Состав почвенного поглощающего комплекса луговых солонцов при лесомелиоративном освоении

УДК 631.4: 631.445.53

СОСТАВ ПОЧВЕННОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ЛУГОВЫХ СОЛОНЦОВ

ПРИ ЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОМ ОСВОЕНИИ

Ю.И. Чевердин, Ю.Н. Зборищук, И.Ф. Поротиков

Диагностическими критериями при оценке процессов рассолонцевания почв служат: уменьшение в составе ППК содержания обменного натрия, увеличение содержания обменного кальция, уменьшение щелочности, увеличение фракции гуминовых кислот, улучшение водно-физических и физических свойств почв, трансформация элювиально-иллювиального солонцового профиля, повышение продуктивности [3].

Ключевые слова: рассолонцевание почв, почвенный поглощающий комплекс, вторичная солонцеватость, солонцы.

Введение

Вопросу рассолонцевания солонцов под влиянием различных мелиоративных приемов посвящено большое число публикаций. Под рассолонцеванием подразумевается комплекс процессов, в основе которых лежит изменение состава поглощенных катионов и как следствие улучшение свойств солонцов [2, 4].

В первые годы после мелиорации на фоне вытеснения легкорастворимых солей обменный натрий активно замещается кальцием. Но через некоторое время в почвах наблюдается обратный процесс — увеличение содержания этого элемента. В данном случае обычно говорят о «реставрации солонцеватости», «вторичном осолонцовывании почв», «вторичной со-лонцеватости», «реградации солонцов» [3]. Реставрация солонцеватости почв диагностируется в основном по увеличению содержания в ППК обменного натрия и реже — по появлению морфологических признаков солонцов.

Объект и методы исследования

Исследования проводили в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. В Каменной степи были заложены два солонцово-мелиоративных стационара — для изучения изменений состояния луговых солонцов при их лесомелиоративном освоении

В сформулированной в то время гипотезе комплексной мелиорации солонцов Каменной степи с помощью ряда приемов предполагалось решить две основные задачи.

1. По замыслу авторов, землевание слоем 15—20 см должно было создать хорошее мульчирование поверхности солонцовых почв с целью предотвращения иссушения верхних горизонтов в летний период. Как правило, верхние горизонты характеризуются сильной трещиноватостью, приводящей к интенсивной

потере влаги вследствие как поверхностного, так и внутрипочвенного испарения.

2. Вследствие снижения концентрации солевого раствора растения будут испытывать меньшее негативное воздействие, а создание для них необходимого минимума плодородного почвенного субстрата особенно необходимо в первые годы жизни. То есть предполагалось решить две основные задачи — создание мульчирующего слоя, с одной стороны, и благоприятного питательного режима — с другой.

Наряду с этим, по расчетам авторов, при земле-вании слоем 15 см черноземной массой было привнесено извне из расчета на 1 га 150 т гумуса, 10 т кальция и до 0,5 т гипса.

Выбор лесомелиоративного способа освоения солонцов был основан на 60-летнем к тому времени опыте выращивания лесных полос в степных условиях черноземной зоны. Им отводилась роль естественного биологического дренажа, способного устранить возможность вторичного осолонцевания мульчирующего слоя. Опыт предусматривал создание следующих схем мелиорации:

• глубокая вспашка солонца;

• глубокая вспашка + внесение 60 т/га навоза;

• глубокая вспашка + гипсование дозой 10 т/га;

• глубокая вспашка + землевание слоем 15—20 см черноземной почвой;

• глубокая вспашка + навоз + землевание;

• глубокая вспашка + гипсование + землевание;

• глубокая вспашка + навоз + гипсование и зем-левание.

Первоначально вспашку планировали провести на глубину 35 см с расчетом на частичную самомелиорацию солонца за счет припахивания верхнего слоя гипсоносного горизонта солонца. Но намеченной глубины достичь не удалось, и вспашка была проведена на глубину всего 30 см. Вследствие этого уменьшился и гипсоносный горизонт, вовлеченный в пахотный горизонт. К вышеперечисленным вариантам был добавлен в качестве контроля чернозем обыкновенный, вспаханный на глубину 30—35 см. По всем вариантам была произведена посадка древесных пород по 17 рядов на каждой делянке.

Обсуждение результатов

Динамика содержания обменного натрия. Как известно, основным критерием эффективности мелиоративных мероприятий является оценка почвы по изменению содержания обменного натрия. Проведенные нами исследования за период с 1996 по 2005 г. с привлечением материалов с момента закладки солонцовых стационаров в Каменной степи, начиная с 1952—1954 гг., позволяют выявить в практическом, но больше в теоретическом плане роль различных вариантов коренного преобразования солонцовых пятен в улучшении свойств почвы.

На момент проведения последнего почвенного обследования срок последействия составлял 53 года. Анализ полученных данных свидетельствует о значительном длительном мелиорирующем эффекте применяемых вариантов коренной мелиорации черноземных почв. Но в то же время начиная с конца 1980-х гг. прошлого столетия отмечается четкая тенденция повышения доли обменного натрия в составе почвенного поглощающего комплекса по всем вариантам — как на затронутых мелиорацией, так и на контрольных делянках. Контроль представлен солонцом немелио-рированным (за пределами опыта), на котором исследования начали проводиться не с момента закладки стационара, а с 1957 г., и черноземом обыкновенным на делянке № 15.

В границах южной солонцовой ложбины на варианте с землеванием (делянка № 12) в слое почвы 20—35 см, соответствующем горизонту 0—15 см естественного профиля данной почвы, содержание обменного натрия за период наблюдений уменьшилось по сравнению с исходным с 9,26 мг-экв/100 г почвы (что составляет 19,6% от суммы обменных оснований) до минимальных значений 0,6—0,88 мг-экв (1,3—1,8%), отмечавшихся в 1959—1965 гг. После возобновления исследований в 1989 г., когда содержание обменного натрия было 1,74 мг-экв/100 г почвы (4,6%), происходило постепенное его повышение до 4,08 мг-экв (8,1%) в 2003 г.

Количество обменного натрия в верхнем слое почвы 0—15 см до проведения мелиорации (1952 г.) составляло 9,65 мг-экв/100 г почвы (22,5% от суммы обменных оснований). После проведения землевания вплоть до 1965 г. в верхнем мульчирующем слое фоновое его содержание было очень низким — от 0 до 0,43 мг-экв/100 г почвы. С 1989 г. доля натрия постепенно нарастала с 1,42 мг-экв до 3,73 мг-экв/100 г почвы (2003 г.), или с 3,7 до 8,0% от суммы обменных оснований.

Увеличение степени солонцеватости верхних горизонтов в опыте землевания вызывается не только перемешиванием с немелиорированной почвой, но и осолонцеванием внесенного чернозема при близком залегании грунтовых вод [5].

Проведение фонового гипсования на вариантах с землеванием (делянка № 10) не смогло существенно снизить и изменить процессы вторичного осолонце-

вания нанесенной черноземной массы. Показатели содержания обменного натрия и его доли в составе почвенного поглощающего комплекса были близки или даже несколько выше по отношению к варианту с одним лишь землеванием. Верхний мелиорируемый слой почвы 0—20 см в первые годы с начала проведения эксперимента (1954 г.) характеризовался нулевым содержанием натрия с постепенным нарастанием до значений 3,08—4,44 мг-экв/100 г почвы в 2003—2005 гг., или 9,8—10,6% от количества обменных оснований.

Особый интерес представляют данные по изменению и развитию солонцовых процессов на черноземе и целинном солонце. Содержание обменного натрия в верхнем горизонте черноземной почвы (делянка № 15) практически не изменилось за весь период наблюдений — оно колебалось в пределах 0,3—0,64 мг-экв/100 г почвы (не более 1% ППК).

Более существенные изменения претерпели нижележащие горизонты — 15—35 и 40—60 см, что характерно не только для солонцовых стационаров Каменной степи, но и, как отмечалось выше, для других почвенных разностей. Данное явление, по всей видимости, связано с изменившимися условиями почвообразования, вызванными усилением увлажненности почвенного профиля из-за увеличения количества атмосферных осадков. В слое 15—35 см содержание обменного натрия изменилось с 0,39 мг-экв в 1953 г. до 1,89 в 2003-м, или с 0,9 до 5,8% от суммы обменных оснований. В слое почвы 40—60 см эти величины колебались соответственно от 1,76 до 4,75 мг-экв, или от 4,8 до 13,2%.

На целинном солонце длительные наблюдения, которые начали проводиться с 1957 г., показали значительное колебание солонцеватости по отдельным годам, но с общей тенденцией повышения количества и доли натрия в составе почвенного поглощающего комплекса. Максимальное его количество по всему почвенному профилю отмечалось в 1996 г. — от 16,3 мг-экв/100 г почвы в слое 0—20 см до 27,8 и 24,05 мг-экв в нижележащих слоях (20—40 и 40—60 см). Доля обменного натрия от суммы обменных оснований составляла соответственно 20,2; 34,5 и 47,4%.

Как следует из приведенных данных, обычная глубокая вспашка (делянка № 15) вследствие припа-хивания нижнего горизонта в некоторой степени приводила к снижению процессов осолонцевания и улучшению свойств почвы. Снижение доли обменного натрия в этом случае происходит не так интенсивно, как на мелиорированном землеванием солонце, но этот процесс носит явно длительный характер и его положительный эффект может сказываться продолжительное время. Исходное содержание обменного натрия на этом варианте в слое почвы 0—15 см в 1954 г. составляло 10,1 мг-экв/100 г почвы (29,5% от суммы ППК) и по истечении более 40 лет снизилось до 4,71—4,34 (13,1—8,6%) в 1989 и 1996 гг. Аналогичная закономерность отмечена и для нижележащих горизонтов почв.

Состав обменных оснований. Наблюдения за составом обменных оснований на солонцовом стационаре начали проводиться с 1989 г., т.е. спустя 37 лет с момента закладки опыта. Наиболее высоким содержанием обменного кальция характеризовались варианты с землеванием и контрольный участок чернозема обыкновенного на делянке № 15. По вариантам с применением землевания (делянки № 3 и 12) содержание обменного кальция в верхнем слое почвы составило в среднем за годы проведения исследований 29,9 и 29,5 мг-экв/100 г почвы или 60,3—69,1% от суммы обменных оснований. Причем наблюдается закономерная тенденция его постепенного снижения с 1989 по 2005 г. В слое почвы 15—35 (20—35) см, соответствующем верхнему немелиорированному горизонту, доля обменного кальция оставалось на достаточно высоком уровне и составляла 26,9—29,5 мг-экв/100 г почвы (56,2—67,6%). Такая же закономерность отмечена и для более глубоких слоев почвы — 35—50 см со значениями соответственно 25,0—27,0 мг-экв/100 г почвы, или 52,6—65,1%.

Чернозем на делянке № 15 отличался более высоким содержанием обменного кальция с колебанием по профилю от 34,3 (слой 0—15 см) до 27,03 мг-экв/100 г почвы (35—50 см), что соответствовало 77,6—69,3% от суммы обменных оснований.

Гипсование (делянка № 13) по своей роли в увеличении содержания обменного кальция в составе ППК уступало вариантам с землеванием и оказалось менее эффективным. Доля обменного кальция в ППК в этом случае равнялась 58,0% в слое 0—20 см, 53,8% — в слое 20—35 и 56,4% — в слое 35—50 см, или 23,5; 23,2 и 28,8 мг-экв/100 г почвы соответственно.

Вариант комплексной мелиорации, включавший в себя землевание, проведенное по фону гипсования (делянки № 4 и 10), отличался несколько лучшим результатом в увеличении содержания кальция по сравнению с вариантом одного лишь землевания или гипсования. Доля обменного кальция колебалась по горизонтам от 64,2—64,8 в верхнем до 57,8—60,7% в нижнем слое почвы.

Унавоженная почва (делянка № 14) и контроль (делянка № 15) по содержанию обменного кальция мало различались между собой, особенно в слое 0—20 см, — 56,4 и 56,3% соответственно. Такая же закономерность сохранялась и в нижних горизонтах — 47,8 и 50,8% в слое 20—35 см, 55,6 и 62,7% в слое 35—50 см. На солонце вне опытного участка доля обменного кальция находилась на очень низком уровне. Сверху вниз она колебалась в интервале 34,5—45,8%.

Оценивая состав ППК почв стационара 1 по содержанию в нем обменного магния, надо сказать, что по всем вариантам показатели, как абсолютные, так и относительные, довольно высокие. Максимальные значения отмечены на солонце вне опытного участка — 14,7 (0—20 см), 18,6 (20—35 см) и 12,5 мг-экв/100 г почвы (35—50 см), или 30,7; 31,1 и 24,9% соответственно. Близкими значениями характеризовался не-

мелиорированный солонец — 30,6—21,1% от суммы обменных оснований.

По вариантам с применением землевания (делянки № 3 и 12) содержание обменного магния было несколько ниже, но оставалось все же на высоком уровне — 28,3—25,1% в верхнем слое почвы.

Предварительное гипсование (делянка № 13) не оказало положительного влияния на снижение доли обменного магния в составе ППК и сверху вниз оно изменялось в пределах 30,51—27,7%. Низким содержанием обменного магния отличался и вариант с навозом — 18,7—24,7%, или 10,1—12,4 мг-экв/100 г почвы.

Отмечается положительный эффект от совместного применения гипсования и землевания (делянки № 4 и 10): в верхнем мелиорированном слое почвы — 25,9—28,0% обменного магния.

В отношении обменного калия каких-либо существенных различий нам выявить не удалось; лишь в какой-то степени наблюдалось преимущество вариантов с проведением различных мелиораций при практически равных значениях его абсолютных величин.

По соотношению обменных катионов на солонцах в границах опытного участка в сравнении с естественным солонцом с западной стороны стационара можно говорить о рассоляющем характере солонцового профиля под лесонасаждением, включая контрольную делянку. На целинном солонце натриево-магни-ево-кальциевый состав обменных катионов сменяется с глубины 35—50 см на магниво-кальциево-натри-евый. На солонцах под лесонасаждением натриево-магниево-кальциевый состав не меняется. Отмечается низкая эффективность внесения навоза на солонцах с магниево-натриево-кальциевым составом обменных катионов.

Выводы

Таким образом, под пологом лесонасаждения на стационаре 1 масса черноземной почвы, насыпанной на луговой солонец, спустя 53 года начинает приобретать признаки солонцовых почв, особенно по содержанию обменного натрия, хотя его содержание не выходило за пределы нижней градации солонцевато-сти. Эти признаки начали отмечаться спустя 40 лет после закладки опыта.

Доля обменного кальция по вариантам применения землевания в слое 0—20 см колеблется в интервале 60,3—69,7%; на контрольной делянке — 45,3—57,3%, на естественном солонце вне опытного участка — 51,6—64,4, в черноземе — 74,7%. Необходимо отметить, что до 2003 г. доля обменного кальция на солонцовых участках была значительно ниже и не выходила за пределы 45% от доли в ППК.

Стабильность покровного слоя чернозема по физико-химическим свойствам можно объяснить отсутствием под пологом леса эффекта припахивания солонцовой массы и, видимо, характером режима грунтовых вод.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антипов-Каратаев И.Н. и др. Сравнительные испытания новых комплексных агролесомелиоративных и агротехнических методов освоения содово-сульфатных солонцов Центрально-Черноземной полосы (ЦЧП) // Мелиорация солонцов в черноземной зоне европейской части СССР. М., 1960.

2. Кирюшин В.И. Солонцы и их мелиорация. Алма-Ата, 1976.

3. Любимова И.Н. Агрогенная эволюция почв солонцовых комплексов сухостепной зоны // Почвоведение. 2002. № 7.

4. Пак К.П. Солонцы СССР и пути повышения их плодородия. М., 1975.

5. Юрин И.А., Поротиков И.Ф. Мелиорация солонцов Каменной степи и других районов Воронежской области // Науч. тр. НИИСХ ЦЧП. М., 1972. Т. 5.

Поступила в редакцию 14.01.2011

MEADOW SOLONETZ ABSORBING COMPLEX COMPOSITION UNDER FOREST

RECLAMATION DEVELOPMENT

Yu.I Cheverdin, Yu.N. Zborishchuk, I.F. Porotikov

Only after 50 years earth mulching layer under forest crown cover is beginning to acquire solonetz's signs. Relative upper chernozem's horizon physico-chemical stability is due to groundwater regime's nature.

Key words: soil dealkalinization, soil exchange capacity, secondary alkalinity, solonetz.

Сведения об авторах.

Чевердин Юрий Иванович, докт. биол. наук, зам. директора НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева (Воронеж); тел. 8 (47352) 4-55-35.

Зборищук Юрий Николаевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова; тел. 8 (495) 939-27-40.

Поротиков Игорь Федорович, канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр. НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева (Воронеж).