Пространственная неоднородность агрофизических свойств серых лесных почв Северного Зауралья

Введение. Собственно-серые лесные почвы в Северном Зауралье составляют 42% от всего типа серых лесных почв. Они равномерно распределены по подтаёжной и лесостепной зонам. B подтаёжной зоне собственно-серые лесные почвы используются активно. Отдельные поля были распаханы еще в 40-х годах XX века [1]. Однако в лесостепной зоне было вовлечено в пашню собственно-серых лесных почв значительно меньше по причине наличия более плодородных почв - чернозёмов, луговых и тёмно-серых. Поэтому потенциал для расширения сельскохозяйственных угодий в лесостепной зоне преимущественно представлен именно собственно-серыми лесными почвами [2].

Необходимо отметить, что на юге Тюменской области довольно часто встречаются территории, которые в прошлом использовались под пашней, но были заброшены и в настоящее время на них растут мелколиственные леса.

Подтип собственно-серых лесных почв, как отмечают почвоведы, имеет очень широкий диапазон агрофизических, физико-химических и водно-физических свойств [3-6]. Это затрудняет их оценку и использование в сельском хозяйстве.

Плодородие серых лесных почв преимущественно определяется физическими свойствами, поскольку при их формировании задействованы процессы перемещения гумуса и минеральных веществ из вышележащих горизонтов.

Подтип собственно-серых лесных почв имеет хорошо выраженную дифференциацию профиля по плотности сло^ения. Гумусовый горизонт более рыхлый по сравнению с нижележащими слоями. При вовлечении данного подтипа в сельскохозяйственный оборот необходимо учитывать вероятность присутствия переуплотнённого слоя в иллювиальном горизонте, который мо^ет препятствовать движению воды и привести к поверхностному переувлажнению.

Цель иссле^ований: изучение и оценка территориальной неоднородности агрофизических свойств целинных собственно-серых лесных почв Северного Зауралья.

Услови^, материалы и мето^ы. Материалом для исследований послу^или многолетние результаты полевых исследований кафедры почвоведения и агрохимии Государственного аграрного университета Северного Зауралья. B период с 1965 по настоящее время сотрудниками кафедры почвоведения и агрохимии было выполнено и описано 111 полнопрофильных разрезов целинных собственно-серых лесных почв. Одновременно с морфологическим описанием определяли плотность сло^ения методом Качинского в двенадцатикратной повторности. Определение плотности сло^ения и отбор проб вели до глубины 1 м с шагом 10 см. Bзвешивание све^их образцов проводили в полевых условиях. После этого отбирали образцы на вла^ность и лабораторные анализы. Плотность твёрдой фазы определяли пикнометрическим методом, пористость - расчётным, по формуле:

Р общ. = (1 - d v /d)*100%, где d v - плотность сложения почвы, г/см³;

d - плотность твёрдой фазы г/см3.

После обработки результатов, данные усреднялись по генетическим горизонтам.

Статистическую обработку полученных данных выполняли в MS Excel. Оценку пространственной неоднородности осуществляли с помощью коэффициента вариации (Cv) по шкале, предложенной В.И. Савичем для почвенных показателей: незначительное варьирование - 0-10%; небольшое варьирование -10-20%; среднее - 20-40%; высокое - 40-60%; очень высокое - >60% [7].

Результаты и обсу^^ение. Характер уплотнения почв тесно связан с гумусообразованием, поэтому в собственно-серых лесных почвах плотность сложения может изменяться в широком диапазоне [8-10]. Анализ данных показал, что плотность сложения в гумусовом горизонте (Ai) собственно-серых лесных почв составляет в среднем по выборке 1,26 г/см3 (табл. 1). Была зафиксирована минимальная плотность этого горизонта, равная 0,80 г/см3, что соответствует рыхлому сло^ению. B то ^е время максимум плотности приходился на отметку 1,49 г/см3, что соответствует избыточно плотному состоянию. Это объясняется различным содер^анием гумусового вещества. Преобладают почвы с плотностью сло^ения выше средней, поскольку асимметрия левосторонняя, сильная. Значение коэффициента эксцесса, равное 5,81, указывает на острый пик распределения, что так^е наглядно иллюстрирует гистограмма (рис. 1). Плотность сло^ения в интервале от 1,29 до 1,35 г/см3 имеют 42% исследованных почвенных образцов. Bариабельность не значительная (коэффициент вариации равен 8%). Таким образом, был установлен характер естественного уплотнения гумусового горизонта собственно-серых лесных почв.

Таблица 1 – Статистические характеристики плотности сло^ения собственносерых лесных почв, г/см3 (n=111)

Показатели	Горизонты
	^ 1	A i A 2	B 1	B 2
Среднее	1,26	1,39	1,50	1,52
Медиана	1,28	1,39	1,52	1,53
Мода	1,30	1,38	1,57	1,59
Стандартное отклонение	0,10	0,07	0,09	0,09
Дисперсия выборки	0,011	0,005	0,007	0,008
Эксцесс	5,81	0,86	0,43	0,17
^симметричность	-1,67	-0,50	-0,71	-0,57
Размах вариации	0,69	0,44	0,43	0,43
Минимум	0,80	1,13	1,22	1,25
Максимум	1,49	1,57	1,65	1,68
Коэффициент вариации (Cv), %	8	5	6	6

B гумусово-элювиальном горизонте ^ 1 ^ 2 плотность сло^ения составляет 1,39±0,07 г/см³, что на 10% выше значений горизонта ^ 1 . B то ^е время размах вариации ни^е при незначительной вариабельности (Cv=5%). B иллювиальном горизонте плотность сло^ения увеличивается до 1,52 г/см³. При такой степени уплотнения дви^ение воды и воздухопроницаемость нарушаются, что ока^ет негативное влияние на развитие корневой системы в этом горизонте. Территориальная неоднородность плотности сло^ения в иллювиальном горизонте незначительная – коэффициент вариации равен 6%.

Рисунок 1 – Гистограмма распределения собственно-серых лесных почв по плотности сло^ения гумусового горизонта ^ 1 , г/см³

B гумусовом горизонте (^ 1 ) собственно-серых лесных почв плотность твёрдой фазы в среднем по выборке составляет 2,45 г/см³, при этом значение показателя изменяется в широком диапазоне от 1,54 до 2,92 г/см³ (табл. 2). Столь существенное различие объясняется тем, что в выборке присутствуют образцы собственно-серых лесных почв с признаками второго гумусового горизонта и в которых в сильной степени проявляется подзолистый процесс. Преобладают почвы с плотностью твёрдой фазы ни^е среднего, о чём свидетельствует медиана, равная 2,43 г/см³. Эксцесс отрицательный, то есть распределение плосковершинное, наблюдается разброс значений относительно среднего, что так^е мо^но увидеть на гистограмме (рис. 2). Пространственную неоднородность собственно-серых лесных почв по плотности твёрдой фазы гумусового горизонта мо^но оценить как небольшую (Cv=12%).

Таблица 2 – Статистические характеристики плотности твёрдой фазы собственно-серых лесных почв, г/см3 (n=111)

Показатели	Горизонты
	^ 1	А 1 А 2	B 1	B 2
Среднее	2,45	2,54	2,52	2,49
Медиана	2,43	2,58	2,51	2,47
Мода	2,71	2,83	2,71	2,56
Стандартное отклонение	0,30	0,24	0,22	0,22
Дисперсия выборки	0,09	0,057	0,048	0,048
Эксцесс	-0,63	-0,73	-0,74	-0,59
^симметричность	-0,36	-0,5	0,06	0,23
Размах вариации	1,38	0,95	0,96	0,93
Минимум	1,54	1,94	2,0	2,05
Максимум	2,92	2,89	2,96	2,98
Коэффициент вариации (Cv), %	12	9	9	9

Интервалы

Рисунок 2 – Гистограмма распределения собственно-серых лесных почв по плотности твёрдой фазы гумусового горизонта ^ 1 , г/см³

B гумусово-элювиальном горизонте ^ 1 ^ 2 плотность твёрдой фазы выше, чем в верхней части почвенного профиля. B среднем её значение составляет 2,54 г/см³ при стандартном отклонении 0,24 г/см³. Дисперсия и размах вариации ни^е, чем в гумусовом горизонте (^ 1 ). Bариабельность показателя незначительная (Cv=9%). B иллювиальном горизонте плотность твёрдой фазы незначительно уменьшается относительно горизонта ^ 1 ^ 2 , составляет 2,49±0,22 г/см³. Bариабельность остаётся неизменной.

Пористость гумусового горизонта (^1) собственно-серых лесных почв в среднем по выборке составляет 48% при размахе вариации 23% от объёма почвы (табл. 3). Значения разбросаны относительно среднего, на что указывает отрицательный коэффициент эксцесса. ^симметрия левосторонняя, то есть преобладают почвенные образцы с пористостью выше средней величины. На гистограмме распределения собственно-серых лесных почв по пористости (рис. 3) видно, что 59 образцов (53% от всей выборки) имеют пористость свыше 49%. Пространственная вариабельность небольшая (Cv=12%).

Таблица 3 – Статистические характеристики пористости собственно-серых лесных почв, % от объема (n=111)

Показатели	Горизонты
	^ 1	А 1 А 2	B 1	B 2
Среднее	48	45	40	39
Медиана	50	46	40	38
Мода	50	50	41	38
Стандартное отклонение	5,58	5,36	4,19	4,25
Дисперсия выборки	31,15	28,69	17,553	18,09
Эксцесс	-0,67	-0,33	-0,78	-0,51
^симметричность	-0,56	-0,57	0,08	0,07
Размах вариации	23	23	18	20
Минимум	35	32	32	29
Максимум	58	55	50	49
Коэффициент вариации (Cv), %	12	12	10	11

Интервалы

Рисунок 3 –- Гистограмма распределения собственно-серых лесных почв по пористости гумусового горизонта ^ 1 , % к объёму

B гумусово-элювиальном горизонте (^ 1 ^ 2 ) собственно-серых лесных почв пористость уменьшается до 45%, изменяясь в интервале от 32 до 55%. Медиана и мода выше среднего, то есть преобладают почвы с пористостью, превышающей средний уровень. На это указывает так^е «левый хвост» асимметрии. Bариабельность небольшая (Cv=12%).

Пористость уменьшается вглубь почвенного профиля и в иллювиальном горизонте в среднем составляет 39-40%. Bариабельность оценивается как небольшая (коэффициент вариации равен 10-11%).

Выводы. Проведенное исследование показало присутствие тенденции естественного уплотнения горизонта ^ 1 , что прибли^ает собственно-серые лесные почвы к подтипу светло-серых. Образцов почвы с оптимальной плотностью незначительно. B Северном Зауралье преимущественно встречаются экземпляры с более высокой плотностью, достигающей 1,49 г/см³.

Горизонт ^ 1 ^ 2 характеризуется более высоким уплотнением – средняя величина составляет 1,39 г/см³. B иллювиальном горизонте плотность сло^ения достигает максимальных величин – 1,52 г/см³. На отдельных участках данный показатель возрастает до 1,68 г/см³, тем самым обусловливая нарушение воздушного и водного ре^има.

Плотность твёрдой фазы в среднем по профилю варьирует от 2,45 до 2,54 г/см³, с максимальным проявлением в горизонте ^ 1 ^ 2 . Территориальная неоднородность плотности твёрдой фазы собственно-серых лесных почв Северного Зауралья незначительна.

Повышенная плотность сло^ения и дефицит перегноя в собственно-серых лесных почвах обусловливают меньший объём пор по сравнению с другими почвами, что мо^ет привести к нарушению воздушных свойств подпахотного горизонта при вовлечении их в сельскохозяйственный оборот.