернистых макроструктурных средах влажность обычно равномерно снижается сверху вниз в пределах гумусового горизонта, что наблюдается в чернозёмах. Здесь решающим фактором удержания влаги является известная локальность её внутри каждого агрегата, удерживаемая разными силами. Именно это и создаёт своеобразный водный режим в структурных почвах.
Верхние горизонты чернозёма обыкновенного обладают небольшой величиной плотности, что обусловлено высоким содержанием гумуса, хорошей агрегированностью, а также частыми механическими обработками парового поля. Средние значения плотности сложения по слоям составляют 0,74-0,73 г/см3, что характеризует почву как вспушенную. Выявлено незначительное варьирование этого показателя (V = 4-5 %). Разница между минимальным и максимальным значением составляет 0,1 г/см3. Структурный состав пахотного слоя на поле с выравненным рельефом характерен для чернозёмов высокого уровня плодородия и оценивается как отличный. Содержание агрегатов агрономически ценных фракций в слое 0-10 см составляет в среднем 79 %. В нижележащем содержание этой фракции несколько меньше (71 %), и связано с повышенной глыбистостыо последнего. Крупные агрегаты размером более 10 мм в слое 0-10 см составляют 24 % от массы почвы, в слое 10-20 см их количество увеличивается до 43 %.
Содержание водопрочных агрегатов в чернозёме обыкновенном по слоям в среднем составляет 73 и 80 %, что характеризует почву как отлично оструктуренную. Агрегатный состав по точкам отбора варьирует незначительно (V = 9-8 %). В условиях равнинного рельефа выявлена высокая водопрочность фракции размером от 3 до 0,25 мм. Более крупные агрегаты под воздействием воды быстро распадаются.
Из семи пробных площадей, заложенных на поле с бугристым рельефом, четыре расположены в западине (рис.15). Такой микрорельеф поля обусловил неравномерное распределение влаги в пределах пахотного слоя. Влажность почвы по точкам отбора изменялась от 16 до 23 % и соответствовала небольшому варьированию (V = 16 %) (табл.9). В условиях бугристого рельефа содержание влаги в почве меньшее, что связано с различными условиями влагообеспеченности годов исследования, а также с особенностями агроценозов.
