Антропогенное изменение гранулометрического состава серых лесных почв подтаёжной зоны северного Зауралья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Антропогенное изменение гранулометрического состава серых лесных почв подтаёжной зоны северного Зауралья

Аннотация

В статье представлены результаты исследования гранулометрического состава пахотной и целинной серой лесной почвы подтаёжной зоны Зауралья. Место отбора целинной и пахотной серой лесной почвы находится в Нижнетавдинском районе Тюменской области близ поселка Березовка. Место отбора пахотной серой лесной почвы находится по следующим координатам: 57°40'02.9"N 65°51'32.9"E в северо-восточном направлении от поселка. Целинный участок располагается в 500 метрах от пахотной почвы. Координаты: 57°39'50.7"N 65°50'52.9"E. Активное сельскохозяйственное использование данной почвы в качестве пахотного угодья без научно обоснованного подхода приводит к усилению процесса вымывания илистых фракций в глубь почвенного профиля. В пахотном слое 0-20 см содержание илистой фракции (<0,001 мм) составляет 26%, что на 4% меньше значений целинного участка. На долю песка (0,2-1 мм) приходится 33%, что способствует изменению агрофизических и водно-физических свойств пахотной серой лесной почвы. Установлено, что на глубине 30-40 см аккумулируются элементарные почвенные частицы, размер которых составляет <0,001 мм. Плотность данного слоя составляет 1,48 г/см3. На целине содержание илистых частиц не превышает 43%. Таким образом, выявлена роль антропогенного влияния на характер перераспределения мелких гранулометрических фракций, составляющих основу физической глины и оказывающих влияние на элементы плодородия серых лесных почв Зауралья. Также приведен анализ влияния гранулометрического состава на межагрегатную пористость. Вследствие многолетних обработок почвы в пахотном слое серой лесной почвы отмечается наибольшее значение межагрегатной пористости 31%. Ежегодная антропогенная нагрузка привела к усилениям процесса иллювирования, что в свою очередь сказалось на порозности почвы. Наибольшее значение коэффициента иллювирования наблюдается в слое 30-50 см - 2,78. Также в данном почвенном горизонте отмечено наименьшее значение межагрегатной порозности почвы - 14%, что объясняется накоплением илистой фракции в обследованном горизонте. Это может быть причиной ухудшения водного и воздушного режимов почвы.

Ключевые слова: гранулометрический состав, серая лесная почва, межагрегатная порозность, иллювирование почвы, антропогенный фактор, уплотнение почвы, физическая глина, илистая фракция, плодородие.

Abstract

ANTHROPOGENIC CHANGE IN THE GRANULOMETRIC COMPOSITION OF GRAY FOREST SOILS OF THE SUBTAIGA ZONE OF THE NORTHERN TRANS-URALS

Alexey V. Sakharovш, Dmitriy I. Eremin2, Arina N. Pervushina3

The article presents the results of a study of the granulometric composition of arable and virgin gray forest soil of the subtaiga zone of the Trans-Urals. The place of selection of virgin and arable gray forest soil is located in the Nizhnetavdinsky district of the Tyumen region near the village ofBerezovka. The place of selection ofarable gray forest soil is located at the following coordinates: 57°40'02.9"N 65°51'32.9"E in the north-east direction from the village. The virgin plot is located 500 meters from the arable soil. Coordinates: 57°39'50.7"N 65°50'52.9"E. The active agricultural use of this soil as an arable land without a scientifically based approach leads to an increase in the process of leaching of silty fractions deep into the soil profile. In the arable layer of 0-20 cm, the content of the silty fraction (<0.001 mm) is 26%, which is 4% less than the values of the virgin plot. The share of sand (0.2-1 mm) accounts for 33%, which contributes to a change in the agrophysical and water-physical properties of arable gray forest soil. It was found that elementary soil particles with a size of <0.001 mm accumulate at a depth of30-40 cm. The density of this layer is 1.48 g/cm3. On virgin soil, the content of silty particles does not exceed 43%. Thus, the role of anthropogenic influence on the nature of the redistribution offine granulometric fractions that form the basis ofphysical clay and influence the elements offertility of gray forest soils of the Trans-Urals is revealed. The analysis of the influence of the granulometric composition on the interaggregate porosity is also given. Due to long-term tillage of the soil in the arable layer of gray forest soil, the highest value of interaggregate porosity of 31% is noted. The annual anthropogenic load led to an increase in the process of illumination, which in turn affected the porosity of the soil. The highest value of the illumination coefficient is observed in a layer of30-50 cm - 2.78. Also, in this soil horizon, the lowest value of interaggregate soil porosity was noted - 14%, which is explained by the accumulation of silty fraction in this horizon. This may be the reason for the deterioration of the water and air regime of the soil.

Keywords: granulometric composition, gray forest soil, interaggregate porosity, soil irradiation, anthropogenic factor, soil compaction, physical clay, silty fraction, fertility

Введение

Гранулометрический состав почвы является одной из важнейших физических характеристик, используемых в диагностике и классификации почв. Он определяет физико-химические, биологические свойства и водно-воздушный режим почв, тем самым влияя на рост и развитие растений. С гранулометрическим составом тесно связаны закрепление органических веществ и формирование благоприятной почвенной структуры, что обеспечивает плодородие почвы [1].

В ходе естественного почвообразования происходит изменение гранулометрического состава в верхней части почвенного профиля. В то время как пренебрежение к научно обоснованному подходу при возделывании сельскохозяйственных культур также оказывает влияние на изменение гранулометрического состава почв, а именно активизируется миграция илистой фракции из верхних слоев почвенного горизонта в нижние, вследствие чего активизируется миграция илистой фракции их верхних слоев пахотных почв в глубь профиля, а в пахотном горизонте остаются менее ценные пылеватые и песчаные фракции.

Из-за ежегодных механических обработок почвы увеличивается межагрегатная пористость пахотного горизонта, что способствует усилению тока воды в глубь почвенного профиля. Кроме того, происходит ухудшение гумусового состояния почвы, что влечет за собой формирование неводопрочной почвенной структуры [2, 3]. В совокупности данные факторы приводя к подвижности илистых частиц, вследствие чего они способны мигрировать в глубь почвенного профиля [4, 5].

В лесостепной и подтаёжной зоне Тюменской области достаточно широко распространены серые лесные почвы. Их площадь на территории области достигает около 1 млн га, что составляет 6,3% всех почв сельскохозяйственной зоны данной области [6]. На юге Тюменской области они активно используются в пашне, несмотря на их относительно низкое эффективное плодородие. Внедрение научно обоснованных систем земледелия в хозяйствах подтаёжной зоны и подбор сельскохозяйственных культур, не требующих высокого агрофона, обеспечили хозяйствам возможность получения высоких урожаев с положительным экономическим эффектом [7, 8].

Формирование серых лесных почв в Северном Зауралье происходит в условиях промывного водного режима и основные процессы почвообразования включают иллювиирование и лессиваж, которые отличаются механизмом миграции в глубь почвенного профиля илистой фракции [9]. Активное использование серых лесных почв в сельскохозяйственном обороте усиливает миграцию тонкодисперсных частиц, что негативно отражается на агрофизических свойствах почвы [10].

Целью данного исследования стала оценка воздействия сельскохозяйственной деятельности на изменение гранулометрического состава серых лесных почв подтаёжной зоны Зауралья.

Материалы и методы исследований. Почвенное исследование проводили на территории Нижнетавдин- ского района Тюменской области, в 2 км от поселка Березовка. Расстояние между местами отбора проб не превышает 1 км. Образцы целинной серой лесной почвы отбирали в трех повторениях. Участок находится в подтаёжной зоне, в северо-восточном направлении от поселка Березовка (57°40'02.9"N 65°51'32.9"E). Древесная растительность представляет собой прореженный лес. Древостой представлен следующими видами: Береза повислая (Betula Pendula), Осина обыкновенная (Populus tremula). Травянистая растительность: Вейник обыкновенный (Calamagrostis epigejos), Костяника каменистая (Rubus saxatilis), Клевер луговой (Trifolium pretense), Плаун годичный (Lycopodium annotinum).

Почвенные образцы пахотной серой лесной почвы были отобраны на территории предприятия ИП «Бобров» в 650 метрах от места отбора целины (57°39'50.7"N 65°50'52.9"E). Рельеф пашни представляет собой равнину с едва заметным уклоном на северо-восток.

Гранулометрический состав почвы определялся методом интегрального давления суспензии, в лаборатории X-Bio ТюмГУ на приборе PARIO с последующим построением графиков и таблиц, при погрешности прибора 0,5%. Определяли элементарные почвенные частицы в диапазоне от 2 до 0,001 мм с последующим пересчетом на фракции: <0,001 мм, 0,002-0,005 мм, 0,005-0,02 мм, 0,02-0,05 мм, 0,05-0,2 мм, 0,2 - 0,5 мм, 0,5-2 мм.

Анализ порозности почвы осуществлялся расчетным методом по формуле:

где d - плотность твердой фазы, г/см³

dv - плотность сложения г/см³

Дисперсионный анализ вели по Б.А. Доспехову. Статистический - с использованием программы Microsoft Exel.

Результаты исследований и их обсуждение

В результате анализа выяснили, что содержание физической глины (<0,01 мм) в верхнем горизонте 0-20 см на пахотной почве в среднем составляет 57%, в то время как на целине это значение 67%.

Были отмечены изменения во фракциях физического песка на пахотной почве, в виду перераспределения почвенных частиц, наблюдается увеличение содержания крупной пыли до 25% (0,02-0,05 мм) в пахотном слое. На целине этот показатель составляет порядка 20% и на протяжении всей глубины почвенного профиля незначительно варьирует в пределах 20% в слое 0-20 см до 22% в слое 80-100 см, что характерно для серых лесных почв Зауралья [11]. антропогенный гранулометрический лесной почва

Ежегодные антропогенные нагрузки привели к усилению процессов иллювирования, что в свою очередь повлияло на содержание фракции мелкого песка (0,05-0,2 мм). Так, на пахотной почве наблюдается прирост в 4% в слое 0-20 см относительно целины, где фракция мелкого песка составляет порядка 10%. С усилением процессов вымывания наиболее ценных агрономических агрегатов <0,001 до 0,005 мм и увеличением содержания фракций крупной пыли и мелкого песка происходит ухудшение структуры почвы, в виду снижения содержания органического вещества, закрепленного именно в илистой и мелкопылеватой фракциях [12, 13]. В целом рассматривая фракцию физического песка на пахотной почве относительно целины, наблюдается его заметный прирост в 9%, так, в слое 0-20 см на пашне данный показатель составляет в среднем 41%, на целине это значение варьирует в пределах 33% (таблица 1).

Таблица 1 Характер распределения гранулометрических фракций в целинной и пахотной серой лесной почве, %

Прирост физической глины в подпахотном слое на серой лесной почве связан с многолетним воздействием рабочих органов сельскохозяйственных орудий, а также машин, что привело к образованию так называемой подплужной подошвы, а в следствии - препятствование миграции в глубь почвенного профиля илистой фракции и накопление ее в подпахотном горизонте. В своих работах Каретин Л.Н. отмечает, что накопление илистой фракции в подпахотном горизонте негативно влияет на доступность влаги растениям и водно-физические свойства почвы. Это подтверждается исследованиями Д.И. Еремина [14].

Одним из важных показателей при исследовании гранулометрического состава является межагрегатная пористость почвы. Общеизвестно, что илистая фракция обладает свойством перемещения по почвенному профилю с водой. Главным фактором, обуславливающим скорость вымывания наиболее ценной в агрономическом плане илистой и мелкопылеватой фракции, гумуса, а также питательных веществ и перемещения воды в почвенном профиле, является именно порозность почвы, которая делится на агрегатную и межагрегатную. Для нашей оценки использовалась межагрегатная порозность, отвечающая за миграцию в глубь почвенного профиля коллоидов, питательных веществ и воды (рисунок 2).

Рисунок 2. Межагрегатная порозность серой лесной почвы, %

При оценке показателя межагрегатной пористости серой лесной почвы выяснили, что для целины характерна довольно малый объем крупных пор, по которым осуществляется движение гравитационной влаги. Среднее значение на целине в слое 0-30 см составляет порядка 5,6%. По В.А. Ковде данное значение пористости находится в пределах от 3-10, что характерно для глинистого гранулометрического состава, что в свою очередь обуславливает низкую водопроницаемость целинной серой лесной почвы. Низкая межагрегатная пористость для почвы влечет к ухудшению аэрации, водопроницаемости, а в следствие снижается доступность влаги для корневой системы. Также существует закономерность между пористостью и плотностью почвы. Чем ниже пористость, тем выше плотность почвы, а вследствие - препятствование нормальному развитию корневой системы возделываемых культур, путем препятствования произрастания в глубь почвенного профиля корней [15, 16].

На пахотном участке серой лесной почвы данный показатель составляет 29%, в 5 раз выше в сравнении с целиной. С глубины 30 см наблюдается заметное снижение общей межагрегатной порозности. Так, в слое 30-50 среднее значение составляет порядка 14,5%, что обусловлено накоплением илистой фракции в данном слое.

Глубже 50 см выявлена тенденция к увеличению межагрегатной порозности. Ее среднее значение до глубины 80-90 см составляет порядка 15,5%, что на 1% больше подпахотного слоя.

Заключение

Длительное сельскохозяйственное использование серой лесной почвы в качестве пахотного угодья способствует изменению гранулометрического состава, а именно уменьшению наиболее ценной в агрономическом отношении илистой фракции что приводит к ухудшению основных агрофизических и водно-физических свойств почвы.

Многолетнее воздействие сельскохозяйственных орудий обработки почвы и техники влечет за собой на серой лесной почве усиление процессов иллювирования, максимальные значение данного процесса отмечается в подпахотном слое, что и влечет увеличение содержания илистой фракции в данном горизонте за счет уменьшения межагрегатной пористости.

Список источников

1. Татаринцев В.Л. Гранулометрия почв юга Западной Сибири и их физическое состояние. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. 261 с.

2. Ерёмин Д.И. Агрогенные изменения водно-физических свойств черноземов выщелоченных восточной окраины Зауральского Плато // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. 2010. № 18. С. 72-76.

3. Каретин Л.Н. Почвы Тюменской области. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1990. 285 с.

4. Качинский Н.А. Физика почвы. М.: Высшая школа, 1970. 360 с.

5. Татаринцев В.Л., Татаринцев Л.М. Физическое состояние черноземов колочной степи в зависимости от соотношения фракций ЭПЧ // Экологические проблемы сельского хозяйства Алтая: Тез. к конф. Барнаул, 1995. С. 6-8.

6. Татаринцев В.Л. Гранулометрический состав и некоторые физические свойства почв Алтайского Приобья // Экологические проблемы использования водных и земельных ресурсов на юге Западной Сибири: сб. науч. тр.: Барнаул, 1997. С. 166-172.

7. Любимова А.В., Иваненко А.С. Овёс в Тюменской области. Тюмень: НИИСХ СЗ - филиал ТюмНЦ СО РАН, 2021. 172 с.

8. Fomina M.N. Agrometeorological characteristics of spring oat varieties created in the conditions of the Northern Trans- Urals. BIO Web of Conferences: International Scientific and Practical Conference, Tyumen, 19-20 июля 2021 года. Tyumen: EDP Sciences, 2021. P. 01018. - DOI 10.1051 /bioconf/20213601018.

9. Рыбакова А.Н., Сорокина О.А. Оценка показателей плодородия постагрогенных серых почв залежей при различном использовании // Плодородие. 2013. № 3 (72). С. 31-33.

10. Каюгина С.М., Еремин Д.И. Пространственная неоднородность распределения физической глины и ила в профиле серых лесных почв Северного Зауралья // Агрофизика. 2021. № 1. С. 7-13. - DOI 10.25695/AGRPH.2021.01.02.

11. Каюгина С.М. Особенности строения тёмно-серых лесных почв лесостепной зоны Зауралья // Инновационные технологии в АПК: теория и практика: сборник статей по материалам Всероссийской (национальной) научно-практической конференции, Курган, 11 марта 2021 года. Курган: Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева, 2021. С. 289-293.

12. Еремин Д.И., Груздева Н.А., Еремина Д.В. Изменение гумусового состояния серых лесных почв восточной окраины Зауральского плато под действием длительной распашки // Почвоведение. 2018. № 7. С. 826-835. - DOI 10.1134/S0032180X18070110.

13. Еремин Д.И. Агрогенная трансформация чернозема выщелоченного Северного Зауралья: дис. ... д-ра биол. наук. Тюмень, 2012. 419 с.

14. Шейн Е.В., Гончаров В.М. Агрофизика. Ростов-на-Дону: Изд-во «Феникс», 2006. 400 с.

15. Котченко С.Г., Груздева Н.А., Еремин Д.И. Динамика содержания различных форм азота в пахотных серых лесных почвах Северного Зауралья // Плодородие. 2017. № 4. С. 39-43.

16. Eremin D.I. Changes in the content and quality of humus in leached chernozems of the Trans-Ural forest-steppe zone under the impact of their agricultural use. Eurasian Soil Science, 2016, vol. 49, no. 5, pp. 538-545. DOI:10.1134/S 1064229316050033.

References

1. Tatarintsev, V.L. Granulometry of soils in the south of Western Siberia and their physical condition. Barnaul: AGAU Publishing House, 2008. 261 p.

2. Eremin, D.I. Agrogenic changes in the water-physical properties of leached chernozems of the eastern outskirts of the Trans-Ural Plateau. Izvestiya St. Petersburg Agrarian University, 2010, no. 18, pp. 7276.

3. Karetin, L.N. Soils of the Tyumen region. Novosibirsk: Nauka, Sib. otd-e, 1990. 285 p.

4. Kachinsky, N.A. Soil physics. M.: Higher School, 1970. 360 p.

5. Tatarintsev, V.L. and L.M. Tatarintsev. The physical state of the chernozems of the kolochnaya steppe depending on the ratio of EPC fractions. Ecological problems of Altai agriculture: Tez. to conf. Barnaul, 1995, pp. 6-8.

6. Tatarintsev, V.L. Granulometric composition and some physical properties of soils of the Altai Ob region. Ecological problems of the use of water and land resources in the South of Western Siberia: Collection of scientific tr: Barnaul, 1997, pp. 166-172.

7. Lyubimova, A.V. and A.S. Ivanenko. Oats in the Tyumen region. Tyumen: NIISH SZ - branch of the TYUMNC SB RAS, 2021. 172 p.

8. Fomina, M.N. Agrometeorological characteristics of spring oat varieties created in the conditions of the Northern Trans- Urals. BIO Web of Conferences: International Scientific and Practical Conference, Tyumen, July 19-20, 2021. Tyumen: EDP Sciences, 2021. P. 01018. - DOI 10.1051/bioconf/20213601018.

9. Rybakova, A.N. and O.A. Sorokina. Assessment of fertility indicators of postagrogenic gray soils of deposits with various uses. Fertility, 2013, no. 3(72), pp. 31-33.

10. Kayugina, S.M. and D.I. Eremin. Spatial heterogeneity of the distribution of physical clay and silt in the profile of gray forest soils of the Northern Trans-Urals. Agrophysics, 2021, no. 1, pp. 7-13. - DOI 10.25695/AGRPH.2021.01.02.

11. Kayugina, S.M. F eatures of the structure of dark gray forest soils of the forest-steppe zone of the Trans-Urals. Innovative technologies in agriculture: theory and practice: a collection of articles based on the materials of the All-Russian (national) scientific and practical conference, Kurgan, March 11, 2021. Kurgan: Kurgan State Agricultural Academy named after T.S. Maltsev, 2021, pp. 289-293.

12. Eremin, D.I., N.A. Gruzdeva and D.V. Eremina. Change in the humus state of gray forest soils of the eastern outskirts of the Trans-Ural plateau under the action of prolonged plowing. Soil science, 2018, no. 7, pp. 826-835. - DOI 10.1134/S0032180X18070110.

13. Eremin, D.I. Agrogenic transformation of leached chernozem of the Northern Trans-Urals. Doctoral Thesis. Tyumen, 2012. 419 p.

14. Shane, E.V. and V.M. Goncharov. Agrophysics. Rostov-on-Don: Publishing house "Phoenix", 2006. 400 p.

15. Kotchenko, S.G., N.A. Gruzdeva and D.I. Eremin. Dynamics of the content of various forms of nitrogen in arable gray forest soils of the Northern Trans-Urals. Fertility, 2017, no. 4, pp. 39-43.

16. Eremin, D.I. Changes in the content and quality of humus in leached chernozems of the forest-steppe zone of the Trans- Urals under the influence of their agricultural use. Eurasian Soil Science, 2016, vol. 49, no. 5, pp. 538-545. DOI: 10.1134/S1064229316050033.

Размещено на Allbest.ru