Проблема гидроморфизма почв и их использования в земледелии Центрального Черноземья

ПЛОДОРОДИЕ

DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10101 УДК 631.47

Проблема гидроморфизма почв и их использования в земледелии Центрального Черноземья

B. И. КИРЮШИН, доктор биологических наук, академик РАН, главный научный сотрудник

C. В. КИРЮШИН, старший научный сотрудник (e-mail: skiryushin@rambler.ru) Почвенный институт

им. В.В. Докучаева, Пыжевский пер. 7, стр. 26, Москва 119017, Российская Федерация

Показано значительное распространение среди черноземов ЦентральноЧерноземного района, особенно Тамбовской равнины, лугово-черноземных и черноземно-луговых почв вопреки существующим представлениям об абсолютном преобладании зональных черноземов. Использование их по аналогии с черноземами означает большие упущенные возможности, поскольку потенциал продуктивности полугидро-морфных и части гидроморфных почв значительно выше черноземных в связи с возможностью использования более требовательных культур и дифференцированных агротехнологий повышенной интенсивности при полном сокращении чистого пара. Дана агрономическая оценка переувлажненных земель, предложена их агроэкологическая группировка, включающая 5 групп (с подгруппами) в порядке возрастания гидроморфизма и солонцеватости. Освоение адаптивно-ландшафтных систем земледелия применительно к различным группам земель будет способствовать в первую очередь созданию устойчивой кормовой базы, восстановлению и развитию животноводства.

Ключевые слова: гидроморфные почвы, распространение, агроэкологическая оценка, группировка, агротех-нологии.

Для цитирования: Кирюшин В. И., Кирюшин С. В. Проблема гидроморфизма почв и их использования в земледелии Центрального Черноземья // Земледелие. 2019. № 1. С. 3-6. DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10101.

Проблема дифференцированного размещения сельскохозяйственных

культур и агротехнологии в соответствии с агроэкологическими условиями в России сохраняет свою актуальность со времен директивного советского планирования. В современный период «плановые шаблоны» сменились неуправляемым рынком с тем же результатом, несмотря на разработанные учеными адаптивно-ландшафтные системы земледелия. Эти системы предполагают формирование севооборотов и агротехнологий применительно к различным агроэкологическим группам земель: плакорным, эрозионным, переувлажненным, засоленным, солонцовым, литогенным, мерзлотным и др.

Опыт почвенно-ландшафтных изысканий и проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия в хозяйствах ЦентральноЧерноземного района свидетельствует о широком распространении лугово-черноземных, черноземно-луговых и других переувлажненных почв. При этом фактическая доля их в почвенном покрове, отражаемом детальными почвенными картами (М 1:10000) по результатам изысканий, как правило, значительно выше, чем на прежних почвенных картах, где они показаны черноземами. Отмечена значительно более высокая продуктивность этих почв, по сравнению с черноземами, за исключением интенсивного проявления засоленности, солонцеватости и затопления. Их использование значительно отличается от черноземов по набору культур, структуре посевных площадей и другим элементам систем земледелия. В числе пилотных проектов в ЦЧО для Тамбовской области в 2009 г. мы разработали проект адаптивно-ландшафтного земледелия и наукоемких агротехнологий для ООО «Агротехнологии» Жердевского района, который сопровождался производственными экспериментами по сравнению агро-

технологии различной интенсивности. Особое внимание в нем было уделено формированию систем земледелия для полугидроморфных и гидроморфных земель, поскольку они оказались преобладающими в хозяйстве, как и в Жердевском районе в целом. К сожалению, результаты этих исследований не были восприняты руководством Тамбовской области и агрономическим сообществом.

В научно-агрономической аудитории тема гидроморфизма почв лесостепной и степной зон долгое годы не акцентировалась, утверждалось абсолютное преобладание на Тамбовской равнине черноземов при относительно небольшой доле гидроморфных почв по депрессиям рельефа. По мере развития крупномасштабных изысканий картина менялась, а в последние годы проблема гидроморфизма в почвенной литературе приобрела одиозный характер в связи с наблюдаемым усилением этого процесса в силу разных причин. Примечательно, что почвоведы концентрируют свое внимание преимущественно на негативных сторонах этого процесса в значительной мере по аналогии с более северной таежно-лесной зоной, где термин глеевая, глееватая и даже слабоглееватая дерново-подзолистая почва означает значительное снижение плодородия и даже его утрату, по сравнению с плакорной почвой.

В отличие от таежно-лесной зоны, где осадки преобладают над испаряемостью (коэффициент увлажнения 1,0...1,3) и сами зональные почвы испытывают периодическое переувлажнение, в лесостепной и степной зонах с коэффициентом увлажнения 0,5...0,8 дополнительное увлажнение в результате грунтового притока или поверхностного стока - благо, которое необходимо эффективно использовать. При чрезмерном переувлажнении усиливаются негативные процессы, которые имеют различные проявления в зависимости от почвенно-ландшафтных условий. Однако в спектре почв различного переувлажнения, как показывает опыт, значительную часть можно использовать с более высокой эффективностью, по сравнению с черноземами, особенно под кормовые культуры.

Ы (D 3 ь (D ]Э (D Ь 5 (D

М О

(О

Вэтом смыслетрадиционныйтер-мин «переувлажненные» следовало бы отнести в основном к влажно-луговым и лугово-болотнымпочвам, освоение которых (если оно необходимо) связано с гидротехнической мелиорацией.

Таким образом, сложившееся традиционное отношение к переувлажненным почвам должно трансформироваться в задачи по рациональному использованию дополнительной влаги. Для этого необходимо определить условия их развития и распространения, уточнить диагностику и классификацию, разработать дифференцированные системы использования.

Условия формирования и распространения полугидроморф-ных и гидроморфных почв. Гидро-морфизм почв и разнообразные его проявления связаны с особенностями переувлажненных ландшафтов, основные их которых следующие: плоский или плосковогнутый не-дренированный рельеф с низкими относительными отметками;низкая фильтрационная способность по-чвообразующих и подстилающих пород, служащих водоупором; застой поверхностных вод в понижениях; периодическое или постоянное насыщение почв до уровня превышающего предельную полевую влагоем-кость; развитие оглеения в почвах; разнообразие почвенного покрова от лугово-черноземных до заболоченных почв. Весьма благоприятные в этом отношении условия складываются на плоскоместных низинных (140...160 м над уровнем моря) территориях Окско-Донской низменности, особенно Тамбовской равнины. Уровень почвенно-грунтовых вод на большей части Тамбовской области находится в пределах 2...6мивыше, что определяет значительное увлажнение почвенной толщи плоскихтер-риторий, по сравнению с расчлененными выпуклыми водоразделами. В определенной мере это относится к Воронежской области, в Верхнехавском, Панинском и Аннинском районах которой полугидроморф-ные почвы составляют основной фон почвенного покрова.

Развитию гидроморфизма способствует возрастающее количество осадков. Результаты анализа [3] количества годовых осадков за ° 85 лет, по данным Чакинской мет- теостанции, свидетельствуют о их значительном увеличении. Средняя о за вторую половину XX века годо-| вая сумма осадков возросла до 503 мм против 415 мм в период с 1914  по 1950 гг. За первые годы нового 5 века среднегодовое количество $ осадков достигло уже 579 мм. По

наблюдениям метеостанции Грязи в Липецкой области, среднегодовые суммы осадков возросли с 429 мм за десятилетие в 1946-1955 гг. до 521 мм за 1956-1965 гг., 558 мм - за 1986-1996 гг. и 570 мм - за 1997 -2006 гг. Значительное увеличение осадков в Каменной степи отмечено после 1966 г., в Курской области - с 1960 г. С ростом суммы осадков в той или иной мере коррелирует повышение уровня грунтовых вод на территории ЦЧО. Соответственно происходит увеличение площади гидроморфных почв. Этот процесс усиливает влияние антропогенных факторов (орошение, строительство водохранилищ, прудов, уплотнение почв и др.).

Информация о распространении полугидроморфныхи гидроморфных почв в ЦЧО чрезвычайно противоречива, поскольку в процессе почвенного картографирования не обеспечивалось должное их диагностирование: бурили недостаточное количество скважин, закладывали мало глубоких разрезов. В последние годы доля полугидроморфных почв «возрастает» не столько вследствие подъема грунтовых вод, сколько благодаря повышению точности картографирования. Так, наиболее вероятная доля лугово-черноземных почв в Тамбовской области, указанная в «Едином государственном реестре почвенных ресурсов России», составляет31,2 % [2].

Классификация и диагностика переувлажненных почв. Термин «переувлажненные» относится к почвам, испытывающим дополнительное поверхностное, грунтовое или смешанное увлажнение, по сравнению с плакорными. Переувлажнение чаще всего сопровождается анаэробными процессами за исключением тех случаев, когда оно обусловлено водами, обогащенными кислородом (проточными и др.). Следствие анаэробных процессов -развитие оглеения. Почвы с признаками оглеения в виде сизых пятен, железисто-марганцевых конкреций и др. в зависимости от степени проявления называют полугидро-морфными или гидроморфными. На этих признаках построена субстантивная классификация почв 2004 г., в которой гидроморфные почвы выделяют на уровне отдела гидрометаморфических почв с типами гумусо во-гидрометам орфических почв и перегнойно-гидрометамор-фичесских почв, а полугидроморф-ные - на уровне подтипа гидроме-таморфизованных в типе черноземов глинисто-иллювиальных. К сожалению, морфохроматические признаки дают слишком общее

представление о степени переувлажнения почв. Для этого нужны более адекватные экологические показатели,которые использованы в традиционной «Классификации почв СССР» (1977 г.) - это условия водного и гидрологического режима, в частности степень поверхностного и грунтового увлажнения почвенного профиля. По этим и другим параметрам выделяюттипы лугово-черноземных, черноземно-луговых и лугово-болотных почв.

Лугово-черноземные почвы. Этот тип разделяют на два подтипа: луговато-черноземные и собственно лугово-черноземные. Первые формируются под влиянием временного увлажнения водами поверхностного стока при глубокозалегающих грунтовых водах. Они приурочены к плоским понижениям, небольшим западинам на водоразделах.

Собственно лугово-черноземные почвы формируются под влиянием смешанного поверхностного и грунтового либо одностороннего грунтового увлажнения при уровне грунтовых вод 3...6 м. Приурочены к понижениям мезорельефа, но могут занимать обширные контуры на главных формах макрорельефа на слабодренированных равнинах. Водный режим лугово-черноземных почв определяют как попеременный промывной - десуктивно-выпотной. Он характеризуется чередованием периодов глубокого промывания почв талыми водами и иногда обильными летними осадками и возвратного капиллярного поднятия влаги. В течение значительной части вегетационного периода сохраняется связь нижней части почвенного профиля с почвенно-грунтовыми водами через капиллярную кайму. Лугово-черноземные почвы по агрономическим свойствам не отличаются от черноземов, но значительно лучше увлажнены. Признаки оглеения отмечают с1,5ми глубже.

От этих почв существенно отличаются черноземно-луговые почвы, которые разделяют на два подтипа: собственно чернозено-луговые и влажно-луговые.

Собственно черноземно-луговые почвы формируются в понижениях рельефа на недренированных равнинах (вне речных пойм) в условиях повышенного поверхностного обводнения и постоянной связи с грунтовыми водами, залегающими на глубине 1,5...3 м. Они имеют хорошо развитый гумусовый горизонт. Признаки оглеения проявляются в нижней части переходного горизонта и материнской породе.

Влажнолуговые почвы характеризуются высоким залеганием грунто-

вых вод (выше 1,0...1,5 м) в течение всего вегетационного периода и соответственно постоянной насыщенностью корнеобитаемой зоны капиллярной влагой. Поверхностное затопление ежегодное и длительное (около трех недель). Почвы маломощные и малогумусные. Признаки оглеения отмечаются в почвообра-зующей породе, в переходном и гумусовом горизонтах. Характерна общая сизоватая прокраска.

В пределах рассмотренныхтипов лугово-черноземных и черноземно-луговых почв, наряду с обычными, встречаются засоленные, солонцеватые, слитые, осолоделые и другие роды.

Лугово-болотные почвы характеризуются интенсивным оглее-нием всего профиля, нередко с наличием торфянистого горизонта малой мощности (менее 20 см). Формируются в условиях длительного поверхностного увлажнения с периодическим (ежегодно более 30 дней)затоплением.

Элювиально-глеевые черно-земовидные почвы располагаются по днищам крупных западин на водоразделах (глубина 45...150 см) площадью от 0,25 до 1 га. Их затапливают весной талые воды после снеготаяния. В условиях застойно-промывного режима развиваются осветленные горизонты. Этот процесс, в отличие от собственно глеевого (метаморфического), элювиально-глеевый. Некоторые авторы [6] называют ихчерноземовид-ными оподзоленными глеевыми.

Такие почвы отличаются от черноземов, лугово-черноземных и луговых почв менее благоприятными физическими свойствами, поскольку поверхностное переувлажнение в отличие от грунтового приводит к деградации почвенной структуры [6].

Агроэкологическая оценка и использование переувлажненных почв. Рациональное использование лугово-черноземных и черноземно-луговых почв - все еще недооцененный крупный резерв земледелия, особенно в Тамбовской области, где их доля наиболее высока, по сравнению с другими субъектами РФ в Центральном Черноземье. Преимущественное направление их использования - производство кормов, что можно назвать первоочередной задачей в связи с восстановлением поголовья скота, которое катастрофически сократилось за годы реформ, и развитием в первую очередь молочного животноводства. К сожалению, систематические исследования по оценке их продуктивности весьма ограничены, но имеющиеся статистические сведения позволяют

составить достаточно адекватное представление.

Авторы, занимавшиеся изучением географии гидроморфных почв Тамбовской области [1] отмечали наиболее высокую урожайность зерновых культур в районах с преобладанием черноземно-луговых почв (Токаревский, Ржакинский, Мордовский).

В отношении сравнительной оценки урожайности сельскохозяйственных культур на черноземах и лугово-черноземных почвах все исследователи-почвоведы отмечают преимущество последних. На них возможны различные севообороты, как правило, исключающие чистые пары. Следует подчеркнуть, что чистый пар не относится к числу необходимых элементов и на черноземах, особенно на севере лесостепной зоны, а на переувлажненных почвах он усиливает гидромофизм. На лугово-черноземных почвах благодаря наличию дополнительного увлажнения более эффективны интенсивные агротехнологии.

По поводусравнения черноземно-луговых почв, особенно глееватых, с черноземными мнения неоднозначны. Так, А. Б. Ахтырцев и др. [1 ] считают, что черноземно-луговые почвы по плодородию уступают лугово-черноземным. По данным Е. М. Самойловой [5], урожайность зерновых и зерно-бобовых на черноземно-луговой почве выше, чем натипичном черноземе и лугово-черноземной почве, на 15...30 %, кукурузы и сахарной свеклы - на 20...40 %. Подобные сведения преобладают.

Систематическое снижение продуктивности полевых культур происходит на затопляемых почвах и тем сильнее, чем длительнее период затопления. Исключение составляют многолетние травы, формирующие высокую урожайность на подавляющем большинстве переувлажненных почв.

В опытах на черноземе типичном и на черноземовидной глубокоогле-енной почве Тамбовской равнины отмечены близкиеурожаи зерновых культур с преимуществом первых во влажные годы, вторых - в сухие, а урожайность многолетних трав на черноземовидной почве была вдвое выше и достигала 350 ц/га зеленой массы. В этих же опытах на черноземовидной оподзоленной глее-ватой почве зерновые вымокали, а многолетние травы давали такой же урожай,как начерноземовидной глубокооглеенной почве [6].

При подборе культур на черноземно-луговых почвах необходимо знать оптимальную для каждой

них глубину залегания грунтовых вод. К сожалению, специальных опытов по изучению влияния уровня грунтовых вод на урожайность сельскохозяйственных культур в черноземной зоне не проводили. По некоторым экспериментальным данным [4], на почвах Араратской равнины зависимость урожайности зерновых от уровня грунтовых вод отражает уравнение: У=1,711Н-0,520Н2-0,556 В этих условиях оптимальная глубина залегания грунтовых вод, обеспечивающая максимальную урожайность, колеблется в пределах 1,5...2,1 м.

Наибольшие негативные проявления переувлажнения почв наблюдаются в условиях мелкозападинного рельефа и связаны с вымоканием или угнетением растений в микро- и мезопонижениях. В первую очередь это относится к озимой пшенице. В результате исследований, проведенных в 2005-2006 гг. в Жер-девском районе [3], было показано, что при весеннем возобновлении вегетации озимая пшеница страдает во всех микропонижениях. На черноземно-влажнолуговых почвах глубоких микропонижений она практически выпадает, а в плоских блюдцах и ложбинах степень снижения густоты посевов, по сравнению с фоном, зависит от длительности затопления и составляла 5...35 %. Место выпавших растений занимали сорняки, численность которых резко возрастала в замкнутых микропонижениях. Учет урожайности озимой пшеницы в производственных посевах показал ее снижение с 46,0 ц/ га на фоновой черноземно-луговой почве до 35,7 ц/га в мелкой микрозападине и до 6,2 ц/га в крупной микрозападине.

Влияние микропонижений на возделывание яровых культур связано с контрастностью почвенного покрова и задержкой сроков посева в зависимости от «поспевания» почв понижений на 2...7 недель.

Среди переувлажненных почв на юге Окско-Донской низменности заметную долю занимают луговые солонцы и солонцеватые почвы, использование которых связано с подбором солонцеустойчивых культур, особенномноголетнихтрав. ы

В соответствии с агроэкологиче- о скими условиями выделяют 5 групп | земель в порядке возрастания ги- ^ дрофорфизма.

Полугидроморфные земли с под- 5 группами: 2

автоморфно-полугидроморфные, ™ представленные вариациями черно- м земов, луговато-черноземных и  лугово-черноземных почв; <о

полугидроморфные (ареалы собственно лугово-черноземных почв);

полугидроморфные комплексные (лугово-черноземные почвы с участием черноземно-луговых почв микропонижений);

Гидроморфные с грунтовым увлажнением:

ареалы черноземно-луговых почв;

комплексы черноземно-луговых почв с влажно-луговыми микропонижениями;

влажно-луговые почвы. Гидроморфные с преобладанием поверхностного увлажнения, представленные подгруппами, различающимися по площади и длительности затопления.

Заболоченные земли, представленные преимущественно лугово-болотными почвами.

Солонцовыеземли, представленные черноземно-луговыми солонцеватыми почвами, лугово-степными и луговыми солонцами.

Заключение. Полугидроморфные и гидроморфные почвы Центрального Черноземья представляют крупный резерв увеличения производства сельскохозяйственной продукции, который до сих пор не осознан и не учтен в должной мере.

Большая их часть не требует осушительных мелиораций для интенсивного использования. Преоблада-ющиесреди нихлугово-черноземные почвы целесообразно использовать в беспаровых севооборотах в интенсивных и точных агротехнологиях. Их дополнительное увлажнение, по сравнению с черноземами, может быть реализовано с помощью более требовательных культур, сортов и удобрений.Благоприятные свойства этих почв позволяют расширять использование прямого посева в системахобработки почвы.

Более увлажненные, но с риском экологического переувлажнения черноземно-луговые почвы следует отводить под кормовые севообороты, увеличивая долю устойчивых к переувлажнению культур по мере усиления этих рисков, особенно при наличии влажно-луговых почв микропонижений, ограничивающих интенсификацию агротехнологий.

На периодически затопляемых черноземовидных элювиально-глеевых почвах определяющее зна-© чение имеет повышение доли много-т- летних трав, а на влажно-луговых целесообразно создание сенокосов, о При этом следует ориентировать-| ся на интенсивное возделывание многолетнихтравс использованием  оптимального количества минераль-5 ныхудобрений, что способствует не $ только повышению урожайности,

но и обеспечивает осушительный эффект благодаря интенсивному водопотреблению.

Особую категорию представляют комплексы полугидроморфных и гидроморфных почв в сложном микрорельефе. В микропонижениях выпадают озимые, что ограничивает возможность их посева в этих условиях, также как и в затапливаемых понижениях. Затопление наносит ущерб почвам (в отличие от грунтового увлажнения), способствуя разрушению структуры и уплотнению. В этой связи желательно сокращение стока со склоновых земель путем совершенствования земледелия в эрозионных ландшафтах.

Что касается гидротехнических осушительных мелиораций, то их применение должно быть разносторонне обоснованным после рассмотрения предложенных альтернатив. При этом лугово-болотные и болотные почвы и соответствующие им ландшафты должны быть в основном сохранены, поскольку они несут экологические функции регулирования гидрологического режима территории.

Интенсификация земледелия в этихусловиях одновременно с повышением урожайности способствует более полному использованию влаги и осушению переувлажненных почв.

Первоочередная задача, которая может быть решена при интенсификации использования полугидроморфных и гидроморфных почв, связана с созданием кормовой базы для восстановления и развития скотоводства. Для этого необходимо развитие территориального планирования и проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия на основе почвенно-ландшафтного картографирования.

С точки зрения научного обеспечения проблемы необходимо развитие диагностики и классификации переувлажненных почв, агрономической оценки структур почвенного покрова,агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур, в особенности их отношения к условиям гидрологческого режима, выявления оптимальных и критических уровней грунтовых вод для различных культур.

Литература.

1.Ахтырцев А. Б., Адерихин П. Г., Ах-тырцев Б. П. Лугово-черноземные почвы центральных областей Русской равнины. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981. 176 с.

2. Доклад о состоянии и охране окружающей среды Тамбовской области в 2014 году. Тамбов: ООО Изд-во «Юлис», 2015. 143с.

3. Кирюшин В. И., Трубников А. В. Гидроморфизм почв юга Тамбовской равнины в связи с увлажнением климата // Глобальные изменения климата и прогноз рисков в сельском хозяйстве России. М.: Россельхозакадемия, 2009. С. 367-382.

4. Мкртчян С. М., Авакян М. П. Закономерности влияния глубины залегания грунтовых вод на урожайность сельскохозяйственных культур переувлажненных земель Гехаркуникского марза // Изв. ГАУА. 2009. № 2. С. 86-90.

5. Самойлова Е. М. Луговые почвы лесостепи. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. 284 с.

6. Степанцова Л. В. Агрофизические свойства, гидрологический режим и диагностика черноземовидных почв севера Тамбовской низменности: дис. ... д-ра биол. наук. М., 2012. 319 с.

Problem of Soil Hydromorphism and Their Use in the Agriculture of the Central Chernozem Region

V. I. Kiryushin, S. V. Kiryushin

V. V. Dokuchaev Soil Science Institute, Pyzhevskii per., 7, str. 2b, Moskva, 119017, Russian Federation

Abstract. A significant distribution of meadow-chernozemics and chernozem-meadow soils revealed among the chernozems of the Central Chernozem region, especially within the Tambov plain, contrary to existing ideas about the absolute predominance of zonal chernozem. The use of these soils with application of the same methods as for chernozem means a great missed opportunity, since the productivity potential of semi-hydromorphic and a part of hydromorphic soils is much higher than that of chernozem due to the possibility to cultivate more demanding crops, differentiated agrotechnologies of increased intensity along with a complete elimination of bare fallow. An agronomic assessment of wetlands is given; their agroecologi-cal grouping is proposed, which includes 5 groups (with subgroups) in order of increasing hydromorphism and solonetzicity. The development of adaptive-landscape farming systems in relation to various groups of land will contribute primarily to the creation of a sustainable forage base, the restoration and development ofanimal farming.

Keywords: hydromorphic soils; distribution; agroecological assessment; grouping; agrotechnologies.

Author Details: V. I. Kiryushin, D. Sc. (Biol.), member of the RAS, chief research fellow (e-mail: vkiryushin@rambler.ru); S. V. Kiryushin, senior research fellow (e-mail: skiryushin@rambler. ru).

For citation: Kiryushin V. /., Kiryushin S. V. Problem of Soil Hydromorphism and Their Use in the Agriculture of the Central Chernozem Region. Zemledelije. 2019. No. 1. Pp. 3-6 (in Russ.). DOI: 10.24411/00443913-2019-10101.