Dynamics of soil formation factors and their influence on agricultural technology in the Kamennaya steppe

Каменная степь – уникальный полигон, на котором уже более 125 лет проводится не имеющий аналогов в мире эксперимент по преобразованию природы с целью борьбы с “природными невзгодами”. С момента формирования территории Каменной степи как объекта научного наследия В.В. Докучаева и пристального внимания ученых к процессам почвообразования и почвам на ее территории были организованы многочисленные и систематические наблюдения за изменяющимися природными и антропогенными факторами почвообразования. Среди природных факторов почвообразования наиболее динамичными являются погодноклиматические показатели (температура и осадки), тесно связанный с ними уровень грунтовых вод (УГВ) и растительность. Изменчивость этих показателей во времени и пространстве обуславливает разнообразие почв на региональном и зональном уровне. Антропогенные факторы усиливают вариабельность природных параметров, трансформируя свойства почв и структуру почвенного покрова (Сорокина, 2007; Хитров, 2009; Чевердин, 2013) .

Обобщение и анализ обширного материала наблюдений и полученных результатов исследований показывают, что антропогенно-хозяйственное внедрение в природные процессы приводит к кратковременным (десятки лет) позитивным изменениям, например, по увлажнению почв, тогда как реакция технологий земледелия на цикличность природных явлений, периодически повторяющихся во времени, запаздывает, либо отсутствует. В связи с этим не удается дать долгосрочный прогноз о состоянии агроландшафта, чтобы своевременно вносить коррективы в ведение сельского хозяйства и системы земледелия, мелиорацию земель, восстановление свойств и плодородия почв.

На сравнительно небольшой территории природного заказника площадью около 5 тыс. га формируются преимущественно обыкновенные, а также типичные черноземы, лугово-черноземные и черноземно-луговые почвы, солонцеватые и солончаковатые черноземы, солонцы, периодически переувлажненные черноземы, таксономия которых может меняться от сезона к сезону в зависимости от характера и времени выпадающих осадков, их интенсивности, зимних и летних температур.

Одна из важных современных проблем землепользования в Каменной степи связана с переувлажнением почв и обусловлена быстро (до десятка лет) меняющимися во времени погодноклиматическим условиями, связанными с глобальным изменением климата. В данной проблеме переувлажнения исходно автоморфных почв видится много очевидных и неопределенных явлений, связанных с изменяющимися в пространстве процессами почвообразования (Овечкин, Исаев, 1989; Зайдельман и др., 2012; Разумо ва и др., 2016; Савин и др., 2016; Хитров, Чевердин, 2007б; Чевер- дин, 2013; Исаев, Иванов, 2020) . Реальных успехов в изучении этих процессов, динамики площадей гидроморфных почв, разработке приемов мелиорации и внедрения передовых технологий земледелия, например, прямого посева, крайне мало. Редкие фазы мониторинга почвенного покрова, последняя из которых закончилась больше 10 лет назад, дают ряд важных данных по динамике развития переувлажненных почв на территории степи (Хитров, 2009) . Этого недостаточно для прогнозирования и характеристики изменений как свойств почв, так и СПП степи в целом.

В Каменной степи одним из факторов переувлажнения черноземов является верховодка, обусловленная в частности глинами, подстилающими почвы и создающими водоупоры при увеличении объемов поступающей влаги свыше полевой влагоемкости (Овечкин, Исаев, 1989; Сорокина, 2007; Хитров, 2009). Верховодка формируется и исчезает достаточно быстро, и связана с темпами обводнения и иссушения почв, которые непостоянны и, в свою очередь, зависят от природных процессов и антропогенных изменений в ландшафтах, направленных на влагосбережение, защиту от водной эрозии, дефляции и т. д. Переувлажнение приводит к снижению плодородия черноземов и функционирования биоты в силу изменения водного, воздушного и температурного режимов (Лебедева и др., 2016; Гребенников и др., 2018; Кутовая и др., 2018), способствует осолонцеванию, разрушению структуры и увеличению плотности почв. Кроме того, переувлажнение вызывает выпревание посевов, затрудняет своевременную и обязательную при традиционной технологии земледелия механизированную обработку почвы, задерживает сроки посева, что в совокупности снижает кадастровую стоимость высокоплодородных земель (Разумова и др., 2016). Вместе с тем в определенных условиях в засушливые годы гидроморфные почвы служат резервом влаги, что способствует сохранению и развитию растений и обеспечивает получение удовлетворительного для засушливого года урожая.

Цель статьи заключается в анализе многолетних данных по оценке наиболее динамичных факторов почвообразования и связанных с ними проблем использования традиционных и новых почвосберегающих систем земледелия в Каменной степи, адаптированных к современным климатическим условиям, а также направленных на восстановление деградированных свойств и повышение плодородия почв.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследований – различные подтипы и виды черноземов (Chernozems) Каменной степи (Исаев и др., 1986; Исаев, 1988; Зборищук и др., 2007) , почвы и почвенный покров опытных полей по изучению влияния обработок на свойства почв (Исаев, Баранова, 1994; Гармашов и др., 2017; Гребенников и др., 2019; Исаев, Иванов, 2020) , а также растительность степных участков и лесополос (Аврорин, 1934; Камышев, 1971; Бобровская и др., 2008; Казанцева и др., 2008, 2011) .

Методика работы основана на полевых исследованиях, проведенных авторами, начиная с 1985 г., а также анализе литературных и архивных данных за многолетний период наблюдений (более 100 лет) за изменяющимися во времени и пространстве факторами почвообразования. Акцент сделан на последние 50 лет, которые были наиболее динамичными за весь 125-летний период наблюдений.

Данные по температуре, осадкам и глубине грунтовых вод были сгруппированы по десятилетиям. До 1969 г. значимых изменений по этим показателям не наблюдалось. В связи с этим в таблицах приведены данные с 1969 г. – начала изменений и формирования трендов в климатических показателях и УГВ.

Основной метод исследования динамичных факторов почвообразования – сравнительно-географический анализ природных параметров, свойств почв и видового состава растительности во временном цикле. Детальные почвенные исследования по изучению почвосберегающих систем обработки почв, включая прямой посев, ведутся с 2013 г. на опытном поле № 2 с координатами 51°03'16.1'' с. ш. и 40°44'45.4'' в. д. и размером 250 × 75 м. Был проведен анализ следующих свойства почв: макроагрегатный состав почв методом сухого и мокрого просеивания, равновесная плотность по фиксированным глубинам (0–10, 10–20, 20–30, 30– 40, 40–50 см) методом цилиндров объемом 100 см ³ и буром Ка-чинского, влажность и агрохимические показатели (содержание гумуса и подвижной формы фосфора в 3-кратной повторности по вариантам с разными обработками через каждые 10 см до глубины 50 см). Статистическая обработка данных выполнена в программе Exсel 2016.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Температура воздуха и осадки. В таблицах 1 и 2 представлены результаты наблюдений за температурой и выпавшими осадками в Каменной степи за последние 50 лет. При сравнении среднегодовых температур за десятилетия, начиная с 1969 г. (табл. 1), выявляется определенный тренд роста температуры за последние 30 лет. Разница составляет 1.9 °С, причем только за 2009–2018 гг. она выросла на 0.4 °С. По коэффициенту вариации выделяются два двадцатилетних периода с высокой вариабельностью температур (КВ = 19.7) и низкой (КВ = 7.3–8.9), что отражает современные тенденции глобального и регионального изменения климата, которые сказываются на испаряемости, развитии растительного покрова, скорости биологических процессов и свойствах определяющих плодородие почв.

Среднее количество осадков в каждом из пяти десятилетий, достаточно постоянно и только в период 1999–2008 гг. отмечается увеличение на 45 мм (табл. 2). В тоже время вариабельность выпавших осадков по годам высокая (КВ = 15.1–20.4) с максимальным размахом в каждом десятилетнем цикле, начиная с 1969 г., в 243, 290, 284, 279 и 221 мм. Так, в 1984, 1991,1996 и 2008 гг. выпало менее 400 мм осадков, а в 1970, 1976, 1981, 1990, 2004–2006, 2013 и 2016 гг., напротив, отмечался максимум, свыше 600 мм в год.

Два десятилетия подряд (1999–2018 гг.) количество осадков в зимний период увеличивается в среднем на 1 .2 мм в год (табл. 3, 4), причем в период 2009–2018 гг. отмечается резкое снижение выпадающих осадков в летний и осенний периоды (табл. 4), что на фоне роста среднегодовой температуры (сумма средних многолетних температур свыше 100 °С в последние годы увеличилась с 25 690 °С до 29 070 °С) может привести к дефициту влаги в почвах в вегетационный период.

Тенденция повышения температуры воздуха и уменьшения поступления влаги в почву за вегетационный сезон привела в последние годы к возрастанию степени аридизации почв на всей территории степи. То, с чем многие годы боролись с помощью влагосбережения, создавая благоприятные условия для возделывания полевых культур, возвращается с нарастающим глобальным потеплением. При сохранении отмеченных тенденций следует ожидать, что сухостепным условиям будут соответствовать не отдельные месяцы, а вегетационный период в целом, что может привести к потерям потенциала почвенного плодородия и снижению урожайности сельскохозяйственных культур. С этим связана необходимость повышения адаптивного потенциала видов и сортов сельскохозяйственных культур, сопряженная с разработкой агротехнологий, применительно к изменяющимся условиям внешней среды, что является решающим фактором устойчивости земледелия.

Таблица 1. Средние за год и десятилетия температуры воздуха (°С) в Каменной степи (составлено по online данным – http://www.pogodaiklimat.ru/history/34139.htm и литературным источникам; координаты метеостанции – 51.05° с. ш. 40.70° в. д.; высота над уровнем моря 194 м.)

Table 1. Average annual and decadal air temperatures (°C) in the Kamennaya Steppe (coordinates of the weather station – latitude 51.05°; longitude 40.70°; altitude 194 m.)

1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	М *	СО *	КВ *
4.4	6.2	6.5	6.8	6.2	6.4	7.6	3.7	5.7	5.2	5.9	1.16	19.7
1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988
6.2	4.9	7.5	6.1	7.3	6.0	5.1	6.0	3.5	5.9	5.9	1.16	19.7
1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998
7.8	7.2	6.9	6.4	5.1	5.6	8.0	5.9	6.0	6.6	6.6	0.94	14.4
1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008
7.7	7.2	7.4	7.6	6.1	7.5	7.5	6.5	8.3	8.0	7.4	0.65	8.9
2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018
7.8	8.7	6.6	7.6	8.2	7.6	8.3	7.9	7.8	7.4	7.8	0.57	7.3

Примечание. * – здесь и далее в таблицах: М – средняя арифметическая, СО – стандартное отклонение, КВ – коэффициент вариации.

Таблица 2. Средние за год и десятилетия суммы осадков (мм) в Каменной степи (составлено по online данным – http://www.pogodaiklimat.ru/history/34139.htm и литературным источникам)

Table 2. Average annual and decadal precipitation amounts in the Kamennaya Steppe

1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	М	СО	КВ
416	651	405	467	513	492	408	642	514	504	501	88.2	17.6
1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988
479	572	633	511	439	343	491	457	541	523	499	79.2	15.9
1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998
595	618	376	598	563	411	580	334	464	560	510	104.0	20.4
1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008
534	596	593	459	490	612	676	614	485	397	545	86.8	15.9
2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018
405	458	485	538	602	442	555	626	523	417	506	76.1	15.1

Таблица 3. Ежемесячное количество осадков (мм), выпавшее в Каменной степи за 20-летний период с 1999 г. по 2018 г.

Table 3. Monthly precipitation (mm) in the Kamennaya Steppe for the 20-year period from 1999 to 2018

Год	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	XIX	X	XI	XII	Сумма
1999	23	29	17	6	57	43	87	112	29	70	14	47	537
2000	38	27	38	18	37	117	83	13	150	12	8	55	596
2001	35	35	61	42	39	66	62	45	60	50	42	56	593
2002	22	52	16	24	35	41	14	8	87	83	54	23	459
2003	28	11	6	27	18	88	105	38	21	86	35	28	490
2004	64	57	31	31	74	76	67	23	45	62	38	44	612
2005	50	47	20	61	41	85	98	93	9	56	34	80	676
2006	20	28	48	32	67	93	12	93	50	64	90	17	614
2007	80	36	15	37	49	44	42	20	54	33	55	20	485
2008	33	17	45	37	44	43	28	11	51	46	29	13	397
2009	38	47	29	8	41	51	69	9	2	31	32	48	405
2010	45	37	31	48	40	39	81	63	29	65	27	33	458
2011	54	35	9	25	34	81	38	51	24	51	28	55	485
2012	45	37	31	48	40	39	81	63	29	65	27	33	538
2013	27	15	52	5	85	50	59	85	151	45	17	11	602
2014	62	16	28	28	29	133	4	49	7	17	6	63	442
2015	21	50	2	90	46	108	79	5	4	33	83	34	555
2016	64	40	42	98	52	77	21	53	52	31	62	34	626
2017	31	25	29	33	49	50	54	39	49	54	55	55	523
2018	57	26	56	58	22	3	42	9	61	26	8	49	417
Среднее годовое количество осадков за 20 лет													525

Таблица 4. Среднее количество осадков (мм) за сезон в Каменной степи в десятилетнем цикле

Table 4. Average precipitation (mm) per season in the Kamennaya Steppe in a 10-year cycle

Десятилетия	Среднее количество осадков за сезон				Среднее за год
	Весна	Лето	Осень	Зима
1969–1978	99	153	146	103	501
1979–1988	101	150	143	105	499
1989–1998	106	164	144	96	510
1999–2008	107	175	151	112	545
2009–2018	114	145	123	124	506

Уровень грунтовых вод. Об уровне грунтовых вод в Каменной степи обычно судят по глубине воды в колодце № 1, наблюдения по которому публикуются по данным на 1 сентября каждого года более 125 лет (табл. 5 и 6). За первые 70 лет наблюдений УГВ находился на достаточно стабильных в среднем за десятилетия глубинах 5.7–7.3 м, при изменчивости по КВ от низкой 7.7 до высокой 16.6 (табл. 5).

Временной отрезок, начиная с 1977 г. и вплоть до 2007 г., выделяется повышением УГВ (табл. 6). Наиболее значительный подъем УГВ до 2.65 м пришелся на 1993 г. и в целом на 90-е годы и характеризовался ростом среднегодовой температуры и увеличением общего количества выпадающих осадков (табл. 1 и 2). Многолетняя, достаточно устойчивая до этого времени, система грунтового и поверхностного увлажнения почв существенно изменилась, что отразилось на свойствах черноземов, расширив ареал переувлажненных и гидроморфных почв в Каменной степи (Хитров, Чевердин, 2007) .

Таблица 5. Уровень грунтовых вод (м) в Каменной степи за период с 1892 по 1968 гг. (колодец № 1, координаты – 51.03° с. ш. и 40.70° в. д., абсолютная высота ~ 192 м.)

Table 5. Ground water level (m) in the Kamennaya Steppe for the period from 1892 to 1968 (well No. 1)

Годы	1892	1902	1912	1922	1932	1942	1952	1962
наблю-	-	-	-	-	-	-	-	-
дений	1901	1911	1921	1931	1941	1951	1961	1968
М	6.9	6.5	5.7	6.7	7.3	6.1	7.1	5.9
СО	0.76	1.08	0.93	0.98	0.77	0.86	0.58	0.46
КВ	10.0	16.6	16.4	14.7	10.6	14.2	8.2	7.7

Период увеличения обводненности территории степи (Савин и др., 2016) сменился в 2009–2018 гг. на менее влажный с заметным падением УГВ. С одной стороны, он характеризуется продолжением роста среднегодовых температур и снижением количества выпадающих осадков, с другой, ранее не отмечавшейся тенденцией к сезонной смене трендов по температуре и выпадающим осадкам на более мягкие и влажные зимы и более теплые и сухие летние месяцы.

Таким образом, за 50 лет (начиная с 1969 г.) уровень воды в колодце сначала повысился в 90-е годы в среднем на 3.5 м., а затем снизился до 7.1 м (табл. 6). В настоящее время вода находится на глубинах, характерных для начала измерений в конце XIX в., типичных для автоморфно развивающихся черноземов степи. Вместе с тем следует отметить, что колодец № 1 находится под лесным массивом, где понижение УГВ в определенной степени связано с транспирацией лесным ценозом, чего не было более 100 лет назад. Это явление сказывается на растительном покрове косимой залежи, где отмечается замена луговых трав более ксеро-морфными степными видами. Происходит уменьшение численности дождевых червей в составе почвенной мезофауны. В летний период, за исключением почв под лесополосами, из-за недостатка влаги они встречаются крайне редко.

Таблица 6. Уровень грунтовых вод (м) в Каменной степи за период с 1969 г. по 2018 г. (колодец № 1)

Table 6. Ground water level (m) in the Kamennaya Steppe for the period from 1969 to 2018 (well No. 1)

Год	УГВ, м	Год	УГВ, м	Год	УГВ, м	Год	УГВ, м	Год	УГВ, м
1969	5.65	1979	3.53	1989	3.35	1999	4.05	2009	6.62
1970	5.47	1980	3.99	1990	2.81	2000	3.52	2010	7.25
1971	4.95	1981	3.31	1991	2.85	2001	3.65	2011	6.70
1972	5.87	1982	3.56	1992	3.95	2002	3.75	2012	6.93
1973	5.70	1983	3.75	1993	2.65	2003	4.17	2013	7.57
1974	5.11	1984	4.92	1994	3.08	2004	3.36	2014	7.74
1975	5.26	1985	5.17	1995	3.89	2005	3.25	2015	7.60
1976	4.88	1986	4.95	1996	4.10	2006	3.44	2016	6.95
1977	4.00	1987	4.29	1997	4.60	2007	4.12	2017	7.06
1978	4.00	1988	3.97	1998	4.20	2008	5.40	2018	-
М	5.1		4.1		3.5		3.9		7.1
СО	0.66		0.66		0.68		0.63		0.41
КВ	12.9		15.9		19.4		16.1		5.7

Снижение УГВ в колодце № 1 продолжается даже зимой, приближаясь к абсолютному минимуму стояния за весь период наблюдений до 8.8 м в январе 1960 г. (в 2018 г. отмечалось даже полное пересыхание колодца).

Важно еще раз обратить внимание на то, что УГВ в скважинах, расположенных на полях, где в севооборотах возделываются разные культуры, не везде коррелирует с уровнем воды в колодце № 1. За период с 1990 г. по 2014 г., по данным ЦТ “Воронежгео-мониторинг”, в этих скважинах, в отличие от колодца № 1 под лесом, отчетливо проявляется сезонная динамика УГВ (табл. 7). Большую часть времени в течение года он остается в пределах 1.5–3.0 м, редко поднимаясь до 0.5–1.0 м и опускаясь глубже 5 м, как это было в экстремально засушливый 2010 г.

Таким образом, наряду с глобальными изменениями климатических условий локальные особенности гранулометрического состава подстилающих пород, поверхностного и внутрипочвенно-го рельефа и стока определяют как глубину УГВ, так и ее сезонную динамику.

Растительность. Степные сообщества в Каменной степи претерпели за 125 лет наблюдений существенные изменения. По замыслу В.В. Докучаева, заповедная некосимая степь (восточнее 40-ой лесополосы) должна была служить эталоном, своеобразным контролем агроландшафтов. Однако в настоящее время она превратилась в лесное урочище, в котором доминирует клен американский с редким подлеском и травяным покровом. Комплекс климатических, гидрогеологических и антропогенных воздействий способствовал развитию не произраставших здесь ранее растений: купырь лесной ( Anthriscus silvestris ), гравилат городской ( Geumur banum ) как луговые виды, а также будра плющевидная ( Glechoma hederacea ) как лесной вид (Бобровская и др., 2008) .

Многолетние наблюдения показывают, что на участке с абсолютным заповедным режимом первоначально сформировалась лугово-степная растительность (вторичная целина). В 1913 г. в травостое господствовал пырей ползучий ( Elytrigia repens ), присутствовало многочисленное разнотравье, были отмечены также ковыль сарептский ( Stipa sareptana ) и большое число одно- и двулетних видов.

Таблица 7. Среднемесячный УГВ (м) в скважине 04*; абсолютная отметка 189.8 м, координаты 51°03'22.25'' с. ш. и 40°44'36.12'' в. д.

Table 7. Average monthly ground water level (GWL) (m) in the well 04*; absolute level 189.8 m, coordinates 51°03'22.25" N and 40°44'36.12" E

Год	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	XIX	X	XI	XII	М
2014	2.83	2.69	2.30	1.67	1.27	1.31	1.46	1.85	2.09	2.19	2.25	2.14	2.01
2015	2.02	1.92	2.07	1.31	0.94	1.12	1.46	1.93	2.19	2.28	2.38	2.50	1.85
2016	2.57	2.48	1.76	0.96	0.54	0.56	0.71	0.81	1.01	1.20	1.20	1.24	1.25
2017	1.71	2.34	2.48	2.03	1.79	1.69	1.92	2.21	2.37	2.42	2.46	2.44	2.16
2018	2.00	1.73	1.63	1.31	1.05	1.08	1.32	1.49	Нет данных
2019	Нет данных							1.95**	Нет данных

Примечание. * – данные получены из территориального центра “Воронежгеомониторинг”; ** – собственные измерения 27.08.2019 при проведении полевых работ.

Постепенно в травостой стали внедряться отдельные всходы деревьев и кустарников. Уже в 30-х годах упоминается о наличии в растительном покрове 2 видов деревьев – груша ( Pirus communis ) и вяз мелкий ( Ulmus minor ) (Аврорин, 1934). Появились и такие кустарники, как жимолость ( Lonicera tatarica ), боярышник ( Crataegus) , шиповник коричный ( Rosa cinnamonea ), слива колючая – терн ( Prunus spinosa ). В травяном покрове стали достаточно заметны кострец ( Bromopsis riparia ), пырей ползучий ( Elytrigia repens ), мятлик узколистный ( Poa angustifolia ).

В 50-х годах произошло увеличение роли типчака и ковылей (Камышев, 1971) . На залежи в это время присутствуют ковыль волосистый ( Stipa capillata ), опушеннолистный ( S. dasyphȳlla ). В этот период из травостоя практически исчез мятлик луговой ( Poa pratensis ), который вновь появляется в травостое в 2001 г., в то время как P. angustifolia из его состава выпадает.

Проведенное в 1972 г. картирование растительности участка (Пащенко, 1992) показало, что древесно-кустарниковые заросли стали занимать более 63% площади залежи, в состав которых в это время входило уже 10 древесных видов и 13 кустарников. В сохранившемся к этому времени лугово-степном травостое все еще можно было выделить несколько растительных группировок, среди которых следует упомянуть кострово-свербиговое (Bunias orientalis + Bromopsis inermis); разнотравно-ковыльное сообщество (Stipa pennata + Vicia tenuifolia + Campanula glomerata) и подма-ренниково-душицевое (Origanum vulgare + Galium vernum) сообщества. Из травостоя почти полностью исчезли практически все одно- и двулетние растения: лопушник (Arctium alpina), змееголовник тимьяноцветковый (Dracocephalum thymiflorum) и др., такие многолетники, как Poa pratensis, катран татарский (Crambe tataria) и др. С 1972 г. начинается бурное зарастание этого “микрозаповедника” древесными и кустарниковыми видами, которое протекает на фоне возрастающего количества осадков и приближающейся к поверхности почвы “верховодки”. Менее чем за 30 лет к концу прошлого столетия на залежи 1908 г. сформировался сомкнутый кленовый лес. Видовой состав трав в лесу, по описанию растительности в 2001 г. (Бобровская и др., 2008; Казанцева и др., 2008, 2011), чрезвычайно беден – всего 21 вид – при проек- тивном покрытии менее 3%. Проведенное в 2010 г. повторное описание кленового леса выявило практически полное отсутствие травяно-кустарничкового яруса.

Влияние динамики факторов почвообразования на технологию земледелия. С XIX в. и до второй половины XX в. климатические параметры (температура и осадки) в годовом цикле имели постоянную вариабельность, что определяло в Каменной степи стабильные условия земледелия, которое опиралось на традиционную систему с обязательными обработками почв. Описанные выше изменения климатических показателей, вызванные природными (длительное, около 30 лет, стояние грунтовых вод на глубине активного влияния на почвенный профиль черноземов) и антропогенными (лесомелиорации, влагосбережение, обводнение территории) факторами, привели к трансформации видового состава растительности, расширению ареалов переувлажненных почв (Хитров, Чевердин, 2007а, 2007б) , изменению их свойств – деградации структуры, дегумификации, формированию плужной подошвы и т. д. (Зайдельман и др., 2012; Чевердин, 2013; Лебедева и др., 2016; Гармашов и др., 2017; Гребенников и др., 2018) .

Автоморфные черноземы приобретают черты характерные для лугово-черноземных почв, особенно в местах стояния верховодки, что сдвигает сроки посева культур на более поздние, пока не просохнет почва. Кроме того, обрабатывающая техника создает на полях неоднородность по плотности и увлажнению почв, формируя агромикрорельеф, что также усложняет посев и требует дополнительных мероприятий по выравниванию поверхности поля. В определенных случаях это создает условия для развития процесса поверхностного гидроморфизма.

Как следствие, возникла необходимость адаптации систем земледелия к меняющимся условиям среды. С этой целью на ключевых участках были проведены комплексные полевые опыты по изучению почвосберегающих систем земледелия, различных модификаций обработок почв, включая прямой посев, с оценкой влияния вносимых доз минеральных удобрений. В зерновом севообороте изучали следующие виды обработок: отвальная вспашка на глубину 20–22 см, безотвальная обработка на глубину 15–17 см, поверхностная обработка дискованием на глубину 10–12 см и нулевая обработка (прямой посев). Исследования показали, что типичные черноземы в слоях 0–30 и 0–50 см имеют наибольшие запасы гумуса после четырех лет применения технологии прямого посева (Гребенников и др., 2019) (табл. 8). Максимальная разница в запасах гумуса в слоях 0–30 и 0–50 см отчетливо выражена при сравнении варианта прямого посева, с одной стороны, и вспашки отвальной и безотвальной, с другой.

Через четыре года проведения опытов запасы Р 2 О 5 в слое 0– 30 см увеличились при использовании прямого посева по сравнению с другими обработками (табл. 8). Наиболее низкими запасами этого элемента питания характеризовался вариант с отвальной вспашкой и поверхностной обработкой.

Таблица 8. Запасы гумуса (т/га) и подвижного фосфора Р 2 О 5 (кг/га) в гумусовом горизонте агрочерноземов Каменной степи на вариантах полевого опыта (поле № 2)

Table 8. Reserves of humus (t/ha) and mobile phosphorus P 2 O 5 (kg/ha) in the humus horizon of agrochernozems of the Kamennaya Steppe in the field experiment variants (field No. 2)

Агро-химические показатели	Глубина образца почв, см	Способы обработки почвы
		Прямой посев (нулевая обработка)	Поверх-верх-ностная	Вспашка безотвальная	Вспашка отвальная
Гумус	0 – 30	261.9	207.7	190.8	195.2
	0 – 50	358.3	304.7	266.6	279.8
Р 2 О 5	0 – 30	447.7	384.7	423.2	402.2

Таким образом, на фоне меняющихся динамичных факторов почвообразования типичные черноземы Каменной степи хорошо откликаются на систему земледелия с нулевой обработкой (прямой посев), при использовании которой после жатвы на поверхности почв остаются растительные остатки, что обеспечивает рост запасов органического вещества и подвижного фосфора в гумусовом горизонте за достаточно короткий период времени (4 года).

Такая система земледелия в наибольшей степени адаптирована к изменяющимся природным условиям среды, поскольку прямой сев приближен к естественному функционированию почвенного покрова. Как отмечалось, в последние годы вегетационный период в Каменной степи имеет тенденцию к дефициту по увлажнению почв. В этой связи ориентация на прямой посев в системе земледелия оправдана еще и в силу того, что уже опробована и показала позитивные результаты как в засушливой зоне Ставропольского края (Дридигер и др., 2017) , так и в близких к Каменной степи природных условиях Курской области (Холодов и др., 2016) .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наиболее динамичные во времени факторы почвообразования – климат и растительность – претерпели за время наблюдений в Каменной cтепи существенные изменения. В этой экологической нише рациональное использование почв в земледелии требует оперативной оценки ситуации и трендов изменения показателей факторов почвообразования. Традиционные способы возделывания сельскохозяйственных культур и сами культуры должны соответствовать быстро меняющимся во времени условиям среды. Вариабельность и рост годовых температур в Каменной степи, трансформация в сезонном распределении годовых осадков, усиление аридизации в 2009–2018 гг. вызывает необходимость применения наиболее адаптированной к меняющимся параметрам ре-сурсо- и почвосберегающей системы земледелия, ориентированной на восстановление деградированных свойств почв. Полученные на базе полевых опытов в Каменной степи результаты по применению различных обработок почв показали, что прямой посев в наибольшей степени адаптирован к изменениям в силу особенностей его технологии, приближенной к природным экосистемам разного типа. Это подтверждают данные, полученные при использовании прямого посева на производственных площадях в засушливых районах Ставропольского края и в научнопроизводственных опытах в Курской области. Таким образом, выявленные на примере Каменной степи тренды изменений факторов почвообразования во времени отражают, по нашему мнению, общую динамику глобального потепления в ЦЧО и сопряженных с ним субъектах Федерации, где доминируют черноземные почвы.