Агрогенное изменение гранулометрического состава при распашке чернозема выщелоченного в лесостепной зоне Зауралья

Введение. Гранулометрический состав является одним из важнейших показателей плодородия, находящимся на одном уровне с гумусным состоянием почвы. Он оказывает большое влияние на воднофизические, физико-механические, воздушные и другие свойства почв. С уверенностью можно сказать, что гранулометрический состав влияет на почвообразовательный процесс, поэтому даже небольшие изменения этого показателя неминуемо отразятся на плодородии почв [1].

Чернозем является единственной почвой, в которой органическая и минеральная части находятся в наиболее оптимальном состоянии для большинства сельскохозяйственных растений. Интенсивная эксплуатация плодородия черноземов без соответствующих компенсационных мер неизбежно приводит к их сильной агрогенной деградации. Наряду с потерей гумуса, питательных веществ и подкислением идут процессы по перераспределению отдельных гранулометрических частиц, что сказывается на агрофизических свойствах пахотных почв [2]. В связи с этим изучение гранулометрического состава позволяет выявить причины формирования антропогенных горизонтов и прогнозировать развитие почв, вовлеченных в пашню.

Цель исследований. Изучить особенности изменения гранулометрического состава чернозема выщелоченного при его длительном использовании в пашне.

Условия и методика проведения. Исследования проводились на стационаре № 3 кафедры почвоведения и агрохимии, который был заложен в 1968 году под руководством Л.Н. Каретина на целинном черноземе выщелоченном. После детального изучения почвенных режимов и отборов образцов часть стационара была распахана и до настоящего времени находится в пашне. Стационар расположен в северной ко-лочной лесостепи Тобол-Ишимского междуречья. Наклонная слабоволнистая равнина, окраина водораздельного плато в Притоболье.

Почва – чернозем выщелоченный, тучный, среднемощный, среднесуглинистый на карбонатном лессовидном суглинке с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами [3, 4].

Образцы отбирались послойно с интервалом 10 см в трехкратной повторности с последующим выделением слоев, где происходила максимальная аккумуляция почвенных частиц, относящихся к фракции физической глины (<0,01 мм). Гранулометрический состав определялся по методу Н.А. Качинского с подготовкой почвы к анализу пирофосфатным методом. Также использовался лазерный гранулометр Analisette-22.

Статистическая обработка проводилась с использованием программного продукта Odn1, разработанного на кафедре ЭММ и ВТ ГАУ Северного Зауралья.

Результаты исследований. На целинном участке в гумусово-аккумулятивном горизонте содержание физической глины составляет 42,5–43,7 %, тогда как в более глубоких слоях этот показатель достигает 50,3 %, что свидетельствует о дифференциации профиля чернозема выщелоченного и выделении в нем иллювиального горизонта (табл.1). Причиной этому является проявление современного перемещения илистых частиц без их разрушения.

За период с 1968 по 2012 г. на целине изменений в распределении физической глины по профилю обнаружено не было – отклонения были в пределах ошибки измерений и составили 0,1–0,9 % от первоначальных значений.

Распашка целинного чернозема и длительное его использование под пашней привели к перераспределению физической глины по почвенному профилю. За годы исследований пахотный слой (0-20 см) потерял 2,3–3,1 % физической глины за счет механической обработки и изменения агрофизических показателей (плотность сложения и структурно-агрегатный состав), что привело к усилению водопроницаемости и появлению трещин, которые в дальнейшем заполняются мелкоземом. В совокупности этих факторов происходит перераспределение физической глины в почвенном профиле.

Слой 30-90 см характеризуется повышенным содержанием частиц менее 0,01 мм и указывает на формирование иллювиального горизонта на этой глубине. За период с 1968 по 2012 г. на целинном участке доказуемых изменений обнаружено не было, тогда как на распаханном содержание физической глины увеличилось с 46,2–49,6 до 49,2–53,5 %, отклонение составило 3,0–3,7 % относительно первоначальных значений. Этот факт указывает на усиление процесса миграции частиц <0,01 мм при длительном использовании почвы под пашней, так как для проявления внутрипочвенного оглинивания, при котором может увеличиться содержание физической глины в глубине почвы без процесса миграции, требуется значительный промежуток времени [5].

Накопление частиц менее 0,01 мм в слое 30–40 см обусловлено миграцией мелкой пыли (0,05– 0,001 мм), которая характеризуется высокой дисперсностью и способна к коагуляции. При увеличении ее содержания горизонт снижает свою водопроницаемость из-за высокой способности к набуханию и усадке, при этом увеличивается липкость и плотность сложения. Миграции также подверглась фракция средней пыли (0,01–0,005 мм), но только на незначительную глубину. Более крупные фракции по профилю не перемещались – отклонения, отмечающиеся в таблицах 1 и 2, являются результатом перерасчета физической глины в общей массе почвы.

Распределение физической глины (<0,01 мм) в черноземе выщелоченном

Таблица 1

Проникновение за пределы метрового слоя частиц менее 0,01 мм при сельскохозяйственном использовании черноземов выщелоченных, по нашему мнению, связано с глубиной залегания карбонатов, препятствующих перемещению частиц вглубь, о чем свидетельствуют данные распределения илистых частиц (<0,001 мм). Дифференциация профиля по илистой фракции не столь очевидна, как по физической глине. Максимальное накопление проявляется на глубине 80–110 см – верхней границе горизонта В к (карбонатный горизонт). За годы исследований на целинном участке достоверных отклонений распределения илистой фракции не обнаружено – изменения были в пределах ошибки опыта. Однако использование в пашне привело к обеднению слоя 0-30 см на 1,4–2,8 % (табл.2).

Необходимо отметить, что при анализе фракции физической глины в слое 20-30 см отмечалось увеличение ее содержания с 48,5 до 52,2 %, что связано с накоплением фракции средней и мелкой пыли, которая непосредственно влияет на агрофизические показатели плодородия. Илистая фракция мигрирует в более глубокие слои, достигая максимальных концентраций.

Распределение фракции <0,001 мм в черноземе выщелоченном, %

Таблица 2

Сравнительный анализ фракций показывает, что на долю частиц менее 0,01 мм в слое 30-40 см приходится 60 % на илистую фракцию, а в слое 80-90 см – уже 80 % и лишь 20 % на фракцию пыли. Это указывает на дальнейшее проявление миграции ила и его накопление на границе горизонтов В 2 и В к при использовании черноземов под пашней. В конечном итоге это приведет к необратимым изменениям агрофизических и водно-физических свойств пахотных черноземов.

Выводы

• 1.    Целинный чернозем выщелоченный характеризуется отсутствием процессов трансформации гранулометрического состава – отклонения за 44 года были в пределах ошибки опыта (НСР 05 = 1,3–1,8 %).

• 2.    Длительное использование чернозема выщелоченного в пашне приводит к обеднению пахотного слоя физической глиной (<0,01мм) на 2,3–3,7 % при НСР 05 равном 1,5 %, которая аккумулируется в слое 3040 см, активно участвуя в формировании плужной подошвы.

• 3.    Илистая фракция (<0,001 мм) мигрирует в подпахотные слои чернозема выщелоченного, достигая максимального содержания в слое 60-70 см, где за 44 года произошло повышение с 35,1 до 38,2 % (НСР 05 = 1,5 %).