Водопрочность структуры и содержание гумуса в черноземах выщелоченных Новосибирского Приобья в различных севооборотах

рументальной базы для его исследований: дис. ... канд. с.-х. наук / А.Г. Болотов. — 2003. — 148 с.

3. Макарычев С.В. Теплофизические основы мелиорации почв / С.В. Макарычев. — Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005. — 280 с.

УДК

Ключевые слова: чернозем выщелоченный, севообороты, комплексная химизация, структурный состав, агрегаты, водопрочность, гумус.

Введение

Состояние и запасы гумуса в почвах являются основным критерием оценки почвенного плодородия. В последнее время значение гумуса принято рассматривать с точки зрения экологической устойчивости почв как компонента биосферы [1, 2]. Между содержанием гумуса и структурностью почвы существуют тесная зависимость и взаимообусловленность, которая четко проявляется в научно обоснованных системах земледелия. Наиболее важным звеном в этих системах является севооборот.

Важное практическое значение хорошей оструктуренности почвы (т.е. образование в ней преимущественно агрономически ценных агрегатов) состоит в том, чтобы в почве при механической обработке создавались благоприятные условия для развития растений и живых организмов. Существенна и важна также способность почвы длительно сохранять данное состояние, что может быть оценено во-допрочностью почвенных агрегатов.

Цель исследований — выявить взаимосвязь между содержанием гумуса и во-допрочностью структурных агрегатов в черноземах выщелоченных Новосибирского Приобья в различных севооборотах

4. Церлинг В.В. Применение удобрений на дерново-подзолистых почвах: учеб. пособие / В.В. Церлинг, И.Г. Важенин. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1954. — 205 с.

под заключительной культурой — ячменем.

В связи с этим были поставлены следующие задачи исследований: 1) изучить структурный и агрегатный состав черноземов выщелоченных в различных севооборотах под заключительной культурой — ячменем; 2) определить общее содержание гумуса в почве и во фракциях агрегатов (от 10 до 0,25 мм включительно); 3) выявить взаимосвязь между содержанием гумуса и структурностью черноземов выщелоченных в севооборотах.

Материалы и методы

Исследования проведены на Центральном опытном поле Сибирского НИИ земледелия и химизации в ОПХ «Элитное» Новосибирского района НСО, расположенном в Приобском агроландшафтном районе в севооборотах, заложенных в 1996 г. Почва опытного участка — чернозем выщелоченный среднемощный сред-негумусный среднесуглинистый. Поля изучаемых севооборотов площадью 475 м2 размещены рендомизированно по блокам в 6 ярусов в 3-кратной повторности. Изучались два уровня: 1) контроль (фон 0) и 2) применение удобрений и средств защиты растений (комплексная химизация (фон К). Удобрения в виде аммиачной селитры и двойного суперфосфата вносили осенью под основную обработку — фосфорные — в запас на ротацию севооборота из расчета 30 кг/га действующего вещества под

+ + +

631.445 Н.В. Семендяева,

Л.А. Ковешникова, Т.Н. Крупская

ВОДОПРОЧНОСТЬ СТРУКТУРЫ И СОДЕРЖАНИЕ ГУМУСА В ЧЕРНОЗЕМАХ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ НОВОСИБИРСКОГО ПРИОБЬЯ В РАЗЛИЧНЫХ СЕВООБОРОТАХ

культуру. Азотные удобрения под пшеницу в 1998-2000 гг. вносили в дозе по всем предшественникам, кроме пара. С 2000 г. дозу азотных удобрений стали рассчитывать по результатам почвенной диагностики: под пшеницу, размещенную по ячменю, овсу, озимой ржи и второй культуре после пара, вносили ^40, после вико-овса — ^00. В качестве основной обработки почвы проводили осеннее глубокое безотвальное рыхление стойками конструкции СибИМЭ на глубину 25-27 см. Уборку урожая зерновых культур вели комбайном «Сампо» с дроблением и оставлением соломы в поле. Почвенные образцы отбирались в 2007 г. под заключительной культурой ячменем после третьей ротации в следующих севооборотах: 1) зернопаровой (пар-пшеница-пшеница); 2) зерновой (пшеница-овес-пшеница-ячмень), а также под бессменной пшеницей.

Почвенные образцы отбирались на глубину 100 см по слоям 0-10,10-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см в трехкратной по-вторности. Для выявления пестроты свойств почвенного покрова и проведения математической обработки анализировался каждый индивидуальный образец. Статистическая обработка проведена с помощью пакета прикладных программ SNEDEKOR [3]. Гумус определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), структурный и агрегатный состав чернозема выщелоченного — по методу Саввинова (сухое и мокрое просеивание), коэффициент структурности — расчетным способом по Вадюниной и Корчагиной [4, 5]. Исследования велись в образцах 0-10, 10-20, 20-40 см.

Результаты исследований

При сухом рассеве во всех изученных почвенных образцах преобладают фракции размером 2-1 и 5-3 мм. Содержание первых колеблется от 22,7-17,3%, вторых — от 14,5 до 11,4% (рис. 1, 2).

При этом различия по севооборотам между структурными агрегатами весьма значительны. В зернопаровом севообороте на варианте без удобрений (фон 0) содержание агрегатов > 0,25 мм в слое 0-10 см составляет 90,0%. С глубиной их количество снижается и в слое 20-40 см равно 83,4%. На варианте с комплексной химизацией (фон К) наблюдается обратная зависимость — с глубиной количество агрегатов > 0,25 мм возрастает с 82,9% в слое 0-10 см до 86,2% в слое 20-40 см,

т.е. в гумусовом слое зернопарового севооборота под ячменем на фоне комплексной химизации возрастает содержание структурных агрегатов по сравнению с нулевым фоном, что связано с большей урожайностью сельскохозяйственных

культур и с большим поступлением органического вещества в почву. В зерновом севообороте отмеченная выше тенденция четко сохраняется — на нулевом фоне содержание структурных агрегатов > 0,25 мм с глубиной снижалось с 86,6% в слое 0-10 см до 79,8% в слое 20-40 см, а на фоне комплексной химизации существенно возрастало с 81,5 до 91,2% соответственно.

При мокром рассеве почвы в изучаемых севооборотах преобладают фракции < 0,25 мм (от 48,6 до 70,7%) и 0,50,25 мм (от 11,8 до 21,9%). При сравнении данных по севооборотам видно, что на долю фракции > 0,25 мм в горизонте 0-10 см зернопарового севооборота приходится 29,3%. С глубиной их водопроч-ность возрастает в слое 20-40 см до 41,1%. На фоне комплексной химизации в этом севообороте водопрочность агрегатов сохраняется практически в таких же пределах. Таким образом, минеральные удобрения и другие приемы химизации в зернопаровом, севообороте не оказывают влияния на водопрочность агрегатов. В зерновом севообороте содержание водопрочных структурных агрегатов несколько больше на контроле, чем в зернопаровом и их количество возрастает на фоне комплексной химизации.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что введенный в севооборот чистый пар способствует некоторому ухудшению оструктуренности черноземов выщелоченных, тогда как длительное применение комплексной химизации не вызывает ухудшение водо-прочности структуры. Без чистого пара в зерновом севообороте водопрочность структуры возрастает, особенно на фоне комплексной химизации, о чем свидетельствуют рассчитанные коэффициенты структурности (рис. 3).

Коэффициент структурности вычислен по результатам сухого просеивания и представляет собой отношение количества агрегатов всех фракций от 0,25 до 10 мм в процентах к суммарному содержанию агрегатов меньше 0,25 и больше 10 мм [4]. Чем выше коэффициент структурности, тем лучше оструктурена почва. Наибольший коэффициент структурности в

слое 0-10 см установлен на нулевом фоне в зерновом севообороте. Наблюдается некоторая тенденция его повышения на варианте комплексной химизации. Однако

заметной разницы величины коэффициента структурности между севооборотами практически нет.

Рис. 1. Структурный состав гумусового слоя чернозема выщелоченного в различных севооборотах после ячменя (сухой рассев) (среднее из п = 3): НСР05 по фактору: А — тип севооборота — 0,8; В — уровень химизации — 1,0; С — глубина отбора образца — 0,8; D — размер структурной фракции — 1,7; АВСД — 6,0

Рис. 2. Агрегатный состав гумусового слоя чернозема выщелоченного в различных севооборотах после ячменя (мокрый рассев) (среднее из п = 3): НСР 0,5 по фактору: А — тип севооборота — 2,7; В — уровень химизации — 3,3; С — глубина отбора образца — 2,7; D — размер структурной фракции — 5,7; АВСД — 19,6

0-10 Ю-20 20-40 0-10 10-20 20-4С1

фпн п Фон К

глубинл отбора образца, см

Рис. 3. Коэффициент структурности чернозема выщелоченного в севооборотах: НСР05 по фактору: А — тип севооборота — 0,21; В — уровень химизации — 0,06; С — глубина отбора образца — 0,61; АВС — 0,51

В таблице 1 приведено содержание гумуса в черноземе выщелоченном в целом и его количество в структурных агрегатах на примере зернового севооборота. В слоях 0-10, 10-20 и 20-40 см содержание гумуса с глубиной снижается весьма постепенно, т.к. в них находится максимум корней зерновых культур, а на поверхности остается значительная часть соломы, которая, разлагаясь, обогащает почву органическим веществом. Комплексная химизация способствует повышению урожайности зерновых и обеспечивает большое количество оставленной соломы и растительных остатков в почве, поэтому на варианте комплексной химизации (фон К) содержание общего гумуса несколько выше, чем на нулевом фоне (табл. 2).

Меньшее количество гумуса находится в агрегатах > 10 и < 0,25 мм и, соответственно, они наименее агрономически ценные (табл. 1). Больше всего гумуса сосредоточено во фракциях 1-0,5 и 0,50,25 мм.

По данным В.А. Хмелева, черноземы выщелоченные Западной Сибири отличаются высокой микроагрегатностью, что способствует созданию благоприятных условий для их хорошей водообеспеченно-сти и аэрации [6]. На фоне комплексной химизации устойчивость микроагрегатов возрастает, так как в этих агрегатах содержится гумуса значительно больше, чем на нулевом фоне: на фоне К — от 7,3 до 6,4%, а на фоне 0 — от 6,0 до 5,2%.

В преобладающей фракции 2-1 мм в зерновом севообороте гумуса содержится меньше, чем во фракциях 1-0,5 и 0,50,25 мм.

Для сравнения приводим данные по содержанию гумуса в черноземе выщелоченном в зернопаровом севообороте, под бессменной пшеницей и во фракции 2-1 мм (табл. 3), из которых следует, что здесь так же как и в зерновом севообороте прослеживается постепенное снижение гумуса с глубиной, а на фоне комплексной химизации его количество больше, чем на нулевом. Общее содержание гумуса под бессменной пшеницей примерно такое же, как и в зерновом севообороте, а в зернопаровом несколько меньше, т.е. введение чистого пара в севооборот снижает общее количество гумуса. На фоне комплексной химизации это снижение меньше, чем на нулевом, что связано с большей урожайностью возделываемых культур и большим поступлением органического вещества в почву в течение ротации севооборота как с корневыми, так и с пожнивными остатками (табл. 2).

Сохраняется тенденция увеличения содержания гумуса в почве в целом, что свидетельствует об их агрономической ценности и устойчивости создания оптимальных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур. На фоне комплексной химизации данные процессы более выражены по сравнению с нулевым фоном.

Таблица 1

Содержание гумуса в структурных агрегатах чернозема выщелоченного в зерновом севообороте под заключительной культурой — ячменем, %

Глубина отбора образца, см Фон Среднее содержание гумуса, % Размер агрегатов, мм

> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 < 0,25

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

0-10 0 5,7 5,0 87,7 6,4 112,3 6,0 105,3 6,4 112,3 5,6 98,2 5,6 98,2 5,0 87,7 6,0 105,3 5,6 98,2

10-20 5,8 5,2 89,7 6,9 119,0 5,2 89,7 6,6 113,8 5,0 86,2 5,3 91,3 6,6 113,8 6,4 110,3 5,2 89,7

20-40 5,2 5,0 96,2 4,8 92,3 5,8 111,5 5,4 103,8 6,0 115,4 4,6 88,5 4,8 92,3 5,2 100,0 4,3 82,7

0-10 К 6,6 6,4 97,0 6,4 97,0 6,4 97,0 7,1 107,6 6,6 100,0 5,2 78,8 7,3 110,6 7,3 110,6 6,2 93,9

10-20 6,3 6,4 101,6 6,2 98,4 6,0 95,2 5,8 92,1 6,6 104,8 5,4 84,4 6,4 101,6 7,5 119,0 6,2 98,4

20-40 6,3 6,5 103,2 7,1 112,7 5,6 88,9 6,6 104,8 6,2 98,4 4,3 68,3 5,6 88,9 6,4 101,6 6,0 95,2

Примечание.

1. Содержание гумуса в агрегатах, %.

2. Процент содержания гумуса в агрегатах от среднего содержания гумуса в почве.

НСР05 по содержанию гумуса во фракциях структурных агрегатов по фактору: А — горизонт — 0,4; В — уровень химизации — 0,3; С — размер фракции — 0,7.

НСР05 по общему содержанию гумуса по фактору: А — 0,9; В — уровень химизации — 0,8.

Примечание. НСР05 содержание общего гумуса по фактору: А — тип севооборота — 0,4; В — уровень химизации — 0,4; С — глубина отбора образца — 0,5. НСР05 содержание гумуса во фракции 2-1 мм структурных агрегатов по фактору: А — тип севооборота — 0,4; В — уровень химизации — 0,4; С — глубина отбора образца — 0,5.

Таблица 2

Урожайность сельскохозяйственных культур на черноземе выщелоченном

(2006-2008 гг.) ц.з. ед/га

Севообороты Культура севооборота Ц.з. ед/га Прибавка

уровень химизации

0 К

Зернопаровой Пар - - -

Пшеница 31,1 39,4 8,3

Пшеница 23,4 34,3 10,9

Ячмень 19,8 40,6 20,8

Выход с 1 га севооборота 18,6 28,6 10,0

Зерновой Пшеница 20,3 32,7 12,4

Овес 23,0 29,4 6,4

Пшеница 17,3 28,6 11,3

Ячмень 19,7 36,3 16,6

Выход с 1 га севооборота 20,1 31,8 11,7

Пшеница бессменная 17,4 30,2 12,8

Примечание. НСР05 по пшенице по фактору: А — севооборот — 2,2; В — уровень химизации — 1,3; частные средние — 3,1. НСР05 по ячменю по фактору А — 2,8; В — 2,3; частные средние — 3,9. НСР05 с 1 га севооборотной площади по фактору: А — 5,2; В — 3,3; частные средние — 7,4.

Таблица 3

Содержание гумуса в черноземе выщелоченном в агрегатах 2-1 мм в зернопаровом севообороте и под бессменной пшеницей, %

Глубина отбора образца, см Фон Зернопаровой севооборот Бессменная пшеница

в почве, среднее в агрегатах 2-1 мм % от среднего содержания в почве, среднее в агрегатах 2-1 мм % от среднего содержания

0-10 0 5,1 4,9 96,1 5,9 6,2 105,1

10-20 5,1 5,3 103,9 5,9 6,4 108,5

20-40 4,2 4,0 95,2 4,8 5,7 118,8

0-10 К 5,2 5,1 98,1 6,1 6,9 113,1

10-20 5,3 5,6 105,7 6,5 6,8 104,6

20-40 3,3 4,9 148,5 5,0 6,8 136,0

Выводы

1. Севообороты влияют на структурный состав агрегатов почвы и на содержание гумуса как в почве в целом, так и в структурных агрегатах различных размеров.

2. Водопрочность агрономически ценной структуры в зерновом севообороте и под бессменной пшеницей выше, чем в зернопаровом. Чистый пар способствует некоторому ухудшению оструктурености черноземов выщелоченных. Длительное применение комплексной химизации способствует незначительному улучшению структуры.

3. Содержание гумуса под зерновым севооборотом и под бессменной пшеницей выше, чем под зернопаровым. Оно существенно возрастает на фоне ком-

плексной химизации за счет повышения урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур и увеличения пожнивных остатков и соломы.

4. Наименьшее количество гумуса находится в крупных (> 10 мм) и в пылева-тых агрегатах (< 0,25 мм), наибольшее — в мелких агрегатах 2-1,1-0,5 и 0,50,25 мм, что свидетельствует о высокой микроагрегированности черноземов выщелоченных Западной Сибири.

Библиографический список

1. Добровольский Г.В. Экологические функции почвы: учеб. пособие / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. — М.: Изд-во МГУ, 1986. — 137 с.

2. Фокин А.Д. О роли органического вещества почв в функционировании при-

родных и сельскохозяйственных экосистем / А.Д. Фокин // Почвоведение. — 1994. — № 4. — С. 40-45.

3. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере / О.Д. Сорокин. — Крас-нообск, 2004. — 162 с.

4. Агрофизические методы исследования почв. — М.: Наука, 1966. — С. 42-72.

5. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв и грунтов / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. — М.: Высшая школа, 1973. — С. 57-82.

6. Хмелев В.А. Лессовые черноземы Западной Сибири / В.А. Хмелев. Новосибирск: Наука; Сибирское отделение, 1989. — 200 с.

+ + +

УДК 631.436

А.Г. Болотов, Ю.В. Беховых, Г.А. Семёнов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ ТЕЛ ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ВИЗУАЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Ключевые слова: технология визуального программирования, программный пакет LabVIEW, виртуальный прибор, теплофизические свойства, теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность.

Введение

При исследовании теплофизических свойств капиллярно-пористых тел, к которым относится почва, широкое распространение получил импульсный метод плоского нагревателя [1]. Основными достоинствами импульсных методов являются простота конструкции установки, возможность определения всех теплофи-зических характеристик из одного опыта.

Импульсные методы основаны на определении параметра нестационарного температурного поля в первой стадии его развития [2-4].

Характерной особенностью любого импульсного метода является наличие максимума температуры tm исследуемой точки среды после прекращения действия источника тепла. Время тт наступления максимума и его величина зависят от теп-лофизических параметров среды и определяются на основе решения уравнения Фурье с известными граничными условиями.

Зависимость для определения объемной теплоемкости капиллярно-пористых тел с учетом собственной теплоемкости нагревателя была получена А.И. Луниным [1]:

Ср = 0,242 •

б

£ • х • tm

где О — количество теплоты, выделенное нагревателем;

5 — площадь нагревателя; х — расстояние от нагревателя до датчика.

Для нахождения коэффициента температуропроводности была предложена следующая формула:

(

а = -

п

Тт----

0,5 + 0,968-

С

Л

£-Х-Ср ;

4 (2) где тн — время действия нагревателя;

сн — собственная теплоёмкость нагревателя.

Для определения теплопроводности используется формула:

Л = аСр.

Основной задачей в рассматриваемом методе является определение максимального градиента температур и времени наступления этого максимума.

2