Мониторинг агрегатного состава почвы под различными культурами в горной зоне Северной Осетии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мониторинг агрегатного состава почвы под различными культурами в горной зоне Северной Осетии

Сергей Эдуардович Кучиев, Лариса Жураповна Басиева, Нурбий Ильясович Мамсиров

Аннотация

Мониторинг почвенных агрофизических исследований в условиях развития эрозионных процессов на склоновых и горных почвах обусловлен необходимостью сохранения почвенного плодородия для последующих поколений. Структурно-агрегатный состав один из показателей агрофизического плодородия почв, обосновывающих изменения, происходящие в почве под воздействием внешней среды (природных факторов) и интенсивности ее сельскохозяйственного использования. Исследования проводились на горном многолетнем стационаре СКНИИГПСХ - филиал «ВНУ РАН» с. Даргавс. Изучение эрозионных процессов на горно-луговых почвах в Даргавской котловине обусловило определение многих показателей плодородия почвы (объемной массы, строение пахотного слоя, влажности почвы, водопрочности почвенной структуры, учеты стока и смыва), под большим набором сельскохозяйственных культур структурно-агрегатный состав, один из этих показателей, к которому мы обратились в данной работе, он зависит от культуры, срока и глубины взятия образца. На глыбистую структуру приходилось 21,7-62,9 %, макроструктуру - 35,6-78,0 %, микроструктуру - 0,3-7,4 %. Обработка почвы механическими орудиями приводила к разрушению глыбистой структуры, их количество снижалось в два раза. Разрушение глыбистой структуры приводило к возрастание макроагрегатов, при этом содержание пылеватых фракций так же значительно увеличивалось в 1,8-2,2 раза. Структура почвы разрушалась под действием дождевых капель, механических обработок, потерь гумуса, за счет выноса с урожаем и эрозионными процессами, что привело к увеличению глыбистой и пылеватой фракции, уменьшая коэффициент структурности. Коэффициент структурности по сопоставимым вариантам снизился на 1,74 единицы. Так, в посевах многолетних трав он уменьшился на 0,9 единиц, овса 2,36; озимой ржи 3,5; картофеля 2,02. Среднее значение первого периода исследований обеспечивало в среднем по посевам величину 2,96, а в настоящее время составляет 1,52 единицы.

Ключевые слова: плодородие, структура почвы, агрегаты, коэффициент структурности

Abstract

Monitoring of the soil aggregate composition under various crops in the mountainous zone of North Ossetia

Sergey Ed. Kuchiev1H; Larisa Zh. Basieva2 ; Nurbiy I. Mamsirov3

Monitoring of soil agrophysical research in the conditions of development of erosion processes on slope and mountain soils is due to the need to preserve soil fertility for the future generations. The structural and aggregate composition is one of the indicators of the agrophysical soil fertility. It also justifies the changes occurring in the soil under the influence of the external environment (natural factors) and the intensity of its agricultural use. The research was carried out at the mountain long-term station of NCSCMFA (a branch of VSC RAS) in Dargavs village. The study of erosion processes on mountain meadow soils in the Dargavs basin led to the determination of many indicators of soil fertility (bulk mass, structure of the arable layer, soil moisture, water resistance of the soil structure, accounting for runoff and washout). The blocky structure amounted to 21.7-62.9 %, the macrostructure amounted to 35.6-78.0 % and the microstructure amounted to 0.3-7.4 %. Tillage with mechanical tools led to the destruction of the blocky structure and their number was reduced by half. The destruction of the blocky structure led to an increase in macroaggregates, while the content of silty fractions also significantly increased by 1.8-2.2 times. Soil structures were destroyed under the influence of raindrops, mechanical treatments and humus losses due to removal with crops and erosion processes, which led to an increase in the blocky and dusty fraction and a decrease in the structural coefficient. The structural coefficient for comparable options decreased by 1,74 units. So in crops of perennial grasses it decreased by 0.9 units, oats by 2,36, winter rye by 3.5, potatoes by 2.02. The average value of the first period of research provided an average value of 2.96 for crops and it is 1.52 units at present.

Keywords: fertility, soil structure, aggregates, structural coefficient

Введение

Возможность безопасного для плодородия почвы возделывания сельскохозяйственных культур на склоновых землях вызывает объективную необходимость изучение множества сопутствующих показателей, в том числе и агрофизических показателей.

Обзор литературы. Горные территории являются значительным резервом для расширения агропромышленного производства, однако их хрупкость и «экологическая ранимость» предполагают необходимость осторожного, возвещенного и научно обоснованного подхода к вопросу их вовлечения в активное использование [1, 2].

Структурой называются различные по форме и величине агрегаты, в которые склеены почвенные частицы. Способность почв распадаться на агрегаты называется структурностью. Структура почвы изменяется под воздействием произрастающей на ней растительности, часть культур оказывает положительное влияние, оструктуривая почву в процессе своей жизнедеятельности, часть снижает. Негативное действие выражается в изменение соотношения доли глыбистой и пылеватой фракций, глыбистая вызывает недостаточное обеспечение растений влагой, а пылеватые подвержены смытию в процессе эрозии [2, 3]. В агрономической науке принято считать, что увеличение доли агрегатов размером от 1 до 5 мм создает благоприятные условия для обеспечения растения воздухом, водой, элементами питания, а также обеспечивает оптимальное соотношение такого показателя как объемная масса [4-6].

В связи с этим цель исследований заключалась в мониторинге структурно-агрегатного состава горно-луговой субальпийской выщелоченной, с перегнойно-иллювиальным горизонтом, суглинисто-щебнистой на элювии глинистых сланцев почве, под сельскохозяйственными культурами.

Методика исследований

Исследования проводились на землях Северо-Кавказского научноисследовательского института горного и предгорного сельского хозяйства - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального научного центра «Владикавказский научный центр Российской академии наук» на горном многолетнем стационаре с. Даргавс. Исследования проводились в два этапа - 1996-1998 и 2008-2013 годы.

В опыте возделывались многолетние травы: «клевер различных лет пользования»; зерновые культуры сплошного способа сева: озимая пшеница, озимый ячмень, озимая рожь, овес, овес с подсевом многолетних трав; пропашные культуры: картофель, кукуруза, столовая свекла, капуста.

Закладку опыта, фенологические наблюдения, статистическую обработку полученных данных проводили по общепринятым методикам.

Результаты и их обсуждение

Произрастающая растительность и климатические условия оказывают влияние на структуру почвы. В 1996 году только закладывался длительный стационарный опыт. Участок был покрыт травянистой растительностью, подвергся распашке и в начале вегетации, после проведенной планировки и закладки опыта, на долю глыбистой фракции приходилось от 1,7 до 13,8% агрегатов. В первый рассматриваемый период 1996-1998 годы в среднем на глыбистые фракции более 10 мм, в слое 0-30 см, под всеми изучаемыми вариантами приходилось 22,4%. Рассматривая данные по слоям, можно просмотреть следующую тенденцию, в практически под всеми вариантами наибольшее их количество приходилось на слой 10-20 см и достигло 25,1% в слое 20-30 см - эта величина составила 23,9%, а в первом горизонте она составила 18,3%. На наш взгляд, это обусловлено обработкой почвы. Не только глубина оказывает влияние на данный показатель, значительное влияние оказывала культура и расположение основной массы корневой системы в разных слоях почвы. Так наименьшее количество глыбистой фракции в верхнем слое отмечалось в посевах озимой - 12,1%. Остальные культуры можно расположить в порядке возрастания - овес и овес с подсевом многолетних трав 16,2%; картофель 17,5; многолетние травы 19,1 первого года и 23,2 второго года пользования. Как уже отмечалось выше увеличение глубины оказывало влияние на содержание глыбистой фракции, в посевах озимой ржи он достиг значений 14,9%, овса 18,5, овса с подсевом 23,6, картофеля 24,2, многолетних трав 22,6 и 24,9%. На контрольных вариантах чистый пар и естественная горно-луговая растительность в первом слое составляло 18,9% и 23,3, а с глубиной достигал 27,2 и 43,9%. Большое количество глыбистой структуры в посевах естественной растительности обусловлено значительным количеством корневых волосков, обеспечивающих сохранность больших комков почвы.

Макроструктурой в агрономии принято считать совокупность агрегатов от 0,25 мм до 10 мм, их количество в почве и способствует созданию условий для жизни развития и продуктивности сельскохозяйственных культур. В рассматриваем периоде в среднем под всеми культурами во всех слоях их количество составляло 73,2 %. Средняя величина суммы магроагрегатов по культурам наибольшая отмечалась в верхнем горизонте 0-10 см и составляла 77,1%, в слоях 10-20 и 20-30 см эта величина составляла 71,0 и 71,6 %. Различия наблюдались и под культурами, наибольшее количество отмечено в посевах озимой ржи 83,3 % в верхнем горизонте, с глубиной их количество снижалось до 79 и 74 %. Наименьшее под естественной растительностью их количество достигает величины 53-57 % в нижних горизонтах, что обуславливается сложением необрабатываемого участка.

В изучаемых почвах на склоновых землях регламентирующим показателем защищённости почв являются пылеватые фракции. В первый рассматриваемый период, в слое 0-30 см их наибольшее количество отмечено в посевах озимой ржи 5,65 %, овса 4,95, многолетних трав второго года пользования 4,78 и картофеля 4,68 %. Такое распределение на наш взгляд образуется обратной зависимостью к количеству смытой пылеватой фракции, чем больше ее наблюдается в посеве, тем меньшее ее смыто на данный период. почвенный агрофизический эрозионный горный

Таблица 1. Структурно агрегатный состав, % 1996-1998 гг. Table 1. Structural and aggregate composition, % (1996-1998)

Источник: составлено авторами на основании экспериментальных данных Source: compiled by the authors on the basis of experimental data

Мониторинг развития эрозионных процессов в горно-луговых почвах обусловил необходимость возобновления исследований, в результате чего получены новые данные по исследуемой теме.

Таблица 2. Структурно агрегатный состав, % 2008-2013 гг. Table 2. Structural aggregate composition, % (2008-2013)

Источник: составлено авторами на основании экспериментальных данных. Source: compiled by the authors on the basis of experimental data.

Доля глыбистых агрегатов под всеми культурами по сравнению с первым этапом исследований значительно возросла с 22,4 до 39,3 %, что, на наш взгляд, обусловлено влиянием интенсивных технологий механических обработок почвы, в результате происходят изменения в показателях плодородия, снижая эффективность использования пашни.

Суммарные изменения по количеству глыбистых фракций по горизонтам в среднем следующие, в слое 0-10 см он увеличился на 48,4 %, 10-20 на 50,2 %, а в слое 20-30 на 37,2 %.

Изменения в величине глыбистой структуры оказали пропорциональные изменения макроструктуры, на ее долю стало приходиться в среднем 57,7 %. Более значительно уменьшение коснулось среднего изучаемого горизонта 10-20 см и составило 53,1%, что почти на 18 % меньше прошлого периода. В верхнем слое 0-10 и слое 20-30 см она составляла 60,9 и 59,0 %.

Как и в предыдущем рассматриваемом периоде, культуры оказывали влияние на структурноагрегатный состав. Их можно расположить в порядке уменьшения макроструктуры: овес с подсевом многолетних трав 74; клевер 64; столовая свекла 63; озимая пшеница 59,5; кукуруза 59; озимый ячмень 58; капуста, яровой ячмень 57; картофель 47; наименьший в посевах озимой ржи 38%. Анализируя данные, следует отметить, что интенсивное использование пашни приводит к неутешительным результатам. Так, наиболее стабильными посевами зарекомендовали себя поля клевера различных годов пользования и овса с подсевом клевера. Овес с подсевом многолетних трав обеспечивал практически неизменным состояние почвы, а под многолетними травами данный показатель снизился приблизительно на 6 %, это наименьшая величина изменений. В посевах он составил - картофеля 33 %, овса 24 %, озимой ржи 40 %.

Под микроструктуру в почве изначально отводится небольшое количество, в связи с чем изменения так же незначительны. Так в посевах многолетних трав в первый период в среднем величина микроструктуры составляла 4,25 %, во второй период она достигла значения 4,59, что на 5,6 % больше. В посевах овса она значительно сократилась - с 4,95 до 4,68. Так же уменьшилось их количество под посевом картофеля и озимой ржи - на 50 % и 34 %.

Структура почвы разрушалась под действием дождевых капель, механических обработок, потерь гумуса за счет выноса с урожаем и эрозионными процессами, что привело к увеличению глыбистой и пылеватой фракции, уменьшая коэффициент структурности.

Рис. 1. Коэффициент структурности, %

Fig. 1. Structural coefficient, %

Источник: составлено авторами на основании экспериментальных данных.

Source: compiled by the authors on the basis of experimental data.

Коэффициент структурности значительно изменяется за период вегетации, так, после основной обработки почвы он может сильно превышать средние значения, представленные в таблицах, однако постепенное оседание почвы до равновесной плотности к середине вегетации приводят показатели коэффициента структурности до соизмеримых показателей. Продолжительность периода вегетации культуры оказывала, на наш взгляд, значительное влияние на коэффициент структурности. Так, в посевах овса после обработки на макроструктуру приходятся значительные величины, на эрозионно-опасные до 3%, защитное значение незначительно в связи с коротким периодом вегетации, а коэффициент структурности за этот период не успевает снизиться. А посевы озимых культур занимают поле более длительное время в наиболее эрозийно-опасный период, причем величина среднего коэффициента структурности значительно меньше овса.

Заключение

Рассматривая культуры, на которых проходили исследования во второй этап, можно с уверенностью отметить, что изменившееся состояние почвы всего опытного участка поспособствовало получившимся значениям величины глыбистой фракции. Так, в посевах озимой пшеницы и озимого ячменя на долю глыбистой фракции пришлось в среднем 38-39 %, яровой ячмень соответственно 41 %, а макроструктуры 58-59 %, соизмеримые показатели получились и в посевах пропашных культур, капусты, столовой свеклы, кукурузы - 33-38 % глыбистой фракции.

Полученные данные показывают, что коэффициент структурности по сопоставимым вариантам снизился на 1,74 единицы. Так, в посевах многолетних трав он уменьшился на 0,9 единиц, овса 2,36; озимой ржи 3,5; картофеля 2,02. Среднее значение первого периода исследований обеспечивало в среднем по посевам величину 2,96, а в настоящее время она составляет 1,52 единицы.

Список источников

1. Адиньяев Э.Д., Джериев Т.У Ландшафтное земледелие горных территорий и склоновых земель России. - М.: Агропрогресс, 2001. 404 с. - EDN YRQLMT.

2. Адиньяев Э.Д., Джериев Т.У, Кучиев С.Э. Экологические аспекты совершенствования структуры посевных площадей в субальпийском поясе Северной Осетии // Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов : Тезисы докладов участников IV Международной конференции, Владикавказ, 23-26 сентября 2001 года. - Владикавказ: Ремарко, 2001. - С. 551. - EDN OFYYVK.

3. Кучиев С.Э., Басиева Л.Ж., Адиньяев Э.Д. Оценка возделывания сельскохозяйственных культур в горной зоне // Проблемы устойчивого развития горных территорий Кавказа : Тезисы докладов XI межвузовской региональной студенческой конференции, Владикавказ, 10 декабря 1998 года. - Владикавказ: Северо-Осетинский государственный университет имени К. Л. Хетагурова, 1998. - С. 58-59. - EDN CLOOPS.

4. Кучиев С.Э., Рогова Т.А., Басиева Л.Ж. Защита земель от эрозионных процессов и формирование экологически устойчивых агроландшафтов для горной зоны Северной Осетии // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2019. № 8(175). С. 54-59. - EDN WXMLAW.

5. Адиньяев Э. Д., Кучиев С.Э., Басиева Л.Ж. Динамика агрегатного состава почвы под различными культурами в горной зоне Северной Осетии // Известия Горского государственного аграрного университета. 2010. Т. 47. № 2. С. 10-13. - EDN NCZPIL.

6. Монгуш Л.Т. Структурно-агрегатный состав почвы под многолетними травами в темно-каштановой почве в условиях Республики Тыва // Вестник КрасГАУ 2021. № 12(177). С. 93-96.

References

1. Adinyaev ED, Djeriev TU. Landscape agriculture of mountainous territories and slope lands of Russia. Moscow: Agroprogress; 2001. (In Russ.). - EDN: YRQLMT.

2. Adinyaev ED, Djeriev TU, Kuchiev SE. Ecological aspects of improving the structure of cultivated areas in the subalpine belt of North Ossetia. In: Sustainable development of mountain territories: problems of regional cooperation and regional policy of mountain areas : Abstracts of reports of participants of the IVth International Conference, 23-26 September 2001, Vladikavkaz. Vladikavkaz: Remarko; 2001. p. 551. (In Russ.). - EDN: OFYYVK.

3. Kuchiev SE, Basieva LZh, Adinyaev ED. Assessment of cultivation of agricultural crops in the mountainous zone. In: Problems of sustainable development of mountainous territories of the Caucasus : Abstracts of the XI interuniversity regional student Conference, 10 December 1998, Vladikavkaz. Vladikavkaz: North Ossetian State University named after K.L. Khetagurov; 1998. p. 58-59. (In Russ.). - EDN: CLOOPS.

4. Kuchiev SE, Rogova TA, Basieva LZh. Protection of lands against erosion and formation of ecologically sustainable agrolandscapes for the mountain zone of North Ossetia. Land management, cadastre and monitoring of lands. 2019;8(175): 54-59. (In Russ.). - EDN: WXMLAW.

5. Adinyaev ED, Kuchiev SE, Basieva LZh. Dynamics of aggregate composition of soil under various crops in the mountainous zone of North Ossetia. Proceedings of Gorsky State Agrarian University. 2010;47(2): 10-13. (In Russ.). - EDN NCZPIL.

6. Mongush LT. Structural and aggregate soil composition under perennial grasses in dark chestnut soil under the republic of Tyva conditions. Bulletin of KrasGAU. 2021;12(177): 93-96. (In Russ.).

Размещено на Allbest.ru