Кальциевый режим чернозема обыкновенного при капельном орошении минерализованной водой

УДК 631.674.6: 631.416.7

Л. А. Воеводина

КАЛЬЦИЕВЫЙ РЕЖИМ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ВОДОЙ

В статье приводятся результаты исследований влияния капельного орошения на кальциевый режим черноземов обыкновенных, используемых для выращивания томатов в пленочных теплицах. Установлено, что характер распределения различных форм кальция (водорастворимого, обменного и карбоната кальция) подвержен изменению в течение года. В поливной период в верхнем слое почвы увеличивается содержание водорастворимого, обменного кальция и карбонатов кальция. Весной количество водорастворимого кальция в верхнем слое почвы уменьшается вследствие выпадения осадков зимнего периода. Под влиянием капельного орошения в верхнем слое почвы происходит накопление карбонатов, с глубиной их количество уменьшается в отличие от неорошаемых почв, где содержание карбонатов минимально в верхнем слое и увеличивается с глубиной.

Ключевые слова: капельное орошение, свойства почвы, чернозем, кальциевый режим, водорастворимый кальций, обменный кальций, карбонат кальция.

L. A. Voevodina

CALCIUM TREATMENT OF CHERNOZYOM DURING DRIP IRRIGATION USING THE BRACKISH WATER

The paper presents the results of researching into the effect of drip irrigation on calcium treatment of chernozyom soils, which were used for tomato growing in high tunnels. It was established that the manner of distribution of different forms of calcium (water-soluble, exchangeable and carbonate calcium) was graded through the year. During the irrigation season in the upper soil layer the quantity of soluble calcium, exchangeable calcium and carbonate calcium is increasing. In spring the quantity of soluble calcium in the upper soil layer is decreasing due to the winter precipitation. Under the influence of drip irrigation the carbonates build up in the upper soil layer, while the soil depth is increasing the quantity of carbonates is decreasing as opposed to natural soil conditions without irrigation, where the content of carbonates is minimally in the upper soil layer and increasing together with the soil depth.

Keywords: drip irrigation, soil properties, chernozyom, calcium treatment, water-soluble calcium, exchangeable calcium, carbonate calcium.

Площади под капельным орошением в Российской Федерации в последние годы значительно расширились. В то же время, недостаточная изученность почвенных процессов, присущих черноземным почвам юга страны, при использовании капельного орошения приводит к неполному использованию потенциала этого водосберегающего способа орошения.

Ввиду того, что одним из перспективных направлений использова-

ния капельного орошения является применение его на участках сложной формы, зачастую с использованием оросительной воды не самого хорошего качества, нами изучалось влияние капельного орошения минерализованной водой на кальциевый режим почв. Как известно, кальций выполняет многостороннюю функцию в почве. Он влияет на плодородие почв и снабжение растений этим элементом. Так, для формирования тонны урожая томатов требуется порядка 3,8 кг кальция [1]. Недостаточное поступление кальция в растения приводит к вершинной гнили. В. А. Ковда писал, что образование зернистой водопрочной структуры связано с накоплением большого количества коагулированного кальцием гумуса. Снижение содержания кальция вызывает разрушение структуры тяжелых почв, неустойчивость физико-химических свойств почв при орошении, ухудшение структуры почвы, снижение количества водопрочных агрегатов, и высококачественных гуминовых кислот, которые во многом определяют плодородие любой почвы. Накопление в почвах углекислого кальция способствует цементации первичных механических элементов, их склеиванию и образованию водоустойчивых агрегатов [2].

Наши исследования были направлены на установление характера распределения и динамики различных форм кальция (водорастворимый, обменный и СаСО3) в почве при капельном орошении.

Опыты проводились с осени 2009 года в ст. Красюковская Октябрьского района Ростовской области в пленочных теплицах на солнечном обогреве при выращивании томатов. Почвы опытного участка, согласно классификации 1977 года [3], принадлежат к черноземам обыкновенным карбонатным среднемощным малогумусным иловато-крупно-пылеватым тяжело-суглинистым.

Отбор проб почвы проводился по методике РосНИИПМ в трех точках относительно расположения капельной линии: непосредственно под капельницей (зона О); в зоне максимального накопления солей (20 см) (зо-

на М) и в середине междурядья или дорожки (70 см) (зона Д). Отбор проб почвы для анализов проводился осенью по окончанию поливного сезона и весной перед посадкой рассады на постоянное место. Глубина взятия проб до глубины 1,0 м через 0,20 м.

Определение содержания кальция в водной вытяжке проводилось по ГОСТ 26428-85, обменного кальция - по ГОСТ 26487-85, карбонатов - по методу Голубева в модификации Исаева.

Данные, полученные в результате исследований в 2009 и 2010 годах, представлены в виде графиков, построенных с использованием метода взвешенных наименьших квадратов (рисунки 1-3) в программе STATISTI-CA 6.0.

Поливная вода - хлоридно-сульфатно-натриевого состава с минерализацией 3,02 г/л. Электропроводность - 3,34 дСм/м, SAR - 7,56. Содержание кальция в поливной воде составило 0,27 г/л или 13,5 мг-экв./л, что составило 26,6 % от суммы катионов, содержащихся в воде [4].

Анализ распределения водорастворимого кальция показал, что в течение поливного сезона в верхнем слое почвы 0-20 см происходит повышение содержания кальция (рисунок 1). Так, в зоне М осенью 2009 года содержалось 1,5 мг-экв./100 г почвы, а осенью 2010 года - 1,1 мг-экв./100 г почвы. В слоях глубже 20 см в зонах О и М содержание кальция составило 0,4-0,6 мг-экв./100 г почвы. В зоне О, в наибольшей степени подверженной влиянию поливной воды, в верхнем слое почвы - 0-20 см - повышение водорастворимого кальция не отмечалось, оно находилось примерно на таком же уровне, как в слоях зоны О, расположенных глубже 20 см.

В весенний период отмечается обратная картина. Верхний слой 0-20 см промывается осадками зимнего периода и содержит наименьшее количество водорастворимого кальция, составившее 0,3-0,4 мг-экв./100 г почвы. С глубиной содержание водорастворимого кальция повышается,

4

Осень 2009 г.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Расстояние от капельницы, см

1.4 I I 1,2

0 1

1 I 0,8

Н 0.6

Весна 2010 г.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Расстояние от капельницы, см

1.2

0 1

1 I 0,8

I I 0,6

Н 0.4

Н 0.2

Осень 2010 г.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Расстояние от капельницы, см

1

О 0,9  0,8 О 0,7

О 0,6

Рисунок 1 - Содержание кальция в водной вытяжке из чернозема обыкновенного,

ст. Красюковская, мг-экв./100 г почвы

что указывает на его миграцию из верхних слоев почвы в нижние.

На участке, где орошение не применялось, весной также наблюдалось минимальное количество кальция у поверхности почвы, которое с глубиной увеличивалось от 0,50 до 0,65 мг-экв./100 г почвы. Доля кальция от суммы катионов водной вытяжки без применения орошения составляла от 58 % до 71 %, при применении капельного орошения - 32 %. Таким образом, содержание кальция в водной вытяжке при капельном орошении довольно близко отражало процентное содержание кальция в применяемой поливной воде, составлявшее 26 % от суммы катионов.

Применение подхода связывания ионов водной вытяжки в гипотетические соли показало, что во всех слоях и в любой период определения присутствует соль Са(ЫС03)2 (таблица 1). Осенью отмечается появление СаБ04 в верхних слоях в зонах М и Д, которое составляло в зоне М в 2009 году 0,86 мг-экв./100 г почвы, в 2010 году - 0,38 мг-экв./100 г почвы. Также присутствие водорастворимого СаБ04 отмечалось в зоне Д практически по всему профилю. В весенний период верхние слои почвы 0-20 см во всех зонах не содержали водорастворимый СаБ04, однако, он обнаруживался в более глубоких слоях. Наименьшее содержание водорастворимого СаБ04 отмечалось в зоне О. Водорастворимая соль СаБ04 содержалась там, где движение воды было минимальным; осенью она накапливалась в зоне М на поверхности из-за интенсивного испарения влаги с поверхности почвы, а также в зоне Д, где скорость передвижения влаги уменьшалась до минимума; весной наибольшее количество водорастворимого СаБ04 присутствовало в слое 40-60 см, который являлся своеобразной границей проникновения вод зимних осадков.

Что касается почвы, где орошение не применялось, то в весенний период здесь также наблюдалось наличие гипотетической соли СаБ04 глубже 60 см в количестве от 0,01 до 0,03 мг-экв./100 г почвы.

Таблица 1 - Содержание водорастворимых Ся804 и Са(НСО3)2 в водной вытяжке при капельном орошении в черноземе обыкновенном, ст. Красюковская

Слой почвы, см CaSO4 Ca(HCOз)2

мг-экв./100 г почвы

О М Д О М Д

Осень 2009 г.

0-20 - 0,86 0,58 0,40 0,64 0,62

20-40 - - 0,13 0,40 0,50 0,47

40-60 - - 0,03 0,50 0,50 0,47

60-80 - - 0,56 0,50 0,40 0,64

80-100 - - 0,41 0,50 0,50 0,49

Весна 2010 г.

0-20 - - - 0,30 0,40 0,40

20-40 - - 0,78 0,40 0,50 0,62

40-60 - - 1,24 0,60 0,50 0,56

60-80 0,17 - 0,84 0,43 0,60 0,56

80-100 0,11 0,12 0,28 0,49 0,58 0,52

Осень 2010 г.

0-20 - 0,38 0,26 0,50 0,72 0,64

20-40 - - 0,28 0,50 0,60 0,62

40-60 - - 0,36 0,50 0,60 0,64

60-80 - - 0,24 0,50 0,60 0,56

80-100 - - 0,50 0,50 0,50

Весна 2011 г.

0-20 - - - 0,30 0,43 0,45

20-40 - - - 0,36 0,60 0,45

40-60 - 0,15 0,23 0,40 0,53 0,52

60-80 - - 0,45 0,35 н/д 0,38

80-100 - - 0,45 0,35 0,48 0,30

Примечание: н/д - нет данных

Дополнительный анализ верхнего слоя почвы 0-5 см в зоне М, показал, что в конце поливного сезона можно обнаружить соль СаС12. Так, в

2009 году ее содержание составляло 2,71 мг-экв./100 г почвы, в 2010 году -1,0 мг-экв./100 г почвы. Являясь растворимым соединением, СаС12 повышает подвижность кальция и способствует его вымыванию в зимний период, к тому же при недостаточном выпадении зимних осадков концентрация почвенного раствора в корнеобитаемой зоне может быть повышенной, что отрицательно влияет на укоренение и развитие растений.

Распределение обменного кальция в профиле почвы под капельницей представлено на рисунке 2.

7

Осень 2009 г.

Весна 2010 г.

Осень 2010 г.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Расстояние от капельницы, см

20 I 19  18

І I 17  16 I 15  14

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Расстояние от капельницы, см

I 117

16  15  14

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Расстояние от капельницы, см

I 19  18  17

Рисунок 2 - Содержание обменного кальция в черноземе обыкновенном, ст. Красюковская, мг-экв./100 г почвы

В верхних слоях почвы содержание обменного кальция было меньше, чем в нижних слоях. В зимний период происходило уменьшение содержания обменного кальция, а в течение поливного периода наблюдалось его увеличение. Наиболее существенное увеличение содержания обменного кальция отмечалось в зонах, где происходило замедление движения воды, и имел место процесс испарения. В зоне О, где воздействие поливной воды наибольшее, в слое 40-80 см отмечено небольшое уменьшение содержания обменного кальция.

Процентное содержание обменного кальция в почве, определяемое от суммы катионов кальция, магния, натрия и калия, составляло от 61 % до 83 % в осенние сроки определения. Весной процентное содержание кальция повышалось в зонах О и М в наибольшей степени, что было связано с вымыванием натрия из почвенного поглощающего комплекса в зимний период (таблица 2).

Таблица 2 - Содержание обменного кальция в черноземе обыкновенном, ст. Красюковская

Слой почвы, см Осень 2009 г. Весна 2010 г. Осень 2010 г.

О М Д О М Д О М Д

% от суммы обменных катионов

0-20 63 62 75 73 67 69 63 72 77

20-40 62 65 61 69 71 64 61 77 76

40-60 62 64 66 71 69 67 63 75 80

60-80 64 70 63 73 72 57 64 76 83

80-100 69 69 66 71 75 66 67 72 80

Распределение карбонатов по почвенному профилю представлено на рисунке 3. Более высокие значения содержания карбонатов отмечены в верхнем слое почвы, что объясняется общим накоплением солей, происходящим в течение поливного сезона. Являясь более стабильной солью, не подвергающейся выщелачиванию в зимний период в такой степени, как водорастворимые соли, карбонаты остаются в верхнем слое почвы и в весенний период. Закономерность распределения карбонатов при капельном

9

Осень 2009 г.

Весна 2010 г.

Осень 2010 г.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Расстояние от капельницы, см

Расстояние от капельницы, см

Расстояние от капельницы, см

4

3

2

1

2  1

1.6  1  0.4

Рисунок 3 - Содержание карбонатов в черноземе обыкновенном, ст. Красюковская, %

орошении кардинально отличается от распределения карбонатов без применения орошения в естественных условиях (рисунок 4). В естественных условиях содержание карбонатов является наименьшим в верхних слоях почвы (0,24 % в слое 0-20 см) и увеличивается вниз по профилю (1,73 % в слое 60-80 см).

Рисунок 4 - Распределение карбонатов по профилю почвы,

ст. Красюковская

Таким образом, в результате исследований установлено, что капельное орошение водой хлоридно-сульфатно-натриевого состава с минерализацией 3,02 г/дм изменяет кальциевый режим почв по сравнению с естественными условиями. Характер распределения различных форм кальция (водорастворимого, обменного и карбоната кальция) подвержен изменению в течение года. В поливной период в верхнем слое почвы увеличивается содержание водорастворимого, обменного кальция и карбонатов кальция. Весной количество водорастворимого кальция в верхнем слое почвы уменьшается вследствие выпадения осадков зимнего периода. Под влиянием капельного орошения в верхнем слое почвы происходит накопление карбонатов, с глубиной их количество уменьшается в отличие от

неорошаемых почв, где содержание карбонатов минимально в верхнем слое и увеличивается с глубиной.

Список использованных источников

1 Теплиці і тепличні господарства: довід / Г. Г. Шишко [и др.]; за

ред. Г. Г. Шишка. - К.: Урожай, 1993. - 424 с.

2 Ковда, В. А. Основы учения о почвах / В. А. Ковда. - М.: Наука,

1973. - Кн. 1. - 448 с.

3 Классификация и диагностика почв СССР. - М.: «Колос», 1977.224 с.

4 Воеводина, Л. А. Влияние капельного орошения на засоление

почв [Электронный ресурс] / Л. А. Воеводина, Ю. Ф. Снипич, А. Н. Чекунов // Научный журнал КубГАУ: политематический сетевой электрон. журн. / Кубанский гос. аграрн. ун-т. - Электрон. журн. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - №10(64) С. 248 - 267. - Режим доступа:

http://ej.kubagro.ru/2010/10/pdf/20.pdf. - Шифр Информрегистра

0421000012\0273.