Трансформация некоторых физических свойств постагрогенных серых почв залежей при различном использовании

УДК 634.0.114 А.Н. Рыбакова, О.А. Сорокина

ТРАНСФОРМАЦИЯ НЕКОТОРЫХ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОСТАГРОГЕННЫХ СЕРЫХ ПОЧВ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Дан анализ некоторых физических свойств постагрогенных серых почв чистых залежей, а также залежей, повторно вовлеченных в пашню и используемых под сенокосы в лесостепной зоне Красноярского края. Сделано заключение о возможности их дальнейшего рационального использования по таким показателям, как структурный состав, плотность сложения и запасы продуктивной влаги.

Ключевые слова: залежь, постагрогенные серые почвы, структурный состав, плотность сложения, запасы продуктивной влаги.

A.N. Rybakova, O.A. Sorokina SOME PHYSICAL PROPERTY TRANSFORMATION OF POSTAGROGENIC GRAY SOIL DEPOSITS IN THEIR DIFFERENT USE

The analysis of some physical properties of postagrogenic gray soil pure deposits, and deposits, re-engaged in ploughed-field and used for hay-making in the forest-steppe zone of the Krasnoyarsk Territory is given. The conclusion about the possibility of their further rational use by such indicators as the structural composition, bulk density and the available moisture reserves is made.

Key words: deposit, postagrogenic gray soils, structural composition, bulk density, available moisture reserves.

Введение. При выводе сельскохозяйственных территорий из использования на месте агроценозов возникают постагрогенные фитоценозы, характеризующиеся совершенно другим составом и структурой растительности, микробиоты и гидротермических условий. Основным компонентом биогеоценозов, довольно быстро реагирующим на смену экологических условий и отражающим эту взаимосвязь, является почва [Анциферова, 2005]. Постагрогенные сукцессии не могут не отражаться на динамике морфологии, физических, химических и микробиологических свойств почв. В результате происходит кардинальное изменение закономерностей формирования и функционирования почв, что в свою очередь приводит к эволюции и существенному изменению их экологических функций [Владыченский и др., 2010].

В условиях Сибири вопрос об изменении свойств серых почв залежей при различном их использовании остается малоизученным.

Существенная роль в оценке динамики плодородия почв при антропогенных воздействиях отводится изучению агрофизических свойств, особенно структурного состояния и плотности сложения. Агроэкологиче-ские факторы и структура почвы - важнейшие условия ее плодородия. Структурный состав является проявлением сущности протекающих в почве процессов, критерием плодородия почв или их деградации. Структура почвы образуется главным образом под влиянием биологического воздействия на механические элементы почвы и в большей степени зависит от плотности элементарных почвенных частиц, слагающих почву, и от соотношения различных фракций гранулометрического состава [Ковда, 1973; Кирюшин, 2010]. Однако немаловажную роль в структурообразовании играют физические, химические и физико-химические явления, не связанные непосредственно с жизнедеятельностью организмов, населяющих почву [Кураченко, 2010].

Цель исследования. Проанализировать и дать оценку некоторых физических свойств постагрогенных серых почв залежей при различном их использовании в Ачинско-Боготольской и Красноярской лесостепи.

Объекты и методы исследования. Нами проводилось сравнение структурного состояния, плотности сложения (г/см3) и запасов продуктивной влаги (мм) в слое 0-20см в агросерых почвах чистых залежей, а также залежей, введенных в пашню и используемых под сенокосы. В качестве объектов исследования летом 2011 года были подобраны пробные площадки в Ачинско-Боготольской лесостепи (Козульский район) и Красноярской лесостепи (Емельяновский район). В каждом районе площадки расположены в одинаковых геоморфологических условиях, на близком друг от друга расстоянии. Материнской породой всех почв являются коричневобурые глины. Они имеют следующее общее строение почвенного профиля: О (1-3см) - АУра (15-21см) -АЕ1_ (12-18см) - ВЕ1_ (15-31см) - ВТ (14-23см) - ВС (20-23см) - С. Характерна резкая ровная граница по глубине бывшей вспашки при переходе от гумусово-аккумулятивного к элювиальному горизонту.

В обоих районах исследования чистая залежь представляет переходную стадию залежной сукцессии - от корневищной к дерновинной. Растительность представлена преимущественно луговым фитоценозом. Залежь, введенную в сельскохозяйственный оборот, использовали под посевы пшеницы. Сенокос представляет собой луговой, преимущественно мятликово-бобовый фитоценоз.

На пробных площадках всех объектов отбирались почвенные образцы в пятикратной повторности из слоев 0-10 и 10-20 см. Структура определялась по Н.И. Саввинову методом сухого просеивания. Рассчитывалась сумма агрономически ценных фракций (АЦФ). Определение плотности сложения проводилось по методу Н.А. Качинского. Полевая влажность почвы и запасы продуктивной влаги определялись согласно ГОСТ 28268-89. Подсчитывали коэффициент пространственного варьирования (С,%) всех показателей (Мср) и достоверность различий (Ц общепринятыми статистическими методами исследования [Михеева, 2001].

Результаты исследований. По содержанию агрономически ценных фракций (АЦФ) постагрогенная серая почва залежи Емельяновского района (Красноярская лесостепь) характеризуется как «отлично» ост-руктуренная (87,4%) в слое 0-10 см и «хорошо» оструктуренная в слое 10-20 см (78%), что следует из таблицы 1. Содержание глыбистой фракции составляет в этих слоях 2,4 и 21,0% соответственно. Фракция пыли практически отсутствует. На пашне и сенокосе структурное состояние в обоих слоях оценивается как хорошее (содержание АЦФ от 71,3 до 75,9%). Самое большое количество глыб отмечено в почве сенокоса.

Как указывают В.И. Кирюшин (1996) и другие авторы, наилучшие водно-воздушные свойства почв степной и лесостепной зоны складываются при размере агрегатов от 0,25 до 3 мм Максимальное количество таких агрегатов отмечено на пашне в слое 0-10см (48,6%), что является оптимальным для произрастания большинства сельскохозяйственных культур.

Таблица 1

Структурное состояние серых почв Емельяновского района

Объект Глубина, см Мср I АЦФ, %

Содержание фракций (%) размером, мм

> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 < 0,25

Залежь 0-10 12,4 10,1 12,3 22,5 14,5 14,6 4,2 7,2 2,3 87,4

10-20 21,0 10,2 14,6 20,5 13,6 12,4 3,3 3,4 1,0 78,0

Пашня 0-10 18,6 10,7 8,6 7,5 7,4 22,0 9,0 10,2 6,1 75,4

10-20 21,5 18,0 10,2 10,2 7,2 17,3 6,0 6,9 2,7 75,9

Сенокос 0-10 23,5 12,2 9,6 13,8 11,9 16,1 5,0 5,1 2,8 73,7

10-20 25,2 10,3 7,7 11,5 10,5 17,7 6,4 7,1 3,5 71,3

Распределение в пространстве отдельных фракций структурного состава неравномерно и является довольно варьирующим признаком в постагрогенных почвах залежей Емельяновского района при различном направлении их использования.

Таблица 2

Пространственное варьирование структурного состава серых почв Емельяновского района

Объект Глубина, см С, %

Размер фракций, мм

> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 < 0,25

Залежь 0-10 17,6 31,4 21,3 6,6 12,9 23,6 25,2 19,7 12,8

10-20 14,0 23,9 22,4 22,5 15,3 25,7 40,2 51,0 85,3

Пашня 0-10 29,4 29,7 16,4 1,0 8,4 9,6 24,5 41,1 14,4

10-20 13,1 24,1 29,9 19,8 10,4 33,0 28,8 43,6 42,8

Сенокос 0-10 17,8 31,2 21,0 25,0 15,8 25,6 31,8 54,8 64,8

10-20 23,1 26,1 18,4 13,4 15,3 16,7 6,3 17,7 29,0

Содержание глыбистых фракций на чистой залежи варьирует незначительно как в слое 0-10 см, так и слое 10-20 см (17,6 и 14,0% соответственно). Очень высокая степень вариации отмечена только для фракции пыли в слое 10-20 см, где коэффициент вариации составляет 85,3% на залежи, 42,8% на пашне. В слое 0-10см максимально варьирует фракция пыли на сенокосе. Здесь коэффициент пространственной вариации составляет 64,8% (табл.2). На залежи и пашне можно отметить общую тенденцию более низкой степени пространственной вариабельности почвенных агрегатов в слое 0-10 см, с одновременным увеличением варьирования в слое 10-20 см. В целом агрономически ценные фракции варьируют с незначительной и средней степенью. При введении залежи в пашню наблюдается некоторое снижение коэффициентов варьирования структурных отдельностей. На сенокосе отмечается существенное снижение коэффициентов пространственного варьирования агрегатов в слое 10-20 см по сравнению с более уплотненным слоем 0-10 см до незначительной степени.

Структурное состояние серых почв Козульского района (Ачинско-Боготольская лесостепь) оценивается как отличное на всех объектах по всем слоям (содержание АЦФ в пределах 80,1-87,2%). Максимальное содержание АЦФ отмечается на пашне в слое 0-10 см, где оно составляет 87,2% (табл.3). Содержание глыб в почвах всех объектов исследования не превышает 20%. Изменение структурного состояния на пашне связано с обработкой почвы, которая влияет на перераспределение фракций разного размера. Наблюдается некоторое уменьшение содержания АЦФ с глубиной отбора почвенных образцов, особенно на пашне. Это можно объяснить обилием корневой системы травянистой и культурной растительности, а также влиянием прижизненных выделений корней в верхних слоях почвы, следовательно, лучшей деятельностью почвенной биоты.

Таблица 3

Структурное состояние серых почв Козульского района

Объект Глубина, см Мср I АЦФ, %

Содержание фракций (%) размером, мм

> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 < 0,25

Залежь 0-10 10,4 9,6 13,0 19,3 16,8 19,3 3,7 4,8 3,1 86,5

10-20 12,8 8,7 12,2 22,0 18,5 17,4 3,4 2,8 2,3 85,0

Пашня 0-10 8,6 9,9 7,5 13,1 14,9 26,2 5,6 9,9 4,3 87,2

10-20 18,5 11,8 9,8 14,0 11,9 20,6 5,5 6,4 1,4 80,1

Сенокос 0-10 12,4 12,7 15,3 20,9 14,1 14,6 2,9 4,1 3,1 84,5

10-20 11,2 12,1 15,5 20,7 14,0 14,8 3,6 4,8 3,3 85,5

В таблице 4 представлены коэффициенты пространственного варьирования структурного состава по-стагрогенных серых почв залежей Козульского района. Содержание глыбистых фракций в почвах объектов этого района исследования по величине коэффициентов пространственного варьирования резко отличается в сравнении с Емельяновским. Величины коэффициентов варьирования (С) существенно повышаются, особенно в почвах чистой залежи и сенокоса. Они составляют здесь 57,6-64,8%. Варьирование глыбистой фракции в слое 0-10 см почвы пашни Козульского района несколько меньше (54,9%). В слое 10-20 см на пашне коэффициент варьирования глыб снижается до среднего значения (32,1%) за счет механической обработки почвы.

Пространственное варьирование структурного состава серых почв Козульского района

Объект Глубина, см С, %

Размер фракций, мм

> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 < 0,25

Залежь 0-10 57,6 61,0 50,4 18,1 32,7 57,9 34,4 48,5 43,9

10-20 42,8 36,5 16,5 10,5 23,8 24,7 14,0 34,9 42,6

Пашня 0-10 54,9 34,1 29,7 18,4 24,8 12,0 32,5 27,2 44,8

10-20 32,1 22,8 5,6 6,1 11,4 20,8 21,3 32,1 32,8

Сенокос 0-10 64,8 19,5 20,6 6,5 17,2 33,1 27,1 47,4 30,4

10-20 48,7 16,3 20,6 7,1 18,7 27,0 32,8 31,4 25,0

На залежи можно отметить также высокое варьирование частиц размером 10-7 и 7-5 мм в слое 0-10 см (С=50,4 - 61%), что можно объяснить более выраженным микрорельефом, куртинистостью напочвенного покрова, очаговым произрастанием трав. В почве чистой залежи происходит уменьшение степени варьирования содержания большинства фракций с глубиной (в слое 10-20 см). На пашне зафиксировано некоторое выравнивание пространственного варьирования структурного состава. Здесь, как и на залежи, происходит уменьшение коэффициентов вариации большинства агрегатов в слое 10-20 см. Незначительная и средняя пространственная неоднородность основных фракций структурного состава наблюдается на сенокосе.

Статистически доказуемые различия (по критерию Стьюдента) структурного состояния двух слоев почв всех объектов исследования Емельяновского района получены при сравнении агрономически ценных фракций. Фактическое значение этого критерия в большинстве случаев значительно превышает теоретическое (^еор=2,1).

Таблица 5

Достоверность различий (1) структурного состояния серых почв залежей Емельяновского района

Объект Глубина, см Размер фракций, мм

> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 < 0,25

1 - залежь t1-t2 0-10 2,4 0,3 2,7 19.1 8.1 4.1 4,4 1,5 7,8

10-20 0,3 3,5 2,2 4.5 6.4 1.7 2,8 2,3 2,7

2 - пашня t2-t3 0-10 1.6 0.7 0.9 4 5.1 2.8 3,3 2,2 3,7

10-20 1.3 3.4 1.7 1.2 4.1 0.2 0,5 0,2 1,3

3 - сенокос t1-t3 0-10 5.2 1.0 1.9 5.1 2.2 0.6 0,9 1,4 0,6

10-20 1.4 0.1 4.4 4.1 2.6 2.7 5,1 3,9 4,4

Как правило, изменения в структуре почвы достоверны при сравнении пары «залежь - пашня». На залежи проявляется оструктуривающее воздействие травостоя на почву, поэтому происходит улучшение структуры почвы и, следовательно, увеличение агрономически ценных фракций. При сравнении пары «залежь - сенокос» максимальное количество достоверных различий отмечается в слое 10-20 см почвы залежи (табл.5).

Достоверность различий (^ структурного состояния серых почв залежей Козульского района

Объект Глубина, см Размер фракций, мм

> 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 < 0,25

1 - залежь ^42 0-10 0,5 0,1 1,8 3,2 0,6 1,3 1,9 3,1 1,2

10-20 1,6 1,7 2,5 7,2 3,2 1,2 3,8 3,5 1,8

2 - пашня t2-tз 0-10 0,9 1,5 4,5 6,3 0,4 4,5 3 6,0 1,2

10-20 2,0 0,2 3,9 8,9 1,6 2,2 2,5 1,5 4,5

3 - сенокос ^43 0-10 0,4 1,1 0,7 1,0 1,0 0,9 1,2 2,9 0,1

10-20 0,4 2,1 2,0 1,1 2,0 1,0 0,4 2,4 1,9

Установлена высокая достоверность различий структурного состояния почв залежей между объектами исследования в Козульском районе. Из таблицы 6 следует, что при теоретическом значении критерия Стьюдента, равном 2,1, фактическое значение в большинстве случаев значительно выше при сравнении пар: «залежь - пашня», «пашня - сенокос». Не установлены достоверные различия при сравнении структурного состояния постагрогенных серых почв залежи и сенокоса. Здесь из 18 значений 3 являются достоверными.

Плотность сложения зависит от гранулометрического и минералогического состава, содержания органического вещества, структурного состояния и сложения твердой фазы почвы. Степень уплотнения почвы оказывает большое влияние на водный, воздушный, тепловой режимы почв и продуктивность растений. При уплотнении почвы уменьшается ее влагоемкость, снижается водопроницаемость.

Плотность сложения бывает обычно наименьшей в верхних, гумусовых горизонтах почвы, где характерна минимальная удельная масса почвы из-за присутствия гумуса, а рыхлость сложения, создаваемая корнями растений и роющей деятельностью живущих в почве насекомых и других мелких животных, наибольшая.

По данным Н.Л. Кураченко (2010), В.И. Кирюшина (2010), А.С. Фатьянова (1972) и других авторов в серых почвах наименьшую плотность сложения имеет пахотный слой. В подпахотном горизонте она заметно возрастает, а далее с глубиной увеличивается постепенно.

Таблица 7

Плотность сложения

Район Глубина, см Объекты

Залежь Пашня Сенокос

Мср С,% Мср С,% Мср С,%

Емельяновский 0-10 1,1 15,4 1,2 2,2 1,2 2,2

10-20 1,2 3,8 1,4 4,3 1,1 9,5

Козульский 0-10 1,0 2,4 1,1 6,7 1,1 5,2

10-20 1,0 1,5 1,2 2,2 1,1 4,3

В Емельяновском районе наблюдается уплотнение почвы пашни по сравнению с залежью и сенокосом (табл.7). По глубинам отбора различия видны на залежи и пашне. Характерно уплотнение почвы в слое 10-20 см. При этом почва на залежи в слое 10-20 см характеризуется как «уплотненная», а на пашне -«сильно уплотненная». В Козульском районе почвы залежи и сенокоса характеризуются как «свежевспахан-ные» в обоих слоях отбора образцов. На пашне отмечено более высокое уплотнение в слое почвы 10-20 см.

Достоверность различий (^ плотности сложения серых почв

Район Глубина, см Объекты

1 - залежь 2 - пашня 3 - сенокос

М2 t 2^3 М3

Емельяновский 0-10 1,3 2,9 0,7

10-20 5 4,4 1,5

Козульский 10-20 1,2 0,6 0,7

10-20 10,5 4,7 1,5

При статистической обработке получены низкие коэффициенты пространственного варьирования плотности сложения в почвах всех объектов исследования. Максимально варьирует плотность сложения почвы на залежи Емельяновского района, где травянистая масса, как было отмечено выше, характеризуется очень неоднородным проективным покрытием.

Статистически достоверные различия указывают на увеличение плотности сложения серых почв пашни в сравнении с залежью и сенокосом для обоих районов исследования (табл.8). Уплотнение почвы происходит за счет многократной обработки пашни при введении ее в сельскохозяйственный оборот. В Емельяновском районе оно отмечено в слое 0-10 и 10-20 см, а в Козульском на глубине 10-20 см.

Влажность почв является важнейшим фактором почвенных процессов, существенно влияющим на солевой, пищевой, газовый и температурный режимы. Она играет важную роль в миграции веществ в системе «почва - растения» и во многом определяет плодородие почв.

Таблица 9

Запасы продуктивной влаги

Район Глубина, см Объекты

Залежь Пашня Сенокос

Мср С,% Мср С,% Мср С,%

Емельяновский 0-20 28,4 21,4 23,8 9,2 22,3 17,5

Козульский 42,6 2,3 36,2 4,1 36,2 12,8

Оценивая запасы продуктивной влаги в почвах объектов исследования, можно сделать вывод, что в Козульском районе они существенно выше в сравнении с Емельяновским районом, что оказывает влияние на плодородие почвы и создание оптимальных условий для развития растений. В Емельяновском районе запасы продуктивной влаги удовлетворительные в почвах всех объектов (табл.9). Здесь максимальные запасы влаги (28,4 мм) отмечаются на залежи в слое 0-20 см. В Козульском районе максимальные значения запасов продуктивной влаги установлены также на залежи (42,6 мм). Они характеризуются как хорошие. На пашне и сенокосе запасы продуктивной влаги несколько ниже и характеризуются как удовлетворительные. В целом для слоя почвы 0-20 см почв большинства объектов получены невысокие запасы продуктивной влаги, что связано с засушливыми погодными условиями лета 2012 г., когда проводились исследования. Установлены низкие величины коэффициентов пространственного варьирования запасов продуктивной влаги, особенно в почвах всех объектов Козульского района, где их величины не выходят за пределы 12,8%.

Таблица 10

Достоверность различий (^ запасов продуктивной влаги серых почв

Район Глубина, см Объекты

1 - залежь 2 - пашня 3 - сенокос

М2 t 2^3 Мэ

Емельяновский 0-20 1,2 0,6 1,5

Козульский 6,1 0,1 2,4

Не обнаружены достоверные различия по содержанию влаги между объектами исследования в Емельяновском районе. Из таблицы 10 следует, что при теоретическом значении критерия Стьюдента, равном 2,1, фактическое значение значительно выше при сравнении пар: «залежь - пашня», «залежь - сенокос» в Козульском районе, указывая на статистически достоверное увеличение запасов продуктивной влаги в почве чистой залежи.

Заключение. Оценка постагрогенных серых почв залежей лесостепной зоны Красноярского края по некоторым агрофизическим показателям как резерва повторного освоения свидетельствует, что они могут быть возвращены в сельскохозяйственное использование, как в пашню, так и в качестве кормовых угодий.

Серые почвы чистых залежей районов исследования характеризуются оптимальным структурным состоянием, плотностью сложения, запасами продуктивной влаги. Определяющим фактором структурообра-зования в них является характер напочвенного покрова, связанного со стадиями залежных сукцессий. Под влиянием травянистой растительности на чистых залежах происходит улучшение структурного состояния почв, которое оценивается как отличное.

Содержание агрономически ценных фракций выше в слое 0-10 см почв всех объектов исследования. Как правило, пространственное варьирование структурного состава почв чистых залежей и сенокосов выше, чем на пашне, подвергающейся механической обработке, что приводит к выравниванию пространственной пестроты свойств почв. Наименьшая плотность сложения верхних слоев почвы отмечена на залежах за счет разрыхляющего воздействия корневой системы травянистой растительности. При освоении залежей в пашню происходит незначительное уплотнение почвы, особенно в слое 10-20 см. Максимальные запасы продуктивной влаги отмечены в почвах залежей обоих районов исследования.

При различном направлении использовании постагрогенных серых почв залежей в лесостепной зоне Красноярского края, как правило, происходит статистически достоверное изменение их агрофизических свойств.

Литература

1. Анциферова О.А. Динамика растительности и свойств почв на молодых залежах Тамбовской равнины и Замландского полуострова. - Калининград, 2005. - 315 с.

2. Владыченский А.С., Телеснина В.М. , Чалая Т.А. Изменение экологических функций постагрогенных почв // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове: мат-лы IV Всерос. конф. (1-5 сентября 2010 г.). - Томск, 2010. - С.32-35.

3. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. - 368 с.

4. Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. - М.: КолосС, 2010. - 686 с.

5. Ковда В.А. Основы учения о почвах. - М.: Наука, 1973. - Кн. 1. - 447 с.; Кн. 2 - 465 с.

6. Кураченко Н.Л. Оценка и динамика агрофизического состояния черноземов и серых лесных почв

Красноярской лесостепи: автореф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.02.13 - почвоведение. - Томск, 2010. -35 с.

7. Михеева И.В. Вероятностно-статистические модели свойств почв. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. - 198 с.

8. Фатьянов А.С., Тайчинов С.Н. Почвоведение. - М.: Колос, 1972. - 480 с.

УДК 502.5/8 (571.62) А.А. Черенцова