Особенности формирования физико-химических и агрохимических свойств дерново-подзолитых суглинистых почв при длительном применении различных способов обработки в условиях Центрального района Нечерноземной зоны РФ

Процесс воздействия человека посредством распашки целинных, находящихся под лесом и естественным лугом почв, с последующим внесением удобрений и возделыванием сельскохозяйственных культур приводит к существенному изменению многих условий почвообразования. Именно с момента распашки целинных почв на них начинает действовать новый фактор почвообразования — антропогенный (Никитин, 1986). Основа стабильного повышения почвенного плодородия — окультуривание почв. Именно процесс окультуривания обуславливает повышение гумусированности, накопление элементов питания и увеличение степени доступности растениям, улучшение агрофизических, физико-химических и других свойств. Этот процесс в конечном итоге определяет повышение потенциального и эффективного плодородия, повышает его буферность.

Приемы окультуривания включают те действия человека, которые направлены не просто на увеличение урожайности конкретной сельскохозяйственной культуры, но одновременно и на стабильное повышение почвенного плодородия. Создание культурной высокоплодородной почвы в современных условиях интенсивного сельскохозяйственного производства требует комплексного, целенаправленного воздействия одновременно на почвенный и растительный покровы, как единое целое. Это возможно осуществить путем преобразования элементарных ландшафтов в высокопродуктивные регулируемые агропедоценозы.

Культурный почвообразовательный процесс непосредственно влияет на характер биологического круговорота веществ и энергии, способствует формированию качественного нового типа биологического круговорота — культурного, отличающегося высокой скоростью и большей емкостью. Характерная геохимическая особенность культурного ландшафта, по мнению А. И. Перельмана (1972), состоит в резком ускорении миграции атомов.

Обработка почвы — одна из важнейших составных частей системы земледелия. Она во многом определяет уровень урожайности сельскохозяйственных культур, сохранение и восстановление плодородия почв, экологическую ситуацию территории. Обработка почвы, влияя на агрофизические, агрохимические и биологические показатели, существенно изменяет обеспеченность растений влагой и элементами минерального питания, ускоряет или замедляет процессы эрозии.

Между тем, к настоящему времени очень мало внимания уделяется изучению влияния длительного применения отдельных видов основной обработки дерново-подзолистых почв при формировании их состава и свойств. В то же время можно полагать, что при промывном типе водного режима и ослаблении действия окультуривающих мероприятий в дерново-подзолистых почвах при различных глубинах основной обработки будет наблюдаться различная степень проявления основных почвообразовательных процессов.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований являлось установление изменений в составе и свойствах дерново-подзолистых суглинистых почв при длительном применении различных видов обработок.

В задачи исследований входило:

1. Выявить изменения в морфологических профилях дерново-подзолистых почв, подвергающихся длительному применению различных видов обработок.

2. Определить характер изменения гранулометрического состава.

3. Изучить особенности формирования валового химического состава и основных физико-химических свойств дерново-подзолистых почв.

4. Установить влияние длительного применения различных видов обработки на формирование калийного и фосфорного режима дерново-подзолистых почв.

Научная новизна. Впервые в условиях Центрального района Нечерноземной зоны в северной его части выполнены исследования морфологических, физико-химических свойствгранулометрического и валового химического составасодержания и состава соединений калия и фосфора в дерново-подзолистых суглинистых почвах при длительном (более 30 лет) применении различных видов обработки.

Практическая значимость. Выявлена существенная разница в составе и свойствах дерново-подзолистых почв, подвергающихся длительному (• воздействию различных по глубине видов обработки. Отсутствие обработок и мелкие обработки ухудшали состав и свойства исследуемых почв. Глубокие — наоборот — приводили к некоторому улучшению показателей плодородия. В то же время, глубокие обработки способствовали более интенсивному элювированию подвижных питательных веществ и илистых частиц. Результаты исследований необходимо учитывать при выработке рекомендаций по системе обработок дерново-подзолистых легкосуглинистых почв.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на внутривузовских научных конференциях СПбГАУ (в 2002, 2003 гг) — на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых Северо-Западного Федерального округа «Молодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе» (Пушкин, 2003) — на Международном экологическом форуме «Сохраним планету Земля» (СПб. — 1−5 марта 2004) — на Международной научно-практической конференции «Роль почв v* сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие».

Пенза, 2005).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ. Объем и структура работы. Диссертация изложена на 310 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, включает 28 таблиц, 40 рисунков и 5 приложений.

Список литературы

включает 287 наименований, в том числе 52 на иностранных языках.

Выводы.

1. В дерново-подзолистых пахотных легкосуглинистых почвах емкость катионного обмена в верхнем двадцатисантиметровом слое колеблется в пределах 6,6−10,0 м-экв/100г. В элювиально-гумусовом и элювиальном горизонтах величины ее резко снижаются. Отвальная вспашка на глубину 20−22 см способствовала тому, что глубина выщелачивания катионов опускается на отметки 40−60 см. При минимальной обработке происходит существенное накопление катионов в пятидесятисантиметровом слое и постепенное их уменьшение с глубиной. При глубокой обработке культиватором-почвоуглубителем наблюдались наиболее низкие показатели ЕКО уже в двадцатисантиметровом слое, и сформировался мощный элювиальный горизонт. Безотвальное рыхление и вспашка плугом с вырезными отвалами способствовали существенному увеличению величин ЕКО до 9−10 м-экв/100г. При этом мощность элювиального горизонта была значительно меньшей.

9+.

2. Содержание обменных катионов Са и Mg было наименьшим (4,8−5,0 м-экв/100г) в почвах вариантов, в которых испытывались отвальные обработки как вдоль склона, так и поперек. В то же время, содержание данных катионов увеличилось в почве вариантов с нулевой и минимальными обработками (6,5−7,0 м-экв/100г). Содержание Са и Mg2+ в элювиальных горизонтах почв вариантов с отвальной обработкой уменьшилось в 2−3 раза по сравнению с верхним горизонтом. При нулевой и минимиальной обработках зона элювирования опускается глубоко вниз, а горизонт иллювиальный по отношению к Са2+ и Mg2+ не проявляется. Обработка почвы культиватором-почвоуглубителем КПГ-2,2 способствовала формированию минимального запаса обменных катионов Са и Mg в слое 0−20 см (5,25 м-экв/100г). Безотвальное рыхление и вспашка плугом с вырезными отвалами способствовали увеличению количества обменных катионов в данном слое. Характерной особенностью распределения Са и Mg в почвах всех трех вариантов с глубокой обработкой является четко выраженая элювированность данных катионов с формированием элювиальных и иллювиальных горизонтов. Активная кислотность почв вариантов, в которых испытывались неглубокие виды обработок, в верхних горизонтах (до 14−48 см) не проявляется, рН (н2о) в этих горизонтах колеблется в пределах 6,94−7,49. В более глубоких горизонтах она обнаруживается. Особенно отчетливо присутствие активной кислотности обнаруживается в почве варианта с отвальной обработкой поперек склона. Длительное применение глубоких безотвальных обработок способствовало, в целом, тому, что верхняя пятидесятисантиметровая толща исследуемых почв практически не имела активной кислотности. В более глубоких горизонтах данных почв она обнаруживается отчетливо.

Более наглядная картина изменчивости реакции изучаемых почв в зависимости от обработки проявилась при анализе данных обменной кислотности. В почве варианта с нулевой обработкой только верхний гумусовый горизонт имел нейтральную реакцию. В остальной части почвенной толщи сформировалась сильнокислая реакция с рНка 3,46−3,29.

Аналогичная, хотя и менее выраженная, закономерность формирования обменной кислотности проявилась и в почве варианта с минимальной обработкой. При отвальной обработке поперек склона весь исследуемый профиль характеризовался кислой реакцией. Отвальная обработка вдоль склона, напротив, привела к формированию нейтральной реакции в слое 044 см и кислой реакции в остальной части почвенного профиля. При длительном применении глубоких безотвальных обработок формирование обменной кислотности значительно отличается от вариантов с неглубокими обработками. Длительное применение безотвального рыхления способствовало более благоприятному состоянию реакции, а вспашка плугом с вырезными отвалами приводила, наоборот, к образованию среднекислой реакции (рНка — 4,85).

Неодинаковая картина обнаруживается и в распределении по почвенным профилям показателей гидролитической кислотности. Применение минимальной обработки почвы обеспечило минимальные показатели гидролитической кислотности, которые колебались в пределах 0,7−1,75 мг-экв/100г. В почве варианта с нулевой обработкой показатели гидролитической кислотности с глубиной резко возрастают и достигают в иллювиальном горизонте 3,5−5,25 мг-экв/100г. При отвальной обработке поперек склона в 40-сантиметровом слое почвы гидролитическая кислотность была выше, чем в аналогичной толще других вариантов и колебалась в пределах 2,27−2,62 мг-экв/100г. С глубиной величины ее возрастают и максимальными (6,12 мг-экв/100г) становятся в иллювиальном горизонте. Низкое значение гидролитической кислотности (0,8−1,57 мг-экв/100г) в почвах вариантов с глубокими обработками охватывают всю 60−70-сантиметровую толщу. Только в иллювиальных горизонтах этих почв показатели увеличиваются.

Содержание калия в изучаемых почвах колеблется в пределах 2,0−2,5%. Наблюдается отчетливое элювиально-иллювиальное распределение его в профилях почв вариантов с нулевой и отвальной обработкой вдоль склона.

В почве вариантов с отвальной обработкой поперек склона и безотвальным рыхлением количество калия наиболее низкое — 2,1−2,2% - приурочено к верхним горизонтам (0−32 и 0−39 см) и более высокое (2,4−2,5%) в остальной части профиля.

Содержание обменного катиона калия в почвах вариантов, в которых испытывались неглубокие обработки почв, колеблется в верхних горизонтах в пределах 3,4−7,8 мг К20 на 100 г. Более высокое оно в почвах, подвергающихся отвальным вспашкам и более низкое в почве варианта с минимальной обработкой (3,4 мг К20 на 100г). С глубиной количество изменяется, полностью корелируя с содержанием илистой фракции. В почвах вариантов с нулевой и минимальной обработками максимальное количество обменного калия приурочено к нижним горизонтам. В почве варианта «отвальная обработка поперек склона» такая закономерность отсутствует. В почвах вариантов, в которых испытывались глубокие обработки, содержание обменного катиона калия более высокое, чем в почвах с неглубокими видами обработок. В верхних горизонтах этих почв количество его изменяется от 5 до 13 мг К20 на 100 г. Более высокое оно в почве вариантов «безотвальное рыхление» и «вспашка плугом с вырезными отвалами» (10−13 мг К20 на 100г). В почве варианта «обработка КПГ-2,2» содержание К+ резко снижено (5 мг К20 на 100г). При распределении этой группы калийных соединений по профилю отчетливо проявляется элювиальное обеднение пахотных горизонтов и иллювиальное накопление К+ в нижней части профиля. В почве варианта «вспашка плугом с вырезными отвалами» иллювиальный характер накопления К+ выражен в меньшей степени.

Во всех вариантах, в которых испытывались неглубокие обработки, содержание кислоторастворимых (0,2н НС1) соединений калия значительно превышает количество обменного катиона К+. Доля дополнительно извлекаемого калия из почвы колеблется в пределах 5070% от всей массы кислоторастворимых калийных соединении. В ряде вариантов (минимальная обработка, отвальная обработка вдоль склона) в нижних горизонтах доля дополнительно извлекаемого калия снижена до 35−44%. И, наоборот, в почве варианта «отвальная обработка поперек склона» в верхнем (0−20 см) горизонте доля дополнительно извлеченного кислотой калия снижена до 49% против 58−62% во всей остальной части профиля. Длительное применение глубоких обработок способствовало более высокому содержанию кислоторастворимых соединений калия в сравнении с неглубокими обработками. При этом в почве варианта «безотвальное рыхление» оно более высокое (18−26 мг К20 на ЮОг), а в почве варианта «обработка КПГ-2,2» более низкое (12−14 мг К20 на ЮОг). Доля дополнительно извлеченного калия колеблется от 58 до 70% от всей массы кислоторастворимых соединений калия. Причем во всех трех вариантах с глубокими обработками в нижних горизонтах показатели ее снижены до 20−50%. Содержание необменного катиона калия и других труднорастворимых соединений его, извлекаемых 2н НС1, небольшое. В отдельных горизонтах эта группа соединений К не обнаружена, либо содержится в количествах 1−6 мг К20 на 100 г.

В почвах вариантов с нулевой и минимальной обработкой верхние горизонты (0−20 см) характеризуются крайне низкими (194−134 кг К20 на 1 га) запасами обменного калия. Низкие они также и в корнеобитаемом (050 см) слое — 382 и 253 кг К20 на 1 га соответственно. Из-за более высокого накопления обменного калия в слое 50−100 см суммарные запасы его в метровом слое довольно значительные -720−880 кг К20 на 1 га. Длительное применение отвальной обработки вдоль склона способствовало более высокому накоплению обменного катиона калия в слое 0−50 и 0−100см и, соответственно, более высоким запасам —497 и 1158 кг К20 на 1 га. Менее выраженная, но отчетливо высокая аккумуляция обменного калия, наблюдается в почве варианта «отвальная обработка поперек склона». Здесь в слое 0−50 см накопилось 459, а в слое 0−100 см — 956 кг К20 на 1 га. Длительное применение глубоких обработок привело к более контрастной картине формирования запасов обменного калия. Безотвальное рыхление способствовало максимальному из всех изучаемых почв накоплению обменного калия во всех горизонтах (298, 608, 1247 кг К20 на 1 га). Совершенно иная картина накопления обменного катиона калия наблюдается в почве вариантов со вспашкой плугом с вырезными отвалами и обработкой почвы культиватором КПГ-2,2. В почве эти вариантов запасы обменного калия крайне низкие во всех слоях. Запасы калийных соединений, извлекаемых 0,2н НС1 (ближний резерв), во всех совокупных горизонтах значительно выше запасов обменного катиона, но закономерность их формирования остается такой же, как и при распределении запасов обменного катиона калия. Запасы калийных соединений ближайшего резерва (вытяжка 2н НС1) крайне малы. Они колеблются в слое 0−20 см в изучаемых почвах от 20 до 100 кг К20 на 1 га, в слое 0−50 см — от 20 до 270 кг К20 на 1 га и в метровой толще -75−330 кг К20 на 1 га.

Соотношение основных групп соединений калия, определяющих непосредственный, ближний и ближайший резервы калия, различаются. В почве варианта с нулевой обработкой доля обменного калия колеблется в пределах 34−41%. Доля ближнего резерва составляет 45−58%. В почве данного варианта значительный процент калийных соединений (11−19%) приходится на группу соединений, извлекаемых 2н НС1. В почве варианта с минимальной обработкой относительное количество обменного катиона и группы соединений К, извлекаемых 0,2н НС1 более высокое, чем в почве варианта с нулевой обработкой. Доля ближайшего резерва крайне мала и составляет 3,7%. Длительное применение отвальной обработки вдоль склона способствовало некоторому снижению доли обменного калия и калийных соединений, извлекаемых 0,2н НС1, и, наоборот, существенному увеличению доли ближайшего резерва (вытяжка 2н НС1) — до 19%. Отвальная обработка поперек склона привела к увеличению доли обменного катиона калия (41%), а также относительного количества подвижных соединений, извлекаемых 0,2н НС1 (51%). Доля ближайшего резерва составила лишь 7,4%. В почве вариантов с глубокими обработками, в метровой толще доля запасов обменного калия равна 4850%. Относительное количество наиболее труднорастворимых соединений калия (вытяжка 2н НС1) в метровом слое равно 11,2−11,7%. Содержание рыхлосвязанных фосфатов в исследуемых почвах низкое и колеблется по вариантам опыта от 1 до 4,5 мг Р205 на 100 г. В большинстве вариантов опыта в распределении рыхлосвязанных фосфатов по профилю исследуемых почв наблюдается формирование элювиальных и иллювиальных горизонтов.

Суммарное количество фосфатов, извлекаемых 0,5NH4 °F, неодинаковое как по вариантам опыта, так и по горизонтам исследуемых почв. Более высоким содержанием данной группы фосфатов характеризуются почвы вариантов «минимальная обработка» и «отвальная обработка поперек склона на глубину 20−22 см». В этих почвах в верхнем двадцатисантиметровом слое аккумулируется до 100 мг Р2О5 на 100 г почвы. В профильном распределении данной группы фосфатов в этих почвах отчетливо выделяются элювиальные и иллювиальные горизонты. Значительно меньше накапливается фосфатов, извлекаемых 0,5NH4 °F, в почвах вариантов с нулевой обработкой и отвальной обработкой вдоль склона (20−43 мг Р2О5 на 100 г). Содержание фосфатов данной группы в почвах с глубокими обработками колеблется в пределах 25−25 мг Р205 на 100 г. При этом, наибольшим количеством характеризуется почва варианта «обработка КПГ-2,2» (49−53 мг Р205 на 100 г), а наименьшие запасы приурочены к почве с безотвальным рыхлением (20−27 мг Р205 на 100 г). В распределении этих соединений Р наблюдаются элювиальные и иллювиальные горизонты.

Содержание минеральных фосфатов, извлекаемых 0,5NHtF, в почвах вариантов с неглубокими обработками колеблется в пределах 10−32 мг Р205 на 100 г. Максимальное количество данной группы фосфатов приурочено к почве вариантов «минимальная обработка» и «отвальная вспашка поперек склона» (29−33 мг Р2О5 на 100 г), а в верхних горизонтах вариантов с нулевой обработкой и отвальной вспашкой вдоль склона составляет лишь 13−15 мг Р2О5 на 100 г. С глубиной содержание их падает. В почвах вариантов, в которых испытывали глубокие обработки, резких различий в содержании минеральных соединений фосфора не наблюдается. В верхних горизонтах количество этих соединений колеблется в пределах 18−21 мг Р2О5 на 100 г, а в нижних — от 11 до 14 мг Р2О5 на 100 г. Уменьшающееся содержание этой группы фосфатов не сопровождалось существенным накоплением в нижележащих горизонтах. Содержание органических соединении Р, извлекаемых фторидно-аммонийной вытяжкой, подвержено очень большим колебаниям. Максимальное количество этих соединений (55−71 мг Р205 на 100 г) накапливается в верхних горизонтах почв вариантов «минимальная обработка» и «отвальная обработка поперек склона». Минимальное количество органических соединений фосфора (7−13 мг Р2О5 на 100 г или 50−60%) содержится в почве, подвергавшейся безотвальному рыхлению. В почве других вариантов опыта содержание органических фосфатов, растворимых в 0,5NH4 °F, составляет 20−35 мг Р205 на 100 г или 50−65% от суммарного количества фосфора, находящегося в данной вытяжке. Количество соединений фосфора, извлекаемых 0,1 м NaOH, в почвах с неглубокими видами обработок в верхнем (0−20 см) слое колеблется в пределах 42−65 мг Р205 на 100 г. При этом наибольшее содержание (56−65 мг Р2О5 на 100 г) характерно для почвы вариантов с минимальной обработкой и отвальной обработкой вдоль склона, в то время как в почве других вариантов с неглубокими обработками количество их снижено до 42−53 мг Р205 на 100 г. В профильном распределении фосфатов, растворимых в 0,1 м NaOH, отчетливо выделяются элювиальные и иллювиальные горизонты. Длительное применение глубоких видов обработок способствовало существенному обеднению фосфатами данной группы основной части почвенного профиля. Содержание минеральных фосфатов, растворимых в 0,1 м NaOH, в верхнем (0−20 см) горизонте колеблется в пределах 16−28 мг Р2О5 на 100 г. Наиболее высокие запасы минеральных фосфатов (27−29 мг Р2О5 на 100 г) характерны для верхнего горизонта почвы с нулевой обработкой. В профиле почв, подвергающимся длительным неглубоким обработкам, содержание минеральных фосфатов с глубиной резко снижается (8−20 мг Р2О5 на ЮОг). В отличие от почв с неглубокими обработками, в профиле почв, подвергающихся глубоким видам обработок, в распределении минеральных фосфатов данной вытяжки выделяются два горизонта: элювиальный и иллювиальный. Количество органических соединений фосфора, извлекаемых 0,1 м NaOH, в верхнем горизонте почв с неглубокими обработками составляет 14−49 мг Р2О5 на 100 г. Наиболее высокое содержание этих соединений Р (49 мг Р2О5 на 100 г) содержится в почве варианта «отвальная обработка вдоль склона», а самое низкое (7−14 мг Р2О5 на 100 г) приурочено к верхнему (027 см) горизонту варианта с нулевой обработкой. В распределении органических соединений данной фракции отчетливо проявляются элювиальные и иллювиальные горизонты. В почве вариантов с глубокими обработками максимальное содержание органических соединений Р обнаруживается в верхнем горизонте почвы варианта «обработка КПГ-2,2» (68 мг Р2О5 на 100 г). Во всех вариантах данной серии обработок распределение органических фосфатов носит элювиально-иллювиальный характер. Данные об относительной доле органофосфатов, ко всей массе фосфорных соединений, извлекаемых 0,1 м NaOH, показывают, что содержание органических щелочнорастворимых соединений фосфора высокое в пределах профиля почв всех исследуемых вариантов. Именно эти соединения являются наиболее подвижными, способными мигрировать по профилю, определяя в большинстве почв элювиальные и иллювиальные горизонты.

Содержание фосфатов Са в самых верхних горизонтах изменяется от 6,5 до 26,5 мг Р2О5 на 100 г. В профилях почв с неглубокими обработками количество фосфатов кальция различаются существенно. Максимальное их содержание (17−26,5 мг Р205 на 100 г) характерно для почв варианта с минимальной обработкой. Самая низкая аккумуляция фосфатов данной группы наблюдается в почве варианта с нулевой обработкой (3−7,6 мг Р205 на 100 г). Промежуточное положение по содержанию фосфатов кальция занимают варианты, в которых испытывались отвальные обработки (10−18 мг Р2О5 на 100 г). В распределении их по профилю выделяются элювиальные и иллювиальные горизонты. По-иному происходит аккумуляции фосфатов кальция в почвах, подвергающихся глубоким обработкам. В этих почвах содержание данной группы соединений Р меньше и составляет 6−14 мг Р2О5 на 100 г. Различные виды глубоких обработок способствовали формированию неодинаковых по мощности элювиальных и иллювиальных горизонтов в распределении этих соединений по профилю.

Относительная доля рыхлосвязанных фосфатов изменяется по вариантам опыта от 1 до 4% от всех извлекаемых фосфорных соединений. В почвах вариантов с более высокой относительной долей этих соединений нижние горизонты исследуемых почв обеспечены ими в большей степени, нежели верхние. Относительное количество фосфатов, извлекаемых 0,5 м NH4 °F, в почвах с неглубокими видами обработок колеблется в пределах 22−58%. Наибольшие их величины (58−60%) приурочены к верхним горизонтам почв с минимальной обработкой и отвальной обработкой поперек склона. В то же время, доля этих соединений в почвах с нулевой обработкой и отвальной обработкой вдоль склона снижена до 40−42%. Распределение этих соединений по профилю носит элювиально-иллювиальный характер. Относительное количество фосфатов, растворимых в о фторидноаммонийной вытяжке в почвах с глубокими обработками изменяется от 31 до 48% от суммы всех извлекаемых фосфатов.

Наименьшие их величины (31−35%) характерны для профиля почвы с безотвальным рыхлением, а наибольшие (36−49%) для варианта «обработка КПГ-2,2». Доля фосфатов, извлекаемых 0,1 м NaOH, в большинстве вариантов опыта значительно превышает содержание фосфатов, извлекаемых 0,5 м NH4 °F. Особенно велико их количество в почвах вариантов с глубокими видами обработок (44−69%). Среди вариантов, в которых испытывались неглубокие виды обработок, наибольшей относительной долей этих фосфатов характеризуется почва вариантов «нулевая обработка» и «отвальная обработка вдоль склона» (4573%). В почвах других вариантов с неглубокими обработками относительное количество щелочнорастворимых фосфатов уменьшено до 30−33%. Доля фосфатов кальция в составе извлеченных соединений фосфора изменяется по вариантам опыта от 6 до 22%. Наиболее высокие показатели доли минеральных соединений Р в составе извлекаемой части фосфорных соединений имеют почвы вариантов «безотвальное рыхление» и «вспашка плугом с вырезными отвалами» (5058%). С глубиной относительная доля минеральных фосфатов уменьшается до 24−28%. В то же время, суммарное количество органических соединений Р здесь увеличено до 72−76%. Относительное количество органических фосфатов, растворимых в 0,5 м NH4 °F, в данных вариантах составляет 8−20%. В почве варианта «обработка КПГ-2,2» относительное количество органофосфатов очень высокое (60−65%). При этом доля органических соединений, извлекаемых 0,5 м NH4 °F и 0, lNaOH, распределяется примерно поровну. Суммарное относительное содержание минеральных фосфатов в почвах с неглубокими обработками составляет 30−56% от всех извлекаемых фосфорных соединений. Относительное содержание органофосфатов в почвах данных вариантов подвержено существенным колебаниям. В почве варианта «минимальная обработка» при относительной доле суммарного количества органофосфатов 74% в верхнем (0−20 см) горизонте около 46% приходится на фосфаты, извлекаемые 0,5 м NH4 °F. В глубоких горизонтах количество фосфатов, извлекаемых 0,5 м NH4 °F, снижается до 13−28%, а доля щелочнораствопимых соединений Р увеличивается до 39−42%. В глубоких горизонтах почв других вариантов доля щелочнорастворимых фосфатов увеличена, а количество фосфатов, растворимых в 0,5 м NH4 °F снижено. В распределении подвижных соединений фосфора (метод Кирсанова) в профиле почв, подвергающихся длительное время различным видам обработок, наблюдается их отчетливая аккумуляция в верхних горизонтах. Иллювиальное накопление подвижного фосфора наблюдается в почвах вариантов: нулевая, минимальная обработки, отвальная обработка поперек склона. Менее выраженное иллювиальное накопление этих соединений фосфора характерно для почв с глубокими видами обработок. Наиболее высокими запасами подвижных соединений фосфора характеризовалась почва варианта с минимальной обработкой. В этой почве запасы этих соединений составили: в слое 0−20 см — 0,82- в слое 0−50 -1,8- и в слое 0−100 — 3,54 т Р205 на 1 га. В почве вариантов с нулевой обработкой, отвальной обработкой запасы подвижного фосфора несколько ниже: в слое 0−20 -0,47−0,52- в слое 0−50 — 0,92−1,2 и в слое 0100 — 2,02−2,2 т Р2О5 на 1 га. Минимальные запасы подвижных соединений фосфора характерны для почв с глубокими видами обработок: в слое 0−20 — 0,54−0,72- в слое 0−50 — 0,73−1,29 и в слое 0−100 -1,28−1,98 т Р205 на 1 га.

Заключение

.

Длительное, в течение 30 лет, применение различных способов обработок дерново-подзолистых легкосуглинистых почв способствовало тому, что сформировались неодинаковые морфологические профили. В почвах с нулевой обработкой сформировался укороченный гумусовый горизонт. Минимальная обработка почв привела к увеличению мощности гумусового горизонта до 30 см. При длительном применении отвальной обработки на глубину 20−25 см вдоль склона сформировался гумусовый горизонт мощностью 44 см. Своеобразные профили распределения гумуса образовались при длительном применении глубоких обработок почв. Наиболее мощным (50 см) гумусовым горизонтом обладает почва варианта, где испытывалась вспашка плугом с вырезными отвалами. Безотвальное рыхление почв и обработка почвы КПГ-2,2 наоборот уменьшили мощность гумусовых профилей. В почвах исследуемых вариантов по-разному формировались элювиальные горизонты. В почвах с нулевой обработкой образовался горизонт AjA2 — 14−27 см. Отчётливо выделяется подзолистый (А2) горизонт мощностью 15 см (А2 27−42). В почве варианта с минимальной обработкой подзолистый горизонт (А2) выражен хорошо и имеет мощность 33 см (А2 30−52 см), переходный (А2В) и иллювиальный (В) горизонты хорошо выражены. Отвальная вспашка на глубину 20−25 см вдоль склона способствовала уменьшению мощности горизонта А2 до 11 см, в то время как такая же обработка поперек склона привела к увеличению мощности А2 до 17 см. При всех глубоких обработках подзолистый горизонт сохранялся. При безотвальном рыхлении мощность его достигает 30 см, а нижняя граница опускается на отметку 62 см. При значительно меньшей мощности горизонта А2 в почве варианта «вспашка плугом с вырезными отвалами» нижняя граница его опускается еще ниже (70 см). В почвах всех этих вариантов отчетливо выделяется переходный (А2В) и иллювиальный (В) горизонты.

Выявленные особенности морфологических профилей почв изучаемых вариантов отчетливо подтвердились в формировании гранулометрического состава. Преобладающими фракциями в исследуемых почвах являются песчаная и крупно-пылеватая, на долю которых приходится 60−80% всей массы почвы. Доля физической глины (частицы <0,01мм) по профилям почв изменяется от 21 до 35%. Среди частиц <0,01 мм содержание среднепылеватой и мелкопылеватой фракции колеблется в пределах 3−8%. Изменчивость показателей обеспеченности данными фракциями в пределах почвенных профилей незначительная. Совершенно иная картина наблюдается в распределении илистой фракции. В почве варианта с нулевой обработкой накопление ила происходит с глубины 42 см. В профиле почв с отвальной обработкой накопление ила начинается с глубины 55−58 см. Длительное применение глубоких обработок способствовало тому, что максимальное накопление ила начинается с глубины 70−88 см. Различная степень обеднения илистой фракцией верхних горизонтов исследуемых почв отчетливо прослеживается при анализе профильных кривых распределения элювиально-аккумулятивных коэффициентов (ЭАК). В почве вариантов, где применялась обычная отвальная обработка ЭАК (-0,47.-0,74) свидетельствует о высокой выщелоченности ила из верхнего пятидесятисантиметрового слоя, в то время как в почве с нулевой обработкой элювирование ила снижено (ЭАК -0,4.-0,6). Длительное применение глубоких обработок способствовало более интенсивному (ЭАК=-0,7. -0,8) элювированию илистых частиц.

Процессы выщелачивания этих веществ в исследуемых почвах подтвердились в распределении таких важных химических элементов как А1, Fe и Са, В распределении алюминия во всех изучаемых почвах наблюдаются две зоны. В первой зоне, характеризующие в основном верхние гумусовый и элювиальный горизонты, содержание А12Оз пониженное (7,2−7,8%). Во второй зоне, представленной переходным (А2В) и иллювиальным (В) горизонтами содержание его повышенное (9,3−11,5%). Наиболее отчетливое накопление А1 в иллювиальном горизонте происходит в почвах вариантов «нулевая обработка»., «отвальная обработка поперек склона» и «безотвальное рыхление». Элювиальная зона по этому элементу в почве варианта с нулевой обработкой распространяется на глубину 42 см, в то время как при применении отвальных и глубоких обработок она увеличивается до глубины 60−62 см. При этом масштабы элювирования алюминия наиболее высокие (ЭАК=-0,3-.-0,4) в почвах вариантов «отвальная обработка поперек склона» и «безотвальное рыхление».

Содержание железа в верхнем тридцатисантиметровом слое низкое (1,82,0). В почве варианта «нулевая обработка» иллювиальное накопление железа начинается с глубины 42 см, в других почвах с 58−62 см. Мощность иллювиального горизонта, в котором аккумулируется железо до 3,5−4,5%, достигает 50−60 см. Высокая дифференциация профилей изучаемых почв по железу подтверждается величинами ЭАК. Наиболее высокая выщелоченность железа из элювиальных горизонтов наблюдается в почвах вариантов «отвальная обработка поперек склона» и «безотвальное рыхление», элювиально-аккумулятивные коэффициенты в которых колеблются в пределах -0,44. -0,60.

В соответствии с изменяющимся содержанием ила в профиле исследуемых почв неодинаковы и показатели емкости катионного обмена (ЕКО) и суммы обменных Са и.

Mg. ЕКО в верхнем двадцатисантиметровом слое колеблется в пределах 6,6−10,0 м-экв/100г. В элювиально-гумусовом и элювиальном горизонтах величины ее резко снижены. Отвальная вспашка на глубину 20−25 см способствовала тому, что глубина выщелачивания катионов опускается на отметки 40−60 см. При минимальной обработке происходит существенное накопление катионов в верхнем пятидесятисантиметровом слое и постепенное уменьшение их количества с глубиной.

При глубокой обработке культиватором-почвоуглубителем наиболее низкие показатели ЕКО уже в двадцатисантиметровом слое, и сформировался мощный элювиальный горизонт. Безотвальное рыхление и вспашка плугом с вырезными отвалами способствовали существенному увеличению величин ЕКО до 9−10 м-экв/100г. При этом мощность элювиального горизонта была значительно меньшей. Содержание обменных катионов Са и Mg было наименьшим (4,8−5,0 м-экв/100г) в почвах вариантов, в которых испытывалась отвальная обработка, В элювиальных горизонтах этих почв количество данных катионов уменьшено в 2−3 раза в сравнении с верхним горизонтом. Обработка почвы КПГ-2,2 способствовала формированию минимального запаса обменных.

Л I л I катионов Са и Mg в слое 0−20 см (5,25 м-экв/ 100т). Безотвальное рыхление и вспашка почвы плугом с вырезными отвалами способствовали существенному увеличению количества обменных катионов в данном слое. Характерной особенностью распределения Са2+ и Mg2+ в почвах всех трех вариантов с глубокой обработкой является четко выраженная элювированность данных катионов с формированием элювиального и иллювиального горизонтов.

Глубокие обработки почв способствуют формированию наиболее кислой реакции в более глубоких горизонтах (60−70 см), в то время как в почвах с нулевой обработкой горизонты с кислой реакцией начинаются с глубины 27 см, а в почвах вариантов с отвальной обработкой с глубины 39−44 см.

В соответствии с особенностями почвообразования неодинаково идет накопление и распределение по профилю основных групп соединений калия и фосфора в профиле изучаемых почв.

Валовое содержание калия колеблется в пределах 2,0 — 2,5%. Наблюдается наиболее отчетливое элювиально-иллювиальное распределение калия в профиле почв вариантов «нулевая обработка» и «отвальная обработка вдоль склона». В почве вариантов «отвальная обработка поперек склона» и «безотвальное рыхление» количество калия наиболее низкое 2,1−2,2% и приурочено к верхним горизонтам (0−32 см и 0−39 см), а более высокое (2,42,5%) в остальной части профиля.

Содержание обменного катиона калия в почвах вариантов, в которых использовались неглубокие обработки почв, в верхних горизонтах составляет 3,4 — 7,8 мг К20 на 100 г. Более высокое оно в почвах, подвергающихся отвальным обработкам, и более низкое в почве варианта с минимальной обработкой (3,4 мг К20 на 100 г). С глубиной количество его изменяется, полностью корелируя с содержанием илистой фракции. В почвах вариантов с нулевой и минимальной обработками максимальное количество обменного К+ приурочено к нижним горизонтам. В почве варианта «отвальная обработка поперек склона» такая закономерность отсутствует. В почвах вариантов, в которых испытывались глубокие обработки, содержание обменного катиона К+ более высокое, чем в почве с неглубокими видами обработок. В верхних горизонтах этих почв количество его изменялось от 5 до 13 мг К20 на 100 г. Более высокое содержание обменного калия в почве вариантов «безотвальное рыхление» и «вспашка плугом с вырезными отвалами» (10−13 мг К20 на 100 г). В почве варианта «обработка КПГ-2,2» содержание обменного калия резко снижено (5 мг К20 на 100 г). При распределении этой группы калийных соединений по профилю отчетливо проявляется элювиальное обеднение пахотных горизонтов и иллювиальное накопление К+ в нижней части профиля. В почве варианта «вспашка плугом с вырезными отвалами» иллювиальный характер накопления К+ менее выражен.

Во всех вариантах, в которых испытывались неглубокие обработки, содержание кислоторастворимых (0,2н НС1 по Кирсанову) соединений калия значительно превышает количество обменного катиона К+. Доля дополнительно извлекаемого калия из почвы колеблется в пределах 50−70% от всей массы кислоторастворимых калийных соединений. В ряде вариантов (минимальная обработка, отвальная обработка вдоль склона) в нижних горизонтах почв доля дополнительно извлекаемого калия снижена до 35−44%. И, наоборот, в почве варианта «отвальная обработка поперек склона» в верхнем (0−20) горизонте доля дополнительно извлеченного кислотой калия снижена до 49% против 58−62% во всей остальной части профиля.

Длительное применение глубоких обработок способствовало более высокому содержанию кислоторастворимых соединений калия в сравнении с неглубокими обработками. При этом в почве варианта «безотвальное рыхление» оно более высокое (18−26 мг К20 на 100 г), а в почве варианта «обработка КПГ-2,2» более низкое (12−14 мг К20 на 100 г). Доля дополнительно извлеченного калия колеблется от 58 до 70% от всей массы кислоторастворимых соединений калия. При этом во всех трех вариантах с глубокими обработками в нижних горизонтах показатели ее снижены до 2050%.

Содержание необменного катиона калия и других труднорастворимых соединений его, извлекаемых 2н НС1, небольшое. В отдельных горизонтах эта группа соединений К не обнаружена, либо содержится в количествах 1−6 мг К20 на 100 г.

Групповой состав фосфатов определялся по методу Чанга и Джексона.

Суммарное содержание извлекаемых фосфатов в почвах вариантов, в которых испытывались неглубокие виды обработок, в слое 0−20см изменяется от 93 до 186 мг Р205 наЮОг почвы. Максимальным оно было в почве вариантов, в которых применялась минимальная обработка и отвальная обработка поперёк склона (177−186 мг Р2С>5 на ЮОг), а минимальное в почве варианта «нулевая обработка». В почвах вариантов, в которых испытывались глубокие обработки, содержание данных групп фосфатов меньше, чем в почвах вариантов с неглубокими обработками.

Относительное количество рыхлосвязанных фосфатов низкое (1−4% от всех извлекаемых фосфорных соединений). Количество фосфатов, извлекаемых 0,5н NH4 °F (фосфаты А1), в почве вариантов с неглубокими обработками изменяется от 22 до58%. Наибольшие величины этих соединений приурочены к почвам вариантов «минимальная обработка», «отвальная обработка поперёк склона» (58−60%), в то время как в почвах вариантов «нулевая обработка», «отвальная обработка вдоль склона» количество их равно 40−42% от всех извлекаемых соединений Р. С глубиной относительная обеспеченность этой группой фосфорных соединений снижена. В почвах вариантов, в которых испытывались глубокие виды обработок относительная доля фосфатов, извлекаемых 0,5н NH4 °F, понижена до 28−40%.

Обеспеченность фосфатами, извлекаемыми 0,1 м NaOH, более высокая в почве вариантов, в которых испытывались глубокие виды обработок (44−69%), чем в почвах вариантов с неглубокими обработками. Количество фосфатов Са по вариантам опыта колеблется в пределах 6−20%. В вытяжках 0,5н NH4 °F и 0,1 м NaOH определялись отдельно органические соединения Р.

Наиболее высокие показатели доли всех извлекаемых минеральных соединений Р имеют почвы вариантов «безотвальное рыхление», «вспашка плугом с вырезными отвалами» (50−58%). С глубиной относительная доля их уменьшается до 24−28%. В тоже время суммарная доля органических соединений Р здесь увеличена до 72−76%. Относительное количество органофосфатов, растворимых в 0,5н NH4 °F в данных вариантах колеблется в пределах 8−20%. В почве варианта «обработка КПГ-2,2» относительное количество органофосфатов очень высокое (60−65%). При этом содержание их между фракциями (NH4 °F и NaOH) распределяется поровну.

Суммарное относительное содержание минеральных соединений Р в почвах вариантов с неглубокими обработками изменяется от 30 до 50% от всех извлекаемых фосфатов. В почве варианта «минимальная обработка» при относительной доле суммарного количества органофосфатов 74% в верхнем (020см) горизонте около 46% приходится на группу соединений, извлекаемых 0,5н NH4 °F, а доля щелочно-растворимых соединений фосфора равняется 3942%. В глубоких горизонтах почв других вариантов доля щелочно-растворимых фосфатов увеличена, а количество фосфатов, растворимых во фторидно-аммонийной вытяжке снижается.