Перспективы мелиорации чернозёмов выщелоченных Западного Предкавказья

В настоящее время среди многих проблем деградации чернозёмов, выделяется истощение почвы, связанное с её естественным «старением» и обусловленное выветриванием первичных минералов, особенно в агроценозах. В масштабах геологического времени эти процессы протекают более медленно, чем процессы дегумификации, и менее заметны с высоты относительно непродолжительного человеческого века. Минеральные коллоиды в чернозёме выщелоченном представлены иллитом (40%), который содержит до 10% К2О и является основным источником калия для растений; смектитом (30%), где преобладает группа монтмориллонита, и каолинитом (30%) [8]. В наших чернозёмах идёт медленный процесс иллитизации, когда монтмориллонит поглощает калий и трансформируется в иллит. Нарушение баланса между монтмориллонитом и каолинитом в пользу последнего приводит к каолинитизации или «старению» почвы [8,11]. В то же время многие авторы дают почвообразующим горным породам, на которых сформировались чернозёмы Европы и Азии, высший разряд — гидрослюдисто — смектитовый карбонатный, так как они в голоцене обогащались полимиктовыми материалами [2,3,4]. Это преимущество необходимо учитывать и использовать для возрождения чернозёмов.

Процесс почвообразования носит эволюционный характер и для чернозёмов образует эволюционный ряд: южные>обыкновенные>

типичные> выщелоченные >оподзоленные. На пашне эволюционные процессы прекращают свое действие, и начинается деградация. Ученые Ставрополья предлагают её называть метаморфозом, который характеризуется возрастанием темпов выветривания и каолинитизации [11]. В своих исследованиях они доказывают, что обработка почв, орошение, внесение удобрений способствуют увеличению биомассы растений и объёмов выветривания. У корневых волосков, как и у почвенных коллоидов, имеется в наличии определенная емкость поглощения катионов и анионов. Величина ёмкости поглощения корней зависит от биологических особенностей растений, условий их питания и других факторов. Ёмкость поглощения катионов на 100 г сухого вещества корней составляет у бобовых культур 40−60 мг-экв., у картофеля и томатов — 35−38, у злаков — 9−26 мг-экв. [6,9]. Значительную часть ёмкости катионного обмена растений составляют ионы водорода (Н+). В условиях недостатка элементов питания растение вынуждено ими разрушать минеральную основу почв. Следовательно, плодородие почв было бы значительно ниже, если бы оно не поддерживалось выветриванием первичных минералов.

Замедлить естественное «старение», то есть сдерживать процессы иллитизации-каолинитизации возможно с помощью реминерализации почвы, её «омоложения» материнской горной породой. Одним из главных мелиоративных приёмов при этом является известкование. Однако в условиях Азово-черноморской равнины необходимо изыскивать альтернативные, более дешёвые мелиоранты, которые в небольших дозах могли бы использоваться как кальциевые и серные удобрения, а также играть роль фактора, сдерживающего подкисление чернозёмов. Исходя из этого, особое значение имеют лёссовидные глины и суглинки вскрываемых карьерных пород. Они являются верхней частью четвертичных континентальных отложений мощностью до 90 м, которые сплошным слоем покрывают территорию Прикубанской равнины и являются почвообразующими породами для чернозёмов данного региона.

Одной из причин снижения урожая является также недостаточная обеспеченность серой сельскохозяйственных культур, возделываемых на Кубанских чернозёмах [7]. До недавнего времени было широко распространено мнение, что сера не может быть дефицитным элементом питания растений, поскольку она в значительных количествах поступает в почву из загрязненной техногенными выбросами атмосферы в виде кислотных дождей. Однако наблюдения последних лет показали, что загрязнение атмосферы и почв серой носит локальный характер и на довольно больших территориях не превышает 5 кг/га в год. Такое количество не может компенсировать отчуждения элемента с урожаем, достигающего для некоторых сельскохозяйственных культур более 30 кг (бобовые, некоторые овощные) [5]. В тоже время применение серосодержащих удобрений (сульфат аммония, элементарная сера) способно подкислять почву. Подкисление почв носит на Кубани всеобщий характер. Наиболее опасно подкисление выщелоченных чернозёмов: за последние 25 лет в среднем по пахотному слою активная кислотность увеличилась на 0,4 единиц рН [1]. мелиорация чернозём удобрение Итак, необходимость проведения коренных долгосрочных мелиораций чернозёмов выщелоченных Западного Предкавказья с помощью дешёвых и доступных мелиорантов назрела и актуальна. В качестве альтернативного мелиоранта могут быть использованы генетически близкие к чернозёмам лёссовидные породы Азово-Кубанской равнины. В связи с этим, основной целью наших исследований было изучить действие лёссовидного суглинка, минеральных удобрений и элементарной серы на физико-химические свойства и содержание форм серы в чернозёме выщелоченном.

В лабораторном трёхфакторном опыте (2Ч2Ч2) изучалось действие на содержание форм серы и физико-химические свойства чернозёма выщелоченного двух градаций (0 и 1) каждого фактора: лёссовидного суглинка — ЛС (фактор А), N90Р60К60 (фактор В) и элементарной серы — S60 (фактор С). В качестве основных удобрений использовались аммофос, аммиачная селитра и калий хлористый. Схема соответствовала полному факториальному эксперименту: 1) N0P0K0S0 (контроль), 2) N0P0K0S60, 3) N90P60K60S0, 4) N90P60K60S60, 5) ЛС+N0P0K0S0, 6) ЛС+N0P0K0S60, 7) ЛС+ N90P60K60 S 0, 8) ЛС+N90P60K60S60. Чернозём отбирался из слоя 0 — 20 см на залежных землях Ботанического сада КГАУ. Вскрышная порода, представленная лёссовидным суглинком, была отобрана для исследования со дна карьера строительного сырья глубиной 8−10м, находящегося в пригороде г. Краснодара (учебное хозяйство «Кубань»). По гранулометрическому составу она относится к иловато-пылеватым тяжелым суглинкам с содержанием частиц физической глины — 54,9% и иловатой фракции — 33,7%. Исследуемая порода бедна органическим веществом (0,29%), валовым азотом (0,051%) и подвижными фосфатами (3,6 мг на 100 г породы). Характерной особенностью валового химического состава является значительное количество кремнезёма (69,6−72,2%) при значительном содержании алюминия, железа и кальция. Она характеризуется достаточно высоким относительным содержанием фосфора (0,15−0,17%), калия (1,30−1,70%) и серы (0,15−0,19%). Лессовидные породы содержат 8,24−9,44% карбонатов кальция, что обусловливает их среднещелочную реакцию среды (рНн2о 8,3−8,5). Они практически не засолены, так как содержание воднорастворимых солей в них не превышает 0,082%. По «Классификации вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель» исследуемые в опыте породы отнесены в группу пригодных и подгруппу потенциально-плодородных пород с благоприятными физическими и химическими свойствами для произрастания сельскохозяйственных растений [10].

Высушенные образцы пропускались через сита с диаметром отверстий.

1 мм, а затем помещались в стеклянные стаканы. Компостирование проводилось в течение 3-х месяцев при постоянной влажности почвы и смеси (100г почвы + 25 г лёссовидного тяжёлого суглинка), соответствующей 60% предельно-полевой влагоёмкости. Повторность трёхкратная. После окончания компостирования в образцах почвы и смеси определялись физико-химические свойства, содержание валовой, минеральной и подвижной серы общепринятыми методами.

Почвенно-поглощающий комплекс (ППК) служит основным буферным механизмом почвы. Однако скорость обмена и прочность закрепления катионов зависит от многих факторов: валентности, ионного радиуса катиона, его концентрации в почвенном растворе и степени насыщенности им почвы, а также местом положения на коллоидных частицах и разной подвижностью.

В результате исследований установлено существенное по сравнению с контролем увеличение суммы обменных оснований на вариантах с применением породы (11,5%) и породы с элементарной серой (17,8%). Это объясняется тем, что в условиях оптимальных для обменных реакций (по увлажнению и температуре) в соответствии с законом действующих масс энергичнее всего поглощаются катионы с более высокой концентрацией в почвенном растворе (табл. 1).

Гидролитическая кислотность существенно изменялась на всех опытных вариантах, за исключением варианта с применением серы. Использование N90P60K60 и N90P60K60S60 увеличивало на 25,3% этот показатель, а внесение одной породы и в сочетании её с минеральными удобрениями уменьшало его на 24,7%. При высокой концентрации катион водорода начинает энергично вытеснять из ППК основные катионы, уменьшая сумму обменных оснований и одновременно повышая гидролитическую кислотность. При этом активная кислотность, обусловленная оставшимися в почвенном растворе протонами, может частично уменьшаться, что и наблюдалось в нашем опыте.

Таблица 1 — ВЛИЯНИЕ ЛЁССОВИДНОГО СУГЛИНКА И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ФОРМ СЕРЫ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЁМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО.

Активная и обменная виды кислотности существенно уменьшались на всех вариантах с применением как одной лёссовидной породы, так и в сочетании с минеральными удобрениями. Установлены значимые на 5%-ном уровне положительный эффект от применения породы (0,25ед. рНн2о и рНксl) и отрицательный? от применения N90P60K60 (? 0,04−0,07 ед. рНн2о и рНксl). Рекомендуется рН доводить до интервала 5,5−7,0. При этом доступность железа, меди, марганца и цинка снижается, а азота, серы, калия, кальция, магния, фосфора и молибдена возрастает [6].

Изучение содержания форм серы в опыте показало, что из всех изучаемых факторов существенное влияние на содержание валовой серы установлено на вариантах с применением породы, элементарной серы или при совместном внесении их в почву (табл. 1). Установлены значимые на 5%-ном уровне раздельные эффекты от применения породы (?1,65 мг на 100 г почвы) и элементарной серы (6,35 мг на 100 г почвы). Использование элементарной серы в сочетании с породой, N90P60K60 и трёх факторов вместе также существенно увеличивало содержание валовой серы (на 10,4−19,3%).

Содержание минеральной серы изменялось в опыте более динамично, чем валовой: все главные эффекты (А, В, С) и взаимодействия (АВ, АС, ВС, АВС) значимы на 5%-ном уровне. Главные эффекты от применения лёссовидного суглинка, N90P60K60 и S60 составили соответственно 0,90; 1,33 и 2,49 мг на 100 г почвы. Эффекты взаимодействия элементарной серы с породой, с N90P60K60 и трёх факторов вместе составили соответственно 0,44; 0,58 и 0,47 мг на 100 г почвы. Взаимодействие породы и N90P60K60 дали отрицательный эффект (?0,42 мг на 100 г почвы). Сера проходит цикл окисления в почве и восстановления в растении наподобие круговорота азота. Из материнских пород она высвобождается по мере выветривания минералов. При разложении органического вещества почвы сера минерализуется в начале в форме сульфидов и затем окисляется до сульфатной формы [5,9]. В нашем опыте элементарная сера, находясь в нулевой степени окисления, за время эксперимента частично окислилась до сульфатной формы. Об этом свидетельствует увеличение минеральной серы на варианте с применением одной серы (52%). Раздельное внесение породы и N90P60K60 увеличивает количество этого компонента соответственно на 21,4 и 37,0% по сравнению с контролем. Однако наибольшее увеличение в содержании минеральной серы установлено при совместном использовании элементарной серы с породой, N90P60K60 и особенно трёх факторов вместе (на 168, 198 и 221%). Это объясняется положительным взаимодействием изучаемых в опыте факторов, когда эффект от совместного их применения больше суммы эффектов от раздельного применения каждого из них (явление синергизма).

Сера отличается от азота и фосфора тем, что ее доступные растениям формы беднее и интенсивность ее реакций в почвах меняется в более широких пределах. Поскольку растение потребляет серу в виде сульфатов, то в основу почвенной диагностики положено определении этих соединений. В нашей стране приняты следующая градация почв по содержанию подвижного сульфата, извлекаемого хлоридом калия, мг на 100 г почвы: низкое? 1,2 [5]. Исходное содержание подвижной серы на контрольном варианте исследуемого чернозёма характеризуется как низкое. Установлены значимые на 5%-ном уровне главные эффекты: от применения породы? 0,63; N90P60K60? 0,81 и элементарной серы? 0,98 мг на 100 г почвы. Использование элементарной серы в сочетании с N90P60K60, породой и трёх факторов вместе также существенно увеличивало содержание подвижной серы: соответственно в 2, 4 и 5 раз по сравнению с контрольным вариантом. Применение изучаемых факторов способствовало переводу исследуемой почвы в категорию со средним и высоким содержанием подвижной серы.

Таким образом, применение лёссовидного суглинка благоприятно действует на почвенно-поглощающий комплекс чернозёма выщелоченного. Установлено существенное по сравнению с контролем увеличение суммы обменных оснований на вариантах с применением породы (11,5%) и породы с элементарной серой (17,8%). Изучаемая порода обеспечивает нужный запас основных катионов и мягкий, но достаточный подщелачивающий эффект. Применение одной породы и в сочетании её с минеральными удобрениями уменьшает гидролитическую кислотность на 24,7%. При изучении активной кислотности установлен также положительный эффект от применения породы (0,25ед. рНн2о и рНксl).

Используемые в опыте минеральные удобрения подкисляют чернозём: N90P60K60 и N90P60K60S60 увеличивает гидролитическую кислотность на 25,3%. Установлен также отрицательный эффект действия на активную и обменную кислотность от применения N90P60K60 (? 0,04ед. рНн2о и ?0,07 ед. рНксl), однако в сочетании с породой отрицательный эффект влияния их на почвенно-поглощающий комплекс нивелируется.

Использование элементарной серы в сочетании с породой, N90P60K60 и трёх факторов вместе существенно увеличивает содержание валовой серы (на 10,4−19,3%). Установлен положительный эффект от применения элементарной серы (6,35 мг на 100 г почвы). Применения только одной породы несколько уменьшает содержание валовой серы.

Раздельное внесение породы, N90P60K60 и серы увеличивает количество минеральной серы в почве соответственно на 21,4; 37,0 и 52% по сравнению с контролем. Наибольшее увеличение в содержании минеральной серы установлено при совместном использовании элементарной серы с породой, N90P60K60 и особенно трёх факторов вместе (на 168, 198 и 221%).

При изучении содержания в почве подвижной серы установлены положительные эффекты от применения породы, N90P60K60 и элементарной серы (0,63; 0,81 и 0,98 мг на 100 г почвы). Использование элементарной серы в сочетании с N90P60K60, породой и трёх факторов вместе увеличивает содержание подвижной серы в 2, 4 и 5 раз по сравнению с контролем.

Результаты исследований могут быть использованы в качестве базовых вариантов полевого опыта по изучению реминерализации чернозёмов выщелоченных в сочетании с применением удобрений.

• 1. Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодарского края / Науч. ред.: И. Т. Трубилин, Н. Г. Малюга. — Краснодар, 1997. — 236с.
• 2. Алексеев В. Е. Минералогия почвообразования в степной и лесостепной зонах Молдавии. Кишинев, 1999. — 240 с.
• 3. Градусов Б. П. Опыт оценки состава и свойств литогенной оценки экосистем мира// Почвоведение, 1995. № 2. С. 217 — 229.
• 4. Крупенников И. А. Типизация антропогенных процессов деградации чернозёмов // Почвоведение, 2005. № 12. С. 1509 — 1517.
• 5. Маслова И. Я. Диагностика и регуляция питания яровой пшеницы серой Новосибирск: Наука, 1993. 124с.
• 6. Панников В. Д., Минеев В. Г. Почва, климат, удобрения и урожай. — М., Колос, 1977. — 416 с.
• 7. Слюсарев В. Н. Свойства чернозёмов Западного Предкавказья и обеспеченность их серой// Труды Куб. гос. агр. ун-та. Вып.2. Краснодар, 2006. С. 157−165.
• 8. Соляник Г. М. Почвы Краснодарского края: Учеб. пособие. Краснодар: Куб.гос.ун-т, 2004. 70с.
• 9. Томпсон Л. М., Троу Ф. Р. Почвы и их плодородие. М.: Колос, 1982. 462с.
• 10. Штомпель Ю. А., Котляров Н. С., Терпелец В. И. Охрана почв и рекультивация земель Северо-Западного Предкавказья. Краснодар: Изд-во «Советская Кубань», 2000. 207 с.
• 11. Цховребов В. С. Агрогенная деградация чернозёмов Центрального Предкавказья. Ставрополь: Изд-во СтГАУ «Агрус», 2003. 224 с.