Влияние гранулометрического состава на агрофизические свойства целинных серых лесных почв Северного Зауралья

Вве^ение. К ва^нейшим элементам плодородия почв принято относить агрофизические свойства, от которых зависит аэрация почвенного профиля и его водопроницаемость.

Плотность сло^ения определяет ре^им физико-биологических процессов пахотного слоя, который обусловливает способность почвы накапливать и удер^ивать влагу, мобилизовывать питательные вещества и создавать условия для ^изнедеятельности микробиоты [1]. Плотность сло^ения, как и плотность твёрдой фазы, в основном зависит от минералогического и гранулометрического состава, содер^ания органического вещества в почве и её структурного состояния. Климатические и биологические факторы, а так^е антропогенное воздействие приводят к изменению плотности сло^ения во времени и пространстве, особенно в верхних горизонтах почвенного профиля [2-4]. В отличие от плотности сло^ения, плотность твёрдой фазы является стабильным показателем [5].

Природа пористости определяется физическими и физико-химическими процессами, протекающими в почве: растрескивание под воздействием увла^нения-высыхания, нагрева-охла^дения, набухания-с^атия; передви^ение ^идкой фазы и активность ^ивой фазы; выщелачивание и вынос различных химических соединений в ни^еле^ащие горизонты. Степень пористости так^е зависит от структуры почвы, гранулометрического состава и содер^ания гумуса [2, 6].

Цель иссле^ований – анализ варьирования агрофизических свойств целинных серых лесных почв Северного Зауралья в разрезе разновидностей по гранулометрическому составу.

Услови^, материалы и мето^ы. Эмпирические данные для написания статьи – это результат многолетних полевых исследований сотрудников кафедры почвоведения и агрохимии Г^У Северного Зауралья, которыми с 1965 по 2020 гг. было зало^ено и описано 330 полнопрофильных разрезов целинных серых лесных почв. При морфологическом описании почвенных профилей одновременно определяли плотность сло^ения методом Качинского в двенадцатикратной повторности, ведя отбор проб до глубины 1 м с шагом 10 см. Све^ие образцы почвы взвешивали в полевых условиях. Плотность твёрдой фазы определяли в аналитической лаборатории Г^У Северного Зауралья пикнометрическим методом. Объём порового пространства почвы находили расчётным способом, по общепринятой формуле. Полученные результаты усреднялись по генетическим горизонтам.

Отнесение к разновидности почв проводили по методу Качинского, в основе которого ле^ит определение содер^ания физической глины – элементарных почвенных частиц с размером менее 0,01 мм.

Для визуализации вариабельности значений агрофизических свойств в разрезе разновидностей были построены диаграммы размаха (boxplot) в табличном процессоре Microsoft Excel 2016.

Результаты и обсу^^ение. Серые лесные почвы на территории Северного Зауралья распространены в подтаё^ной и лесостепной природно-климатических зонах, так^е они встречаются в ю^ной части таё^ной зоны. Данный тип сформировался на покровных карбонатных и лёссовидных средних и тя^елых суглинках с высоким содер^анием мелкого песка, что обусловило опесчаненность современных серых лесных почв.

Тя^ёлые разновидности серых лесных почв, на долю которых приходится 38% (рис. 1), чаще встречаются в ю^ной лесостепи или на ме^дуречьях северной лесостепи. В типе серых лесных доля почв лёгкого гранулометрического состава составляет 44%, из них 19% приходится на супесчаную разновидность. Наиболее легкие разновидности серых лесных почв обнару^иваются в западной части подтаё^ной зоны, где данные почвы примыкают к боровым пескам [7].

Рисунок 1 – Структура серых лесных почв по разновидностям

Плотность определяет водный и воздушный ре^имы почвы, поэтому непосредственно влияет на условия ^изнедеятельности растений и почвенных организмов. Следовательно, данный показатель имеет ва^ное значение в агрономическом отношении [8, 9]. Плотность сло^ения тесно связана со структурным состоянием почвы. Рыхлые почвы с зернистой и комковатой структурой обладают высокой пористостью и низкой плотностью. Бесструктурные почвы, как правило, плотные. Плотность почвы тем ни^е, чем больше в ней содер^ание гумуса. По мнению учёных, для основных сельскохозяйственных культур «оптимум» плотности сло^ения находится в пределах от 1,0 до 1,2 г/см3 [10, 11].

Супесчаные серые лесные почвы характеризуются низким содер^анием гумуса, которое в среднем по разновидности составляет 2,44%. Данные почвы относятся к слабооструктуренным (коэффициент дисперсности равен 15,6%). В супесчаной разновидности плотность сло^ения гумусового горизонта (^ 1 ) имеет среднее значение 1,19 г/см³, варьирует от 1,00 до 1,34 г/см³ (рис. 2).

Легкосуглинистая разновидность серых лесных почв так^е относится к слабооструктуренным почвам (коэффициент дисперсности составляет 13,6%), с низким содер^анием гумуса – в среднем 2,74%. Плотность сло^ения легкосуглинистых серых лесных почв не сильно отличается от супесчаных и составляет в среднем по разновидности 1,18 г/см3. Однако легкосуглинистая разновидность имеет более широкий диапазон плотности сло^ения: от 0,88 до 1,37 г/см3.

Обозначения: х среднее; - медиана; □ межквартильный размах; Т 1 max и min значения; о выбросы

Рисунок 2 – Диаграммы размаха плотности сло^ения гумусового горизонта (^ 1 ) серых лесных почв

Среднесуглинистая разновидность серых лесных почв относится к среднеоструктуренным почвам (коэффициент дисперсности равен 9,5%). Данная разновидность выделяется среди остальных самым большим размахом плотности сло^ения от 0,78 до 1,49 г/см3 при среднем значении 1,13 г/см3. Это обусловлено широким диапазоном варьирования содер^ания гумуса в среднесуглинистых почвах – от 2,11% (низкое) до 7,41% (высокое).

Тя^елосуглинистая разновидность имеет наибольшее в типе серых лесных почв содер^ание гумуса, в среднем равное 5,16%. Горизонт ^ 1 характеризуется комковатой или комковато-ореховатой структурой. Плотность сло^ения тя^елосуглинистой разновидности серых лесных почв в среднем равна 1,08 г/см³, при минимальном значении 0,8 г/см³ (высокогумусированные) и максимальном – 1,35 г/см³ (низкогумусированные).

Легкоглинистая разновидность серых лесных почв относится к среднеоструктуренным, однако содер^ание гумуса в ней ни^е, чем в тя^елосуглинистой разновидности – в среднем 4,27%. Плотность сло^ения в легкоглинистой разновидности не превышает 1,33 г/см3, в среднем по выборке составляет 1,13 г/см3.

Плотность твёрдой фазы тесно связана с минералогическим составом почвообразующей породы. Её величина характеризуется константностью значений, при этом она всегда выше плотности сло^ения.

В супесчаных серых лесных почвах плотность твёрдой фазы в среднем составляет 2,24 г/см3, изменяется в пределах выборки от 1,72 до 2,89 г/см3 (рис. 3). В легкосуглинистой разновидности размах варьирования расширяется с 1,64 до 2,95 г/см3, среднее значение плотности твёрдой фазы возрастает до 2,49 г/см3. Среднесуглинистая разновидность серых лесных почв характеризуется меньшим средним значением плотности твёрдой фазы – 2,42 г/см3. С утя^елением гранулометрического состава в тя^елосуглинистой и легкоглинистой разновидностях плотность твёрдой фазы сни^ается в среднем до 2,40 и 2,29 г/см3 соответственно.

Минимальные значения общей пористости горизонта ^ 1 в серых лесных почвах отмечены в супесчаной разновидности, что обусловлено дефицитом гумуса и плохо выра^енной структурой. Объём пор варьирует от 35 до 61% при среднем значении 46% от объёма почвы (рис. 4).

легкосуглинистая                тяжелосуглинистая супесчаная                   среднесуглинистая                 легкоглинистая

Обозначения: х среднее; - медиана; □ межквартильный размах; Т 1 max и min значения; о выбросы

Рисунок 3 – Диаграммы размаха плотности твёрдой фазы гумусового горизонта (^ 1 ) серых лесных почв

В легкосуглинистой разновидности среднее значение общей пористости гумусового горизонта составляет 52% от объёма почвы, что характеризуется как удовлетворительные условия аэрации. Ме^квартильный размах меньше, чем в других разновидностях, это указывает на меньшую дисперсию и, следовательно, однородность выборки.

легкосуглинистая                тяжелосуглинистая супесчаная                   среднесуглинистая                 легкоглинистая

Обозначения: х среднее; - медиана; □ межквартильный размах; Т 1 max и min значения; ° выбросы

Рисунок 4 – Диаграммы размаха общей пористости гумусового горизонта (^ 1 ) серых лесных почв

Среднее значение общей пористости горизонта ^ 1 в среднесуглинистой разновидности серых лесных почв не сильно отличается от легкосуглинистой и составляет 53% от объёма почвы. В среднесуглинистой разновидности ни^няя граница диапазона варьирования общей пористости равна 45%, что выше, чем у остальных разновидностей.

В тя^елосуглинистой разновидности общая пористость гумусового горизонта в среднем увеличивается до 55% от объёма почвы, изменяется в интервале от 42% (неудовлетворительная аэрация) до 65% (отличная аэрация).

У легкоглинистой разновидности размах вариации общей пористости меньше, чем у прочих, она изменяется в пределах от 41 до 60% от объёма почвы. Среднее значение ни^е, чем у суглинистых разновидностей, и составляет 50%.

Распределение асимметрично – преобладают разрезы с общей пористостью ни^е среднего.

Выво^ы. Исследование показало, что в Северном Зауралье с утя^елением гранулометрического состава целинных серых лесных почв от супесчаной к тя^елосуглинистой разновидности сни^ается средняя плотность сло^ения с 1,19 до 1,08 г/см³ или на 10%. Общая пористость имеет обратную тенденцию: её средняя величина возрастает от супесчаных к тя^елосуглинистым почвам с 46 до 55% от объёма почвы или на 20%. Легкоглинистая разновидность серых лесных почв по значениям плотности и пористости бли^е к почвам лёгкого гранулометрического состава.

БИБЛИOГРAФИЯ

• 1.    Шапорина Н.^., Чичулин ^.В., Чумбаев ^.С. Пространственная вариабельность водно-физических свойств темно-серой лесной почвы в условиях Предсалаирья // Ме^дународный ^урнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. № 10. С.144-149.

• 2.    Зинченко С.И. Изменение плотности сло^ения в агроэкосистемах серой лесной почвы // Владимирский земледелец. 2020. № 4 (94). С. 4-7.

• 3.    Ерёмин Д.И., Груздева Н.^. ^грогенные изменения плотности серых лесных почв в Северном Зауралье // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2017. Т.47. №5(258). С. 13-22.

• 4.    Шахова О.^. Изменение агрофизических свойств серой лесной почвы при различных видах зяблевой обработки в условиях северной лесостепи Тюменской области // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (66). С. 33-37.

• 5.    Шеин Е.В. Пространственно-временная изменчивость агрофизических свойств комплекса серых лесных почв в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования / Е.В. Шеин, ^.Л. Иванов, М.^. Бутылкина, М.^. Мазиров // Почвоведение. 2001. №5. С.-578-585.

• 6.    Татаринцев В.Л. Гранулометрический состав почв ^лтайского Приобья и его агроэкологическая оценка / В.Л. Татаринцев, Л.М. Татаринцев, В.^. Рассыпнов // Вестник ^лтайского государственного аграрного университета. 2012. № 6 (92). С. 36-40.

• 7.    Каюгина С.М., Ерёмин Д.И. Пространственная неоднородность распределения физической глины и ила в профиле серых лесных почв Северного Зауралья // ^грофизика. 2021. № 1. С. 7-13.

• 8.    Ерёмин Д.И., Каюгина С.М. ^грофизические свойства тёмно-серых лесных почв Северного Зауралья // Вестник Курганской ГСХ^. 2022. № 2 (42). С. 3-10.

• 9.    Сарсенов ^.Е., Куан ^.К. Влияние плотности почвы на рост, развитие и уро^ай сельскохозяйственных культур // Наука и Образование. 2019. Т.2. № 4. С. 247.

• 10.    Перфильев Н.В., Вьюшина О.^. Влияние плотности почвы при различных системах основной обработки на уро^айность ячменя // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2016. № 1 (248). С. 5-12.

• 11.    Перфильев Н.В. Исследование взаимосвязи «оптимальной плотности» почвы с уро^айностью зерновых культур / Н.В. Перфильев, О.^. Вьюшина, ^.^. Конищев, И.И. Гарифуллин // ^грофизика. 2017. № 4. С. 16-24.