Влияние орошения на физико-химические свойства чернозема обыкновенного Северного Казахстана
Автор: Васильченко Н.И., Юманкулов Р.В.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 5, 2016 года.
Бесплатный доступ
Представлена сравнительная оценка изме-нения физико-химических свойств орошаемых и неорошаемых черноземов обыкновенных кар-бонатных легкоглинистых. Мониторинговые исследования трансформации физико-хими-ческих свойств черноземов обыкновенных про-водились на пахотных угодьях Акмолинской области Республики Казахстан, которые были представлены 2 стационарными экологиче-скими площадками на богаре и орошении. Ана-лизы почв проводились по следующим видам и методам: углекислота карбонатов - ациди-метрически, гумус - по Тюрину в модификации Симаковой, содержание общего азота - по Къельдалю, валового фосфора - по Гинзбургу, подвижных форм азота - по Тюрину и Коновой, подвижный фосфор и калий - по Мачигину, об- менный натрий - на пламенном фотометре, обменный кальций и магний - по Шмуку в мо- дификации Тюрина. Цель исследования состо-ит в изучении влияния длительного орошения на физико-химические свойства и плодородие черноземов обыкновенных. Задачами настоя- щего исследования явились: изучение физико- химических свойств почв, характера направ- ленности изменения плодородия почв и разра- ботка предложений по предупреждению нега- тивных последствий орошения. Показано, что при длительном орошении слабоминерализо-ванными водами происходит их осолонцева-ние и процент натрия достигает 5 %. При отсутствии внесения органических удобрений происходит снижение содержание гумуса и, наоборот, при внесении навоза совместно с минеральными удобрениями происходит по-вышение плодородия почв. Процесс дегумифи-кации в орошаемых почвах выше, чем в неоро-шаемых черноземах, так, с 2013 по 2015 г. ко-личество гумуса уменьшилось с 4,87 до 4,34 %. В орошаемых черноземах отмечено некоторое увеличение подвижности карбонатов, которое подтверждается химическими методами. За 15-летний период орошения с 2000 по 2015 г. количество СаСО3 в слое 0-10 см уменьши-лось с 2,72 до 1,28 %; в слое 10-20 см - с 3,13 до 2,35; 20-30 см - с 5,03 до 2,70; 30-50 см - с 6,84 до 5,47 %, а в нижележащем почвенном профиле изменений по содержанию карбона-тов кальция не отмечено. В пахотном слое происходит уменьшение суммы поглощенных оснований за счет вымывания кальция вниз по профилю и выноса его с урожаем сельскохо-зяйственных культур, который за 15 лет в слое 0-30 см снизился на 3,11 мг-экв/100 г поч-вы. Повышенная обеспеченность почв подвиж-ными элементами питания (азот, фосфор, калий) на орошаемых черноземах происходит за счет систематического внесения органи-ческих и минеральных удобрений в количест-вах, превышающих потребности культур в питательных элементах.
Черноземы, физико-химические свойства почв, орошение, гумус, фосфор, кальций, натрий
Короткий адрес: https://sciup.org/14084690
IDR: 14084690
Текст научной статьи Влияние орошения на физико-химические свойства чернозема обыкновенного Северного Казахстана
Введение. Сельскохозяйственное использование территории относится к наиболее широко распространенному типу антропогенной трансформации почвенного покрова. Наиболее сильным фактором трансформации почв является орошение, которое вызывает целый комплекс последствий, выражающихся в изменении характеристик почвы [1].
В условиях Северного Казахстана распределение осадков на протяжении вегетационного периода довольно неравномерное и недостаточное для выращивания овощей и корнеплодов. Для производства данной продукции необходимо создание оптимальных условий режима влажности почвы, которые невозможно создать без орошения. Именно орошаемые земли являются основным источником сельскохозяйственной продукции и основным звеном стабилизации сельхозпроизводства. Но вместе с повышением урожайности сельскохозяйственных культур в орошаемой пашне стали отмечаться признаки ухудшения состояния этих земель, в том числе и в черноземах обыкновенных.
Для повышения почвенного плодородия и получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур необходимо создание благоприятных физико-химических свойств орошаемых черноземов на основе изучения характера и направленности их изменения [8].
Цель исследования: изучение влияния длительного орошения на физико-химические свойства и плодородие черноземов обыкновенных.
Задачи исследования : изучение физикохимических свойств почв, характера направленности изменения плодородия почв и разработка предложений по предупреждению негативных последствий орошения.
Объект и методы исследования . Для изучения влияния длительного орошения на физикохимические свойства черноземов обыкновенных карбонатных легкоглинистых была выбрана территория двух стационарных экологических площадок производственного кооператива «Вознесенский» Буландынского района Акмолинской области на орошаемой и неорошаемой пашне, в каждой из которых было заложено по 5 почвенных разрезов, расположенных на соседних полях в аналогичных литологогеоморфологических условиях. На орошаемом участке разрезы закладывались ленточным способом в виде прямоугольника на расстоянии друг от друга 40 м, на богаре – методом конверта в виде квадрата с описанием морфологических, генетических особенностей и отбором индивидуальных почвенных проб из каждого генетического горизонта массой около 0,5 кг для проведения лабораторных химических анализов.
На стационарных экологических площадках соблюдались установившиеся схемы чередования сельскохозяйственных культур полевого севооборота. На богарной пашне зернопаровой севооборот представлен схемой пар – пшеница – пшеница – пшеница . В овощном севообороте орошаемого участка культуры расположились следующим образом: картофель – капуста – капуста – морковь . Исследования на орошаемой пашне проводились на фоне вносимых удобрений (навоз 60 т/га – 2013 г., N30P30 – 2014, 2015 гг.).
Исследуемый участок орошения введен в эксплуатацию в 1985 г.
Для изучения физико-химических свойств черноземов обыкновенных отбор образцов проводили в пахотном горизонте по слоям 0–10, 10– 20, 20–30 см, ниже – из всей толщи горизонта.
В почвенных пробах по всему почвенному профилю были определены: углекислота карбо- натов – ацидиметрически; гумус по почвенным горизонтам (Ап), (В1), (В2), (ВС) по Тюрину в модификации Симаковой; содержание общего азота – по Къельдалю; валового фосфора – по Гинзбургу, подвижных форм азота – по Тюрину и Коновой; подвижного фосфора и калия – по Мачигину; обменный натрий, обменный кальций и магний по Шмуку в модификации Тюрина определяли по генетическим горизонтам до горизонта ВС включительно [2].
Изучение динамики изменения физикохимических свойств черноземов под влиянием орошения были проведены по программе мониторинга пахотных земель. Анализ полученных экспериментальных данных осуществляли методами математической статистики с применением аналитического и дисперсионного анализа в программе Мicrocoft Office Excel 2003.
Впервые было проведено сравнительное изучение основных свойств орошаемых и неорошаемых черноземов обыкновенных в результате многолетнего сельскохозяйственного использования, установлен характер направленности изменений морфологических и физикохимических свойств, а также даны предложения по наиболее рациональному их использованию и устранению негативных последствий длительного орошения.
Результаты исследования и их обсуждение. По данным полевого обследования 2000 года и результатам лабораторных анализов на обследованных участках выделены следующие почвенные разности: черноземы обыкновенные карбонатные среднемощные малогумусные на богаре и на орошении. Они залегают на выровненном участке слабоволнистой равнины с очень незначительным уклоном на северо-восток. Эти почвы характеризуются вскипанием от 10 % соляной кислоты с поверхности гумусового горизонта (А пах ), наличием переходного (В 1 ) и нижележащих горизонтов (В 2 , ВС).
В почвенном профиле происходит увеличение подвижности карбонатов, которое диагностируется химическими и морфологическими методами (пятна и белоглазка карбонатов становятся более рыхлыми и более расплывчатыми). Из-за расплывчатости карбонатов верхние почвенные горизонты кажутся более светлыми в сравнении с неорошаемыми аналогами, хотя по содержанию гумуса их превосходят. В условиях орошения происходит более сильное вы- щелачивание верхних гумусовых горизонтов. За 15-летний период орошения с 2000 по 2015 г. количество СаСО3 в слое 0–10 см уменьшилось с 2,72 до 1,28 %; в слое 10–20 см – с 3,13 до 2,35; в слое 20–30 см – с 5,03 до 2,70; в слое 30–50 см – с 6,84 до 5,47 %, а в нижележащем почвенном профиле изменений по содержанию карбонатов кальция не отмечено.
Большое влияние на миграцию карбонатов в профиле черноземов оказывает орошение. Как показывает исследование, количество и глубина залегания карбонатов не являются стабильными величинами. Для черноземов характерно сезонное передвижение в определенных пределах верхней границы распространения карбонатов, особенно под влиянием поливных вод [3, 5].
Гумус в определенной степени противодействует отрицательному влиянию антропогенных факторов. В черноземах обыкновенных карбонатных содержание гумуса в пахотных горизонтах неорошаемых и орошаемых черноземов в слое 0–10 см в 2000 г. варьировало соответст- венно в пределах 4,20–5,15 и 4,07–5,26 %, постепенно уменьшаясь вниз по профилю [4] . За 15-летний период использования богарной пашни количество гумуса в пахотном горизонте (слой 0–30 см) заметно уменьшилось, так, в слое 0–10 см – в среднем на 0,47 %; в слое 10– 20 см – на 0,27; в слое 20–30 см – на 0,61 %. В сравнении с неорошаемой пашней на орошаемой пашне за этот период времени содержание гумуса в слое 0–10 см практически осталось неизменным, но в то же время отмечается увеличение гумуса в слое 10–20, 20–30 и 30–50 см, что связано с внесением органических удобрений (табл. 1). В слое 30–50 см, горизонт В1, отмечено накопление гумуса с 2,13 % в 2000 г. до 2,49 % в 2015 г., что является следствием выщелачивания кальция, миграции по профилю гумусовых веществ, незакрепленных минеральной частью, и более мощной и глубокой корневой системы растений при орошении; имеет место такое распределение гумуса и в других оросительных системах [7].
Таблица 1
Содержание гумуса в орошаемых и неорошаемых черноземах обыкновенных, %
|
Глубина, см |
Без орошения |
С орошением |
НСР 05 |
||||
|
Среднее |
Максима-мальное |
Минимальное |
Среднее |
Максимальное |
Минимальное |
||
|
2000 г. |
|||||||
|
0–10 |
4,73 |
5,15 |
4,20 |
4,52 |
5,26 |
4,07 |
1,02 |
|
10–20 |
4.13 |
4,75 |
3,39 |
4,32 |
5,24 |
3,72 |
1,21 |
|
20–30 |
4,13 |
4,75 |
3,39 |
3,55 |
3,80 |
3,09 |
0,46 |
|
30–50 |
2,88 |
3,65 |
2,35 |
2,77 |
3,54 |
2,10 |
0,74 |
|
50–70 |
2,28 |
2,94 |
1,58 |
1,69 |
2,90 |
1,16 |
0,82 |
|
70–100 |
1,56 |
2,19 |
0,88 |
1,33 |
1,95 |
0,89 |
0,89 |
|
2015 г. |
|||||||
|
0–10 |
4,26 |
4,71 |
3,63 |
4,50 |
4,82 |
4,20 |
0,74 |
|
10–20 |
3,81 |
4,14 |
3,40 |
4,38 |
4,75 |
4,18 |
0,60 |
|
20–30 |
3,52 |
3,82 |
3,19 |
4,15 |
4,55 |
3,77 |
0,64 |
|
30–50 |
2,57 |
3,01 |
2,13 |
2,97 |
3,77 |
2,49 |
0,72 |
|
50–70 |
2,06 |
2,50 |
1,80 |
1,98 |
2,88 |
1,25 |
0,74 |
|
70–100 |
1,27 |
1,59 |
0,98 |
1,00 |
1,28 |
0,62 |
0,35 |
Систематическое применение удобрений способствует незначительному увеличению гумуса в почвах [6]. В годы внесения навоза, в частности в 2013 г., отмечается его значительное повышение в слое 0–30, 30–50 см (4,87; 2,69 %). Внесение минеральных удобрений без органики в 2014 и 2015 гг. привело к его уменьшению в этих слоях соответственно до 4,41 и 4,34; 2,65 и 2,49 %, хотя, конечно же, не к такому значительному, как без применения удобрений на богарной пашне (табл. 2).
Динамика изменения содержания гумуса в орошаемых черноземах
Таблица 2
|
Глубина, см |
Гумус, % |
|||
|
2000 г. |
2013 г. |
2014 г. |
2015 г. |
|
|
0–10 |
4,52 |
5,05 |
4,57 |
4,50 |
|
10–20 |
4,32 |
4,87 |
4,44 |
4,38 |
|
20–30 |
3,55 |
4,69 |
4,21 |
4,13 |
|
0–30 |
4,13 |
4,87 |
4,41 |
4,34 |
|
30–50 |
2,13 |
2,69 |
2,65 |
2,49 |
Содержание валового фосфора и азота остается сравнительно неизменным, но в годы внесения органики их количество заметно увеличивается и составляет в слое 0–30 см 0,19 и 0,27 % соответственно. Максимальное количество подвижных форм фосфора, калия и азота было отмечено в 2013 г. при внесении навоза и составило в слое 0–30 см фосфора – 12,87; калия – 86,8 и азота – 5,24 мг/100 г почвы. Ниже по профилю их количество заметно снижается (табл. 3). Повышенная обеспеченность почв подвижными элементами питания (азот, фосфор, калий) происходит при внесении органических и минеральных удобрений в количествах, превышающих потребности культур в питательных элементах при получаемых уровнях их урожайности.
Таблица 3
|
Глубина горизонта, см |
Валовые формы, % |
Обменные основания, мг-экв/100 г |
Подвижные формы, мг/100 г |
СаСО 3 , % |
|||||
|
N |
P |
Са2+ |
Мg2+ |
Na+ |
NО 3 - |
Р 2 О 5 |
К 2 О |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Орошение 2000 г. |
|||||||||
|
Ап 0–10 |
0,26 |
0,16 |
23,32 |
5,42 |
0,89 |
5,60 |
12,89 |
91,1 |
2,72 |
|
Ап 10–20 |
0,24 |
0,15 |
22,86 |
6,35 |
1,04 |
5,39 |
12,38 |
97,4 |
3,13 |
|
Ап 20–30 |
0,18 |
0,12 |
22,00 |
5,10 |
1,02 |
4,72 |
4,79 |
71,8 |
5,03 |
|
В 1 30–50 |
0,15 |
0,10 |
20,74 |
6,14 |
0,79 |
3,85 |
1,19 |
45,3 |
6,84 |
|
В 2 50–74 |
– |
– |
18,21 |
8,11 |
0,64 |
– |
– |
– |
8,70 |
|
ВС 74–98 |
– |
– |
15,26 |
9,68 |
0,52 |
– |
– |
– |
10,60 |
|
Орошение 2015 г. |
|||||||||
|
Ап 0–10 |
0,25 |
0,17 |
19,45 |
6,15 |
0,89 |
10,24 |
6,07 |
84,0 |
1,28 |
|
Ап 10–20 |
0,24 |
0,17 |
19,57 |
5,88 |
1,06 |
7,76 |
5,69 |
80,0 |
2,35 |
|
Ап 20–30 |
0,23 |
0,16 |
19,56 |
5,68 |
1,22 |
6,32 |
5,17 |
73,7 |
2,70 |
|
В 1 30–50 |
0,16 |
0,16 |
19,82 |
5,28 |
1,31 |
4,13 |
0,81 |
38,4 |
5,57 |
|
В 2 50–74 |
– |
– |
17,52 |
7,19 |
1,07 |
– |
– |
– |
8,77 |
|
ВС 74–98 |
– |
– |
14,34 |
9,63 |
0,68 |
– |
– |
– |
11,03 |
|
Без орошения 2000 г. |
|||||||||
|
Ап 0–10 |
0,26 |
0,19 |
27,54 |
4,60 |
0,06 |
5,40 |
3,43 |
99,8 |
2,09 |
|
Ап 10–20 |
0,23 |
0,18 |
26,78 |
5,60 |
0,03 |
4,12 |
1,44 |
42,3 |
3,33 |
|
Ап 20–30 |
0,23 |
0,17 |
26,78 |
5,60 |
0,03 |
4,12 |
1,29 |
42,3 |
3,33 |
Окончание табл. 3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
В 1 30–47 |
0,16 |
0,14 |
24,6 |
6,72 |
0,05 |
3,53 |
0,81 |
32,0 |
6,24 |
|
В 2 47–69 |
– |
– |
19,83 |
8,32 |
0,22 |
– |
– |
– |
9,07 |
|
ВС 69–90 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
12,57 |
|
Без орошения 2015 г. |
|||||||||
|
Ап 0–10 |
0,25 |
0,12 |
27,85 |
2,93 |
0,04 |
4,84 |
2,66 |
90,6 |
2,89 |
|
Ап 10–20 |
0,23 |
0,12 |
27,58 |
3,75 |
0,06 |
4,31 |
1,42 |
49,0 |
3,10 |
|
Ап 20–30 |
0,21 |
0,12 |
27,15 |
4,68 |
0,05 |
3,95 |
0,85 |
33,4 |
3,86 |
|
В 1 30–47 |
0,15 |
0,11 |
23,46 |
6,48 |
0,10 |
3,28 |
0,53 |
23,2 |
4,98 |
|
В 2 47–69 |
– |
– |
17,97 |
8,88 |
0,29 |
– |
– |
– |
5,88 |
|
ВС 69–90 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
7,69 |
|
90–100 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
6,26 |
Динамика физико-химических свойств черноземов обыкновенных
Изучение профильного изменения почвенно-поглощающего комплекса чернозема обыкновенного на стационарных участках с 2000 по 2015 г. свидетельствует о преобладании кальция (73,79–87,75 %), магния (12,05–22,27 %). Сумма поглощенных оснований в слое 0–30 см на стационарах составляет 26,49–32,34 мг-экв/100 г почвы. При этом на участке орошения она составляла в 2000 г. 29,34 мг-экв/100 г почвы, а в 2015 г. – уже 26,49 мг-экв/100 г почвы. В богарных условиях в эти же годы этот показатель составляет соответственно 32,34 и 31,36 мг-экв/100 г почвы. Уменьшение суммы поглощенных оснований в пахотном горизонте при орошении происходит за счет снижения количества кальция и вымывания его вниз по профилю, который в 2000 г. был 22,73 мг-экв/100 г почвы, а в 2015 г. снизился до 19,62 мг-экв/100 г почвы в слое 0–30 см, при одновременном увеличении поглощенного натрия до 1,06 мг-экв/100 г почвы (4,0 %) в сравнении с 0,98 мг-экв/100 г почвы (3,3 %) в 2000 г., что свидетельствует о начинающих процессах осолонцевания из-за слабой минерализации поливной воды. В горизонте В1 за последние 15 лет процент поглощенного натрия поднялся на 2,1 % и составил 5,0 %, что уже свидетельствует о химическом проявлении солонцеватости (табл. 2). Этот процесс связан с продолжительным поливом слабоминерализованными водами и несоблюдением норм полива, так как к концу августа содержание солей в воде реки Кайракты, которая является источником поливной воды, достигает 1,135 г/л. На богаре существенных изменений в составе поч-венно-поглощающего комплекса не произошло, и поглощенный натрий составляет 0,040,05 мг-экв/100 г почвы (0,1 %).
В результате нарушения технологии орошения, использования для полива вод низкого качества еще более усугубляют деградационные процессы. Для снижения этих деградационных процессов необходимо уделить особое внимание высокой культуре земледелия, поддержанию структурного и гумусного состояния почвы за счет периодического внесения органических удобрений, соблюдению норм и сроков полива (для исключения усиления процесса осолонце-вания). Для улучшения режима орошения следует произвести гидроизоляцию всей оросительной сети в виде закрытых трубопроводов и тем самым исключить потерю воды в земляных арыках.
Выводы
-
1. Длительное орошение приводит к снижению содержания карбонатов кальция в зоне наибольшего увлажнения, в слое 0–50 см. Ниже изменений практически не отмечено.
-
2. Гумусовое состояние орошаемых почв зависит от внесения органических удобрений. При отсутствии внесения органических удобрений идет заметное убывание количества гумуса, и за 2 года разница в количестве гумуса составила 0,53 %, т. е. уменьшение составило 5,5 % в год. Внесение одних минеральных удобрений не компенсирует запасы гумуса.
-
3. Длительное орошение черноземов слабоминерализованными водами приводит к осо-лонцеванию почв.
-
4. В почвенно-поглощающем комплексе орошаемых черноземов обыкновенных отмеча-
- ется снижение общей суммы оснований за счет кальция, что связано с его вымыванием вглубь почвы, что наиболее ярко проявляется в пахотном слое.
Список литературы Влияние орошения на физико-химические свойства чернозема обыкновенного Северного Казахстана
- Аниканова Е.М., Маркин Б.А., Николаева С.А. и др. Основные проблемы орошения черно-земов юга европейской части СССР//Про-блемы ирригации почв Черноземной зоны. -М.: Наука, 1980. -С. 5-11.
- Аринушкина Е.В. Руководство по химическо-му анализу почв. -М.: Изд-во МГУ, 1970. -487 с.
- Барановская В.А., Азовцев В.И. Влияние ороше-ния на миграцию карбонатов в почвах Поволжья//Почвоведение. -1981. -№ 10. -С. 17-25.
- Васильченко Н.И. Дегумификация почв Се-верного Казахстана//Валихановские чтения-14: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. -Кокшетау, 2009. -С. 58-60.
- Егоров В.В. Об орошении черноземов//Поч-воведение. -1984. -№ 12. -С. 39-47.
- Королев В.А. Изменение водно-физических свойств черноземов, типичных под влиянием удобрений//Вестн. ВГУ. Сер. «Химия, биоло-гия, фармация». -2008. -№ 1. -С. 102-114.
- Лозовицкий П.С. Мониторинг гумусового со-стояния почв Ингулецкой оросительной сис-темы//Почвоведение. -2012. -№ 3. -С. 336-349.
- Макарычев С.В., Зайкова Н.И. Агрофизиче-ские особенности орошаемых черноземов правобережья р. Оби//Вестн. АГАУ. -2014. -№ 2. -С. 40-45.
