close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Агрофизические свойства гидрологический режим и мелиоративная диагностика темно-серых почв на двучленных отложениях Севера Тамбовской низменности.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Волохина Вера Петровна
АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ
И МЕЛИОРАТИВНАЯ ДИАГНОСТИКА ТЕМНО-СЕРЫХ ПОЧВ
НА ДВУЧЛЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ СЕВЕРА
ТАМБОВСКОЙ НИЗМЕННОСТИ
Специальность – 06.01.03 – агрофизика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва – 2013
Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета
почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и
на кафедре агрохимии и почвоведения агрономического факультета Мичуринского
государственного аграрного университета.
Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент кафедры агрохимии и почвоведения агрономического факультета Мичуринского государственного аграрного университета Степанцова Людмила Валентиновна
Официальные оппоненты:
Басевич Виктор Францевич - доктор биологических наук, доцент, факультет
Почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова,
доцент кафедры общего земледелия и агроэкологии
Скворцова Елена Борисовна - доктор сельскохозяйственных наук, Почвенный
институт имени В.В. Докучаева РАСХН, заведующая лабораторией физики почв
Ведущее учреждение: Ставропольский государственный аграрный университет
Защита диссертации состоится 23 апреля 2013 г. в 15 ч. 30 мин. в аудитории М-2
на заседании Диссертационного Совета Д 501.002.13 при МГУ имени М.В. Ломоносова
по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, корпус 1, стр.12, факультет почвоведения, тел/факс +7(495)9392947
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ имени М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан «_______»___________________2013 г.
Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании
диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных
печатью организации, просьба направлять по вышеуказанному адресу.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 501.002.13
Зенова Галина Михайловна
2
Актуальность темы: В Тамбовской области темно-серые почвы занимают более
70 тыс. га сельскохозяйственных угодий. Ареалы их распространения характеризуются
высокой комплексностью (Адерихин и др., 1874). Причиной переувлажнения часто является неглубокое залегание под супесчаными отложениями тяжелого суглинка, на котором застаивается верховодка. Существуют многочисленные сведения о генетических
особенностях, морфологии, водном режиме и мелиорации дерново-подзолистых почв
на двучленных отложениях (Градусов и др., 2004; Жирова, 1976; Зайдельман, 1985;
Рейнтам, 1986, 1999; Тонконогов и др., 2004, Зайдельман, Никифорова, 1982). Но среди
публикаций, посвященных серым почвам лесной и лесостепной зон (Ахтырцев, 1979,
1992; Макунина, 1990; Никитишен, 2002; Протасова, Щербаков, 2004) практически нет
работ о серых почвах на двучленных отложениях. Не изучены их агрофизические свойства, водный режим и продуктивность сельскохозяйственных культур в годы различной
обеспеченности осадков. Крайне ограничены сведения об их морфологии, химических
свойствах и, в частности, конкреционных новообразованиях и их диагностическом значении. Не разработаны аналитические количественные критерии оценки их агроэкологического состояния.
Цель исследований – Изучить агрофизические свойства, исследовать особенности
основных элементов гидрологического режима обрабатываемых темно-серых почв на
двучленных отложениях севера Тамбовской низменности, обосновать рациональное использование этих почв в естественном состоянии, разработать систему их морфологической и аналитической мелиоративной диагностики.
Задачи исследований:
1. Исследовать влияние прогрессирующего в пространстве гидроморфизма на агрофизические свойства, морфологические и химические особенности темно-серых почв
на двучленных отложениях;
2. Изучить основные элементы водного режима темно-серых почв на двучленных
отложениях в многолетнем цикле;
3. Оценить урожайность зерновых культур в годы различной обеспеченности осадков и возможность их рационального сельскохозяйственного использования в естественном состоянии;
4. Изучить морфологические особенности и химический состав карбонатных и FeMn конкреций темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых
контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных
отложениях, оценить диагностическое значение этих новообразований;
5. Разработать систему мелиоративной диагностики темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности по морфологическим особенностям;
6. Оценить возможность применения различных количественных показателей для
мелиоративной диагностики исследуемых почв.
3
Научная новизна исследований. Впервые для северной лесостепи рассмотрены
агрофизические особенности, водный режим и продуктивность обрабатываемых темносерых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и
дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности. Получены новые данные об их морфологических и химических
особенностях. Установлено влияние оглеения на дифференциацию их профиля, содержание различных форм соединений железа, качественный состав органического вещества, фракционный состав фосфора.
Изучены макро- и мезоморфологические особенности и химический состав карбонатных и железо-марганцевых конкреций. Выявлено их диагностическое значение для
оценки гидрологического режима и агроэкологического состояния темно-серых почв на
двучленных отложениях.
Практическая значимость работы.
1. Предложены системы мероприятий по рациональному сельскохозяйственному
использованию темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых
контактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных
отложениях в естественном состоянии.
2. На основе морфологических и эколого-гидрологических исследований темносерых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и
дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности рекомендована для использования в почвенно-картографической,
агрономической и мелиоративной практике новая методика их количественной полевой
диагностики. Предложен новый аналитический количественный показатель – модифицированный критерий переувлажнения темно-серых почв на двучленных отложениях
(KI-II/Сорг) по соотношению оптических плотностей различных вытяжек из гумусовых
горизонтов и общему содержанию органического вещества.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова и кафедре агрохимии и почвоведения МичГАУ (Мичуринского государственного аграрного университета), на научных и научно-практических конференциях в Мичуринском государственном аграрном университете (2009, 2010, 2011, 2012), на Всероссийской научной конференции «Биосферные функции почвенного покрова» в Пущино (2010), на Международной научной конференции «Экологические функции лесных почв в естественных и нарушенных ландшафтах» в Апатитах (2011), по теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Автор сердечно благодарит профессора Ф.Р. Зайдельмана и профессора А.С. Никифорову за ценные советы и помощь в работе, зав. кафедрой профессора Е.В. Шеина и
сотрудников кафедры физики и мелиорации почв МГУ имени М.В. Ломоносова за под4
держку и замечания. Особую признательность автор выражает своему научному руководителю доценту д.б.н. Л.В. Степанцовой и сотрудникам кафедры агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного университета к.б.н. С.Б. Сафронову
и к.б.н. В.Н. Красину за помощь в полевых и лабораторных исследованиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и предложений производству общим объемом 177 страниц печатного текста, содержит 24 таблицы, 38 рисунков и 10 приложений. Список литературы
включает 262 источников, из них 14 на иностранном языке.
1. Состояние проблемы. В условиях таежно-лесной зоны было установлено, что
свойства и продуктивность сельскохозяйственных культур почв на двучленных отложениях резко отличаются от свойств почв, сформировавшихся на одночленных суглинистых породах (Зайдельман, Никифорова, 1982). Диагностика этих почв различной
степени заболоченности по макроморфологическим особенностям более сложна, чем
почв на однородных суглинистых отложениях, так как даже на незаболоченной почве
могут проявляться морфологические признаки оглеения. Количественные критерии диагностики, разработанные для почв на однородных отложениях к двучленным отложениям не применимы.
2. Характеристика объектов исследований. Был исследован комплекс почв на
третьей надпойменной террасе р. Иловай, расположенной на территории землепользования ООО «Хоботовское» Первомайского района Тамбовской области: темно-серая на
высоком участке; темно-серые контактно-глубокооглеенная и контактно-глееватая, приуроченные к открытой лощине; дерново-подзолистая контактно-глеевая в замкнутом
понижении (рис. 1). Почвообразующей породой служат двучленные наносы: верхний
слой - флювиогляциальные отложения супесчано-легкосуглинистого гранулометрического состава, нижний – карбонатный безвалунный тяжелый суглинок. Переувлажнение
обусловлено поверхностными водами, застаивающимися на водоупорной толще второй
породы.
Условные обозначения:
─ карбонатные конкреции
─ марганцево-железистые
конкреции (ортштейны)
─ марганцевые вкрапления
─
─ пятна ожелезнения
─ оглеенные кутаны
─ пятна оглеения мелкозема
Рисунок 1. Схематический профиль почв на двучленных отложениях: I – открытая депрессия,
II – замкнутая депрессия. Почвы: 1 - темно-серая; 2 - темно-серая контактно-глубокооглеенная;
3 - темно-серая контактно–глееватая; 4 - дерново-подзолистая контактно-глеевая.
5
3. Методы исследований. Работа выполнена на базах кафедры агрохимии и почвоведения МичГАУ, Испытательной лаборатории (№ РОСС RU.0001.21ПЛ91) и кафедры физики и мелиорации почв МГУ имени М.В. Ломоносова с 2008 по 2012гг.
При выполнении исследований использовали следующие методы: 1. гранулометрический состав - по Долгову и Личмановой; 2. плотность твердой фазы - пикнометрически; 3. плотность почвы - цилиндрами объемом 300 и 100см3; 4. агрегатный анализ по Саввинову; 5. гигроскопическая влажность - термостатно-весовым; 6. максимальная
гигроскопическая влажность и предельная полевая влагоемкость - по Николаеву;
7. влажность устойчивого завядания - методом вегетационных миниатюр; 8. изучение
режима влажности - термостатно-весовым методом; 9. определение ОВП - на приборе
«Экотест-2000»; 10. учет продуктивности - на основе учета урожая с малых площадок,
2х2м; 11. валовое содержание элементов - сплавлением почвы с карбонатом натрия и
последующим определением элементов аналитическими методами; 12. фракционный
состав гумуса - по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой; 13. актуальную
и обменную кислотность – потенциометрически; 14. гидролитическую - по Каппену;
15. обменные основания вытесняли NH4Cl; 16. «аморфное» железо - по Тамму, 17. суммарное «несиликатное» железо - по Меру-Джексону; 18. «органическое» железо – по
Баскомбу; 19. минеральный «активный» фракционный фосфор - по ГинзбургЛебедевой; 20. «органический» фосфор и «прочносвязанные» фракции минерального
фосфора - по Чангу-Джексону в модификации Аскинази и Гинзбург; 21. обменный калий и подвижный фосфор - по Чирикову; 22. щелочногидролизуемый азот - по Корнфилду в модификации ЦИНАО; 23. коэффициент заболоченности - по Зайдельману и
Оглезневу. Ортштейны отбирали из воздушно-сухих образцов почвы массой 1кг и отмывали на сите 0,5мм; для анализа валового состава ортштейнов разложение проводили
смесью серной и хлорной кислот. Все определения проводились в 6-кратной - для гумусовых и в 4-кратной повторности для остальных генетических горизонтов, в ортштейнах - в 6-кратной. Статистическая обработка - по Доспехову (1979). На рисунках представлены средние значения. Различия средних значений достоверны с 95% вероятностью.
4. Физические свойства.
4.1.
Гранулометрический
состав.
Двучленность
исследуемых
почв
прослеживается по изменению количества илистой фракции (рис. 2). На контакте
содержание ила увеличивается до 30%. Причем верхняя граница тяжелого суглинка не
совпадает с верхней границей иллювиального горизонта. В темно-серой почве, где
преобладает вертикальное передвижение влаги происходит оседание ила на контакте.
Резкое обеднение горизонтов А2g//,fs и А2Вg//,fs дерново-подзолистой контактно-глеевой
почвы илистой фракцией обусловлено конкрецеобразованием. Латеральный сток в
темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах открытой
депрессии ведет к накоплению ила в верхних горизонтах и сглаживанию различий на
контакте двух толщ.
6
Рисунок 2. Распределение илистой фракции по профилю
темно-серых почв на двучленных отложениях.
Почвы: 1 – темно-серая; 2 – темно-серая контактноглубокооглеенная; 3 – темно-серая контактно–глееватая;
4 – дерново-подзолистая контактно-глеевая.
4.2. Плотность почвы, плотность твердой
фазы, общая пористость, пористость аэрации,
гидрологические константы. Во всех рассматриваемых почвах можно выделить два резких скачка
изменения плотности, пористости и пористости
аэрации: первый - приурочен к нижней границе пахотного горизонта, второй - к контакту двух толщ
(табл. 1).
Таблица 1. Физические свойства темно-серых почв на двучленных отложениях севера
Тамбовской низменности
ρ
b
МГ
ВЗ ППВ Ра
ρs
ε
M+t0.95m
г/см3
% от объема
1. ТемноАп
0-20
10 1,14±0,05
2,42
52,9
4,3
7,6
15,8 37,1
серая
А1
20-40
10 1,46±0,05
2,47
40,9
4,9
9,2
22,0 18,9
А1А2 40-75
6
1,61±0,04
2,53
36,4
2,9
4,8
14,6 21,8
В1
95-110
6
1,72±0,09
2,59
33,6
1,0
3,3
7,5 26,1
В3
130-150 6
1,65±0,07
2,47
33,2
15,1 18,4 30,0 3,2
Сса 150-200
6
1,64±0,10
2,51
34,7
9,2 12,1 28,5 6,2
2. ТемноАп
0-15
10 0,99±0,08
2,51
60,6
6,4 12,4 24,9 35,7
серая конА1
15-45
10 1,44±0,07
2,52
42,9
9,1 15,9 32,4 10,5
тактноA1А2 45-65
6
1,49±0,07
2,52
40,9
8,5 12,6 28,2 12,7
глубокоА2В 65-80
6
1,53±0,03
2,57
40,5
11,0 12,8 33,7 6,8
оглеенная
В2g/ 100-130 6
1,60±0,07
2,55
37,3
13,1 15,5 32,8 4,5
Сса,g// 130-150 6
1,59±0,05
2,64
39,8
11,5 13,7 31,3 6,2
3. ТемноАп
0-20
10 0,97±0,05
2,44
60,2
6,1 10,8 26,4 33,8
серая конА1g/
20-50
10 1,35±0,05
2,49
45,8
10,2 16,7 30,6 15,2
тактноА1А2g// 50-70
6
1,37±0,07
2,49
45,0
10,5 13,2 34,6 10,4
глееватая
В1g//
85-115 6
1,50±0,06
2,54
40,9
14,6 16,4 36,5 4,4
В2са,g//115-150
6
1,57±0,07
2,56
38,7
10,0 12,7 37,3 1,4
4. ДерновоАпg/
0-10
10 1,17±0,02
2,57
54,5
3,8
7,5
19,1 35,4
подзолистая А1g//
10- 25 10 1,48±0,07
2,55
42,0
5,1
9,8
24,3 17,7
контактноА2g//,fs 25-45
6
1,64±0,08
2,60
36,9
3,7
5,9
14,7 22,2
глеевая
А2Вg//,fs 45-65 6
1,57±0,04
2,70
41,9
0,4
0,6
11,8 30,1
В1g///
65-120 6
1,45±0,08
2,54
42,9
11,0 16,7 36,3 6,6
Сg/// 160-200 6
1,60±0,09
2,52
36,5
13,0 16,6 33,5 2,6
ρb – плотность почвы, ρs – плотность твердой фазы, ε - пористость, МГ- максимальная гигроскопичность, ВЗ – влажность завядания, ППВ – предельная полевая влагоемкость Ра – порозность аэрации при влажности равной ППВ
Разрез, почва
Горизонт,
глубина, см
n
7
Для пахотных слоев характерны низкие значения плотности и высокие пористости
и пористости аэрации. В подпахотных слоях гумусового горизонта плотность возрастает до 1,4 г/см3, что обусловлено легким гранулометрическим составов и низкой оструктуренностью верхней толщи, при этом общая пористость и воздухоемкость снижаются
соответственно до 40% и 10-20% (табл. 1). Нижняя толща характеризуется высокой для
пылеватой породы плотностью (1,5-1,6 г/см3) и очень низкой пористостью аэрации (37%) при влажности равной ППВ. Для верхних супесчаных гумусовых горизонтов темно-серой почвы характерна низкая водоудерживающая способность и узкий диапазон
активной влаги. В темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой
почвах повышение содержания ила в верхних горизонтах определяет повышение значений почвенно-гидрологических констант. В оглеенных подстилающих тяжелосуглинистых горизонтах значения ППВ приближаются к значениям общей пористости, что делает эти горизонты воздухо- и водонепроницаемыми. Физические свойства дерновоподзолистой контактно-глеевой почвы неблагоприятны для сельскохозяйственных
культур.
5. Элементы гидрологического режима и продуктивность сельскохозяйственных культур. Исследования водного режима проводились в 2008-2011гг., различающихся по количеству осадков за весь год и вегетационный период (табл. 2). В 2008г
часть поля засеяли яровой пшеницей, часть однолетними травами. В последующие два
года перешли на посев озимой ржи. В 2010г после экстремально-сухого лета посев озимых из-за резкого дефицита влаги в почве был невозможен, поэтому в 2011г после выпадения устойчивых осадков поле засеяли подсолнечником.
Таблица 2. Распределение осадков в годы исследований (по данным Мичуринской метеостанции).
Годы
Весь год (октябрь-октябрь)
Летний период (апрель-август)
исследоваСумма осадОбеспеченность
Сумма осадков,
Обеспеченность
ний
ков, мм
осадков, %
мм
осадков, %
2008
627
49
292
70
2009
467
89
279
76
2010
327
96
115
98
2011
448
91
376
32
Низкая водоудерживающая способность верхних супесчаных горизонтов ведет к
быстрому освобождению весной пахотных слоев темно-серой почвы от гравитационной
воды и установлению окислительных условий (рис. 3, 4). В 2008г., среднем по обеспеченности осадков, накопление влаги на тяжелосуглинистой толще и равномерное распределение осадков за вегетационный период определило получение высоких урожаев
озимых яровых зерновых культур. Даже при непродолжительных засухах в 2009 и
2010гг. (рис. 4) растения испытывали недостаток влаги, что привело в 2009г. к снижению урожайности по сравнению с 2008г. озимой ржи - на 30%, яровой пшеницы - на
8
40%, а в экстремально-сухом 2010г - на 50 и 75%, соответственно. Там, где посев проводился повторно по зерновым, снижение урожайности более значительно. При достаточном количестве летних осадков (по данным в 2008 и 2011гг.) на этой почве была получена высокая урожайность однолетних трав и подсолнечника (табл. 3).
Рисунок 3. Динамика Eh, темносерых
почв
на
двучленных
отложениях (0-20см).
Почвы: 1 – темно-серая; 2 – темносерая контактно-глубокооглеенная;
3 – темно-серая контактно–глееватая;
4 – дерново-подзолистая контактноглеевая.
В
темно-серой
контактно-
глубокооглеенной почве на склоне
открытой депрессии, верховодка
до конца апреля и падение ОВП до (+100 мВ) наблюдались только во влажном 2008г
(рис. 3, 4). Но уже к началу мая влажность верхних горизонтов достигла оптимальных
для растений значений ППВ-ВРК (рис. 4) и в почве установились окислительные условия. Высокие запасы влаги в почве и равномерные осадки за вегетационный период определили высокую урожайность зерновых и однолетних трав. Но по сравнению с темно-серой почвой урожайность была ниже на 35% - по озимым, на 60% - по яровым, на
10% - по однолетним травам (табл. 3). В более засушливый 2009г и в очень сухой 2010г
интенсивный рост озимой ржи способствовал во второй декаде июня иссушению верхней метровой толща до значения ВРК и ВЗ соответственно. Поэтому урожайность была
ниже, чем на темно-серой почве. Выпадавшие летом 2011г проливные дожди компенсировали дефицит влаги, и весь вегетационный период влажность почвы была оптимальной, что определило урожайность подсолнечника на уровне темно-серой почвы.
Поступление значительного количества воды и малая мощность верхней толщи
темно-серой контактно-глееватой почвы на дне открытой лощины способствуют тому,
что в 1м профиля во влажные и средние годы (2008 и 2012гг.) длительно застаивается
вода. В 2008г верховодка в верхних 50см наблюдалась до третьей декады мая, а на глубине 90-100см - до начала сентября, значения ОВП верхних горизонтов опустились до
+100 мВ (рис. 3, 4). Влажность верхней толщи большую часть вегетационного периода
была выше ППВ, поэтому однолетние травы не были посеяны. На соседних полях снижение урожайности озимых и яровых зерновых по сравнению с темно-серой почвой составило более 60% (табл. 3). Застой верховодки в 2009г в метровой толще продолжался
до середины июня. Влажность верхних 20см уже в конце апреля достигла значений
ППВ. Озимая рожь не вымокла и ее урожайность была на уровне темно-серой почвы.
9
Условные обозначения к рис. 4:
1 – менее ВЗ, 2 – ВЗ - ВРК, 3 – ВРК - ППВ, 4– ППВ - ПВ, 5 – верховодка, 6 – мерзлота, 7 – водоупор
Рисунок 4. Режим влажности темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности
(влажность в объемных процентах и категориях). Почвы: 1 – темно-серая; 2 – темно-серая контактноглубокооглеенная; 3 – темно-серая контактно–глееватая;
10 4 – дерново-подзолистая контактно-глеевая
Таблица 3. Урожайность сельскохозяйственных культур на темно-серых почвах на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности
2008
Разрез,
почва
1. Темносерая
Урожайность, ц/га
Глубина
залегания вовика озимая
доупора,
яровой
+
пшесм
ячмень
овес
ница
110-130
171
±15
58,4
±10,5
66,8
±11,2
2009
Урожайность, ц/га
Срок
стояния
воды в
первом
метре
нет
озимая рожь
2011
УроСрок
жайСрок
ность
стоястояния
ния
подсол
воды в
воды в
нечпервом
ника, первом
метре
метре
ц/га
озимая
рожь
яровая
пшеница
нет
30,1
±8,2
17,6
±4,6
нет
29,3
±8,2
нет
39,3±12,6
22,6
±6,8
до начала апреля
30,8
±7,5
18,1
±4,2
нет
27,6
±9,5
нет
40,8±7,8
20,2
±5,4
до середины
июня
19,2
±2,1
8,2
±3,3
нет
28,4
±7,4
нет
до начала мая
вымочка
нет
посева
до начала мая
18,2
±5,6
нет
повторный посев по
яровым
посев
после
чистого
пара
19,2±3,4 43,7±8,1
яровая
пшеница
Срок
стояния
воды в
первом
метре
2010
Урожайность,
ц/га
26,5
±8,6
Почвы открытой депрессии
2. Темносерая контактноглубокооглеенная
3. Темносерая контактноглееватая
65-70
152
±14
37,2
±7,4
25,6
±5,2
до середины
апреля
50-55
нет
посева
24,0
±5,6
13,6
±4,3
до середины
июля
Почвы замкнутой депрессии
4. Дерновоподзолистая
контактноглеевая
65-70
нет
посева
вымочка
нет
посева
до середины
июля
вымочка
11
нет
посева
Малоснежная зима определила отсутствие весной 2010г верховодки. Нижние тяжелосуглинистые горизонты были не промочены. Небольших запасов влаги в верхней
толще хватило только до середины июня. Затем влажность темно-серой контактноглееватой почвы снизилась до ВРК, а в верхних 30см - до ВЗ (рис. 4). Острый дефицит
влаги вызвал снижение в 2 раза урожайности зерновых по сравнению с темно-серой
почвой. Весной 2011 года до значений выше ППВ промокла только верхняя толща, верховодка не образовалась и в почве с весны наблюдались окислительные условия. Отсутствие переувлажнения и периодически выпадавшие обильные дожди определили
высокую урожайность подсолнечника.
Для дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы характерен ежегодный поверхностный застой воды и падение ОВП до +50мВ, при этом влажность нижних горизонтов может быть ниже ППВ (рис. 3, 4). Естественная болотная растительность вызвала быстрое и глубокое иссушение профиля во второй половине вегетационного периода
2008г. Осенью 2008г западину распахали, однако ни разу за период исследований на
дерново-подзолистой контактно-глеевой почве не был получен удовлетворительный
урожай сельскохозяйственных культур (табл. 3).
6. Диагностика степени гидроморфизма почв по морфологическим признакам, новообразованиям и химическим особенностям.
6.1. Макроморфологическая характеристика почв. Изучаемые темно-серые
почвы на двучленных отложениях по морфологическим признакам существенно отличаются от представленных в «Классификации и диагностики почв СССР» (1977). Для
рассматриваемых почв характерна значительная мощность (70-100см) и слабая оструктуренность гумусового горизонта (табл.4). Даже в дерново-подзолистой контактноглеевой почве мощность гумусового горизонта составляет 25см. В темно-серой почве
горизонт А1А2 выделяется более светлой окраской, в более заболоченных темно-серых
контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах он отличается от горизонта
А1 только увеличением плотности и утратой комковатой структуры. В условиях контрастного застойно-промывного водного режима в дерново-подзолистой контактноглеевой почве формируется самостоятельный подзолистый горизонт мощностью 40см.
Морфохроматические признаки оглеения наиболее ярко выражены на контакте. Их интенсивность нарастает от темно-серой к дерново-подзолистой контактно-глеевой почве.
В темно-серой почве верхняя граница вскипания совпадает с верхней границей тяжелого суглинка. Периодический застой влаги в темно-серых контактно-глубокооглеенной и
контактно-глееватой почвах ведет к вымыванию карбонатов из верхних слоев тяжелого
суглинка. Профиль дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы отмыт от карбонатов на глубину более 3м.
12
Таблица 4. Морфологические особенности темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности
На выровненном
Морфологические
Открытая депрессия
Замкнутая депрессия
участке
особенности
2. Темно-серая контакт- 3. Темно-серая контакт- 4. Дерново-подзолистая
1. Темно-серая
но-глубокооглеенная
но-глееватая
контактно-глеевая
Мощность гумусового го90±7
80±7
70±8
25±3
ризонта, см; его цвет
темно-серый
темно-серый
темно серый
буровато-серый
Глубина залегания водо110-130
65-70
50-55
65-70
упора, см
Глубина вскипания от
150
150
115
─
HCl, см
Структура гумусового гонепрочно-комковатонепрочно-комковатая
непрочно-комковатая
непрочно-комковатая
ризонта
пылеватая
скелетаны в нижней
самостоятельный подзоНаличие признаков оподскелетаны по всему
скелетаны в нижней часчасти гумусового гори- листый горизонт мощнозоливания
профилю
ти гумусового горизонта
зонта
стью 40см
нет
сизые пятна на поверхности агрегатов со 100см –
10%, со 130см – 50%
сизые пятна на поверхности агрегатов с 20см 5-10%, с 70см – до 70%
СаСО3
со 150см крупные 4-7см
округлые светло-бурые
дифференцированные
со 150см мелкие 2-4см,
угловатые, сероватобелые с кавернозной поверхностью
Fe-Mn
(ортштейны)
нет
нет
со 110см гумусовые бурые кутаны, со 130см
мелкие марганцевые
вкрапления, со 150см
карбонатные натеки и
выпоты
с 65см - сизовато-серые
гумусовые и глинистые
оглееные кутаны, с 80см
марганцевые, со 100см
железистые вкрапления,
со 150см карбонатные
натеки и выпоты
со 115см мелкие 2-4см
угловатые бурые с канет
вернозной поверхностью
редкие 2-3мм округлые многочисленные до 12мм
черные и бурые
белесовато-бурые
с 50см железистые
вкрапления, с 70см с 25см пятна ожелезнегумусовые и глинистые
ния, с 65см –
оглеенные кутаны, мар- марганцевые вкрапления,
ганцевые вкрапления, со с 65см до 120см клинья
115см- рыхлые карбозаполнения SiO2
натные вкрапления
Морфохроматические
признаки оглеения
Плотные
конкреции
Другие новообразования
13
сизые пятна с поверхности -10, с 120см - 50%
6.2. Новообразования. Карбонатные конкреции отсутствуют только в дерновоподзолистой контактно-глеевой почве. Конкреции темно-серой почвы на глубине
150см, характеризуются крупными размерами, округлой формой, дифференциацией на
плотную оболочку и более темное ядро, разбитое трещинами. Периодический застой
влаги в темно-серых контактно-глубокооглееной и контактно-глееватой почвах ведет к
частичному растворению конкреций: уменьшаются их размеры, форма становится угловатой, на поверхности появляются каверны, Mn и Fe вкрапления и резко увеличивается количество нерастворимого кварцевого материала. По сравнению с конкрециями
темно-серой почвы, наблюдается увеличение содержания Mg - на 50%, Fe - на 20-70%,
и очень резко Mn - в 3-7 раз.
В рассматриваемом ряду почв ортштейны отсутствуют в темно-серой и темносерой контактно-глубокооглеенной почвах. В темно-серой контактно-глееватой почве
застой влаги наблюдается до третьей декады мая, и здесь образуются черные и темнобурые Fe-Mn конкреции округлой формы. Открытый характер депрессии способствует
выносу большей части подвижных соединений Fe и Mn, поэтому общее содержание
ортштейнов не превышает десятых долей процента, а их размеры - менее 1мм. Замкнутый характер депрессии и контрастный застойно-промывной водный режим определяют формирование в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве угловатых белесовато-бурых ортштейнов размером 3-7мм, максимум которых наблюдается в подзолистом
горизонте (13-18%). При переходе от темно-серой контактно-глееватой к дерновоподзолистой контактно-глеевой почве в составе ортштейнов возрастает содержание
SiО2 с 68 до 80%, а содержание Al2О3 снижается с 20 до 14%. Черный цвет ортштейнов
темно-серой контактно-глееватой почвы обусловлен высоким содержанием Mn. В ортштейнах дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы коэффициент накопления Mn
снижается в 2-3 раза и в 7-8 раз увеличивается коэффициент накопления Р (табл.5).
Таблица 5. Валовой химический состав Fe-Mn ортштейнов, % от прокаленной навески
Разрез, почва
3. Темно-серая
контактноглееватая
4. Дерновоподзолистая
контактноглеевая
Горизонт,
глубина
Ап,
0-20
А1g/,
20-50
А1А2g//,
50-70
А2Вg//,
70-85
Ап g/,
0-10
А1g//,
10-25
А2g//,fs,
25-65
Образец
ортштейны
накопление*
ортштейны
накопление
ортштейны
накопление
ортштейны
накопление
ортштейны
накопление
ортштейны
накопление
ортштейны
накопление
Валовой состав, % на прокаленную навеску
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MnO
P2O5
60,2
17,5
14,51
6,56
0,34
0,82
0,88
4,82
77,18
1,70
56,4
19,2
16,45
6,65
0,29
0,82
0,81
4,47
79,17
1,93
62,8
20,0
10,55
5,35
0,18
0,92
0,83
2,89
84,92
1,64
59,3
19,9
13,05
6,40
0,19
0,88
0,79
3,45
94,12
1,58
74,4
10,6
10,85
1,47
1,54
0,92
0,74
5,96
23,0
8,56
75,5
10,2
9,52
1,90
1,83
0,95
0,66
4,73
26,03
8,32
78,6
10,2
7,20
1,65
1,18
0,94
0,84
4,80
27,50
7,38
Кз (1n
H2SO4)
*- по отношению к мелкозему вмещающего горизонта, освобожденного от ортштейнов
14
5,70
6,88
6,44
4,88
14,30
10,59
9,86
Среди несиликатных соединений железа в ортштейнах преобладают аморфные
формы, а среди минеральных соединений фосфора - свежеосажденные фосфаты железа,
доля органических соединений фосфора - 10-15%. Коэффициент заболоченности по
Зайдельману и Оглезневу возрастает от темно-серой контактно-глееватой к дерновоподзолистой контактно-глеевой почве (табл. 5).
Кроме конкреционных новообразований в рассматриваемом ряду почв широко
представлены кутаны, Mn вкрапления, пятна ожелезнения, максимум которых приурочен к зоне контакта. Количество Мn вкраплений возрастает с ростом степени заболоченности почв. Кутаны темно-серой почвы имеют бурую теплую окраску, в заболоченных темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой и дерновоподзолистых контактно-глеевых почвах цвет кутан становится сизовато-серый. Железистые вкрапления характерны только для сильно-заболоченной темно-серой контактноглееватой и дерново-подзолистой контактно-глеевой почв (табл. 4)
6.3. Химические свойства почв. Рассматриваемые темно-серые почвы на двучленных отложениях резко различаются по валовому содержанию элементов в верхней
части профиля и практически однородны по составу подстилающей толщи (табл. 6).
Таблица 6. Валовый состав мелкозема темно-серых почв на двучленных отложениях севера
Тамбовской низменности
Разрез,
почва
1.Темносерая
Горизонт,
глубина, см
Ап 0-20
А1 20-40
А1А2 40-75
В1 95-110
В2 110-130
В3 130-150
2.ТемноАп 0-15
серая кон- А1 15-45
тактноA1А2 45-65
глубокоА2В 65-80
оглеенная В2g/ 110-150
3.Темно-се- Ап
0-20
/
рая
А1g 20-50
контактно- А1А2g 50-70
глееватая
В1g// 85-115
4.Дерново- Апg/ 0-10
подзолиА1g// 10- 25
стая конА2g//,fs 25-45
тактноА2Вfs 45-65
глеевая
В1g/// 65-120
Потери
Содер- при
жание прокаSiO2
ила, % ливании, %
3
3
3
1
14
28
7
7
16
30
32
10
16
30
32
5
5
1
1
22
7,08
6,67
2,59
0,89
2,89
8,31
12,55
11,0
8,02
7,68
7,85
11,85
10,93
8,31
6,30
7,24
7,42
2,89
0,35
6,30
86,5
87,5
91,4
95,3
87,1
68,7
73,5
75,6
76,5
71,0
68,5
73,1
68,5
68,5
68,3
80,8
79,1
83,3
96,4
71,0
Валовой состав, % на прокаленную навеску
Al2O3
Fe2O3
MnO
P2O5
TiO
CaO
MgO
10,0
9,3
6,5
3,7
9,8
23,7
19,5
18,1
18,0
22,3
24,0
19,9
23,6
24,0
23,5
14,3
15,5
12,1
2,4
21,7
1,30
1,23
0,65
0,35
1,23
3,69
3,06
2,93
2,66
3,46
3,77
3,01
3,68
3,66
4,00
1,82
2,01
1,50
0,23
3,82
0,06
0,05
0,03
0,02
0,03
0,08
0,09
0,08
0,06
0,07
0,08
0,09
0,08
0,06
0,09
0,06
0,07
0,06
0,02
0,08
0,14
0,13
0,08
0,05
0,08
0,09
0,22
0,21
0,15
0,11
0,11
0,20
0,15
0,11
0,16
0,18
0,22
0,16
0,03
0,13
0,29
0,27
0,20
0,18
0,26
0,63
0,48
0,48
0,44
0,52
0,66
0,46
0,52
0,55
0,62
0,39
0,48
0,41
0,04
0,41
1,1
1,1
1,0
0,8
0,9
1,6
1,9
1,7
1,3
1,5
1,5
2,1
2,2
1,7
2,0
1,3
1,8
1,2
0,9
1,6
0,5
0,4
0,3
0,1
0,4
1,4
1,0
1,0
0,9
1,2
1,3
0,9
1,2
0,2
1,2
0,6
0,7
0,6
0,1
1,0
Увеличение количества илистой фракции в верхней толщи темно-серых контактноглубокооглеенной и контактно-глееватой почв определяет повышение по сравнению с
15
темно-серой почвой содержания Fe, Mn, P, Ca и Mg. Резкая элювиально-иллювиальная
дифференциация профиля по валовому содержанию полуторных окислов характерна
для дерново-подзолистой контактно-глеевой почвы, так как большая часть Fe и Mn, перешедших в подвижное состояние стягивается в ортштейны.
Глубокое залегание карбонатного суглинка в темно-серой почве определяет слабокислую реакцию и недостаточную насыщенность основаниями. С уменьшением глубины залегания карбонатного суглинка в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах кислотность снижается, степень насыщенности основаниями
возрастает. Дерново-подзолистая контактно-глеевая почва, отмытая от карбонатов, характеризуется кислой реакцией и низкой насыщенностью основаниями (менее 40%) на
протяжении всего профиля, в составе ППК появляется обменный Al (табл. 7).
На контакте пород происходит относительное обеднение железом илистой фракции верхних слоев нижней толщи и обогащение им вышележащих горизонтов (табл. 7).
Максимальное накопление аморфных соединений железа наблюдается в дерновоподзолистой контактно-глеевой почве.
Темно-серые почвы на двучленных
отложениях по гумусному состоянию отличаются от почв на однородных суглинистых
отложениях: значительной мощностью гумусового горизонта и преобладанием гуминовых
кислот.
Это обусловлено вымыванием
фульвокислот из верхней толщи. Доля третьей
фракции
и
негидрализуемого
остатка
определяется содержанием ила в верхней
толще и возрастает от темно-серой к темносерой контактно-глееватой почве (рис. 5).
Рисунок 5. Фракционный состав гумуса почв:
1 – темно-серая; 2 – темно-серая контактноглубоко-оглеенная; 3 – темно-серая контактноглееватая;
4 – дерново-подзолистая контактноглеевая.
Изучаемые почвы имеют высокую обеспеченность щелочногидролизуемым азотом, среднюю - обменным калием, и низкую - подвижным фосфором для зерновых и
зернобобовых культур (табл. 7).
Анализ фракционного состава фосфора показал, что в темно-серых супесчаных
почвах преобладают органические соединения фосфора, а в суглинистых темно-серых
контактно-глубокоогленных и контактно-глееватых почвах кроме органических накапливается минеральные соединения фосфора (табл. 8). В условиях контрастного застойно-промывного водного режима фосфаты Fe выносятся поверхностными водами из
почв открытых депрессий. В дерново-подзолистых контактно-глеевых почвах замкнутых депрессий большая часть принесенного с повышенных элементов фосфора концентрируется в ортштейнах.
16
Таблица 7. Химические свойства темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности
Содержание элементов
питания, мг/100г
СумНг Са2+ Mg2+ Na+
Al
почвы
ма, S
Разрез,
Горизонт,
Nщг
рНвод рНсол
V, % Р2О5 К2О
почва
глубина, см
по
Ммоль/ 100г почвы
по Чирикову Корнфилду
1.ТемноАп
0-20
6,22 4,38 5,6 5,5
1,4
0,1
7,1
55,9
4,3
7,4
14,5
серая
А1
20-40
6,62 4,62 4,9 6,0
0,6
0,1
6,8
58,1
2,4
5,4
12,5
А1А2 40-75
6,84 5,16 2,6 3,0
0,8
0,1
4,0
60,6
3,2
4,9
4,3
АВ
75-95
6,62 4,84 1,6 1,4
1,1
0,0
следы
2,6
61,9
2,5
3,1
В1
95-110
6,88 5,17 1,0 0,9
0,9
0,0
1,9
65,5
2,0
2,8
В2
110-130
7,45 5,15 1,4 4,1
1,2
0,0
5,4
79,4
0,7
6,1
В3
130-150
8,09 6,86 0,5 11,5
5,2
0,1
17,1 97,2
8,4
Сса 150-200
8,03 7,13 0,5 19,9
4,3
0,1
24,5 98,0
7,0
2. Темно- Ап
0-15
6,64 4,60 7,5 11,7
3,8
0,1
15,8 67,8
4,7
10,0
21,2
серая кон- А1
15-45
6,28 4,64 6,9 10,4
3,5
0,1
14,2 67,3
2,0
7,7
17,1
тактноA1А2 45-65
6,81 4,59 5,6 8,2
4,4
0,1
12,9 69,7
2,0
9,6
4,3
следы
глубокоА2В 65-80
6,98 4,29 3,3 8,6
3,1
0,1
12,0 78,4
1,2
11,4
оглеенная В1
80-110
7,17 5,29 2,8 8,8
2,0
0,1
11,1 79,9
0,4
10,7
В2g/ 110-150
7,20 5,38 1,6 15,8
3,1
0,2
19,3 92,3 следы 11,4
Сса,g// 150-200
8,28 7,48 0,3 16,9
2,3
0,1
19,5 98,5 следы 10,6
3. Темно- Ап
0-20
6,69 4,83 8,2 11,1
1,5
0,1
12,9 61,1
4,1
10,3
19,4
серая кон- А1g/
20-50
7,17 5,38 4,0 12,3
1,7
0,1
14,3 78,1
1,8
7,09
13,7
тактноА1А2g// 50-70
7,11 4,94 3,7 8,9
2,7
0,1
следы 12,0 76,4
0,8
9,6
4,3
глееватая А2Вg// 70-85
6,84 4,84 4,2 9,0
2,8
0,1
12,1 74,2
0,7
9,8
В1g//
85-115
7,70 6,43 0,7 14,2
1,1
0,2
15,8 95,8 следы
6,9
В2са,g//115-150
8,29 7,52 0,4 16,5
1,3
0,1
18,2 97,8
5,6
4. Дерно- Апg/
0-10
6,43 4,53 8,9 4,1
1,0
0,0
0,09
5,4
37,8
2,1
12,4
16,4
воА1g//
10- 25
6,03 4,47 7,6 4,4
0,7
0,0
0,04
5,3
41,1
2,5
10,6
14,5
подзолиА2g//,fs 25-45
6,35 4,78 3,0 2,6
0,2
0,0
0,02
2,9
49,2
7,2
6,5
3,4
стая конА2Вg//,fs 45-65
6,74 5,15 0,5 0,9
0,1
0,0
следы
1,1
68,8
2,3
1,6
тактноВ1g///
65-120 6,54 4,27 2,7 5,1
4,4
0,1
0,56
9,9
78,6
1,0
11,5
глеевая
В2g/// 120-160
5,70 3,77 5,0 5,6
2,4
0,1
1,32
8,4
62,7 следы
8,7
Сg///
160-200 5,68 3,65 5,0 6,3
2,9
0,1
0,38
9,7
66,0 следы
9,3
-
─ не определяли
17
Валовое
содержание
Fe к илу
Feo/
Fed
0,43
0,41
0,22
0,25
0,35
0,09
0,13
0,27
0,44
0,42
0,17
0,12
0,12
0,12
0,12
0,30
0,23
0,12
0,13
0,13
0,13
0,36
0,40
1,50
0,23
0,17
0,10
0,13
0,34
0,30
0,29
0,27
0,33
0,36
0,27
0,17
0,22
0,23
0,20
0,12
0,12
0,10
0,10
0,24
0,23
0,08
0,14
0,07
0,11
0,61
0,56
0,37
0,29
0,21
0,20
0,16
Feo:Fed
(верхние
гор.)/
Feo:Fed
(нижние
гор.)
1,03
±0,22
2,15
±0,15
2,85
±0,55
3,40
±0,40
Таблица 8. Фракционный фосфор в пахотных горизонтах темно-серых почв на двучленных отложениях
севера Тамбовской низменности, мг/100г.
Валовое
Активные минеральные фосфаты
Органи- ПрочносвяПочва
содерCaCa- AlCaческий Р занный Р
Fe-P
Σ
жание
PI
PII
P
PIII
1.Темно-серая
144,2
2,9
3,3
7,3 10,9
7,1
31,5
84,7
28,0
2,0
2,3
5,1
7,6
4,9
21,8
58,7
19,4
2.Темно-серая
215,1
3,9
5,8
4,8 12,3
9,6
36,4
83,1
95,6
контактно1,8
2,7
2,2
5,7
4,5
16,9
38,6
44,4
глубокооглеенная
3.Темно-серая
195,2
3,4
3,7
7,2 15,8
8,5
38,6
65,2
91,4
контактно-глееватая
1,7
1,9
3,6
8,1
4,4
19,8
33,4
46,8
4.Дерново176,7
4,5
4,8
8,6 27,1
15,7
60,6
62,6
53,5
подзолистая
2,5
2,7
4,9 15,3
8,9
34,3
35,4
30,3
контактно-глеевая
Под чертой - % от валового содержания
7. Количественная аналитическая диагностика степени гидроморфизма почв.
В качестве критериев диагностики эколого-гидрологического режима изучаемых
почв рассматривались: критерий Швертмана контактного слоя, соотношение критерия
Швертмана верхних и нижних горизонтов, коэффициент заболоченности по Зайдельману и Оглезневу, коэффициент увлажнения и заболоченности черноземовидных почв по
соотношению оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек, и
модифицированный его вариант для темно-серых почв на двучленных отложениях.
Под влиянием застоя воды на контакте пород происходит обеднение мелкозема
подвижными формами железа. В результате значения критерия Швертманна для контактных слоев снижаются от темно-серой (0,27) к темно-серой контактно-глееватой
почве (0,08). Исключение составляет дерново-подзолистая контактно-глеевая почва, в
которой значения критерия Швертманна контактных слов возрастают (0,21). В темносерой почве, не испытывающей переувлажнения, железо малоподвижно, отношение
критерия Швертманна верхних и нижних горизонтов равно 1. В темно-серой контактноглубокооглееной и темно-серой контактно-глееватой почвах наблюдается диффузия
железа к поверхности, отношение значений критерия Швертманна верхних и нижних
горизонтов возрастает до 2,15 и 2,85 соответственно, а в наиболее заболоченной дерново-подзолистой контактно-глеевой почве - увеличивается до 3,4 (табл. 9).
Достаточно надежной является диагностика рассматриваемых почв по коэффициенту заболоченности (Кз):
1) в темно-серой и темно-серой контактно-глубокоогленной почвах с благоприятным для сельскохозяйственных культур водным режимом ортштейны отсутствуют;
2) в темно-серой контактно-глееватой почве, где снижение урожайности достигает
50% и более, Кз - 4 - 7;
3) в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве с ежегодными вымочками,
Кз - 10-17 (табл. 9).
18
Таблица 9. Эколого-гидрологические особенности и диагностика темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской низменности
Разрез, почва
Характеристика
2. Темно-серая контактно3. Темно-серая контактно4. Дерново-подзолистая
1. Темно-серая
глубокооглеенная
глееватая
контактно-глеевая
Глубина водоупора, см
110-130
60-75
50-55
60-75
Водный режим
Промывной
Застой влаги 1-2 недели
Застой влаги 1-2 месяца
Застой влаги 2-3 месяца
Мощность (А1+А1А2), см
75
65
70
25
Морфологические признаки
В нижней части профиля
Огление поверхности пеПятна оглеения по всему
Нет
оглеения
оглеенные кутаны
дов по всему профилю
профилю
Морфологические признаки Осветлению окраски гори- Слабо выраженный гор. А1А2 по снижению содержанию Самостоятельный гор. А2
оподзоленности
зонта А1А2 по
гумуса
мощность 30-40см
Карбонатные новообразоСо 150см карбонатные
Со 150см угловатые е конСо 115см угловатые конНет
вания
конкреции 5-7см
креции 2-3см
креции 2-3ми
Ортштейны, пятна ожеОртштейны, пятна ожелезFe-Mn новообразования
Со 130см Mn вкрапления
C 80см Fe и Mn вкрапления лезнения, Mn вкрапления
нения и Mn вкрапления по
по всему профилю
всему профилю,
Низкая пористость аэраАгрофизические свойства
Благоприятные для сельскохозяйственных растений
На 20см горизонт А2g//,fs
ции
рНвод – 6,22; рНсол - 4,38;
рНвод – 6,64; рНсол - 4,60;
рНвод – 6,69; рНсол - 4,83
рНвод – 6,43; рНсол - 4,53
Физико-химические
Нг – 5,6 ммоль/100г почвы; Нг – 7,5 ммоль/100г почвы; Нг – 8,2 ммоль/100г почНг – 8,9 ммоль/100г почвы;
свойства (Апах)
V, % - 55,9
V, % - 67,8
вы; V, % - 61,1
V, % - 37,8
Сорг, % (Апах)
2,88
3,42
3,39
2,16
Сгк:Сфк (Апах)
1,56
3,87
4,76
4,09
Nщг – 14,5; Р2О5 – 4,3;
Nщг – 21,2; Р2О5 – 4,7;
Nщг – 19,4; Р2О5 – 4,1;
Nщг – 16,4; Р2О5 – 2,1;
NPК, мг/100г почвы (Апах)
К2О -7,4
К2О -10,0
К2О -10,3
К2О -12,4
Урожайность зерновых
Во влажные годы снижение Во влажные годы снижеВо влажные годы 50Вне зависимости от влажкультур по сравнению
яровых на 60%,
ние на 60-80%,
60ц/га, в сухие - 30-40ц/га
ности года вымочки
с незаболоченной почвой
озимых на 30%
в сухие – на 10-20%
Feo/Fed на контакте
0,27±0,05
0,12±0,04
0,08±0,01
0,21±0,03
Feo:Fed (верхние горизон1,03±0,22
2,15±0,15
2,85±0,55
3,40±0,40
ты)/ Feo:Fed (нижние горизонты)
Кз (1n H2SO4)
нет
нет
5,72±1,2
14,55±2,8
К I-II
4,19±0,62
2,85±0,41
1,56±0,48
10,89±1,20
К I-II/Cорг
1,88±0,25
1,00±0,22
0,54±0,15
5,40±0,71
КNаОН
8,81±0,53
8,74±0,88
4,61±1,44
12,21±1,43
Сельскохозяйственное
Использования чистого
Преимущественно посев озимых зерновых и трав
Исключить из севооборота
использование
пара для накопления влаги
19
Однако низкое (менее 1%) содержание ортштейнов в темно-серой контактноглееватой почве ограничивает возможность применения коэффициента заболоченности.
Для черноземовидных почв севера Тамбовской равнины было предложено использовать соотношении оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек, извлекающих различные фракции органического вещества (КI-II). В рассматриваемом ряду почв значения КI-II определяются глубиной залегания карбонатов. В темносерых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах его значения уменьшаются по сравнению с темно-серой почвой, а в дерново-подзолистой контактноглеевой почве - увеличивается в 2 и более раз. Однако значения КI-II варьируют в зависимости от содержания органического вещества. Поэтому был предложен модифицированный критерий переувлажнения для темно-серых почв на двучленных отложениях:
K I  II Cорг 
10  ( D1  F1 )
С орг  D2  F2 , где
КI-II/Сорг – модифицированный критерий переувлажнения и заболачивания для
темно-серых почв на двучленных отложениях; D1 – оптическая плотность щелочной
вытяжки, D2 – оптическая плотность щелочной пирофосфатной вытяжки, F1 и F2 соответствующие разбавления. Сорг – содержание органического вещества. Измерения проводились при длине волны λ=440 нм (синий светофильтр). Щелочную вытяжку разбавляли в 2-10раз в зависимости от цвета вытяжки, щелочную пирофосфатную – в 25раз.
Были выделены следующие градации модифицированного критерий переувлажнения и заболачивания для темно-серых почв на двучленных отложениях:
1) 1,51-3,00 – темно-серые почвы - отсутствие переувлажнения, во влажные годы
урожайность зерновых культур 50-60ц/га, в сухие - 30-40ц/га;
2) 0,76-1,50 – темно-серые контактно-глубокоогленные почвы – во влажные годы
застой влаги 1-2 недели и снижение урожайности зерновых на 30-60%, в сухие отсутствие переувлажнения и снижение урожайности на 10-15%;
3) менее 0,75 – темно-серые контактно-глееватые почвы - во влажные годы застой
влаги 1-2 месяца и снижение урожайности зерновых на 60-80%, в сухие отсутствие переувлажнения и снижение урожайности на 10-20%;
4) 3,10-9,00 – дерново-подзолистые контактно-глеевые почвы – ежегодный застой
влаги и вымочки или снижение урожайности зерновых на 80% и более (табл. 9).
В темно-серых почвах на двучленных отложениях с уменьшением глубины залегания карбонатного суглинка в составе гуминовых кислот уменьшается доля I фракции и
щелочная вытяжка становиться более светлой. В дерново-подзолистой контактноглеевой почве полностью отмытой от карбонатов доля I фракция извлекаемой щелочной вытяжкой без декальцирования возрастает, вытяжка становится более темной. По-
20
этому в качестве экспресс диагностики было предложено использовать оптическую
плотность только одной щелочной вытяжки. Коэффициент рассчитывается по формуле:
K NaOH  100  F1  D1 , где
КNaOH – критерий переувлажнения и заболачивания по щелочной вытяжки;
D1 – оптическая плотность щелочной вытяжки, F1 - разбавление. Измерения проводились при длине волны λ=440нм (синий светофильтр). Вытяжку разбавляют в 5-10 раз в
зависимости от цвета. Предложены следующие пограничные значения рассматриваемого критерия:
1) 6,5-10 - темно-серые и темно-серые контактно-глубокооглеенные – отсутствие
переувлажнения;
2) менее 6,5 - темно-серые контактно-глееватые почвы – во влажные годы застой
влаги 1-2 месяца;
3) более 10 - дерново-подзолистые контактно-глеевые – ежегодный продолжительный застой влаги (табл. 9).
Выводы
1. На двучленных отложениях (водно-ледниковые супеси на карбонатном суглинке)
высоких надпойменных террас севера Тамбовской равнины формируется комплекс
темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактноглееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв, существенно отличающихся от почв на однородных отложениях.
2. Супесчаный состав верхней толщи темно-серой почвы определяет слабую оструктуренность, высокую плотность, низкие водоудерживающую способность и диапазон
активной влаги. Увеличение содержания ила ведет к увеличению в верхних горизонтах темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почв гидрологических констант и снижению воздухоемкости при влажности равной ППВ.
3. В профиле темно-серой почвы вне зависимости от влажности года не формируется
верховодка, и весь теплый период сохраняются окислительные условия. В сухие годы даже непродолжительные засухи вызывают снижение влажности верхней толщи
почвы до значений ВЗ. При неглубоком залегании водоупора в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах во влажные и средние годы
в 1 метре профиля формируется верховодка, и значения Eh опускаются до +100 мВ,
в дерново-подзолистой контактно-глеевой почве наблюдается ежегодное поверхностное затопление и снижение значений Eh до +50 мВ.
21
4. На темно-серых и темно-серых контактно-глубокооглеенных почвах, за исключением экстремально сухих лет можно получать высокие урожаи озимых зерновых, урожайность яровых менее стабильна. На темно-серых контактно-глееватых почвах в
средние годы посев яровых затягивается, урожай озимых зерновых по сравнению с
темно-серой почвой снижается на 30-60%. Для дерново-подзолистых контактноглеевых почв характерны ежегодные вымочки.
5. Темно-серые почвы на двучленных отложениях характеризуются мощным 90см гумусовым горизонтом, осветленным подгоризонтом А1А2, появлением на контакте
Mn вкраплений и бурых кутан. В темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах мощность гумусового горизонта снижается до 60-70см,
подгоризонт А1А2 выделяется только по изменению структуры, количество Mn
вкраплений возрастает, кутаны приобретают сизую окраску. В дерново-подзолистых
контактно-глеевых почвах мощность гумусового горизонта составляет 20-25см, горизонта А2g//,fs - 40см, нижняя часть профиля оглеена.
6. Характерными новообразованиями темно-серых почв на двучленных отложениях
являются карбонатные конкреции нижней толще. В темно-серой почве формируются
крупные 5-7см округлые дифференцированные на ядро и плотную оболочку конкреции. В темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах их
размеры уменьшаются до 1-3см, форма становиться угловатой, на сколе и поверхности появляются Fe и Mn вкрапления. Дерново-подзолистые контактно-глеевые почвы полностью отмыты от карбонатов. Ортштейны появляются только при застое
влаги более 1 месяца: в темно-серой контактно-глееватой почве их количество менее
1%, цвет черный, в дерново-подзолистой контактно-глеевой количество ортштейнов
возрастает до 15-20%, цвет становится седовато-бурым.
7. Изучаемые почвы сходны по валовому составу нижней толщи и различаются по содержанию элементов в верхней толще. Для темно-серой почвы кислая реакция характерна
только
для
верхних
горизонтов,
в
темно-серых
контактно-
глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах глубина залегания карбонатов снижается, и реакция верхних горизонтов становится близкой к нейтральной. В дерново-подзолистой контактно-глеевой почве кислая реакция наблюдается на всем протяжении профиля.
8. Изучаемые почвы высокообеспечены щелочногидролизуемым азотом, среднеобеспечены обменным калием и низкообеспечены подвижным фосфором для зерновых и
зернобобовых культур.
22
9. Темно-серые почвы на двучленных отложениях характеризуются высоким содержанием органического вещества, в составе которого преобладают гуминовые кислоты.
По мере снижения мощности бескарбонатной толщи в составе гуминовых кислот
возрастает доля II фракции гуминовых кислот. Доля III фракции и негидролизуемого
остатка в темно-серых контактно-глубокооглеенной и контактно-глееватой почвах
увеличивается пропорционально содержанию ила в гумусовом горизонте.
10. С ростом степени заболоченности темно-серых почв значения критерия Швертманна контактных слоев снижается с 0,27 в темно-серой почве до 0,08 в темно-серой
контактно-глееватой почве, отношение критерия Швертманна верхних и нижних горизонтов возрастает от 1 - в темно-серой до 3,4 - в дерново-подзолистой контактноглеевой почве. В качестве количественного критерия диагностики может быть использована оптическая плотность щелочной вытяжки из гумусового горизонта или
коэффициент по оптической плотности щелочной и щелочной пирофосфатной вытяжек и содержанию органического вещества.
Предложения для производства
1. Предложены рекомендации по использованию темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых контактно-глееватых и дерново-подзолистых
контактно-глеевых почв на двучленных отложениях в практике земледелия Тамбовской
низменности с учетом степени их гидроморфизма и агрофизических особенностей :
1.1. Темно-серые почвы можно использовать для выращивания любых районированных культур без дренажа. В этом случае целесообразны мероприятия для накопления влаги в почве и орошение овощных и плодовых культур в засушливые и сухие годы;
1.2. Темно-серые контактно-глубокооглеенные и темно-серые контактно-глееватые
почвы можно рекомендовать под озимые зерновые и многолетние травы. На таких почвах орошение нецелесообразно. На темно-серой контактно-глееватой почве целесообразен выборочный дренаж;
1.3. Дерново-подзолистые контактно-глеевые почвы на двучленных отложениях в
естественном состоянии пригодны только для возделывания многолетних трав. Выборочный дренаж в сочетании с известкованием целесообразен, если вымочки мешают
движению техники и нормальной обработке почв.
2. При крупномасштабном картировании, рекогносцировочных исследованиях и
для уточнения границ почвенных разновидностей в качестве количественного критерия
диагностики темно-серых, темно-серых контактно-глубокооглеенных, темно-серых кон23
тактно-глееватых и дерново-подзолистых контактно-глеевых почв на двучленных отложениях может быть использован предложенный нами критерий степени переувлажнения почв на двучленных отложениях, по отношению оптической плотности щелочной
и щелочной пирофосфатной вытяжек и содержанию органического вещества. Для экспресс-диагностики участков распространения почв испытывающих длительное затопление можно использовать критерий, основанный на оптической плотности щелочной
вытяжки из гумусового горизонта (табл. 9).
Список публикаций по теме диссертации
а) в журналах рекомендованных ВАК РФ
1. Зайдельман Ф.Р., Никифорова А.С., Степанцова Л.В., Волохина В.П. Темно-серые
почвы на двучленных отложениях севера Тамбовской области: агроэкология, свойства и диагностика // Почвоведение. 2012. №5. С. 515-529.
2. Степанцова Л.В., Волохина В.П. Характеристика химических свойств темно-серых
почв на двучленных отложениях Тамбовской области // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. Тамбов. 2012. Том 17. Вып. 2.
С. 746-749.
3. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Физические свойства, гидрологический режим и
продуктивность темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской
области // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. Мичуринск-наукоград. 2012. №1. Ч. 1. С. 80-85.
4. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Химические особенности темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. Мичуринск-наукоград. 2012. №2. С. 65-76.
б) основные публикации в региональных изданиях и межвузовских сборниках
5. Волохина В.П., Ломовских А.Ю. Экологические аспекты переувлажнения темносерых лесных почв севера Тамбовской низменности // Материалы Всероссийской
научной конференции ХII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России». СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2009. С. 7-8.
6. Сафронов С.Б., Волохина В.П. Влияние переувлажнения темно-серых лесных почв
ООО «Хотоботовское» на их продуктивность // Материалы научно-практической
конференции «Инновационные технологии в растениеводстве». Мичуринск – наукоград РФ. Изд-во МичГАУ. 2009. С. 140-142.
24
7. Волохина В.П., Сафронов С.Б., Степанцова Л.В. Особенности темно-серых лесных
почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы международной конференции по лесному почвоведению «Продуктивность и устойчивость
лесных почв». Петрозаводск, рес. Карелия. 2009. С. 52-53.
8. Сафронов С.Б., Волохина В.П., Степанцова Л.В. Физико-химические особенности и
продуктивность переувлажненных темно-серых лесных почв Первомайского района
Тамбовской области // Материалы всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области сельскохозяйственных наук». Мичуринск – наукоград РФ. Изд-во МичГАУ. 2009. С. 89-97.
9. Волохина В.П. Фракционный состав гумуса серых лесных почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Всероссийской научной конференции ХIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв».
СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2010. С.133-134.
10. Степанцова Л.В., Красин В.Н., Волохина В.П., Красина Т. В., Королев В. А. Генезис
и разнообразие почв переувлажненных агроландшафтов Тамбовской равнины // Материалы Международной научно-практической конференции «Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов». Москва. 2010. С. 224-229.
11. Волохина В.П. Фракционный состав фосфора темно-серых лесных почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Сборник материалов IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био-, гео-, антропогенных взаимодействий в почвах и почвенном покрове». Томск 2010. С. 38-41.
12. Волохина В.П., Степенцова Л.В. Особенности карбонатных конкреций темно-серых
лесных почв на двучленных отложениях // Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН «Биосферные функции почвенного покрова». Пущино. 2010. С. 71-72.
13. Волохина В.П., Рыжков П.И. Физические свойства переувлажненных темно-серых
лесных почв на двучленных отложениях Первомайского района Тамбовской области
// Материалы седьмой Всероссийской дистанционной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы устойчивого развития агропромышленного комплекса России». Пос. Персиановский. 2010.
С. 3-6.
14. Волохина В.П. Марганцево-железистые и карбонатные конкреции темно-серых лесных почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Всероссийской научной конференции ХIV Докучаевские молодежные чтения посвя25
щенной 165-летию со дня рождения В. В. Докучаева «Почвы в условиях природных
и антропогенных стрессов». СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2011. С.18-19.
15. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Морфологические и химические свойства карбонатных конкреций серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы IV международной конференции по лесному почвоведению
«Экологические функции лесных почв в естественных и нарушенных ландшафтах».
Апатиты. 2011. С. 47-50.
16. Волохина В. П. Характеристика водного режима темно-серых почв на двучленных
отложениях Первомайского района Тамбовской области // Материалы 63-й научнопрактической конференции студентов и аспирантов. Мичуринск – наукоград РФ.
Изд-во МичГАУ. 2011. С. 17-20.
17.
Волохина В.П.,
Степанцова Л.В. Морфологические
особенности
железо-
марганцевых конкреций переувлажненных темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Международной научной конференции «Актуальные проблемы обеспечения продовольственной безопасности юга
России: инновационные технологии для сохранения биоресурсов, плодородия почв,
мелиорации и водообеспечения». Ростов-на-Дону. Изд-во. ЮНЦ РАН. 2011. С. 175177.
18. Волохина В.П. Экологические особенности переувлажненных темно-серых почв на
двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы Международной
научной конференции ХV Докучаевские молодежные чтения «Почва как природная
биогеомембрана». СПб.: Издательский дом СПбГУ. 2012. С. 177-175.
19. Волохина В.П., Степанцова Л.В. Физические свойства и водный режим темно-серых
почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины // Материалы докладов
VI Съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева «Почвы России: современное
состояние, перспективы изучения и использования». Петрозаводск-Москва. 2012.
С.466-467.
26
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа