Agrogenic transformation of soils in the dry steppe zone of the Republic of Kazakhstan.pdf Введение Состояние земельных ресурсов, особенно темно-каштановых почв, вызывает большую тревогу. Деградация почв в настоящее время является одной из важнейших социально-экономических проблем, которая создает угрозу экологической, экономической и национальной безопасности Республики Казахстан. По данным качественной характеристики земель в Республике Казахстан числится более 90 млн га эродированных и эрозионно-опасных земель, из них фактически эродированных - 29,3 млн га, в том числе пашни - 1,8 млн га [1]. В районах интенсивной хозяйственной деятельности не осталось значительных по площади участков темно-каштановых почв, сохранивших свое естественное плодородие. Сохраняется довольно большая вероятность проявления водной эрозии и дефляции сельскохозяйственных угодий на темно-каштановых почвах Акмолинской, Костанайской, СевероКазахстанской, Павлодарской и Карагандинской областях, т.е. в основных зерносеющихся регионах Казахстана. Агрогенные факторы существенным образом преобразовывают верхний пахотный слой с частичной утратой зональной специфики, что подтверждается более низким и пространственно выровненным по сравнению с целинными почвами содержанием гумуса [2]. Пахотный слой - это та часть почвенного профиля, которая первой непосредственно принимает на себя всю силу воздействия происходящих во внешней среде изменений и которая наиболее активно изменяется адекватно новым условиям ландшафта, отражая особенности современного естественно-антропогенного или культурного почвообразования [3]. Среди антропогенных факторов наибольшим распространением и разнообразием отличаются воздействия, связанные с системой обработки почв в земледелии. Темно-каштановые почвы подвергаются существенным изменениям уже в самом начале вовлечения их в агропроизводство. Сам факт замены естественной растительности культурными однолетними растениями с неглубокой корневой системой и коротким периодом вегетации является первым звеном длинной цепи взаимосвязанных изменений гумусового состояния и физико-химических свойств этих почв. При окультуривании темно-каштановых почв в 2-3 раза снижается объем поступающей в почву биомассы: надземная масса в основном отчуждается, а корневая масса существенно снижается в отличие от целинных условий [4]. Антропогенное воздействие на почвы относится к одному из самых быстрых и мощных факторов эволюции почвенного покрова, которые изменяют химические, физические и морфологические показатели почв. Такие изменения позволяют оценить тенденцию почвенных процессов. Однако точка зрения о высокой интенсивности агрогенных трансформаций разделяется далеко не всеми исследователями. В частности, по проблеме агроген-ного преобразования темно-каштановых почв сухостепной зоны Северного Казахстана до настоящего времени нет единого мнения в понимании ряда вопросов [5, 6]. На сегодняшний день недостаточно хорошо изучен механизм изменений данных почв при длительном сельскохозяйственном использовании во времени под влиянием богарного земледелия. Поэтому проблему трансформации агрохимических, физико-химических и физических свойств темно-каштановых почв, происходящей в результате изменений антропогенных воздействий, нельзя считать полностью систематизированной и изученной в аспекте полнопрофильного комплексного исследования почв. Целью исследований являлось изучение влияния минимальных обработок на физико-химические свойства темно-каштановых почв тяжелого механического состава. Материалы и методики исследования Агрогенная трансформация почв сухостепной зоны Республики Казахстан охарактеризована по результатам мониторинга земель в рамках программы 019 «Формирование сведений государственного земельного кадастра», проведенных в Акмолинской области на пахотных угодьях темно-каштановых почв. В ходе работы было проанализировано 50 стационарных экологических площадок (СЭП), выполненных Республиканским государственным предприятием на правах хозяйственного ведения «Научно-производственного центра земельного кадастра» (РГП «НПЦзем»), из них выбрано 10 площадок, расположенных в Егиндыкольском, Астраханском, Аршалынском, Коргалжынском и Целиноградском районах (табл. 1). Т а б л и ц а 1 [T a b l e 1] Схематическое расположение СЭП [Schematic layout of permanent ecological plots] Номер площадки [Plot number] Место расположения [Location] Координаты [Coordinates] 18 Малиновский с/о, Целиноградский район [Malinovskiy rural district Tselinogradskiy region] N 51°05.398' E 070°53.579' 63 Оразакский с/о, Целиноградский район [Orazakskiy rural district Tselinogradskiy region] N 51°01.313' E 070°48.162' 13 Воздвиженский с/о, Целиноградский район [Vozdvizhenskiy rural district Tselinogradskiy region] N 51°10.955' E 071°03.946' 40 Узынкольский с/о, Астраханский район [Uzynkol'skiy rural district Astrakhanskiy region] N 51°19.643' E 069°20.400' 54 Бесбидаикский с/о, Астраханский район [Besbidaikskiy rural district Astrakhanskiy region] N 51°11.319' E 069°28.388' 58 Коржинкольский с/о, Егиндыкольский район [Korzhinkol'skiy rural district Egindykol'skiy region] N 51°08.551' E 069°04.730' 69 Ижевский с/о, Аршалынский район [Izhevskiy rural district Arshalynskiy region] N 50°50.970' E 072°04.813' 86 Михайловский с/о, Аршалынский район [Mikhaylovskiy rural district Arshalynskiy region] N 50°57.584' E 072°24.774' 19 Сабындинский с/о, Коргалжынский район [Sabyndinskiy rural district Korgalzhynskiy region] N 50°56.678' E 070°21.712' 62 Коммунарский с/о, Коргалжынский район [Kommunarskiy rural district Korgalzhynskiy region] N 50°50.291' E 069°43.710' На каждой площадке было заложено по пять опорных разрезов, местоположение которых определялось методом конверта, проведено их морфологическое описание и отобраны образцы в слоях 0-10 и 10-25 см в пределах пахотного горизонта. Каждая стационарная экологическая площадка занимала один (единый) элемент рельефа - водораздельное плато, характеризующееся одинаковыми мезо- и микрорельефом, почвообразующей породой, представленной четвертичными желто-бурыми карбонатными глинами. Описание почвенных профилей и отбор образцов проводили в середине - конце сентября. Исследуемая территория представлена преобладающими почвенными доминантами сухостепной зоны - темно-каштановыми карбонатными сред-немощными легкоглинистыми и тяжелосуглинистыми почвами. Анализы проводились в почвенной лаборатории Астанинского филиала РГП «НПЦзем» по следующим видам и методам [7]: гумус по Тюрину в модификации Симакова; содержание общего азота по Кьельдалю; содержание валового фосфора по Гинзбург; плотность сложения почв по Качинскому. Результаты исследований и обсуждение Важнейшими показателями агрогенной трансформации пахотного горизонта темно-каштановых почв являются агрохимические, физико-химические и физические свойства. Результаты проведенного сравнительного анализа полученного в ходе исследования материала (2011-2013 гг.) и исходных данных (2003-2006 гг.) представлены в табл. 2. Т а б л и ц а 2 [T a b l e 2] Показатели плодородия пахотного слоя темно-каштановых почв [Fertility parameters of the arable layer of dark chestnut soils] Анализируемые Почвенные данные на СЭП 2003-2006 гг. и 2011-2013 гг. показатели [Soil data on permanent ecological plots for 2003-2006 and 2011-2013] [Analyzed parameters] 18 63 13 40 54 58 69 86 19 62 Содержание гумуса в слое 0-10 см, % 2,41 2,32 2,59 2,98 2,49 1,93 2,59 2,73 2,48 2,48 [Humus content in the layer 2,38 2,28 2,58 2,98 2,48 1,93 2,46 2,66 2,44 2,46 0-10 cm, %] Содержание гумуса в слое 10-25 см, % 2,32 2,11 2,43 2,90 2,39 1,89 2,52 2,59 2,30 2,32 [Humus content in the layer 10-25 cm, %] 2,17 1,98 1,94 2,71 2,08 1,54 2,05 2,24 1,91 2,14 Общий азот в слое 0-10 см, % 0,17 0,16 0,17 0,17 0,16 0,19 0,18 0,17 0,21 0,16 [Total nitrogen in the layer 0,15 0,16 0,16 0,17 0,16 0,18 0,18 0,17 0,19 0,16 0-10 cm, %] Общий азот в слое 10-25 см, % 0,16 0,15 0,16 0,17 0,15 0,17 0,17 0,17 0,19 0,16 [Total nitrogen in the layer 0,15 0,14 0,14 0,16 0,14 0,15 0,16 0,16 0,18 0,14 10-25 cm, %] Валовой фосфор в слое 0-10 см, % 0,16 0,17 0,19 0,15 0,13 0,15 0,18 0,16 0,19 0,15 [Total phosphorus in the 0,16 0,16 0,16 0,14 0,12 0,15 0,17 0,16 0,19 0,15 layer 0-10 cm, %] Валовой фосфор в слое 10-25 см, % 0,15 0,15 0,17 0,15 0,13 0,15 0,16 0,15 0,18 0,14 [Total phosphorus in the 0,14 0,14 0,15 0,14 0,12 0,14 0,14 0,15 0,17 0,13 layer 10-25 cm, %] Плотность сложения почвы в слое 0-10 см, г/см3 1,16 1,08 1,02 1,00 1,10 1,02 1,08 1,12 1,11 1,16 [Density of soil consistency 1,20 1,10 0,98 0,96 1,00 1,08 1,12 1,10 1,18 1,10 in the layer 0-10 cm, g/cm3] Плотность сложения почвы в слое 10-25 см, г/см3 [Density of soil consistency 1,22 1,16 1,20 1,18 1,20 1,26 1,17 1,21 1,26 1,28 1,29 1,34 1,43 1,41 1,37 1,44 1,43 1,32 1,30 1,45 in the layer 10-25 cm, g/cm3] Примечание. В таблице данные показатели в числителе представлены за 2003-2006 гг., а в знаменателе - за 2011-2013 гг. [Note: In the table the data in the numerator are presented for 2003-2006 and in the denominator - for 2011-2013]. Характер изменений почв в агроэкосистемах во многом зависит от систем земледелия и агротехнологий. Нерациональные системы обработки способствуют переуплотнению пахотных и подпахотных горизонтов почв, часто сопровождаются засолением и эрозией, дегумификацией, развитием процессов агроистощения и почвоутомления. Интенсивность деградацион-ных процессов в темно-каштановых почвах, развивающихся в результате их использования для выращивания зерновых культур, неодинакова и зависит от применяемых обработок. Согласно материалам исследования 20032006 гг. разница в содержании гумуса в слоях 0-10 и 10-25 см не превышает 0,21%, что соответствует относительно равномерному распределению органического вещества в пахотном горизонте за счет глубокой безотвальной обработки почв. Содержание общего азота и валового фосфора в слоях пахотного горизонта исследуемых почв находится на одном уровне, и отклонения не превышают 0,02%. В настоящее время в земледелии проблема переуплотнения почв сельскохозяйственной техникой выдвигается на одно из первых мест в ряду негативных последствий антропогенных воздействий на почву. Результатом существенного уплотнения пахотного и подпахотного слоя почв является снижение урожайности сельскохозяйственных культур, которое отмечается не только в год уплотнения, но и в последующие несколько лет [8-10]. Урожай зерновых культур тесно взаимосвязан с плотностью почвы. Он закономерно уменьшается при увеличении плотности сложения. Высокая плотность сложения вызывает ухудшение структуры почвы - один из факторов торможения роста корней [11, 12] и ограничения аэробной активности микроорганизмов. С повышением плотности почвы ухудшаются условия для формирования проростков зерновых и увеличиваются энергетические затраты из-за механического сопротивления проникновению корней в почву. Плотность сложения почв в слое 0-10 см - рыхлая, в слое 10-25 см плотность сложения варьирует от рыхлой до среднеплотной степени, при которой урожай зерновых культур заметно снижался по сравнению с неуплотненными почвами. Являясь крайней степенью минимизации обработки почв, «прямой посев» позволяет в несколько раз снизить затраты механической энергии за счет замены обработки почв применением гербицидов, что позволяет уменьшить частоту и глубину механического воздействия на почву в сравнении с традиционной безотвальной обработкой почв, применяемой в Северном Казахстане [13]. Но «прямой посев» не решает проблему деградационных процессов, а в какой-то мере ухудшает и так шаткое положение почвенного плодородия за счет безвозмездного использования элементов питания и нарушения физических свойств почв. Снижение уровней органического вещества происходит повсеместно при сельскохозяйственном производстве. Наряду с этим обработка почв вызывает значительное уменьшение количества общего азота [13]. Количественная оценка изменений гумуса, общего азота и валового фосфора темно-каштановых пахотных почв показывает неравномерное распределение их в пахотных слоях 0-10 и 10-25 см при переходе почв от глубокой безотвальной к минимальной обработке или прямому посеву. При традиционной глубокой безотвальной обработке почв содержание гумуса в пахотном горизонте в 2003-2006 гг. в слоях 0-10 и 10-25 см находится примерно в равных количественных выражениях. В 2011-2013 гг. при переходе на этих площадках на минимизацию обработки происходит некоторое торможение минерализации органического вещества в слое 0-10 см и колеблется от 1,93 до 2,98%. В слое 10-25 см при длительном отсутствии перемешивания в почве при минимизации обработки наблюдается снижение гумуса с показателей 1,89-2,90% в 2003-2006 гг. до 1,54-2,71% в 2011-2013 гг. Такая же тенденция наблюдается с содержанием общего азота и валового фосфора в слое 10-25 см; при сравнительном анализе данных 2003-2006 и 2011-2013 гг. снижение составило 0,01-0,02% (табл. 2). В данном случае это объясняется тем, что идет расслоение пахотного горизонта по плодородию. В верхнем 0-10 см слое темно-каштановых почв идет накопление гумуса и валовых элементов питания в связи с ежегодным поступлением пожнивных остатков в виде стерни, которая остается на поверхности и не заделывается в нижележащие слои при прямом посеве и мелкой минимальной обработке. В то же время этот слой быстро, уже сразу после посева в условиях засушливого климата, теряет влагу, корневая система здесь практически не развивается и соответственно вынос элементов питания из этого слоя затормаживается. В слое же 10-25 см отмечается снижение плодородия почв, поскольку здесь сосредоточивается максимум корневой системы и наиболее интенсивно происходят процессы использования и выноса гумуса и валовых элементов питания с ежегодным сбором урожая возделываемых растений. Таким образом, при сельскохозяйственном использовании темно-каштановые почвы уплотняются, их структурное состояние ухудшается. Особенно отчетливо это проявляется при минимизации обработок на площадках 58 и 62. На стационарных экологических площадках 18 и 19 мелкая минимальная обработка и прямой посев применялись один год, на площадках 63 и 86 - два года, на остальных площадках - три года. Увеличение срока минимизации обработки темно-каштановых карбонатных почв тяжелого гранулометрического состава до трех лет и более приводит к значительному переуплотнению слоя 10-25 см и потере урожая сельскохозяйственных культур. Кроме того, вследствие дезинтеграции почвенной структуры имеют место трансформация порового пространства, уплотнение почвы и образование крупных полигональных блоков с термическими трещинами, т.е. происходит ухудшение физических свойств почв, равновесная плотность в слое 10-25 см переходит в плотную степень уплотненности и достигает 1,45 г/см3, образуя «плужную подошву». Заключение Как глубокая безотвальная, так и мелкая минимальная обработки не избавляют почвы от деградационных процессов. Одним из последствий применения минимальных обработок является уменьшение содержания гумуса, общего азота и валового фосфора в слое 10-25 см. В результате проведенных исследований на темно-каштановых почвах получены доказательства увеличения интенсивности процессов деградации в почве по мере минимизации обработки, существенную роль в этом играют переуплотнение почв и вынос элементов питания с урожаем. Основным фактором ухудшения физических свойств почв на фоне минимальной обработки является высокая степень уплотненности нижнего пахотного горизонта, что нарушает водный и воздушный режимы и ухудшает развитие корневой системы растений. На темно-каштановых карбонатных среднемощных тяжелосуглинистых и легкоглинистых почвах необходимо ограничить срок применения мелких минимальных обработок от одного до двух лет или же применять чередование глубокой и мелкой обработки для целей энергосбережения и получения более устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Скачать электронную версию публикации