Мониторинг содержания органического вещества в почвах ЦЧО

DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10303

УДК 631.452

Мониторинг содержания органического вещества в почвах ЦЧО

С. В. ЛУКИН1, доктор сельскохозяйственных наук,

директор (e-mail:

serg.lukin2010@yandex.ru)

Е. А. ЗАЗДРАВНЫХ1, кандидат географических наук, зав. лабораторией Е. А. ПРАЗИНА2, аспирант

1Центр агрохимической службы «Белгородский», ул. Щорса, 8, Белгород, 308027, Российская Федерация 2Белгородский государственный национальный исследовательский университет (НИУ «БелГУ»), ул. Победы, 85, к. 14, Белгород, 308015, Российская Федерация

Резюме. Исследования проводили в юго-западной части ЦЧО на территории Белгородской области. Цель работы - проанализировать многолетнюю динамику содержания органического вещества в черноземах Белгородской области, а также влияние на величину этого показателя экспозиции склонов и степени эродированности. Почвенный покров в основном был представлен черноземами типичными, выщелоченными и обыкновенными. В работе использованы материалы сплошного агрохимического обследования, проведенного в 1984-2018гг., ипочвенно-эрозионного обследования, выполненного в 2013-2018 гг. Содержание органического вещества определяли по методу Тюрина (ГОСТ 26213-91) в аккредитованной испытательной лаборатории Центра агрохимической службы «Белгородский». По результатам агрохимического обследования в 2015-2018 гг. средневзвешенное содержание органического вещества в почвах увеличилось, по сравнению с 2010-2014 гг., на 0,2 %. При этом большинство пахотных почв области (70,6 %) относилось к категории среднеобеспеченных. Повышенным содержанием органического вещества характеризовались 15,9 % обследованных почв (самый высокий уровень за весь период наблюдений), доля почв с низким содержанием органического веществ достигла исторического минимума -13,1 %. В основном это обусловлено возросшем до 8,1 т/га уровнем внесения органических удобрений, широким использованием си-дератов (19,4 % отпосевной площади), повышением поступления пожнивно-корневых остатков в результате возросшей урожайности сельскохозяйственных культур, увеличением доли многолетних трав в структуре посевных площадей на 0,8 %. По мере повышения степени смытости черноземов типичных и обыкновенных наиболее сильно, по сравнению с водоразделами, снижается содержание органического вещества в почвах на склонах южных экспозиций, меньше - на восточных и западных склонах и еще меньше - на склонах северных экспозиций.

Ключевые слова: агрохимическое обследование, эрозия, органическое вещество, чернозём, склон, смыв почвы, экспозиция склона.

Для цитирования: Лукин С. В., Заздравных Е. А., Празина Е. А. Мониторинг содержания органического вещества в почвах ЦЧО// Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 3. С. 15-18. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10303.

Наиболее плодородными почвами России традиционно считают черноземы Центрально-Черноземных областей (ЦЧО). Во многом такое представление сложилось благодаря высокому (7...10 %) содержанию органического вещества, которое было установлено В.В. Докучаевым при почвенном обследовании [1].

Величина этого показателя традиционно служит основным критерием почвенного плодородия. В органическом веществе концентрируется около 90 % почвенного азота, значительное количество фосфора, калия, кальция и микроэлементов, поэтому оно во многом, особенно при низком уровне использования минеральных удобрений,

определяет пищевой режим почв, оказывая на него прямое влияние как источник элементов питания. Косвенное влияние органического вещества обусловлено его воздействием на физико-химические и водно-физические свойства почв. С ним связано образование агрономически ценной структуры почвы, увеличение влагоемкости, емкости поглощения катионов, снижение миграционных потерь элементов питания, микробиологическая активность. Кроме того, органическое вещество - мощный геохимический аккумулятор солнечной энергии и углерода [2].

Многолетнее интенсивное сельскохозяйственное использование черноземов привело к различным видам их деградации, в частности, дегумификации, которая вызвана рядом причин: развитием эрозионных процессов, недостаточным использованием органических удобрений и поступлением в почву пожнивно-корневых остатков, усиленной минерализацией органических компонентов вследствие интенсивной обработки и применения минеральных удобрений. В первые десять лет после распашки целинных чернозёмов потери органического вещества могут составлять до одной трети от исходного количества, а затем его содержание относительно стабилизируется [3, 4, 5, 6].

Цель работы - проанализировать многолетнюю динамику содержания органического вещества в черноземах Белгородской области и влияние на величину этого показателя экспозиции склонов и степени эродированности.

Условия, материалы и методы. Территория Белгородской области включает лесостепную и степную почвенные зоны. Почвенный покров пашни лесостепной зоны в основном представлен чернозёмами типичными (44,8 % от всех пахотных почв области), выщелоченными (25,7 %) и тёмно-серыми лесными почвами (6,2 %), степной зоны - чернозёмами обыкновенными (13,0 %), остаточно-карбонатными (1,1 %) и солонцеватыми (3,6 %). Доля эродированных пахотных почв по данным второго тура почвенного обследования (1970-1986 гг.) составляет 47,9 % [7]. В среднем за 2015-2018 гг. общая посевная площадь была равна 1428,5 тыс. га.

Продолжительность периода с температурами выше 10 °С составляет 150.158 дней, а сумма температур выше 10 °С изменяется от 2500 °С на севере до 2750 °С на юго-востоке области. В западной части годовая сумма осадков находится на уровне 605.612 мм, в юго-восточной - 559 мм. Среднемноголетняя величина гидротермического коэффициента варьирует в пределах от 0,9 на юго-востоке до 1,2 на западе области.

В работе использовали материалы сплошного агрохимического обследования, проведенного в 1984-2018 гг., и почвенно-эрозионного обследования, выполненного в 2013-2018 гг. Содержание органического вещества определяли по методу Тюрина (ГОСТ 26213-91) в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБУ «ЦАС «Белгородский».

Степень эродированности почв определяли в соответствии с общепринятыми рекомендациями [8]. По ориентации относительно сторон света склоны подразделяли на «холодные» (северной экспозиции), «теплые» (южной) и «нейтральные» (западной и восточной) [9]. При изучении внутрипрофильного распределения органического вещества выборка включала 30 образцов, содержание физиче-

Таблица 1. Динамика обеспеченности пахотных почв органическим веще ством, % от обследованной площади

Циклы Годы Группировка почв по степени обеспеченности, % Средне-взвешенное содержание, мг/кг

очень низкое <2,0 низкое 2,1...4,0 среднее 4,1...6,0 повышенное 6,1...8,0 высокое 8,1...10,0

IV 1984-1989 1,4 16,6 67,1 14,8 0,1 4,9

V 1990-1994 1,2 19,5 70,6 8,6 0,1 4,8

VI 1995-1999 1,4 18,4 69,3 10,9 0,0 4,9

VII 2000-2004 1,05 17,2 74,7 7,05 0,0 4,9

VIII 2005-2009 0,7 15,1 75,0 9,2 0,0 5,0

IX 2010-2014 0,4 14,5 77,0 8,1 0,0 5,0

X 2015-2018 0,4 13,1 70,6 15,9 0,0 5,2

скои глины в черноземе типичном составляло в среднем 60,7 %, в черноземе обыкновенном - 70,7 %.

При статистической обработке данных использовали расчёты доверительного интервала для среднего значения (>Ш058-) и коэффициента вариации (V, %).

Результаты и обсуждение. По данным фонового мониторинга, проводимого в заповеднике «Белогорье», установлено, что чернозём типичный мощный тучный целинного участка «Ямская степь» в слое 10...20 см (горизонт А1) содержит 10,1 % органического вещества, на глубине 55.65 см (горизонт АВСа) - 4,7 %.

При проведении почвенного обследования была зафиксирована значительная дегумификация пахотных почв Белгородской области. За годы между первым и вторым турами (соответственно в 1950-1965 гг. и 1970-1985 гг.), снижение содержания органического вещества в пахотном слое несмытых черноземов типичных и выщелоченных лесостепной зоны составило 0,4...0,6 %, черноземов обыкновенных степной зоны - 1,0 % [4].

Сплошное агрохимическое обследование почв на содержание органического вещества началось только в четвертом цикле (1985-1989 гг.). На протяжении 1985-2014 гг. существенного изменения средневзвешенной величины этого показателя не наблюдали, она находилась в пределах 4,8...5,0 %, а в 2015-2018 гг. увеличилась до 5,2 %. При этом большинство пахотных почв области (70,6 %) относилось к категории среднеобеспеченных. Повышенным содержанием органического вещества характеризовались 15,9 % обследованных почв (самый высокий уровень за весь период наблюдений), доля почв с низким содержанием достигла исторического минимума - 13,1 % (табл. 1).

Увеличение содержания органического вещества в почвах области обусловлено рядом причин. Так, в 20102014 гг. уровень внесения органических удобрений составлял 4,8 т/га посевной площади, а в 2015-2018 гг. он увеличился на 3,3 т/га до рекордного значения 8,1 т/ га (см. рисунок). Это стало возможным благодаря образованию большого количества органических удобрений в результате интенсивного развития птицеводства и свиноводства. При этом для поддержания бездефицитного баланса органического

вещества в зернопропашных севооборотах ЦЧО рекомендуется вносить 6...7 т/га севооборотной площади подстилочного навоза [7].

Одновременно за эти же годы доля многолетних трав в структуре посевных площадей области возросла с 5,9 до 6,7 %. В севооборотах с долей многолетних трав более 40 % положительный баланс органического вещества формируется без внесения органических удобрений [7].

В последние годы в области реализуется программа биологизации земледелия, предполагающая широкое распространение сидеральных культур. В 2015-2018 гг. сидераты в среднем за год возделывали на площади 277,5 тыс. га (19,4 % от общей посевной площади), тогда как в 2010-2014 гг. они занимали только 99,3 тыс. га (7,3 %). По своему влиянию на режим органического вещества почвы 1 т сидерата крестоцветных культур соответствует 0,7 т навоза КРС [10].

Очень важный источник пополнения гумусного фонда почвы - нетоварная часть урожая и пожнивно-корневые остатки, объем образования которых напрямую коррелирует с урожайностью сельскохозяйственных культур. В 2015-2018 гг., по сравнению с 2010-2014 гг., она значительно увеличилась. Например, урожайность озимой пшеницы выросла на 27,1 %, кукурузы на зерно - на 33,8 %. По содержанию органического вещества 1 т соломы эквивалентна 3,6 т навоза КРС [10].

По данным последнего завершенного цикла агрохимического обследования (табл. 2), наиболее низкое средневзвешенное содержание органического вещества наблюдается в пахотных почвах западных районов области: Грайворонском (3,98 %) и Борисовском (4,30 %). Эти районы относятся к Украинской лесостепной почвенной провинции оподзоленных, выщелоченных, типичных чернозёмов и серых лесных почв. В этой провинции преобладают черно-

19641970

19711975

19761983

19841989

1990- 19951994 1999 Годы

20002004

20052009

2010- 20152014 2018

Рисунок. Динамика применения органических удобрений, т/га.

_ Достижения науки и техники АПК. 2019. Т 33. № 3

Таблица 2. Распределение почв пашни по содержанию органического вещества в 2015-2018 гг., % от обследованной площади

Группировка почв по содержанию органического вещества, % Средне-взвешенное содержание, %

Район очень низкое <2 низкое 2,1...4 среднее 4,1...6 повышенное 6,1...8 высокое 8,1...10

Губкинский 0,03 2,87 50,67 46,42 0,01 5,96

Прохоровский 0,00 0,20 69,62 30,18 0,00 5,84

Вейделевский 0,07 3,16 62,84 33,93 0,00 5,70

Ивнянский 0,00 1,64 79,89 18,47 0,00 5,55

Корочанский 0,16 15,59 51,07 33,18 0,00 5,43

Ракитянский 0,00 1,55 86,16 12,29 0,00 5,39

Красногвардейский 0,00 8,08 77,51 14,36 0,05 5,33

Старооскольский 2,64 15,69 53,51 27,92 0,24 5,25

Красненский 0,32 9,88 76,09 13,71 0,00 5,21

Новооскольский 0,10 12,32 71,40 16,18 0,00 5,18

Волоконовский 0,14 6,37 89,92 3,57 0,00 5,10

Яковлевский 0,07 11,87 82,95 5,10 0,01 5,05

Алексеевский 0,04 14,12 76,93 8,91 0,00 4,99

Шебекинский 0,23 18,08 73,77 7,87 0,05 4,98

Валуйский 0,64 16,00 74,58 8,78 0,00 4,94

Белгородский 0,20 13,40 83,38 3,02 0,00 4,89

Ровеньский 0,08 12,10 86,91 0,91 0,00 4,82

Чернянский 0,87 34,92 46,05 18,16 0,00 4,73

Краснояружский 0,12 24,97 74,69 0,22 0,00 4,47

Борисовский 5,56 28,22 65,95 0,27 0,00 4,30

Грайворонский 0,31 48,29 51,40 0,00 0,00 3,98

зёмы мощные и среднемощные, малогумусные (4,5...5,5 % органического вещества в пахотном слое) [7].

Наиболее высокое средневзвешенное содержание органического вещества отмечено в пахотном слое почв Губкинского (5,96 %) и Прохоровского (5,84 %) районов. Их территории входят в состав Среднерусской лесостепной провинции, черноземы которой, в отличие от чернозёмов Украинской лесостепной провинции, относятся преимущественно к среднемощным (редко мощным) среднегумусным (5,5...6,5 % органического вещества в пахотном слое) [7].

По состоянию на 01.01.2014 г в ЦЧО наиболее низкое средневзвешенное содержание органического вещества (4,63 %) отмечено в почвах Курской области, самое высокое - в Тамбовской области - 6,6 %. В почвах Воронежской области средневзвешенное содержание органического вещества составляет 5,57 %, в Липецкой - 5,52 % [11].

Большое влияние на содержание органического вещества в почве оказывает степень проявления эрозионных процессов и экспозиция склонов. Склоны разных экспозиций имеют различия по водному и питательному режимам почвы, количеству поступающей солнечной радиации, неоднородности снежного покрова, следствием чего становятся разные скорости накопления и гумификации органического вещества. На холодных склонах сформированы черноземы, содержание органического вещества в которых превышает величину аналогичного показателя на склонах нейтральной и теплой экспозиции [12, 13, 14]. В Воронежской области исследованиями П. А. Ко-стычева было установлено, что в результате более значительного развития водной эрозии на склонах южной экспозиции формируются черноземы с меньшим содержанием органического

вещества [13]. В Белгородской области у чернозёмов склонов северной экспозиции величина этого показателя на 0,4...0,7 % выше, чем на южных [12, 14].

По данным почвенно-эрозионного обследования в пахотном слое чернозема типичного Украинской лесостепной провинции содержание органического вещества на водоразделе составляло в среднем 5,3 %. В слабосмытых почвах северной экспозиции величина этого показателя уменьшалась в среднем до 4,93 %, в среднесмытых - до 4,12 %. На склонах нейтральной экспозиции содержание органического вещества снижалось на слабосмытых почвах до 4,89, среднесмытых - до 4,04 %. Наиболее заметное уменьшение отмечали на склонах южной экспозиции - до 4,57 % на слабосмытых почвах и до 3,84 % на среднесмытых.

Аналогичная закономерность отмечена и у черноземов обыкновенных Среднерусской провинции степных чернозёмов. Например, при среднем содержании органического вещества 5,55 % на водоразделе величина этого показателя на холодных склонах уменьшалась до 5,08 % на слабосмытых почвах и до 4,40 % на среднесмытых. Наиболее низкое содержание органического вещества было характерно для склонов теплой экспозиции - 4,7 и 3,85 % соответственно. Содержание органического вещества на склонах нейтральной экспозиции было ниже, чем на холодных, но выше, чем на южных склонах. Для слабосмытых почв оно составляло 4,83 %, для среднесмытых - 4,12 % (табл. 3).

В процессе почвенно-эрозионного обследования изучали профильное распределение органического вещества в различныхподтипах черноземов (табл. 4). Обращает на себя внимание относительно высокое его содержание в нижней части гумусово-аккумулятивного горизонта и переходных горизонтах АВ и В. Такая ситуация, вероятно, обусловлена эллювиально-иллювиальными процессами профильного перераспределения органического вещества [3].

Таблица 3. Содержание органического вещества почвы в зависимости от экспозиции склона и степени эродированности почв, %

Экспозиция Степень смытости Число образцов 05 х т'т-тах V, %

Чернозем типичный Украинской лесостепной почвенной провинции

водораздел несмытая 330 5,30±0,04 4,5. ..5,9 7,2

теплая слабосмытая 64 4,57±0,12 3,6. ..5,3 10,1

среднесмытая 64 3,84±0,18 2,0. ..4,6 18,5

холодная слабосмытая 63 4,93±0,10 4,2. ..5,8 8,3

среднесмытая 25 4,12±0,23 2,9. ..4,7 13,1

нейтральная слабосмытая 35 4,89±0,16 4,0. ..5,7 9,8

среднесмытая 34 4,04±0,18 2,8. ..4,7 13,1

Чернозем обыкновенный Среднерусской провинции степных чернозёмов

водораздел несмытая 410 5,55±0,04 4,4. ..7,3 8,8

теплая слабосмытая 113 4,70±0,10 3,3. ..5,6 10,9

среднесмытая 166 3,85±0,10 2,0. ..5,0 17,1

холодная слабосмытая 81 5,08±0,08 4,2. .6,1 7,9

среднесмытая 33 4,40±0,18 3,2. .5,5 12,0

нейтральная слабосмытая 50 4,83±0,14 3,5. .5,8 9,5

среднесмытая 38 4,12±0,18 3,0. .5,1 13,8

Таблица 4. Содержание органического вещества почвы в зависимости от глубины почвенного профиля, %

Горизонт Гпубина, см min-max V, %

Чернозем типичный Украинской лесостепной почвенной провинции

0...25 5,27±0,10 4,10...5,80 9,1

А 26...45 4,65±0,16 3,20...5,60 14,4

АВ 46...77 3,66±0,16 2,00...5,60 19,4

В 78...100 2,72±0,12 2,10...3,80 19,9

ВС 101...130 1,93±0,10 1,20...2,40 20,7

С >130 0,63±0,02 0,50...0,90 19,1

Чернозем обыкновенный Среднерусской провинции степных чернозёмов

А ах 0...25 5,65±0,14 4,60...7,20 9,9

Аах 26...41 5,18±0,18 3,70...7,00 12,7

АВ 42...63 4,36±0,18 2,60...6,60 16,3

В 64...97 3,01±0,12 2,40...3,80 16,0

ВС 98...115 1,88±0,16 0,90...2,80 31,9

С >115 0,81±0,06 0,50...0,90 19,8

*глубина отбора проб 130...145 см; **глубина отбора проб 115...130 см.

Выводы. Таким образом, по результатам агрохимического обследования установлено, что в 2015-2018 гг. средневзвешенное содержание органического вещества в почвах Белгородской области увеличилось, по сравнению с 2010-2014 гг., на 0,2 %.

Основные причины такой ситуации в возросшем (до 8,1 т/га) уровне внесения органических удобрений, широком распространении сидератов (19,4 % от посевной площади), повышении поступления пожнивно-корневых остатков в результате увеличившейся урожайности сельскохозяйственных культур, росте доли многолетних трав на 0,8 %. В результате почвенно-эрозионного обследования установлено, что с повышением степени смытости черноземов типичных и обыкновенных наиболее сильно, по сравнению с водоразделами, снижается содержание органического вещества в почвах склонов южной экспозиции, меньше - на склонах восточной и западной и еще меньше - на склонах северной экспозиции.

Литература.

1. Докучаев В. В. Избранные сочинения. М.: Сельхозгиз, 1954. 708 с.

2. Семёнов В. М., Когут Б. М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 223 с.

3. Агроэкологическое состояние почв ЦЧО / под ред. А. П. Щербакова, И. И. Васенева. Курск: изд-во ВНИИ Земледелия и защиты почв от эрозии, 1996. 326 с.

4. Юмашев Н. П., Трунов И. А. Почвы Тамбовской области. Мичуринск-наукоград РФ: Изд-во Мичурин. гос. агр. ун-та, 2006. 216 с.

5. Сискевич Ю. И. Агрохимический мониторинг при кадастровой оценке пахотных земель в зонах интенсивного земледелия: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук. Воронеж, 2007. 20 с.

6. Корчагин В. И. Эколого-агрохимическая оценка плодородия почв Воронежской области. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», 2017. 28 с.

7. Соловиченко В. Д. Плодородие и рациональное использование почв Белгородской области. Белгород: Отчий дом, 2005. 292 с.

8. Классификация и диагностика почв СССР / В. В. Егоров, В. М. Фридланд, Е. Н. Иванова и др. М.: «Колос», 1977. 224 с.

9. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий /

B. И. Кирюшин, А. Л. Иванов, М. В. Буланова и др. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.

10. Рекомендации по проектированию интегрированного применения средств химизации в ресурсосберегающих технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия: инструктивно-методическое издание/А. Л. Иванов, А. А. Завалин, А. И. Карпухин и др. М.: «Росинформагротех», 2010. 464 с.

11. Чекмарёв П. А. Агрохимическое состояние пахотных почв ЦЧО России //Достижения науки и техники АПК. 2015. № 9.

C. 17-20.

12. Каштанов А. Н., Явтушенко В. Е. Агроэкология почв склонов. М.: Колос, 1997. 240 с.

13. Костычев П. А. Почвы черноземной области России. М.: Сельхозгиз, 1949. 239 с.

14. Празина Е. А. Влияние экспозиции склонов и степени смытости на плодородие черноземов лесостепной зоны //Агрохимический вестник. 2018. № 3. С. 44-47.

Monitoring of Organic Matter Content in the Soils of the Central Chernozem Region

S. V. Lukin1, E. A. Zazdravnykh1, E. A. Prazina2

Center of Agrochemical Service "Belgorodsky", ul. Shchorsa, 8, Belgorod, 308027, Russian Federation 2Belgorod State National Research University (NRU "BelSU") ul. Pobedy, 85, k. 14, Belgorod, 308015, Russian Federation Abstract. The research was conducted in the south-western part of the Central Chernozem Region in the territory of the Belgorod Region. The purpose of the work was to analyze the long-term dynamics of the organic matter content in the chernozems of the Belgorod region, as well as the effect of slope exposure and erosion degree on this indicator. The soil cover was mainly represented by typical, leached and ordinary chernozems. In this paper, we used the data received from a continuous agrochemical survey conducted in 1984-2018, and a soil erosion survey conducted in 2013-2018. The organic matter content was determined by Tyurin method (GOST 26213-91) in the test laboratory of Belgorod Agrochemical Center. According to the results of 2015-2018 agrochemical survey, the weighted average content of organic matter in the soils increased, as compared with 2010-2014, by 0.2%. At the same time, the majority of arable lands of the region (70.6%) belonged to the category of medium-provided ones. 15.9% of the examined soils (the highest level for the entire observation period) were characterized by the increased content of organic matter; the proportion of soils with low content of organic matter reached a historical minimum - 13.1%. This is mainly due to the manuring level increase (up to 8.1 t/ha), wide green manure use (19.4% of the cultivated area), crop root residues raise due to crop yields increase, increasing proportion - by 0.8% - of perennial grasses in the land under cultivation. As the degree of erosion of typical and ordinary chernozems increases, the content of organic matter in soils on the slopes of southern exposures decreases to the most extent, compared to watersheds, on the eastern and western slopes to a lesser extent, and least of all on the slopes of northern exposures.

Keywords: agrochemical survey; erosion; organic matter; chernozem; slope; soil washout; slope exposure.

Author Details: S. V. Lukin, D. Sc. (Agr.), director (e-mail: serg.lukin2010@yandex.ru); E. A. Zazdravnykh, Cand. Sc. (Geogr.), head of laboratory; E. A. Prazina, post graduate student (e-mail: eprazina@mail.ru).

For citation: Lukin S. V., Zazdravnykh E. A., Prazina E. A. Monitoring of Organic Matter Content in the Soils of the Central Chernozem Region. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 3. Pp. 15-18 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10303.