Результаты исследований

3.2 Результаты исследований

 

На исследуемом склоне были заложены четыре разреза: первый – на целине, остальные на пашне в верхней, в средней и нижней частях склона (рисунок 4).

Морфологическое описание заложенных разрезов приводится ниже.

Р-1

Р-2

Р-4

Р-3

Рисунок 4 - Почвенно-геоморфологический профиль

 

Разрез 1 (целина).

АД  дернина.

А  гумусово-аккумулятивный, темно-серый с буроватым оттенком, холодит, средний суглинок, комковатый, густо пронизан корнями растений, слабо уплотнен, тонкопористый, переход очень постепенный.

В1  гумусово-переходный, буровато-серый, влажный, средний суглинок, комковатый, пронизан корнями растений, уплотнен, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты в нижней части, карбонаты в виде пропитки, переход постепенный.

В2  горизонт затеков, неоднородный бурый с затеками гумуса, влажный, средний суглинок, призматический, пронизан корнями растений, уплотнен, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты кальция в виде пятен и пропитки, переход постепенный.

В3  карбонатный горизонт, бурый с белесыми пятнами, холодит, средний суглинок, корни растений редки, плотный, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 82 материнская порода, палевый, влажный, легкий суглинок, призматический, плотный, тонкопористый, бурно вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки.

Почва: чернозем южный среднемощный среднесуглинистый на делювиальном суглинке.

Разрез 2 (пашня, верхняя часть склона).

АПАХ  пахотный горизонт, темно-серый с буроватым оттенком, сухой, комковато-пылеватый, средний суглинок, рыхлый, тонкопористый, остатки стерни, корни растений, переход заметный по плотности.

А  гумусово-аккумулятивный горизонт, темно-серый с буроватым оттенком, влажный, пылевато-комковатый, средний суглинок, уплотнен, тонкопористый, корни растений, переход постепенный.

В1  гумусово-переходный, буровато-серый, влажный, крупнокомковатый, среднесуглинистый, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты в нижней части, карбонаты в виде пропитки, переход постепенный.

В2  горизонт затеков, белесовато-бурый с белыми пятнами, холодит, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, бурно вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

В3  карбонатный горизонт, бурый с белесыми пятнами, холодит, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 82 см аналогичен горизонту С разреза 1.

Почва: чернозем южный среднемощный среднесуглинистый слабоэродированный на делювиальном суглинке.

Разрез 3 (пашня, средняя часть склона).

АПАХ  пахотный горизонт, буровато-серый, сухой, комковато-пылеватый, легкий суглинок, рыхлый, тонкопористый, корни растений и пожнивные остатки.

В1  гумусово-переходный горизонт, буровато-серый, влажный, крупнокомковатый, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде пропитки, переход заметный по цвету и структуре.

В2  горизонт затеков, неоднородный, бурый с серыми потеками, влажный, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде пропитки, переход заметный.

В3  карбонатный горизонт, белесовато-бурый с белыми пятнами, холодит, призматический, средний суглинок, плотный, тонкопористый, корни растений, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 66 см аналогичен горизонту С разреза 1.

Почва: чернозем южный маломощный легкосуглинистый среднеэродированный на делювиальном суглинке.

Разрез 4 (пашня, нижняя часть склона).

АПАХ  пахотный горизонт, темно-серый, сухой, комковато-пылеватый, тяжелый суглинок, рыхлый, тонкопористый, пожнивные остатки и корни растений, переход заметный по плотности.

А  гумусово-аккумулятивный, темно-серый, влажный, призматически-комковатый, тяжелый суглинок, корней много, переход очень постепенный. В1  гумусово-переходный, темно-серый с буроватым оттенком, влажный, ореховатый, тяжелый суглинок, плотный, тонкопористый, корней много, переход очень постепенный.

В2  горизонт затеков, неоднородный по цвету, бурый с белесоватым оттенком, с серыми затеками, влажный, комковато-ореховатый, плотный, тяжелый суглинок, тонкопористый, вскипает от соляной кислоты, карбонаты в виде пятен и пропитки, корни, переход постепенный.

В3  карбонатный горизонт, бурый с белесыми пятнами, влажный, призматический, тяжелый суглинок, плотный, бурно вскипает, карбонаты в виде белоглазки, переход заметный.

С ниже 107 см аналогичен горизонту С разреза 1.

Почва: чернозем южный мощный тяжелосуглинистый на делювиальном суглинке.

По представленным выше морфологическим описаниям разрезов видно, что по склону меняется цвет поверхностных горизонтов почвы. Самая темная почва (темно-серая) находится в нижней части склона, самая светлая – в средней части склона (рисунок 4). По склону меняется не только окраска верхнего пахотного горизонта, но и мощность гумусового горизонта (А+В1): в верхней части склона она составляет 42 см, в средней части – 30 см, в нижней части склона – 57 см. Также видно, что при сельскохозяйственном использовании мощность гумусового горизонта уменьшается на 5 см (таблица 3).

Глубина вскипания от соляной кислоты и глубина максимального накопления карбонатов также различны: в верхней части склона – 41 см и 65 см, в средней – 32 см и 41 см, в нижней – 68 см и 81 см соответственно.

На целине глубина вскипания от соляной кислоты и глубина максимального накопления карбонатов ниже, в сравнении с аналогом в пашне (45 см и 68 см соответственно).

Уменьшение мощности гумусового горизонта, повышение глубины вскипания от соляной кислоты и максимальной глубины накопления карбонатов в пашне, по сравнению с аналогом на целине, свидетельствует о негативном влиянии сельскохозяйственной деятельности на почву.

В средней части склона, крутизна которого составляет 7О, эрозионные процессы проявляются наиболее сильно. Здесь наименьшая мощность гумусового горизонта (30 см), а карбонаты залегают выше (41 см), чем в других разрезах.

В нижней части склона морфологические признаки почв свидетельствуют о наличии процессов аккумуляции продуктов смыва.

Гранулометрический состав. Этот показатель является одним из факторов плодородия. Он влияет на многие агрономические свойства, такие как водопроницаемость, плотность почвы, теплоемкость, поглотительная способность и другие (В.Ф. Моисейченко, 1996).

Поэтому необходимо рассмотреть, как меняется гранулометрический состав по склону: в верхней части склона почва среднесуглинистая, в средней части – легкосуглинистая и в нижней части – тяжелосуглинистая (таблица 3).

Такие изменения гранулометрического состава объясняются смывом водой и сносом ветром мельчайших частиц со склона вниз, где они и аккумулируются.

Заметны изменения в профилях чернозема южного после распашки в отношении гранулометрического состава. Горизонт АПАХ в верхней части склона, в сравнении с горизонтом А на целине, становится легче (таблица 3). Это связано с воздействием сельскохозяйственной техники на почвенную структуру.

Плотность сложения почвы зависит от упаковки почвенных частиц, гранулометрического состава и содержания органического вещества.

Исследованные черноземы южные после весенней обработки имеют благоприятную плотность сложения (1,03-1,10 г/см3) в пахотном горизонте по всему склону (таблица 3). Однако в подпахотном горизонте плотность резко возрастает (1,26-1,40 г/см3), что является результатом постоянной обработки почвы на одинаковую глубину.

Содержание гумуса также повлияло на плотность подпахотного горизонта (таблица 3). Так, в средней части склона, при пониженном содержании гумуса (2%), плотность составила 1,40 г/см3, в то время как в нижней и верхней частях склона при более высоком содержании гумуса (5,6% и 4,0% соответственно) плотность почвы ниже – 1,26 г/см3 и 1,32 г/см3.

Увеличение плотности в средней части склона объясняется и облегчением гранулометрического состава (таблица 3) вследствие смыва мелкозема.

В нижележащих горизонтах плотность сложения увеличивается в соответствии с уменьшением содержания органического вещества и составляет 1,45-1,51 г/см3.

На целине изменение плотности по профилю идет менее резко по сравнению с аналогом в пашне (таблица 3). Это объясняется отсутствием механических обработок и более равномерным распределением корневых систем растений.

Плотность твердой фазы увеличивается вниз по профилю в соответствии с падением содержания гумуса (таблица 3). Рассматривая её изменения в зависимости от рельефа видно, что плотность твердой фазы почвы при аккумуляции органического вещества в нижней части склона понижается (2,58 г/см3), а на эродированном склоне при сносе органики происходит её увеличение (2,63 г/см3).

Плотность твердой фазы в горизонте А на целине ниже в сравнении с аналогом в пашне (таблица 3). Это объясняется снижением содержания гумуса при распашке.

Порозность. Изменения плотности сложения и плотности твердой фазы отражаются на порозности почв (таблица 3). В пахотном, наиболее обогащенном гумусом горизонте общая порозность составляет по склону 58-60%. С глубиной она уменьшается до 45-47%.

Рассматривая порозность почв в зависимости от рельефа, видно, что на склоне (в средней части) в подпахотном горизонте она достигает низкой величины (47%). Понижение порозности в наиболее эрозионно-опасном месте уменьшает впитывание стекающей по склону воды и способствует усилению водной эрозии.

Использование чернозема южного в пашне увеличивает общую порозность в пахотном горизонте на 4% в сравнении с горизонтом А аналога на целине. С глубиной на целине уменьшение общей порозности идет более равномерно по сравнению с пашней (таблица 3).

Порозность аэрации уменьшается с глубиной (от 39% до 20% от общей порозности в пашне).

При этом в подпахотном горизонте наблюдается резкое уменьшение порозности аэрации (таблица 3). Это объясняется уплотнением и уменьшением крупных пор при сельскохозяйственном использовании.

Структура почвы представляет собой совокупность агрегатов различной величины и формы, порозности, механической прочности и водопрочности, характерных для каждой почвы и её горизонтов (Н.А. Качинский, 1970).

Агрономически ценными агрегатами являются не все, а только размером от 0,25 мм до 10 мм. Содержание мезоагрегатов в поверхностном слое пашни, как показывает таблица 4, наибольшее в нижней части склона (83,8%), наименьшее - в средней части (71,1%).

Объясняется это тем, что илистые частички смываются и аккумулируются в нижней части склона. Именно они и гумусовые вещества, содержание ко торых также изменяется по склону, играют большую роль в образовании агрономически ценных агрегатов.

Таблица 4

Структурный состав почв

Горизонт Глубина взятия образца, см	Размер агрегатов, мм
	макроагрегаты, >10 мм	мезоагрегаты						микроагрегаты, <0,25 мм
		10-5	5-3	3-2	2-1	1-0,25	сумма
Чернозем южный (целина)
А 0-10	8,5	13,8	17,9	14,7	19,2	23,5	89,1	2,4
Чернозем южный (пашня, верхняя часть склона)
А 0-10	21,1	14,5	10,9	10,4	10,2	30,5	76,5	2,4
Чернозем южный (пашня, средняя часть склона)
А 0-10	27,8	12,5	7,1	4,6	10,5	35,4	71,1	2,1
Чернозем южный (пашня, нижняя часть склона)
А 0-10	15,1	11,7	17,7	16,2	16,4	21,7	83,8	1,1

В черноземе расположенном на целине сумма мезоагрегатов больше, чем у его аналога в пашне на 12,6% (таблица 4). Это объясняется тем, что при распашке происходит разрушение мезоагрегатов и почва более подвержена воздействию эрозионных процессов.

Эрозионноопасных частиц (менее 1 мм), в зависимости от рельефа, содержится больше всего в почве в средней части склона (37,5%), меньше – в нижней части склона (22,8%). Такое распределение по склону объясняется смывом и сдуванием этих частиц с верхней и средней частей склона в нижнюю.

При распашке черноземов южных наблюдается увеличение количества эрозионноопасных частиц на 7%, что связано с сельскохозяйственными обработками и отсутствием естественной растительности.

Получение урожая сельскохозяйственных культур практически связано с весенними запасами влаги.

Естественная влажность по склону значительно колеблется (таблица 5).

Так, в верхней части склона она составляет 17,7%, в средней – 9,4%, в нижней – 22,7%.

Данные по запасам общей влаги (таблица 5) показывают, что их количество значительно различается в зависимости от части склона, что объясняется как сформированными свойствами, так и геоморфологическими особенностями.

Так, в средней части склона, для которой характерны менее благоприятные свойства чернозема и наклон поверхности, аккумуляция влаги выражена слабо и запасы общей влаги в слое 0-100 см здесь по склону наименьшие (217 мм). Наибольшие запасы общей влаги характерны для нижней части склона (316 мм), для которой характерны более благоприятные свойства по склону.

На целине запасы влаги несколько ниже, чем у аналога расположенного в пашне (таблица 5), что объясняется лучшим поступлением и накоплением влаги в пашне, вследствие проведения агротехнических мероприятий.

Агрохимические свойства – свойства почв, учитываемые при определении доз, вида и норм минеральных и органических удобрений и химических ме-

лиорантов. Главными из них являются: содержание гумуса, содержание усвояемых форм элементов питания, реакция почвенного раствора.

Таблица 5

Запасы влаги чернозема южного в почвенно-геоморфологическом профиле

Разрез, угодье	Горизонт	Угодье	Влажность, %		Общие запасы влаги, мм
			от веса почвы	от объема почвы	по горизонтам	в слое 0-100 см
Разрез-1 целина	А	3-17	15.7	23.7	26	238
	В1	17-47	20.8	26.4	79
	В2	47-65	18.8	25.1	44
	В3	65-82	18.4	27.2	46
	С	>82	15.8	23.7
Разрез-2 пашня, верхняя часть склона	АПАХ	0-14	17.7 18.9 19.7 18.2 18.0 14.6	20.3 26.9 26.2 23.8 26.6 22.0	26	239
	А	14-22			20
	В1	22-47			65
	В2	47-65			43
	В3	65-82			45
	С	>82
Разрез-3 пашня средняя часть склона	АПАХ	0-15	9.4 16.9 17.6 17.2 14.7	18.6 24.6 24.0 25.9 21.9	16	217
	В1	15-30			36
	В2	30-41			28
	В3	41-66			64
	С	>66
Разрез-4 пашня нижняя часть склона	АПАХ	0-12	22.7 21.0 24.8 26.0 24.5 18.5	24.0 31.0 34.0 34.0 32.0 27.0	28	316
	А	12-28			42
	В1	28-57			94
	В2	57-81			86
	В3	81-107			91
	С	>107

Гумус – сложное органическое вещество, которое обладает высокой поглотительной способностью по отношению к катионам прежде всего благодаря наличию в нем гуминовых кислот, большим запасным фондом питательных веществ для растений, а именно азота и фосфора (И.В. Синявский, 2001).

Гумус многими исследователями рассматривается как главный критерий плодородия почв, мощный аккумулятор солнечной энергии (Ф.Я. Гаврилюк, В.Ф. Валков, 1972; Н.Ф. Тюрменко, 1979; П.И. Крупкин, П.Т. Воронков, 1974).

Черноземы южные исследуемого склона по содержанию гумуса являются (таблица 6): целина – малогумусный (5,26%);

пашня, верхняя часть склона – малогумусный (4,2%);

пашня, средняя часть склона – слабогумусированный (3,1%);

пашня, нижняя часть склона – малогумусный (5,8%).

Уменьшение содержания гумуса в горизонте АПАХ в средней части склона связано с более интенсивным развитием эрозионных процессов, которые способствуют сносу мелкозема, а с ним и гумуса. При этом происходит ухудшение свойств почв (физических, водных, тепловых и др.) и снижение их плодородия.

Потери гумуса связаны не только с развитием эрозионных процессов, но и с использованием почв человеком. При распашке гумус теряют почвы всех природных зон Зауралья (В.П. Егоров, С.Л. Петуховский, 1980; А.П.Козаченко, 1997; Ю.Д. Кушниренко, 1993), но максимальные потери выявлены в условиях южной лесостепи и степи.

В исследуемых черноземах южных содержание гумуса в пашне, в сравнении с его содержанием на целине, уменьшается (с 5,26% до 4,2%) на 20% (таблица 6).

Проведенные исследования черноземов южных на склоне показали, что потери органического вещества составили: при освоении под пашню – 10 т/га в расчете на весь почвенный профиль; в результате развития эрозионных процессов (средняя часть склона) – 106 т/га.

Потери гумуса при распашке чернозема южного обусловлены уменьшением поступления растительных остатков в почву и усилением минерализации органического вещества.

Содержание обменного гумуса является показателем потенциального плодородия. Однако эффективное плодородие при значительном валовом содержании гумуса может быть невысоким в связи с низким содержанием в нем подвижных легкогидролизуемых компонентов (Л.А. Гришина, 1986).

Легкогидролизуемая фракция азота является ближайшим резервом для питания растений.

Из таблицы 6 видно, что содержание легкогидролизуемого азота с глубиной уменьшается. При этом содержание его на целине и в пашне практически одинаково. В средней части склона содержание легкогидролизуемого азота в горизонте В1 даже выше (79,5%), чем в горизонте АПАХ (75,5%), что объясняется развитием эрозионных процессов в данной части склона. В пашне в нижней части склона содержание легкогидролизуемого азота наивысшее по склону, так как здесь аккумулируются продукты эрозии.

Фосфор в почве находится в форме минеральных и органических соединений. Основная часть как органических, так и минеральных соединений фосфора в почвах недоступна растениям.

Наблюдается закономерность уменьшения содержания подвижных форм фосфора с глубиной (таблица 6). Это связано с тем, что данный тип почв сформировался на породах, для которых характерна бедность фосфором.

Концентрация элемента в пахотном слое и аккумулятивном горизонте А на целине превышает таковую в породе в 2,5-3,0 раза и получена за счет длительной биологической аккумуляции фосфора растительностью (А.Е. Кочергин, 1984).

Наибольшая обеспеченность подвижными формами фосфора (24 мг/кг) наблюдается в горизонте АП в нижней части склона, наименьшая (17 мг/кг) – в горизонте АПАХ в средней части склона (таблица 6). По данным таблицы 6 по подвижным формам фосфора можно сказать, что обеспеченность ими почв низкая для всех культур.

Видно, что при использовании почв для сельскохозяйственного производства культурных растений, содержание их несколько снижается (20 мг/кг), в сравнении с целиной (21 мг/кг).

Таким образом, низкая природная обеспеченность подвижным фосфором черноземов Урала несколько обострилась при их длительном сельскохозяйственном использовании.

Основным источником доступного для растений калия является обменный, который находится в составе почвенно-поглощающего комплекса. Резервом доступного калия служит фиксированный калий.

Проведенные нами исследования показали, что черноземы южные имеют высокое содержание доступного для растений калия (таблица 6). С глубиной обеспеченность почв калием снижается.

Наибольшее содержание доступного калия наблюдается в нижней части склона (192 мг/кг), это можно объяснить тем, что поставщиком калия является илистая фракция почвообразующей породы и наибольшее его количество бывает в почвах тяжелого гранулометрического состава. Этой закономерностью объясняется и наименьшее содержание доступного калия в средней части склона(97 мг/кг).

Уменьшение содержания доступного калия в пашне (164 мг/кг) в сравнении с целиной (178 мг/кг) также можно объяснить более облегченным гранулометрическим составом чернозема южного в пашне. При сельскохозяйственном использовании уменьшается валовое содержание калия, количество подвижного и обменного калия. Таким образом, установлено уменьшение подвижного калия при сельскохозяйственном использовании, в нашем случае на 14 мг/кг.

Эффективное плодородие по азоту, фосфору и калию определяется в основном богатством ими гумусового слоя. От 79 до 83% фосфора растения поглощают из пахотного или биологически активного слоя (А.Е. Кочергин, 1966). Именно здесь сконцентрированы запасы азота и фосфора, наиболее активно идут процессы их мобилизации и закрепления фосфатов.

На целине, а также в верхней и нижней частях склона пашни черноземы южные имеют высокое содержание легкогидролизуемого азота.

Содержание подвижных форм фосфора у черноземов южных по склону достигает низкой обеспеченности. Вследствие этого создаются чрезвычайно напряженные условия фосфорного питания растений.

Показатели обменного калия соответствуют высокой и очень высокой, а в средней части склона повышенной обеспеченности почв калием. Однако необходимо обратить внимание на то, что пашня имеет показатели по обеспеченности элементами питания ниже, чем целинный участок.

Из этого следует, что для сохранения плодородия и стабилизации урожайности сельскохозяйственных культур элементами питания необходимо использование органических и минеральных удобрений.

Реакция почвенного раствора является одним из важных свойств почв. Она определяется наличием в почве катионов водорода, алюминия, кальция, магния и др.

Реакция почвенного раствора оказывает большое разностороннее влияние на свойства почв и растения.

Черноземы южные исследуемого почвенно-геоморфологического профиля имеют нейтральную реакцию почвенного раствора в верхних горизонтах (таблица 6), которая является наиболее благоприятной для возделывания большинства сельскохозяйственных культур.

В карбонатном горизонте В3 заметно изменение реакции почвенного раствора в сторону подщелачивания, что обусловлено содержанием карбонатов кальция.

Таким образом, агрохимические показатели почв геоморфологического профиля различны. Наиболее обеспеченными элементами питания являются черноземы южные на целине и в нижней части склона. Сельскохозяйственное использование ведет к снижению содержания гумуса, подвижных форм азота, фосфора и калия. Особенно это снижение проявляется в средней, наиболее подверженной эрозионным процессам, части склона

Однако сочетание природных факторов в подзоне южных черноземов обуславливает недостаточную обеспеченность всех черноземов подвижными формами фосфора.