Влияние агротехнических и мелиоративных приемов на физико-химические свойства чернозема типичного на сопряженных элементах рельефа

Актуальность темы

Почва является одним из основных ресурсов сельскохозяйственного производства. Уровень ее плодородия определяет качество жизни населения. Наибольшим естественным плодородием обладают черноземы. В Центральном Черноземье они занимают 70,0% территории, в том числе черноземы типичные 26,1% (Щелганов, 1998). Они приурочены к водораздельным пространствам и склонам различный ориентации. Последние являются преобладающим элементом рельефа. На склонах размещается до 52,6% пашни в зоне и 72,6% в Курской области (Акулов, Азаров, Соловиченко, 1998). Склоны имеют различную экспозиционную ориентацию, форму, крутизну и длину. На этих землях с различной ориентацией неодинаковая напряженность, прежде всего, факторов почвообразования, факторов и условий роста и развития растений, интенсивности развития эрозионных процессов, поэтому при типизации земель склоны выделяют в самостоятельную группу по использованию (Карманов, Булгаков, 1997). Однако основным критерием при этом выступает морфологическая и агроклиматическая их характеристика и практически не учитывается своеобразие плодородия почв, залегающих на различных элементах рельефа. Более полно учитывается своеобразие склонов при выборе технологий использования земель, но, преимущественно, по степени их эродированности (Каштанов, Явтушенко, 1997). Вместе с тем переход земледелия на ландшафтные принципы конструирования агроландшафтов и дифференцированного их использования базируется на учете своеобразия фунвдионирования агроландЕпафтов (Володин, 1989; Володин, Здоровцов, 1999). А для этого необходимы более полные сведения о почвенных процессах, их напряженности и интенсивности в зависимости от местоположения почв в рельефе и антропогенной нагрузки.

Физико-химические свойства почв, кислотно-щелочное состояние почвенной системы определяют характеристики многих других показателей плодородия почв и условия питания растении и поэтому вьшолняют важные функции в агроландшафте. Однако, в областях Центрального Черноземья, в том числе и Курской области, насчитывается соответственно до 42 и 57 процентов кислых почв (Романенко, Комов, Тютюнникоб, 1996). К тому же их площади со временем возрастают (Ефремов, 1981). Б условиях расчлененного рельефа черноземы с кислой реакцией среды, как правило, залегают не сплошными массивами, а приурочены к определенным элементам рельефа, чаще к склонам северной экспозиции. Это усиливает неоднородность территории по уровню плодородия и диктует необходимость дифференцированного подхода к их использованию. Поэтому изучение закономерностей изменения физико-химических свойств черноземов в зависимости от их местоположения и поиски способов нормализации уровня кислотности является необходимым этапом в оптимизации функционирования агроландшафтов.

Тема исследования является составной частью научно-технической программы фундаментальных исследований «Разработать научные основы формирования агроландшафтов и создать качественно новые зональные системы земледелия для основных природно-экономических зон России» (задание 01.01.05), которая включена в тематический план НИР ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии с 1990 года.

Цель ш задачи исследований. Целью исследований являлось изучение закономерностей изменения физико-химических свойств чернозема типичного в зависимости от местоположения его в рельефе и под влиянием агротехнических и мелиоративных факторов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— изучить характер влияния экспозиции и морфологии склонов на показатели фшико-химических свойств чернозема типичного;

— определить влияние кислотно-основных свойств чернозема на другие показатели его плодородия;

— выявить влияние отдельных элементов системы земледелия на физико-химические свойства черноземаопределить эффективность поддерживающего известкования чернозема типичного на продуктивность сельскохозяйственных культур в севообороте на склоне северной экспозициипровести эколого-этсономнческую оценку поддерживающего известкования чернозема типичного на склонах северной экспозиции.

Защищаемые положения:

1. Физико-химические свойства чернозема типичного зависят от его местоположения в рельефе и определяются экспозицией и формой склона.

2. Кислотно-основное состояние чернозема типичного на склонах обусловливает формирование уровня как подвижных, так и малоподвижных соединений элементов питания растений и степень их подвижности.

3. Нормализация кислотности пахотного слоя чернозема типичного на склоне северной экспозиции происходит при включении в состав севооборота многолетних бобовых трав и применении известкования компенсирующими нормами, а стабилизация ее — при использовании органических удобрений.

4. Поддерживающее известкование чернозема типичного на склонах северной экспозиции обеспечивает улучшение физико-химических свойств. повышение продуЕШВности сельскохозяйственных культур и устойчивость уровня их урожаев.

Научная, новизна исследований. В результате комплексных исследований для условий Центральной Лесостепи ЦЧЗ получены экспериментальные данные, характеризующие кислотно-основные свойства чернозема типичного на сопряженных элементах и формах рельефа. Установлены количественные зависимости показателей плодородия от уровня кислотности черноземов типичных на склонах полярных экспозиций под влиянием агротехнических и мелиоративных приемов. Научно обоснована и экспериментально апробирована целесообразность применения поддерживающего известкования черноземов типичных, залегающих на склонах северной ориентации, как фактора оптимизации их плодородия.

Практическая значимость исследований. Полученные результаты исследований могут быть использованы при типизации земель в условиях расчлененного рельефа, при определении структуры агрофитоценозов для различных местоположении в агроландшафте, при проектировании и реализации мероприятий по оптимизации плодородия почв на различных элементах рельефа. Поддерживающее известкование может стать одним из элементов нормализации м-гслотно-основвьш свойств черноземов типичных на склонах северной экспозиции и фактором повышения их продуктивности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы рассматривались и получили положительную оценку на заседаниях Ученого Совета ВНЙИЗиЗПЭ (1992;1996 гг.). о.

На научной конференции Харьковского ГАУ им. В .В .Докучаева «Грунтн Украшн: еволющя, систематика та выкористання» (Харьков, 1994 г.).

На II съезде Общества почвоведов при РАН (г.Санкт-Петербург, 1996).

На научно-производственной конференции Курского отделения общества почвоведов «Охрана почв и проблемы экологического земледелия» (Курск, 1997 г.) — «Рациональное использование земель и защита почв от эрозии в лесостепи Центрально-Черноземной зоны (Курск, 1999), на научной конференции профессорско-преподавательского состава Курской СХА им. Иванова (1999), на Международной научно-практической конференции «Направления стабилизации развития и выхода из кризиса АПК в современных условиях» (г.Воронеж, 1999).

Пубткагщи. По материалам диссертации опубликовано 11 работ. l ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.2. Факторы формирования, плодородия почв ш склонах.

В.В.Докучаев, выделяя: рельеф в качестве одного нз основных факторов почвообразования, опирался на результаты наблюдений, которые позволили ему сделать вывод о наличии связи между рельефом местности и характером лежащей на ней почвы. Он писал, что «растительно-наземные» почвы приобретают определенный характер в зависимости от высоты местности, формы рельефа и «угла склона» (Докучаев В.В., 1952). На территориях со сложным рельефом нарушается однородность условий почвообразования. Это относится, прежде всего, к перераспределению в пространстве климатических факторов почвообразования, таких как теплои влагообеспеченность, которые в совокупности с характером почвообразующей породы формировали определенную структуру растительного покрова и обусловливали величину его биопродузштности.

По данным (Голубева, 1967; Кондратьева, Пивоварова, Федорова, 1978), неоднородность территории в геоморфологическом отношении приводит к тому, что на широте 52° южные склоны получают в течение года на 5% больше солнечной радиации, чем горизонтальная поверхность, а северные, напротив, на 10% меньше. Причем, с увеличением крутизны на склонах южной ориентации приход радиации возрастает, а на севернойуменьшается. Как отмечают (Денисенко, 1975), в средних широтах Белоруссии сумма радиационного баланса для южных склонов крутизной 5, 10 и 15 ° составляет 39,5- 41,0 и 42,8 ккал/см2, для северных — соответственно 34,7- 32,7 и 30,7 шал/см*. Аналогичная закономерность отмечена исследователями и для других регионов (Николаев, 1979; Фурса, Фурса, Казанцева, 1980). Вследствие неодинакового поступления солнечного тепла разница в сзчаме дневных температур деятельной поверхности за период с температурой воздуха более 10° между северными и южными склонами достигает в среднем около 600 °C (Федосеев, 1979). По данным АрхипоЕой, Глебовен, Романовой (1960), в Татарстане разности температуры пологих (35°) южного и северо-западного склонов в летние дни составили на высоте 1 см над почвой и в почве на глубине 1 см — 6−7°, на высоте 25 см — 4е, в почве на глубине 20 см — 1 °C. Восточные и западные склоны в отношении температуры занимают промежуточное положение между южными и северными склонами.

Оценивая геплообеспеченностъ почв Ангарского бассейна, Туранов (1989) характеризует климат на южных склонах как континентальный, на северных — как мягкий и на западных — как умеренный.

В силу отмеченных различий на южных склонах формируются почвы и растительность, характерные для более засушливых зон, а на северных — для более влажных.

Перераспределение в пространстве имеет место и в отношении выпадающих осадков (жидких и твердых), что связано с ветровым режимом местности. При направлении ветра с южной составляющей на склоны северной экспозиции выпадает жидких осадков на 22% меньше, а на склоны южной экспозиции — на 26% больше по сравнению с водораздельным плато. Напротив, при северных ветрах на южные склоны попадает дождевых осадков на 11−26% меньше, а на северные — на 20% больше, чем на равнину (Щербань, 1968). По исследованиям Рожкова и Яловицкого (1967), в Молдавии на склоны северной экспозиции выпадало на 22,2 мм жидких осадков больше, чем на склоны противоположной экспозиции. С увеличением крутизны склонов разница в слое осадков возрастала.

Перераспределение в рельефе твердых осадков также обусловлено направлением воздушных потоков. По данным Новосильскон агролесомелиоративной станции (Орловская обл.), соотношение снегозапасов на водоразделах и склонах северной и южной экспозиций составляет 1:1,5: 0,5 (Мишон, 1971). Для условий Среднерусской возвышенности приводятся следующие величины коэффициента снежности для склонов разных экспозиций: Ю, ЮВ — 0,5- В, СБ — 1,0- ЮЗ — 1,2- С и 3 — 1,5 и СЗ — 2,0 (Козменко, Ивановский, 1953).

Надветренные, снегосдуваемые склоны накапливают в несколько раз меньше снега, чем снегозаносимые подветренные склоны. По данным Тайчинова и Файзулина (1958), в Башкирском Предуралье южные склоны поглощают лишь 30−80% талых вод, северные — 70−100%.

Особенности перераспределения зимних осадков и снеготаяния на склонах разной ориентации и крутизны в значительной мере обусловливают неоднородность весеннего увлажнения почвы в холмистом рельефе (Романова, 1974). На широтах Черноземного центра почвы северного склона содержат больше влага, чем южного. Причем, оказывает влияние не только экспозиция, но и форма склонов. На склонах вогнутого профиля коэффициент увлажнения (отношение влажности почвы на склоне к таковой на равнинном участке) возрастает вниз по склону, а на выпуклом профиле — вверх по склону (Романова, Мосолова, Береснева, 1983). Об этом свидетельствуют данные таблицы 1.1.

На разную степень увлажнения разноориентированных склонов указывают также Ларионов (1972), Мягунова, Чони (1990).

Неодинаковое увлажнение северных и южных склонов в дальнейшем усугубляется еще неодинаковым испарением на этих экспозициях вследствие различного притока к ним солнечной радиации. Контрастность в.

1.1. Коэффициент увлажнения почв на склонах.

Форма профиля.

Часть склона вогнутая выпуклая.

Северный склон.

Верхняя часть 0,93 0,97.

Средняя часть 1,03 1,01.