Введение к работе
Актуальность проблемы. На протяжении всей истории развития человечества сохранение и повышение плодородия почв остается одной из актуальных задач. Главной особенностью современного развития почв является многостороннее и многогранное антропогенное воздействие на почвообразовательный процесс.
Для Центрально-Черноземной зоны характерна высокая распаханность территории. Не вовлеченными в сельскохозяйственное производство остались только участки непригодные для возделывания полевых культур. В результате антропогенного воздействия на почвы широко распространенны деградационные процессы: дегумификация, эрозия, дефляция, переуплотнение, разрушение агрономически ценной структуры почвы, засоление, осолонцевание, переувлажнение и др. Для их предупреждения необходимы знания о закономерностях изменения разных свойств почв в зависимости от характера, интенсивности и длительности воздействия.
Важной проблемой для степных и лесостепных зон и, в частности для Центрального Черноземья, является появление признаков гидроморфизма и локального сезонного переувлажнения в почвах во второй половине XX века. Переувлажнение почв черноземной зоны часто сопровождается содовым засолением и развитием солонцов.
Развитие этих явлений приводит к усложнению структуры посевных площадей, нарушает оптимальные сроки выполнения сельскохозяйственных технологических работ, создает пестроту посевов, невозможность возделывания многих культур с ранним сроком сева и прочие проблемы, что в совокупности приводит к снижению продуктивности культур и эффективности ведения сельскохозяйственного производства.
Цель исследований: изучить закономерности изменения свойств почв юго-востока ЦЧЗ в зависимости от характера, интенсивности и длительности антропогенного воздействия.
При этом решались следующие задачи:
- установить особенности антропогенной трансформации физико-химических характеристик черноземов в течение XX столетия;
- изучить количественные закономерности изменения содержания гумуса в черноземах в процессе их длительного сельскохозяйственного использования;
- изучить изменение агрохимических показателей, влагообеспеченности растений в зависимости от длительности и интенсивности использования почвы;
- определить направленность изменения почвообразовательных процессов при трансформации автоморфных черноземов в черноземно-влажнолуговые почвы с сезонным переувлажнением;
- изучить постмелиоративные изменения свойств почв черноземных солонцовых комплексов через 40-55 лет после проведения комплексных мелиоративных воздействий и развитие процессов засоления и осолонцевания в этот период.
Научная новизна.
Получены количественные показатели изменения во времени содержания гумуса в пахотном горизонте черноземов. Отмечено, что минимальные и максимальные значения пространственного варьирования содержания гумуса уменьшаются и стабилизируются быстрее по сравнению с изменениями средних значений.
Установлены изменения агрохимических свойств почвы в зависимости от характера использования угодий и их ландшафтной принадлежности. Определены изменения запасов влаги, водопроницаемости и других агрофизических свойств чернозема обыкновенного при различной длительности их сельскохозяйственного использования. Показано, что изменение свойств почв под воздействием антропогенной нагрузки происходит с разной скоростью. Относительная стабилизация показателей наступает в интервале от 10 до 80 лет после начала распашки.
Проведены комплексные исследования трансформации почвенного покрова юго-востока ЦЧЗ под воздействием длительной антропогенной нагрузки и при эволюционном развитии исходно автоморфных почв в гидроморфные. Созданы карты распространения сезонно переувлажненных и локально затапливаемых почв Каменной Степи.
Систематизированы многолетние результаты стационарных опытов по мелиорации гидроморфных солонцов в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧЗ.
На основе данных многолетней динамики содержания обменного натрия и воднорастворимых солей обосновано сохранение физико-химических условий развития солонцового процесса на мелиорированных вариантах. Установлена регенерация (восстановление) морфологического облика солонцов в вариантах с минимальными мелиоративными воздействиями, частичная регенерация солонцовых свойств в вариантах с землеванием и возникновение морфологических и физико-химических солонцовых свойств в материале гумусового горизонта чернозема, использованного для землевания. Вместе с тем, на этом фоне проявляется длительный (более 50 лет) положительный сельскохозяйственный эффект от системы мелиоративных воздействий на почвы гидроморфных черноземных солонцовых комплексов в условиях их использования под сенокос и пастбище.
Достоверность научных положений, результатов исследований, выводов и практических рекомендаций обеспечена корректным применением современных методов исследований, выбором репрезентативных ключевых участков, включая длительные стационарные полевые опыты, большим объемом экспериментального материала, воспроизводимостью анализов, применением методов математической статистики.
Защищаемые положения.
-
Агрогенные воздействия в зависимости от характера, интенсивности и длительности вызывают изменения и преобразование свойств черноземных почв, которые происходят с разной скоростью: наиболее интенсивные в первые десятилетия с постепенным замедлением в дальнейшем.
-
Изменение климатических условий в сочетании с целенаправленной деятельностью человека по регулированию водного баланса агроландшафтов способствовало началу нового эволюционного этапа развития почвенного покрова Центрально-черноземной зоны. Отмечается повсеместное появление большого количества мелких локальных ареалов сезонно переувлажненных и затапливаемых почв. В связи с этим отмечается изменение свойств почв, появление новых морфогенетических признаков, активизация процессов миграции солей.
-
Действующие в настоящее время факторы почвообразования продолжают поддерживать почвенные процессы в черноземах и солонцах, существовавшие до мелиорации и распашки. Они вызывают восстановление (регенерацию) гумусового горизонта в черноземах и морфологической дифференциации в солонцах после прекращения воздействий. Активная постмелиоративная и постагрогенная регенерация признаков солонцового процесса и их развитие в насыпанном материале гумусового горизонта чернозема обусловлены сохранением и(или) появлением физико-химических условий (низкая концентрация солей и наличие обменного натрия) этого процесса.
Практическая значимость. Основные экспериментальные результаты и положения диссертации имеют теоретическую и практическую направленность и могут служить основой для разработки программ по вопросам сохранения и повышения плодородия черноземных почв. Они использованы в практических рекомендациях «Сохранение плодородия и рациональное использование сезонно переувлажненных почв Воронежской области», а также в «Системе ведения агропромышленного производства Воронежской области на 1996-2000 годы» (Воронеж, 1996) и «Системе ведения агропромышленного производства Воронежской области до 2010 года» (Воронеж, 2005).
На основе установленных закономерностей изменения почвообразовательных процессов в черноземах в условиях лесокультурного ландшафта возможно прогнозировать состояние черноземов в ближайшей перспективе, учитывая изменяющиеся антропогенные нагрузки и экологические условия функционирования агроценозов в разных ландшафтных ситуациях.
Организация исследований и вклад автора. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка программы и методики исследований, проведение полевых исследований, статистическая обработка экспериментальных данных, систематизация, теоретическое обобщение, интерпретация полученных данных, формулировка выводов и предложений. В работе обобщены результаты многолетних собственных исследований соискателя и, кроме того, автором использованы опубликованные данные по мелиоративным солонцовым стационарам и проведено обобщение имеющегося в отделе материала по вопросам мелиорации солонцов.
Доля личного участия диссертанта в получении и обобщении результатов исследований составляет 80 %.
Исследования проводили в соответствии с заданиями государственных и ведомственных программ НИР по проблемам: 03.03.02 «Выявить особенности различных по гидроморфизму черноземных засолено-солонцовых комплексов и оценить эффективность испытанных способов их мелиорации в длительном последействии» (1996-2001 гг.); 04.04 «Разработать научные основы управления продуктивностью почвенного покрова России, повышения его устойчивости к основным видам деградации почв на основе моделирования и эталонизации» (2001-2005 гг.); 04.01 «Разработать современную теорию процессов почвообразования и переноса веществ в почвенном покрове. Изучить изменение почв под влиянием антропогенных воздействий» (2001-2005 гг.); 02.02.02 «Разработать нормативы изменения структурно-функциональных свойств почв, почвенных процессов в зависимости от характера антропогенного воздействия и глобального изменения климата с целью корректировки агротехнологий»; 02.02 (2006-2010 гг.), «Разработать рекомендации по оценке и использованию почвенных ресурсов с учетом интенсивности антропогенного воздействия на агроценозы, обеспечивающих повышение эффективности агротехнологий, сохранение почв и экологической стабильности агроландшафтов» (2006-2010 гг.).
В течение 2006-2009 гг. проводились совместные исследования с Почвенным институтом им. В.В. Докучаева в рамках задания по оценке современных процессов деградации почв и почвенного покрова Каменной Степи. Программа работ обсуждена и одобрена на заседании бюро Отделения земледелия Россельхозакадемии 25 октября 2005 г. Часть проводимых исследований были поддержаны грантами РФФИ в виде отдельных проектов № 06-04-08323-офи «Пространственная, функциональная и временная организация агроландшафта Каменная Степь» и № 08-04-01195а «Постагрогенная регенерация и эволюция почв черноземной зоны».
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Международных, Всероссийских, региональных и вузовских конференциях (Москва, 1998, 2008); (Белгород, 2003); (Воронеж, 2004, 2006); (Каменная степь, 2004, 2007, 2008, 2009); (Санкт-Петербург, 2006, 2007, 2009); (п. Рассвет, 2006); (Оренбург, 2007, 2008); (Ульяновск, 2008); (Краснодар, 2008;2009); (Курск, 2008), а также на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008)
Автором опубликовано 79 научных работ. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 50 печатных работах, в том числе 9 научных статьях центральной печати, 1 коллективная монография, 1 практические рекомендации. Доля личного участия в совместных публикациях пропорциональна числу соавторов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 421 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, предложений производству. Текстовая часть работы иллюстрирована 44 таблицами, 63 рисунком. Список использованной литературы включает 478 наименований, в том числе 15 на иностранных языках. Приложения содержат 6 диаграмм, 2 таблицы.
Благодарности. Пользуясь случаем, хочу выразить благодарность научному консультанту, доктору сельскохозяйственных наук Н.Б. Хитрову, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Г.П. Покудину, доктору сельскохозяйственных наук А.К. Свиридову, кандидату сельскохозяйственных наук И.Ф. Поротикову, научному сотруднику С.В. Нацентовой, сотрудникам лаборатории почвоведения, принимавшим участие в исследованиях в разные годы: к.с.-х.н. И.Н. Дорохину, научным сотрудникам Л.В. Гармашовой, Н.А. Шеншиной, А.Н. Рябцеву, лаборантам и техникам, принимавшим участие в проведение полевых работ и лабораторных анализов.
Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность сотрудникам Почвенного института им. В.В. Докучаева - д.с.-х.н. Н.П.Чижиковой, д.с.-х.н. И.И. Лебедевой, д.с.-х.н. Б.М. Когут за ценные советы и помощь во время совместных почвенных исследований 2006-2007 гг.
Особую благодарность хотелось выразить к.б.н., доценту кафедры общего почвоведения Московского Государственного Университета Ю.Н. Зборищук за консультационную помощь и доброжелательность в период совместной работы 2002-2009 гг.
