Россия
Россия
представлены результаты сравнения морфологии и свойств черноземов лесостепи Западной Сибири в условиях целины, пашни и залежи. Почвы различаются по строению профиля и структуре поверхностного горизонта, по глубине залегания карбонатов и содержанию органического углерода, подвижного фосфора и обменного магния. Отсутствие значительных различий в гранулометрическом составе почв, содержанию карбонатов и обменного калия свидетельствует об устойчивости исследованных черноземов к агрогенным нагрузкам.
чернозем глинисто-иллювиальный, целина, пашня, залежь, морфология, углерод, карбонаты, фосфор, калий, магний
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. Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Нефедова Т.Г. Динамика сельскохозяйственных земель России в ХХ веке и постагрогенное восстановление растительности и почв. Москва: ГЕОС, 2010. 416 с. EDN: https://elibrary.ru/QUGZTN
2. Нечаева Т.В. Залежные земли России: распространение, агроэкологическое состояние и перспективы использования (обзор) // Почвы и окружающая среда. 2023. Том 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. Шпедт А.А., Трубников Ю.Н. Гумусное состояние и рациональное использование почв залежных земель Приенисейской Сибири // Достижения науки и техники АПК. 2017. Том 31. № 5. С. 5–8. EDN: https://elibrary.ru/ZCPUOD
5. Мамонтов В.Г., Артемьева З.С., Лазарев В.И., Родионова Л.П., Крылов В.А., Ахметзянова Р.Р. Сравнительная характеристика свойств целинного, пахотного и залежного чернозема типичного Курской области // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2020. Вып. 101. С. 182-201. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-101-182-201. EDN: https://elibrary.ru/ADTVWD
6. Булышева А.М., Хохлова О.С., Бакунович Н.О., Русаков А.В., Мякшина Т.Н. Изменение свойств почв залежного ряда Курской области и тренды восстановления постагрогенных почв лесостепной и степной зон // Почвоведение. 2021. № 8. С. 983-998. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X21080049. EDN: https://elibrary.ru/HUCLBC
7. Курганова И.Н., Гереню В.О. Лопес Де, Смоленцева Е.Н., Семенова М.П., Личко В.И., Смоленцев Б.А. Влияние типа землепользования на физические свойства черноземов лесостепной зоны Западной Сибири // Почвоведение. 2021. Том 55. № 9. С. 1061-1075. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X21090045. EDN: https://elibrary.ru/HWOICG
8. Кравцов Ю.В., Смоленцева Е.Н. Особенности современного генезиса плакорных почв Ишимской степи // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2022. Вып. 111. С. 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. Якутина О.П., Данилова А.А., Нечаева Т.В. Комплексная оценка состояния залежных почв эродированного склона на юге Западной Сибири // Проблемы агрохимии и экологии. 2022. № 1. С. 21-28. DOI: https://doi.org/10.26178/AE.2022.23.73.005. EDN: https://elibrary.ru/HDBZSF
10. Миллер Г.Ф., Соловьев С.В., Безбородова А.Н. Почвенно-экологическая оценка разновозрастных залежей юго-востока Западной Сибири // Почвы и окружающая среда. 2023. Том 6. № 4. e230. https://doi.org/10.31251/pos.v6i4.230. EDN: https://elibrary.ru/NCCGXZ
11. Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации. Масштаб 1:2500000 / Под ред. Г.В. Добровольского, И.С. Урусевской. Москва, 2013. 16 листов.
12. Соколова Н.А., Смоленцева Е.Н. Агрогенная трансформация почвенного покрова Присалаирской дренированной равнины (Западная Сибирь) // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2021. Том 36. С. 37–56. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2021.36.37. EDN: https://elibrary.ru/HOBXQK
13. Хитров Н.Б., Герасимова М.И. Предлагаемые изменения в классификации почв России: диагностические признаки и почвообразующие породы // Почвоведение. 2022. № 1. С. 3-14. http://doi.org/10.31857/S0032180X22010087. EDN: https://elibrary.ru/MQEHBZ
14. Смоленцева Е.Н. Черноземы Западной Сибири: региональные и зонально-провинциальные особенности // Отражение био-, гео- и антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове: сборник материалов VII Междунар. науч. конференции, посвященной 90-летию кафедры почвоведения и экологии почв ТГУ. Томск: Издательский Дом ТГУ, 2020. С. 90-94. EDN: https://elibrary.ru/GUFFBU
