На правах рукописи Сенькова Лидия Андреевнасостояние почв агроландшафтов южного урала и пути их рациональногоиспользования06.01.03 – агропочвоведение и агрофизикаавтореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наукТюмень 2009 Работа выполнена в Институте агроэкологии – филиале ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет» Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор^ Еремченко Ольга Зиновьевна доктор биологических наук, профессор Телицын Виталий Леонидович доктор сельскохозяйственных наук ^ Дубачинская Нина Никоноровна Ведущая организация: Новосибирский ГАУ Защита диссертации состоится «21» мая 2009 года в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 220.064.01 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии. Адрес: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, тел./факс: (3452) 46-87 77.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии. Автореферат разослан « » апреля 2009 г.Ученый секретарь диссертационного совета И.В. Грехова ^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Усиление вмешательства человека в естественные природные процессы, увеличение агрогенных и техногенных нагрузок на земли сельскохозяйственного назначения в современный период приводят к непредсказуемым последствиям. По мнению Г.В. Добровольского, Б.Ф. Апарина и других (2000), теперь немыслимо стремиться к устойчивому развитию общества без специфических знаний о «геодерме», бесперспективно ставить задачи познания многообразных явлений в биосфере без привлечения науки, занимающейся столь сложным биосферным объектом – почвой. В настоящее время почвенные ресурсы России для интенсивного развития земледелия весьма ограничены (Столбовой, Шеремет, 1997). В то же время почти вся равнинная лесостепная и степная части Южного Урала представлены плодородными черноземами, которые постоянно используются как по назначению, так и отчуждаются в пользу горнодобывающей промышленности, строительства и других целей. Но в среде повышенного антропогенного воздействия вопросам изменения свойств почв сельскохозяйственного назначения, их управлению в регулируемых условиях и охраны уделяется недостаточное внимание. Сведения об агропроизводственных, агрохимических и некоторых водно-физических свойствах пахотных черноземов и вовлеченных в пашню солонцов Челябинской области содержат труды Г.А. Баландина (1936), Ю.Д. Кушниренко (1968), А.П. Козаченко (1999), И.В. Синявского (2000). Исследование изменений этих почв под влиянием техногенной нагрузки и урбанизации проведено не достаточно. Мало сведений по некоторым интразональным почвам аллювиальным, горным, реликтовым. Первый планомерный мониторинг по комплексной оценке пахотных почв и солонцов наиболее техногенной территории Южного Урала был проведен в 80-е и 90-е годы XX века (Кушниренко, 1993, 1999; Отчет о результатах работ…, 1997). Эти исследования показали, что, несмотря на спад промышленного производства, отходы которого изменяли свойства почв, сокращение несбалансированного применения удобрений, состояние земельного фонда характеризуется как критическое (Комплексный доклад…, 2005), и вопросы рационального использования почв сельскохозяйственного назначения с учетом предполагаемого потепления климата не сняты. Разработка модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия только для южной части лесостепной зоны Уральского региона позволила улучшить экологическое состояние агроландшафтов (Модели адаптивно-ландшафтных систем…, 2005). Распространение этих систем земледелия на всей территории Южного Урала требует значительной доработки и расширения сведений о почвах. Использование ландшафтного подхода в исследовании состояния всего разнообразия почв сельскохозяйственных угодий служит основой создания новых форм, технологий управления агроэкологическими параметрами в регулируемых условиях, их оценки и прогноза. Для этого необходимо определить все разнообразие почв, параметры их физических, водных и агрохимических свойств. В условиях усиливающейся кризисной ситуации в природе, растущими задачами интенсивного развития промышленности и сельского хозяйства в наиболее промышленной части России, к которой относится Южный Урал, исследование изменений этих свойств и решение вопросов их оптимизации на основе углубленного изучения поведения влаги в профиле, являются актуальными задачами. ^ Цель работы. Выявить изменения в строении, составе и свойствах почв зональных и интразональных агроландшафтов Южного Урала при антропогенном воздействии, наметить пути их рационального использования. ^ Задачи исследований: 1. Получить современные данные по региональным особенностям почв зональных и интразональных лесостепных и степных типов агроландшафта. 2. Выявить и охарактеризовать изменение свойств черноземов под влиянием сельскохозяйственного использования. 3. Изучить возможность естественного восстановления свойств черноземов измененных агроландшафтов. 4. Исследовать поведение влаги в черноземе и на этой основе создать методическую базу для почво- и водосберегающих технологий орошаемого земледелия. 5. Изучить состояние рекультивируемых и урбанизированных почв сельскохозяйственного назначения. 6. Создать банк почв агроландшафтов Южного Урала.^ Научная новизна. Определены региональные особенности черноземов равнинных слабоизмененных агроландшафтов; установлено изменение основных свойств почв в результате сельскохозяйственного использования, техногенного воздействия и урбанизации; представлены данные по состоянию рекультивируемых почв сельскохозяйственного назначения; показана важность сохранения естественного строения профиля почв в условиях высокой техногенной нагрузки на Южном Урале; изучены почвы реликтовых боров, показана необходимость их консервации в водоохранных, почвозащитных целях и научных интересах; научно обоснована методика почво- и водосбрегающей технологии орошаемого земледелия; построена материальная модель почв Южного Урала. ^ Защищаемые положения: 1. Почвы агроландшафтов Южного Урала имеют региональные особенности, и по совокупности генетических свойств наиболее предрасположены к деградации черноземы южные степного зонального агроландшафта. 2. Разработка и внедрение почво- и водоохранных технологий земледелия на основе поведения влаги в почвах, рекультивация нарушенных почв, проведение регионального агроэкологического мониторинга почв с современными природоохранными требованиями – пути рационального использования и охраны почв.^ Теоретическая значимость. Создана научная основа рационального использования и охраны почв зональных и интразональных природно-сельскохозяйственных ландшафтов Казахстанской и Западносибирской провинций Южного Урала. Фундаментально обоснована методика почво- и водосберегающей технологии орошения черноземов. Новые данные по изменению почв агроландшафтов под влиянием антропогенного фактора вошли в курсы лекций по почвоведению, читаемых в Институте агроэкологии.^ Практическая значимость. Установлены особенности строения, состава и свойств современных почв зональных и интразональных агроландшафтов, измененных под влиянием антропогенных факторов. На данной основе можно создавать новые формы и технологии управления агроэкологическими параметрами в регулируемых условиях и давать им оценку, более дифференцированно использовать почвы, обосновывать режимы нормированного орошения, прогнозировать изменения почв при дальнейшем антропогенезе и потеплении климата. Полученные материалы могут использоваться учреждениями и организациями, проводящими мониторинг окружающей среды, региональный агроэкологический мониторинг почв и работы по обводнительной мелиорации почв. Для черноземов выщелоченных разработана методика почво- и водосберегающей технологии и предложен рациональный режим нормированного орошения. Результаты мониторинга биологического этапа рекультивации почвогрунтов, образованных при техногенном нарушении черноземов, позволяют корректировать и прогнозировать дальнейшее формирование и использование молодых почв – эмбриоземов на новом рекультивируемом агроландшафте отвалов Коркинского угольного разреза. Основные результаты выполненных исследований по изучению состояния почв ирригационного агроландшафта лесостепной зоны Челябинской области вошли в «Рекомендации по регулированию водно-физических, физико-химических свойств, солевого режима ирригационных почв и улучшению их экологического состояния», подготовленные Институтом агроэкологии (Синявский И.В., Сенькова Л.А. и др., 2006). Материалы переданы ФГУ «Челябмелиоводхоз». Созданный банк почв можно использовать при проведении регионального агроэкологического мониторинга почв, почвенно-картографических работах.^ Личный вклад соискателя. Соискателем лично проведены полевые и аналитические исследования почв и дана интерпретация результатов исследований современного состояния практически всех почв зональных и интразональных типов агроландшафта Южного Урала на примере Челябинской области. Результаты этих исследований реализованы в виде банка почв, представляющего собой материальную модель почв и других компонентов агроландшафтов Южного Урала с фондом в 2500 экспонатов, 180 из которых монолиты почв. ^ Апробация работы и публикации. Исследования проводились по плану НИР Института агроэкологии – филиала Челябинского агроинженерного университета по направлению «Динамика показателей плодородия черноземов Южного Зауралья» (Регистрационный номер 0120.0 500293) в период с 2000 по 2007 гг. Как сравнительные данные использованы материалы, ранее полученные автором в 1976-1987 годах в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН при изучении аналогичных черноземов Западной Сибири и Северного Казахстана. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Института агроэкологии в (г. Челябинск, 2000-2007), 2-й Российской научно-практической конференции (г. Оренбург, 2005), Всероссийской научно-практической конференции (г. Курск, 2008); XXXVIII Российской школе по проблемам науки и технологий (г. Миасс, 2008). Общий список опубликованных работ состоит из 52 наименований, в том числе 14 учебно-методических указаний. По теме работы издана 1 монография, в двух других монографиях рассматриваемым вопросам посвящены отдельные разделы; в изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 7 статей.^ Структура работы. Работа изложена на 357 страницах и состоит из введения, 8 глав, выводов, рекомендаций производству, библиографического списка из 355 наименований, 18 приложений, включает 44 рисунка и 87 таблиц. Искреннюю благодарность за многолетнюю заботу и помощь приношу к. с.-х. н. Н.И. Чащиной. Неоценимую помощь оказал автору в свое время учитель и наставник доктор биологических наук, профессор В.П. Панфилов. Автор благодарен сотрудникам Института агроэкологии: профессору Е.И. Шиятому, доктору биологических наук И.В. Синявскому, докторам сельскохозяйственных наук А.А. Грязнову, И.Л. Фрумину за предложения и замечания по улучшению работы, студентам за помощь в сборе полевых материалов. ^ СОДЕРЖАНИИЕ РАБОТЫ1 Литературный обзор В главе приведен обзор литературы по истории изучения изменений свойств почв Южного Урала, проблеме деградации черноземных почв и путях их рационального использования, об особенностях свойств и использовании почв интразональных агроландшафтов. ^ 2 Объекты и методика исследований Объектами исследований являются почвы зональных и интразональных агроландшафтов Казахстанской и Западносибирской провинций Южного Урала на примере Челябинской области. Для определения их региональных особенностей и изменений при использовании были изучены в полевых и лабораторных условиях строение, состав, водно-физические и агрохимические свойства почв зональных и интразональных агроландшафтов, проведен учет корневой системы растений по общепринятым методикам (Качинский, 1958, 1965; Агрофизические методы исследований, 1966; Аринушкина, 1970; Принципы организации …, 1996). Особенности поведения почвенной влаги исследовалось по методу А.А. Роде (1960). Разрезы закладывались на характерных элементах рельефа, их повторность составляла 4-10 в зависимости от изученности, сложности агроландшафтов, сельскохозяйственной значимости почв. Изучение развития эрозии почв на склонах с крутизной 5º проводили в степной зоне. На каждом элементе рельефа заложено по 4 разреза. Вопросы восстановления почв агроландшафтов, нарушенных горными работами, изучались на отвалах Коркинского угольного разреза в 2001-2004 гг. Для определения содержания гумуса образцы отобраны в 25-кратной повторности из горизонта А чернозема выщелоченного и эмбриозема, в 6-ти кратной повторности заложен опыт по определению общей биологической активности этих почв. Изучение загрязнения пойменных почв проведено в 2002-2003 гг. в пригородной части поймы реки Миасс путем проведения детальной почвенной съемки в масштабе 1:200. Возможность восстановления плодородия черноземов выщелоченных северной лесостепи после орошения исследована на опытном поле Института агроэкологии, где в 2002-2003 гг. была проведена почвенная съемка в масштабе 1:1000 в соответствии с инструкцией (Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям ..., 1973; Почвенная съемка, 1959). Исследования по вопросу охраны урбанизированных почв агроландшафтов проводились в селитебной части села Миасское и его окрестностях. Изменения черноземов выщелоченных, связанные с урбанизацией, выявлялись путем их сравнения с целинными аналогами, прилегающими к урбанизированным почвам села в 2004 г. Древний антропогенез черноземов показан на примере Аркаимской долины в 2003 г. Теоретическое и экспериментальное обоснование режимов орошения почв проведено путем исследования водоудерживающей способности, передвижения почвенной влаги при испарении и нисходящего движения влаги в изолированных с боков призмах по методу А.А. Роде (1960, 1965). Прикладные аспекты агрогенной эволюции почв оросительных систем и оценка пригодности почв новых участков для орошаемого земледелия изучены в условиях лесостепной зоны сотрудниками Института агроэкологии по заказу ФГУ Управления «Челябмелиоводхоз». Автором диссертации проведены полевые исследования, изучены физические и водные свойства почв, дана оценка их изменений при орошении. Динамика влажности и запасов влаги в черноземе выщелоченном под яровой пшеницей на богаре изучалась в 2000-2001 годах на опытном поле Института агроэкологии. Делянки вариантов размером 1х2 м закладывались методом рендомизации в 3-х кратной повторности. В опыте изучались сроки посева 28.04; 6.05; 15.05 (контроль); 26.05; 5.06 на агрофонах: контроль (без удобрений), Р60 и N120Р60, , велись фенологические наблюдения. Образцы на влажность отбирались послойно каждые 10 см методом бурения до 100 см. Влажность определяли термостатно-весовым методом в 4-х кратной повторности по фазам развития яровой пшеницы раннеспелого сорта Фора. Азот изучали в смешанных образцах в слое 0-20 см. Динамика нарастания биомассы определялась путем отбора 20 растений с каждой повторности. Уборку урожая проводили сноповым методом в 3-х кратной повторности. В работе использованы принятые классификации природных и сельскохозяйственных ландшафтов (Агроэкологическая оценка земель …, 2005). Результаты исследований подвергались математической обработке (Принципы организации и методы…, 1976 и др.). Для научных и практических целей по управлению динамическими процессами в почвах агроландшафтов в условиях высокой антропогенной нагрузки и меняющегося климата одновременно с исследованиями почв создавалась их материальная модель путем срезов почв, сбора других компонентов агроландшафтов (растений, горных и почвообразующих пород, минералов).^ 3 Природные условия почвообразования Казахстанской и Западносибирской провинций Южного Урала Наши исследования проводились, согласно почвенно-географическому районированию (Агроэкологическая оценка земель …, 2005), в пределах Западносибирской, Казахстанской и горной Южно-Уральской провинций, имеющих место в Челябинской области. Дан обзор их природных условий, определяющих функционирование основных лесостепных и степных типов природно-сельскохозяйственных ландшафтов, трансформированных под влиянием антропогенных факторов. Приведены климатические и погодные условия лет исследований.^ Рельеф и почвообразующие породы. Равнинная территория с проявлениями микрорельефа характеризуется четким делением на примыкающий к горам Зауральский пенеплен и на неширокую полосу низменности на востоке Челябинской области. Геоморфология местности меняется под воздействием горнодобывающей промышленности, создающей промышленно-нарушенные и рекультивируемые роды агроландшафтов. Климат. Континентальность и сухость климата Южного Урала определяется положением его в центре Евразийского материка и Уральскими горами, создающими препятствие на пути движения атлантических воздушных масс, что определяет значительную континентальность. Количество осадков составляет в горной части области 600 мм, на равнинах в среднем 350 мм в год, несколько различаясь по зонам. Растительность. Зональная растительность равнинной части сохранилась лишь на небольших площадях вследствие распаханности почв. Ведущими сельскохозяйственными культурами являются зерновые (яровая пшеница), картофель, кормовые культуры. В горах растительность чередуется по системе вертикальной зональности. ^ Поверхностные и грунтовые воды. Гидрографическая сеть представлена реками Урал, Миасс, Теча, Уй. Широко распространены озера. Грунтовые воды, чаще пресные гидрокарбонатно-кальциевые, залегают прерывисто на глубине 5-20 м. Водные ресурсы изучаемой территории позволяют развивать орошаемое земледелие.^ Почвы и основные закономерности их распространения. Распределение почв на территории Южного Урала подчиняется закономерностям горизонтальной с черноземами лесостепной и степной зон и вертикальной с горными почвами зональности. На пониженных участках рельефа развиваются почвы интразональные. В Челябинской области на земли сельскохозяйственного назначения приходится 5202,5 тыс. га (58,8 % общей площади), в пашне находится 2949,8 тыс. га. Черноземные почвы занимают 3377,3 тыс. га (38 %) всей площади. Распространение черноземов оподзоленных ограничено, они занимают 44,8 тыс. га или 0,6 % общей площади Челябинской области и всего 5 тыс. га или 5,95 % в пашне. Основу почвенного покрова лесостепной и степной зон (87,8 % пахотных земель) составляют черноземы выщелоченные и обыкновенные. Черноземы выщелоченные наиболее распространены и занимают 1861,5 тыс. га, в том числе в лесостепи 1799,4 тыс. га. Черноземы южные занимают всего 7,9 % пахотных земель. Площадь эродированных почв составляет 1,3 млн га. (Комплексный доклад…, 2004). Лесистость территории составляет 2-3 % (Хазиев, 2000). ^ Природные и сельскохозяйственные ландшафты. Природные зоны Челябинской области содержат характерные для них равнинные зональные и интразональные антропогенные и реже слабоизмененные лесостепные и степные агроландшафты.По уровню антропогенного изменения растительности, гидротермического режима и мезорельефа они делятся соответственно на фитогенные, ирригационные, литогенные рекультивированные. По характеру последействий антропогенного вмешательства выделяется деградированный агроландшафт, частично потерявший свои первоначальные функции. Почвами зональных типов агроландшафта являются черноземы. Солонцы, солончаки, солоди, аллювиальные, болотные почвы и боровые пески – почвы интразонального типа. В пределах лесостепной и степной равнинных природных зон имеют место горные ландшафты. ^ 4 Изменение почв равнинных зональных типов агроландшафта Южного Урала при сельскохозяйственном использовании4.1 Черноземы лесостепных агроландшафтов. Почвы равнинных зональных лесостепных типов агроландшафта представлены черноземами лесостепной зоны оподзоленными и выщелоченными подтипами черноземов, чаще измененных фитогенных, ирригационных типов, промышленно-нарушенных и рекультивированных родов, распаханных, деградированных, загрязненных и залежных видов агроландшафта. ^ Черноземы оподзоленные. Показано, что черноземы оподзоленные имеют щебнистый профиль и благоприятные агрофизические и водные свойства, слабо изменяющиеся при распашке, если не подвержены водной эрозии. Мощность отдельных горизонтов черноземов оподзоленных сильно варьирует, что связано с разной глубиной залегания плотных горных пород в предгорных условиях. Мощность гумусовых горизонтов (А+В1) изменяется от 51,7 см до 32,7 см на целине и от 50,5 см до 37,5 см в пашне (табл. 1). Таблица 1 – Изменения черноземов оподзоленных лесостепной зоны при использовании, n =6 (2002 г.) Горизонты почвенного профиля X ± t • Sх Мощность, см Плотность сложения, г/см3 целина пашня целина пашня А, Ап 19,9±4,1 22,8±2,1 1,20±0,04 1,15±0,15 В1 22,0±5,7 21,2±4,4 1,28±0,02 1,31±0,03 В2 30,3+3,0 28,3±2,5 1,39±0,03 1,40±0,03 ВС 31,8±1,5 29,9±2,0 1,40±0,02 1,40±0,02 С Плотная горная порода Черноземы выщелоченные. По мощности гумусовых горизонтов черноземы выщелоченные чаще маломощные, плотность сложения благоприятна на целине и в пашне, при распашке варьирует больше, чем на целине (табл. 2). Таблица 2 – Изменения черноземов выщелоченных лесостепной зоны при использовании, n =6 (2000-2006 гг.) Горизонты почвенного профиля X ± t • Sх Мощность, см Плотность сложения, г/см3 целина пашня целина пашня А, Ап 25,3±3,1 21,5±2,1 1,22±0,05 1,1±0,06 В1 12,9±4,7 10,9±5,3 1,25±0,06 1,32±0,07 В2 20,3+2,9 18,5±3,3 1,28±0,07 1,30±0,04 ВС 21,5±1,5 20,4±2,0 1,29±0,06 1,31±0,06 С 1,39±0,06 1,38±0,06 В агрофизическом отношении для них характерны равномерность по профилю гранулометрического состава с оптимальным содержанием физической глины, благоприятная пористость (табл. 3). Наименьшая влагоемкость (НВ) в горизонте А целины достигает 26 % и в пашне 24,2 % от массы почвы, составляя по всему профилю около 30 % объема почвы. В слое 0-50 см среднесуглинистые черноземы удерживают в целинном состоянии 152 мм, в пашне – 148 мм влаги. Эти почвы средне влагоемкие, но их диапазон активной влаги (ДАВ) высок (до 70 % от НВ). По влагоемкости и запасу активной влаги они не уступают аналогичным по гранулометрическому составу черноземам Западной Сибири (Почвенные физические условия…, 1977), но в сравнении с черноземами европейской части России имеют меньшие запасы (Коковина, 1974; Иовенко, 1960 и др.), что связано с меньшей мощностью почв.Таблица 3 – Изменение физических и водных свойств черноземов выщелоченных при распашке (2005-2006 гг.) Глубина, см Частицы Пористость,% от объема почвы НВ,% отмассы почвы ДАВ, % отмассы почвы Пористость обводнения при НВ, % Пористостьаэрации при НВ % от объема почвы % от пористости Целина 3-23 41,2 53 26,0 18,0 59 22 41 23-42 41,8 53 26,4 18,4 55 24 45 42-73 42,6 51 24,7 16,7 63 19 37 73-95 44,0 52 25,3 17,3 63 19 37 95-120 43,4 49 21,8 13,3 64 18 36 Пашня 0-20 39,6 59 24,2 16,2 45 32 55 20-36 41,0 48 23,1 15,1 66 16 34 36-72 43,9 51 23,9 15,9 61 20 39 72-93 44,4 52 24,8 16,8 63 19 37 93-120 44,5 50 21,0 13,0 58 21 42 При слабо меняющихся физических и водных свойствах на пашне, черноземы выщелоченные имеют особенности водных свойств, которые при использовании всегда негативно проявляются на продуктивности растений. На целине пористость аэрации в этой почве по профилю составляет около 20 % объема почвы при одновременно хорошей обводненности. Плотность сложения пахотного слоя (1,10 г/см3) обусловливает при НВ неидеальное соотношение между капиллярной и некапиллярной пористостью (55:45 %), поры аэрации при этом достигают 32 % объема почвы. Повышение уплотнения в подпахотных слоях до 1,38 г/см3 снижает общую пористость до 48 %, когда обводненность составляет 66 %, а на пористость аэрации приходится 34 % пор, что снижает влагоаккумулятивную способность чернозема в орошаемых условиях. В горизонте В2, не подверженном механическим обработкам, вновь наблюдается оптимальное соотношение водной и воздушной фаз (61:39 %). Оптимизация водно-воздушных свойств этих почв, особенно в условиях орошения – основной путь повышения их плодородия. Устойчивость свойств черноземов выщелоченных обусловлена высоким содержанием гумуса, составляющем в горизонте А на целине 8,51 % (236,8 т/га), в пашне – 8,1 % (176,4 т/га), в слое 0-100 см – 489,7 и 431,0 т/га соответственно. Смена фитоценозов агроценозами существенно снизила содержания массы корней по профилям черноземов в пашне по сравнению с целиной (табл. 4). Таблица 4 – Влияние фито- и агроценозов на распределение корневой системы в черноземах выщелоченных, n=6 Угодье Горизонт Глубина,см Содержание корней г/м2 % от массы корней Отношение фитоценоз/агроценоз Чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусный среднесуглинистый 5,3 Целина А В1В2 0-23 23-4242-73 1052 645319 52,2 32,015,8 Чернозем выщелоченный маломощный среднегумусный среднесуглинистый Пашня, посев пшеницы Апах В1В2 0-20 20-3636-72 229 12926 59,5 33,76,8 НСР05 (горизонты отдельных профилей)НСР05 (горизонты двух профилей) 5466 В процессе агрогенной эволюции при отсутствии корнеоборота эти почвы будут постепенно деградировать.^ Деградация почв лесостепного ирригационного агроландшафта. Почвы природных ландшафтов не остаются постоянными, они постепенно изменяются в процессе естественной эволюции. Антропогенная эволюция почв протекает значительно быстрее и вызывает часто его деградацию. В лесостепной зоне деградация высокоплодородных черноземов выщелоченных часто вызвана орошением. В разделе рассмотрено состояние орошаемого земельного фонда (0,02 % пашни в Челябинской области) в лесостепной зоне Западносибирской провинции в 2005 г. Результаты исследований изменений агрофизических, водных и агрохимических свойств черноземов выщелоченных и их полугидроморфных аналогов – лугово-черноземных почв на территориях Дубровской (СПК «Лазурное»), Краснопольской (ОАО НП АК «Митрофановское») межхозяйственных и Красноармейской (СХП «Красноармейское») оросительных систем показали, что ненормированное орошение привело к разной степени их деградации. Тяжелый гранулометрический состав, рассмотренные особенности естественных водных свойств, недостаточно обоснованные режимы орошения при неудовлетворительных условиях естественного дренажа черноземов выщелоченных исследованных оросительных систем являются причинами снижения пористости аэрации при НВ до 5-13 % объема почвы (табл. 5). Таблица 5 Деградация физических и водных свойств черноземов выщелоченных при ирригации Глубина, см Частицы % Плотность сложения, г/см3 Пористость общая, % от объема почвы НВ, % от массы почвы Пористость аэрации при НВ, % объема СХП «Красноармейское» 0-33 39 1,32 48 30 8 33-48 40 1,27 52 32 11 48-79 42 1,43 48 30 5 79-120 43 1,39 50 30 8 120 и> 44 1,34 49 33 5 СПК «Лазурное» 0-24 35 1,21 52 20 28 24-39 37 1,44 45 24 11 39-59 30 1,34 50 20 23 59-91 29 1,37 49 18 24 91 и > 38 1,35 50 25 19 ОАО НП АК Митрофановское 0-26 47 1,31 49 28 13 26-42 48 1,40 45 31 2 42-88 35 1,42 45 27 7 88-105 45 1,48 44 27 4 105 и > 49 1,43 47 30 5 Высокая обводненность порового пространства затрудняет воздухообмен. Это является основной причиной снижения уровня плодородия черноземов выщелоченных и их трансформации в непригодные для орошения земли. Показано, что в лугово-черноземных почвах деградация почв усиливается естественной гидроморфностью и слоистостью гранулометрического состава.^ 4.2 Черноземы степных агроландшафтов. В степной зоне развиты подтипы обыкновенных и южных черноземов. Они менее освоены, чем лесостепные и являются составными компонентами слабоизмененных и антропогенных типов агроландшафта. Широко представлены здесь эродированные и промышленно-нарушенные роды агроландшафта. ^ Черноземы обыкновенные. Среди обыкновенных черноземов встречаются маломощные и среднемощные разновидности, вследствие деградации наиболее сильно варьируют показатели мощности горизонтов этих почв в пашне (табл. 6). Таблица 6 Изменения черноземов обыкновенных степной зоны при использовании, n = 6 (2001-2003 гг.) Горизонты почвенного профиля X ± t • Sх Мощность, см Плотность сложения, г/см3 целина пашня целина пашня А, Ап 24,3±5,5 21,5±2,5 1,29±0,08 1,10±0,09 В1 26,5±5,5 26,0±6,4 1,29±0,13 1,27±0,15 В2 15,7±3,2 16,0±4,2 1,32±0,08 1,35±0,08 В3 37,5±1,5 31,1±4,8 1,39±0,09 1,41±0,10 С 1,39±0,05 1,40±0,05 На характер величин плотности сложения в профиле черноземов обыкновенных влияет обогащенность карбонатами, в случае солонцеватости и обменным натрием. В пашне существенно изменяется распределение корневой системы в почвы (табл. 7). Таблица 7 – Влияние вида использования черноземов обыкновенных на распределение корневой системы, n = 4 Угодье Горизонт Глубина,см Содержание корней г/м2 % от массы корней Отношение фитоценоз/агроценоз Целина А В1В2 2-22 22-4545-62 837 458175 56,9 31,211,9 4,6 Пашня, посев пшеницы Апах. В1В2 0-21 21-4343-60 232 5712 79,3 18,81,9 Пастбище АВ1В2 1-2525-5353-65 654 325102 60,5 30,19,4 3,2 НСР05 (по горизонтам отдельных профилей)НСР05 (по горизонтам всех профилей) 1111 В агроценозах и на пастбище оно изменяется не в пользу дернового процесса. В пашне под яровой пшеницей и на пастбище корней меньше, чем на целине в 4,6 и 3,2 раза соответственно. Водно-физические свойства этих почв, в целом, благоприятны (табл. 8), но уступают по своим показателям черноземам лесостепи. Черноземы обыкновенные имеют высокую общую пористость. Использование почв в качестве пастбищ снижает этот показатель. Таблица 8 – Изменение физических и водных свойств черноземов обыкновенных при использовании (2001-2003 гг.) Глубина, см Частицы Пористость,% объема почвы НВ, % отмассы почвы ДАВ, % отмассы почвы Пористость обводнения при НВ, % Пористостьаэрации при НВ % от объема почвы % от пористости Целина 3-27 40 52 25,2 15,8 59 21,3 41 27-57 41 52 25,5 16,1 60 20,2 40 57-70 42 53 27,4 18,0 66 18,2 34 70-107 43 51 28,7 19,3 75 13,1 25 107 и > 44 51 24,1 14,7 64 18,7 36 Пашня 0-20 37 62 23,1 13,7 40 38,9 60 20-55 38 57 23,7 14,3 50 28,8 50 55-65 42 53 27,5 18,1 62 19,6 38 65-100 44 51 28,0 18,6 74 13,2 26 100 и > 44 50 25,0 15,6 69 15,8 31 Пастбище 1-25 30 47 25,2 15,8 75 12,2 25 25-53 44 51 25,5 16,1 66 17,4 34 53-65 46 51 27,4 18,0 73 13,8 27 65-99 41 48 28,7 19,3 86 7,0 14 99 и > 40 47 24,1 14,7 75 12,3 25 Обыкновенные черноземы имеют не очень высокую, но достаточную гидросорбционную и водоудерживающую способность. По профилю НВ колеблется в пределах 23,1-28,7 % в зависимости от гранулометрического состава и содержания гумуса. При увлажнении, соответствующем НВ, значительная часть почвенных пор остается свободной от воды. Достаточное воздухосодержание при НВ, составляющее около 20 % объема пор в верхних горизонтах целины, снижается на пастбище до 17,4-7,0 %. Иногда оно излишне высоко на пашне с низкой плотностью сложения (38,9 % объема почвы). В таком случае обводнено при НВ только 40 % пор. В иллювиальных горизонтах, особенно на пастбище, часто наблюдается высокое обводнение, иногда до 86 % объема пор, что объясняется сильной окарбоначенностью и уплотнением профиля, вследствие чего, с повышением содержания капиллярных пор снижается воздухосодержание до 15 % объема почвы и менее. Удовлетворительные запасы влаги при НВ (143-171 мм для слоя 0-50 см) обеспечиваются капиллярной пористостью, но лимитируются осадками. При орошении водно-воздушные свойства этих почв становятся, таким образом, более напряженными, чем у выщелоченных черноземов. Поэтому продуктивность этих почв можно повысить путем локального ирригационного освоения при строгом соблюдении научно-обоснованных для каждого участка режимов орошения. ^ Черноземы южные. Ограниченность этих почв в пашне Челябинской области обусловлена климатическими условиями и малой площадью. В степной зоне количество осадков и высокая температура летом обусловили влагооборот в толще малой мощности, поэтому корневая система растений развивается в поверхностных горизонтах почвы (табл. 9). Масса корней в пашне в 3 раза меньше, чем на целине. Таблица 9 – Распределение корневой