Изменение водного режима черноземов под влиянием агрогенеза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изменение водного режима черноземов под влиянием агрогенеза

Аннотация

Исследования проведены в условиях юго-востока ЦЧЗ (Каменная Степь). Приведены данные изучения изменения увлажненности почвенного профиля. Показаны особенности формирования запасов продуктивной влаги в агролесомелиоративном комплексе. В ходе выполнения научно-исследовательских работ проведена оценка изменения водного режима черноземов различных компонентов агроландшафта. Показаны особенности изменения влагообеспеченности агрспрнозов под влиянием лесных полос. Антропогенез и распашка черноземов степной зоны приводит к серьезным изменениям во влагообеспеченноспт почв. Наиболее высокие показатели содержания продуктивной влаги характеры для почв естественных ценозов.

Ключевые слова: водный режим, лесная полоса, залежь, пашня, продуктивна.

Abstract

CHANGES IN THE WATER REGIME OF CHERNOZEMS UNDER THE INFLUENCE OF AGROGENESIS

Vladimir P. Kitsenko, Yuri I. Cheverdur, Sergey V. Saprykin

The research M'as carried out in the conditions of the south-east of the Central Park (Kamennaya Steppe). Data on the study of changes in the moisture content of the soil profile are presented. The features of the formation of productive moisture reserves in the agroforestry complex are shown. In the course of scientific research, the assessment of changes in the water regime of chernozems of various components of the agricultural landscape M'as carried out. The peculiarities of changes in the moisture supply of agrocenoses under the influence of forest strips of various landscape accessories are shown. The positive role of old-age Baltic forest strips in the stabilization of soil fertility has been established. Anthropogenesis of chernozems of the steppe zone leads to serious changes in soil moisture availability. The highest indicators of productive moisture content are characteristic of soils of natural cenoses.

Keywords: water regime, forest strip, fallow, arable land, productive moisture.

Введение

В течение прошлого столетия в ходе активной антропогенной деятельности сформированы современные агролесокультурные ландшафты. Посадка лесных полос в степных регионах страны стала основным фактором, послужившим трансформации и изменению свойств почвенного покрова [9, 10, 12]. Сами лесные полосы, в ходе своего становления и современного состояния, имеют свои характерные особенности [6, 13].

Основная задача прибалочных лесных полос, так же как и всей противоэрозионной системы, - перевод поверхностного стока во грунтовый. Лесополосы предотвращают размыв берегов балок, препятствуют развитию сорняков [4]. Специалистами по агролесомелиорации выявлено достоверное повышение влашзапасов на полях, прилегающих к лесным полосам [5]. Важным мероприятием является также исследование уровня грунтовых вод (УГВ). Исследования показали, что под действием лесной полосы происходит подъем УГВ [3]. Перевод стока во внутрипочвенный может поднять УГВ на значительную высоту. Так, в агроландшафтах Поволжской АГЛОСХ и Тимашевскош опорного пункта УГВ за 25 лет повысился на 3 м и грунтовые воды стали корне доступными [ 1 ]. В системе лесополос возрастает и количество атмосферных осадков [7]. В целом лесные полосы увеличивают снегозадерживающую способность стерневого фона на 65-75% [2]. Лесные полосы также способствуют не только задержанию и накоплению снега, но и задержанию талых и ливневых вод, стекающих с соседних полевых участков [8]. Таким образом, изучение водного режима черноземов является актуальным, особенно в Каменной Степи, где агро генное влияние происходит уже более ста лет.

Материалы и методы исследований. Исследования проведены в Воронежском ФАНЦ им. В.В. Докучаева. Период проведения наблюдений 2006-2021 гг. В качестве объектов выбраны различные компоненты современных ландшафтов пашня, залежь, старовозрастная лесная полоса 1903 г. посадки.

Результаты исследований и их обсуждение

Проводимые нами исследования режима влажности различных угодий Каменной Степи на протяжении 2006-2021 гг. показывают на существенные его изменения в годовом и вегетационном цикле. Первое десятилетие текущего столетия характеризовалось повсеместным подъемом уровня грунтовых вод (УГВ) и формированием сезонно-переувлажненных почв. Максимальный подъем УГВ был отмечен в 2006 г. В этот период было характерно наибольшее проявление признаков гидроморфизма черноземных почв [11]. В первой половине 2007 г. УГВ под лесной полосой № 40 колебался в интервале 1,4-2,1 м. На прилегающем к лесной полосе участке косимой залежи УГВ был на более низком уровне - 0,8-1,5 м. На пашне уровень грунтовых вод поднимался до отметки 1,2 м в конце марта 2007 г., но продержался на этой отметке незначительное время и к маю опустился ниже 2 м. В то время как на залежи и в лесной полосе период с отмеченным уровнем грунтовых вод длился до июня начала июля. В последующие годы вплоть до 2020 г. на всех объектах исследований УГВ колеблется интервале 3-4 м.

По запасам продуктивной влаги по слоям почвы 0-200 см в годы проведения исследований отмечен существенный контраст, связанный со складывающимися гидротермическими условиями. Под лесной полосой наилучшие условия увлажнения отмечены в условиях 2007 г. В слое почвы 0-20 см в начале весны количество доступной влаги отмечено на уровне 55 мм, в слое 0-100 см - 220 мм и в слое 0-200 см - 400 мм. Для почвы залежи эти показатели составили соответственно 50; 210 и 356 мм. Наименьшим количеством содержания продуктивной влаги характеризовались почвы пашни. В пахотном горизонте (0-20 см) запас доступной влаги отмечен на уровне 37 мм, метровом слое - 200 мм и двухметровом слое почвы - 350 мм. В течение вегетации вследствие иссушения почвенной толщи увлажненность снижается. В почвах лесной полосы к началу августа в слое почвы 0-20 см количество доступной влаги снизилось до 10 мм, в слое 0-100 см - до 63 мм и в 0-200 см - до 118 мм. Под естественной растительностью характер распределения влаги по горизонтам почвы был несколько иной и составил соответственно по горизонтам 9,0; 38 и 134 мм. В пахотном аналоге условия увлажнения складывались довольно критически. Верхний полуметровый слой (0-50 см) отличался практическим отсутствием доступной влаги. Лишь, начиная с нижележащих почвенных горизонтов, отмечается некоторое присутствие доступной влаги. Всего в слое 0-100 см содержалось 16 мм продуктивной влаги, в слое 0-200 см - 109 мм.

В засушливых условиях 2010 г. сложилось наиболее критическое положение. Почвенный профиль, начиная с осени предыдущего года, испытывал недостаток влаги. Пополнение запасов продуктивной влаги отмечается только с конца марта (таблица 1). Под лесной полосой ее величина составила по анализируемым слоям 67,0; 288,1 и 426 мм. Близкие показатели отмечены на залежи косимой (57,0; 237,0 и 427 мм). Наибольшее количество доступной влаги характерно для пашни - 87,0; 300,0 и 556,0 мм (горизонты 0-20, 0-100 и 0-200 см).

Таблица 1 Запас продуктивной влаги (мм) под различными угодьями, 2010 г.

Отсутствие осадков в течение летнего периода при повышенном температурном фоне привело к иссушению и дефициту влаги. В почве лесной полосы к началу августа она снизилась до показателей мертвого запаса влаги. Весь 200-сантиметровый слой почвы характеризовался полным отсутствием доступной влаги. На залежи и пашне картина была аналогичной. Пополнение запасов почвенной влаги начало отмечаться лишь с начала сентября. Причем характер увлажнения заметным образом различался. На пашне наличие почвенной влаги отмечено только в слое ниже 100 см (до 200 см) - 42 мм. В верхнем 0-100 см наличие продуктивной влаги не наблюдалось. Наибольшее количество доступной влаги было свойственно почвам лесной полосы. В горизонте 0-100 см на уровне 26 мм (на залежи существенно ниже - 17 мм). Но в нижележащем почвенном горизонте характер увлажнения изменяется и отмечается преимущество залежных участков. Запас продуктивной влаги составил 105 мм против 67 мм под лесной полосой.

Значительный интерес представляет анализ изменения характера увлажненности почвенного профиля в последние годы - 2019-2022 гг. Особенно в контрастных по увлажнению и температурным режимом годы складывающимися в зимний период. Вторая половина 2019 г. характеризовалась малой степенью увлажнения. Наиболее острый дефицит влаги отмечен в пахотном аналоге и под лесной полосой. В декабре запасы доступной влаги составили на пашне 31; 91 и 155 мм (соответственно для горизонтов 0-20, 0-100 и 0-200 см). Под лесным насаждением соответственно 29, 74 и 107 мм. Таким образом, можно отметить существенный дефицит влаги в слое 100-200 см, вызванный влиянием старовозрастной лесной полосы с мощной корневой системой. Наиболее высокие показатели увлажненности отмечены в черноземной почве залежи косимой - 44; 131 и 214мм. увлажненность почвенный агролесомелиоративный

В течение зимнего периода 2020 г. при отсутствии промерзания почвы и плюсовых температурах происходило постепенное пополнение влаги в большей степени верхних горизонтов. К началу февраля наиболее высокое содержание продуктивной влаги в верхнем 0-20 см слое характерно для лесной полосы - 50 мм. На пашне и залежи влагообеспеченность составила 36 мм. В метровой толще содержание почвенной влаги было примерно на одном уровне - изменялось от 128 до 133 мм по всем угодьям. Существенные различия характерно для почвенной 2-метро- вой толщи. Максимальное количество отмечено в почвах залежи - 256 мм. На втором месте по степени увлажнения пашня - 220 мм. И на третьем лесная полоса - 188 мм.

К началу весенне-полевых работ характер увлажненности не изменился. Лидирующее положение по запасам продуктивной влаги занимала залежь косимая - 32 мм (0-20 см); 145 мм (0-100 см) и 281 мм (0-200 см). Под лесной полосой эти значения составили соответственно 43 мм (близко к февральским показателям); 142 и 204 мм. Можно констатировать постепенное более существенное увеличение увлажненности первого метрового слоя. Пахотный участок по запасам верхнего пахотного слоя в начале полевого сезона (0-20 см) уступал почвам залежи и лесной полосы - содержалось всего 28 мм. Аналогично меньшие запасы свойственны и метровому слою почвы (135 мм) и всему 0-200 см горизонту (243 мм).

К середине вегетационного периода (июнь) 2020 г. влагообеспеченность почв была достаточно высокой. Выпадение осадков при низком температурном фоне способствовало сохранению и рациональному использованию почвенной влаги. Наиболее высокое количество продуктивной влаги в верхнем горизонте почвы (0-20 см) отмечается под лесной полосой - 39 мм, минимальное в почве пашни - всего 18 мм. На залежи промежуточное значение - 23 мм. При этом очень близкие значения характерны для метровой толщи - 127, 123 и 109 мм соответственно.

Отсутствие осадков в течение осеннего периода 2020 года привело к существенному иссушению почвенной толщи. По состоянию на октябрь-декабрь количество доступной влаги на пашне составляло в слое почвы 0-100 см всего 34-54 мм, на залежи - 24-43 мм, под лесной полосой - 60-71 мм. В слое почвы 0-200 см соответственно 136-150; 90-110 и 110-140 мм.

Малое количество осадков в зимний период 2020-2021 гг. не способствовало пополнению влаги до среднемноголетних значений. В конце марта величина доступной влаги в пахотных угодьях в метровом слое не превышала 130-140 мм, на залежи -180 мм и под лесной полосой - 210-230 мм. Существенный недобор влаги характерен для слоя почвы ниже 100 см. В слое 100-200 см пополнения влаги за зимний период не отмечено в связи с малым количеством выпавших осадков. На пашне количество доступной влаги на конец марта составляет всего 70-90 мм, на залежи - 100-110 мм и под лесной полосой - 80-90 мм.

В течение летнего сезона 2021 г: растения испытывали недостаток почвенного увлажнения. На пахотном участке запасы влаги на начало июля в верхнем слое 0-20 см равнялись всего 6 мм. Близкие показатели на залежи - 8 мм. Лучшие условия под лесной полосой - 26 мм. В слое почвы 0-100 см увлажненность составила соответственно 43; 70 и 93 мм. В слое 0-200 см - 142; 176 и 147 мм. В осенний период 2021 г: черноземы были иссушены на значительную глубину. Особенно сильному иссушению подвержены пахотные аналоги. Запас продуктивной влаги в пахотном слое был на нулевом уровне. Во всем слое почвы 0-100 см содержалось 6мм, в слое почвы 0-200 см - 35 мм. Под залежью и лесной полосой влагообеспеченность в этих же горизонтах была существенно выше - 5; 44; 109 мм и 8;71 и 142 мм соответственно.

Большое опасения вызывали сложившиеся на начало весенне-полевых работ условия увлажнения в южных районах Воронежской области 2021 г. Проведенные нами исследования свидетельствуют о критических запасах продуктивной влаги на полях с-х производителей. Доступная для растений влага отмечалась только в верхнем гумусовом слое почвы (40-50 см). Ее величина составляла всего 35-45 мм при среднемноголетнем значении на уровне 130-160 мм. В нижележащих почвенных горизонтах легкого гранулометрического состава (50-100 см) продуктивная влага практически отсутствует - не более 10-15 мм. Пополнение верхних горизонтов почвы за счет подтягивания из нижних будет весьма проблематично, что создает реальную угрозу получения хорошей урожайности сельскохозяйственных культур.

Снежная зима 2021-2022 гг. с большим количеством атмосферных осадков существенным образом пополнила запасы почвенной влаги. На конец февраля 2022 г, увлажненность почвенного профиля приблизилась к среднемноголетним показателям. На пашне запас влаги в слое почвы 0-20 см составил 48 мм, в метровом слое - 192 мм и в слое 0-200 см - 304 мм. Существенно по влагозапасам уступали почвы лесной полосы - 45 мм (слой 0-20 см); 146 мм (0-100 см); 231 мм (0-200 см). Максимальная величина в почвах залежи - 51; 213 и 339 мм соответственно.

Заключение

Таким образом, интенсивное агрогенное влияние, распашка черноземов приводит к снижению влагозапасов в почвенной толще до 200 см. Лесные полосы накапливают высокие запасы почвенной влаги в зимневесенний период. В летний сезон за счет процессов диссукции под лесной полосой отмечается резкое снижение содержания продуктивной влаги.

Список источников

1. Агролесомелиорация: [монография] / [Л.И. Абакумова и др.]; под ред. А.Л. Иванова, К.Н. Кулика. Изд. 5-е, пе- рераб. и доп. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2006 (Волгоград: Печ.-множ. участок ВНИАЛМИ). 746 с.

2. Вольнов В.В., Сухарьков Е.А., Бойко А.В. Влияние лесных полос на увлажнение почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2006. № 3 (23). С. 41 -44.

3. Ерусалимский В.И. Лесоразведение в степи. М.: ВНИИЛМ, 2004. 171 с.

4. Ерусалимский В.И., Рожков В.А. Многофункциональная роль защитных лесных насаждений // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2017. № 88. С. 121-137.

5. Каргин В.И., Чегодаева Н.Д, Каргин И.Ф. Влияние полезащитных лесных полос на водный режим выщелоченного чернозема. Почвоведение. 2004. № 10. С. 1179-1187.

6. Кузнецова Н.Ф., Сауткина М.Ю. Состояние лесов и динамика их породного состава в Центральном федеральном округе// Лесохозяйственная информация. 2019. №2. С. 25-45. DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2019.2.03

7. МиховичА.И. Водоохранные лесонасаждения. Харьков: Прапор, 1981. 82 с.

8. Рамазанов Ф.Ф., Рахматуллин 3.3. Влияние Лесных полос на водный режим // Особенности развития агропромышленного комплекса на современном этапе: Материалы Всероссийской научно-практической конференции в рамках XXI Международной специализированной выставки «АгроКомплекс-2011». 2011. С. 258-259.

9. Хигров Н.Б., Чевердин Ю.И. Почвы Каменной Степи от времени В.В. Докучаева до наших дней // Живые и биокосные системы / ЮФУ. 2016. № 16. С. 2.

10. Хигров Н.Б., Чевердин Ю.И. Причины возникновения и география временно переувлажненных и затопленных почв Каменной степи // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2007. Выл. 59. С. 3-13.

11. Хигров Н.Б., Чевердин Ю.И. Сезонно переувлажненные черноземные почвы Каменной Степи // Деградация богарных и орошаемых черноземов под влиянием переувлажнения и их мелиорация / Научи тр. М.: АПР, 2012. С.64-89.

12. Влияние прибалочных лесных полос на свойства черноземов /Ю.И. Чевердин, В.А. Беспалов, Т.В. Титова, М.Ю. Сауткина // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (59). С. 17-20.

13. Kuznetsova N.F., Semenov М. А., Sautkina М. Yu. Pine forests of east european plain: distribution trends, functions and development problems// In collection: PINUS: growth, distribution and uses. N.F. Kuznetsova, M.A. Semenov, M.Yu. Sautkina, T.E. Maruyama, Y. Hosoi, A.C. Goncalves, A.Da.P. Schiller. New York, 2019. P. 1-47.

References

1. Abakumova, L.I. et al.Agroforestry: [monograph]. Edited by A.L. Ivanov, K.N. Kulik. 5th Ed., reprint, and add. Volgograd: VNIALMI, 2006 (Volgograd: Pech.-nmog. plot of VNIALMI). 746 p.

2. Vohiov, V. V,,.E.A. Sukharkov and A. V. Boyko. Influence of forest strips on soil moisture and productivity of agricultural crops. Bulletin of the Altai State Agrarian University, 2006, no. 3 (23), pp. 41-44.

3. Yerusalimsky, V.I. Afforestation in the steppe. Moscow: VNIILM, 2004. 171 p.

4. Yerusalimsky, V.I. and V.A. Rozhkov. Multifunctional role of protective forest plantations. Bulletin of the V.V. Dokuchaev Soil Institute, 2017, no. 88, pp. 121-137.

5. Kargin, V.I., N.D. Chegodaeva and I.F. Kargin. Influence of protective forest strips on the water regime of leached chernozem. Soil science, 2004, no. 10, pp. 1179-1187.

6. Kuznetsova, N.F. and M.Yu. Sautkina. The state of forests and the dynamics of their species composition in the Central Federal District. Forestry information, 2019, no. 2, pp. 25-45. DOI: 10.24419/ЕЕІІ.2304-3083.2019.2.03

7. Mikhovich, A.I. Water protection forest plantations. Kharkiv: Prapor, 1981. 82 p.

8. Ramazanov, F.F. and Z.Z. Rakhmatullin. The influence of forest strips on the water regime. Features of the development of the agro-industrial complex at the present stage: Materials of the All-Russian scientific and practical conference within the framework of the XXI International Specialized Exhibition "Agrocomplex-2011". 2011, pp. 258-259.

9. Khitrov, N.B. and Yu.I. Cheverdin. Soils Kameimaya Steppe from the time of V.V. Dokuchaeva to the present day. Living and biokosnye systems. SFU, 2016, no. 16, pp. 2.

10. Khitrov, N.B. and Yu.I. Cheverdin. The causes and geography of temporarily waterlogged and flooded soils of the Stone Steppe. Bulletin of the V.V. Dokuchaev Soil Institute, 2007, issue 59, pp. 3-13.

11. Khitrov, N.B. and Yu.I. Cheverdin. Seasonally waterlogged chernozem soils of the Stone Steppe. Degradation of rain- fed and irrigated chernozems under the influence of waterlogging and their reclamation. Scientific tr. M.: APR, 2012, pp. 64-89.

12. Cheverdin, Yu.I., V.A. Bespalov, T.V. Titova and M. Yu. Sautkina. The influence of Baltic forest strips on the properties of chernozems. Bulletin of Michurinsk State Agrarian University, 2019, no. 4 (59), pp. 17-20.

13. Kuznetsova, N.F., M. A. Semenov and M. Yu. Sautkina. Pine forests of east european plain: distribution trends, functions and development problems. In collection: PINUS: growth, distribution and uses. N.F. Kuznetsova, M.A. Semenov, M.Yu. Sautkina, T.E. Maruyama, Y. Hosoi, A.C. Goncalves, A.Da. P.Schiller. New York, 2019, pp. 1-47.

Размещено на Allbest.ru