Оценка влияния эрозионных процессов на изменение агрохимических свойств почв неиспользуемой пашни степной зоны Минусинской котловины Красноярского края

Введение. Деградация земель является одной из наиболее острых экологических проблем в мире, вследствие чего население планеты страдает от ее разных форм. Г.В. Добровольский с горечью констатировал: «…деградация почвенного покрова Земли – ее педосферы – продолжается, …не последнюю роль в этом играет недостаточное понимание реальности глобальной угрозы процесса деградации почв, ведущего к нарушению сложившегося устойчивого функционирования биосферы, в котором живет все человечество и все живое на земной суше» [1].

Согласно данным Организации Объединенных Наций по продовольствию и сельскому хозяйству, если процессы деградации на земле продолжатся такими же темпами, то к 2050 г. доля деградированных почв может составить 90 % сельскохозяйственных угодий [2]. Установление количественных и качественных измене- ний свойств почв и почвенного покрова за постсоветский период представляет большую ценность для укрепления системы мониторинга состояния земель, оценки экономического ущерба от деградации [3]. Деградированные почвы являются опасными природными объектами, так как перестают выполнять экологические защитные функции и могут инициировать процессы общей деградации земной поверхности [4].

В долгосрочной перспективе эрозионные процессы приводят к снижению плодородия почвы и неблагоприятным изменениям в химическом составе и структуре почвы. В процессе смыва верхних, наиболее плодородных горизонтов происходят значительные изменения ее агрохимических и агрофизических свойств [5, 6]. При ветровой и водной эрозии прежде всего отчуждаются микро- и макроагрегаты, сформированные активной частью гумуса, резко снижается содержание водопрочных агрегатов, нарастает распыление и глыбистость [7]. Первыми в минерализационные процессы вовлекаются наиболее агрономически ценные компоненты лабильного органического углерода, что непосредственно сказывается на агрегатном уровне ее организации, а также физикохимических свойствах почвы. В условиях смешанной эрозии первостепенно утрачивают водоустойчивость агрегаты крупнее 0,25 мм, образованные органическими адгезивами почвы, что сопровождается повышенной распыленностью, глыбистостью и коркообразованием.

Одной из самых центральных проблем деградации являются вопросы, связанные с противостоянием ветровой эрозии. Значительные масштабы ее распространения затрагивают прежде всего степные ландшафты. Ущерб усугубляется отсутствием ветрозащитных лесных полос, а также естественного древостоя. Обозначенное также меняет структуру влаго- и теплообмена, благодаря которой солнечная энергия тратится на испарение и повышение температуры почв [8]. Водная эрозия проявляется и опасна, в первую очередь, на склоновых землях. Вследствие этого процесса проявляется перенос питательных элементов вниз по катене с аккумуляций продуктов переноса у ее основания. При этом верхние части склонов теряют органическое вещество, влагу и почвенный мелкозем [9]. По информации научных структур РАН, 65 % пашни, 28 % сенокосов и 50 % пастбищ России подвержены воздействию эрозии, дефляции, периодических засух, суховеев и пыльных бурь. Площадь земель, находящихся в зоне риска или подверженных опустыниванию, оценивают от 50 до 100 млн га [8].

Территория Красноярского края относится к эрозионно-опасной зоне, поэтому важнейшей задачей сельскохозяйственного производства является защита почв от водной, ветровой и комплексной эрозий [8]. Более чем 22 % земледельческой территории Красноярского края нарушены либо изменены хозяйственной деятельностью человека [9]. Особую озабоченность вызывает состояние неиспользуемых пахотных земель, расположенных в степной природной зоне Минусинской котловины. Рельеф степной зоны Минусинской котловины - сильно расчлененная равнина [10], для которой характерны эрозионные процессы, этому способствуют и легкие почвообразующие породы [11], такие как лессовидные отложения, супеси и пески. Малоснежные зимы в основном наблюдаются в степной части котловины, где высота снегового покрова даже в защищенных местах не превышает 10–20 см, а с открытых пространств и повышенных элементов рельефа он сносится, поэтому почвы глубоко промерзают. Для степи характерны постоянные, довольно сильные ветры, в основном западных и югозападных направлений [10, 12].

На данный момент идет активная работа по оценке агропочв, длительно неиспользуемых, с целью введения их в сельскохозяйственный оборот. Поэтому, несмотря на то, что вопросы деградации почв степных территорий затронуты в работах многих исследователей [13], специфика деградации неиспользуемой пашни в условиях степной природной зоны Минусинской котловины требует дополнительного анализа с учетом локальных климатических, геоморфологических и антропогенных факторов, претерпевающих изменения в последние десятилетия. Таким образом, мониторинг агрогенных почв, диагностика их качественных параметров является условием эффективного использования природных ресурсов и экономическим фактором прибыльности сельскохозяйственного производства и сохранения экологической устойчивости. Поэтому изучение вектора количественных и качественных трансформаций свойств почв и почвенного покрова имеет особую ценность для обоснования методических подходов мониторинга почв (земель) и оценки экономических издержек ущерба от деградации.

Цель исследования - оценить современное почвенно-экологическое состояние почвенного покрова длительно неиспользуемой пашни степной природной зоны Минусинской котловины, а также ее агрохимических показателей, определяющих плодородие почвы.

Объекты и методы. Объект исследования -почва неиспользуемой пашни степной природной зоны Минусинской котловины, потенциально пригодной для возвращения в сельскохозяйственный оборот. Исследованные массивы: «Тагар-ское» (N53°37./E091°47.) и «Кавказское» -(N54°00./E092°03), размещенные в Минусинском районе, а также «Восточное» (N54°00./ E091°40) в Краснотуранском районе, - характеризуются типичными типами / подтипами почв для данной природной зоны.

Почвенное обследование почвенного покрова неиспользуемой пашни степной части Минусинской котловины проводилось в период 2023–2024 гг. на территории Минусинского и Краснотуранского районов в Минусинском филиале ФГБУ «РосАгрохимслужба». Камеральный этап включал инвентаризацию и анализ материалов крупномасштабного почвенного обследования почвенных экспедиций: Одесского государственного университета им. И.И. Мечникова за 1968 г. и Восточно-Сибирского государственного научно-исследовательского и проектноизыскательного института по землеустройству (ВостСибНИИгипрозем) за период 1974–1979 гг. в масштабе 1 : 25 000. В полевой период изучение почв, закладка и описание почвенных разрезов, отбор почвенных образцов проведено согласно научно-методическим рекомендациям проведения почвенного обследования сельскохозяйственных земель. Агрохимические показатели определяли в соответствии с нормативной документацией: содержание органического вещества (гумуса) определяли по методу Тюрина; рНксl и рНвод. – потенциометрически; содержание подвижного фосфора и калия – по методу Чирикова и Мачигина, гранулометрический состав – согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 12536-2014 [14, 15].

Для выявления деградированных земель в России с оценкой степени их деградации разработаны «Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель» [16], утвержденные Роскомземом, Минприроды России, Минсельхозпродом России и согласованные с Россельхозакадемией. Выявление деградированных земель выполнялось при корректировке почвенных карт, которые проводились каждые 10–15 лет с целью обнаружения существенных изменений состояния почв и почвенного покрова. Применялись методы пятиуровневой оценки степени деградации сельскохозяйственных земель [17]. Агроистощение пахотных почв диагностировали по ключевым признакам деградации: изменению содержания физической глины, мощности и запасов гумуса почвенного профиля (А + В), уровню подвижного фосфора и обменного калия (относительно средней обеспеченности), а также сдвигам в степени кислотности (в процентах от средних показателей).

Общая площадь исследования составила 1749,97 га, из которой на массив полей «Тагар-ское» приходилось 192,37 га (9 разрезов), массив «Кавказское» – 553,7 га (8 разрезов), на массив «Восточное» – 1003,9 га (13 разрезов). За полевой период почвенного обследования на данных массивах неиспользуемой пашни было заложено 30 почвенных разрезов и отобрано более 100 почвенных образцов по почвенным горизонтам с использованием метода маршрутного хода, в т. ч. для каждого разреза были установлены географические координаты.

Согласно агроклиматическому районированию исследованные массивы почв «Тагарское» и «Кавказское» расположены в Минусинском степном агроклиматическом округе в засушливом подрайоне Минусинской степи. Рельеф территории характеризовался, как широкоувалистая равнина, а рельеф массива «Восточное» имел холмисто-гористый характер с хорошо развитым микрорельефом в виде небольших бугорков и понижений. Таким образом, почвенный покров исследуемой неиспользуемой пашни был представлен преимущественно черноземами обыкновенными и южными малогумусными маломощными с легким и супесчаным гранулометрическим составом. Очагами встречались черноземы выщелоченные малогумусные маломощные легкосуглинистые. Характерной провинциальной особенностью исследованных массивов неиспользуемой пашни являлось широкое развитие процессов эрозии. Это обусловлено лессовидностью большинства почвообразующих пород и опесчаненностью сформировавшихся на них почв, а также климатическими характеристиками территории [18, 19, 20]. Климат степной зоны имел более континентальный характер относительно других зон Минусинской котловины. Почвенная засуха усугублялась воздушной. Количество засушливых дней с относительной влажностью воздуха менее 30 % колебалось от 30 до 34, а в острозасушливые годы достигало 50–57. Засуха была обусловлена не только отсутствием дождей в первой половине лета, но и очень малым количеством зимних и осенних осадков [13].

Результаты и их обсуждение. Результаты почвенного обследования земельных массивов степной природной зоны Минусинской котловины зафиксировали ухудшение состояния почвенного покрова. Под влиянием комплекса ус- ловий (ливневых осадков и дефляции) на земельных участках зарегистрировано образование оврагов с глубиной 2–3 м и протяженностью до 8–10 м. Особенно остро данная проблема выражена на территории со сложным густопересеченным рельефом и на местах, где ранее были расположены каналы оросительной системы. В настоящее время здесь ликвидированы укрепляющие плиты, что и привело к просадке почвы и образованию обвалов.

Первые данные о прогрессирующей деградации агропочв неиспользуемой пашни на массиве «Тагарское» были обнаружены еще в 1978 г. почвенной экспедицией. Полученные сведения позволили сопоставить результаты аналитических данных с материалами 1968 г. и выявить отсутствие в почвенном покрове территории среднемощных разновидностей черноземов обыкновенных. К 1978 г. обнаруживались лишь маломощные разновидности. Это стало результатом нерационального ведения сельскохозяйственной деятельности и прогрессирующей дефляции.

На массиве «Тагарское» с равнинным рельефом выявлено наличие дефляционного наноса.

Его мощность составила от 3 до 12 см. Согласно методу пятиуровневой оценки степени проявления деградации данное изменение соответствует второму уровню [16]. Таким образом, были диагностированы черноземы южные карбонатные в комплексе с песчаными навеянными до 10–25 %, а также черноземы обыкновенные и выщелоченные (табл. 1, 2).

По данным оценочной шкалы заметно снижалась мощность гумусового слоя черноземов южных, а уровень деградации соответствовал первому (табл. 3). В результате переноса песчаных фракций гранулометрический состав этих почв из легкосуглинистой разновидности перешел в супесчаную и по уровню деградации отвечал четвертому. Проведя оценку содержания гумуса по шкале [14], установлен переход показателя из градации «низкого» и «среднего» до «низкого» и «очень низкого». Сравнительный анализ данных выявил падение запасов гумуса более чем в два раза (степень деградации соответствовала третьему уровню). Было зафиксировано подщелачивание почвенного раствора, а также уменьшение содержания подвижного фосфора.

Таблица 1

Распределение агрохимических показателей по почвенному профилю на черноземах южных супесчаных*

Distribution of agrochemical parameters by soil profile in the chernozems of the southern sandy loam

о 10 ф ф О 1 ^	Горизонт, см	< 0,01, %		Гумус, %		рН н2о , ед.		Подвижный фосфор		Обменный калий
								мг/кг
		2023	1978	2023	1978	2023	1978	2023	1978	2023	1978
Массив «Тагарское»
3-23	АСа, 0–20	5,4	23	1,4	4,5	8,0	7,8	32	200	106	115
	АВСа, 20–33	18	28,2	1,1	–	8,2	8,5	14	–	102	–
	ВСа, 33–56	14,2	–	–	–	8,2	–	–	–	–	–
	ССа, 69–100	19,9	–	–	–	8,5	–	–	–	–	–
Массив «Восточное»
18	А, 0–15	10,8	24,4	2,0	4,5	8,1	6,8	10	226	123	45,2
	АВ, 15–24	17,5	25,6	1,1	3,5	8,1	6,8	10	204	80	35,1
	С, 70–80	18,6	27,2	2,0	4,5	8,4	7,4	–	–	–	–

*В таблице дано описание разрезов, отражающее типичные изменения, присущие данным массивам.

Таблица 2

Профильное распределение агрохимических показателей*

Profile distribution of agrochemical indicators

аз со ф со S’ О	Горизонт, см	< 0,01, %		Гумус, %			рН сол , ед.		Подвижный фосфор		Обменный калий
									мг/кг
		Чернозем обыкновенный малогумусный маломощный легкосуглинистый
		2024	1978	2024	1978	1967	2024	1978	2023	1978	2023	1978
Массив Кавказское									по Чирикову
14	А, 5–18	11,2	33,8	2,2	5,4	7,3	8,1	7,7	35	240	342	325
	В, 18–28	11,7	40,8	0,6	1,9	3,7	8,3	–	10	–	173	–
	Ск, 28–120	11,3	41,8	0,4	–	4,2	8,5	–	–	–	–	–
Массив Восточное									по Мачигину
19	А, 0–18	10,6	36,3	2,9	7,6	–	8,4	6,6	18	200	200	76
	АВ, 18–26	18,5	30,1	2,3	3,2	–	8,2	6,6	9	220	116	32
	С, 87–100	2,1	28	–	–	–	8,5	7,6	–	–	–	–
Чернозем выщелоченный малогумусный маломощный легкосуглинистый
Массив Кавказское									по Чирикову
9-23	А, 0–20	22,1	30,6	3,6	7,7	12,8	6,9	6,3	108	192	94	285
	АВк, 20–33	32,1	32,4	4,7	7,5	5,5	–	6,3	184	200	61	200
	Вк, 33–56	–	30,5	–	6,5	2,6	–	6,4	–	240	–	200
	Ск, 69–100	16,4	23,5	–	–	–	–	6,8	–	–	–	–

*В таблице дано описание разрезов, отражающее типичные изменения, присущие данным массивам.

Таблица 3

Оценка степени деградации черноземной почвы залежной пашни Assessment of the degree of degradation of chernozem soil of fallow arable land

Показатель / тип / подтип почвы	Степень деградации
	Значение	Уровень	Значение	Уровень	Значение	Уровень
Черноземы	Южные		Выщелоченный		Обыкновенный
Уменьшение содержания физической глины на величину, %	32–78,3	4	30,4–38,2	2–4	66,7–93,3	4
Дефляционный нанос, см	12–18	2	–	–	–	–
Уменьшение мощности (А + В), % от исходного	10–15	1	27–37	2	13,3–36,6	1–2
Уменьшение запасов гумуса (А + В), % от исходного	более 60 (50–100)	3	50–75	3	25–100	2–4
Уменьшение содержания, % от средней степени обеспеченности:
подвижного фосфора	37,1–95,5	2–4	43,7	3	68–94,1	3 –4
подвижного калия	0–7,8	0	43,2–67	3	–	–
Подщелачивание, % от среднего	14,2–33,3	1–3	–	–	16,7–33,3	2–3

Таким образом, по оценке степени деградации черноземы южные относились к слабо деградированным, и возделывание сельскохозяйственных культур в данных условиях, в сравнении с эталонными землями, на 10–25 % может привести к снижению продуктивности. При сравнении контуров массива «Восточное» данных обследований 1978 г. с современными черноземы были переведены из подтипа «обыкновенные» в «южные». Результаты современного обследования показали, что в гранулометрическом составе почвы зафиксировано уменьшение содержания физической глины на 58 % от первоначального. Это позволило отнести их к «очень сильно» деградированным.

В структуре почвенного покрова массива «Кавказское» преобладающим подтипом были диагностированы черноземы обыкновенные малогумусные маломощные супесчаные развитые на лессовидных суглинках (табл. 2). Анализ данных почвенного обследования (в сравнении с 1967 и 1978 гг.) выявил высокий уровень деградации черноземов по гранулометрическому составу. Современное состояние свидетельствует о снижении содержания физической глины на 66,7 % по сравнению с исходным. Гранулометрический состав изменялся от среднесуглинистого до супесчаного и соответствовал четвертому уровню деградации.

На анализируемых эродированных почвах выявлено сокращение мощности гумусового горизонта, а также уменьшение содержания гумуса. В настоящее время почвы с высокого уровня содержания перешли в категорию малогумусных (см. табл. 3). Данные содержания подвижного фосфора (в % от средней степени обеспеченности) и уровень подщелачивания почвенного раствора свидетельствуют о средней степени деградации почв исследованного массива.

Сравнительный анализ и пятиуровневый метод оценки деградации почв показал, что черноземы выщелоченные среднемощные среднегумусные среднесуглинистые на массиве «Восточное» (разрез 19) в результате агрогенных и пирогенных трансформаций перешли в разряд аридных степных черноземов обыкновенных маломощных среднегумусных супесчаных. За анализируемый период времени выявлена потеря верхней гумусовой части почв практически наполовину (71,4 % от исходных данных). Почвы в настоящее время среднедеградированные и супесчаные по гранулометрическому составу.

Заключение. Проведенные исследования показали, что за полувековой период облик зональных почв неиспользуемой пашни степной природной зоны Минусинской котловины заметно изменился. Наблюдается процесс поднятия карбонатных новообразований к поверхности. В земледельческой части степной зоны обнаружено больше контуров с карбонатными черноземами в сравнении с более ранними обследованиями. Зафиксирован переход выщелоченных черноземов в подтип обыкновенных, а часть обыкновенных черноземов перешли в южные.

В результате развития ветровой и водной эрозии, а также нерационального ведения сельскохозяйственной деятельности выявлено сокращение мощности гумусового горизонта и снижение запасов гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте, изменение гранулометрического состава почвы. Данные исследования констатируют, что почвы степной природной зоны Южно-Минусинского округа потенциально опасные к дефляции и эрозии и нуждаются в комплексе агротехнических и лесомелиоративных мероприятий, без которых будет активно происходить дальнейшая деградация плодородия и увеличиваться площадь, занимаемая оврагами и промоинами.

Для стабилизации и восстановления почв степной зоны Минусинской котловины необходим комплекс мер по охране почв, таких как лесомелиоративные, гидромелиоративная и про-тивоэрозионная организация территории. Также требуется постоянный мониторинг и контроль: оценка мощности гумусового горизонта, содержания карбонатов, запасов гумуса; картирование очагов эрозии и дефляции с применением ГИС-технологий. Подобные мероприятия будут способствовать сохранению почвенно-земельных ресурсов аналогичных ландшафтов.