ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2007, № 9, с. 1078-1085
УДК 631.43:631.445.4(470.32)
ФИЗИКА ПОЧВ
ОСОБЕННОСТИ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ В ЦЕЛИННЫХ И ОСВОЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ
© 2007 г. В. А. Королев
Воронежский государственный университет, 394006, Воронеж, Университетская пл., 1 E-mail: bssoil@bio.vsu.ru Поступила в редакцию 03.02.2006 г.
Изучены направленность и характер количественных изменений основных показателей водопроницаемости плакорных черноземов (типичных и обыкновенных) центра Русской равнины в системе целина (многолетняя залежь) - пашня (богара) - пашня орошаемая. Показано, что наиболее заметное ухудшение водопроницаемости черноземов происходит под влиянием орошения. Установлены причины неблагоприятного изменения водопроницаемости черноземов региона, определяемые условиями их хозяйственного использования.
Центральное Черноземье, расположенное в центре Русской равнины, является важнейшим земледельческим регионом России. Большая часть его территории (83.3%) расположена в пределах лесостепной природной зоны и меньшая (16.7%, юг Воронежской и юго-восток Белгородской областей) - в степной. Главным природным богатством региона являются почвенные ресурсы, более чем на 80% представленные черноземами. Современный уровень реального плодородия черноземов ограничивается целым рядом дегра-дационных процессов, обусловленных влиянием антропогенных факторов. При этом черноземы, несмотря на свое природное совершенство, претерпевают значительные, нередко негативные, изменения. Особую озабоченность вызывает установленное многими исследованиями ухудшение физических свойств длительного распахиваемых черноземов, включая их водопроницаемость. Хорошо известно, что водопроницаемость почв является одним из важнейших показателей их физического состояния. В то же время для черноземов центра Русской равнины, расположенных в зоне недостаточного увлажнения, этот показатель изначально определяет их благоприятный режим влажности, имеющий большое (в отдельные засушливые годы решающее) значение в реализации достаточно высокого и сегодня потенциального плодородия этих почв. Не случайно основоположник генетического почвоведения В.В. Докучаев, характеризуя различные почвенные зоны, назвал черноземные области России "царством физи-ации", подчеркивая при этом, что здесь, прежде всего, нужно заботиться о восстановлении "... нарушенной неумелой культурой физики почв и к возможно полному использованию небогатой и, главное, капризной степной влаги" [7, с. 400].
Для предупреждения имеющихся негативных изменений пахотных черноземов и поддержания их физических показателей в оптимальном интервале значений необходимо всестороннее и систематическое изучение физических свойств и режимов основного "кормильца" России. Особую актуальность при этом приобретает достоверная оценка изменений показателей физического состояния черноземов при их длительном сельскохозяйственном использовании. В этой связи в наших исследованиях была поставлена задача изучить направленность и характер количественных изменений водопроницаемости плакорных черноземов под влиянием антропогенного фактора.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследований были наиболее распространенные подтипы черноземов изучаемого региона, представленные типичными и обыкновенными. Господствующие в прошлом (до распашки) на рассматриваемой территории средне-гумусные и тучные черноземы (7.8-10.0% гумуса) перешли в настоящее время в мало- и среднегу-мусные с содержанием гумуса в пахотном горизонте 4.5-7.5%. Преобладающим их гранулометрическим составом является легкоглинистый и тяжелосуглинистый. Физические свойства черноземов в основном определяются тремя главнейшими фракциями: илистой, крупнопылеватой и пылеватой и их соотношением. Всем им свойственна высокая микроагрегированность по всему профилю [10].
Изучение водопроницаемости черноземов проводилось в полевых условиях с поверхности почвы методом рам с использованием прибора ПВН-00 (при напоре воды 5 см и ее t = 10°С) в ге-
нетически сопряженном (зональном) ряду на под-типовом уровне и в системе целина (многолетняя залежь) - пашня разной длительности использования - пашня различного срока орошения. Для изучения совокупности сложных процессов формирования и развития черноземов, особенностей их современного физического состояния на основе системного методического подхода использовались сравнительно-географический и профильный методы. Полнопрофильные почвенные разрезы закладывались на выровненных участках водораздельных плато в различных частях исследуемой территории, включая заповедные и залежные участки (Стрелецкая, Каменная и Хри-пунская степи). Почвенные образцы отбирались десятисантиметровыми слоями с поверхности до глубины 150 см через каждые 10 см. Непосредственно в полевых условиях и в отобранных почвенных образцах определялись физические показатели в основном общепринятыми методами [4, 18]. Экспериментальный цифровой материал был статистически обработан [6].
Влияние орошения на физические свойства черноземов изучалось нами в разные годы в производственных условиях. Объектами исследований были наиболее распространенные разновидности черноземов типичных (Добринский р-н Липецкой обл., Новоусманский и Хохольский р-ны Воронежской обл.) и обыкновенных (юго-восточные р-ны Воронежской обл.). В качестве контроля использовались соответственно аналогичные разновидности черноземов неорошаемых участков, расположенных в непосредственной близости от орошаемых. По возможности учитывалась идентичность сельскохозяйственного использования контрольных и орошаемых участков: обычно это были посевы многолетних трав, в основном люцерны. Также учитывалась и длительность орошения, меняющаяся в пределах от 5 до 15 лет и более. Повсеместно орошение проводилось способом дождевания водами рек и местного стока, накапливаемых в небольших водохранилищах (прудах). Поливные нормы составляли в среднем 350-450 м3/га, а оросительные нормы колебались от 700 до 2500 м3/га. Минерализация оросительных вод в период поливов была невысокой (0.28-0.85 г/л), химический состав их в основном сульфатно-гидрокарбонатный с преобладанием среди катионов кальция и натрия. Воды характеризуются нейтральной или слабощелочной реакцией.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Интенсивность и характер водопроницаемости почв в значительной степени зависят от их структурности, плотности сложения, общей и дифференциальной пористости, влажности и других свойств. Целинные и залежные черноземы
характеризуются прекрасной структурой и благоприятными физическими свойствами. В верхней части их гумусового горизонта содержание агрономически ценных агрегатов (10-0.25 мм) составляет 81-94%, в том числе водопрочных - 70-85%. Коэффициент структурности и критерий водо-прочности агрегатов очень высокие и достигают соответственно в среднем 6.4-8.6 и 77-87%. Максимальной степенью водопрочности структуры обладают типичные черноземы. Однако статистически достоверные различия (при вероятности 0.95) в структурно-агрегатном составе черноземов типичных и обыкновенных не установлены.
Плотность твердой фазы исследуемых подтипов черноземов практически одинакова и изменяется от 2.47-2.52 г/см3 в слое 0-10 см до 2.69-2.72 г/см3 в почвообразующей породе. Плотность сложения в верхней части гумусового горизонта близка к 1.0 г/см3 и возрастает вниз по профилю до 1.34-1.43 г/см3. Показатели общей и дифференциальной пористости изучаемых почв свидетельствуют о весьма оптимальных соотношениях пор аэрации и пор, занятых различными формами почвенной влаги, что является следствием высокой гумусированности, агрегирован-ности и микрооструктуренности целинных черноземов. Так, неактивная пористость в пределах почвенного профиля не превышает 12-15%, в то время как активная пористость в верхней части гумусового горизонта равна 45-51% и уменьшается до 32-38% в слое 140-150 см. При этом значительная доля активной пористости приходится на поры, занятые воздухом при влажности почвы, соответствующей наибольшей (в общепринятой терминологии - наименьшей) влагоемкости (воз-духоемкость при НВ - ВНВ): 18-21% в типичных черноземах и 12-17% в обыкновенных черноземах (табл. 1). Важной особенностью порового пространства является его относительно стабильное состояние, что в итоге определяет весьма благоприятный водно-воздушный режим этих почв. Наиболее оптимальными показателями общей и дифференциальной пористости обладают целинные типичные черноземы. В то же время достоверность различий в изучаемых почвах установлена по общей пористости только с глубины 80-90 см и ниже, а по пористости активной и ВНВ с глубины 40-50 см и глубже.
Целинные черноземы, обладая прекрасной агрономически ценной структурой и благоприятными физическими свойствами, характеризуются наиболее оптимальными показателями водопроницаемости. Так, скорость водопроницаемости рассматриваемых почв, особенно черноземов типичных, отличается невысокой динамичностью в пространстве и во времени и варьирует от 5.6-6.3 мм/мин (доверительные границы 4.4-8.2 мм/мин) в первый час до 3.3-3.7 мм/мин (доверительные границы 1.7-5.7 мм/мин) в шестой
1080
КОРОЛЕВ
Таблица 1. Плотность и пористость изученных черноземов
Плотность, г/см3 Пористость, %
Глубина, см сложения твердой фазы общая активная воздухоносная при НВ
М Мд.г. М Мд.г. М Мд.г. М Мд.г. М Мд.г.
Чернозем типичный Целина (п = 5)
0- 10 0.93 0.86-0.99 2.50 2.49-2.52 62.9 60.3 65.6 51.1 45.7- 56.4 17.6 11.9- 23.3
20- -30 1.06 0.99- 1.12 2.54 2.51-2.57 58.5 55.7 61.3 47.2 43.9- 50.5 19.2 17.5- 20.8
40- 50 1.12 1.07- 1.17 2.56 2.53-2.58 56.2 53.9 58.6 44.9 41.1- 48.6 20.7 19.0- 22.4
60- -70 1.17 1.13- 1.22 2.59 2.56-2.62 54.8 53.0 56.6 43.5 40.4- 46.7 19.6 18.3- 20.9
80- -90 1.20 1.16- 1.23 2.61 2.57-2.64 53.9 52.1 55.8 42.7 39.0- 46.5 19.9 17.9- 21.8
100- -110 1.25 1.21- 1.28 2.66 2.63-2.68 53.0 51.7 54.3 41.4 37.8- 45.0 19.2 16.9- 21.5
120- 130 1.30 1.25- 1.34 2.69 2.67-2.71 51.7 49.8 53.6 40.0 35.8- 44.2 18.9 16.7- 21.1
140- 150 1.34 1.28- 1.40 2.70 2.69-2.71 50.2 47.9 52.6 38.4 33.8- 43.1 17.8 16.0- 19.6
Пашня (п = 31)
0- 10 1.10 1.08- 1.12 2.56 2.55-2.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.