Исследование состояния пахотного горизонта почвы лесного питомника

Один из важных аспектов эффективности выращивания посадочного материала – его почвенное питание. Благодаря применению органоминеральных компонентов, микроудобрений и биологически активных добавок повышается интенсивность роста и развития посадочного материала, а также энергия прорастания и всхожесть семян, обеспечивается предохранение всходов от воздействия неблагоприятных условий окружающей среды.

Многочисленные исследования в области использования минеральных удобрений ограничиваются только целесообразностью повышения выхода саженцев и сеянцев древесных и кустарниковых пород посредством увеличения доз минеральных удобрений [1–4]. Ряд исследований посвящен изучению эффективности применения нетрадиционных органических удобрений [5, 6]. Однако в процессе поиска способов повышения эффективности применения того или иного вида удобрения исследователи уделяют недостаточно внимания изучению рисков, связанных с накоплением химических веществ в почве и их влиянием на ее состояние [7, 8]. Не выявленные своевременно недостатки технологии выращивания посадочного материала со временем могут оказать существенное влияние на деградацию земель. В настоящее

время актуальность указанной проблемы возрастает.

В статье приведены результаты анализа ухудшения состояния почвы лесного питомника Торопецкого филиала «ЛПЦ – Тверьлес». В питомнике, где на протяжении 20 лет использовали минеральные и органические удобрения согласно установленным нормам, специалисты столкнулись с проблемой низкой всхожести сеянцев ели европейской ( Picea abies (L.) H. Karst.), а также в ряде случаев их гибели. Кроме того, у сеянцев сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L.) было обнаружено отмирание верхушечной почки и обильное опадение хвои.

Материалыи методы исследования

Объект исследования – пахотный горизонт агрогенной дерново-подзолистой иллювиально-железистой легкосуглинистой почвы питомника. Почвенные образцы отбирали на продуцирующих полях, занятых 1- и 2-летними сеянцами ели европейской и сосны обыкновенной, и на полях, находящихся под чистым паром (табл. 1).

Анализы почвенных образцов выполнены общепринятыми методами [9, 10]. Определение каждого химического элемента осуществляли

в 3-кратной повторности. Оценку уровня плодородия пахотных горизонтов почв проводили в соответствии с Практическими рекомендациями Центральной лесосеменной станции Федеральной службы лесного хозяйства России [11] и Наставлениями по системам применения удобрений в лесном хозяйстве на европейской территории СССР [12].

Гранулометрический состав почвы определяли по методу Н.А. Качинского путем отбора проб суспензии с размером частиц не более 0,01 мм с глубины 10 см из равномерно взмученной почвенной суспензии.

Результаты и обсуждение

Оценка плодородия пахотного почвенного горизонта в питомнике проведена по содержанию гумуса, доступных форм фосфора, кислотности, емкости катионного обмена, сумме обменных оснований (табл. 2).

Агрохимическое обследование почв показало, что реакция среды пахотных почвенных горизонтов большинства полей питомника изменяется от слабокислой (рНсол = 5,21) до нейтральной

(рНсол = 6,28). Повышенная рНсол негативно сказывается на росте сеянцев и саженцев хвойных пород [13].

Оптимальная кислотность супесчаных и легкосуглинистых почв в пахотном горизонте лесных питомников (рНсол) составляет 5,0–5,5. Повышение щелочности почвы на 0,21–0,78 может быть вызвано избыточными дозами известковых удобрений, которые применяют для подщелачивания почвы (табл. 3). Почвы с содержанием рНсол более 6,0 нуждаются во внесении удобрений с кислой реакцией и в других методах подкисления почвы [13].

При сопоставлении данных о количестве внесенных доз удобрений по действующему веществу, приведенных в табл. 3, с рекомендуемой дозировкой внесения основных фосфор-но-калийных удобрений в питомниках [12] можно сделать предварительный вывод о степени обеспеченности почв калием и фосфором (табл. 4).

Хвойные деревья предпочитают кислую почву, так как их опад имеет высокую кислотность и естественным образом подкисляет почву, поэтому на данных почвах необходимо проводить мероприятия по снижению рНсол.

Существует много методов подкисления почвы:

V внесение органических удобрений (перегной, компост, коровяк, сосновая хвоя, перепревшие опилки и т. д.). При данном методе процесс подкисления будет происходить очень медленно, однако будет действовать на протяжении длительного периода времени;

V внесение коллоидной серы. Достоинства данного варианта – доступность и дешевизна. Потребность серы для увеличения кислотности легкосуглинистых почв при рН_сол от 5,21 до 6,28 составит 392–740 кг/га;

V подкисление почвы при помощи растений-сидератов: рапс, овес, белая горчица.

При использовании любого из перечисленных методов необходимо соблюдать меру, в противном случае придется снова повышать щелочность почвы. Для почв, исследованных в данном питомнике, предпочтение отдается использованию растений-сидератов или внесению органических удобрений, так как в данных почвах наблюдается переизбыток минеральных удобрений и внесение коллоидной серы может негативно сказаться на посадочном материале.

Пахотные почвенные горизонты содержат торфяной материал в различном количестве. Известно, что торф и торфяные удобрения оказывают многостороннее действие на плодородие почвы: облегчают ее гранулометрический состав, положительно влияют на водный и воздушный режимы и в целом создают благоприятную основу для рационального использования минеральных удобрений [14]. Высокая поглотительная способность торфа способствует повышению емкости катионного обмена и/или емкости поглощения пахотного почвенного горизонта почв полей питомника.

В процессе наших исследований установлено, что емкость поглощения в пахотном почвенном горизонте выше, чем в нижнем песчаном. Так, в пахотном почвенном горизонте поля № 19 (на глубине 0,15–0,24 м) емкость поглощения составляет 29,03 мг·экв./100 г почвы, а в нижнем песчаном горизонте (на глубине 1,49 м и более) – 5,96 мг·экв./100 г почвы, т.е. емкость поглощения в пахотном почвенном горизонте в 4,9 раза выше, чем в нижнем песчаном. На поле 17 в пахотном почвенном горизонте (глубина 0,13–0,24 м) емкость поглощения – 19,56 мг·экв./100 г почвы, а в нижнем песчаном горизонте (глубина 0,71 м и более) – 6,90 мг·экв./100 г почвы. Здесь емкость поглощения в пахотном почвенном горизонте в 2,8 раза выше, чем в нижнем песчаном.

Почвенные образцы, взятые в пахотном почвенном горизонте полей 13, 20, 24 и поля, которое ранее было занято теплицей, также обладают высокой емкостью поглощения. Это объясняется присутствием торфа в большом количестве.

Анализ почвенных образцов показал, что на полях, где они были взяты, в пахотном почвенном горизонте содержится много органического вещества. Это негативно влияет на рост и развитие выращиваемых в питомнике сеянцев и саженцев. Оптимальное содержание органического вещества в пахотном почвенном горизонте для легкосуглинистых почв должно быть 2,5–3,0 % [12], а в образцах, взятых в питомнике, оно варьирует от 5,8 до 15,1 %, что значительно превышает норму. Такое повышенное содержание органического вещества может быть результатом избыточного внесения торфа в почву.

Высокое содержание торфа в пахотном почвенном горизонте приводит к следующим отрицательным последствиям:

• 1.    Формируется контрастный водный режим, т. е. большое количество воды чередуется с ее недостатком (дефицитом) в результате очень высокого испарения.

• 2.    Возникает контрастный тепловой режим (в период устойчивых высоких температур воздуха при поливе днем для корневой системы сеянцев создается эффект парной бани). Нарушается баланс между транспирацией и поглощением, наступает период сильного угнетения растений.

• 3.    Высокая емкость поглощения вызывает накопление внесенных удобрений в почве, а не распределению их по растениям.

• 4.    Высокое содержание торфа способствует переносу в нижние песчаные горизонты существенного количества удобрений.

• 5.    Использование торфа в качестве мелиорирующего вещества для песчаных почв полей питомника обусловливает повышение суммы обменных оснований, которая в пахотных почвенных горизонтах достигает 28 мг·экв./100 г почвы. В то же время согласно нормативам, применяемым для лесных питомников европейской части России, сумма обменных оснований не должна превышать 12–15 мг·экв./100 г почвы.

• 6.    Высокая влагоемкость торфа и его темная окраска в период солнечной активности и при проведении полива могут стать причиной

перегревания корней, при отсутствии же полива растения могут погибнуть.

Таким образом, на поля питомника не рекомендуется вносить торф в большом количестве.

Для полноценного и сбалансированного минерального питания сеянцев в питомнике применяется специализированная система удобрений, включающая азотные, фосфорные и калийные.

Установлено, что исследованные образцы обладают повышенным содержанием подвижных форм фосфора, даже в песчаных нижних горизонтах. В пахотном почвенном горизонте глубиной 0,15–0,24 м поля 19 отмечено содержание фосфора в размере 37,1 мг/100 г, в нижнем песчаном горизонте на глубине 1,49 м и более его содержание составляет 50,6 мг/100 г почвы. Наличие существенного количества фосфора в нижнем горизонте может быть связано с вымыванием коллоидных частиц из верхних горизонтов после внесения фосфорных удобрений. На поле 17 содержание фосфора в пахотном почвенном горизонте глубиной 0,13–0,24 м равно 31,6 мг/100 г почвы, а в нижнем глубиной 0,71 м и более – 29,3 мг/100 г почвы. Согласно нормативным документам, применяемым для лесных питомников европейской части нашей страны, значения подвижных форм фосфора не должны превышать 15–20 мг/100 г почвы. В пахотных горизонтах питомника наблюдается повышенное его содержание, достигающее 50 мг/100 г почвы.

Исходя из полученных результатов можно констатировать, что по содержанию фосфора почвы относятся к 5 и 6 классам, т.е. это сильно обогащенные фосфором почвы [15].

Избыточное применение фосфорных удобрений и гербицидов приводит к накоплению в пахотном почвенном горизонте легко- и среднерастворимых форм некоторых химических элементов.

При определении легко- и среднерастворимых форм некоторых химических элементов на полях 19 и 17 обнаружены сульфаты, что можно объяснить внесением сульфата калия К2SO4, обладающего накопительным эффектом.

В образцах пахотных почвенных горизонтов всех обследуемых полей выявлены хлориды, что вызвано внесением KCl и гербицидов. Загрязнение почвы хлоридами приводит к ухудшению фильтрации воды и, соответственно, снижению скорости выведения из почвы излишков химических элементов. Кроме того, их наличие вызывает образование «жженых» краев у молодых листьев и изменению цвета хвои.

Нитраты в ходе исследования не обнаружены, предположительно они окислились и преобразовались в нитриты.

Принимая во внимание, что на полях питомника длительное время применяли раундап и симазин, в рамках исследовательской работы принято решение изучить их свойства и химические элементы, входящие в формулу препаратов. Согласно сведениям информационных ресурсов, симазин – гербицид избирательного действия, передвигающийся по сосудистой системе растения, ингибируя фотосинтез: C7H12ClN5, 2-Хлор-4,6-бис (этиламино)-1,3,5-триазин (Ciba-Geigy). Раундап – водный раствор, 360 г/л глифосатакис-лоты, изопропиламинная соль: гербицид сплошного действия, передвигающийся по сосудистой системе растения, N-(фосфонометил)-глицин, C3H8NO5P.

С учетом изложенного можно сделать предположение, что содержание таких элементов является результатом внесения избыточного количества минеральных удобрений и высоким содержанием торфа, который их удерживает.

Решением рассмотренной проблемы может быть удаление пахотного почвенного горизонта с последующей его заменой на более плодородную почву или оптимизация гранулометрического состава пахотного слоя методом внесения иловато-глинистого субстрата, так как восстановление почвы естественным образом займет ориентировочно 100 лет. Принимая во внимание фактическое содержание физической глины в почвенных образцах (15 %) и в планируемом для внесения иловато-глинистом субстрате (27 %), для обновления пахотного горизонта потребуется 2 083,33 т/га вышеуказанного субстрата. Он необходим для снижения концентрации веществ, негативно влияющих на сеянцы и саженцы в исследуемом питомнике.

Выводы

В результате проведенных исследований установлено следующее:

V внесение избыточных доз известковых, фосфорных удобрений и некоторых гербицидов, содержащих в своем химическом составе хлор, серу или сульфаты, приводит к повышенному содержанию подвижных форм фосфора, к наличию значительного количества нераство-ренной извести в пахотном почвенном горизонте;

V внесение избыточного количества торфа приводит к увеличению суммы обменных оснований и емкости катионного обмена (что способствует накоплению питательных веществ, в том числе их подвижных форм в почве), а также к формированию нежелательных контрастных теплового и водного режимов корнеобитаемого слоя, приводящих в часы солнечной активности к перегреванию корней и ожогу корневой шейки сеянцев, а в ночные часы – к переохлаждению.

На основании приведенных выводов сформулированы следующие рекомендации:

• 1.    Усовершенствовать систему применения минеральных удобрений с учетом показаний систематического контроля за содержанием химических элементов в пахотном горизонте почвы лесного питомника.

• 2.    Разработать схему севооборотов, их состав, соотношение и схемы чередования культур и пара с учетом результатов почвенного обследования пахотных горизонтов.

• 3.    Разработать комплекс мероприятий по улучшению свойств пахотного горизонта путем культивирования или поддержания естественных растительных сообществ (фитомелиорация, посадка растения и их удаление во время активного цветения). Использовать растения-сидераты,

• 4.    Создать мощный пахотный почвенный горизонт путем постепенного припахивания подпахотного горизонта (если пахотный почвенный горизонт толщиной не более 40 см).

• 5.    Рассмотреть возможность внесения суглинков или иловато-глинистого субстрата в количестве 2 083,33 т/га.

способствующие умеренному подкислению почвы, например, рапс, овес и белую горчицу.

Периодически увеличивать глубину перемешивания слоев почвы с целью уменьшения концентрации химических веществ.