Почвы опытного поля ВГМХА имени Н. В. Верещагина и их агрохимическая характеристика

Введение. Опытное поле является важнейшей базой для практического обучения студентов различных факультетов академии, а также проведения научноисследовательской работы преподавателями факультета агрономии и лесного хозяйства. Для реализации этих целей на землях бывшего ГУСП «Молочное» в 1971 году был организован питомник и опытное поле [1]. Описание почвенного покрова опытного поля является важнейшим элементом для повышения уровня исследовательской работы. Необходимо подчеркнуть, что изучение почв является основой для научно обоснованного планирования применения минеральных, органических удобрений и мелиорантов с целью сохранения и повышения почвенного плодородия, получения экологически безопасной продукции растениеводства [2].

По мнению академика РАН В.И. Кирюшина «Плодородие почвы должно рассматриваться не только как способность производить урожай растений, но и обеспечивать воспроизводство самой почвы как среды жизнеобитания, выполнять экологические функции» [3].

Следует отметить, что в старопахотных почвах наряду с естественными факторами почвообразования в течение длительного времени действует антропогенный фактор. Именно поэтому необходимо изучить генезис почв под влиянием естественно-антропогенного (по В.Д. Мухе) процесса почвообразования [4]. По данным [5] около 55 % почвенного покрова земли составляют антропогенно-измененные и антропогенные почвы, на долю природных (естественных) почв приходится 15%. Пахотные почвы, наследуя свойства естественных почв, под влиянием сельскохозяйственной деятельности существенно изменяются. Направленность процессов может быть как положительной, так и отрицательной, например, возможно усиление водной и ветровой эрозии, загрязнение почв тяжелыми металлами и токсикантами, снижение общего уровня плодородия в сравнении с целинными аналогами [6].

В настоящее время большое внимание уделяется получению растениеводческой продукции с заданным элементным составом, особенно по микроэлементам [7, 8]. Имеющиеся на сегодняшний день данные отражают их содержание в основном в пахотном слое почвы. В тоже время, растения используют питательные вещества не только из Апах, но и из нижележащих горизонтов [9, 10]. Именно поэтому представляет особенный интерес изучение распределения микроэлементов по профилю дерново-подзолистых почв с учетом естественно-антропогенных факторов почвообразования на примере опытного поля ВГМХА. Тем более, такие исследования в условиях Вологодской области весьма ограничены [11].

В связи с этим, цель настоящей работы – изучение и агрохимическая характеристика основных типов почв опытного поля ВГМХА, разработка мероприятий по сохранению (увеличению) их плодородия.

Объекты и методы исследования. Опытное поле расположено на территории Вологодско-Авнигского почвенно-агрохимического округа, в пределах Вологодской и Авнигской возвышенностей. Для рельефа характерны пологоволнистые равнины с отдельными холмами, понижениями, лощинами и западинами [12]. Среднегодовая температура воздуха составляет 2,4 °С, годовое количество осадков 595 мм, в том числе за вегетационный период с мая по сентябрь – 336 мм. Относительная влажность воздуха за год в среднем 80 %. Величина ГТК (по Селянинову) в летний период колеблется от 1,4 до 1,6, в мае и сентябре – 1,7 и 2,5 соответственно [13]. Таким образом, промывной водный режим обеспечивает развитие подзолообразовательного процесса.

Нами за период 2010-2014 гг. проведено почвенно-агрохимическое обследование на площади 21,6 га. Почвенные разрезы закладывались на наиболее типичных участках, характеризующих фон. С учетом разнообразия почв опытного поля по гранулометрическому составу ключевые участки были приурочены к супесчаным, легко- и среднесуглинистым почвам.

В ходе полевых исследований было заложено десять почвенных разрезов на пашне для описания почвенного профиля. Описание почвенных профилей проводили, используя «Классификацию и диагностику почв СССР (1977) [14], а также согласно новой «Классификации и диагностике почв России» (2004) [15]. Образцы отбирали из середины каждого генетического горизонта в трехкратной повторности.

В смешанных образцах проводили следующие виды анализов: кислотность солевой вытяжки рН(КСl) – потенциометрически, гидролитическую кислотность – по Каппену в модификации ЦИНАО, сумму поглощенных оснований – по Каппену-Гильковицу, степень насыщенности почвы основаниями – расчетным способом, определение обменных Ca2+ и Mg2+ методом ЦИНАО, гумус – по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, подвижный фосфор и калий – в вытяжке 0,2 н. НCl по Кирсанову в модификации ЦИНАО.

Подвижные соединения микроэлементов в почве определяли по следующим методикам: бор – в водной вытяжке по Бергеру и Труогу с азометином Н, молибден – по Григу, медь и марганец – по Пейве и Ринькису, цинк – по методу Крупского и Александровой.

Агрохимические анализы почвы выполняли по соответствующим методикам в аккредитованной лаборатории ФГБУ ГЦАС «Вологодский».

Результаты исследований. Почвенный покров исследуемых ключевых участков представлен дерново-подзолистыми почвами, с различной выраженностью развития подзолообразовательного, дернового и антропогенного процессов почвообразования. Морфологическое строение данных почв иллюстрирует описание разрезов № 1-3, заложенных на почвах, различающихся гранулометрическим составом (рис. 1-3).

л      0 - 25

Апах =----

25 см

л   25 - 34

А 2 =------

9 см

А 2 В =

34 - 46

12 см

46 - 90

В =-----

44 см

С 90↓

• -    пахотный горизонт серого цвета, мелкокомковатой структуры, супесчаный, рыхлого сложения, встречаются корни растений, сухой, переход в горизонт А₂ резкий;

• -    элювиальный (подзолистый) горизонт белесого цвета, бесструктурный, пылеватый, тонкопористого сложения, встречаются отдельные корешки растений, сухой, не вскипает от HCl, переход в горизонт А₂В плавный;

• -    элювиально-иллювиальный горизонт палево-бурого цвета, неясно выраженной структуры с отдельными комочками, сухой, уплотненного сложения, супесчаный, не вскипает от HCl, переход в горизонт В постепенный;

• -    иллювиальный горизонт буроватого цвета, супесчаный, с комковатой структурой, уплотнен, с ржаво-буроватыми пятнами, не вскипает от HCl, переход в горизонт С постепенный;

• -    буро-коричневого цвета, ореховатой структуры, плотного сложения, тонкопористого сложения, не вскипает от HCl.

Рис. 1. Почвенный разрез № 1. (Почва: дерново-слабоподзолистая мелко-песчаная на покровном бескарбо-

Пд

1у натном суглинке П ). Описание почвенного профиля № 1 проведено доцентом каф. земледелия и агрохимии В.Е. Малковым

0 - 22

Апах =----

22 см

А 2

22 - 28

А 2 В =

6 см

28 - 41

13 см

_  41 - 90

В =-----

49 см

С 90↓

• -    пахотный горизонт, серый, среднесуглинистый, комковатой структуры, рыхлый, встречаются корни растений, переход в А₂ резкий;

• -    элювиальный (подзолистый) горизонт, белесоватый, встречается отдельными прослойками, легкосуглинистый, структура слоистая, плитчатая, уплотнен, сухой, не вскипает от HCl, переход в горизонт А₂В плавный;

• -    элювиально-иллювиальный горизонт, буровато-коричневый со светлыми прослойками, тяжелосуглинистый, ореховато-плитчатой структуры, уплотнен, переход постепенный;

• -    иллювиальный горизонт буроватокоричневый, непрочноореховатый, плотный, переход в нижележащий горизонт постепенный;

• -    материнская почвообразующая порода – покровный суглинок буро-коричневого цвета, ореховатой структуры, плотный, тонкопористого сложения, слабо вскипает от HCl ниже 90 см.

Рис. 2. Почвенный разрез № 2. (Почва: дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая

д

¹ с / с

на покровном суглинке

П

, подстилаемом мореной)

А 2 В =

С 90↓

о - 20

Апах =----

20 см

,   20 - 28

А 2 =------

8 см

28 - 40

12 см

40 - 90

50 см

• -    пахотный горизонт, серый, легкосуглинистый, пылеватокомковатой структуры, рыхлый, встречаются корни растений, переход в А₂ резкий;

• -    элювиальный (подзолистый) горизонт, белесоватый, легкосуглинистый, пластинчато-листоватой структуры, уплотнен, сухой, не вскипает от HCl, переход в горизонт А₂В плавный;

• -    элювиально-иллювиальный горизонт, тяжелосуглинистый, коричневатобурый, отличается белесой кремнеземистой присыпкой, ореховатоплитчатой структурой, уплотнен, переход постепенный;

• -    иллювиальный горизонт буроватокрасный, ореховато-комковатой структуры, плотный, переход в нижележащий горизонт постепенный;

• -    материнская почвообразующая порода – покровный суглинок, тяжелосуглинистый, плотный, отмечается слабое вскипание от HCl на глубине 95 см.

Рис. 3. Почвенный разрез № 3. (Почва: дерново-среднеподзолистая легкосуглинистая на покровном суглинке

д

² л / с

П

, подстилаемом мореной)

Из описания видно, что почвы изучаемых участков характеризуются пахотным горизонтом небольшой мощности – около 20 см (отдельные участки – до 25 см), что по всей вероятности связано с ежегодной вспашкой практически на одинаковую глубину. Данный факт подтверждает наличие плужной подошвы – уплотненной прослойки почвы на границе пахотного и подзолистого горизонтов. Для почв, подвергавшихся ежегодной вспашке в течение длительного времени, характерен гомогенный верхний слой, отличающийся от генетических горизонтов целинных аналогов. Из общих особенностей можно выделить также резкий переход из пахотного горизонта в подзолистый. Эта особенность присуща большинству антропогенно-преобразованных почв.

Дифференциация почв по степени оподзоленности связана с мощностью и характером распределения подзолистого горизонта. Так в дерново-слабоподзолистой легкосуглинистой почве (разрез № 2) горизонт А2 встречается отдельными прослойками, его мощность не превышает 6-7 см.

Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва отличается от легко- и средне- суглинистых наличием супесчаного элювиально-иллювиального горизонта палевобурого цвета. В других исследуемых почвах переходный горизонт А2В тяжелосуглинистый, буровато-коричневого цвета. Нижележащие горизонты характеризуются плотным сложением, материнская порода сильно уплотнена, имеет тяжелый гранулометрический состав, и представляет собой однородный сортированный материал коричневого или желто-бурого цвета, без включений. Все это говорит о том, что почвы сформировались на перигляциальных отложениях (на покровном суглинке).

Согласно «Классификации и диагностике почв России» (2004) пахотные почвы опытного поля под воздействием сельскохозяйственного производства значительно трансформировались и их можно отнести к отдельному типу агропочв [15]. Описанные дерново-подзолистые почвы входят в ствол постлитогенных почв, отдела Агроземы, типа - агроземы текстурно-дифференцированные. Общее строение агродерново-подзолистых почв может быть выражено следующей формулой:

P – EL – BEL – BТ – C, где: Р – агрогумусовый (пахотный) горизонт, EL – элювиальный (подзолистый), BEL - субэлювиальный (переходный), ВТ - текстурный (иллювиальный), C - почвообразующая порода.

Это обстоятельство сказывается на физико-химических свойствах и питательном режиме (табл.).

Таблица – Агрохимическая характеристика горизонтов дерново-подзолистых почв опытного поля ВГМХА

Горизонт	Гумус,	рН КCl	Н	S	Ca2+	Mg2+	V,	PO	KO
	%		мг·экв/100 г почвы				%	мг /кг почвы
дерново-слабоподзолистая мелко-песчаная (разрез № 1)
А пах	1,92	5,3	3,9	13,9	-	-	78,1	295	113
А 2	0,61	4,1	3,3	7,3	-	-	68,9	113	87
А2В	0,43	4,3	3,8	12,8	-	-	77,1	155	120
В	0,22	4,5	3,2	17,4	-	-	84,5	220	103
С	0,11	6,1	2,1	25,1	-	-	92,3	210	96
дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая (разрез № 2)
А пах	2,48	5,2	2,80	7,8	5,4	2,3	73,6	279	119
А2	0,51	5,1	2,28	4,2	3,9	1,5	64,8	275	29
А 2 В	0,41	5,3	1,46	17,4	12,2	4,5	92,3	289	73
В	0,31	6,5	0,43	45,8	10,4	5,1	99,1	236	55
С	0,31	6,7	0,33	48,8	11,6	4,5	99,3	169	37
дерново-среднеподзолистая легкосуглинистая (разрез № 3)
А пах	2,73	5,5	2,52	10,2	6,0	2,5	80,2	260	115
А 2	0,31	5,1	1,28	3,2	2,8	1,4	69,4	245	65
А2В	0,28	5,0	1,20	5,6	4,5	2,0	82,4	204	91
В	0,27	5,7	1,40	21,1	12,0	8,0	93,8	279	90
С	0,20	6,7	0,35	48,8	10,0	5,6	99,3	195	67

Пахотный слой изучаемых почв имеет среднее содержание гумуса, слабокислую реакцию среды, повышенную степень насыщенности основаниями, содержание подвижных форм P 2 O 5 и K 2 O (по Кирсанову) - очень высокое и среднее соответственно. Наиболее кислую реакцию имеет подзолистый горизонт, далее вниз по профилю величина рН_КCl несколько возрастает и достигает максимума в горизонте С, который имеет нейтральную реакцию.

Для дерново-подзолистой легко- и среднесуглинистой почвы, начиная с переходного горизонта А2В, отмечается снижение гидролитической кислотности, увеличение суммы поглощенных оснований, преимущественно за счет обменно-поглощенных катионов кальция и магния, содержание которых в материнской породе в 2-2,5 раза выше, чем в пахотном слое. В дерново-подзолистой супесчаной почве отмечаются аналогичные, хотя и более сглаженные закономерности. Степень насыщенности почв основаниями в подзолистом горизонте имеет наименьшую величину, далее, вниз по профилю закономерно увеличивается и достигает наибольших значений в иллювиальном горизонте и материнской породе.

Содержание гумуса резко уменьшается начиная с горизонта А2, а распределение подвижного фосфора по генетическим горизонтам неодинаково. При этом в большинстве исследуемых почв наблюдается некоторое повышение его содержания в иллювиальных горизонтах. Наибольшая обеспеченность подвижным калием отмечается в пахотном горизонте, и закономерно снижается вниз по профилю почвы. Исключение составляет дерново-подзолистая супесчаная почва, где максимум содержания K2O отмечается в переходном и иллювиальном горизонте, что с одной стороны связано с интенсивным вымыванием калия по сравнению с суглинистыми почвами, с другой – увеличением доли илистой фракции в горизонте В.

По основным агрохимическим показателям, почвы опытного поля, являются характерными для большинства районов Вологодской области [16].

Содержание подвижных соединений микроэлементов в почвах – важнейший показатель плодородия земель сельскохозяйственного назначения. Весьма важным представляется рассмотрение распределение бора, молибдена, меди, цинка и марганца по профилю дерново-подзолистой почвы (рис. 4).

Содержание подвижного бора, мг/кг

Содержание подвижного молибдена, мг/кг

в

б

Содержание подвижной меди, мг/кг

Рис. 4. Содержание подвижных соединений микроэлементов в дерново-подзолистых почвах опытного поля ВГМХА им. Н.В. Верещагина (а – бора, б – молибдена, в – марганца, г – меди, д – цинка)

Содержание подвижных соединений бора изменяется с глубиной весьма неравномерно. Наибольшая концентрация воднорастворимого бора обнаруживается в пахотном горизонте дерново-подзолистых почв, а также в иллювиальном (0,610,58 мг/кг). С одной стороны это связано с биологическим концентрированием бора в верхнем слое почвы, а также возможностью образовывать им комплексные соединения с органическим веществом почвы и коллоидными частицами, максимум которых приходится на тяжелосуглинистый иллювиальный горизонт. В подзолистом и переходном горизонте А2В содержание подвижного бора почти в 2 раза меньше, чем в пахотном. Аналогичное распределение по профилю почвы характерно и для подвижного цинка.

Содержание подвижных соединений молибдена закономерно уменьшается с глубиной. Наибольшая его аккумуляция наблюдается в пахотном слое. В то же время, обеспеченность исследуемых почв молибденом характеризуется как низкая. Распределение меди по горизонтам почвы носит другую закономерность: увеличение ≈ в 1,5 раза содержания подвижных форм в горизонте В и материнской почвообразующей породе, по сравнению с пахотным, подзолистым и переходным горизонтами. Такое явление по всей вероятности связано с более высоким содержанием меди в покровном суглинке, на котором сформировались почвы. В изучаемых почвах отмечается невысокое содержание подвижных форм марганца в подзолистом и переходном горизонтах. Наибольшая обеспеченность данным микроэлементом наблюдается в пахотном слое.

Таким образом, распределение микроэлементов по почвенному профилю дерново-подзолистых почв опытного поля во многом обусловлено их генезисом. В процессе почвообразования в пахотном горизонте происходит биогенная аккумуляция микроэлементов за счет отмерших корней растений, которые значительную часть элементов потребляют из подпахотного слоя почвы. Для бора, цинка и марганца наблюдается второй максимум содержания их подвижных форм в иллювиальном горизонте, что с одной стороны обусловлено промывным водным режимом, при котором происходит их вымывание с нисходящим током воды из пахотного слоя, с другой – высокой адсорбционной способностью глинистых минералов в горизонтах В и С.

В целом, согласно существующей градации, пахотные почвы опытного поля ВГМХА им. Н.В. Верещагина имеют среднее содержание подвижных соединений бора, меди, цинка, марганца и низкое – молибдена. Эти данные хорошо согласуются с результатами сплошного мониторинга почв земель сельскохозяйственного назначения в Вологодской области [17].

Заключение.

На основании почвенно-агрохимического обследования опытного поля ВГМХА им. Н.В. Верещагина можно предложить следующие рекомендации по повышению плодородия пахотных почв:

• 1.    Для разуплотнения подпахотного слоя почвы и разрушения плужной подошвы целесообразно один раз в 7-8 лет проводить чизелевание. Такой прием улучшит водопроницаемость почвы, ее фильтрационную способность, что будет способствовать устранению застоя воды в микропонижениях, быстрому просыханию почвы и более раннему началу весенне-полевых работ. Кроме того, за счет улучшения роста и развития корневой системы растений не только в пахотном, но и в подпахотном слое почвы, увеличится размер потребления питательных веществ из почвы и вносимых удобрений.

• 2.    В связи с тем, что средневзвешенная кислотность почвы на контурах № 1 и 3 колеблется в интервале 5,2-5,5 в полевых севооборотах с высокой насыщенностью картофелем и льном, необходимо проводить обязательное известкование, лучше магнийсодержащими известковыми материалами (доломитовой мукой). Исходя из гранулометрического состава почв величину рН_КCl необходимо довести до 5,7-5,9 ед. рН_КCl с последующим (раз в пять-семь лет) проведением поддерживающего известкования.

• 3.    Для обеспечения бездефицитного баланса гумуса необходимо ежегодное внесение не менее 12 т/га органических удобрений. С учетом того, что органические удобрения (навоз, торфонавозные компосты и др.) вносят один раз за ротацию севооборота, всю дозу можно внести под пропашную культуру (картофель, капуста) из расчета 60 т/га осенью под зяблевую вспашку, а на супесчаных почвах – весной.

• 4.    Ввиду очень высокого содержания подвижного фосфора в почве можно ограничиться припосевным внесением фосфорсодержащих удобрений из расчета Р10-20 в рядки при посеве с семенами. Калийные удобрения необходимо вносить в дозе из расчета 100 % компенсации выноса К2О с урожаем.

• 5.    Обязательным мероприятием должно быть применение соответствующих микроэлементов, особенно молибдена под бобовые и зернобобовые культуры. При этом необходимо использовать наиболее эффективные способы их внесения – предпосевную обработку семян и внекорневую подкормку растений.