Роль пространственной и временной динамики в оценке и прогнозировании почвенных свойств

13. Фрщутанд В.М. Структура почвенного покрова Мира. М.: Мысль, 1984. 235 с.

14. Haase G. and Schmidt R. Die structure der Bodendecke und Ihre Kennzeichnung // Albrecht-Thqer Archiv. 1970. B. 14. H. 5. P. 11-18.

15. Milne G. Some suggested units of classification and mapping particular’ for East // African Soils. Soil. Res. Nederl. 1935. P. 183-198.

16. Milne G. Provisional Soil Map of East Africa // East African Agr. Res - Sta. 1936. P. 26-

31.

17. Bushnell T.M. The story of Indiana soils // Purdue Universitet Agr. Exp. Stat, special circu' lar. 1944. P. 13-19.

18. Bushnell T.M. Astoryof Hoosier Soil and Rambles in pedological fields. - West dafayette. 1958. P.111-112.

РОЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ В ОЦЕНКЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИИ ПОЧВЕННЫХ СВОЙСТВ

Е.Г. Пивоварова

Пространственная и временная (сезонная) динамика почвенных процессов и свойств является неотъемлемым атрибутом почвы как объекта исследования и потому часто затрудняет выявление изучаемых фактов и закономерностей. На протяжении длительного периода развития почвенных исследований преобладал жестко детерминированный стиль мышления, в соответствии с которым ученые пытались описать почвенные свойства и процессы с помощью неких статических (средних, статистических) параметров. В результате помимо возникающих трудностей искажалась сама суть изучаемого объекта как открытой (т.е. постоянно меняющейся, динамичной) системы, В настоящее время получил широкое распространение кибернетический (вероятностный) стиль мышления, в основе которого лежат вероятностные характеристики и параметры, характеризующие почву как открытую динамическую систему с обратными связями, которыми можно управлять. В почвенных исследованиях это совпало с появлением первых работ, основанных на информационно-логическом анализе (Пузаченко, Карпачевский, Взнуздаев, 1970). В настоящее время этот метод широко используется при моделировании эффективного плодородия почв в агроценозах (Бурлакова, 1984; Рассыпнов, 1993; Крупкин, Топтыгин, 1999) и прогнозирования агрохимических свойств почв (Бурлакова, 1984; Нестерова, 2002, Пивоварова, 2004).

Содержание подвижных форм питательных веществ подвержено значитель-

ной динамике во времени и в пространстве (Важенин, 1963; Бурлакова, 1984; Рассып-нов, ] 975). Однако современные методы позволяют определить ведущие тенденции в изменении агрохимических свойств под действием определенных почвенных, климатических, тех ею логических и др. факторов на основе динамических процессов, протекающих в почве.

Целью настоящего исследования явилось изучение вегетационной динамики подвижных питательных элементов в черноземе выщелоченном среднемощном ма-логумусном тяжелосуглинистом колочной степи Предлтайской почвенной провинции в кормовом севообороте на орошении. Для оценки степени и характера влияния факторов на содержание минеральных форм азота (N-N03; N-N114), фосфора по Чири-кову (Р2О5 ) и по Францесону (Р2О5 ) и калия по Чирикову (КгО) использованы данные вегетационной динамики за 1984-1987 гг. Полученные с помощью информационного анализа специфичные состояния содержания подвижных форм питательных веществ в почве, в зависимости от состояния воздействующих на нее факторов, позволяют прогнозировать тенденции в изменении питательного режима почв по времени и в пространстве.

Характер динамики подвижных питательных веществ, например, нитратного азота, в течение вегетации может существенно отличаться по годам (рис. 1 о), однако многолетние наблюдения позволили нам установить общие тенденции (рис. 1 б). Они определяются зональными почвенно-

климатическими особенностями. Степень их влияния оценивает КЭф, а форма зависимости отражает общие закономерности почвенных микропроцессов, с которыми связано накопление подвижных питательных веществ (окислительно-восстанови-тельные процессы, процесс минерализации, аммонификация и нитрификация и др.).

Общие тенденции динамики подвижных форм азота, фосфора и калия, обусловленные почвенно-климатическими особенностями колонной степи, показаны на рисунке 2 и вполне соответствуют представлениям о тех процессах, которые определяют их накопление. Так, максимальное содержание аммиачного азота отмечается в мае. Активность аммонификации обусловлена достаточной влажностью и постепенным ростом температуры в этот период. В конце мая, когда соотношение тепла и влаги

более засушливый период вегетации). Далее динамика минеральных форм азота сменяется ростом, и к концу вегетации содержание аммиачного и нитратного азота вновь повышается.

В динамике подвижных форм фосфора и калия отмечается обратная закономерность. В ранний весенний период их содержание минимально, рост микробиологической активности и минерализации органического вещества почвы способствует повышению подвижных фосфатов; слабое подкисление почвенного раствора, процессы периодического высушивания и увлажнения благоприятствуют накоплению обменного калия. В конце вегетационного периода отмечается снижение подвижных форм фосфора и калия, по-видимому, за счет выноса урожаем.

Учет вегетационной динамики пита-

I

1984 -

а

1/У 3/V 3/У1 З/УЛ 2/УШ 1/У З/У 3/У1 З/УП

Даты вегетационного периода

2/УШ

Рис. 1. Динамика нитратного азота в черноземе выщелоченном в течение вегетации

благоприятно для нитрификации, заметно повышается содержание нитратного азота. В июне - июле наблюдается тенденция снижения содержания подвижных форм азота, причиной является среднемноголетние климатические закономерности (наи-

тельных веществ очень важен при определении степени обеспеченности почв элементами питания. Известно, что при агрохимическом обследовании отбор образцов производится в разные периоды вегетации, поэтому вегетационная динамика агрохи-

мических параметров может быть искажена на несколько классов обеспеченности. Тем не менее этот недостаток можно устранить, скорректировав специфичные состояния обследуемых территорий (полей) по вегетационной динамике. Определенная сложность заключается в выборе «стандартного» срока, который в наилучшей степени будет отражать обеспеченность почв элементами питания. В период перед посевом содержание питательных элементов, как правило, занижено, поскольку потенциальные запасы питательных веществ почвы не задействованы и имеется риск внесения завышенных доз удобрения, которые будут ингибировать урожайность и снижать их экономическую эффективность. Содержание питательных веществ в

критический для растений период развития могло бы наиболее достоверно отразить обеспеченность почв, но тогда не будет учтена ее реакция на вынос элементов питания (т.е. подвижность равновесия между доступными и потенциальными резервами). К тому же критические периоды различных культур не совпадают по календарным срокам. С нашей точки зрения наиболее справедливо определять обеспеченность почв элементами питания, привязав ее к последнему сроку (конец вегетации или уборка урожая) путем введения ранговой поправки (табл.). К такому же выводу пришли и другие исследователи (Зверева Е.А., Батьков Б.О., Елюбаев С.З., 1980).

| N-N4*,

мг/кг ПОЧ8Ы

30

20

ІЛЛЛЛ

N-N03, мг/кг почвы

Кзф=0,131

20

10

р205,

мг/100 г почвы

Кзф=0,Ш

І.Л- 1. 1

р205 ,

мг/іОО г почвы Кэф=0,045

КА

мг/100 г почвы

Кэф=0,073

а в с сі f аЬссІГ аЬссіГ аЬсёГ а Ь с сі ї

Сроки вегетации

Рис. 2. Динамика содержания подвижных питательных веществ в течение вегетации

Практически эта задача осуществляется следующим образом. В период агрохимического обследования территории на каждом конкретном участке фиксируются календарные сроки отбора образцов. Определение содержания подвижных питательных веществ в почве желательно проводить в свежих образцах. По результатам обследования проводится информационный анализ сезонной динамики (по фиксированным датам) и пространственной вариации (по агроироизводственным участкам). Границы рангов должны соответст-

вовать выбранной шкале обеспеченности почв подвижными питательными элементами. По специфичным состояниям содержания нитратного азота, подвижного фосфора и обменного калия в различные сроки определяется характер вегетационной динамики. За стандартный срок берется период уборки урожая основных культур (конец августа). Для всех остальных сроков рассчитывается ранговая поправка на сезонную динамику. Одновременно по результатам информационного анализа определяются специфичные состояния со-

держания подвижных питательных веществ на обследованных агропроизводст-венных участках. С учетом полученной поправки результаты территориального обследования приводятся к стандартному

сроку. Приведенный пример (табл.) показывает, что вегетационная динамика может как завышать, так и занижать истинную обеспеченность почв элементами питания.

Таблица

Пример корректировки агрохимического обследования почв по содержанию обменного калия с учетом вегетационной динамики

№ обследованного поля Календарные сроки обсле- Содержание питательных веществ но факту (специфичное состояние или среднее арифметическое) Вегетационная динамика питательных веществ Содержание питательных веществ с поправкой на динамику 1

дования ранг мг/100 г ПОЧВЫ класс обеспечен- ности ранг поправка к стандарт-ному сроку ранг мг/100 г почвы а : класс обеспеченности

1 Май з 16,2 Высокая +2 5 25-30 Оч. высокая*

2 I лекала 4 22,3 Оч. высокая 6 >30 Оч. высокая |

3 Май 4 23,1 Оч, высокая Л + 1 5 25-30 Оч. высокая |

4 3 декада ] 7,5 Средняя J 2 10-15 Высокая* >

5 Июнь з 17,2 Высокая 6 -2 1 < 10 Средняя \

6 3 декада 4 21,6 Оч. высокая 2 10-15 Повышенная |

7 Июль 3 15,3 Высокая - 1 2 10-15 Повышенная ;

8 3 декада 3 12,9 Высокая 0 2 10-15 Повышенная

9 Август 4 24,7 Оч. высокая А 0 4 20-25 Оч. высокая

10 2 декада 4 18,3 Оч. высокая 4 15-20 Оч. высокая

Варианты, в которых отмечаются расхождения в оценке обеспеченности.

Библиографический список

1. Бурлакова Л.М. Плодородие алтайских черноземов в системе агроценоза. Новосибирск: Наука, 1984. 196 с.

2. Важенин И.Г. Применение метода вариационной статистики в почвенно-клима-тических исследованиях // Почвоведение. 1963. №2. С. 43-58.

3. Зверева Е.А., Батьков Б.О., Елюбаев С.Х. Эффективность ежегодного, периодического и разового внесения фосфорных удобрений на Предкавказском карбонатном черноземе в орошаемом севообороте и баланс фосфора в почве // Агрохимия. 1980. № 9. С. 28-37.

4. Крупкин П.П., Топтыгин В.В. Совершенствование способов бонитировки почв (на примере Красноярского края) // Почвоведение. 1999. № 12. С. 1481-1490.

5. Нестерова Л.Б., Рассыпное В.А., Брыкина И.Г. Влияние свойств почв на накопление подвижных форм азота /7 Вестник АГАУ. 2002. № 3. С. 112-115.

6. Пивоварова Е.Г. Прогнозные модели агрохимических свойств почв /7 Почвоведение и агрохимия в XXI веке: Сб. матер, междунар. науч.-прак. конф. Ташкент, 2004. С. 377-382.

7. Пузаченко Ю.Т., Карпачевский Л.О., Взнуздаев H.A. Возможности применения информационно-логического анализа при изучении почвы на примере ее влажности // Закономерности пространственного варьирования свойств почв и информационно-статистические методы их изучения. М.: Наука, 1970. С. 103-121.

8. Рассыпное В.А. Пространственная вариабельность агрохимических свойств выщелоченного чернозема и его хозяйственная продуктивность в условиях колочной степи Алтайского края // Вопросы химизации сельского хозяйства Алтая: Тез. докл. к X науч.-техн. конф. Барнаул, 1975. С. 21-22.

9. Рассыпнов В.А. Почвенно-климати-ческие факторы урожайности и моделирование эффективного плодородия в агроценозах: Ав-тореф. дис. докт. биол. наук. Новосибирск, 1993.32 с.