Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопросов 10
1.1. Динамика климатических условий за последние 120 лет в в аспекте их аридизации и опустынивания территории Терско-Кумской низменности Прикаспия 10
1.2. Влияние климатических и почвенных условий на видовой состав, накопление, транслокацию и баланс органического вещества пастбищных фитоценозов 17
2. Экологические условия терско-кумской низменности 27
2.1.Климат 27
2.2. Почвы 30
2.3. Растительность 34
2.4. Гидрологический режим территории .36
3. Программа, методика и условия проведения исследований 39
3.1.Программа исследований 39
3.2. Методика исследований 40
3.3. Условия проведения исследований 42
Результаты исследований 45
4. Динамика климатических условий за последние 120 лет в аспекте аридизации климата и опустынивания территории терско-кумской низменности прикаспия 45
5. Обоснование новой методики определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях 56
6. Влияние гидротермических условий на плодородие светло-каштановой почвы 68
6.1. Динамики влажности почвы, суммарное водопотребление и коэффициент водопотребления фитоценозов .69
6.2. Динамика накопления питательных элементов в почве 72
6.3. Анионный и катионный состав водной вытяжки по годам и сезонам года. Химизм и степень засоления почвы 75
7. Видовой состав и продуктивность пастбищных фитоценозов в зависимости от гидротермических условий 81
7. 1 Видовой состав фитоценозов 82
7.2 Динамика накопления надземной и подземной массы, использования ФАР пастбищным фитоценозом 91
8. Накопление и баланс фитомассы по блокам растительного вещества 107
9. Влияние гидротермических условий на качество кормов и экономическую эффективность их производства .118
Заключение (выводы) .122
Предложения производству 125
Список использованной литературы .126
Приложение
- Влияние климатических и почвенных условий на видовой состав, накопление, транслокацию и баланс органического вещества пастбищных фитоценозов
- Гидрологический режим территории
- Обоснование новой методики определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях
- Анионный и катионный состав водной вытяжки по годам и сезонам года. Химизм и степень засоления почвы
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Терско-Кумская низменность, площадью 1,55 млн. га, является естественной кормовой базой для двух миллионов овец и сотен тысяч голов крупного рогатого скота сельскохозяйственных предприятий Дагестана и других прилегающих регионов. Однако недостаточное количество осадков (150-300 мм в год), высокие летние температуры воздуха (среднемесячные показатели за июль 25,4, август-24,10С), частые иссушающие ветры и сильная подверженность дефляции легких по гранулометрическому составу почв нарушают природные механизмы функционирования экосистем, усиливая деградацию почв и пастбищных угодий. Поэтому многие исследователи считают СевероЗападный Прикаспий деградирующим регионом, с усиливающимся с каждым годом аридизацией климата и процессов опустынивания. Продуктивность пастбищных угодий снизилась до 1,5-5,0 ц/га воздушно-сухой массы.
Степень разработанности темы. Большой вклад в изучение продуктивности растительных сообществ Терско-Кумской низменности в связи с динамикой почвенных и гидротермических факторов внесли ученые Залибеков З.Г. (1975,1976,1977,1978, 1980); Яруллина Н.А. (1976,1978, 1979, 1982); Усманов Р.З. (2009); (Гасанов Г.Н. и др. 1997,1998).
Однако исследования по динамике гидротермических условий региона с охватом последних 100-120 лет, на основании которых можно судить о направлении процесса аридизации климата, в рассматриваемых условиях еще не проводились. Не рассчитана теоретически возможная (по количеству поступающей на 1см2 фотосинтетически активной радиации ФАР) урожайность фитомассы, не установлена практически реализуемая в складывающихся экологических условиях продуктивность почв региона. Не изучена также динамика формирования, транслокации и баланс фитомассы по блокам органического вещества в экосистемах, в частности на светло-каштановой почве низменности. В настоящей работе мы попытались восполнить эти пробелы выполненных в регионе исследованиях.
Цели исследований:
- анализ динамики климатических условий за последние 120 лет и
определение направления процессов аридизации климата в Северо-Западном
Прикаспии;
- исследование динамики формирования, транслокации и баланса
фитомассы по блокам органического вещества, коэффициента использования
ФАР на пастбищных угодьях в экосистемах со светло-каштановой почвой
Терско-Кумской низменности;
- научное обоснование и разработка методики ускоренного
определения наименьшей влагоемкости (НВ) почвы в полевых условиях,
которая позволяет в короткие сроки и с меньшим расходом воды определить
запасы влаги в почве.
Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:
- определение динамики влажности почвы, типа водного режима светло-
каштановой почвы в условиях полупустыни, суммарного водопотребления и
коэффициента водопотребления естественного фитоценоза по годам с
различными гидротермическими условиями;
- определение плотности, пористости и структуры почвы, НВ и
динамики накопления основных питательных элементов по горизонтам А и
В по годам и сезонам года;
исследование динамики водорастворимых ионов по горизонтам почвы и сезонам года в зависимости от климатических условий;
выявление динамики накопления надземной и подземной фитомассы пастбищной растительности по блокам: вегетирующая масса, ветошь, степной войлок, живые и мертвые корни по годам и сезонам года;
- определение транслокации вегетативной массы по блокам
растительного вещества, по годам и сезонам года;
- определение деструкционной способности светло-каштановой почвы;
- определение теоретически возможной и практически реализуемой
продуктивности почвы в зависимости от гидротермических условий
территории;
- определение хозяйственной продуктивности кормовых угодий, качества кормов и экономической эффективности их производства в Терско-Кумской низменности.
При проведении намеченных исследований многократно приходится
сталкиваться с определением запасов влаги в почве. Для этого надо
определять НВ почвы со значительными потерями времени (не менее 8-10 дней). Поэтому одной из задач исследований является разработка новой методики определения НВ в полевых условиях, которая позволяет достигать поставленные цели путем изменения направления подачи воды на экспериментальную площадку и способа увлажнения почвы.
Научная новизна заключается в том, что впервые в условиях Терско-Кумской низменности исследованы и выявлены:
испаряемость, коэффициент увлажнения и тренд климатических условий за 1881-2010 гг. (120 лет);
тип водного режима территории, суммарное водопотребление и коэффициент водопотребления пастбищной растительности по годам с различными гидротермическими условиями;
закономерности накопления надземной и подземной фитомассы, ее транслокации и балансов по годам и сезонам года;
деструкционная способность светло-каштановой почвы;
теоретически возможная и практически реализуемая по условиям влагообепеченности продуктивность светло-каштановой почвы;
хозяйственная продуктивность кормовых угодий, качества кормов и экономическая эффективность их производства в Терско-Кумской низменности;
разработана новая методика ускоренного определения НВ почвы (патент RU 2546167) для быстрого определения запасов влаги в почвах полупустыни.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в
том, что установленные закономерности формирования, транслокации
фитомассы позволяют выявить биогеохимический круговорот веществ в
системе «почва – растение». Они являются основой рационального
управления продукционными и деструкционными процессами в природных и
агроэкосистемах, повышения плодородия почв и продуктивности
ландшафтов. Позволяют также прогнозировать, на основе гидротермических показателей конкретного периода года, возможную урожайность эфемеров или разнотравья и солянок и определить стратегию использования урожая фитомассы (на сено или как пастбищный корм).
Разработанной методикой ускоренного определения НВ почвы могут
пользоваться работники научных и учебных заведений,
сельскохозяйственные предприятия для определения запасов влаги в почве и расчета норм орошения сельскохозяйственных культур, а также проектных организаций при проектирования водохозяйственных объектов.
Исследования по диссертационной работе выполнены в рамках реализации плана НИР ПИБР ДНЦ РАН по направлению исследований 54: «Почвы как компонент биосферы: формирование, эволюция, экологические функции», разделу: «Исследование балансов органического вещества и основных химических элементов в системе «почва – растение» в травяных экосистемах Восточного Кавказа».
Методология и методы исследований. Проведение исследований основывалось на материалах полевых обследовательских, опытно-экспериментальных и лабораторных химико-аналитических данных с использованием методик, применяемых в выбранной и смежных областях знаний (Ларин И.В. 1963; Дружинина Н.П. 1973; Доспехов Б.А. 1979; Аринушкина Е.В. 1970; Титлянова А.А. 1977; Шатохина Н.Г. 1980; Иванов Н.Н. 1954).
Основные положения, выносимые на защиту:
- динамика процессов аридизации климата Терско-Кумской
низменности Прикаспия за последние 120 лет;
- закономерности формирования видового состава, транслокации
надземной и подземной фитомассы в естественных фитоценозах в
зависимости от экологических факторов;
- деструкционная способность светло-каштановой почвы при
различных гидротермических условиях;
- теоретически возможная и практически реализуемая по условиям
влагообеспеченности продуктивность светло-каштановой почвы;
- новая методика определения НВ почвы, основанная на латеральном
поступлении воды в исследуемую площадку и увлажнении почвы с помощью
капиллярных и сорбционных сил, минуя фазу фильтрации (патент № RU 2546167).
Степень достоверности и апробация работы. Полевые и
лабораторные эксперименты с использованием современных методик,
статистическая обработка их результатов с высокой степенью
репрезентативности, производственное испытание являются подтверждением достоверности полученных научных результатов
Основные положения работы доложены и получили
положительную оценку на четырех Международных (1V и V научно-практические конференции «Проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды (экологические и правовые аспекты, Махачкала, 27-28 ноября 2013 и 27-28 ноября 2014г.); V научной конференции, посвященной 85-летию кафедры почвоведения и экологии почв Томского ГУ (Томск, 2015); XVII конференции «Биологическое разнообразие Кавказа и Юга России» (Нальчик, ноябрь 2015 г.) и Всероссийской «Почвенные ресурсы и проблемы продовольственной безопасности», посвященной международному году почв, (Махачкала, 04-06 декабря 2015) конференциях.
Публикация результатов исследований. По материалам
выполненной работы опубликована 21 научная статья, в том числе 7 - в изданиях, вошедших в перечень ВАК РФ. Получен патент на изобретение «Способ ускоренного определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях»( № патента RU 2546167).
Структура диссертации: диссертация написана на 147 стр. состоит из 9 глав, выводов и предложений производству, содержит 20 рисунков, 22 таблицы и 3 приложения. Список использованной литературы включает 188 наименований, в том числе 3 иностранных.
Влияние климатических и почвенных условий на видовой состав, накопление, транслокацию и баланс органического вещества пастбищных фитоценозов
В последние годы XX века в мире возникло и широко распространилось представление о глобальном потеплении климата вследствие антропогенных эмиссий парниковых газов в атмосферу. В связи с этим в 1992г. была принята «Рамочная конвенция ООН об изменении климата — РКИК», основной целью которой была стабилизация концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который бы не допускал опасного антропогенного вмешательства в климатическую систему, позволил бы естественным образом адаптироваться к изменению климата, что дало бы возможность обеспечить дальнейшее устойчивое развитие производства.
Следствием изменение климата в ХХ веке является опустынивание значительных территорий в нашей стране и за рубежом. Среди многих факторов, взаимодействие которых способствует развитию опустынивания, изменение кли мата становится одним из главных. При опустынивании климатический фактор часто накладывается на локальные, свойственные отдельным регионам антро погенные воздействия в районах со значительной хозяйственной нагрузкой на экосистемы. В таком случае опустынивание может приобретать катастро фический характер. Проявления всех взаимодействующих факторов трудно разделить, поскольку они не являются простой суммой климатических и антропогенных воздействий (Золотокрылин А.Н. и др. 2007). В ХХ веке процессы опустынивания в России оказывали заметное влияние на возможности использования природных систем, вызванные изменением климата, последующим засолением земель, чрезмерной антропогенной нагрузкой (Грингоф И.Г. 2000). На полузасушливых и засушливых землях европейской части России выявился регион с доминированием антропогенной составляющей опустынивания на площади около 658 тыс. км2. (Глазовский Н.Ф., Орловский Н.С. 1996; Куст Г.С.
и др. 2002; Петров В.И. 2003), вызванной преимущественно деградацией растительности под влиянием выпаса скота (Борликов Г.М. и др. 2004).
Если на территории Черных земель Кизлярских пастбищ Терско-Кумской низменности в 1949г. не сбитых и мало сбитых пастбищ насчитывалось 92% от общей площади этих земель, то к 1986г. – 24%, а площадь сильно сбитых пастбищ увеличилось с 1 до 68% (Джамбулатов М.М. и др. 2008).
Чрезмерно интенсивное использование пастбищ Прикаспийского региона в Калмыкии и Дагестане в 1960-1980-х годах привело к возникновению и прогрессирующему развитию процесса опустынивания этих засушливых территорий. В Калмыкии в 1913г. выпасалось до 1 млн. голов скота, при этом площадь деградированных пастбищ составляла около 5%; на этой же территории в 1985г. выпасалось 5,2 млн. голов скота, а площадь деградированных пастбищ достигла почти 95% (Виноградов Б.В. и др. 1996). К началу 1988г. 56% пастбищных территорий оказались охваченными процессом опустынивания, в связи с чем территория Калмыцкой АССР в 1989 г. была объявлена зоной экологического бедствия. В 1994г. была разработана Генеральная схема борьбы с опустыниванием Черных земель и Кизлярских пастбищ (Калмыкия, Дагестан) для площади более 5 млн. га.
Катастрофическое опустынивание этого региона означает, что включение его в сферу климатического опустынивания возможно лишь в случае однонаправленного воздействия двух групп факторов: усиления аридности климата и учащения частоты опасных засух, а также усиления региональных антропогенных воздействий на экосистемы, превышающие критический уровень.
Антропогенное опустынивание в засушливых регионах России в конце ХХ века проходило с определенной цикличностью, обусловленной климатическим фактором и сменой социально-экономической обстановки в стране. В период 1961-2000 гг. по сравнению с 1935-1960 гг. аридность ослабла в европейской части и усилилась на востоке азиатской части страны (Золотокрылин А.Н., Черенкова Е.А. 2006). Ослабление аридности в 1961-1990 гг. было связано с сокращением ареала опасной атмосферной засухи на востоке Центрального
Черноземья, в Поволжье и Западном Предуралье и уменьшением ее частоты в полупустынных областях Нижнего Поволжья, в Калмыкии и Дагестане. Но в 1991-2000 гг. ареал опасной атмосферной засухи вновь расширился за счет включения степных и лесостепных экосистем восточной части Европейской территории России. Применительно к Прикаспийскому региону в 1992-2001 гг. наблюдалась тенденция ослабления климатического опустынивания по сравнению 1982-1991 гг. и некоторого его усиления на территории между Аральским морем и озером Балхаш (Золотокрылин А.Н. и др. 2007).
Климат европейской части России в конце XX века в среднем за год стал теплее и влажнее (Глазовский Н.Ф., Орловский Н.С.1996; Семенов С.М., Гельвер Е.С. 2002; Титкова Л.Б. 2003; Сотнева Н.И. 2004; Вомперский С.Э. и др. 2006).
Вследствие потепления климата (более мягкие зимы, ослабление промерзания почв, увеличение осадков холодного периода) увеличилось влагосодержание почв весной, число дней с эффективными осадками, особенно с сильными (более 10 мм/сутки). Это привело к повышению увлажнения территории к весне и стало одной из предпосылок масштабного распространения злаковых сообществ, то есть, процесса остепнения (Виноградов Б.В. и др. 1999; Биткаева Л.Х. 2000; Шилова С.Г. и др. 2000; Новикова Н.М. и др. 2004).
Увеличение весенних влагозапасов почвы отмечено с середины 1980-х годов, т. е. до резкого сокращения поголовья скота в результате смены социально-экономических условий в начале 1990-х годов (Золотокрылин А.Н. и др. 2007).
Повышение продуктивности злаковых фитоценозов явилось причиной накапливания степного войлока, способствующего лучшему увлажнению почвы из-за задержания травостоем снега зимой и защиты почв от иссушения летом. Но образование войлока повысило частоту пожаров на пастбищах, которые, с одной стороны оказывают положительное влияние на злаковые сообщества в результате стимуляции их кущения и уничтожения других видов конкурентов. С другой стороны пожары пагубно влияют на функционирование пустынных и полупустынных кустарников и полукустарников (полыни, кохии), задерживая их восстановление (Шилова С.Г. и др. 2001; Чибилев А.А. 2004). И все же, восстановление исходной структуры фитоценозов после пожаров происходит достаточно быстро, возрастает количество видов, общее проективное покрытие растений, повышается продуктивность фитомассы в первые 5 лет после пожара (Опарин М.Л. 2003).
Процесс восстановления растительности в эти годы замедлил аридную денудацию, которая является основным естественным процессом опустынивания засушливых земель. Однако, в последние 10-15 лет он сопровождался повышением уровня грунтовых вод, которое вызвало увеличение степени их минерализации. Это, в свою очередь, приводит к засолению верхних горизонтов почвы в солонцах и на лугово-каштановых почвах, вызывая гидроморфное опустынивание. В тоже время, процесс засоления верхних горизонтов замедлился из-за возросшей частоты промывания засоленных почв сильными осадками (Соколова Т.А. и др., 2001; Вомперский С.Э. и др., 2006; Сажин А.Н. и др., 2006).
Гидрологический режим территории
Начало весны в регионе довольно холодное, среднемесячная температура марта 2,90С, достигая максимума 12-150С ближе к концу месяца, когда происходит устойчивый переход температур через 000С. Одновременно снижается влажность воздуха до 70% и почва в теплые дни прогревается до 300С В апреле температура воздуха заметно повышается и достигает суммы 1000С в третьей декаде месяца, при среднемесячной температуре 9-100С и максимуме 20-220С. Средняя сумма осадков составляет 21-25мм. С повышением температуры воздуха к началу лета повышается и степень засушливости. Относительная влажность воздуха в мае снижается до 60-65% при среднемесячной температуре
17-180С. Лето засушливое и жаркое с максимальными температурами в июле 30-350С, продолжительность 4,5 месяца. В летние месяцы, когда средняя относительная влажность воздуха не превышает 60%, испаряемость за эти месяцы свыше 900мм, в то время как сумма летних осадков редко превышает 100мм, что значительно меньше испаряемости.
Сентябрь теплый, в начале даже жаркий. Среднемесячная температура воздуха 180С, относительная влажность его повышаться с 70% в сентябре до 84% в ноябре. Общее количество выпавших за осенние месяцы осадков невелико - в пределах 40-60 мм. Первые заморозки начинаются после первой декады октября. Средняя температура октября 120, а ноября 50С.
По степени увлажненности 45,0% территории относится к аридной зоне (коэффициент увлажнения 0,05 - 0,20), остальная часть, с коэффициентом увлажнения 0,20.-.0,50, - к семиаридной (Залибеков З.Г. 2000). Осадки распределяются по сезонам неравномерно. Максимальное количество их выпадает в теплое время года – с мая по октябрь - до 80% от общего количества. Годовая сумма осадков влияет на распределение дефицита влаги в летнее время. Средняя разность осадков и испаряемости за вегетационный период превышает -1000 мм. На фоне очень высокой испаряемости (апрель-октябрь около 1260 мм) коэффициент увлажнения характеризуется очень низкими величинами: 0,10 в летний период и до 025, в зимний, чем в сочетании с высокими летними температурами и обусловлен полупустынный характер климата. Температурные показатели Терско-Кумской низменности соответствуют условиям сухого и полупустынного климата, где за последние 50 лет отмечаются некоторые изменения в сторону повышения среднегодовой температуры воздуха. На основе имеющихся данных ряд ученых высказывает мнение о нарастающей тенденции ксерофитизации климата (Залибеков З.Г. 1981; Баламирзоев М.А. 1986), что проявляется и в прогрессирующем понижении уровня грунтовых вод в континентальной части региона.
По условиям тепло- и влагообеспеченности, территория Терско-Кумской низменности относится к областям недостаточного увлажнения и умеренному поясу с суммой температур более 10С, равной 2200-4000С ( Шашко Д.И. 1967).
Почвенный покров одна из важнейших составляющих биосферы, являющийся местом, где происходит образование биомассы и видообразования живых организмов, где регулируются потоки химических элементов в различных условиях. Почва является источником пищи для растений, животных и человека.
За последнее столетие накоплен обширный фактический материал по исследованию почвенного покрова Терско-Кумской низменности. В этом направлении работы Докучаева В.В. (1889.), проводившего исследования почв Северо-Западного Прикаспия, продолжили Захаров С.А. (1932), Зонн С.В. (1932, 1940,1982,1983,1986), которые уделили особое внимание генезису и классификации почв этого региона. Комплексные исследования по вопросам засоления почв проведены Солдатовым А.С. (1955,1956), которые в дальнейшем были продолжены Залибековым З.Г. (1976.1978); Баламирзоевым М.А и Гаджиевым Э.Р. (2008). Агрохимические и агрофизические свойства почв изучены Бартыхановой С.М (1959, 1969); Салмановым А.Б. (1956, 1965, 1972, 1978, 1982); Истоминой А.Г.(1981), а вопросы генезиса и географии также освещены в работах Простакова П.Е. (1964); Добровольского Г.В., Стасюка Н.В. и Федорова К.Н. (1967,1972,1991) и др.
Почвенный покров Терско-Кумской низменности формировался в условиях сухого полупустынного климата на дельтово-аллювиальных отложениях различного возраста и механического состава. Распространение в пространстве различных типов почв и систематический уровень их генетических свойств отражают существенное влияние Каспийского моря, изменение глубины залегания и минерализации грунтовых вод, солончакового процесса, механического состава почвообразующих пород и возраста аллювиальных отложений, на которых протекает современный почвообразовательный процесс (Салманов А.Б., Керимханов С.У. 1982).
Терско-Кумская низменность является самым крупным ландшафто геоморфологическими районом равнинной зоны Дагестана. Главной особенностью первичного покрова Терско-Кумской низменности является его формирование при интенсивном воздействии водно-аккумулятивного литогенеза и гидроморфных факторов почвообразования, а также разновозрастностью почвообразовательного процесса и литогенеза в разных участках территории (Добровольский Г.В. и др. 1991г.). По мере удаления от берега Каспийского моря, наряду с гидроморфными почвами, увеличивается площадь светло-каштановых почв, не проходивших в своем развитии гидроморфных стадий формирования и являющихся самыми молодыми первичными почвенными образованиями, и уже в центральной части и на западных окраинах они начинают доминировать в составе почвенного покрова (Добровольский Г.В. и др.,1991).
Обоснование новой методики определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях
Наименьшая влагоемкость (НВ) — это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое способна длительное время удерживать почва после обильного ее увлажнения и свободного стекания воды при условии исключения испарения и капиллярного увлажнения за счет грунтовой воды (Ковриго В.П. и др. 2000).
Наименьшая (синонимы: предельная полевая, общая) влагоемкость является одной из основных характеристик физических свойств почвы, по показателям которого определяются запасы влаги в ней. По ее показателям рассчитываются так же нормы поливов сельскохозяйственных культур для оптимизации условий их жизнедеятельности. Однако, применяемая в настоящее время методика определения наименьшей влагоемкости (НВ), основанная на «методе заливаемых площадок», довольно сложная. Она заключается в следующем: выбирается площадка в поле на типичном для нее участке размером 1м х 1м или 2м х 2м, обваловывают площадку двойным кольцом уплотненных земляных валиков или рамок из досок, полосового железа, высотой 20-30см, выравнивают поверхность площадки и заливают ее заранее рассчитанным количеством воды (с учетом содержащихся в ней запасов) до полного насыщения. Затем площадку закрывают клеенкой или полиэтиленовой пленкой, толем, а сверху еще 20 сантиметровым слоем соломы и таким же слоем почвы для предотвращения испарения влаги или дополнительного поступления ее при выпадении осадков до тех пор, пока не стечет содержащаяся в расчетном слое почвы гравитационная вода (Кауричев И.С.1980).
После окончания впитывания воды в почву через 1; 3 и 10 суток (Кауричев И.С.1980), или 7 - 10 суток (Козлова А.А.2009),или 1; 3; 10 и 20 суток (Ревут И.Б.1964) определяют влажность слоя 0- 5см, 5-10см а по нижележащим слоям - через каждые 10см. Определяется влажность почвы до тех пор, пока ее показатель по результатам трех последних определений не приобретет постоянное значение. Это постоянное значение влажности принимают за НВ для данного слоя почвы. Такие же принципы заложены в методику определения наименьшей влагоемкости почвы и в более поздних работах Вадюниной А.Ф. и Корчагиной З.А. (1986), Шеина Е.Ф. и Карпочевского Л.О. (2007).
Основным недостатком указанного метода является продолжительный срок определения НВ: 1-2 сутки до полного впитывания воды в почву и, как минимум, – 7- 10 суток после поглощения поданной на площадку воды, всего 10-20 суток до установления постоянной влажности почвы (Ревут И.Б.1964).
Кроме того, расходуется большое количество воды на заливку площадки. Так, для насыщения метрового слоя тяжелосуглинистой почвы при НВ 25%, фактической влажности 15% и плотности 1,44г/см3 на заливку метровой площадки требуется 144л воды. Это немалое количество, если учесть, что ее надо привозить в емкостях различной вместимости и подавать на площадку вручную. Надо еще учесть, что при наличии уплотненных горизонтов в исследуемом слое почвы, из-за медленной ее фильтрации, большая часть воды теряется на боковой сток.
Цель исследований в этой связи является существенно сократить, без ущерба качеству, продолжительность периода определения НВ и расход воды на ее определение. Поставленная цель достигается путем подачи воды на экспериментальную площадку не сверху вниз, из слоя к слою, как это принято по существующей методике, а сбоку одновременно ко всем слоям из траншеи, которая выкапывается в центре площадки на ту же глубину, на которую определяется НВ. Ширина траншеи в наших исследованиях соответствовала ширине штыка лопаты с некоторым - на 5-7см – превышением для удобства ее копки. Практически она нарезалась шириной 30см. Вопрос о длине и ширине экспериментальной площадки для определения НВ по предлагаемой нами методике не является принципиальным. Важно, чтобы в центре этой площадки была выкопана траншея, вода из которой могла бы впитываться в почву в латеральном направлении на 6- 8см, для перестраховки можно взять 10см. Этот слой нужен для отбора пробы почвы на содержание влаги при определении НВ.
Выбор длины траншеи связано исключительно с удобством ее копки. В наших исследованиях для глубины 0-100 см она составляла 50см, для больших глубин -1,5м или 2,0м -она может достигать 70-80см или больше. Увеличение длины траншее сопряжено не только с затратами труда на копку, но и с увеличением ее объема, следовательно и объема подаваемой в траншею воды, излишки которой, после впитывания определенного ее количества в почву по стенкам траншеи, необходимо будет выкачать из нее. Поэтому увлекаться увеличением ее длины не следует. Исходя из указанных соображений, мы считаем достаточным для определения НВ на метровую глубину, иметь экспериментальную площадку прямоугольной формы с длинными сторонами по 70см, короткими –по 50см. По центру прямоугольной площадки параллельно длинным ее сторонам выкапывается траншея, шириной 30см, длиной 50см, глубиной 100см с таким расчетом, чтобы по всем четырем сторонам она окаймлялась полосой почвы, шириной по 10см.
Анионный и катионный состав водной вытяжки по годам и сезонам года. Химизм и степень засоления почвы
Во–вторых, при высоких температурах воздуха (30-350С) отмечалось снижение влажности почвы и подьем к верхним ее слоям вредных солей, которые способствуют затуханию микробиологических процессов и снижению содержания питательных элементов. При определении в третьей декаде сентября отмечено увеличение содержания питательных элементов в этом же горизонте по сравнению с августовским сроком: азота гидролизуемого на 10,7%,P2O5 – на 11,3%, K2O – на 2,5%. Та же закономерность по накоплению питательных элементов по периодам года наблюдается и в горизонте В1светло-каштановой почвы. Из приведенных в табл.10. данных видно, что в этом случае содержание гидролизуемого азота снижается на 13,8%,P2O5– на14,8%,K2O – на 6,2%.
Эти данные согласуются с результатами исследований Шапошниковой И.М. и Листопадова И.Н. (1984); Каштанова А.Н. (1988); Дорожко Г.Р. (1998) и других исследователей, согласно которым изменение содержания фосфатов и обменного калия в почве идет, в общем, параллельно изменению содержания азота. Если рассматривать вопрос накопления питательных элементов в почве в среднем по горизонтам почвы и периодам года, то обнаруживается, что именно гидротермические условия являются определяющим фактором их содержания в почве. Свои коррективы вносит и вынос питательных элементов из почвы с урожаем фитомассы. Если обобщить полученные результаты химического состава почвы по указанным элементам питания, то наибольшее количество их: 40,6 мг азота гидролизуемого, 13,0мг P2O5 и 296 K2Oмг/кг почвы- было в 2011г. Этот год отличался наиболее благоприятными гидротермическими условиями в период формирования урожая фитомассы эфемеровВ 2012год период формирования урожая эфемеров выдался засушливым. Несмотря на то, что вторая половина вегетационного периода был более дождливым (выпало 267 мм осадков), питательных элементов в почвы накопилось меньше, чем в предшествовавшем году: азота гидролизуемого – на 9,9%,P2O5 – на 9,2%, K2O – на 3,4%. В 2013г. получены данные близкие к данным за 2012г. Анализируя получение результаты исследований питательного режима почвы можно отметить, что наибольшее влияние на накопление питательных элементов в ней оказывают гидротермические условия периода вегетации эфемеров. Термический режим этого периода года (апрель-май) позволяет поддерживать на значительной глубине от поверхности почвы вредные соли: сульфаты и хлориды, вредные для прохождения микробиологических процессов в почве, способствующих накоплению в ней химических элементов в доступной для растений форме.
Одним из важнейшим факторов опустынивания рассматриваемой территории исследователи (Ковда В.А. 1985; Зонн С.В. 1978, 1986; Залибеков З.Г. 1986,1989; Мирзоев Э.М.-Р. 1972, 1990; Усманов Р.З. 2009; Стасюк Н.В. 1989, и др.) считают значительное распространение процессов вторичного засоления почв. Поэтому актуальным является исследование динамики содержания водорастворимых солей в почвенном профиле и их химизма в связи с изменением климатических условий по сезонам (весна, лето) и годам исследований. Согласно результатам наших наблюдений, наиболее заметное влияние на концентрацию солеобразующих ионов в почве в период вегетации эфемеровой синузии в рассматриваемых условиях оказывают осадки за апрель и май. За указанные месяцы в 2011г. выпало 85мм осадков, в 2012г.-75 25,3мм, в 2013г.-40,0мм, то есть, в первый год исследований сумма осадков превысила показатели двух последующих лет в 3,4 и 2,1 раза. Температура воздуха за эти месяцы составила: в 2011г. 9,2 и 18,40С, в 2012г.-15,1 и 20,90С, в 2013г.-12,2 и 20,00С. Интеграл увлажненности ) ) ) за те же месяцы в 2011г. составил 29,8. В 2012 и 2013 гг. кривая увлажненности опускалась ниже кривой среднесуточных температур воздуха, поэтому формировался интеграл не увлажненности, а засушливости ) ) ) который составил, соответственно по годам 37,3 и 98,9. В силу указанных причин, содержание основных солеобразующих ионов Cl- в горизонте А (0-8 см) не превысило 0,30 мг-экв., SO4-- -1,71 мг-экв./100г. соотношение Сl:SO4 составило 0,53. При таком количестве и соотношении их тип засоления соответствует хлоридно-сульфатному, степень засоления – слабому (рис.4). В горизонте В1 (9-20см) и В2 концентрация указанных ионов несколько увеличилось (соответственно до 0,45 и 0,85 мг-экв./100г) соотношении их даже несколько снизилось (см. приложение3 ). Потому тип и степень засоленности остались теми же – хлоридно-сульфатным и слабой степени, которые не оказывают отрицательного влияния на продуктивность пастбищных фитоценозов в рассматриваемых нами условиях (Мирзоев Э.М.-Р. 1963;Залибеков З.Г. 1980,1989; Баламирзоев М.А. 1986; Истомина Л.Г. 1981).
Но в горизонтах ВС (36-55) и С (56-100см) содержание Сl- увеличилось соответственно до 0,90 и 2,75 мг-экв., SO--4 - до 2,14 и 5,04мг-экв./100г, соотношение Сl:SO4 достигло до 0,42 и 0,55. Поэтому степень засоленности почвы достигло средней и сильной степени при том же хлоридно-сульфатном типе засоления. При тех гидротермических условиях, которые складывались в период вегетации эфемеров, такие тип и степень засоления почвы ниже полуметровой толщи, оказать отрицательное влияние на урожайность эфемеровой синузии не могли (Мирзоев Э.М.-Р. 1963; Баламирзоев М.А.1986; Истомина Л.Г.1981).