Формирование агрофизических условий в неоднородном почвенном покрове

АГРОЭКОЛОГИЯ

УДК 631.43 А.И. Гасина,

В.М. Гончаров ФОРМИРОВАНИЕ АГРОФИЗИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В НЕОДНОРОДНОМ ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ

Ключевые слова: неоднородность, почвенный покров, агрофизические свойства, водно-воздушный режим, гумусовый горизонт, математическое моделирование.

Физические свойства почвы определяют продуктивность сельскохозяйственных угодий, и именно агрофизическое состояние становится одним из центральных, а, зачастую, главным лимитирующим фактором продукционного процесса. Вместе с тем до настоящего времени нет современных методов оценки агрофизических условий почвенного плодородия, лежащих в основе точного земледелия. Традиционные подходы, базирующиеся на выделении различных диапазонов по отдельным свойствам, порой взаимосвязанным, не учитывают в полной мере реальные условия роста и развития растений, а в пространственно неоднородном почвенном покрове становятся весьма трудоемкими. Целью работы стало изучение особенностей пространственного распределения физических свойств и поливари-антного модельного прогноза формирования водно-воздушного режима пространственно неоднородного почвенного покрова. Для анализа водно-воздушного режима пространственно неоднородных территорий целесообразно моделировать различные условия на границах почвенной толщи. Прогнозный расчет позволит понять функционирование различных участков в ландшафте.

Объекты и методы исследования

Полевые исследования проводились во Владимирском ополье на опытных участках Владимирского НИИСХ (г. Суздаль) и в северо-восточной части Мещерской низменности на территории ВНИПТИОУ РАСХН (г. Владимир). Основными методами пространственных агрофизических исследований являются детальное изучение свойств почв в

трансекте и ландшафтное обследование территории [2]. Первый заключается в закладке длинномерных (до 50 м) траншей, вдоль которых на различных глубинах подробно (шаг опробования 20-40 см) изучалась морфология почвенных горизонтов и определялись основные показатели физического состояния: плотность почвы, твердость и водопроницаемость. Этот метод позволяет оценить педогенетические процессы и основные элементы почвенного покрова, различия свойств между почвами, горизонтами, внутри горизонтов.

Результаты и обсуждения

Почвенный покров Владимирского ополья многообразен: выделяются серые лесные почвы, серые лесные почвы различной степени оподзоленности и серые лесные почвы со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ) — мощным гумусовым горизонтом интенсивно черного или серовато-черного цвета [1]. По сравнению с фоновыми серыми лесными почвами для почв со вторым гумусовым горизонтом характерны повышенное содержание в нем углерода и, как следствие, хорошая оструктуренность, уменьшение плотности и сопротивления пенетрации (табл.).

Характерным является и распространение «плужной подошвы», — технологически уплотненного слоя на глубине 25-30 см, которая в почвах с ВГГ отсутствует благодаря хорошей водопрочной структуре и устойчивости к механическому воздействию.

В трансекте, заложенной на серых лесных почвах с ВГГ, даже графически, по изо-плетам значений физических свойств контрастно выделяются участки второго гумусового горизонта с пониженной плотностью и более высоким влагосодержанием (рис. 1).

Таблица

Некоторые свойства серых лесных почв Владимирского ополья

Глубина, см Серая лесная почва Серая лесная почва с ВГГ

Рь, г/см3 Ppen, МПа в, % С, % Рь, г/см3 PPen, МПа в, % С, %

0 1,47 1,56 30,2 1,46 1,51 29,9

15 1,48 1,59 29,15 1,8 1,46 1,52 28,76 1,93

30 1,46 1,54 27,94 1,34 1,47 26,38

40 1,47 1,53 28,53 0,54 1,4 1,39 26,93 2,35

50 1,49 1,57 28,14 1,46 1,48 28,2

70 1,51 1,61 27,92 1,49 1,59 27,26

Рис. 1. Изоплеты пространственного распределения физических свойств в профиле серой лесной почвы с ВГГ: а — массовая влажность

Агроландшафты северо-восточной части Мещерской низменности характеризуются пространственной агрофизической неоднородностью — застойный водный режим отдельных участков приводит к вымоканию сельскохозяйственных растений. Диаметр таких пятен-вымочек составляет 3-5 м. Почвообразующими породами здесь служат пески и супеси, а также двучленные отложения: пески и супеси, подстилаемые суглинистой мореной [3]. Трансектные исследования свидетельствуют о высокой пространственной неоднородности морфологического строения и физических свойств почв.

Но для исследования пространственного варьирования физических свойств на другом масштабном уровне — на уровне почвенного покрова отдельного сельскохозяйственного поля — целесообразно использовать метод равномерного площадного опробования с послойным изучением в узлах строго фиксированной сетки физических свойств и морфологического строения почв. На опытном участке 0,06 га, который включал вымочку диаметром 5 м с полным отсутствием растительности, была разбита сетка с шагом 3 м. Пространственная картина увлажнения участка, представленная топоизоплетами значений влажности (рис. 2), позволила выделить на глубине 40-80 см влажную зону, соответствующую вымочке, в то время как в поверхностном

0-20 см слое в период проведения исследований (июль 2011 г.) различия уже отсутствовали. Значимость различий подтверждается статистическими показателями варьирования значений.

Результаты нивелирной съемки территории участка показали наличие блюдцеобразного понижения с перепадом высот до 40 см, приуроченного к этой зоне (рис. 3). Следовательно, микрорельеф способствует дополнительному притоку влаги в период весеннего снеготаяния и тем самым формированию зоны повышенного увлажнения.

Неоднородность физических свойств исследуемых участков формирует особенности водно-воздушного режима почвенного покрова, определяющиеся, главным образом, наличием или отсутствием в профиле контрастных по плотности и влагопроводящей способности почвенных слоев, их структурой. Для сравнительной оценки различных участков поля «на старте» расчета задавались равные условия, и дальнейшая динамика водно-воздушных условий обеспечивалась уже функционированием почвенного профиля, его морфологией и физическими свойствами. Расчет режима влажности исследованных почв был проведен в модели HYDRUS-1D на основе экспериментально полученной основной гидрофизической характеристики почв.

Глубина 0,2 м

м

Глубина 0,4 м

Глубина 0,6 м

м

Глубина 0,8 м

Глубина 1 м

Рис. 2. Топоизоплеты значений влажности (%) дерново-подзолистой почвы на опытном поле ВНИПТИОУ, июль 2011 г.

I

0.38

0.36

0.34

0.32

0.3

0.28

0.26

0.24

0.22

0.1

0.08

0.06

0.04

0.02

Рис. 3. Топографическая карта опытного участка ВНИПТИОУ, июль 2011 г.

Для серых лесных почв Владимирского ополья модельные расчеты выполнены в 4 вариантах: серая лесная почва, серая лесная почвы с «плужной подошвой», со вторым гумусовым горизонтом мощностью 5 и 30 см. Прогнозные расчеты водного режима показали, что по сравнению с серой лесной почвой, где появляются периоды недостаточного увлажнения, участки со вторым гумусовым горизонтом характеризуются по-

вышенной влажностью в течение всего расчетного срока. Это обусловлено хорошей оструктуренностью и повышенным содержанием гумуса, следовательно, и большой водоудерживающей способностью ВГГ, причем увеличение его мощности сказывается на суммарных запасах влаги в профиле почвы. Различия в верхней части профиля 10-15 см к концу расчетного периода нивелируются иссушением, но глубже влияние

м

м

второго гумусового горизонта сохраняется, формируя неоднородность водно-воздушного режима ландшафта. На характере распределения влаги также сказывается наличие уплотненной плужной подошвы, которая выделяется повышенными значениями объемной влажности.

На исследуемом участке дерновоподзолистых почв водный режим моделировался в вариантах с вымочкой и вне ее, с включением в профиль опесчаненной линзы и без нее.

Одним из параметров структуры, входящих в экспериментальное обеспечение модели, является давление барботирования — входа воздуха в поровое пространство, которое играет существенную роль при формировании водно-воздушных условий в поч-

1

сут.

3

0 "10 20 30 40

ве при их вероятном переувлажнении. Оно является величиной, обратной одному из параметров аппроксимации ОГХ — а [4]. В опесчаненом слое оно составило -17 см водного столба (-0,017 атм.), в суглинистом горизонте В — -30 см водного столба, а в элювиальном — -63 см водного столба. Профильное распределение этих значений на прогнозных хроноизоплетах давления влаги позволяет выделить анаэробные зоны и проследить их длительность (рис. 4).

Представленные на рисунках результаты модельных расчетов позволяют дать анализ различных сценариев формирования агрофизических условий полесских ландшафтах с песчаными дерново-подзолистыми почвами на двучленах.

2

0 "10 20 30 40

Рис. 4. Хроноизобары (см водного столба) дерново-подзолистой почвы (Владимирская область) для различных вариантов модельных расчетов (белая линия — давление барботирования):

1 — в вымочке с суглинистым нижним горизонтом; 2 — в вымочке с включением песчаного слоя в нижней части профиля; 3 — вне вымочки с суглинистым нижним горизонтом;

4 — вне вымочки с включением песчаного слоя в нижней части профиля

Прежде всего основным фактором длительного переувлажнения следует признать блюдцеобразные понижения рельефа территории, приводящие к дополнительному притоку влаги в период весеннего снеготаяния. Переувлажнение сохраняется здесь даже после 20 дней застоя влаги (модельные расчеты), а их длительность определяется уже генетическим строением профиля: «лужа» сохраняется от 3 (в профиле с песчаной линзой) до 10 дней (без песчаной линзы). Следовательно, наличие в почвенном профиле песчаных линз закономерно способствует быстрому дренированию его нижней части, что справедливо как для точек вне вымочки, так и в вымочках. Помимо этого, дополнительное влияние на формирование агрофизических условий оказывает структура порового пространства. Включение в модельный расчет элювиального горизонта с пониженным давлением барботирования, характеризующего реальные условия аэрации в почве, продлевает анаэробные условия в корнеобитаемом слое на 5-7 дней (рис. 4, 1).

Выводы

Результат проведенных модельных исследований показал, что формирование водно-воздушного режима в различных агроландшафтах Владимирской области имеет яркие особенности. Неоднородность почвенного покрова Владимирского ополья, прежде всего, наличие и мощность второго гумусового горизонта, уплотнение подпахотного слоя являются основными фактора-

ми в процессах перераспределения почвенной влаги и формирования водно-воздушного режима. Для дерново-подзолистых почв Мещерской низменности основным режимоформирующим фактором является рельеф территории, приводящий к длительному переувлажнению в блюдцеобразных понижениях. Дополнительно к этому на формирование водно-воздушных условий оказывают влияние наличие в профиле опесчаненных слоев и структура порового пространства.

Библиографический список

1. Величко А.А., Морозова Т.Д., Нечаев В.П., Порожнякова О.М. Позднеплейстоценовый криогенез и современное почвообразование в зоне южной тайги (на примере Владимирского ополья) // Почвоведение. - 1996. - № 9. - C. 1056-1064.

2. Гончаров В.М. Агрофизическая характеристика почв в комплексном почвенном покрове: дис. ... докт. биол. наук. — 2010. - 221 с.

3. Почвы Владимирской области: технический отчет / Владимирский филиал ин-та Центргипрозем. — Владимир, 1984. — 193 с.

4. Шеин Е.В., Кокорева А.А., Горба-

тов В.С., Умарова А.Б., Колупаева В.Н., Перевертин К.А. Оценка чувствительности, настройка и сравнение математических моделей миграции пестицидов в почве по данным лизиметрического эксперимента // Почвоведение. — 2009. — № 7. —

С. 824-833.

+ + +

УДК 632.4:663.174

Е.В. Матвиенко

ВЛИЯНИЕ СОРТА, МЕЗОФОРМ РЕЛЬЕФА И МЕТЕОУСЛОВИИ ГОДА НА ЗАРАЖЕННОСТЬ СЕМЯН СОРГОВЫХ КУЛЬТУР ГРИБАМИ pp. FUSARIUM И AILERNARIA В ЛЕСОСТЕПИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

Ключевые слова: сорго, сорт, рельеф, метеоусловия, грибы, пораженность.

В последние годы из-за сильного поражения болезнями сорговые культуры сами стали накопителями многих инфекций, и получение здорового семенного материала в настоящее время очень актуально. Для разработки сбалансированных систем защиты сорговых культур от болезней необходима комплексная оценка источников инфекции болезни.

Влияние сорта, мезоформ рельефа и метеоусловий года на пораженность семян

сорговых культур несовершенными грибами родов Alternaría и Fusarium изучали в 20102012 гг. на опытных полях ГНУ Поволжского научно-исследовательского института селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова, лабораторные — на кафедре химии и защиты растений СГСХА.

Цель исследований — изучить влияние сорта, рельефа местности и метеоусловий вегетационного периода на пораженность семян сорговых культур патогенными грибами pp. Alternaría и Fusarium в условиях лесостепи Самарской области.