Агроэкологическая роль паспортизации черноземных почв в оценке их деградационных изменений

Вве^ение. Цена устойчивости агроландшафта включает в себя затраты на поддер^ание производственных и экологических функций, в том числе природоохранных [2, 3]. Устойчивость природного ландшафта часто не имеет агрономического значения, особенно, когда агронома интересует не устойчивость, а податливость таких ландшафтов к мелиорации и освоению [1, 4-7]. В отличие от саморегулирующегося функционирования природного ландшафта, агроландшафт функционирует в ре^име, заданном человеком. Его устойчивость связана с поддер^анием заданных параметров функционирования (определенного физикохимического состояния почв, гидролитического ре^има и др.) ценой определенных усилий. В связи с этим, особую значимость приобретают показатели, характеризующие производительную способность почвы и ее экологическую устойчивость, которые согласно современным требованиям к оценке уровня плодородия почвы отра^аются в документе, называемом «Паспорт почвы».

Услови^, материалы и мето^ы. При составлении паспорта почв территории ООО «Сельские зори» Тимского района Курской области были проведены полевые и лабораторные исследования состава и свойств чернозема типичного.

Объект исследования – чернозем типичный среднесуглинистый восточного природно-географического района центральной части Среднерусской лесостепной подпровинции. Рельеф характеризуется наличием разнообразных высотных ярусов, наличием древних и современных форм линейной эрозии – густой сети сло^но разветвленных речных долин, оврагов и балок, расчленивших водораздельные поверхности, пологоволнистый, слегка всхолмлённый, равнинный; густота долинно-балочной сети колеблется от 0,7 до 1,3 км/км2, а овра^ной сети от 0,1 до 0,4 км/км2. Высота поверхности над уровнем моря 175-225 м. По ботанико-географическому районированию территория относится к подзоне центральной лесостепи. Вид использования объекта исследования – земли сельскохозяйственного назначения (пашня, сенокосы, пастбища, многолетние наса^дения).

Цель иссле^овани^ – установить характер деградационных изменений морфологических признаков и физико-химических свойств чернозема типичного в условиях интенсивного земледелия.

Результаты и обсу^^ение. В условиях землепользования установлена слабая степень эродированности чернозема типичного, установлено сни^ение содер^ания гумуса на 5-15% от его содер^ания в не эродированной почве (5,89%), увеличение плотности до 1,27-1,29 г/см², пористости в 0,95-0,98 раза, сни^ение мощности гумусового горизонта. Для сни^ения деградации почвы от эрозии рекомендуется использование агротехнических противоэрозионных мероприятий: оптимизация структуры посевных площадей, почвозащитные севообороты, совершенствование системы обработки почвы в севооборотах.

Строение почвенного профиля чернозема типичного – обозначение горизонтов по национальной системе: An – A – AB – Bк – BСк – Cк; обозначение почвенных горизонтов по системе Ф^О-ЮНЕСКО: PU – AU – AU (Ca) – BCA – C (Ca); верхняя и ни^няя граница горизонта: Anº22=A2246=AB4675=Bк7593=BCK93 135=Cк135↓; характер перехода ме^ду горизонтами:An и ^ – ясный по структуре и плотности, граница неровная, нечеткая, ^=^Вк – постепенный переход по окраске, граница неровная и нечеткая; ^Вк=Вк– переход ясный по окраске и наличию новообразований карбонатов кальция граница неровная, четкая, языковатая; Вк=ВСк – переход постепенный по окраске, граница неровная; ВСк=Ск – переход волнистый по окраске.

Морфологические Диагностические признаки почвенных горизонтов.

^n – пахотный горизонт – темно-серый в сухом состоянии, во вла^ном-черный, вла^новатый, непрочнокомковатый, среднесуглинистый, пронизан корнями, объемная масса 1,18г/см²; общая пористость 53,8%, содер^ание гумуса – 5,89%, содер^ание общего азота – 0,30%, соотношение (С:N) – 11,4; рН солевой вытя^ки – 5,22; рН водного раствора – 6,39; ЕКО по ГОСТ 17.4.4.01. – 33,7 мг-экв/100 г; насыщенность основаниями – 88,9%, содер^ание карбоната кальция (CaCO 3 ) – не обнару^ено; содер^ание подви^ного фосфора – 145,6 мг/кг; подви^ного калия – 140 мг/кг, содер^ание обменных катионов кальция – 31,4 мг-экв/100г, магния – 3,3 мг-экв/100г; содер^ание солей в водной вытя^ке – К⁺ – 0,01 мг-экв/100г, Na⁺ – 0,14мг-экв/100г, Са²⁺ – 0,55мг-экв/100г, НСО 3 – 0,86+моль/100г, СГ – 0,43 ммоль/100 г.

^ – гумусово-аккумулятивный горизонт – темно-серый в сухом состоянии, во вла^ном – черный, вла^новатый, комковато-зернистый, среднесуглинистый, корни растений, объемная масса – 1,22 г/см3, общая пористость – 52,9%, содер^ание гумуса – 5,90%, содер^ание общего азота – 0,28%, соотношение (С:N) – 12,2; рН солевой вытя^ки 5,58; рН водной вытя^ки 6,50; ЕКО 34,5 мг-экв/100 г, насыщенность основаниями 90,5%, содер^ание подви^ного фосфора.

^Вк – переходный гумусовый горизонт, темно-серый с буроватым оттенком в сухом состоянии, темно-серый во вла^ном состоянии, структура комковатая, слабоуплотненные, среднесуглинистый, карбонаты кальция в форме плесени, включения корней растений, вскипает с глубины 62 см, червоточины, кротовины заполненные темно-^елтым мелкозерном, вла^новатый.

Вк – переходный горизонт, буровато-палевый, затеки гумуса, вла^новатый, комковатая структура, уплотнен, единичные корни, тя^елосуглинистый, кротовины заполнены темно-бурым мелкоземом, вскипание по всему горизонту, карбонаты в виде псевдомицелия, граница неровная, четкая, языковатая, переход по окраске.

ВСк – ни^ний переходный горизонт, светлопалевый, призматической структуры, плотный среднесуглинистый, карбонаты в виде рыхлого скопления псевдомицелия, плесени, вскипает бурно, в ни^ней части горизонта отмечается переход в материнскую породу.

Ск – почвообразующая порода, буровато-палевый, KCl палевый лессовидный суглинок. Глубина вскипания от соляной кислоты: слабо с 62 см, бурно с 80 см.

Почва – чернозем типичный среднемощный, среднегумусный, среднесуглинистый.

Показатели химических и физико-химических свойств почв.

Как показали проведенные исследования, содер^ание гумуса в исследуемых почвах колеблется от средней гумусированности (4-6%) – 64% площади почв до выше среднего содер^ания гумуса от 6 до 8% в 36% площади почв. Основной причиной сни^ения содер^ания гумуса является развитие процессов эрозии и низкий уровень внесения органических удобрений.

Емкость катионного обмена (ЕКО) чернозема типичного изменяется в пределах 31,7-51,1 мг-экв/100г почвы, что обуславливает высокую буферность и устойчивость почвы к антропогенным воздействиям и различным химическим загрязнениям. В составе обменных катионов наибольшее значение имеют ионы Са2+ и Mg2+ и незначительное количество обменных ионов Н+, что обуславливает благоприятные физические свойства и структурное состояние почвы, насыщенность основаниями. Кислотно-основное состояние чернозема типичного характеризуется в основном как слабокислое по величине рН водной вытя^ки. Такое состояние почвы обеспечивает высокую биологическую активность, хорошую усвояемость фосфора, калия, благоприятный азотный ре^им, активацию процессов аммонификации, нитрификации, азотфиксации, доступность микроэлементов, ре^има органического вещества. ^нализ состояния почв по кислотности показал, что 65% пахотных почв имеет слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды, которая благоприятна как для гумосообразования, так и активизации микробиологической деятельности, роста и развития растений.

В составе водной вытя^ки содер^ится незначительное количество катионов Na⁺ – 0,002- 0,007, Са ²⁺ в пределах 0,002 - 0,016% и анионов НСО 3 – 0,006-0,052%; Cl ^- – 0,002-0,01%, что свидетельствует о низкой концентрации почвенного раствора и об отсутствии антагонизма катионов с усвоением элементов питания и создании их дефицита для растений.

Для пахотных почв производительная способность во многом определяется содер^анием подви^ных форм фосфора и обменного калия, так как степень их подви^ности определяется физико-химическими свойствами и гумусированностью почвы.

Как видно из данных таблицы 1, только 3,7% площади пашни, или 40,6 га, имеет очень низкую обеспеченность подви^ным фосфором и соответственно высокую потребность в высоких дозах внесения фосфорных удобрений. Большая часть площади пахотных земель имеет повышенное содер^ание подви^ных фосфатов (51,6%) и только 44,6% пашни, или 484 га черноземных почв, характеризуется средней обеспеченностью подви^ным фосфором и средней потребностью во внесении фосфорных удобрений.

Таблица 1 – Группировка почв пашни по содер^анию подви^ног о фосфора

№ гр.	Содер^ание P 2 O 5 мг/100г	Обеспеченность почвы фосфором	Потребность в дополнительном внесении фосфоросодер^ащих удобрений	Пашня 2014 г.
				га	%
1	Менее 2,0	Очень низкая	Очень высокая	40,60	3,7
2	2,1-5,0	Низкая	Высокая	0	0,00
3	5,1-10,0	Средняя	Средняя	484,00	44,6
4	10,1-15,0	Повышенная	Низкая	559,70	51,6
5	15,1-20,0	Высокая	Не требуется	0	0,00
6	Более 20	Очень высокая	Не требуется	0	0,00
	Итого:			1084,59	100

Обеспеченность черноземных почв обменным калием характеризуется как повышенная (23,3%) и высокая (68,2%), что обуславливает низкую потребность в дополнительном использовании калийных удобрений (табл. 2).

Таблица 2 – Группировка почв в пашне по содер^анию обменного калия

№ гр.	Содер^ание К 2 О мг/100гр	Обеспеченность почв калием	Потребность в удобрении	Пашня 2014 г.
				га	%
1	Менее 2,0	Очень низкая	Очень высокая	0	0,00
2	2,1-4,0	Низкая	Высокая	0	0,00
3	4,1-8,0	Средняя	Средняя	0	0,00
4	8,1-12,0	Повышенная	Низкая	252,30	23,3
5	12,1-18,0	Высокая	Не требуется	739,20	68,2
6	Более 18	Очень высокая	Не требуется	92,80	8,6
7	Итого:			1084,59	100

Для оценки деградационных процессов, происходящих в почве, необходимо учитывать показатели природно-антропогенной эволюции почвы.

Нашими исследованиями была осуществлена попытка показать степень деградационных изменений плодородия чернозема типичного в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования.

Показано, что деградация почв, растительности, рельефа и других компонентов биогеоценоза взаимосвязана, то есть деградация одного из компонентов системы вызывает деградацию других компонентов. При этом деградация соответствует потере разнообразия, уменьшению адекватности ответных реакций на внешнее воздействие и увеличению степени прямолинейности ответных реакции. Как правило устанавливается совместное воздействие нескольких факторов, вызывающих деградацию, ме^ду влиянием которых на систему отмечаются в большей степени эффекты синергизма, так и эффекты более сильного деградирующего воздействия нескольких факторов, чем суммы воздействия факторов по отдельности [8-10].

На основании полученных экспериментальных данных нами дана оценка деградации чернозема типичного по следующим показателям: содер^ание гумуса, содер^ание частиц физической глины, величина обменной кислотности, величина емкости катионного обмена для пахотных горизонтов почвы. В результате исследований полученных экспериментальных данных нами предло^ены следующие степени деградации чернозема типичного: «отсутствует» – 0, «слабая» – I, «средняя» – II, «повышенная» – III, «высокая» – IV (табл. 3).

Таблица 3 – Деградационные показатели изменения плодородия чернозема типичного

Показатели	Значения деградационных показателей
	0	I	II	III	IV
Гумус, %	6,75	6,19	5,77	5,28	4,85
% сни^ения показателя	-	8,3	14,5	21,8	28,1
<0,01 мм, %	34,62	32,51	32,39	32,37	32,23
% сни^ения	-	6,1	6,4	6,5	6,9
pH kcl	5,61	5,65	5,67	6,03	6,60
% увеличения показателя	-	0,7	1,1	7,5	17,7
ЕКО, мг-экв/100г почвы	42,38	41,6	41,08	40,65	38,8
% сни^ения	-	1,8	3,1	4,1	8,4

Как видно из данных таблицы 3, в почве, не подвер^енной процессам деградационных изменений, средневзвешенное содер^ание гумуса составило 6,75%. Незначительное проявление процессов разрушения почвы отразилось на изменении и сни^ении содер^ания гумуса на 8,3%, средняя величина содер^ания гумуса составила 6,19%. При усилении деградационных изменений содер^ание гумуса в пахотном горизонте сни^алось до 5,77% или на 14,5% в сравнении с ненарушенной почвой. При повышенном проявлении деградационных процессов количество гумуса в пахотном горизонте сни^алось почти на 22% и содер^ание гумуса достигало 5,28%. При высокой степени антропогенной деградации почвы гумусированность почвы сни^алась на 28,1% и составила 4,85%. Поскольку содер^ание гумуса является ва^ным условием экологической устойчивости почвы и выполнения ею экологических функций мо^но сделать вывод, что в условиях интенсивного земледелия с интенсивной механической обработкой почвы и недостаточным количеством внесения органических удобрений создаются условия для трансформационных изменений гумусовых соединений почвы и их миграции.

Гранулометрический состав почвы является фундаментальным свойством, от которого зависят все показатели почвенного плодородия. В условиях лесостепной зоны с характерным волнистым рельефом местности создаются условия для проявления процессов водной эрозии и элювиирования частиц физической глины нисходящими токами воды по профилю почвы. В связи с этим нами было установлено влияние антропогенного воздействия на характер изменения в содер^ании частиц физической глины в пахотном горизонте чернозема типичного.

В черноземах типичных, не подвер^енных процессам антропогенных изменений, содер^ание частиц физической глины составило 34,62%, при этом в почвах подвер^енных процессам деградации отмечается уменьшение частиц физической глины на 6,1-6,9% в зависимости от интенсивности проявления деградационного изменения почвы. Сни^ение частиц физической глины, а это частицы средней и мелкой пыли и илистые частицы, обусловливает сни^ение сорбционной способности почвы и ухудшение водно-физических и физикомеханических свойств.

В условиях лесостепной зоны основной причиной антропогенного изменения почвы является опасность развития эрозионных процессов, что приводит к уменьшению мощности гумусового слоя, повышению уровня обнару^ения карбонатов кальция в почве, изменению, как следствие, реакции среды. Исследованиями установлено закономерное изменение величины обменной кислотности в пахотом горизонте почвы в условиях ее деградационных преобразований. Показано, что при увеличении степени смытости почвы, происходит увеличение реакции среды с близкой к нейтральной до нейтральной от pH 5,61 до pH 6,60. То есть отмечается постепенное подщелачивание почвы.

Деградация почвы обусловливает сни^ение сорбционной способности почвы, обусловленную наличием органического вещества и частиц физической глины. Из данных таблицы 3 видно, что антропогенное изменение чернозема типичного подтвер^дается изменением величины емкости катионного обмена. Так, в ненарушенных почвах ее величина составила 42,38 мг-экв/100 г, затем с усилением степени деградации наблюдается сни^ение величины емкости поглощения на 1,8% при слабой степени деградации до 8,4% при высокой степени деградации.

Таким образом, по полученным данным мо^но сделать вывод, что эволюция почвы и ее преобразование в условиях развития деградационных процессов, а так^е формирование плодородия почвы происходит в условиях синергетических и альтернативных путей возникновения свойств почвы и перевода почвы в менее стабильное состояние, которое приводит к интенсивной деградации почвы.

Оценка состояния тя^елых металлов в почвах и их влияния на компоненты экологической системы имеет ва^ное практическое значение. Для практических целей ва^но знать способность почв к восстановлению концентрации тя^елых металлов в растворе при их поглощении растворами и миграции в сопредельные среды. В более глинистых и более гумусированных почвах этот показатель выше. При увеличении содер^ания тя^елых металлов в почве происходит последовательная трансформация свойств почв, обусловленная изменением состояния сорбционных мест, величиной pH, степени оструктуренности и т.д. Наличие в почве повышенных концентраций определенных тя^елых металлов изменяет состав микрофлоры и растительных сообществ. Поэтому необходима оценка состояния тя^елых металлов в почвах, их трансформации, миграции и аккумуляции.

Тя^елые металлы могут изменять интенсивность и направленность почвообразовательных процессов с одной стороны, а почвообразовательные процессы могут изменять содер^ание тя^елых металлов в верхнем слое почвы и других генетических горизонтах с другой стороны.

Исследованиями установлено, что развитие деградационных изменений почвы приводит к закономерному изменению концентрации тя^елых металлов. Так, для меди, кадмия и свинца в большей степени проявляется влияние реакции среды на закрепление этих металлов, чем выше степень насыщенности основаниями и величина pH установленная при высокой степени деградации почвы, тем выше концентрация этих тя^елых металлов в пахотном слое (табл. 4).

Таблица 4 – Содер^ание подви^ных форм тя^елых металлов, в пахотном слое деградированных черноземах типичных (мг/кг)

Степень деградации	Cu	Cd	Pb	Zn
Отсутствует 0	0,042	0,053	0,58	0,46
Слабая I	0,049	0,056	0,64	0,54
Средняя II	0,051	0,057	0,68	0,49
Повышенная III	0,05	0,16	0,67	0,56
Высокая IV	0,06	0,63	0,72	0,48

Для всех тя^елых металлов характерна способность к образованию комплексных соединений с гумусовыми веществами почвы, с разными величинами молекулярной массы, в зависимости от качественного состава органического вещества. Мо^но предполо^ить, что на разных этапах деградационных изменений почвы образуются органо-минеральные комплексы разной степени прочности и подви^ности.

Расчет экономического ущерба от изменения плодородия чернозема в результате развития природно-антропогенной деградации показал, что кадастровая стоимость исследуемой почвенной территории составляет 13,05 руб. за 1 м2. Общая стоимость земельного участка площадью 1084,6 га достигает 141 млн 540,3 тыс. руб. Утрата гумуса в количестве 1,47% от исходного средневзвешенного количества гумуса 6,75% обусловливает сни^ение стоимости земельного участка на 30 млн 824,332 тыс. руб. или 28,42 тыс. руб./га.

Выводы. Изменение плодородия черноземных почв в результате антропогенного воздействия приводит не только к уменьшению экологической устойчивости почвы, и, как следствие, сни^ению уро^ая, но и наносит значительный экономический ущерб, требующий значительных затрат на воспроизводство утраченного плодородия и получение запланированного уро^ая.

Перевод почв на новый более высокий уровень окультуренности, энергетического состояния соответствует и переводу почв в менее стабильное поло^ение, которое мо^ет поддер^иваться только при аналогичном антропогенном воздействии. Прекращение такого воздействия приводит к интенсивной деградации почв. Знание процессов и ре^имов почв позволяет рассчитать оптимумы свойств почв для различных условий их хозяйственного использования. Разработка и составление Паспорта почвы обеспечивает эффективное использование земель и его правовое регулирование в землеустройстве.