Изменение агрофизических показателей агродерново-подзолистых почв на склоновых участках залежных земель при разных сроках их зарастания

ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЯ, МЕЛИОРАЦИЯ

УДК 631.445.24

Изменение агрофизических показателей агродерново-подзолистых почв на склоновых участках залежных земель при разных сроках их зарастания

Леднев Андрей Викторович, доктор с.-х. наук, зам. директора, Дмитриев Алексей Валентинович, кандидат с.-х. наук, ст. научный сотрудник ФГБНУ «Удмуртский НИИСХ», Россия, Удмуртская Республика

E-mail: ugniish@yandex.ru

По материалам экспедиционного почвенного обследования за 2013-2014 годы выявлены ключевые площадки, на которых вели наблюдения в звене: пашня, залежь, лес. Показано, что зарастание агродерново-подзолистых почв в таёжно-лесной зоне неизбежно приводит к дифференциации пахотного слоя на два подслоя. На верхнюю его часть накладывается дерновый процесс почвообразования, что обуславливает снижение плотности почвы в среднем с 1,23 до 0,98 г/см3, увеличивает содержание продуктивной влаги и значительно улучшает структурное состояние этого подслоя за счёт снижения глыбистой фракции и увеличения количества агрономически ценных агрегатов. На нижнюю часть пахотного слоя начинает накладываться зональный подзолистый процесс, что приводит к постепенному ухудшению структурного состояния подслоя за счёт увеличения в нём пылеватой фракции. Выявлены параметры изменения агрофизических свойств пахотного слоя почв в зависимости от срока зарастания. Изменение этих параметров подтвердило возможность разделения времени зарастания пашни на три периода: первый период - до 10 лет; второй -10-20 лет; третий - более 20 лет.

Ключевые слова: залежь, плотность, продуктивная влага, структура

В связи с целым рядом организационно-правовых, экономических и социальных преобразований в сельском хозяйстве Российской Федерации на протяжении последних 20-25 лет продолжается процесс неуклонного сокращения площадей сельскохозяйственных угодий и, в первую очередь, пашни. За этот период, по обобщённым данным ряда авторов, выведено из сельскохозяйственного оборота до 40 млн га пахотных угодий [1].

В Удмуртской Республике, как и в целом по РФ, происходили такие же негативные процессы, за период с 1990 года по 2014 год посевные площади сократились на 331,2 тыс. га, или на 23,6% [2].

Вывод из сельскохозяйственного оборота земель в таких масштабах имеет целый ряд негативных социальных, экономических и экологических последствий, что требует оперативного вмешательства федеральных и региональных органов власти для исправления создавшейся ситуации. Если этот процесс не будет задержан и переведен на научную основу, то он может привести в ближайшие годы к нарушению всей инфраструктуры села, разрушению продовольственной базы страны, создаст дополнительную угрозу ее национальной безопасности.

Актуальность исследований определяется тем, что оценка современных трендов развития процессов почвообразования в антропогенно-преобразованных почвах при зарастании их сорной растительностью позволит прогнозировать изменение их свойств в течение длительного периода и предложить производству адаптированные к конкретным почвенно-климатическим условиям технологии освоения вынужденной залежи для каждого этапа их зарастания и элемента агроландшафта.

Цель исследований - установить влияние современных почвообразовательных процессов на основные агрофизические показатели агродерново-подзолистых почв, расположенных на транзитном направлении вещественно-энергетического потока.

Материал и методы. Влияние естественного зарастания пашни на свойства почв изучалось с помощью закладки ключевых площадок, выявленных в результате экспедиционных обследований территории Удмуртской Республики в 2013-2014 годах. Ключевые площадки отвечали следующим требованиям: 1) располагались на почвенных разновидностях, типичных для условий

Удмуртской Республики, занимающих значительную часть её территории; 2) на одном элементе ландшафта, на одной и той же почвенной разности присутствовали три вида угодий - пашня, залежь и лес. На пашне изучались свойства антропогенно-изменённых почв, в лесу - свойства естественных природных почв, а на залежи - степень наложения природного (зонального) процесса почвообразования на антропогенно-изменённые почвы. Кроме того, все площадки по изменению морфологических показателей и агрохимических свойств были разбиты на три группы по периоду зарастания (до 10 лет, 10-20 лет и более 20 лет). На каждой ключевой площадке заложено по три почвенных разреза (на глубину 100 см), из которых, согласно общепринятой методике, отобраны почвенные образцы для определения агрохимических и агрофизических показателей, а из пахотного и гумусового горизонтов образцы отобраны

Таблица 1

Влияние периода зарастания пашни на плотность почвы, г/см3

по слоям 0-10 и 10-20...26 см. Образцы почв проанализированы в биохимической лаборатории ФГБНУ «Удмуртский НИИСХ» стандартными методами.

Результаты и их обсуждение. Агрофизические показатели относятся к важнейшим почвенным характеристикам, так как именно они определяют параметры поступления, накопления и использования почвенной биотой воды, воздуха и тепла, скорость и направление роста корневых систем растений. Одним из самых основных агрофизических показателей является плотность почвы. На пашне она регулируется с помощью периодических обработок, что позволяет её поддерживать в относительно оптимальном состоянии для роста и развития культур. Влияние современного почвообразовательного процесса на изменение этого показателя на залежных землях показано в таблице 1.

Угодье Плотность почвы в слое

0-10 см 10-20 см

Пашня (данные по 17 разрезам) 1,23* 1,31

1,05...1,53 1,00...1,63

Залежь до 10 лет (данные по 6 разрезам) 1,20 1,29

1,00...1,20 1,17... 1,60

Залежь 10-20 лет (данные по 8 разрезам) 1,18 1,30

0,81...1,44 1,12...1,67

Залежь более 20 лет (данные по 3 разрезам) 0,98 1,33

0,61...1,58 1,19.1,38

Лес (целинная почва) (данные по 14 разрезам) 0,86 1,42

0,61... 1,43 1,28... 1,60

в числителе - среднее значение, в знаменателе - минимальное и максимальное значения

Данные таблицы 1 свидетельствуют, что в пахотном слое на пашне наблюдались значительные колебания плотности почвы как в слое 0-10, так и в слое 10-20 см, которые зависели от возделываемой культуры, вида и даты проведения последней механической обработки. В большинстве случаев, плотность почвы в пахотном слое соответствовала удовлетворительному уровню и редко превышала равновесное состояние для агро-дерново-подзолистых суглинистых почв, равное 1,50 г/см3 [3]. В процессе зарастания пашни, плотность верхней части пахотного слоя почвы постепенно уменьшалась и к

третьему периоду (более 20 лет) приблизилась к плотности гумусового горизонта целинных почв. Если в первый и второй периоды зарастания пашни уменьшение плотности почвы, в первую очередь, определялось деятельностью корневой системы сорной травянистой растительности, то в третий период на первое место по вкладу в этот процесс вышло накопление в слое 0-10 см повышенного количества органического вещества.

Изменения плотности нижней части пахотного слоя, в процессе зарастания пашни, были менее выраженными и колебались

в среднем от 1,29 до 1,42 г/см3. Она, во всех случаях, превышала плотность почвы его верхней части. Особенно значительные различия наблюдались в третий период зарастания пашни, они постепенно приблизились к разнице плотности между гумусовыми и иллювиальными горизонтами целинных дерново-подзолистых почв.

Плотность почвы является одним из важнейших факторов, от которых зависит количество продуктивной влаги в почве. Изменение её количества от срока зарастания пашни показано в таблице 2. На пахотных землях колебания запасов продуктивной влаги были наиболее значительными и определялись видом культуры и её урожайностью. По мере зарастания пашни, содержание продуктивной влаги в пахотном слое сначала уменьшалось, а во второй и третий периоды постепенно увеличивалось и приблизилось к её количеству в целинной почве. Это объясняется динамикой продуктивности сорной травянистой растительности, которая достигает своего максимума на 8-10 год зарастания [4], постепенным затенением древесной растительностью поверхности почв, которая появляется на зарастаемых участках, и значительным улучшением структуры во второй и третий период зарастания.

Таблица2

Влияние периода зарастания пашни на запас продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см

Угодье Запас продуктивной влаги, т/га

Пашня (данные по 17 разрезам) 157* 46...268

Залежь до 10 лет (данные по 6 разрезам) 95 88...134

Залежь 10-20 лет (данные по 8 разрезам) 217 105...290

Залежь более 20 лет (данные по 3 разрезам) 196 163...270

Лес (целинная почва) (данные по 14 разрезам) 235 177...331

*Примечание: в числителе - среднее значение, в знаменателе - минимальное и максимальное значения

Наибольшее влияние период зарастания оказал на структурное состояние агро-дерново-подзолистых почв. Его изменение в

почвах первой группы по периоду зарастания (до 10 лет) показано на примере четвёртой ключевой площадки. Она расположена на территории землепользования ООО «Исток» Якшур-Бодинского района Удмуртской Республики. Координаты: Е 53°12'18"; N 57°42'13". Элемент рельефа - средняя часть слабопокатого юго-западного склона, крутизна склона (2-3°). На площадке были заложены разрезы 10, 11 и 12. Разрез 10 заложен на пашне. Культура - озимая рожь ^еса1е сегеа1е). Почва - агродерново-подзо-листая языковатая слабосмытая среднесуг-линистая на покровных глинах и тяжёлых суглинках. Разрез 11 заложен на аналогичной почве, но расположенной на залежи, период зарастания 5 лет. Разрез 12 заложен в смешанном лесу (6Е3Б1Л). Почва - слабо-дерново-глубокоподзолистая языковатая среднесуглинистая. Агрегатный состав почв ключевой площадки 4 приведен в таблице 3.

Данные таблицы 3 свидетельствуют, что верхняя часть пахотного слоя почвы, расположенной на пашне (разрез 10), характеризовалась хорошим структурным состоянием, коэффициент структурности равнялся 1,36. Нижняя часть пахотного слоя (10-25 см) имела более низкий коэффициент структурности, что связано, в первую очередь, с увеличением в её агрегатном составе глыбистой фракции (более 10 мм) с 39,6 до 52,2%. Отчётливое подразделение пахотного слоя на два подслоя (верхний и нижний) наблюдалось также в почвах других ключевых площадок и объяснялось резким сокращением объёмов вспашки зяби и массовым переходом на различные мелкие обработки почвы. Даже пятилетнее зарастание пашни (разрез 11) способствовало улучшению структуры пахотного слоя, коэффициент структурности слоя 0-10 см увеличился в 1,9 раза, а слоя 10-26 см - в 1,4 раза.

Улучшение структуры произошло за счёт резкого уменьшения в агрегатном составе глыбистой фракции и увеличения за счёт этого - суммы агрономически ценных фракций (0,25-10 мм). Уменьшение глыбистой фракции в пахотном слое залежных почв обусловлено деятельностью корневой системы травянистых растений, пришедших на смену монокультурам, по-прежнему произрастающих на пахотных аналогах.

Таблица 3

Агрегатный состав почв ключевой площадки 4 (методом сухого просеивания по Н.И. Саввинову) и коэффициент структурности

Разрез Горизонт и глубина взятия образца, см Размер агрегатов (в мм) и их содержание (в % от массы воздушно-сухой почвы) Кс

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

10 (пашня) (Р) 0-10 39,6 11,9 10,5 11,7 10,6 10,3 1,4 1,2 2,8 57,6 1,36

(Р) 10-25 52,2 16,4 7,3 7,5 4,1 3,6 2,7 2 4,2 43,6 0,77

11 (залежь 5 лет) (Р) 0-10 14,0 6,7 7,7 17,6 10,9 12 9,6 7,1 14,4 71,6 2,52

(Р) 10-26 40,3 9,6 8,7 11,6 7,5 6,3 5 3,6 7,4 52,3 1,09

12 (лес) (АУ) 2-10 14,9 12,2 12,9 18,1 10,3 8,8 7,4 6,6 8,8 76,3 3,22

(ЕЬ) 10-20 3,2 7,2 8,6 9,2 4,6 7,1 5,3 8,3 46,5 50,3 1,01

Гумусовый горизонт (АУ) целинной дерново-подзолистой почвы (разрез 12) характеризовался отличным структурным состоянием, коэффициент структурности равнялся 3,22, что в 2,4 раза превышало данный показатель верхней части пахотного слоя её пахотного аналога и в 1,3 раза - её аналога, расположенного под пятилетней залежью. Значительно лучшее структурное состояние гумусового горизонта, по сравнению с пахотным слоем, связано с более высоким содержанием в нём гумуса, являющегося самым лучшим структурообразователем. В элювиальном (подзолистом) горизонте (ЕЬ) наблюдалось резкое снижение коэффициента структурности с 3,22 до 1,08 (в 3,0 раза), что связано с генетической особенностью дерново-подзолистых почв - резким снижением гумусированности вниз по профилю. Вторая причина резкого снижения данного показателя обусловлена деятельностью подзолистого процесса, приведшего к значительному увеличению в гор. ЕЬ содержания пылеватой фракции (менее 0,25 мм) с 8,6 до 46,5%.

При сравнении агрегатного состава элювиального горизонта целинной почвы и нижних частей пахотных слоёв её освоенных в сельскохозяйственном производстве аналогов, расположенных примерно на одной глубине в профиле почв, можно отметить, что, несмотря на низкий показатель коэффициента структурности во всех рассматриваемых случаях (пашня, залежь и лес), в первых двух случаях (пашня и залежь) его величина определялась, в основном, количеством глыбистой фракции, а в

третьем случае (лес) - количеством пылева-той фракции.

Изменение структурного состояния почв второй и третьей групп по периоду зарастания (10-20 лет и более 20 лет) показано на примере ключевой площадки 1. Она расположена на территории землепользования СПК «Родина» Якшур-Бодинского района Удмуртской Республики. Координаты: Е 52°30'53"; N 57°16'50". Элемент рельефа - средняя часть пологого (1 -2°) западного склона увала. На площадке были заложены разрезы 1, 2, 3.

Разрез 1 заложен на пашне. Культура -яровая пшеница (Тпйсыт). Почва - агродер-ново-подзолистая языковатая слабосмытая среднесуглинистая на покровных глинах и тяжёлых суглинках. Разрез 2 заложен на аналогичной почве, но расположенной на залежном участке, период зарастания 15 лет. Разрез 3 заложен в берёзовом лесу на бывшей пашне, период зарастания более 30 лет. Почва -среднедерново-глубокоподзолистая языкова-тая среднесуглинистая на покровных глинах и тяжёлых суглинках. Агрегатный состав почв ключевой площадки 1 приведен в таблице 4. Данные таблицы свидетельствуют, что верхняя часть пахотного слоя почвы, расположенной под пашней (разрез 1), характеризовалась неудовлетворительным структурным состоянием (Кс равнялся 0,45) за счёт резкого преобладания в агрегатном составе глыбистой фракции (60,9%). Еще более низкий показатель коэффициента структурности имела нижняя часть пахотного слоя (Кс равнялся 0,22). Повышенная глыбистость пахот-

ного слоя являлась результатом проявления на этой ключевой площадке водной эрозии, обусловившей резкое снижение гумусиро-ванности почв и припашку к пахотному слою нижележащих горизонтов.

Нахождение почвы под залежью в течение 15 лет (второй период зарастания) обеспечило значительное улучшение структурного состояния как верхней, так и нижней части пахотного слоя, что связано с 2-кратным уменьшением в агрегатном составе глыбистой фракции (разрез 2). При увеличе-

нии периода зарастания пашни до 30 лет (третий период зарастания) наблюдалось дальнейшее улучшение структуры верхней части пахотного слоя, но темпы этого улучшения резко снизились. В нижней части пахотного слоя произошло небольшое снижение количества агрономически ценных агрегатов по сравнению с аналогичным слоем 15-летней залежи за счёт увеличения в агрегатном составе пылеватой фракции (менее 0,25 мм), что связано с проявлением в этом слое зонального подзолистого процесса.

Таблица 4

Агрегатный состав пахотного слоя почв ключевой площадки 1 и коэффициент структурности

Разрез Глубина взятия образца, см Размер агрегатов (в мм) и их содержание (в % от массы воздушно-сухой почвы) Кс

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

1 (пашня) 0-10 60,9 0,0 10,4 5,9 0,0 4,4 5,7 4,8 7,9 31,2 0,45

10-24 79,3 2,6 2,3 4,3 2,4 2,3 2,2 1,7 2,9 17,8 0,22

2 (залежь 15 лет) 0-10 26,8 7,3 7,8 9,4 9,0 10,2 9,7 6,6 13,2 60,0 1,50

10-26 38,0 7,3 5,8 10,8 7,4 7,0 8,0 5,4 10,3 51,7 1,07

3 (залежь 30 лет) 2-10 21,2 7,0 7,8 15,5 9,0 9,2 7,5 6,2 16,6 62,2 1,61

10-24 32,3 6,7 5,9 10,7 7,4 6,5 7,1 6,2 17,2 50,5 1,02

Выводы. Зарастание агродерново-подзолистых почв в таёжно-лесной зоне неизбежно приводит к дифференциации пахотного слоя на два подслоя. На верхнюю его часть накладывается дерновый процесс почвообразования, обусловленный разложением в нём сорной травянистой растительности и структуроулучшающей деятельности их корневых систем. Всё это приводит к снижению плотности почвы, увеличению содержания продуктивной влаги и значительному улучшению структурного состояния этого подслоя. На нижнюю часть пахотного слоя начинает накладываться зональный подзолистый процесс, темпы его проявления значительно ниже, чем дернового, он приводит к постепенному ухудшению структурного состояния подслоя за счёт увеличения в нём пылеватой фракции.

Изменение параметров агрофизических свойств подтвердило возможность разделения времени зарастания пашни на три периода: первый период - до 10 лет; второй - 10-20 лет; третий - более 20 лет.

Список литературы

1. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота / Под ред. акад. Г.А. Романенко. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. 63 с.

2. Доклад о состоянии и использовании земель в Удмуртской Республике по состоянию на 1 января 2013 года. Ижевск, 2013.

3. Бондарев А.Г, Медведев В.В. Некоторые пути определения оптимальных параметров агрофизических свойств почв // Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров свойств почв: Тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева, 1980. С. 84-99.

4. Леднев А.В., Дмитриев А.В., Попов Д.А. Изменение свойств залежных земель, их продуктивности и геоботанического состава в процессе зарастания // Инновационные технологии возделывания сельскохозяйственных культур - основа ведения растениеводства в современных условиях: материалы Всерос. науч.-практ. конф., 24-25 июня 2014 г. Ижевск, 2014. С. 34-40.

Changes of agrophysical parameters of agrarian sod-podzolic soils on the transit direction of the fallow lands at different terms of its overgrowing A.V. Lednev, DSc in agriculture, A.V. Dmitriev, PhD in agriculture

The Udmurt State Agricultural Research Institute

Key areas in which observations were made in the link: arable land, fallow land, forest have been identified according to the materials of the expeditionary soil survey in 2013-2014. It is shown that the overgrowing of agro-sod-podzolic soils in the taiga forest zone will inevitably lead to the differentiation of the arable layer into two sublayers. Sod process of soil formation is applied to the upper part which leads to reduction in the density of the soil with an average of 1.23 to 0.98 g/cm3, increases the amount of productive moisture and significantly improves the structural state of the sub-layer by reducing cloddy fraction and increasing the number of agronomical valuable aggregates. Zonal podzolic process begins to superimposed on lower part of the arable layer, which leads to a gradual deterioration of the structural state of the underlayer due to the increase of the silt fraction in it. The parameters of change of the agrophysical properties of topsoil depending on the term of overgrowth are revealed. Changing of these parameters confirmed the possibility of time-sharing overgrowing of arable land into three periods: the first period - up to 10 years; second - 10.. .20 years; the third - more than 20 years.

Key words: fallow land, density, productive moisture, structure

References

1. Agroekologicheskoe sostoyanie i perspektivy ispol'zovaniya zemel' Rossii, vybyvshikh iz aktivnogo sel'skokhozyaystvennogo oborota. [Agroecological state and prospects of use Russian lands which are leaved from active agricultural rotation]. Edited by Academician G.A. Romanenko. Moscow, 2008. 63 p.

2. Doklad o sostoyanii i ispol'zovanii zemel' v Udmurtskoy Respublike po sostoyaniyu na 1 yanvarya 2013 goda. [Report on the status and use of lands in the Udmurt Republic, as of January 1, 2013]. Izhevsk, 2013.

3. Bondarev A.G, Medvedev V.V. Nekotorye puti opredeleniya optimal'nykh parametrov agrofizi-cheskikh svoystv pochv. [Some ways to determine the optimum parameters of agro-physical soil properties]. Teoreticheskie osnovy i metody opredeleniya optimal'nykh parametrov svoystv pochv. [Theoretical bases

and methods for determining the optimal parameters of soil properties]. Proceedings of the Soil Institute named after V.V. Dokuchaev, 1980. pp. 84-99.

4. Lednev A.V., Dmitriev A.V., Popov D.A.

Izmenenie svoystv zalezhnykh zemel', ikh produk-tivnosti i geobotanicheskogo sostava v protsesse zarastaniya. [Changing the properties of fallow land, their productivity and geobotanical composition during overgrowing]. Innovatsionnye tekhnologii vozdelyva-niya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur - osnova vedeniya rastenievod-stva v sovremennykh usloviyakh: materialy Vseros. nauch.-prakt. konf., 24-25 iyunya 2014 g. [Innovative technologies of cultivation of agricultural crops - the basics of crop production in modern conditions: Materials of All-Russian scientific-practical conference, June 24-25, 2014]. Izhevsk, 2014. pp. 34-40.

УДК 631.153.3:631.81:631.415.1

Влияние вида пара на изменение агрохимических показателей плодородия почвы и продуктивность севооборота в длительном опыте

Владыкина Надежда Ивановна, кандидат с.-х. наук, ведущий научный сотрудник ФГБНУ «Удмуртский НИИСХ», с. Первомайский, Удмуртская Республика, Россия

E-mail: ugniish@yandex.ru

Исследования проводили в условиях Удмуртской Республики в третьей ротации (2004-2012 гг.) биологизированного севооборота с двумя полями клевера при насыщенности зерновыми культурами 67%. Изучали виды пара (чистый пар без органики, чистый пар с внесением 90 т/га навоза, занятый вико-овсяный пар) и минеральные удобрения (без удобрений, удобрения в дозе N180P120K120 за севооборот). Выявлено, что агрохимические показатели пахотного слоя дерново-подзолистой среднесмытой почвы, сформированной на покровном красно-буром суглинке, изменяются в зависимости от вида пара. Занятый пар способствует более активному подкислению почвы. Внесение навоза в чистом пару стабильно поддерживает оптимальную кислотность дерново-подзолистой почвы в течение всего севооборота, обеспечивает достоверное улучшение физико-химических свойств почвы (рНка = 5,42, Нг = 2,44 и S = 11,2 ммоль/100 г) и положительный баланс всех элементов питания. По занятому пару в варианте с минеральными удобрениями выявлен дефицит азота, фосфора и особенно калия, физико-химическое состояние почвы ухудшилось (рНка = 5,07, Нг = 2,67 и S = 8,7ммоль/100 г). Совместное внесение навоза, минеральных удобрений и соломы всех зерновых культур (в среднем 27 т/га) с дополнительным азотом на ее разложение обеспечивает продуктивность севооборота с чистым паром на уровне 3,30 т з. ед./га. По занятому пару (совместное внесение соломы и минеральных удобрений) достоверно ниже - 3,02 т з. ед./га