Закономерности изменения показателей кислотности черноземов Каменной степи

УДК 631.445.4: 631.415.1

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КИСЛОТНОСТИ ЧЕРНОЗЕМОВ КАМЕННОЙ СТЕПИ

Ю.И. Чевердин, Ю.Н. Зборищук

Анализ динамики показателей кислотности черноземов Каменной степи за многолетний период наблюдений выявил закономерный сдвиг реакции почвенной среды в сторону под-щелачивания.

Ключевые слова: кислотность почв, мониторинг.

Выявление закономерностей изменения состояния черноземов по кислотности в результате их длительного и разностороннего использования под пашню возможно, если принять в качестве эталона почвы залежных и целинных участков. В этом отношении особый интерес представляют уникальные участки заповедника Каменная степь.

Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что длительное сельскохозяйственное использование черноземных почв сопровождается определенными изменениями в кислотности, выявленными по значительному ряду определений в образцах из ключевых разрезов.

Объекты и методы исследований

Чтобы оценить изменения кислотности почв в результате длительной антропогенной нагрузки нами был использован большой накопленный фактический материал по Каменной степи и литературные данные.

Работы проводили в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева в течение 2000—2006 гг. В качестве объектов исследований были выбраны залежные степные участки, находящиеся в режиме косимой степи с конца XIX в., лесные полосы (под номерами 34, 40, 47, 75, 107, 109, 113, 114, 131, 206), пахотные участки различной ландшафтной принадлежности и длительности (от 15 до 115 лет) антропогенной нагрузки.

Величину рН определяли потенциометрически, гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями — по Каппену. Почвенные образцы отбирали до глубины 200 см.

Результаты исследований

По данным Н.Н. Никаноровой [2], проводившей исследования почв Каменной степи в рамках экспедиции АН СССР, в середине прошлого века в пахотном слое почвы среднее значение величины рН водной вытяжки составляло 6,72, солевой — 6,32. При этом автор отмечает очень пестрое распределение этого показателя. В зависимости от микрорельефа он менялся в значительных пределах — от 6,4 до

7,6. Вместе с тем в большинстве случаев с глубины 50 см величина рН увеличивалась, и почва переходила в разряд слабощелочных разновидностей. Под лесными полосами выщелоченные черноземы имели незначительный сдвиг кислотности по отношению к черноземам обыкновенным и в верхних слоях рН был равен 5,5—6,2. На границе с первым карбонатным максимумом рН становились слабощелочными.

Для оценки изменения кислотности почв в динамике нами были использованы фондовые материалы (лабораторные журналы) и произведена статистическая обработка по этим показателям около 900 аналитических проб с различных участков почв Каменной степи. Были проанализированы данные 1967—1975 гг.

Полученные статистические материалы показывают, что за 20-летний период с момента проведения исследований экспедицией Академии наук СССР кислотность черноземных почв изменилась. Отмечается постепенное увеличение показателей рН как водного, так и солевого. По нашему мнению, это напрямую связано с вероятными проявлениями сезонной гидро-морфности черноземных почв и изменением состава почвенного поглощающего комплекса.

И.Н. Антипов-Каратаев показал, что даже при подъеме слабоминерализованной (сульфатами и карбонатами натрия) воды, происходит энергичное обменное поглощение ионов натрия, которое начинается в глубоких слоях и постепенно поднимается к верхним, со всеми вытекающими отсюда последствиями. А именно — образованием соды и увеличением щелочности почв.

Анализ данных свидетельствует, что с начала 50-х до середины 70-х годов прошлого столетия сдвиг реакции почвенной среды составил 0,25—0,7 солевого рН.

Особый интерес представляют аналитические данные лабораторий и отделов НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. Так, по состоянию на 1973— 1975 гг. рН в пахотном слое на опытном участке лаборатории севооборотов равнялись 6,7—7,0 (солевой), применения удобрений — 6,57—7,02 (солевой) и 7,45—7,66 (водный), обработки почвы — 6,87—6,9 (солевой), сортовой агротехники — 6,74 (солевой).

Большая пестрота отмечена на участке почв отдела орошаемого земледелия. Значения рН колебались в очень большом интервале — от 5,84 до 7,03 (солевой) и от 5,78 до 7,52 (водный).

Величина гидролитической кислотности соответственно составляла по этим участкам 1,29—1,61; 0,72—2,05; 1,1—1,27 мг*экв/100 г почвы. Аналогичны были значения и при орошении — 1,41—1,75 мг*экв/ 100 г почвы.

По современным данным (2006 г.), на стационаре лаборатории севооборотов величина рНсол составила 7,33; гидролитическая кислотность — 1,21 мг*экв/ 100 г почвы; кормопроизводства — 6,97—7,2 и 1,21— 1,54; на стационаре (бывшего) отдела земледелия рНсол 7,3—7,4, рНвод 7,12—7,15.

Таким образом, из этого следует, что на протяжении 50-летнего периода отмечен закономерный сдвиг реакции почвенной среды в сторону подщелачивания. Это наглядно видно из диаграммы (рис. 1).

Характерными в этом отношении являются показатели актуальной кислотности. Результаты анализа рН водной вытяжки показывают, что черноземы Каменной степи по предложенной градации относятся к слабощелочным [3]. Общая тенденция нарастания рН за анализируемый период может объяснить те изменения в качественном составе гумуса, которые отмечаются в наших исследованиях. Такое изменение приводит к накоплению веществ преимущественно гуматного характера.

В условиях слабощелочной среды происходит пептизация гумуса, переход его в более растворимую форму, доступную для микроорганизмов. Данным обстоятельством можно объяснить повышенную мощность гумусового горизонта черноземов в этих условиях [2].

Еще одним доказательством усиления гидро-морфности почв в условиях Каменной степи может служить изменение в соотношении рН водной и солевой вытяжек. Для нейтральных и кислых почв показатели рНвод, как правило, всегда выше показателей рНсол, что было характерно и соответствовало полученным аналитическим данным до последнего времени. В настоящее время вследствие изменений в

РНСОЛ 7,6

7,2

6,8

6,4

6,0

5,6

^ 7,25

6,32

1951

1975 Годы

2006

составе почвенного поглощающего комплекса черноземных почв значения рН водного выше солевого на 0,2—0,3 единицы в верхних горизонтах (до 20—30 см), а в нижележащих разность может достигать 0,5—0,8. Данное явление наблюдается при трансформации минеральных почв из нейтральных в щелочные при снижении активности иона водорода.

Практическое значение степени и длительности антропогенного воздействия на агро- и биоценозы можно оценить по изменению кислотности в контролируемых условиях стационарного опыта.

Многие исследователи, работавшие на черноземах, отмечали более высокие показатели кислотности на залежных почвах. Так, по данным И.Ф. Поротикова, величина солевого рН в верхнем 20-сантиметровом слое в среднем составила 5,92 (5,59—6,08), на смежной пашне — 6,57 (5,58—7,07) [4]. Разница между показателями — 0,65. Но если брать крайние цифры, то превышение более значительное — 1,48. Аналогичная закономерность отмечена и по водному рН — 6,87 и 7,47(разница 0,6) и по величине гидролитической кислотности. В среднем по ряду определений на залежи гидролитическая кислотность составила 2,47, на пашне — 0,87 мг*экв/100 г почвы.

Как уже отмечалось, в настоящее время кислотность почв Каменной степи сдвинута в щелочную сторону, и разница между залежью и пашней несколько меньше (рис. 2).

Рассматривая эти показатели надо отметить следующее. Существенные различия пахотных и заповедных участков наблюдаются только в верхнем слое почвы — до 40—50 см. При этом почвы, занятые естественной растительностью, имеют значения, близкие к 7. Так по нашим данным, значения солевого рН на степных участках составляли величины порядка 7,05—7,19 (на глубине 0—40 см). Ниже, в карбонатном горизонте, происходит постепенное

рН

6,5 0г

7,0

7,5

8,0

2 о

£

20

40

60

80

100

1 / у\

/ \ \ \

\ А

^ I \ \

\ 1

Рис. 1. Динамика изменения рНсол в черноземах Каменной степи

Рис. 2. Значения рНсол почв Каменной степи (2001—2005 гг.): 1 — залежь косимая; 2 — пашня, водораздел; 3 — лесная полоса; 4 — пашня, склон

усиление щелочности черноземов до рН 7,62—7,65 на глубине 90—100 см.

На пахотных черноземных почвах реакция среды слабощелочная уже с поверхности. Значения солевого рН в верхнем 40-сантиметровом слое составили 7,25—7,28. Таким образом, разница между пашней и степным участком — 0,09—0,2. В нижних горизонтах разница меньше — рНсол — 7,43—7,71.

Значения рНвод (рис. 3) по характеру и закономерности профильного распределения аналогичны рНсол. На залежном степном участке в верхнем 40-сантиметровом слое рНсол 6,85—6,94, на пашне — 7,36—7,44, т.е. разница была в пределах 0,42—0,59.

Следует отметить, что в степных почвах значения водного рН были ниже солевого, причем данная закономерность прослеживается по всему почвенному профилю. Так, если значения рНвод 6,85—6,94 (например, слой 0—40 см), то рНсол 7,05—7,19, т.е. разница составила 0,11—0,34.

Особенно следует остановиться на показателях кислотности почв под лесными насаждениями. Многие исследователи, работавшие в Каменной степи, говорили о подкисляющей роли лесных насаждений. А.С. Байко установлено, что под лесными полосами наблюдается закономерная тенденция изменения состава ППК, связанная с уменьшением суммы поглощенных оснований [1]. Здесь рНвод 5,9 и по мере удаления от лесных насаждений повышался до 7,4, т.е. почвы переходили из градации слабокислых в слабощелочные. Существенное увеличение кислотности отмечено и в исследованиях И.Ф. Поротикова [4].

Собственные исследования кислотности почв Каменной степи показали, что абсолютные значения как водного, так и солевого рН повысились; лесных почв со слабокислой реакцией нет, но общая закономерность более низких значений кислотности по отношению к пахотным почвам сохраняется (рис. 2 и 3). При этом отмечается значительная степень варьирования данного показателя. Так, например, при среднем значении рНсол 6,95 в слое 0—10 см колебания составили от 6,2 до 7,48 (интервал 1,28) и коэффициент вариации равнялся 5,44%. На глубине 40—50 см эти значения составили соответственно 6,14 и 7,72 (интервал 1,58) и коэффициент вариации 5,9%. В нижних горизонтах величина рНсол составила 7,43—7,56.

Такая же закономерность наблюдается и по рНвод. Лесные почвы имели более низкие величины этого показателя по сравнению с пашней. В лесных почвах до глубины 50 см рНвод был практически одинаков — 6,98—7,0;. на пашне — 7,36—7,52. Разница

Рис. 3. Значения рНвод почв Каменной степи (2001—2005 гг.).

Условные обозначения см. на рис. 2

рН между пахотным участком и лесной полосой составила 0,36—0,54.

Несмотря на то, что почвы под лесными полосами имеют более низкие значения рН как солевого, так и водного, отмечается общая выявленная нами закономерность сдвига реакции среды в сторону под-щелачивания по сравнению с ранее проведенными исследованиями.

Следует обратить внимание на зависимость кислотности от ландшафтной принадлежности почв. Формы рельефа и его отдельные элементы обусловливают соответствующие условия почвообразования и почвообразовательные процессы.

С учетом различий водного режима можно предположить, что реакция среды может изменяться при переходе от склона к водоразделу в сторону под-кисления. Однако анализ имеющихся фактических материалов противоречит таким представлениям. Активность водорода на склоновых участках оказалась значительно выше, причем по всему профилю почвы (рис. 2 и 3): рНсол на склоне составил 7,18, на плакоре — 7,26 (слой 0—10 см), 7,07 и 7,26 (слой 10—20 см); по рНвод закономерность такая же, но менее выраженная.

Для оценки достоверности различий был проведен статистический анализ по критерию Фишера. Результаты показывают, что все отмеченные выше различия статистически достоверны. Расчетные коэффициенты F для пары пашня на водоразделе — залежь составили: рН

сол 4,75 13,5 при ^еор

3,24; рНвод

12,1 и выше при Fтеор = 3,24; лесная полоса — пашня на водоразделе рНсол при Fрасч = 3,29—22,6 и рНвод ^асч = > 7,8 при Fтеор = 2,53. Для пары наблюдений пашня на склоне — пашня на водоразделе различия недостоверны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8.

4. Поротиков И.Ф. Отчет о НИР за 1988 г. Каменная степь, 1988.

Поступила в редакцию 26.03.2009

CHANGES OF ACIDITY INDEXES IN KAMENNAYA STEPPE'S CHERNOZEMS Yu.I. Cheverdin, Yu.N. Zborischuk

Changes of acidity indexes along the time period have a trend to the faint alkalinization under arable land and man-made forestation. Chernozems under forestation have lower pH-values than similar soil.

Key words: acidity indexes, dynamics, chernozem. Сведения об авторах

Чевердин Юрий Иванович, канд. с.-х. наук, зам. директора ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН. Зборищук Юрий Николаевич, канд. биол. наук, доц. каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ; тел.: 8 495 939-27-40

1. Байко А.С. Воздействие лесных полос на почву Каменной степи // Вопросы травопольной системы земледелия. М., 1953.

2. Никанорова Н.Н. Естественно-исторические условия Каменной степи и характеристика основных почвенных разностей // Вопросы травопольной системы земледелия. М., 1953.