Роль многолетних трав в сохранении и повышении плодородия орошаемых лугово-черноземных почв

УДК 633.2

РОЛЬ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ В СОХРАНЕНИИ И ПОВЫШЕНИИ ПЛОДОРОДИЯ ОРОШАЕМЫХ ЛУГОВОЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ

Ю.В. АКСЕНОВА, кандидат биологических наук, доцент

Омский ГАУ

E-mail: screpka@front.ru

Резюме. Проведены комплексные сравнительные исследования гумусного состояния длительно орошаемых лугово-черноземных почв Омского Прииртышья. Установлено, что 30-летнее орошение привело к подъему уровня грунтовых вод, перераспределению фракций фульвокислот и снижению гуминовых кислот в составе гумуса, уменьшению количества кальция и увеличению магния в составе обменных катионов, а также сдвигу реакции среды в сторону подщелачивания. Возделывание многолетних трав на почвах, вовлеченных в условия длительного орошения, способствовало повышению валового содержания гумуса и фракции гумусовых кислот, связанных с кальцием. Результаты исследований дают возможность своевременно выявлять и предотвращать неблагоприятные последствия орошения, оценивать и прогнозировать степень изменения гумусного состояния орошаемых земель на других территориях, в условиях недостаточного увлажнения с равнинно-гривным рельефом и слабой естественной дре-нированностью.

Ключевые слова: орошение, плодородие, гумус, гуминовые кислоты, фульвокислоты, фракционно-групповой состав, многолетние травы.

В связи с недостаточной влагообеспеченностью многих земледельческих районов лесостепной и степной зон Западной Сибири одна из наиболее острых проблем - орошение почв черноземного ряда и почвенно-экологические изменения, вызванные влиянием оросительных мелиораций. Западная Сибирь в мелиоративном отношении - довольно сложный, но важный сельскохозяйственный регион страны. Основные причины чрезвычайной комплексности почвенного покрова региона - большая неоднородность геологического строения, микрозападинность рельефа, слабая дренированность территории, высокая карбонатность, засоленность почвообразующих и подстилающих пород[1].

Сегодня практически все почвы черноземного ряда распаханы, освоены и в течение последних 50.. .100 лет испытывают сильное антропогенное воздействие на гумусное и структурное состояние. В современных условиях ведения сельскохозяйственного производства растущее отчуждение питательных веществ из почвы обусловливает непрерывную минерализацию гумуса и ухудшение его качественного состава. За последние 70.80 лет потери гумуса в пахотных почвах страны, по сравнению с началом века, составили 40.50 % [2]. В лугово-черноземных почвах снижение его содержания в пахотном слое за 30.150лет достигло 15.25 %, что намного больше, чем в зональных чернозема [3]. Усиление процессов минерализации растительных остатков и частично гумуса наблюдается не только при распашке целинных почв и их длительном использовании в сельском хозяйстве, но и в случае поступления дополнительного количества влаги в процессе орошения [4].

Начатое в 60-70 гг. XX века крупномасштабное орошение сельскохозяйственных угодий Западной Сибири, в первые годы способствовало увеличению урожаев овощных и плодово-ягодных культур. Однако с 80-х годов стали проявляться такие негативные последствия, как подъем уровня грунтовых вод, переувлажнение, подтопление, засоление и эволюция почв в гидроморфные, менее пригодные для сельскохозяйственного производства.

Цель наших исследований - изучить влияние многолетних трав на плодородие лугово-черноземных почв в условиях длительного орошения. В задачи исследований входило определение направленности процессов трансформации гумуса, его качественного состава, состава обменных катионов и реакции среды почв в условиях длительного орошения.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили на базе полевых стационарных опытов Сибирского НИИСХ, заложенных в 1976 г, на лугово-черноземных среднемощных среднегумусных тяжелосуглинистых почвах, используемых в кормовых севооборотах и орошаемых более 30 лет

Площадь одного поля составляет 2,7 га, делянки - 360 м2.

Орошение опытных полей СибНИИСХ, начатое в 1977 г., осуществляется машинами Волжанка из реки Омь. Иследования проводили на делянках с естественным плодородием почвы. Отбор образцов осуществляли в 15-икрат-ной повторности из пахотного (0.20) и подпахотного (20.40 см) слоя, со следующих вариантов:

богара (зерновые культуры) - контроль, распашка люцерны 5-го года жизни, распашка костреца безостого 8-го года жизни, козлятник восточный 13-го года жизни.

В год отбора образцов (2009 г) полив проводили только на полях, занятых многолетними травами, нормой 450 м3/га.

Валовое содержание гумуса определяли по методу Тюрина И.В. в модификации Симакова с дополнениями Никитина Б.А., качественный состав гумуса - по методу Тюрина И.В. в модификации Пономоревой и Плотниковой, состав обменных катионов - комплексонометрическим методом, сумму обменных катионов - по Каппену-Гильковицу, рН почвы - потенциометрическим методом.

Результаты и обсуждение. Несмотря на щадящие нормы полива (350...450 м3) в результате многолетнего орошения территория исследуемого массива испытывает влияние слабоминерализованных грунтовых вод, уровень которых в течение вегетационного периода варьировал от 2,39 до 3,13 м.

В сложившейся гидрологической ситуации на богарном участке рН почвенного раствора в пахотном и подпахотном слоях находится в интервале близком к нейтральному - 6,53.6,54 (табл. 1). Реакция среды на орошаемом массиве сдвигается в сторону подщелачивания и варьирует в пахотном горизонте в интервале от 6,74 до 6,94, а в подпахотном - от 6,84 до 7,08. Однако в целом реакция среды на изучаемой территории остается близкой к нейтральной. На наш взгляд, это связано с тем, что в процессе жизнедеятельности многолетних трав и при разложении их остатков образуются гумусовые кислоты, которые частично нейтрализуют щелочные соединения.

Воспроизводство гумуса в почвве опытного стационара обеспечивает ежегодно создаваемое в агроценозе органическое вещество. В условиях экстенсивной системы орошаемого земледелия на участках, занятых многолетними травами, не установлено снижения валового содержания гумуса и ухудшения его качественного состава по отношению к аналогичной почве, находящейся в условиях богарного земледелия (табл. 1).

Наибольшее накопление гумуса отмечено в пахотном слое под козлятником восточным 13-го годажизни, где при-

— Достижения науки и техники АПК, №03-2011

Таблица 1. Показатели физико-химических и химических свойств орошаемой лугово-черноземной почвы (СибНИИСХ, 2009 г.)______________________

Слой, см %У У Сумма обменных катионов Содержание обменного рН

кальция 1 магния

мг-экв/100 г почвы

Богара

р 2 о 6,55 41,8 26,0 5,6 6,53

20...40 5,93 41,6 26,0 5,6 6,54

Распашка люцерны 5-го года жизни

0...20 7,19 44,6 26,0 11,3 6,94

20...40 5,93 42,4 23,7 13,7 7,05

Распашка костреца безостого 8-го года жизни

0...20 7,07 44,2 25,3 10,7 6,75

20...40 6,62 43,2 25,0 8,6 6,84

Козлятник восточный 13-го года жизни

0...20 7,45 46,6 25,3 10,0 6,74

20...40 5,59 49,0 24,6 11,2 7,08

бавка к контролю составила 0,9 %. На участке после распашки люцерны 5-го года жизни, содержание гумуса в почве увеличилось на 0,64 %, а после костреца 8-го года жизни-на 0,52%.

В качественном составе гумуса лугово-черноземных почв преобладают гуминовые кислоты, доля которых превышает 50 %, на фульвокисло-ты приходится в среднем от 15 до 21 %. Среди гуминовых кислот наиболее важное значение имеет фракция, прочно связанная с кальцием (ГК2), так как именно она участвует в образовании структуры почвы. В контрольном варианте на ее долю приходилось 25,3...23,5 %, а в условиях орошения количество ГК2 значительно увеличивалось во всех вариантах (табл. 2).

В условиях богарного земледелия в почве доля свободных гуминовых кислот (ГК1) составляла 13,4.11,3 %. Под влиянием влаги, дополнительно поступающей при орошении, их количество снижалось, в среднем на 3 %, что, на наш взгляд, связано с закреплением свободных гумусовых кислот, образующихся при гумификации растительных остатков, катионами кальция и переходом их во фракцию ГК2.

В группе фульвокислот на всех орошаемых участках отмечена тенденция к увеличению фракции агрессивных фульвокислот (ФК1а), как в пахотном (на 1 %), так и подпахотном (на 0,6 %) слоях. Другие фракции фульвокислот

распределялись аналогично соответствующим им фракциям гуминовых кислот. Тип гумуса во всех вариантах классифицируется, как гуматный.

В почве орошаемых учасков, на которых возделывали многолетние травы наблюдалась тенденция к увеличению суммы обменных катионов, по отношению к контролю. Под козлятником восточным 13-го года жизни в пахотном слое она достигала 46,6 мг-экв/100 г почвы, а в подпахотном слое - 49,0 мг-экв/100 г почвы (см. табл. 1). После распашки многолетних трав общее количество обменных катионов снижалось до 44,2.42,4 мг-экв/100 г почвы.

Количество кальция в составе обменных катионов на фоне возделывания многолетних трав не увеличивалось и варьировало на уровне контроля - от 23,7 до 26,0 мг-экв/100 г почвы. На наш взгляд, это вызвано фиксацией кальция, высвобождающегося после отмирания и разложения растительных остатков, поступающих в большом количестве, новообразованными свободными гумусовыми кислотами (см. рисунок).

Выводы. Многолетнее орошение пахотных луговочерноземных почв привело к снижению содержания гуминовых кислот (в среднем на 5.7 %) и перераспределению фракций фульвокислот в составе гумуса. Под многолетними бобовыми и бобово-злаковыми травами произошло увеличение количества валового гумуса в слое 0.20 см на 0,52.0,9 % и улучшение его качественного состава, благодаря повышению доли фракции гуминовых кислот, прочно связанных с кальцием (на 3.5,5 % в слое 0.20 и на 1,2.7,6 % в слое 20...40 см).

Для предотвращения дальнейшего ухудшения экологической обстановки и снижения плодородия луговочерноземных почв, вовлеченных в длительное орошаемое земледелие и сопредельных территорий, необходимо проводить регулярный контроль за уровнем и химическим составом грунтовых вод, реакцией среды, составом почвенно-поглощающего комплекса, валовым содержанием гумуса и его качественным составом.

Таблица 2. Качественный состав гумуса длительно орошаемой лугово-

черноземной почвы, % от СпЯ|||

Слой, см С, общ' % Фракции гуминовых кислот (ГК) 7 гк Фракции Фульвокислот (ФК) 7 фк Гу- мин

1 2 | 3 1а 1 2 3

Богара - контроль

0.20 3,8 13,4 25,3 19,7 58,4 1,6 4,7 3,7 6,3 16,3 25,3

20-40 3,4 11,3 23,5 20,6 55,4 2,0 5,8 5,2 5,6 18,6 26,0

Распашка люцерны 5-го года жизни

0.20 4,2 11,0 31,9 10,6 53,5 2,2 4,8 6,0 2,6 15,6 30,9

20.40 3,4 13,1 29,7 10,5 53,3 2,6 5,2 7,3 3,2 18,3 28,4

Распашка костреца безостого 8-го года жизни

0.20 4,0 10,2 31,5 15,1 56,8 2,5 4,2 8,2 3,0 17,9 25.3

20.40 3,8 8,5 35,4 10,6 54,5 2,6 4,2 7,7 2,4 16,9 28,6

Козлятник восточный 13-го года жизни

0.20 4,3 10,0 34,5 10,4 54,9 2,5 5,1 4,9 3,7 16,2 28,9

20.40 3,2 8,3 36,1 11,4 55,8 3,1 3,4 9,9 4,9 21,3 22,9

26.5 26

25.5 25

24.5 24

23.5 23

22.5

40

35

30

25

20

15

10

5

о

Богара - контроль Распашка люцерны Распашка костреца Козлятник

5-го года жизни безостого 8-го года восточный 13-го _________________________________________________жизни_____________гола жизни

- чО

н о4 § 2 = а * = І І

Рисунок. Зависимость между содержанием обменного кальция в орошаемой почве и фракции гуминовых кислот, прочно связанных с кальцием: обменный кальций  - в слое 0.20 см, мг-экв/100 г почвы; - в слое 20.40 см, мг-экв/100 г почвы; содержание гуминовых кислот, прочно связанных с кальцием ^4- - в слое 0.20 см, %; - * - - в слое 20.40 см, %.

Достижения науки и техники АПК, №03-2011

13

Литература.

1. Гоф В.Ф. Химические и физико-химические свойства чернозема обыкновенного//Почвоведение. - 1975. -№2. - С. 20-26.

2. Жуков А.И., Попов П.Д. Регулирование баланса гумуса в почве. - М.: Росагропромиздат, 1988. - 39 с.

3. Кирюшин В.И., Лебедева И.Н. Изменение содержания гумуса черноземов Сибири и Казахстана под влиянием сельскохозяйственного использования //Доклады ВАСХНИЛ. - 1984. - №5. - С. 4-7.

4. Орлов Д.С., Аниканова Е.М., Садовникова Л.К. Влияние орошения на содержание гумусовых веществ и углеводов в южных и предкавказских черноземах //Агрохимия. - 1975. - №12. - С. 51-58.

THE ROLE OF PERENNIAL CRASSES IN CONSERVATION AND INCREASE OF FERTILITY OF

IRRIGATED LUGOVO-CHERNOZEM SOILS

Y.V. Axsenova

Summary. Complex comparative researches of a humus state are conducted is a long rrigation lugovo-chernozem soils of Omsk region. It is positioned that 30-year-old irrigation of agrosoils has led to groundwater table lifting, redistribution as a part of a humus of fractions of fulvic acids and to decrease in humic acids, reduction of calcium and augmentation of magnesium as a part of exchange cations and to transferring of reaction of medium towards alkalization. Cultivation of perennial grasses on the soils involved in conditions of long irrigation, promoted increase of the total content of a humus and fraction of the humic acids bound to calcium. Results of researches give the chance to reveal and prevent in due time unfavorable consequences of forced-circulation, to spend an assessment and to predict degree of change of a humus state of the soils which are in conditions of a long rrigation and in other extensive terrains in regions of insufficient humidification. Key words: rrigation, fertility, a humus, humic acids, fulvic acids, a fractionally-group compound, perennial grasses.

УДК 631.811.9

МОНИТОРИНГ СОДЕРЖАНИЯ НИКЕЛЯ В ПОЧВАХ

С.В. ЛУКИН, доктор сельскохозяйственных наук, директор

ФГУ «Центр агрохимической службы «Белгородский» E-mail: serg.lukin2010@yandex.ru

Резюме. Изучение закономерностей фонового распределения никеля в почвах Белгородской области и его накопления в растениях сахарной свеклы проводили в течение 2010 г. на 19 реперных объектах ЦАС «Белгородский», которые заложены на пашне и представляют собой поле или его часть площадью 4...40 га. Почвенный покров реперных участков представлен черноземами типичными и выщелоченными.

Среднее валовое содержание никеля в пахотном слое почв составляет 25,0±2,5 мг/кги варьируетв пределах 16,6.34,3 мг/кг. С увеличением глубины оно достоверно не изменяется. Наибольшая величина этого показателя(34,3мг/кг) отмечена в черноземе типичном Алексеевского района, сформированном на лессовидных глинах, а самая низкая (16,6 мг/кг) - в черноземе выщелоченном Грай-воронского района, сформированном на лессовидных суглинках. Среднее содержание подвижных форм никеля в пахотном слое составляет 0,46 мг/кг (1,8 % от валового). На глубине 61.80 и 81.100 см оно увеличивается соответственно до 1,17±0,32 и 1,49±0,46 мг/кг, доля подвижных форм от валового количества возрастает до 4,7...6,2 %.

Концентрация никеля в корнеплодах сахарной свеклы в среднем составляет 0,50±0,12 мг/кг, что в четыре раза меньше, чем в ботве. Коэффициент биологического поглощения этого элемента для основной продукции сахарной свеклы (0,74) был существенно выше, чем для побочной (0,48). Никель можно отнести кгруппе элементов с низкой интенсивностью поглощения (КБП менее 1). Региональным кларком никеля для почв Белгородской области можно считать 25 мг/кг. Превышения ОДК валового содержания и ПДКподвижных форм никеля в почве, а также МДУ в растительной продукции не установлено.

Ключевые слова: никель, чернозем, токсичность, валовое содержание никеля, содержание подвижных форм никеля, коэффициент биологического поглощения.

Сегодня имеется достаточно данных, которые позволяют отнести (ІЧІІ) к биоэлементам. Его физиологическая роль в растении разнообразна. Этот элемент стимулирует фотосинтез через вхождение в полярные липоиды и улучшение обеспеченности фотосинтетического аппарата расте-

14 -------------------------------------------------

ний пластидными пигментами. Никель способствует формированию спиральной структуры нуклеиновых кислот, активирует аргиназу, трипсин и ряд пептидаз, действующих на азотсодержащие группировки, служит катализатором окисления лецитина и линолевой кислоты [1].

Однако характер действия никеля определяется его концентрацией в окружающей среде. При повышенном содержании этого элемента в почве происходит угнетение роста растений, снижается количество хлорофилла в листьях. [2].

Никель в почве отличается слабой подвижностью. Он концентрируется в основном в илистой фракции, обогащенной минералами типа монтмориллонита [3]. С органическим веществом почвы этот элемент может образовывать хорошо растворимые хелатные соединения. По глубине почвенного профиля он мигрирует в катионной форме в виде истинных растворов соединений. Возможна так же миграция в коллоидном состоянии и в виде механических взвесей.

Кларк никеля в почве составляет 40 мг/кг [3]. Ориентировочно-допустимая концентрация (ОДК) валового никеля в песчаных и супесчаных почвах - 20 мг/кг, в суглинистых и глинистых с рНКС|<5,5 - 40, а с рНКС|>5,5 - 80 мг/кг Предельно-допустимая концентрация (ПДК) подвижныхформ этого элемента, извлекаемыхААБ с рН 4,8, составляет 4 мг/кг

Основные антропогенные источники поступления никеля в окружающую среду - сжигание нефти и бензина (около 27 тыс. т/год), цветная и черная металлургия (около 10,6 тыс. т/год), сжигание древесины и отходов (около 6,4 тыс. т/год). Минеральные удобрения нельзя рассматривать в качестве источника загрязнения почв этим элементом, поскольку содержание никеля в них, как правило, ниже, чем в почвах. Например, в состав аммиачной селитры входит 8,3 мг/кг этого элемента, нитроаммофоса - 6,2, азофоски - 37,3 мг/кг Содержание никеля в навозе КСР составляет 7,2 мг/кг сухого вещества [4].

Почвообразующие породы Центрального Черноземья отличаются низким содержанием никеля. В песках и супесях оно не превышает 10 мг/кг, в легких и средних суглинках составляет около 22 мг/кг, в тяжелых суглинках и глинах - около 32 мг/кг [5].

— Достижения науки и техники АПК, №03-2011