Динамика свойств лугово-черноземных почв в условиях длительного орошения

УДК 631.445.4:131.67

динамика свойств лугово-черноземных Почв в условиях длительного орошения

Ю.В. АКСЕНОВА, кандидат биологических наук, доцент

Омский государственный аграрный университет, Институтская пл., 2, Омск, 644008, Российская Федерация

Резюме. Изучение влияния многолетнего (1968-2014 гг.) бездренажного орошения на валовое содержание гумуса, состав почвенно-поглощающего комплекса и реакцию среды проводили на лугово-черноземных почвах Новоомской оросительной системы, отведенных под возделывание овощных культур. Полив проводится из открытых каналов водами реки Иртыш гидрокарбонатно-кальциевого состава. В первые 10-15 лет на основной орошаемой площади произошел подъем уровня грунтовых вод с 5-6 до 0,7-3,1 м, а их минерализация возросла с 1,9-4,3 до 5-15 г/л вследствие растворения солей, содержащихся в почвообразующих породах и нижней части профиля почв. Валовое содержание гумуса в слое 0-20 см мелиорируемых почв заметно снизилось с 7,30-7,76 до 3,79-6,30%. В слое 20-40 см величина этого показателя находится в пределах 3,76-5,58%. Доля кальция в составе почвенно-поглощающего комплекса уменьшилась с 88,2-80,7до 75,0-77,9%, одновременно обменного натрия возросла с 0,9-1,2 до 7-9%, на магний приходится от 15,7 до 18,4% суммы обменных катионов. Реакция среды находится в интервале близком к нейтральному - рН 6,6-7,1. Ухудшение мелиоративного состояния лугово-черноземных почв Новоомской оросительной системы связано с активизацией процесса дегумификации, в результате чего почвы из среднегумусных эволюционировали в малогумусные и слабогумусированные. Повышенное содержание натрия в составе почвенно-поглощающего комплекса привело к развитию солонцового процесса и трансформации почв в слабо солонцеватые.

Ключевые слова: орошение, гумус, обменные катионы, реакция среды

Для цитирования: Аксенова Ю.В. Динамика свойств лугово-черноземных почв в условиях длительного орошения // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №5. С. 30-32.

Большая часть пахотных черноземных почв России расположена в неблагоприятных климатических условиях, занимая полузасушливые и засушливые зоны лесостепи и степи, и лишь 35% из них находится в зонах достаточного увлажнения [1]. Для оптимизации водного режима и повышения биопродуктивности агроценозов в процессе их сельскохозяйственного использования начали применять орошение [2, 3]. Практика поливного земледелия показала, что дополнительное увлажнение черноземных почв без учета их региональных и мелиоративных особенностей, применение необоснованных и несоответствующих им режимов орошения приводит к ухудшению почвенно-мелиоративных условий вследствие развития процессов деградации. Подъем уровня грунтовых вод, переувлажнение, вторичное заболачивание и засоление, изменение химических, физических, физико-химических свойств орошаемых почв способствовало снижению их плодородия, эволюции в другие типы и подтипы с новыми родовыми признаками, деградации и исключению из сельскохозяйственного оборота [1, 4, 5, 6].

В Омской области на сегодняшний день действует 19 оросительных систем (ОС). По данным ФГБУ «Управление «Омскмелиоводхоза», общая площадь орошаемых сельскохозяйственных угодий в 2014 г. составляла 77,9 тыс. га, фактически было полито 30,8 тыс. га. На большей части (39,8 тыс. га) орошаемой территории грунтовые

воды залегают на глубине 3-5 м, на 22,5 тыс. га - более 5 м, в луговом режиме (1-3 м) находится до 15,0 тыс. га орошаемых земель. Основная площадь (53,8 тыс. га) их не засолена, слабо- и среднезасоленные почвы занимают 17,2 и 5,9 тыс. га, соответственно, сильнозасо-ленные и очень сильнозасоленные - около 1 тыс. га [7]. Наиболее крупная ОС Омской области - Новоомская оросительная система, почвенный покров которой на сегодняшний день претерпел наибольшую степень трансформации и эволюции. Фактическая площадь, обслуживаемая ОС, составляет 8,7 тыс. га, в 2013 г. было полито 0,38 тыс. га, в 2014 г. - 0,15 тыс. га.

Ухудшение мелиоративного состояния орошаемых земель при отсутствии благоприятных природно-климатических условий для развития мощных и много-гумусных почв, представляет угрозу для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур и получения их высоких и стабильных урожаев.

Цель исследований - установить влияние многолетнего орошения на свойства лугово-черноземных почв и оценить их текущее мелиоративное состояние. В задачи исследования входило изучение воздействия длительного регулярного бездренажного орошения на изменение валового содержания гумуса, состава обменных катионов и реакции среды.

Условия, материалы и методы. Объект исследования расположен в южной лесостепной зоне, характеризующейся недостаточным увлажнением, со среднегодовой суммой осадков 455 мм. Наибольшее их количество (366 мм) выпадает за вегетационный период.

В почвенном покрове территории, отведенной под строительство Новоомской оросительной системы, в 1968 г. преобладали черноземы обыкновенные и лугово-черноземные почвы, со слабой и средней степенью засоления профиля на глубине двух метров, в пределах первого метра содержание солей не превышало 0,1%. До введения в эксплуатацию оросительной системы грунтовые воды на основной площади залегали на глубине 5-6 м, а их минерализация варьировала от 1,9 до 4,3 г/л [8]. Территория характеризовалась неблагоприятными природными мелиоративными условиями: слабой дренированно-стью, карбонатностью и засоленностью почв и по-чвообразующих пород, подстилаемых водоупорными глинами, близким залеганием минерализованных грунтовых вод. Нормы полива варьировали по годам в зависимости от количества осадков и возделываемых культур от 1800 до 3200 м3/га. Орошение активизировало горизонтальную и вертикальную миграцию легкорастворимых солей из пород и нижней части почвенного профиля, что способствовало вторичному засолению почв, их осолонцеванию и окарбоначи-ванию, поднятие грунтовых вод привело к развитию и усилению гидроморфизма. Почвы стали более засоленными, увеличилась степень минерализации грунтовых вод.

К 1985 г. лугово-черноземные почвы орошаемого массива были засолены по всему профилю. На участках с наибольшим сроком орошения уровень грунтовых вод поднялся до 1,5-2,2 м, степень их минерализации увеличилась до 3,5-6,6 г/л. В 1990 г. грунтовые

воды с минерализацией от 5 до 15 г/л залегали на глубине 0,7-3,1 м. Степень их засоления варьировала от средней до очень сильной, тип засоления - от сульфатно-хлоридного до хлоридно-сульфатного и сульфатного.

Современная территория, обследованная в период с 2001 по 2014 гг., представлена орошаемыми лугово-черноземными среднемощными малогумусными тяжелосуглинистыми (Чл|Т) почвами, залегающими в комплексе с маломощными слабогумусированными (Чл]Т), маломощными малогумусными (Чл2Т) и среднемощными среднегумусными (Чл|Т) тяжелосуглинистыми почвами. В пределах 0-20, 20-40 см они не засолены, карбонаты залегают непосредственно под гумусовым горизонтом. Территория отведена под возделывание овощных культур, полив проводят водами реки Иртыш гидрокарбонатного кальциевого состава.

Отбор почвенных образцов проводили в девятикратной повторности из слоя 0-20 и 20-40 см в 2009 г. с двух орошаемых участков, представленных комплексом Чл2Т- Чл21Т(1 участок) и Чл?,т- Чл]Т(2 участок). В 2014 г. образцы отбирали с трех орошаемых участков, представленных следующим комплексом почв: Чл]Т (1 участок), ЧлЦ-(2 участок), Чл2Т

Чл2

2Т и,1Т

Чл3

2Т

Чл2

1Т

кальций, от 8,2 до 25,7% магний, количество натрия варьировало от 0,7 до 2,1%.

В 2001 г. исследовали один из орошаемых участков, отведенный под овощные культуры и многолетние травы. Количество гумуса под многолетними травами в слое 0-20 см составило 6,56%, 20-40 см - 5,15%. В почве под овощными культурами, его величина находилась на уровне 5,60 и 4,60%, соответственно. Почвенно-поглощающий комплекс характеризовался высоким содержанием кальция (79,2-81,9%) в обоих изучаемых горизонтах, на долю магния приходилось от 15,1 до 18,7%, на натрий - 2,0-3,0% от суммы обменных катионов. На сегодняшний день эта территория выведена из орошения, а почвы - из пахотного фонда и оставлены в качестве залежи в связи с засолением и эволюцией в солончаковые, а частично, в солончаки луговые [9, 10].

На участках, обследованных в 2009-2014 г., после 25-30 лет орошаемого использования, содержание гумуса в малогумусных почвах установилось на уровне 4,40-5,58%, в слабогумусированных, ранее (19681990 г.) не выделявшихся в почвенном покрове этой территории, - 3,76-3,93% (рис. 1).

(3

7

6 5

* 4 о

Г 3 >

2 1 0

1 участок 2 участок 2009 год

Чл22т Чл1т

участок).

Для оценки мелиоративного состояния лугово-черноземных почв и тенденции изменения их свойств под влиянием антропогенеза в почвенных образцах определяли следующие показатели: реакция среды (потенциометрическим методом), состав обменных катионов (комплексоно-метрическим методом) и валовое содержание гумуса (методом Тюрина).

Результаты и обсуждение. В 1968 г. основу почвенного покрова территории, выделенной под орошение, составляли черноземы обыкновенные и лугово-черноземные почвы с содержанием гумуса от 7,30-7,76% в слое 0-20 см до 3,292,66% в слое 20-40 см. В составе обменных катионов преобладал кальций, на долю которого приходилось до 88,2-80,7% суммы обменных оснований, магний занимал от 10,6 до 18,6%, натрий - 0,9-1,2% [8].

В первые годы орошения в пахотном слое (020 см) почв произошло уменьшение содержания гумуса в среднем на 1,5-2,0% с последующей его стабилизацией на более низком уровне. Полив как источник дополнительной влаги активизирует деятельность микрофлоры, которая при недостаточном поступлении в почву органического вещества в виде свежих растительных остатков или удобрений утилизирует гумусовые соединения, что сопровождается снижением их содержания в результате минерализации. В таких условиях пахотные горизонты орошаемых почв постепенно обедняются гумусом. К 1985 г. при проведении агрохимического и рекогносцировочного обследования орошаемого участка были выделены почвы с содержанием гумуса от 6,20-4,50% в слое 0-20 см до 5,30-3,30% в слое 20-40 см. В почвенно-поглощающем комплексе от 72,3 до 90,7% занимал

ЗИШ!

1 участок

2 участок 2014 год

ЧлЧт- Чл1

1Т

Чл 2т  Чл1

1Т

Чл2т  Чл Ч

1Т

3 участок

Чл2т  Чл32Т

Рис. 1. Содержание гумуса в орошаемых лугово-черноземных почвах Новоомской оросительной системы:  - 0-20 см;  - 20-40 см.

Продолжительное и интенсивное орошение, особенно избыточное, сопровождается не только развитием дегумификации, но и изменениями в составе почвенно-поглощающего комплекса, выражающимися в выщелачивании кальция и увеличении обменного натрия.

Фактические размеры потерь зависят от количества осадков и поливных норм, запасов кальция в почве, ее минералогического и гранулометрического состава. При орошении почв черноземного ряда пресными водами количество поглощенного натрия увеличивается до 5% от суммы катионов, а при поливе слабоминерализованными водами - до 20-40% [1].

К 2009 г. количество натрия в гумусовом слое почв обследуемых участков увеличилось с 0,7-2,1 до 5-7% суммы обменных катионов, а к 2014 г. - до 7-9%. Содержание кальция, по отношению к 1968 г., снизилось с 88,2-80,7% до 77,9-75,0%. Существенных изменений доли магния не установлено, она варьировала от 15,7 до 18,4% (рис. 2).

Увеличение содержания обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе привело к развитию осолонцевания, что обусловило переорганизацию почвенной массы, выразившуюся в разрушении

10

15

20

25 30 35

40

участок 2

участок 1

участок 2

участок 3

участок

0-20

h 20-40

"к НЕ

цц ZI

1

1

1

— _ —

_ =

см см

орошаемом массиве лугово-черноземных почв реакция среды в гумусовом слое ноходится в интервале близком к нейтральному: от 6,65-6,9 eî 2009 г., до 6,8-7,1 в 2014 г.

выводы. Анализ химических и физико-химических свойств лугово-черноземных почв Новоомской оросительной системы показал, что на орошаемом массиве складывается сложная мелиоративная обстановка, связанная с подъемом уровня грунтовых вод, вторичным засолением почв, развитием процессов дегумифика-ции, выщелачивания и осолонцевания.

Орошение активизировало процесс дегумифика-ции, содержание гумуса в первые 10-15 лет в слое 0-20 см снизилось с 7,30-7,76% и стабилизировалось в пределах 4,43-6,30%. На основной площади мелиорируемых земель почвы из среднегумусных перешли в категорию малогумусные.

В составе почвенно-поглощающего комплекса под влиянием процесса выщелачивания количество кальция уменьшилось с 88,2-80,7 до 75,0-77,9% суммы обменных оснований при одновременном увеличении доли обменного натрия с 0,9-1,2 до 7-9%. Это свидетельствует об осолонцевании исследуемых почв.

Протекающий процесс осолонцевания не вызвал подщелачивания мелиорируемых почв и реакция среды в гумусовом слое находится в интервале близком к нейтральному.

рис. 2. Состав почвенно-поглощающего комплекса орошаем ых лугово-черноземных почв Новоомской оросительной системы в слое 0-20 и 20-40 см, мг-экв/100 г почвы:  - кальций;  - магний;  - натрий.

структуры, потере ее водопрочности и увеличении глыбистости [11].

Серьезную проблему для поливного земледелия представляет подщелачивание почвы. Это явление довольно широкое распространено в различных почвенно-климатических зонах. В 1968 г. почвы, отведенные под орошение, характеризовались нейтральной реакцией среды (рН 6,7-7,0) в слое 0-20 см и слабощелочной (рН 7,07,4) в слое 20-40 см. На сегодняшний день на обследуемом

Литература.

1. Щедрин В.Н., Васильев С.М. Теория и практика альтернативных видов орошения черноземов юга Европейской территории России: монография. Новочеркасск: Лик, 2011. 435 с.

2. Зинковская Т.С., Ковалёв Н.Г. Продуктивность картофеля и баланс элементов питания при удобрении и орошении осушаемой дерново-подзолистой почвы //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2015. №4. С. 47-50

3. Состояние мелиоративной отрасли в Республике Татарстан и основные пути её развития/ А.М. Залаков, Д.И. Файзрах-манов, М.М. Хисматуллин, А.М. Сабиров, А.Ш. Зарипов //Вестник Казанского ГАУ. 2015. №4. (38). С. 10-15.

4. Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России / под редакцией А.В. Гордеева, Г.А. Романенко. М.: Росинформагротех, 2008. 69 с.

5. Комиссаров А.В., Комиссаров М.А. Влияние длительного орошения на свойства чернозема выщелоченного в Южном Предуралье // Земледелие. 2015. №2. С. 5-9.

6. Лазарев М.М. Система лесных полос как средство предотвращения вторичного засоления орошаемых земель //Земледелие. 2014. №1. С. 10-11.

7. Показатели по оценке и учету мелиоративного состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий и технического со -стояния оросительных систем (2014) [Электронный ресурс]. (http://mcx-dm.ru/fgbu/123?report=orvalues&cur=79498) (Дата обращения: 23.03.2016).

8. Пояснительная записка кпочвенно-мелиоративной и ботанико-культуртехнической картам Ново-Омской оросительной системы Омского района Омской области: отчет о НИР/Ленингр. гос. ин-т по проектир. водохоз. и мелиорат. строительства "ЛенГипроВодХоз", Омское отделение; испол.: Полторацкий Г. Г., Шаталов В.А. Омск, 1970. 108 с.

9. Аксенова Ю.В., Бойко В.С. Современное состояние орошаемых почв агроландшафтов Омского Прииртышья//Мелиорация и водное хозяйство. 2012. № 4. С. 11-13.

10. Аксенова Ю. В. Трансформация показателей агроэкологического состояния черноземных почв южной лесостепи под влиянием антропогенных факторов// Материалы международной научной конференции «Современное состояние черноземов». Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2013. С. 22-23.

11. Аксенова Ю.В. Оценка мелиоративного состояния лугово-черноземных почв Омского Прииртышья //Достижения науки и техники АПК. 2013. № 8. С. 33-35.

DYNAMICS OF PROPERTIES OF MEADOW-CHERNOZEM SOILS uNDER CONDITIONS

OF PROLONGED IRRIGATION

Y.V. Axenova

Omsk State Agrarian University, Institutskaya pl., 2, Omsk, 644008, Russian Federation

Summary. The influence of long-term (over 30 years) irrigation without drainage on total content of humus, the composition of the soil-absorbing complex and the medium reaction was studied on meadow-chernozem soils of the Novoomsk irrigation system, allotted for the cultivation of vegetable crops. Watering is carried out from open canals by water of the Irtysh river of hydro-calcium composition. It was found that in the first 10-15 years the rise of the groundwater level from 5.0-6.0 to 0.7-3.1 m occurred on the main irrigated area, and its salinity increased from 1.9-4.3 to 5.0-15.0 g/l due to dissolution of salts contained in the parent rock and the bottom of the soil profile. The total content of humus in reclaimed soils decreased considerably in the layer 0-20 cm from 7.30-7.76 to 3.79-6.30%. In the layer 20-40 cm the value of this index is in the range of 3.76-5.58%. The fraction of calcium in the soil-absorbing complex decreased from 80.7-88.2 to 75.0-77.9% with simultaneous increase in the share of exchange sodium from 0.9-1.2% to 7.0-9.0%. From 15.7 to 18.4% of exchange cations fall to the share of magnesium. The medium reaction is within the range near to the neutral, pH is 6.6-7.1. The deterioration of the reclamation state of meadow-chernozem soils of the Novoomsk irrigation system is connected with the activation of dehumification process, resulting in a soil evolution from medium-humic to low-humus. The increased sodium content in the soil-absorbing complex led to the development of solonetz process and the soil transformation into slightly solonetzic type.

Keywords: irrigation, humus, exchangeable cations, the reaction medium.

Author Details: YV. Axenova, Cand.Sc. (Biol.), assoc. prof. (e-mail: axenovajulia@gmail.com).

For citation: Axenova YV. Dynamics of Properties of Meadow-Chernozem Soils under Conditions of Prolonged Irrigation. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 5. Pp. 30-32 (In Russ.).