Влияние мелиоративного состояния на свойства почв рисовых агроландшафтов Кубани и их продуктивность

Аннотация

В почвах рисовых полей развиваются элювиально-глеевые процессы, выражающиеся в перераспределении по профилю илистых частиц, водорастворимого гумуса, подвижных соединений железа и фосфора. Наиболее интенсивно эти процессы развиты в лугово-болотных почвах, приуроченных к замкнутым понижениям плавневой равнины. Лугово-черноземные почвы, залегающие на повышенных элементах рельефа, имеют более благоприятные физические, физико-химические и окислительно-восстановительные свойства для возделывания риса и сопутствующих культур в севообороте. Наибольшая урожайность риса формируется на высоких чеках и выше на 12,4 ц/га, чем на низких.

Ключевые слова: лугово-черноземная почва, лугово-болотная почва, залежь, продуктивность почвы.

Annotation

In the soils of rice fields, eluvial gley processes develop, which are manifested in redistribution of silty particles along the profile, water-soluble humus, mobile compounds of iron and phosphorus. Most intensively, these processes are developed in meadow-bog soils, confined to closed depressions of the plains plain. Meadow-black soils lying on elevated relief elements have more favorable physical, physico-chemical and oxidation-reduction properties for cultivating rice and accompanying crops in crop rotation. The highest yield of rice is formed on high checks and higher at 12,4 c/ha than on low ones.

Keywords: meadow-black soils, meadow-swamp soils, deposits, soil productivity.

В Краснодарском крае зона рисосеяния расположена на пойменных и плавневых землях в низовьях реки Кубани. Основными типами почв рисовых агроландшафтов являются лугово-черноземные, аллювиально-луговые, луговые, лугово-болотные. Рисовые почвы образовались в результате трансформации полнопрофильных почв, но чаще сформировались на месте почв, частично или полностью нарушенных при планировке и конструировании рисовых чеков. Вследствие искусственного создания рельефа путем перемещения значительных масс почвогрунтов в процессе строительства рисовой системы и нивелировки поверхности, произошли значительные изменения в исходном морфологическом строении большинства почв. Однако использование почв 20−30 лет и более в рисовом севообороте сгладило нарушения в строении. Одним из ведущим фактором, влияющий на морфологические, физические, водно-физические и физико-химические свойства почв, является длительное затопление в течение 4−5 месяцев. Характер и направленность почвенных процессов во многом зависят от рельефа поверхности почвы [1−4]. Строительство оросительных систем неизбежно связано с террасированием природного рельефа с превращением его склонов в огромное множество горизонтально спланированных и ступенчато расположенных рисовых чеков. Террасность (перепады отметок между плоскостями рисовых чеков) является причиной значительной пестроты урожайности риса. Недобор урожайности по причине отрицательной террасности в среднем составляет на незасоленных почвах 0,63, на засоленных — 2,3 т/га [4].

В связи с вышеизложенным исследования были направлены на изучение продуктивности почв рисовых агроландшафтов в зависимости от их мелиоративного состояния.

Объекты и методы исследований. Исследования проведены на рисовой оросительной системе (РОС) ЭСП «Красное» Красноармейского района Краснодарского края. По геоморфологическому районированию территория района входит в Кубанский дельтово-пойменный район. Рельеф представляет собой плавневую равнину с развитым микрорельефом. Общая равнинность нарушается наличием ериков, западин, блюдцеобразных повышений. Основная часть территории представлена рисовой системой, на которой выделены следующие антропогенные элементы рельефа: низкие, средние и высокие чеки. Абсолютные отметки варьирует от +7,2 (в понижениях и депрессиях) до +10,7 м (на грядообразных повышениях).

На РОС заложено 12 почвенных разреза. На повышенных формах рельефа, представленные лугово-черноземными почвами, заложено 7 почвенных разреза, на пониженных формах лугово-болотных почв — 4. Один разрез заложен на участке залежи, расположенного на РОС и не вовлеченного в рисовый севооборот.

Морфологическое описание почвы проводили по общепринятой методике [4]. Название почв дано в соответствии с региональной классификацией и классификационной системой России [1, 5]. Почвенно-агрохимические исследования включали определение рН_вод. потенциометрическим методом; плотности почвы с ненарушенным сложением по Качинскому; плотности твердой фазы — пикнометрическим методом; общей пористости — расчетным способом на основании плотности твердой фазы и плотности сложения; гранулометрического состава почвы с раствором пирофосфата натрия [6]. Для экстрагирования подвижных соединений железа из почвы применяли 0,1 N раствор H₂SO₄; фосфора и калия — 0,5 N раствор CH₃COOH [6−7]. Органический углерод (С, %) почвы с пересчетом на гумус определяли по Тюрину со спектрофотометрическим окончанием; водорастворимое органическое вещество (С_вов, %) — перманганатным окислением; активность ферриредуктазы — по Галстяну и Оганесяну [6−9]. Магнитную восприимчивость почвы (ч*10^-3 ед. СИ) измеряли каппаметром КМ-7 [10].

Почвообразующие породы лугово-черноземной почвы — аллювиальные отложения, чаще глинистого или тяжелосуглинистого гранулометрического состава [3], лугово-болотной почвы? аллювиальные оглеёные глины [2]. Почва участка залежи залегает на карбонатных аллювиальных тяжелых суглинках.

Для лугово-болотных почв свойственно более сильное проявление гидроморфных признаков, по сравнению с лугово-черноземными, в виде ржаво-охристых прожилок и стяжений с поверхности почвы и сизых пятен в нижней части профиля, указывающие на развитие восстановленных условий.

По мощности гумусового горизонта рисовые почвы относятся к мощным и среднемощным видам. Одной из характерной их особенностью является понижение линии вскипания от 10%-ной HCl и глубины залегания карбонатов, представленных в форме белоглазки, журавчиков и мучнистых пятен [2, 3].

Участок залежи близко расположен к оросительному каналу и в период затопления рисовых чеков испытывает сильное подтопление. Этим объясняется проявление в ней гидроморфных признаков, выщелачивания карбонатов и уплотнения горизонтов. В связи с этим залежь можно считать условно эталонным для сравнения его с рисовыми почвами.

Лугово-черноземные почвы, залегающие на повышенных элементах плавневой равнины, характеризуются более благоприятными физическими свойствами (табл. 1). Плотность сложения пахотного слоя почвы варьирует от 1,28 до 1,35 г/см³, общая пористость? от 49,4 до 52,1%. В лугово-болотных почвах, приуроченных к понижениям, плотность увеличивается до 1,38−1,46 г/см³, а пористость не превышает 50,0%. Общей тенденцией является увеличение плотности почвы вниз по профилю и снижение её пористости.

Для залежи характерно уплотненное сложение почвенного профиля за исключением верхнего 0−5 см слоя в результате задернения поверхности почвы. Общая пористость задерненного слоя довольно высокая (53,0%) и снижается в более глубоких слоях, не сильно отличаясь от рисовых почв.

Таблица 1. Физические свойства рисовых почв (на примере разрезов 5, 12 и 15)

Развитие элювиального процесса в рисовых почвах проявляется в вымывании из пахотных слоёв илистых частиц, водорастворимого гумуса, подвижных соединений железа и фосфора (табл. 1−2).

Для лугово-черноземной почвы, расположенной на повышенных формах плавневой равнины, гранулометрический состав средне-, тяжелосуглинистый и глинистый. Содержание физической глины в пахотном слое варьирует от 39,2−42,7 в среднесуглинистых до 55,4−68,7% в тяжелосуглинистых и глинистых разновидностях. Соответственно илистых частиц? от 24,6−27,4 до 31,1−40,8%. Вниз по профилю почвы до горизонта АВ содержание илистых частиц возрастает.

Гранулометрический состав лугово-болотных почв на пониженных формах рельефа более тяжелый по сравнению с лугово-черноземными. Содержание глинистых и илистых частиц возрастает соответственно до 72,0−77,8 и 42,6−47,1%. Вниз по профилю гранулометрический состав почвы утяжеляется за счет перемещения илистых частиц.

На залежи гранулометрический состав почвы тяжелосуглинистый с содержание физической глины в верхних слоях 50,5−58,6% и илистых частиц 22,8−32,0%. В отличии от рисовых почв, не отмечено выноса илистых частиц за пределы поверхностного 0−30 см слоя.

По содержанию общего гумуса почвы рисовых агроландшафтов — слабогумусные. Вниз по их профилю количество гумуса уменьшается. В лугово-болотных почвах, приуроченных к замкнутым понижениям, содержание гумуса в пахотном слое больше в среднем на 15,0%, чем в лугово-черноземных (табл. 2). Причину указанного различия можно объяснить тем, что лугово-черноземные почвы по сравнению с лугово-болотными находятся в условиях лучшей аэрации. Поэтому растительные остатки подвергаются более интенсивной минерализации.

Содержание водорастворимого органического вещества в пахотном слое лугово-болотных почв меньше в 2 раза, чем в лугово-черноземных. При этом, если на повышенных участках лугово-черноземных почв вынос водорастворимого гумуса за пределы пахотного слоя ограничивается накоплением в горизонте А, то в условиях лугово-болотных почв понижений, вынос отмечен на более большую глубину профиля. Такая подвижность гумуса в почвах рисовых полей обусловлена тем, что восстановительные процессы способствуют образованию железоорганических комплексов, которые могут мигрировать как в нейтральной, так и в щелочной среде, что свойственно для исследуемых почв.

Таблица 2. Физико-химические свойства рисовых почв (на примере разрезов 5, 12 и 15).

Примечание: *С_вов — водорастворимое органическое вещество (перманганатное окисление почвы); ч — магнитная восприимчивость По содержанию подвижного фосфора рисовые почвы, особенно в условиях низких чеков, обеспечены слабо. Подвижный фосфор перемещается вниз по профилю и накапливается в нижележащих слоях. Содержание обменного калия в рисовых почвах довольно высокое и равномерно снижается с глубиной профиля (табл. 2).

Наиболее характерной особенностью для рисовых затопляемых почв является процесс биологического восстановления оксида железа. Основными условиями редукции железа служат обогащение почвы органическим веществом и микрофлорой, способной к восстановлению оксида железа. Сравнительно высокая способность редуцировать оксиды железа принадлежит лугово-болотным почвам понижений по сравнению с лугово-черноземными, расположенных на более повышенных элементах рельефа. На пониженных участках активность ферриредуктазы в пахотном слое почвы возрастает в 1,5−2,0 раза. Причем довольно большая её активность сохраняется и в подпахотном слое [11].

Лучшие окислительно-восстановительные условия в рисовых почвах складываются на повышенных элементах рельефа (табл. 2). На высоких чеках лугово-черноземных почв оксиды трехвалентного железа являются преобладающими, доля которых в пахотном слое составляет 92,82−96,61% от суммы FeO+Fe₂O₃. На долю FeO приходится лишь 3,39−7,18% от суммы.

На низких чеках лугово-болотных почв доля Fe₂O₃ уменьшается до 74,73−90,68%, а доля FeO заметно возрастает до 9,32−25,27% от суммы FeO+Fe₂O₃, а его накопление, в результате выноса, отмечено в нижних горизонтах АВ или В.

Наименьшие показатели магнитной восприимчивости (ч) отмечены в лугово-болотных почвах, развивающихся в более выраженных анаэробных условиях (табл. 2). Так, в условиях высоких чеков лугово-черноземных почв величина ч в горизонте А_пах варьирует от 0,119 до 0,163Ч10^-3 ед. СИ. На низких чеках лугово-болотных почв? от 0,085 до 0,115Ч10^-3 ед. СИ.

Магнитный профиль рисовых почв дифференцирован по величине ч. В них чётко прослеживается уменьшение ч в пахотном слое и увеличение в горизонте А или АВ, что связано с миграцией и осаждением железа [12]. В нижележащих слоях, содержащих карбонаты, значения ч снижаются и слабо изменяются с глубиной профиля. Это объясняется с диамагнитностью карбонатной аллювиальной подстилающей породой [13].

На залежи отмечена высокая способность биохимического восстановления железа. Здесь ферриредуктазная активность выше, чем в рисовых почвах, что связанно с накоплением органических веществ в результате разложения растительных остатков [11]. Залежь хорошо обеспеченна подвижным фосфором, общим и водорастворимым гумусом в 6,0, 1,5 и 2,0 раза соответственно превышающих содержание в почвах рисовых полей. В то же время в условиях залежи создаются условия временного переувлажнения с нисходящим током воды, благоприятствующих развитию анаэробных процессов и выносу водорастворимых органических соединений в нижние слои. На это указывает содержание в них восстановленного железа, на долю которого приходится 42,0−49,8% от суммы FeO+Fe₂O₃ при соотношении FeO/Fe₂O₃, равном, 0,71−0,99. При этом наиболее высокие значения магнитной восприимчивости преобладают в гумусированной верхней части почвенного профиля (А_д+АВ₁), варьируя от 0,178 до 0,222Ч10^-3 ед. СИ. В нижних слоях почвы, в результате развития восстановленных условий, значения ч снижаются (табл. 2). илистый гумус рис восстановительный Таким образом, участок залежи, расположенный на рисовой системе и не вовлечённый в рисосеяние, характеризуется сильной заболоченностью, и сравнивать его с почвами рисовых полей можно только условно.

Продуктивность рисовых почв непосредственным образом зависит от высотного положения чека. Высоту чека нельзя отнести к энергетическим или материальным факторам, влияющих на рост и развитие растений. Она лишь создает обстановку равных условий произрастания всех растений на рисовом поле. В зависимости от высоты чека почвенные процессы протекают по-разному, которые и определяют продуктивность почвы (табл. 3−4).

Таблица 3. Изменение урожайности риса в полях рисового севооборота, ц/га.

Примечание: *мн. тр. — многолетние травы; зан. пар — занятой пар На высоких чеках рисовой оросительной системы урожайность риса достигает 75,2−80,3 ц/га в первый год возделывания после двухлетних посевов многолетних трав, во второй и третий год снижается до 70,0−74,2 и 67,8−70,4 ц/га соответственно. После выращивания суходольных культур (сои, озимой пшеницы) урожайность риса в первый год выращивания составляет 67,0−71,2 ц/га. В последующий год урожайность уменьшается на 2,6−4,8 ц/га (табл. 3).

На низких чеках лугово-болотных почв, где менее благоприятные окислительно-восстановительные условия, урожайность риса в первый год выращивания после многолетних трав составляет 62,0−67,5 ц/га, то есть в среднем на 13,3 ц/га меньше, чем на высоких. При выращивании рис по рису второй год урожайность уменьшается до 59,7−61,8 ц/га, а в третий год — до 52,0−58,1 ц/га. После занятого пара урожайность риса первого года возделывания составляет 59,8−62,3 ц/га, что меньше в среднем на 8,9 ц/га, чем на повышенных участках, во второй год снижается на 3,2−5,3 ц/га (табл. 3).

Таблица 4. Сравнительная урожайность риса на высоких и низких чеках (2012;2016 гг.), ц/га

Таким образом, наибольшая урожайность риса формируется на почвах, залегающих на повышенных формах рельефа, характеризующихся наиболее благоприятными окислительно-восстановительным режимом, физическими и физико-химическими свойствами. В среднем за 5 лет, на высоких чеках урожайность риса больше на 12,4 ц/га, чем на низких (табл. 4). При этом наибольшие показатели достигаются при возделывании риса в первый год после многолетних трав (табл. 3).

Выводы

На низких чеках лугово-болотных почв более интенсивно развиваются элювиально-глеевые процессы, выражающиеся в перераспределении по профилю илистых частиц, водорастворимого гумуса, подвижных соединений железа и фосфора. Эти почвы обладают высокой способностью редуцировать оксиды железа по сравнению с лугово-черноземными. Активность ферриредуктазы возрастает в 1,5−2,0 раза, а содержание двухвалентного железа — в 3,0−4,0 раза. На высоких чеках лугово-черноземных почв создаются более благоприятные физические и физико-химические свойства для возделывания риса и сопутствующих культур в севообороте. Почвы меньше уплотнены, обладают более высокой пористостью и благоприятным окислительно-восстановительным режимом. Наибольшая урожайность риса формируется на почвах, залегающих на повышенных формах рельефа (высокие чеки) и выше на 12,4 ц/га, чем на пониженных (низкие чеки).

• 1. Вальков В. Ф. Почвоведение (почвы Северного Кавказа) / В. Ф. Вальков, Ю. А. Штомпель, В. И. Тюльпанов.? Краснодар: Изд-во «Советская Кубань», 2002.? 300 с.
• 2. Гуторова О. А. Морфогенез рисовых лугово-болотных почв Кубани / О. А. Гуторова, А. Х. Шеуджен / Российская сельскохозяйственная наука, 2016.? № 6. — С. 25−27.
• 3. Гуторова О. А. Морфогенетические особенности рисовой лугово-черноземной почвы / О. А. Гуторова, А. Х. Шеуджен / Российская сельскохозяйственная наука, 2016.? № 4. — С. 53−56.
• 4. Попов В. А. Агроклиматология и гидравлика рисовых экосистем/ В. А. Попов, Н. В. Островский: монография. — Краснодар: КубГАУ, 2013. — 189 с.
• 5. Розанов Б. Г. Морфология почв / Б. Г. Розанов. — Изд-во: Академический проспект, 2004. — 432 с.
• 6. Шишов Л. Л. Классификация и диагностика почв России / Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М. И. Герасимова // Под ред. акад. РАН Г. В. Добровольского. — Смоленск: Окуймена, 2004. — 342 с.
• 7. Агрохимические методы исследования почв / Под ред. А. В. Соколова. — М.: Наука, 1975. — 656 с.
• 8. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. — М.: Изд-во МГУ, 1970. — 488 с.
• 9. Орлова Н. Е. Методы изучения содержания и состава гумуса / Н. Е. Орлова, Л. Г. Бакина, Е. Е. Орлова. — СПб.: Изд-во С.-Петербург. ун-та, 2007. — 145 с.
• 10. Хазиев Ф. Х. Методы почвенной энзимологии / Ф. Х. Хазиев. — Издательство: Наука, 2005. — 252 с.
• 11. Вадюнина А. Ф. Методы исследования физических свойств почв / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. — М.: Агропромиздат, 1986. — 416 с.
• 12. Гуторова О. А. Активность ферриредуктазы в почвах рисовых агроценозов / О. А. Гуторова, А. Х. Шеуджен, В. П. Кащиц / Сб. научных статей по материалам V Международной научной конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» (19−22 сентября 2017 г., СтГАУ, г. Ставрополь). — С. 325−326.
• 13. Шеуджен А. Х. Морфологические особенности и изменение магнитной восприимчивости почв рисового агроценоза и богары // А. Х. Шеуджен, О. А. Гуторова, Т. А. Зубкова, Р. В. Штуц, В. П. Кащиц, Е. П. Максименко, А. С. Филипенко, Н. С. Минаев // Международный научно-исследовательский журнал, 2016.? № 9−3 (51).? С. 133−137. doi: 10.18 454/IRJ.2016.51.010.
• 14. Бабанин В. Ф. Магнетизм почв / В. Ф. Бабанин, В. И. Трухин, Л. О. Карпачевский, А. В. Иванов, В. В. Морозов. — М.: Изд-во: ЯГТУ, 1995. — 222 с.