Оценка влияния различных систем землепользования на кислотность почв сельскохозяйственных угодий Донецкой Народной Республики

Federal State Budgetary Scientific Institution “Donetsk botanical garden”, 110 Illicha aven., Donetsk 283023, DPR, Russian Federation, 7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017, Russian Federation, *, e-mail: ,

**, e-mail: , ***, e-mail:

В последние десятилетия антропогенное влияние на почвенный покров и биосферу достигло критических величин, нарушив условия для их полноценного функционирования, спровоцировав ряд региональных и глобальных кризисов землепользования. Проблема деградации земель, а также кардинального ухудшения их экологического состояния и функциональных возможностей относятся к одним из наиболее опасных и ключевых проблем в системе землепользования (Алманова и др., 2021; Иванов и др., 2024).

Мониторинг состояния земель сельскохозяйственного назначения является неотъемлемой и обязательной составляющей системы рационального землепользования. Длительное сельскохо- зяйственное использование пахотных угодий приводит к почвоутомлению, снижению содержания основных элементов минерального питания в почве и, как следствие, негативно сказывается на почвенном плодородии (Мамонтов и др., 2020; Савин и др., 2022). Мировой опыт показывает, что высокая продуктивность земледелия возможна при комплексном учете агрохимических и экологических факторов, необходимых для устойчивого развития растений, формирования урожая и недопущения развития деградацион-ных процессов в почве (Chaudhari et al., 2010; Estrada et al., 2017).

В случае интенсивного сельскохозяйственного использования в черноземах происходят кардинальные изменения, которые приводят к отрицательным последствиям, снижая продуктивность и плодородие земель. Так, гумусово-аккумулятивный горизонт в настоящее время практически превращен в пахотный, а под действием ежегодной механической обработки он дезагрегируется, значительно уплотняется и после выпадения атмосферных осадков “замывается” (Семендяева и др., 2015).

Одним из “ключевых” составных элементов почвенного плодородия, оказывающим значительное влияние на формирование урожая сельскохозяйственных культур, является кислотность почв, которая обусловлена многими факторами, но в большинстве случаев – литологическим составом почвообразующих пород, составом почвенно-поглощающего комплекса (ППК), направлением почвообразовательного процесса, степенью эродированности почв и хозяйственной деятельностью человека (Чекмарев и др., 2011).

На кислых почвах на 30–40% уменьшается эффективность применения удобрений, в продукции интенсивно накапливаются радионуклиды и тяжелые металлы, ухудшается ее качество, снижается устойчивость агроценозов к неблагоприятным погодным условиям (Лукин, 2005). В щелочных почвах, по мнению ряда авторов, фосфор, кальций, магний, железо и другие элементы переходят в нерастворимые соединения и становятся труднодоступными для растений (Клименко и др., 2007; Несговорова, Савельев, 2022).

Актуальная (активная) кислотность обусловлена наличием ионов водорода и активностью водорода (протонов) в почвенном растворе, она измеряется величиной рН водной вытяжки или вод- ной суспензии. Величина рН относится к устойчивому генетическому показателю почвы, и любые изменения значений кислотности являются следствием развития деградационных процессов. Потенциальная кислотность (обменная и гидролитическая) связана в основном с наличием ионов водорода и алюминия в поглощенном состоянии в ППК (Вальков и др., 2006; Ганжара, 2001).

Исследования по изучению различных видов кислотности почв земель России проводятся с целью мониторинга состояния агропромышленного комплекса и составления прогноза изменения показателей с течением времени, а также недопущения развития деградации и снижения плодородия (Беспалов, 2015; Захарова, 2017; Зинченко, 2022; Чевердин, Поротиков, 2015; Якушева, Маслова, 2009). В рамках комплексного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения нами проведены исследования варьирования значений кислотности деградированных почв Донецкой Народной Республики (Агурова, Сыщиков, 2023; Сыщиков, Агу-рова, 2024). В задачи исследований входило изучение актуальной, обменной и гидролитической кислотности деградированных почв агроценозов (на примере Шахтерского района Донецкой Народной Республики).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

При исследовании почвенного покрова деградированных агроэкосистем были выбраны модельные участки, заложенные с учетом таких факторов, как распространенность типа нарушения в пределах района изучения и степень антропогенной трансформации. Отбор проб почвы проводился на протяжении 2024 г. на участках восточной и западной части Шахтерского района Донецкой Народной Республики.

В качестве контроля был выбран участок (№ 1) со степной растительностью (с. Андреевка, Шахтерский район, 48°12'39.80"N; 38°70'76.19"E). Общее проективное покрытие (ОПП) составляет 95%, доминируют Festuca valesiaca Schleich. ex Gaudin, Vinca minor L., Euphorbia virgata Waldst. & Kit., Stipa grafiana Steven, Salvia nutans L., также представлены Echium vulgare L., Artemisia austriaca Jacq., Lathyrus tuberosus L., Ajuga genevensis L., Achillea pannonica L., Tragopogon major Jacq.,

Achillea pannonica Scheele, Plantago lanceolata L. Чернозем обыкновенный среднегумусный.

Участки № 2   (47°94'47.28"N;   38°90'75.75"E),   № 3

(47°55'58.7"N; 38°53'55.3"E), № 4 (47°55'29.6"N; 38°46'36.6"E)

Исследуемые участки №№ 5–9 заняты овощными культурами или находятся под паром, расположены в с. Пятиполье, Шахтерский район, ДНР:

№ 5 – под паром, первый год после картофеля (48°00'51.1"N; 38°06'58.1"E);

№ 6 – под паром, первый год после лука (48°00'54.6"N

38°07'33.9"E);

№ 7 – под томатами (48°00'53.5"N; 38°07'57.4"E);

№ 8 – под луком (48°01'03.6"N; 38°07'19.6"E);

№ 9 – под баклажанами (48°01'04.3"N; 38°07'56.8"E).

Почвы представлены черноземами обыкновенными мало-и среднегумусными.

Почвы исследованных модельных участков – среднесуглинистые, в структурном отношении – с преобладанием фракций размером более 10 мм и 3–1 мм.

Определение видов растений производили в соответствии с классическими методами (Доброчаева и др., 1987; Остапко и др., 2010).

Описание почвенных разрезов проводили согласно общепринятым методикам (Методические рекомендации…, 1999; Розанов, 2004). Отбор почвенных образцов производили по почвенным горизонтам (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991).

Актуальная кислотность (рН водной вытяжки) определялась потенциометрически в надосадочной суспензии почвы и воды в соотношении 1 : 5. Гидролитическая кислотность определялась по

Каппену, с использованием в качестве гидролитически щелочной соли уксуснокислого натрия, полученные значения выражались в ммоль экв./100 г почвы. Обменную кислотность определяли по Соколову, извлекая обменные катионы раствором хлористого калия с последующим титрованием фильтрата гидроксидом натрия (Аринушкина, 1970; Практикум по агрохимии…, 2001). Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась по общепринятым методам параметрической статистики на 95%-ном уровне значимости по Доспехову (Доспехов, 2011).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При изучении показателя актуальной кислотности (рН) в почвах агроценозов модельных участков установлено варьирование значений реакции среды от среднекислой до среднещелочной (табл. 1).

Первоисточником любой кислотности в почвах являются водородные ионы угольной и органических кислот, образующихся при разложении органических остатков и выделяемых корнями растений и микроорганизмами. В летний период слабокислая реакция среды (контрольный участок № 1) может быть связана с типом произрастающей растительности, накоплением продуктов выветривания и органического материала, при этом отсутствие карбонатов в составе также способствует некоторому подкислению почв. Однако в данном случае, вероятнее всего, факт повышения кислотности связан с сезонной динамикой, отсутствием возможности вымывания органических кислот в связи с продолжительной летней засухой и соответствующим подкислением среды.

Повышенная кислотность почв на участках под пшеницей и кукурузой (участки №№ 2–3) связана с особенностями рельефа (склоновая поверхность, наличие ложбин и впадин, где происходит концентрация атмосферных осадков), несоблюдением режима внесения физиологически кислых удобрений. Вымывание с осадками из ППК кальция и магния также способствует подкислению почвы, что, естественно, сказывается на плодородии почвы и выращивании сельскохозяйственных культур.

Таблица 1. Актуальная кислотность в почвах агроценозов

Table 1. Actual acidity in soils of agrocenoses

Участок/ горизонт	Период активного формирования вегетативной массы		После уборки урожая
	М	Реакция среды	М	Реакция среды
№ 1 А	6.65	Нейтральная	6.10	Слабокислая
№ 1 В	6.81	Нейтральная	6.15	Слабокислая
№ 2 А	5.56	Среднекислая	6.10	Слабокислая
№ 2 В	5.87	Среднекислая	6.14	Слабокислая
№ 3 А	5.55	Среднекислая	6.45	Слабокислая
№ 3 В	5.72	Среднекислая	6.37	Слабокислая
№ 4 А	6.43	Слабокислая	6.52	Нейтральная
№ 4 В	6.65	Нейтральная	6.56	Нейтральная
№ 5 А	7.95	Слабощелочная	7.18	Нейтральная
№ 5 В	8.47	Среднещелочная	7.30	Нейтральная
№ 6 А	7.93	Слабощелочная	7.70	Слабощелочная
№ 6 В	8.50	Среднещелочная	7.52	Слабощелочная
№ 7 А	7.71	Слабощелочная	7.25	Нейтральная
№ 7 В	8.50	Среднещелочная	7.15	Нейтральная
№ 8 А	7.52	Слабощелочная	7.32	Нейтральная
№ 8 В	8.15	Среднещелочная	7.80	Слабощелочная
№ 9 А	7.52	Слабощелочная	7.35	Нейтральная
№ 9 В	8.35	Среднещелочная	7.45	Слабощелочная

Установлено, что оптимум для выращивания пшеницы находится при значениях рН выше 6.6 (Вальков и др., 2006), т. е. по этому показателю условия являются неблагоприятными для выращивания данной культуры. На участке № 4 условия для выращивания кукурузы достаточно благоприятны (рН находится в пределах 6– 8.5, что является оптимумом для выращивания данной культуры).

На участках №№ 5–9 (под овощными культурами и оставленными под паром) кислотность почвы снижена, по сравнению с контрольным участком, а реакция среды изменялась от нейтральной до среднещелочной, что связано с повышением содержания в почве ионов ОН-. Такая кислотность обусловлена наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей. При описании почвенных разрезов и определении содержания кальция и магния в ППК установлено, что такая пониженная кислотность, а значит, повышенная щелочность обусловлена наличием карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Почвы агроценозов с щелочной реакцией среды подвержены обесструктуриванию, что негативно сказывается на их плодородии, в связи с чем выращивание овощных культур на данных участках в будущем может быть затруднено. В особенности требуют усиленного внимания и контроля участки, оставленные под паром, где известкование требуется производить с особой осторожностью, а также использовать другие способы повышения плодородия, например, ежегодно запахивая солому, которая будет благоприятно влиять на коллоидную часть чернозема.

Однако следует понимать, что определение актуальной кислотности в почвах дает лишь приближенное представление о состоянии почв, поскольку значения этого показателя весьма вариабельны. Поэтому полную картину дает изучение потенциальной кислотности. С обменной кислотностью связаны режимы органического вещества и элементов минерального питания, подвижность соединений (Зинченко, 2022). Внесение органических удобрений, как правило, способствует увеличению емкости катионного обмена и суммы поглощенных катионов, снижению обменной и гидролитической кислотностей и возрастанию степени насыщенности почвы основаниями. Применение минеральных удобрений приводит к подкислению почвы, снижению емкости поглощения и содержания обменных катионов кальция и магния. С другой стороны, как показывают исследования ряда авторов, отрицательные последствия применения минеральных удобрений часто переоцениваются. Характер действия минеральных удобрений на физико- химические свойства почвы зависит от природнотерриториального комплекса, форм и норм вносимых удобрений и длительностью их применения (Шеуджен, 2018).

При изучении обменной кислотности установлено существенное превышение ее значений на почвах склоновых участков под пшеницей (в 3.6–6.4 раза) в сравнении с показателями целинной почвы (участок № 1) (табл. 2).

В 2.6–2.8 раз показатели обменной кислотности были превышены на участке № 4 (склоновый участок под кукурузой), что также является одной из предпосылок развития деградационных процессов как в ППК, так и в почве в целом. Основные причины существенного повышения значений обменной кислотности связаны с интенсивной обработкой почвы и нерациональным внесением минеральных удобрений, загрязнением посевов сорнорудеральной растительностью. Подкисление среды и повышенная кислотность на этих участках способствуют увеличению числа ионов водорода и алюминия, что, соответственно, вызывает повышение обменной кислотности. Наименьшими значениями обменной кислотности характеризовались участки, оставленные под паром, а также отобранные для выращивания овощных культур (участки №№ 5–9), где превышение варьировало от 1.1 до 1.5 раз по сравнению с контролем. В вариантах под паром (участок № 6 – горизонт В) значения обменной кислотности достоверно не отличались от таковых на целинном участке, что благоприятно сказывается на самой почве, ее агрофизических и агрохимических характеристиках. Это подтверждается исследованиями актуальной кислотности почв под овощными культурами, где фиксировалась реакция среды от нейтральной до слабощелочной.

По показателю гидролитической кислотности сохранялась тенденция, схожая с распределением почв по значениям обменной кислотности (табл. 3).

Для участков №№ 2–3 значения гидролитической кислотности были существенно выше показателей гидролитической кислотности целинной почвы (более чем в 10 раз), в данном случае отмечаем крайне неблагоприятные условия для произрастания и получения высоких урожаев пшеницы.

Таблица 2. Обменная кислотность (ммоль экв./100 г почвы) в почвах агроценозов

Table 2. Exchangeable acidity (mmol eq./100 g soil) in soils of agrocenoses

Участок / горизонт	M ± m	% к контролю	Tst
№ 1 А	0.118 ± 0.007	–	–
№ 1 В	0.079 ± 0.004	–	–
№ 2 А	0.754 ± 0.02*	640.0	29.6
№ 2 В	0.314 ± 0.01*	400.0	21.2
№ 3 А	0.73 ± 0.007*	620.0	63.7
№ 3 В	0.279 ± 0.004*	355.0	36.1
№ 4 А	0.33 ± 0.007*	280.0	22.1
№ 4 В	0.204 ± 0.008*	260.0	14.3
№ 5 А	0.173 ± 0.01*	146.7	4.43
№ 5 В	0.106 ± 0.007*	135.0	3.5
№ 6 А	0.141 ± 0.007*	120.0	2.45
№ 6 В	0.088 ± 0.003	112.5	1.89
№ 7 А	0.192 ± 0.01*	163.3	6.0
№ 7 В	0.098 ± 0.004*	125.0	3.54
№ 8 А	0.202 ± 0.002*	171.7	11.9
№ 8 В	0.104 ± 0.004*	133.0	4.78
№ 9 А	0.153 ± 0.007*	130.0	3.67
№ 9 В	0.106 ± 0.007*	135.0	3.5

Примечание. В этой и таблице 3: М – среднее значение признака, m – ошибка среднего, % – процент превышения значений по отношению к аналогичным почвенным горизонтам участка № 1, Tst – значения критерия Стьюдента, * – различия статистически достоверны при р < 0.05.

Note. Here and after: M – the average value of the characteristic, m – the error of the mean, % – the percentage of values exceeding those of similar soil horizons in site No. 1, Tst – the Student’s t test value, * – the differences are statistically significant at p < 0.05.

Таблица 3. Гидролитическая кислотность (ммоль экв./100 г почвы) в почвах агроценозов

Table 3. Hydrolytic acidity (mmol eq./100 g soil) in soils of agrocenoses

Участок / горизонт	M ± m	% к контролю	Tst
№ 1 А	0.62 ± 0.051	–	–
№ 1 В	0.47 ± 0.078	–	–
№ 2 А	6.26 ± 0.106*	1009.5	47.8
№ 2 В	4.9 ± 0.156*	1037.5	23.6
№ 3 А	6.41 ± 0.078*	1033.3	61.9
№ 3 В	4.96 ± 0.102*	1050.0	34.9
№ 4 А	2.3 ± 0.051*	371.4	23.3
№ 4 В	1.89 ± 0.078*	400.0	12.8
№ 5 А	0.8 ± 0.051*	128.6	2.45
№ 5 В	0.53 ± 0.051	112.5	0.63
№ 6 А	0.63 ± 0.015	102.4	0.28
№ 6 В	0.46 ± 0.015	96.9	0.19
№ 7 А	0.71 ± 0.051	114.3	1.22
№ 7 В	0.38 ± 0.03	81.3	1.06
№ 8 А	0.83 ± 0.03*	133.3	3.5
№ 8 В	0.56 ± 0.03	118.8	1.06
№ 9 А	0.86 ± 0.03*	138.1	4.0
№ 9 В	0.65 ± 0.03*	137.5	2.12

Сохранялась тенденция повышенных значений гидролитической кислотности на участке под кукурузой (превышение относительно значений чернозема обыкновенного контрольного участка составило 3.7–4.0 раза).

Достоверно неотличимы от контроля были значения гидролитической кислотности в почвах агроценозов под томатами (участок № 7), под паром (участки №№ 5–6), под луком (подпахотный горизонт), что соответствует оптимальным условиям для возделывания данных сельскохозяйственных культур.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При изучении актуальной кислотности (рН) в почвах агроценозов мониторинговых участков установлено варьирование значений реакции среды от среднекислой до среднещелочной. Повышенная кислотность почв на участках под пшеницей и кукурузой связана с особенностями рельефа (склоновая поверхность, наличие ложбин и впадин, где происходит концентрация атмосферных осадков), несоблюдением режима внесения физиологически кислых удобрений.

При изучении обменной кислотности установлено существенное превышение ее показателей на склоновых участках под пшеницей (в 3.6–6.4 раза) по сравнению со значениями целинной почвы, что, безусловно, сказывается на плодородии почв, их физических характеристиках, урожае сельскохозяйственных культур. В наименьшей степени деградационные процессы отразились на значениях обменной кислотности участков, оставленных под паром, а также отобранных для выращивания овощных культур (участки №№ 5–9), где превышение показателей варьировало от 1.1 до 1.5 раз, в вариантах под паром участка № 6 (горизонт В) значения достоверно не отличались от таковых целинного участка, что благоприятно сказывается на самой почве, ее агрофизических и агрохимических характеристиках. Это подтверждается исследованиями актуальной кислотности почв под овощными культурами, где фиксировалась реакция среды от нейтральной до среднещелочной.

Для участков №№ 2–3 значения гидролитической кислотности были существенно выше показателей гидролитической кислотности целинной почвы (более чем в 10 раз), что создает крайне неблагоприятные условия для произрастания пшеницы и получения ее высоких урожаев. Сохранялась тенденция повышенных значений гидролитической кислотности на участке под кукурузой

(превышение над значениями чернозема обыкновенного контрольного участка – в 3.7–4.0 раза). Достоверно не отличимы от контроля были значения гидролитической кислотности в почвах агроценозов под томатами, паром, луком (подпахотный горизонт), что соответствует оптимальным условиям для возделывания данных сельскохозяйственных культур.