Russian Federation
Russian Federation
The study compared morphology and properties of clay illuvial chernozems (undisturbed, arable and abandoned) of the forest-steppe one of West Siberia. The soils were found to differ in their profile layout, surface horizon structure, location of the carbonate layer, as well as organic carbon, mobile phosphorus and exchangeable magnesium contents. The absence of significant differences in soil granulometry, carbonate and exchangeable potassium contents suggests resilience of the studied soils to acrogenic pressure.
Luvic Greyzemic Chernozem (Siltic), virgin soil, arable soil, abandoned arable soil, soil morphology, carbon, carbonates, phosphorus, potassium, magnesium
В последние десятилетия одним из важных направлений исследований является изучение постагрогенных трансформаций в почвах, по разным причинам выведенных из пашни [1-2]. В фокусе внимания находятся различные аспекты постагрогенных изменений в почвах разновозрастных залежей, включая их гумусное состояние, физические, химические и биологические свойства [3-6 и др.]. Исследования, посвященные агрогенным и постагрогенным изменениям свойств черноземов западно-сибирского региона, в последние 20 лет единичны [7-10 и др.]. Поэтому цель работы – сравнить морфологию и свойства черноземов глинисто-иллювиальных лесостепной зоны Западной Сибири в условиях целины, пашни и залежи.
Объекты исследования. Исследования проводили в лесостепной зоне Западной Сибири (Искитимский район, Новосибирская область). По почвенно-экологическому районированию эта территория относится к Предалтайской лесостепной почвенной провинции [11], в почвенном покрове которой преобладают черноземы глинисто-иллювиальные и миграционно-мицелярные и их агрогенные аналоги [12].
Отбор почвенных проб проводили из полнопрофильных разрезов по генетическим горизонтам летом 2020 года на трех участках исследования: (1) Целина (54,668˚ с.ш. и 83,125˚ в.д.) – представляла собой бобово-разнотравно-злаковую луговую степь; (2) Пашня (54,662˚ с.ш. и 83,093˚ в.д.) – была засеяна ячменно-вико-овсяной смесью; (3) Залежь (27 лет на момент отбора, 54,666˚ с.ш. и 83,098˚ в.д.) – злаково-разнотравный остепнённый суходольный луг.
Выполнено морфологическое описание профилей согласно полевому определителю почв [2008], что позволило диагностировать почву на целине как чернозем глинисто-иллювиальный элювиированный маломощный среднесуглинистый, на пашне – агрозем темный глинисто-иллювиальный мелкий среднесуглинистый, на залежи – агрочернозем глинисто-иллювиальный постагрогенный маломощный среднесуглинистый. По классификации IUSS Working Group WRB [2022] почва на целине и залежи характеризуется как Luvic Greyzemic Chernozem (Siltic), на пашне – Luvic Greyzemic Chernozem (Siltic, Aric). По классификации почв СССР [1977] на всех участках диагностирован чернозем выщелоченный маломощный среднесуглинистый.
Методы исследования. Почвы проанализированы на содержание органического углерода (Сорг) по методу Тюрина; общего азота (Nобщ) ‒ по методу Кьельдаля; карбонатов (СаСО3) ‒ газоволюметрически на кальциметре Голубева; подвижного фосфора – по Чирикову (0,5 М СН3СООН, при соотношении почва : экстрагент = 1:25); калия и магния в обменной форме – по Масловой (1 М CH3COONH4, 1:10), в необменной форме – по Pratt, Morse (1 М НNO3 с кипячением, 1:10); кислотность (рНвод) – потенциометрически; гранулометрический состав – методом пипетки с диспергацией образцов пирофосфатом натрия. Все расчеты представлены на абсолютно-сухую массу.
Результаты и их обсуждение. Формулы профилей и рассмотренные свойства почв трех участков исследования приведены в таблице. Типодиагностическими горизонтами целинного чернозема являются темногумусовый (AU) и срединный глинисто-иллювиальный (BI). На поверхности почвы присутствует дернина (AUrz, по: [13]) мощностью 10 см, которая сформировалась благодаря травянистой растительности с преобладанием дерновинных злаков. Ниже дернины AU горизонт имеет типичную темно-серую окраску, хорошо выраженную биогенную порошисто-зернистую структуру с обилием копролитов. Пахотная почва по строению профиля отличается от целины только поверхностным агротемногумусовым (PU) горизонтом с выраженной плужной подошвой в нижней его части и крупно-комковатой структурой. Отличительным признаком залежной почвы является темногумусовый постагрогенный (AUра) горизонт с хорошо восстановившейся порошисто-зернистой структурой, с вновь сформировавшейся дерниной (AUrz) в верхней части профиля. В то же время в залежной почве сохраняются признаки плужной подошвы, ниже которой расположен небольшой слой целинного AU горизонта. Срединные горизонты почв трех участков сходны: BI горизонт обладает ореховато-мелкопризматической структурой с тонкими (до 1 мм) гумусово-глинистыми кутанами на гранях агрегатов, а в аккумулятивно-карбонатном (ВCA) горизонте карбонатные новообразования представлены псевдомицелием.
Таким образом, отличительными признаками морфологии целинного чернозема является горизонт AUrz (дернина) и порошисто-зернистая биогенная структура гумусового горизонта. Для залежных почв эти признаки являются важными показателями постагрогенной трансформации [1, 5-6, 8, 10] и свидетельствуют о восстановлении почвы до состояния близкого к целинному. Это подтверждает ранее установленный факт, что черноземы лесостепной зоны Западной Сибири в условиях длительного использования под посевы выращиваемых культур проявляют высокую степень устойчивости к агрогенным нагрузкам, частично сохраняют природную комковато-зернистую структуру и быстро ее восстанавливают [7].
Таблица 1. Строение и свойства черноземов на целине, пашне и залежи.
|
Горизонт |
Глубина, см |
рНвод |
Содержание, % |
Мг /100 г почвы |
|||||||
|
К |
Mg |
||||||||||
|
Сорг |
Nобщ |
СаСО3 |
Ил* |
ФГ* |
I* |
II* |
I* |
II* |
|||
|
Целина |
|||||||||||
|
AUrz |
0-5 |
5,97 |
4,70 |
0,52 |
2,11 |
10,08 |
30,28 |
47 |
93 |
36 |
245 |
|
5-10 |
5,96 |
3,97 |
0,43 |
2,14 |
11,68 |
32,36 |
26 |
86 |
35 |
250 |
|
|
AU |
10-20 |
6,35 |
3,38 |
0,38 |
2,12 |
13,60 |
35,52 |
22 |
114 |
41 |
387 |
|
20-30 |
6,64 |
2,11 |
0,23 |
2,11 |
17,80 |
40,12 |
21 |
110 |
34 |
320 |
|
|
BI |
35-45 |
6,76 |
0,81 |
0,11 |
2,34 |
23,68 |
41,24 |
21 |
86 |
30 |
395 |
|
60-70 |
6,85 |
0,38 |
0,06 |
2,55 |
25,00 |
43,72 |
23 |
64 |
26 |
348 |
|
|
BCA |
82-92 |
7,83 |
0,29 |
– |
10,19 |
25,24 |
48,72 |
– |
– |
– |
– |
|
Пашня |
|||||||||||
|
PU |
0-5 |
6,91 |
2,42 |
0,30 |
1,71 |
17,48 |
37,96 |
30 |
167 |
30 |
345 |
|
5-10 |
6,71 |
2,48 |
0,33 |
2,11 |
13,92 |
36,92 |
30 |
137 |
30 |
396 |
|
|
10-20 |
6,70 |
2,31 |
0,33 |
1,91 |
17,48 |
41,16 |
37 |
172 |
34 |
341 |
|
|
20-30 |
6,80 |
2,85 |
0,33 |
1,91 |
16,12 |
41,40 |
29 |
169 |
34 |
392 |
|
|
BI |
30-40 |
7,14 |
0,55 |
0,09 |
2,11 |
22,28 |
40,28 |
21 |
93 |
26 |
397 |
|
45-55 |
7,26 |
0,21 |
0,06 |
2,11 |
24,32 |
42,04 |
22 |
89 |
26 |
448 |
|
|
BCA |
65-75 |
8,05 |
0,15 |
– |
10,62 |
20,50 |
35,72 |
– |
– |
– |
– |
|
Залежь |
|||||||||||
|
AUrz |
0-5 |
5,25 |
4,23 |
0,44 |
1,71 |
13,84 |
38,76 |
43 |
180 |
26 |
309 |
|
AUра
|
5-10 |
6,01 |
3,39 |
0,38 |
1,91 |
13,16 |
38,16 |
20 |
127 |
30 |
348 |
|
10-20 |
6,59 |
3,49 |
0,37 |
2,11 |
11,96 |
37,28 |
21 |
123 |
35 |
300 |
|
|
20-30 |
6,76 |
3,18 |
0,35 |
1,71 |
11,52 |
35,24 |
19 |
142 |
30 |
348 |
|
|
AU |
30-35 |
6,74 |
1,70 |
0,19 |
2,11 |
18,24 |
41,88 |
26 |
141 |
30 |
272 |
|
BI |
35-45 |
6,90 |
0,76 |
0,09 |
2,34 |
23,56 |
42,20 |
23 |
137 |
28 |
305 |
|
55-65 |
7,06 |
0,33 |
0,06 |
1,71 |
23,60 |
39,12 |
22 |
89 |
20 |
337 |
|
|
BM |
72-82 |
7,08 |
0,28 |
– |
2,62 |
23,72 |
40,16 |
– |
– |
– |
– |
|
BCA |
90-100 |
7,92 |
0,21 |
– |
11,03 |
20,00 |
35,40 |
– |
– |
– |
– |
Примечание. * – представлены результаты по содержанию в почвах ила (<0,001 мм) и физической глины (ФГ, <0,01 мм), калия и магния в обменной (I) и необменной (II) формах. Прочерк – данные отсутствуют.
Реакция среды в дерновом (AUrz) горизонте целины и залежной почвы была кислой, в тёмногумусовом (AU) и срединных (BI, ВМ) горизонтах – нейтральной, в аккумулятивно-карбонатном (ВСА) горизонте и глубже, включая материнскую породу – слабощелочной (см. табл.). Агротёмногумусовый (PU) и глинисто-иллювиальный (BI) горизонты пахотной почвы имели нейтральную реакцию среды, что является благоприятным условием для выращивания большинства сельскохозяйственных культур.
К числу важнейших показателей, характеризующих потенциальное плодородие почв, относятся содержание в гумусовом горизонте органического углерода, общего азота и их профильное распределение. Как в гумусовом горизонте, так и по всему профилю целинной почвы содержание Сорг и Nобщ выше, чем в пахотной. Например, в слое 0-30 см целины содержание Сорг и Nобщ составило в среднем 3,54 и 0,38%, в пахотной почве – 2,51 и 0,32%. В профиле залежной почвы содержание Сорг и Nобщ было на уровне целины. Это указывает, с одной стороны, на снижение параметров потенциального плодородия в условиях агроценоза, с другой, на их улучшение в течение 27-летнего постагрогенного периода восстановления почвы. Профильное распределение Сорг в почвах трех участков резко убывающее (см. табл.), что является региональным признаком западно-сибирских черноземов [14].
На почвах трех участков исследования обнаружены различия по глубине залегания карбонатов: под целиной и залежью они расположены на глубине 80 и 86 см, что характеризует черноземы как сильно выщелоченные; под пашней – на глубине 65 см (средне выщелоченные). Профильное распределение карбонатов имеет элювиально-иллювиальный характер, хорошо выражены зоны выщелачивания и аккумуляции карбонатов. Различий по содержанию карбонатов как в зоне их выщелачивания, так и аккумуляции (горизонт ВСА) в почвах под целиной, пашней и залежью не установлено. В отличие от литературных данных для лесостепной зоны европейской территории России [6], свидетельствующих о трансформации карбонатного состояния почв залежных рядов, в изученных черноземах лесостепной зоны Западной Сибири таких явлений не обнаружено.
Все почвы имеют среднесуглинистый гранулометрический состав: содержание физической глины (ФГ) в них варьирует от 30 до 44%. Выражено увеличение содержания ила и ФГ вниз по профилю почв, максимум этих фракций приурочен преимущественно к горизонту BI. Различий в гранулометрическом составе черноземов трех участков не обнаружено.
Содержание подвижного фосфора в темно-гумусовом (AU) горизонте целины и залежной почвы варьировало в пределах 122-157 и 176-194 мг, в срединном (BI) горизонте – 186-211 и 222-304 мг Р2О5/кг. В профиле пахотной почвы содержание подвижного фосфора было выше: в PU горизонте варьировало от 224 до 254 мг, в BI горизонте – от 286 до 321 мг Р2О5/кг.
В почвенном профиле под целиной и залежью наибольшее содержание обменного калия зафиксировано в верхнем слое (0-5 см) дернины, под пашней – в пахотном слое (0-30 см), что связано с биогенной аккумуляцией элемента. Далее вниз по профилю этот показатель снижался, но в целом он был в одном диапазоне значений на всех трех участках исследования. В то же время по содержанию необменного калия выявлены более высокие значения в профиле пахотной и залежной почв по сравнению с целиной (см. табл.).
Содержание обменного магния в профиле пахотной и залежной почв ниже, чем на целине, что может говорить о потерях элемента в процессе сельскохозяйственного использования черноземов. Какой-либо закономерности в распределение необменного магния в профиле почв трех участков выявить не удалось. Содержание магния в необменной форме значительно выше, чем в обменной (см. табл.), что свидетельствует о высоких почвенных запасах данного элемента питания.
В целом агрохимический статус черноземов под целиной, пашней и залежью благоприятный для выращивания сельскохозяйственных культур как по содержанию в гумусовом горизонте подвижного фосфора, так и обменных калия и магния. Урожай возделываемых на пахотных черноземах культур (особенно зерновых) формируется в основном за счет мобилизации почвенных запасов вышеперечисленных макроэлементов без компенсации их отчуждения внесением удобрений. Однако необходимо подчеркнуть, что скорость и степень агрогенной трансформации черноземов Западной Сибири значительно выше, чем в европейской части России [14]. Следовательно, необходим мониторинг плодородия черноземов при длительном сельскохозяйственном использовании.
Заключение. Черноземы глинисто-иллювиальные лесостепной зоны Западной Сибири в условиях целины, пашни и залежи имеют различия в морфологии (строению профиля и структуре поверхностного горизонта), по глубине залегания карбонатов и содержанию в профиле органического углерода, подвижного фосфора и обменного магния. Отсутствие значительных различий в гранулометрическом составе, содержанию карбонатов и обменного калия в профиле почв трех участков свидетельствует о значительной устойчивости исследованных черноземов к агрогенным нагрузкам. Кроме того, сходство между целиной и залежной почвой доказывает, что при постагрогенной трансформации черноземов Западной Сибири улучшается их гумусное состояние, физические и агрохимические свойства.
1. Lyuri D.I., Goryachkin S.V., Karavaeva N.A., Denisenko E.A., Nefedova T.G. Dinamika sel'skohozyaystvennyh zemel' Rossii v HH veke i postagrogennoe vosstanovlenie rastitel'nosti i pochv. Moskva: GEOS, 2010. 416 s. EDN: https://elibrary.ru/QUGZTN
2. Nechaeva T.V. Zalezhnye zemli Rossii: rasprostranenie, agroekologicheskoe sostoyanie i perspektivy ispol'zovaniya (obzor) // Pochvy i okruzhayuschaya sreda. 2023. Tom 6. № 2. e215. DOI: https://doi.org/10.31251/pos.v6i2.215. EDN: https://elibrary.ru/GAOIEM
3. Kalinina O., Krause S.-E., Goryachkin S.V., Karavaeva N.A., Lyuri D.I., Giani L. Self-restoration of post-agrogenic Chernozems of Russia: soil development, carbon stocks, and dynamics of carbon pools // Geoderma. 2011. Vol. 162. P. 196-206. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.02.005. EDN: https://elibrary.ru/OHVBZB
4. Shpedt A.A., Trubnikov Yu.N. Gumusnoe sostoyanie i racional'noe ispol'zovanie pochv zalezhnyh zemel' Prieniseyskoy Sibiri // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2017. Tom 31. № 5. S. 5–8. EDN: https://elibrary.ru/ZCPUOD
5. Mamontov V.G., Artem'eva Z.S., Lazarev V.I., Rodionova L.P., Krylov V.A., Ahmetzyanova R.R. Sravnitel'naya harakteristika svoystv celinnogo, pahotnogo i zalezhnogo chernozema tipichnogo Kurskoy oblasti // Byulleten' Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva. 2020. Vyp. 101. S. 182-201. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-101-182-201. EDN: https://elibrary.ru/ADTVWD
6. Bulysheva A.M., Hohlova O.S., Bakunovich N.O., Rusakov A.V., Myakshina T.N. Izmenenie svoystv pochv zalezhnogo ryada Kurskoy oblasti i trendy vosstanovleniya postagrogennyh pochv lesostepnoy i stepnoy zon // Pochvovedenie. 2021. № 8. S. 983-998. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X21080049. EDN: https://elibrary.ru/HUCLBC
7. Kurganova I.N., Gerenyu V.O. Lopes De, Smolenceva E.N., Semenova M.P., Lichko V.I., Smolencev B.A. Vliyanie tipa zemlepol'zovaniya na fizicheskie svoystva chernozemov lesostepnoy zony Zapadnoy Sibiri // Pochvovedenie. 2021. Tom 55. № 9. S. 1061-1075. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X21090045. EDN: https://elibrary.ru/HWOICG
8. Kravcov Yu.V., Smolenceva E.N. Osobennosti sovremennogo genezisa plakornyh pochv Ishimskoy stepi // Byulleten' Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva. 2022. Vyp. 111. S. 92-116. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-111-92-116. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-111-116-156; EDN: https://elibrary.ru/ASNZOL
9. Yakutina O.P., Danilova A.A., Nechaeva T.V. Kompleksnaya ocenka sostoyaniya zalezhnyh pochv erodirovannogo sklona na yuge Zapadnoy Sibiri // Problemy agrohimii i ekologii. 2022. № 1. S. 21-28. DOI: https://doi.org/10.26178/AE.2022.23.73.005. EDN: https://elibrary.ru/HDBZSF
10. Miller G.F., Solov'ev S.V., Bezborodova A.N. Pochvenno-ekologicheskaya ocenka raznovozrastnyh zalezhey yugo-vostoka Zapadnoy Sibiri // Pochvy i okruzhayuschaya sreda. 2023. Tom 6. № 4. e230. https://doi.org/10.31251/pos.v6i4.230. EDN: https://elibrary.ru/NCCGXZ
11. Karta pochvenno-ekologicheskogo rayonirovaniya Rossiyskoy Federacii. Masshtab 1:2500000 / Pod red. G.V. Dobrovol'skogo, I.S. Urusevskoy. Moskva, 2013. 16 listov.
12. Sokolova N.A., Smolenceva E.N. Agrogennaya transformaciya pochvennogo pokrova Prisalairskoy drenirovannoy ravniny (Zapadnaya Sibir') // Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya Biologiya. Ekologiya. 2021. Tom 36. S. 37–56. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2021.36.37. EDN: https://elibrary.ru/HOBXQK
13. Hitrov N.B., Gerasimova M.I. Predlagaemye izmeneniya v klassifikacii pochv Rossii: diagnosticheskie priznaki i pochvoobrazuyuschie porody // Pochvovedenie. 2022. № 1. S. 3-14. http://doi.org/10.31857/S0032180X22010087. EDN: https://elibrary.ru/MQEHBZ
14. Smolenceva E.N. Chernozemy Zapadnoy Sibiri: regional'nye i zonal'no-provincial'nye osobennosti // Otrazhenie bio-, geo- i antroposfernyh vzaimodeystviy v pochvah i pochvennom pokrove: sbornik materialov VII Mezhdunar. nauch. konferencii, posvyaschennoy 90-letiyu kafedry pochvovedeniya i ekologii pochv TGU. Tomsk: Izdatel'skiy Dom TGU, 2020. S. 90-94. EDN: https://elibrary.ru/GUFFBU
