Орошаемые почвы засушливых регионов и процессы их трансформации
На правах рукописи
МАМОНТОВ ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ
ОРОШАЕМЫЕ ПОЧВЫ ЗАСУШЛИВЫХ РЕГИОНОВ
И ПРОЦЕССЫ ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ
Специальность 03.00.27 – почвоведение
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва – 2009
Работа выполнена на кафедре почвоведения Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,академик РАСХН Панов Николай Петрович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Карпачевский Лев Оскарович;
доктор биологических наук, профессор
Ларешин Вячеслав Григорьевич;
доктор биологических наук, профессор
Яшин Иван Михайлович
Ведущая организация: Почвенный институт имени В.В. Докучаева,
Защита состоится на заседании диссертационного совета
Д. 220.043.02 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева.
Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет РГАУ- МСХА имени К.А. Тимирязева.
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.
Автореферат разослан…………………………….2009 г.
и помещен на сайте ВАКа www.vak.ed.gov.ru
Ученый секретарь
диссертационного совета Т.В.Шнее
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Мелиорация почв является важнейшим фактором оптимизации агроландшафтов и интенсификации сельскохозяйственного производства. Очень часто достижения в области генетики и селекции сельскохозяйственных культур, агрохимии, растениеводства и других наук не могут быть осуществлены на практике, пока не устранены причины, лимитирующие почвенное плодородие. Мелиорация почв позволяет оптимизировать условия для роста и развития сельскохозяйственных культур, в результате чего полностью реализуется их биологический потенциал. Не случайно всего 17 % мелиорированных земель суши земного шара дают около 50 % всей продукции растениеводства (Б.А. Зимовец и др., 1993).
Одним из наиболее важных и эффективных мелиоративных приемов является орошение, позволяющее оперативно устранять дефицит влаги и обеспечивать благоприятные условия для произрастания сельскохозяйственных культур. В целом ряде регионов вследствие дефицита атмосферных осадков невозможно создание высокопродуктивных устойчивых агроландшафтов без развития орошаемого земледелия. Эффективность ирригации доказана и в районах с относительно высокой обеспеченностью осадками.
Традиционно исследование причинно-следственных связей процессов изменения почв при орошении осуществлялось путем анализа очень сложной функциональной зависимости между производственными параметрами орошаемого земледелия (оросительные нормы, качество поливной воды и т.д.) и показателями, характеризующими изменение свойств почв за определенный период орошаемого землепользования. Такой подход позволил выявить многие ошибки, допущенные при орошении, обусловливающие развитие деградационных процессов. Однако выявление их физико-химической и биологической сущности, как и процессов, способствующих увеличению производительного потенциала орошаемых почв, обоснование направленного регулирования процессами агрогенного изменения почв при орошении требует изучения зависимости между факторами воздействия на почву в условиях орошаемого земледелия и изменением важнейших элементарных почвенных процессов (ЭПП).
Цель работы. Изучение влияния основных агрогенных факторов орошаемого земледелия на интенсивность элементарных почвенных процессов, обусловливающих изменение свойств и режимов почв засушливых регионов при орошении пресными и минерализованными водами.
Задачи работы:
1. Выявить влияние условий орошения на ЭПП, ведущие к изменению химических и физико-химических свойств черноземов и каштановых почв.
2. Выявить влияние условий орошения на процессы, определяющие изменение твердой фазы черноземов и каштановых почв.
3. Установить влияние орошения на режим ЭПП, определяющих состояние органической части орошаемых почв.
4. Разработать группировку и оценить интенсивность элементарных почвенных процессов проявляющихся в орошаемых почвах засушливых регионов.
Защищаемые положения.
Орошение оказывает разностороннее и неоднозначное влияние на почву. На эффективно функционирующих оросительных системах, при соблюдении севооборотов, всего комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий почвообразовательный процесс не меняет своей направленности даже при использовании для орошения слабоминерализованных вод нейтрального типа. Основные элементарные почвообразовательные процессы, сформировавшие современный почвенный покров степной и сухостепной зон, не только сохраняются в условиях орошения, но и протекают с большей интенсивностью.
В результате изменения водного и гидротермического режимов увеличиваются масштабы поступления растительных остатков, изменяется характер их локализации, интенсифицируются процессы минерализации и гумификации. Благодаря более частому промачиванию почвы усиливаются процессы выщелачивания и рассоления. Создаются предпосылки для проявления лессиважа, чему способствует переорганизация твердой фазы орошаемых почв обусловленная процессами оглинивания и дезинтеграции.
В условиях высокой культуры земледелия общий положительный эффект от орошения черноземов достигается при использовании пресной воды гидрокарбонатно-кальциевого типа и обязательном наличии в севооборотах не менее 40% многолетних трав. При орошении темно-каштановых почв слабоминерализованной водой нейтрального типа доля многолетних трав в севооборотах должна составлять не менее 25% при обязательном, раз в 3-5 лет, гипсовании и промывках.
При низкой культуре земледелия наряду с развитием негативных процессов (дегумификация, ухудшение качественного состава гумуса, обесструктуривание и др.) возможна трансформация черноземов и каштановых почв в луговые, различной степени засоленные и солонцеватые почвы, вплоть до образования полугидроморфных и гидроморфных солончаков и солонцов. Наиболее активно деградационные процессы протекают при использовании для орошения минерализованных вод щелочного типа. Негативные изменения в свойствах орошаемых почв происходят и в условиях высокой культуры земледелия. Это проявляется в увеличении подвижности гуминовых кислот и неблагоприятной трансформации почвенной структуры.
Научная новизна. Комплексные исследования на различных уровнях структурной организации позволили выявить особенности трансформации органической и минеральной части почв при орошении пресной и минерализованными водами. Показано, что интенсификация в орошаемых почвах процессов дезинтеграции, оглинивания и разрушения почвенной структуры сопровождается частичной переорганизацией твердой фазы с увеличением количества тонкодисперсных частиц и аморфных соединений. В условиях высокой культуры земледелия возрастает содержание гумуса, в том числе и гуматов кальция, при низкой культуре земледелия наряду со снижением содержания гумуса и увеличением доли ФК в его составе увеличивается растворимость органических соединений и происходит разрушение глиногумусовых комплексов. Установлено, что система показателей гумусового состояния оказалась малоинформативной при оценке изменений органической части почв под влиянием орошения и не выявляет различий между орошаемыми почвами даже при отчетливом развитии негативных явлений.
Впервые комплексом физико-химических методов изучено влияние орошения на состав и свойства гуминовых кислот (ГК) обыкновенных черноземов и темно-каштановых почв. Установлено, что при высокой культуре земледелия ГК устойчивы к длительному воздействию орошения. В таких условиях активизируется обновление их молекул менее термоустойчивыми циклическими структурами, что, однако не отражается на соотношении ядерных и периферических частей. В тоже время под влиянием орошения возрастает дисперсность ГК и уменьшается их средневзвешенная молекулярная масса. Монокультура в условиях орошения вызывает негативные изменения ГК, что проявляется в обеднении их азотсодержащими группировками, разрушении циклических структур ядерной части и увеличении доли алифатических компонентов в составе молекул.
Впервые изучены состав и свойства фракций ГК различающихся прочностью связи с минеральной частью почвы. Установлено, что ГК связанные с кальцием (ГК-II) сформированы в основном циклическими структурами, относительно свободные ГК (ГК-I) и прочно связанные с глинистыми минералами (ГК-III) состоят преимущественно из алифатических компонентов. В условиях орошения при высокой культуре земледелия и наличии в севооборотах многолетних трав изменения ГК-I в основном связаны с их окислением, ГК-II и ГК-III активно обновляются слабоокисленными и обогащенными азотом новообразованными компонентами. Под влиянием монокультуры развивается биологическая деградация всех фракций ГК, в результате которой теряются лабильные и азотсодержащие компоненты и происходит окисление их молекул, в том числе и разрушение циклических структур ядерной части гуматов кальция.
Предложена группировка элементарных почвенных процессов, определяющих функционирование орошаемых почв при различных системах земледелия. Обосновано выделение элементарных почвенных процессов, инициированных орошением.
Теоретическое и научно-прикладное значение работы. Полученные результаты дают возможность прогнозировать направленность и интенсивность трансформации органической и минеральной части черноземов и темно-каштановых почв под влиянием орошения пресной и минерализованными водами при разных уровнях культуры земледелия и обосновывать мероприятия по предотвращению негативного влияния орошения на плодородие орошаемых почв. Результаты исследований использовались при выполнении грантов ФЦП «Интеграция» Б0023/1046 «Экологическая и агрономическая оценка почв», Э0226/943 «Интеграция науки и высшего образования России», 2.1.А-0096 «Биоресурсы и экология», РФФИ № 08-04-13621-офи-ц «Агроэкологическая оценка и оптимизация органического вещества почв зонального ряда в системах адаптивно-ландшафтного земледелия», контракта с МСХ РФ № 291-30-48а «Разработать агроэкологические критерии состояния органического вещества в почвах агроландшафтов». Разработана шкала градаций лабильных гумусовых веществ в пахотных почвах, предложены методики ускоренного определения общего содержания лабильных гумусовых веществ и получения препаратов гуминовых кислот в соответствии с характером закрепления их минеральными компонентами почвы.
Материалы диссертации были использованы при написании учебника «Общее почвоведение» (2006), методических пособий «Интерпретация данных водной вытяжки из засоленных почв» (2002), «Методы определения содержания и состава гумуса почвы» (2006), используются при чтении лекций по почвоведению в Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Всероссийских, региональных и вузовских конференциях (1985-2008), на Международных конференциях (Астрахань, 1994; Москва, 1997; Ставрополь, 2001; Владимир, 2004), на Всесоюзных съездах общества почвоведов (Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989), на II съезде общества почвоведов РАН (Санкт-Петербург, 1996), на III и V съездах Докучаевского общества почвоведов РАН (Суздаль, 2000; Ростов-на-Дону, 2008).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 43 научные работы, в том числе 18 работ в рекомендованных ВАКом изданиях, монография «Почвенные процессы в орошаемых черноземах и каштановых почвах и пути предотвращения их деградации» (2001).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 286 страницах машинописного текста и состоит из введения, 9 глав и выводов, включает 59 таблиц, 14 рисунков, список литературы из 616 наименований и приложение.
Автор глубоко признателен своему учителю, Заслуженному деятелю науки РФ, академику РАСХН, профессору Н.П. Панову, академику РАСХН В.И. Кирюшину, профессорам А.Д. Фокину, В.А. Черникову, всему коллективу кафедры почвоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева за ценные советы и поддержку. Автор искренне благодарен Свиридову А.К., Мухиной С.В., Черенкову В.В., Сюняеву Н.К. (НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева), Андрусенко И.И., Сафоновой Е.П., Коваленко А.М. (Украинский НИИОЗ), Кончицу В.А. (ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова) за помощь в выполнении работы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Общее состояние проблемы
Изучению орошаемых почв посвятили свои работы многие отечественные и зарубежные исследователи – В.А. Ковда, В.В. Егоров, Б.Г. Розанов, Н.Г. Минашина, И.Н. Антипов-Каратаев,. И.П. Айдаров, Б.А. Зимовец, Н.П. Панов, С.А. Николаева, И.П. Кружилин, А.Г. Бондарев, Е.М. Аниканова, Н.П. Чижикова, В.Г. Ларешин, А.И.Болдырев, В.Е. Приходько, А.И. Корольков, Н.Г. Зборищук, И.А. Крупенников, Р. С. Айерс, Д.У. Весткот, Д.Ж. Кемпбел, И. Сабольч, Х. Бойко, Ж. Канвар, Р. Ричардс, Ж. Петерсон и другие. Ими получен большой фактический материал, касающийся воздействия ирригации на почвенный покров и раскрыты основные закономерности изменения почвенных свойств и режимов под влиянием орошения. Отмечается, что во многих случаях негативные последствия орошения связаны с технократическим подходом к ирригации, когда во главу угла ставилась лишь механическая подача оросительной воды на поля без учета конкретных ландшафтных условий. В тоже время еще В.В. Докучаев, рассматривая орошение как один из приемов стабилизации степного земледелия, указывал на необходимость учета многих факторов: климатических условий, свойств почв и подстилающих пород, качества оросительной воды, глубины и состава грунтовых вод, требовательности различных растений к условиям увлажнения.
Необходимость комплексного эколого-ландшафтного подхода к ирригации в настоящее время осознается вполне отчетливо. Основной целью является не только получение оптимальных урожаев сельскохозяйственных культур. Приоритетными считаются и проблемы связанные с сохранением и расширенным воспроизводством почвенного плодородия и минимизацией отрицательного воздействия на окружающую среду. (В.И. Кирюшин, А.Л. Иванов, 2005). Для достижения этого требуется проведение глубоких и разносторонних исследований, позволяющих осуществлять целенаправленное регулирование потоков веществ и энергии не только в пределах оросительных систем, но и сопряженных ландшафтов.
2. Объекты и методы исследования
Для оценки трансформации свойств и режимов почв под влиянием орошения на различных оросительных системах и сопряженных с ними неорошаемых участках был проведен отбор почвенных образцов с последующим анализом их в лаборатории. Были выполнены и модельные эксперименты.
Объектами наших исследований служили: 1. Обыкновенные черноземы территории землепользования НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, расположенного в Таловском районе Воронежской области.
Образцы пахотного неорошаемого чернозема были отобраны на делянке с ячменем 10-ти польного севооборота, заложенного в 1971 году со следующим чередованием культур и системой удобрений: 1. черный пар, 2. озимая пшеница N60P60K40, 3. сахарная свекла N120P120K120 + навоз 20 т/га, 4. ячмень N60P60K60, 5. горох N30P60K60, 6. озимая пшеница N60P60K40, 7. яровая пшеница N60P60K60, 8. кукуруза на зерно N90P90K90 + навоз 20 т/га, 9. озимая пшеница N60P60K40, 10. ячмень N60P60K60, стационарных опытов лаборатории севооборотов. Площадь делянок 311 м2. Образцы пахотных орошаемых черноземов были отобраны на стационарных опытах отдела физики и химии почв и отдела орошаемого земледелия, существующих с 1958 года. Образцы отбирались с делянки, занятой многолетними травами 3-го года пользования, семипольного севооборота: 1. горохоовсяная смесь с подсевом многолетних трав, 2-5. многолетние травы, 6. озимая рожь + поукосно кукуруза на зеленый корм, 7. кукуруза на силос. Под многолетние травы удобрения вносились дозой N120P60K60, под кукурузу – N120P120K120. Кроме того, отбор образцов был проведен на делянках, где возделывалась монокультура кукурузы на зерно; в одном варианте удобрения не применялись, в другом – вносились дозой N200Р100К100 Площадь делянок 250 м2. Для орошения использовалась вода из местных прудов-накопителей. Она характеризовалась низкой минерализацией – 0,5-0,7 г/л и имела гидрокарбонатно-кальциевый состав. Полив осуществлялся дождеванием, оросительная норма, в зависимости от погодных условий, колебалась от 900 до 2000 м3/га за сезон. Глубина промачивания варьировала от 50 до 70 см. Образцы чернозема с естественным процессом гумусообразования были отобраны на участке некосимой залежи существующей с 1882 г.
Для отбора образцов на каждой делянке и залежном участке было заложено по одному разрезу и четыре полуразреза.
2. Темно-каштановые почвы Херсонской области Украины, орошаемые минерализованными водами из разных источников и с различным сроком орошения.
Образцы неорошаемой и длительно орошаемых темно-каштановых почв были отобраны на опытном поле Украинского НИИОЗ со следующих вариантов: неорошаемый севооборот, орошаемый севооборот, орошаемая монокультура озимой пшеницы. В орошаемом и неорошаемом восьмипольных севооборотах чередование культур было следующим: люцерна, люцерна, озимая пшеница, озимая пшеница + горох с овсом, кукуруза, озимая пшеница + кукуруза, горох, озимая пшеница + посев люцерны. В орошаемом севообороте в среднем ежегодно вносилось 98 кг/га азота и 76 кг/га фосфора и дважды за ротацию вносили под кукурузу по 30 т/га навоза. В варианте с монокультурой озимой пшеницы ежегодная доза азота составляла 180 кг/га, фосфора – 110 кг/га.
Для орошения, в течение 17-ти лет использовалась вода Ингулецкого канала, минерализация которой колебалась от 0,6 до 2,8 г/л и в среднем составила около 1,5 г/л (табл. 1). Оросительная норма колебалась в пределах 3000-4000 м3 /га, в зависимости от погодных условий.
Таблица 1. Химический состав воды Ингулецкого канала, мг-экв/л.
| Сумма солей, г/л | НСО3- | SO42- | Сl- | Са2+ | Mg2+ | Na+ | рН |
| 1,54 | 2,4 | 8,6 | 13,5 | 3,8 | 5,1 | 15,6 | 7,6 |
На орошаемых участках проводилось периодическое гипсование дозой 5 т/га осенью под вспашку, сочетающееся с промывками.
Влияние краткосрочного орошения минерализованной артезианской водой на свойства темно-каштановой почвы изучалось на участке «малого орошения» в Новотроицком районе Херсонской области, где была выбрана ключевая площадка, на которой было заложено 5 разрезов. На ключевой площадке сопряженного неорошаемого участка было заложено 4 разреза. Почвенные образцы отбирались по генетическим горизонтам из каждого разреза.
Поливная вода из артезианской скважины характеризуется неблагоприятным химическим составом (табл.2).
Таблица 2. Химический состав артезианской оросительной воды, мг-экв/л.
| Сумма солей, г/л | НСО3- | SO42- | С1- | Са2+ | Mg2+ | Na+ | рН |
| 1,17 | 5,1 | 6,8 | 8,0 | 2,1 | 4,9 | 13,0 | 8,5 |
Лабораторные анализы почвенных образцов были выполнены по общепринятым методикам, изложенным в соответствующих руководствах (Е.В. Аринушкина, 1970; И.С. Кауричев, 1986; Л.А. Воробьева, 1998). Общее содержание углеводов определяли по Д.С. Орлову, Л.К. Садовниковой (1975), свободных фенольных соединений по Н.В. Синичкиной (1985), лабильных гумусовых веществ по модифицированному методу Тюрина (В.Г. Мамонтов и др. 1990). Состав гумуса в темно-каштановой почве с краткосрочным орошением определяли по методу Кононовой – Бельчиковой, в черноземах и длительно орошаемой темно-каштановой почве по модифицированной схеме Пономаревой – Плотниковой (Т.А. Плотникова, Н.Е. Орлова, 1984). Аналитическая повторность всех определений – 3-х кратная. Параметры гумусового состояния находили по Д.С. Орлову, Л.А. Гришиной (1981). Расчет «гипотетических» солей проведен по Н.И. Базилевич, Е.И. Панковой (1971). Математическую обработку данных проводили по Б.А. Доспехову (1985).
Препараты гуминовых кислот были получены по двум методам.
Первая методика предусматривает исчерпывающее экстрагирование гумусовых кислот после предварительного декальцирования навески почвы (Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, 1981). По второй методике были получены фракции гуминовых кислот, характеризующиеся различной прочностью связи с минеральными компонентами почвы (В.Г. Мамонтов и др., 1986).
В препаратах гуминовых кислот определяли: зольность – весовым методом и элементный состав на СНN – анализаторе; спектры поглощения в инфракрасной области снимали на спектрофотометре UR-20 методом таблетирования с КВr; термический анализ проведен на дериватографе Q 1500 D; соотношение периферических и ядерных частей (коэффициент Z) в гуминовых кислотах находили по В.А. Черникову, В.А. Кончицу (1973); степень окисленности гуминовых кислот по Д.С. Орлову, Л.А. Гришиной, (1981); молекулярно-массовый состав – методом гель-хроматографии.
3. Влияние орошения на химические и физико-химические свойства обыкновенных черноземов и темно-каштановых почв
Регулирование солевого режима орошаемых почв является одним из важнейших условий эффективного функционирования оросительных систем, поскольку избыточное накопление водорастворимых солей, также как и резкое обессоливание почв могут стать отправной точкой развития деградационных явлений и снижения почвенного плодородия.
Длительное орошение черноземов пресной водой гидрокарбонатно-кальциевого типа не оказало существенного влияния на их физико-химические свойства, содержание и качественный состав водорастворимых солей. Лишь в варианте с монокультурой кукурузы отмечается слабо выраженное обессоливание верхней части профиля орошаемой почвы и уменьшение на 2,5-3,5 мг-экв. содержания обменного кальция.
Более существенные изменения происходят с темно-каштановыми почвами орошаемыми минерализованными водами. При экстенсивном использовании пашни уже через 3-4 года орошения происходит засоление и осолонцевание орошаемых почв, которые из разряда незасоленных и несолонцеватых переходят в разряд средне- и сильносолонцеватых, слабо- и среднезасоленных. По общим запасам солей в верхней полуметровой толще орошаемые почвы в 2,5 – 7,5 раз превосходят неорошаемые. Состав солей, накапливающихся в почвах, определяется химизмом поливных вод, при этом в почвах, орошаемых водами щелочного типа наряду с токсичными хлоридами и сульфатами аккумулируются гидрокарбонаты натрия и магния, причем доля токсичных ионов составляет 50 – 90% от общего количества солей.
Высокая культура земледелия, сочетающаяся с периодическим гипсованием и промывками, позволяет предотвратить существенное ухудшение солевого режима и физико-химических свойств темно-каштановой почвы. Даже при длительном орошении минерализованной водой хлоридно-натриевого типа с суммой солей 1,54 г/л степень солонцеватости не выходит за пределы слабой, а верхняя часть профиля орошаемой почвы остается незасоленной, хотя содержание токсичных ионов и возросло в 2-2,5 раза. В заметных количествах водорастворимые соли накапливаются в средней и нижней частях профиля, где отмечается слабая степень засоления.
Орошение не оказало существенного влияния на валовой состав чернозема и темно-каштановой почвы. В тоже время в пахотном слое орошаемого чернозема общее количество минеральных компонентов аморфной природы увеличилось в 1,4 раза, в горизонте АВ1 в 1,3 раза, в пахотном и подпахотном горизонтах орошаемой темно-каштановой почвы в 1,3 раза. Увеличение содержания аморфных соединений в орошаемых почвах связано с интенсификацией процесса оглинивания и трансформацией вторичных глинистых минералов, теряющих свою устойчивость в новой биохимической и гидротермической обстановке, в том числе и вследствие периодически возникающих при переполивах анаэробных условий.
4. Влияние орошения на физические свойства обыкновенных черноземов и темно-каштановых почв
Оптимальные агрофизические свойства являются важным условием эффективного функционирования орошаемых агроценозов. Это тем более актуально, что за очень ограниченный промежуток времени (в течение полива) почва должна впитать такое количество влаги, которое сопоставимо с месячной нормой атмосферных осадков.
Полученные данные показывают, что физическое состояние пахотных почв во многом зависит от характера и интенсивности антропогенного воздействия. В черноземе залежи практически вся твердая фаза находится в агрегированном состоянии, причем на долю агрегатов размером 3-5 мм приходится около 30%.
Таблица 3. Влияние орошения на содержание водопрочных агрегатов и водопептизируемого ила в обыкновенных черноземах и темно-каштановых почвах
| Вариант | Содержание агрегатов в %, размер в мм | Водопептизируемый ил* | ||||
| >3 | 3-1 | 1-0,25 | <0,25 | % | в % от общего ила | |
| Обыкновенный чернозем | ||||||
| Залежь | 32,1 | 37,9 | 18,0 | 12,0 | нет | - |
| Неорошаемая почва | 4,1 | 24,9 | 44,8 | 26,2 | 1,1 0,7 | 2,8 1,7 |
| Орошение, сево- оборот с многолетними травами | 1,7 | 15,7 | 47,9 | 34,7 | 2,5 1,6 | 6,6 3,7 |
| Орошение, монокультура кукурузы + N200Р100К100 | нет | 9,5 | 43,6 | 46,9 | 3,5 2,1 | 9,2 4,8 |
| Орошение, монокультура кукурузы без удобрений | 0,5 | 11,7 | 45,4 | 42,4 | 3,3 1,9 | 8,7 4,4 |
| Темно-каштановая почва | ||||||
| Неорошаемая почва | 2,6 | 15,1 | 31,0 | 51,3 | 3,1 3,7 | 14,7 17,2 |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | нет | 6,3 | 31,2 | 62,5 | 6,9 6,0 | 26,8 22,3 |
| Орошение, монокультура озимой пшеницы | нет | 2,2 | 31,8 | 66,0 | 8,2 6,2 | 31,7 23,3 |
*числитель – Апах, знаменатель – АВ1
Неорошаемые чернозем и темно-каштановая почва характеризуются довольно высоким содержанием глыбистых отдельностей (17- 20%) и микроагрегатов (11-19%). Под влиянием орошения содержание агрегатов размером 0,25-10 мм уменьшилось в вариантах с севооборотами с 64-70% до 40-55%, а в вариантах с монокультурой до 32-36%. Определенное влияние оказало сельскохозяйственное использование почв и на содержание водопрочных агрегатов.
Для чернозема залежи характерно очень высокое содержание водопрочных агрегатов, размером более 0,25 мм. Их общее количество составило 88%, причем 70% водопрочных агрегатов имеет размер более 1 мм. Согласно имеющимся разработкам (И. В. Кузнецова, 1979) водопрочность такой структуры оценивается как избыточно высокая. Длительное использование чернозема в пашне привело к существенному уменьшению количества крупных водопрочных агрегатов, однако в целом водопрочность структуры остается на высоком уровне (74% агрегатов размером >0,25 мм) и оценивается как отличная. В орошаемом черноземе кормового севооборота, благодаря оструктуривающему действию
многолетних трав, общее содержание агрономически ценных агрегатов сохраняется на высоком уровне (65%) и водопрочность структуры оценивается как отличная. Под влиянием монокультуры кукурузы водопрочность структуры снижается до уровня хорошая, при этом проявляется тенденция более интенсивного разрушения агрегатов в варианте, где применялись высокие дозы минеральных удобрений.
Водопрочность структуры неорошаемой темно-каштановой почвы оценивается как хорошая. Под влиянием орошения в вариантах с севооборотом и монокультурой озимой пшеницы общее содержание водопрочных агрегатов уменьшилось до 38% и 26% соответственно, а водопрочность структуры перешла в категории удовлетворительная и недостаточно удовлетворительная, что во многом обусловлено пептизирующим действием ионов натрия, содержащихся в поливной воде. Периодическое гипсование и включение в севооборот многолетних трав ослабляет негативное влияние орошения, но полностью не устраняет его последствий.
В целом обесструктуривание орошаемых почв имеет как общий характер, так и обусловлено местными причинами. К универсальным причинам, вызывающим разрушение почвенных агрегатов, следует отнести продолжительные и интенсивные поливы, неумеренное использование тяжелых сельскохозяйственных машин, обработку почвы в состоянии повышенной влажности и экстенсивное использование орошаемой пашни. Негативную роль может сыграть и ухудшение режима кальция. Локальные причины деградации структуры могут быть связаны с изначально низкой устойчивостью почв к воздействию ирригации, что обусловлено их генетическими особенностями или применением поливных вод с повышенной минерализацией, например, из артезианских скважин.
Негативные изменения, происходящие на агрегатном уровне, сопровождаются увеличением плотности сложения орошаемых почв. Пахотные горизонты неорошаемых черноземов и каштановых почв имеют плотность сложения, как правило, в пределах 1,1-1,25 г/см3. При орошении плотность сложения со временем возрастает до 1,30-1,45 г/см3 и выше, причем уплотнение распространяется вглубь почвенного профиля до 50-80 см (В.А. Ковда, 1981; И.А. Крупенников и др., 1985; С.А. Позняк, 1985; В.А Ковда и др., 1986; О.Л. Тавровская 1987; В.В. Медведев, 1988; А.П. Щербаков, И.И. Васенев, 2000; И.А. Крупенников, 2005).
Определенную трансформацию претерпел и гранулометрический состав, что во многом связано с усилением процессов дезинтеграции и оглинивания, в результате чего в верхней части профиля орошаемых почв отмечается увеличение содержания илистых частиц и частичное иллювиирование их из пахотного слоя в нижележащие горизонты.
Обусловленная орошением интенсификация процессов дезинтеграции, оглинивания, разрушения почвенной структуры, дополняемая в темно-каштановых почвах пептизирующим действием ионов натрия, содержащихся в поливной воде, отражается не только на общем содержании тонкодисперсных частиц, но и на количестве водопептизируемого ила. В неорошаемых черноземах водопептизируемый ил практически отсутствует, в пахотных горизонтах орошаемых черноземов его содержание составляет 2,5-3,5% или 7-9% от общего ила почвы, в горизонтах АВ1 – 1,6-2,1% и 4-5% соответственно. Заметным количеством водопептизируемого ила – 15-17% от общего содержания илистых частиц характеризуется неорошаемая темно-каштановая почва. Под влиянием орошения минерализованной водой содержание водопептизируемого ила возрастает в 1,6-2,7 раза и достигает 27-32% от общего ила в пахотных горизонтах и 22-23% в горизонтах В1. Наличие в орошаемых почвах водопептизируемого ила создает предпосылки для развития в них лессиважа.
Совокупное проявление обесструктуривания, переуплотнения и оглинивания сопровождающиеся увеличением степени гидрофильности и склонности почв к тиксотропному разжижению (П.М. Сапожников и др., 1992) со временем может перерасти в слитизацию – процесс, не поддающийся однозначной диагностике, но спорадически проявляющийся в орошаемых почвах и свидетельствующий о крайней степени их физической деградации.
5. Влияние орошения на гумусовое состояние обыкновенных черноземов и темно-каштановых почв
Данные, характеризующие изменение гумусового состояния обыкновенного чернозема при переходе от залежи к пашне и смене неорошаемого земледелия орошаемым представлены в таблицах 4 и 5.
В результате более чем 100-летнего использования чернозема потери гумуса в пахотном слое составили около 30% и около 25% в полуметровой толще. Обусловлены они уменьшением количества растительных остатков, поступающих в почву, изменением их химического состава и резкой активизацией окислительных биохимических процессов, чему способствуют ежегодные механические обработки почвы. Наиболее активно минерализации подвергаются фульвокислоты вследствие их упрощенного, по сравнению с гуминовыми кислотами строения, что ведет к расширению отношения Сгк:Сфк и усилению гуматности гумуса, в составе которого возрастает роль гуматов и фульватов кальция и негидролизуемого остатка.
Таблица 4. Влияние сельскохозяйственного использования на содержание и запасы гумуса в обыкновенном черноземе Каменной Степи.
| Вариант | Слой, см | Содержание гумуса, % | Запасы гумуса, т/га |
| Залежь | 0-20 | 10,60±0,20 | 225 |
| 0-50 | 8,48 | 461 | |
| Неорошаемая почва | 0-20 | 7,31±0,11 | 154 |
| 0-50 | 6,39 | 355 | |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | 0-20 | 7,57±0,17 | 163 |
| 0-50 | 6,61 | 374 | |
| Орошение, монокультура кукурузы + N200P100K100 | 0-20 | 7,16±0,13 | 152 |
| 0-50 | 6,36 | 350 | |
| Орошение, монокультура кукурузы без удобрений | 0-20 | 6,83±0,12 | 145 |
| 0-50 | 5,91 | 325 |
Вовлечение чернозема в орошаемое земледелие, сопровождающееся изменением условий гумусообразования, влечет за собой трансформацию группового и фракционного состава гумуса в соответствии с характером использования орошаемой пашни. Возделывание монокультуры кукурузы без применения удобрений оказывает негативное влияние на органическое вещество чернозема. Это проявляется в снижении содержания и запасов гумуса, уменьшении количества гуминовых кислот, увеличении подвижности гуматов кальция и отчетливо выраженной фульватизации гумуса. Внесение минеральных удобрений ослабляет негативное влияние монокультуры на органическую часть чернозема, однако, не устраняет его полностью. Более благоприятные условия для гумусообразования складываются в орошаемом черноземе в условиях кормового севооборота. Увеличение масштабов поступления в почву свежего органического вещества и благоприятный гидротермический режим интенсифицируют новообразование гумусовых веществ, в первую очередь гуминовых кислот как термодинамически более устойчивых. По сравнению с неоро-
Таблица 5. Влияние сельскохозяйственного использования на групповой и фракционный состав гумуса обыкновенного чернозема.
| Вариант | Горизонт, глубина образца, см | С, общий, % | В числителе - % от массы; в знаменателе – % от общего С почвы | СГК СФК | |||||||||
| Фракции ГК | Фракции ФК | Негидролизуемый остаток | |||||||||||
| I | II | III | Сумма | Ia | I | II | III | сумма | |||||
| Залежь | А 5-25 | 6,15 | 0,75 12,2 | 1,71 27,8 | 0,17 2,8 | 2,63 42,8 | 0,24 3,9 | 0,64 10,4 | 0,41 6,7 | 0,13 2,1 | 1,42 23,1 | 2,10 34,1 | 1,85 |
| АВ1 35-45 | 4,00 | 0,14 3,5 | 1,25 31,3 | 0,39 9,7 | 1,78 44,5 | 0,09 2,3 | 0,34 8,5 | 0,27 6,7 | 0,12 3,0 | 0,82 20,5 | 1,40 35,0 | 2,17 | |
| В1 45-55 | 3,24 | 0,07 2,2 | 0,94 29,0 | 0,43 13,3 | 1,44 44,5 | 0,09 2,8 | 0,20 6,2 | 0,28 8,6 | 0,14 4,3 | 0,71 21,9 | 1,09 33,6 | 2,03 | |
| Неорошаемая почва | Апах 0-20 | 4,24 | 0,05 1,2 | 1,54 36,3 | 0,14 3,3 | 1,73 40,8 | 0,04 0,9 | 0,13 3,1 | 0,47 10,1 | 0,11 2,6 | 0,75 17,6 | 1,76 41,5 | 2,31 |
| АВ1 35-45 | 3,45 | 0,03 0,9 | 1,13 32,7 | 0,28 8,1 | 1,44 41,7 | 0,05 1,4 | 0,08 2,3 | 0,35 10,1 | 0,15 4,5 | 0,63 18,3 | 1,38 40,0 | 2,29 | |
| В1 45-55 | 2,82 | 0,04 1,4 | 0,80 28,4 | 0,37 13,1 | 1,21 42,9 | 0,02 0,7 | 0,03 1,1 | 0,31 11,0 | 0,20 7,1 | 0,56 19,9 | 1,05 37,2 | 2,16 | |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | Апах 0-20 | 4,39 | 0,46 10,5 | 1,61 36,7 | 0,11 2,5 | 2,18 49,7 | 0,09 2,0 | 0,15 3,4 | 0,29 6,6 | 0,35 8,0 | 0,88 20,0 | 1,33 30,3 | 2,48 |
| АВ1 35-45 | 3,58 | 0,22 6,2 | 1,40 39,1 | 0,13 3,6 | 1,75 48,9 | 0,05 1,4 | 0,28 7,8 | 0,32 8,0 | 0,18 5,0 | 0,83 23,2 | 1,00 27,9 | 2,11 | |
| В1 45-55 | 2,89 | 0,11 3,8 | 0,95 32,9 | 0,17 5,9 | 1,23 42,6 | 0,02 0,7 | 0,10 3,4 | 0,28 9,7 | 0,19 6,6 | 0,59 20,4 | 1,07 37,0 | 2,09 | |
| Орошеие,монокультура кукурузы + N200P100K100 | Апах 0-20 | 4,15 | 0,31 7,5 | 1,43 34,4 | 0,12 2,9 | 1,86 44,8 | 0,09 2,0 | 0,16 3,8 | 0,38 9,2 | 0,35 8,4 | 0,98 23,6 | 1,31 31,6 | 1,90 |
| АВ1 35-45 | 3,47 | 0,14 4,0 | 1,30 37,5 | 0,16 4,6 | 1,60 46,1 | 0,06 1,7 | 0,28 8,1 | 0,25 7,2 | 0,17 4,9 | 0,76 21,9 | 1,11 32,0 | 2,10 | |
| В1 45-55 | 2,94 | 0,13 4,4 | 0,97 33,3 | 0,19 6,5 | 1,30 44,2 | 0,04 1,4 | 0,18 6,1 | 0,23 7,8 | 0,18 6,1 | 0,63 21,4 | 1,01 34,4 | 2,06 | |
| Орошение, монокультура кукурузы без удобрений | Апах 0-20 | 3,96 | 0,29 7,3 | 1,15 29,1 | 0,10 2,5 | 1,54 38,9 | 0,08 2,0 | 0,19 4,8 | 0,28 7,1 | 0,33 8,3 | 0,88 25,5 | 1,54 38,9 | 1,75 |
| АВ1 35-45 | 3,14 | 0,11 3,5 | 1,09 34,7 | 0,13 4,1 | 1,33 42,4 | 0,04 1,3 | 0,22 7,0 | 0,26 8,3 | 0,19 6,0 | 0,71 22,6 | 1,10 35,0 | 1,87 | |
| В1 45-55 | 2,76 | 0,06 2,2 | 0,93 33,7 | 0,13 4,7 | 1,12 40,6 | 0,03 1,1 | 0,11 4,0 | 0,23 8,3 | 0,21 7,6 | 0,58 21,0 | 1,06 38,4 | 1,93 | |
Таблица 6. Влияние длительного орошения минерализованной водой Ингулецкого канала на состав гумуса темно-каштановой почвы
| Вариант | Горизонт | Общий гумус, % | В числителе - в % от массы почвы, в знаменателе -в % от общего С почвы 1 | Cгк Сфк | ||||||||||
| Фракции ГК | Фракции ФК | Негид-ролизуемый остаток | ||||||||||||
| I | II | III | сумма | Ia | I | II | III | сумма | ||||||
| Нeopoшае- мая почва | Апах | 2,17±0,06 | 0,05 4,0 | 0,28 2,2 | 0,10 7,9 | 0,43 34,1 | 0,02 1,6 | 0,10 7,9 | 0,06 4,8 | 0,04 3,2 | 0,22 17,5 | 0,61 48,4 | 1,95 | |
| В1 | 1,77±0,05 | 0,03 2,9 | 0,22 21,4 | 0,07 6,8 | 0,32 31,1 | 0,01 1,0 | 0,07 6,8 | 0,10 9,7 | 0,02 1,9 | 0,20 19,4 | 0,51 49,5 | 1,60 | ||
| В2 | 0,58±0,02 | Нет | 0,05 14,7 | 0,04 11,8 | 0,09 26,5 | Сл. | 0,02 5,9 | 0,03 8,8 | 0,03 8,8 | 0,08 23,5 | 0,20 58,8 | 1,12 | ||
| Орошаемая почва, севооборот с многолет- ними травами | Апах | 2,46±0,05 | 0,15 10,5 | 0,37 25,8 | 0,09 6,3 | 0,61 42,6 | 0,03 2,1 | 0,13 9,1 | 0,05 3,5 | 0,05 3,5 | 0,26 18,2 | 0,56 39,2 | 2,35 | |
| В1 | 2,16±0,06 | 0,09 7,2 | 0,36 28,8 | 0,08 6,4 | 0,53 42,4 | 0,02 1,6 | 0,10 8,0 | 0,09 7,2 | 0,04 4,2 | 0,25 20,0 | 0,47 37,6 | 2,12 | ||
| В2 | 0,69±0,04 | 0,01 2,5 | 0,08 20,0 | 0,03 7,5 | 0,12 30,0 | 0,01 2,5 | 0,02 5,0 | 0,04 10,0 | 0,02 5,0 | 0,09 22,5 | 0,19 47,5 | 1,33 | ||
| Орошаемая почва, монокультура озимой пшеницы | Апах | 2,05±0,05 | 0,07 5,9 | 0,23 19,3 | 0,08 6,7 | 0,38 31,8 | 0,03 2,5 | 0,11 9,3 | 0,08 6,7 | 0,04 3,4 | 0,26 21,9 | 0,55 46,2 | 1,46 | |
| В1 | 1,69±0,08 | 0,05 5,1 | 0,21 21,4 | 0,07 7,2 | 0,33 33,7 | 0,02 2,0 | 0,09 9,2 | 0,09 9,2 | 0,03 3,1 | 0,23 23,5 22,0 | 0,42 42,8 | 1,43 | ||
| В2 | 0,71±0,08 | 0,01 2,4 | 0,07 17,1 | 0,03 7,3 | 0,11 26,8 | 0,01 2,4 | 0,01 2,4 | 0,04 9,8 | 0,03 7,3 | 0,09 22,0 | 0,21 51,2 | 1,22 | ||
шаемой почвой в орошаемом черноземе возрастают содержание и запасы гумуса и величина отношения Сгк:Сфк, но при этом остается высокой подвижность гумусовых кислот, часть которых перемещается в подпахотные горизонты.
При низкой культуре земледелия орошение минерализованной водой, даже краткосрочное, оказывает негативное влияние на органическую часть темно-каштановой почвы. Это проявляется в появлении водорастворимого гумуса, уменьшении более чем в два раза количества углеводов и увеличении содержания свободных фенольных соединений, как продуктов биодеструкции органического вещества почвы. В орошаемой почве уменьшается количество гуминовых кислот, в том числе и гуматов кальция, происходит разрушение глиногумусовых комплексов, снижение содержания и фульватизация гумуса.
При высокой культуре земледелия севооборот с люцерной оказал благоприятное влияние на гумусовое состояние темно-каштановой почвы даже при длительном использовании для орошения воды хлоридно-натриевого типа с минерализацией 1,54 г/л. В верхней части профиля темно-каштановой почвы увеличилось содержание гумуса, с 0,32-0,43% до 0,53-0,61% повысилось содержание ценных с агрономической точки зрения гуминовых кислот, в том числе в 1,3-1,7 раза возросла доля гуматов кальция, величина отношения Сгк:Сфк увеличилась с 1,60-1,95 до 2,12-2,35. В тоже время ослабляется прочности связи гумусовых кислот с минеральными компонентами почвы, что способствует увеличению их подвижности и перемещению из пахотного слоя в нижележащие горизонты. Вовлекаются в миграцию гуматы натрия и неусредненные гуматы кальция, а также новообразованные гуминовые кислоты, характеризующихся повышенной устойчивостью к коагулирующему действию ионов кальция и особенно ионов магния.
Система показателей гумусового состояния почв, разработанная Л.А. Гришиной и Д.С. Орловым, оказалась достаточно информативной при сопоставлении целинной и пахотной неорошаемых почв. Она позволяет выявить основные закономерности трансформации органического вещества почвы под влиянием длительного сельскохозяйственного использования. Менее информативна, система показателей гумусового состояния оказалась при сопоставлении орошаемых и неорошаемых почв и не фиксирует отличий между орошаемыми почвами с различными системами земледелия даже при отчетливом развитии негативной трансформации органической части почвы под влиянием орошения.
Среди разнообразных компонентов, формирующих органическую часть почвы, важная роль принадлежит лабильным гумусовым веществам (ЛГВ). Представляя собой, комплекс относительно легко трансформируемых органических соединений ЛГВ принимают непосредственное участие в динамических почвенных процессах и формировании эффективного плодородия почвы. Входящие в состав ЛГВ компоненты участвуют в образовании водопрочной структуры, проявляют физиологическую активность, служат непосредственным источником элементов питания и энергии для почвенной биоты, выполняют защитную функцию по отношению к консервативным гумусовым соединениям почвы. Их содержание динамично во времени и во многом зависит от характера ценоза (табл. 7, 8). От весны к лету содержание ЛГВ в обыкновенных черноземах и темно-каштановых почвах закономерно уменьшается, при этом целинная почва содержит заметно больше ЛГВ по сравнению с почвами агроценозов.
Таблица 7. Динамика содержания лабильных гумусовых веществ в обыкновенных черноземах Каменной Степи, мг/кг почвы
| Вариант | 18.05 | 10,06 | 2.07 |
| Залежь | 9107 | 8121 | 6613 |
| Неорошаемый чернозем | 3361 | 2614 | 1934 |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | 5634 | 4452 | 3644 |
| Орошение, монокультура кукурузы + N200Р100К100 | 4015 | 3084 | 2129 |
| Орошение, монокультура кукурузы без удобрений | 3664 | 2536 | 1906 |
Таблица 8. Динамика содержания лабильных гумусовых веществ в темно-каштановой почве при орошении минерализованной водой хлоридно-натриевого типа с суммой солей 1,54 г/л, мг/кг почвы
| Вариант | 18.05 | 11.06 | 21.06 | 22.07 |
| Неорошаемая почва | 1875 | 1564 | 1321 | 925 |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | 3284 | 2465 | 2148 | 1532 |
| Орошение, монокультура озимой пшеницы | 2337 | 1334 | 953 | 626 |
Среди пахотных почв самым высоким содержанием ЛГВ отличаются орошаемые почвы, где практикуются севообороты с многолетними травами. В неорошаемых условиях и при низкой культуре земледелия складываются неблагоприятные условия для образования и накопления в почвах ЛГВ. В первом случае это обусловлено интенсивными окислительными процессами, вызывающими преимущественное развитие минерализации, в другом – общим ухудшением условий для гумусообразования.
На основании собственных экспериментальных данных и обобщения научной информации составлена шкала градации содержания лабильных гумусовых веществ в пахотных почвах (табл. 9).
Таблица 9. Градация содержания лабильных гумусовых веществ в пахотном слое черноземов и каштановых почв, мг/кг почвы
| Содержание | Оценка |
| Очень низкое Низкое Среднее Высокое | <1000 1000 – 2500 2500 – 4500 >4500 |
Очень низким содержанием ЛГВ характеризуются почвы, практически полностью утратившие лабильную (легкотрансформируемую) часть гумуса в результате длительного использования пашни при низкой культуре земледелия. Следствием этого является существенное ухудшение (деградация) структурного состояния, пищевого и микробиологического режимов почвы.
Низкое содержание ЛГВ отмечается в почвах, испытывающих дефицит свежего органического вещества при инициировании активного протекания минерализации. Среднее содержание ЛГВ присуще почвам со стабилизировавшимся гумусовым состоянием при соблюдении зональных агротехнологий. Режим органического вещества складывается по компенсационному типу, когда минерализационные потери практически полностью восполняются поступлением свежего органического вещества. Почвы характеризуются хорошим структурным состоянием, благоприятным пищевым и микробиологическим режимами. Высокое содержание ЛГВ присуще почвам, где применяются интенсивные агротехнологии. Регулирование режима органического вещества, в том числе и ЛГВ, осуществляется комплексом мероприятий в рамках общей стратегии производства. В таких условиях пищевой и микробиологический режимы почв близки к оптимальным и создаются условия для оптимизации их структурного состояния.
6. Влияние орошения на состав и свойства гуминовых кислот обыкновенного чернозема и темно-каштановой почвы
Гуминовые кислоты (ГК) являются важнейшим компонентом гумуса черноземов и темно-каштановых почв, определяющим многие их признаки и свойства. Возможность и характер их трансформации под влиянием орошения будет зависеть от многих факторов, в том числе и от исходного состояния ГК. При вовлечении в орошаемое земледелие сильно выпаханных почв трансформация ГК, особенно на ранних этапах орошения, может быть практически не выражена, поскольку они будут представлять собой инертные образования, состоящие в основном из устойчивых ароматических структур. Наоборот, гумусовые вещества, обогащенные лабильными компонентами, будут более чувствительны к изменению свойств почв и гидротермической обстановки.
Важную роль будет играть и методическая сторона этого вопроса. Получение препаратов гумусовых веществ, предусматривает их исчерпывающее экстрагирование из почвы. Поэтому изменения, произошедшие с теми или иными компонентами гумусовых веществ, могут не проявиться в общей массе препарата или дать нечеткую картину. В связи с этим более перспективным представляется изучение отдельных фракций гумусовых соединений, выделенных как непосредственно из почвы, так и получаемых в ходе фракционирования исходных препаратов. При этом, по-видимому, наиболее перспективным будет изучение тех фракций, которые преобладают в составе гумусовых кислот, а так же тех, которые отличаются самой высокой степенью лабильности.
ГК залежного чернозема при общем доминировании в составе молекул циклических структур отличаются довольно развитой периферической частью, о чем можно судить по величине отношения Н:С равной 0,81 (табл. 10). Их характерная особенность – очень низкая степень окисленности (+0,01), обусловленная присутствием в составе Гк значительного количества новообразованных соединений, обогащенных восстановленными компонентами
В условиях высокой культуры земледелия ГК устойчивы к антропогенному воздействию и не претерпевают существенной трансформации, которая имеет общую окислительную направленность, судя по увеличению степени окисленности с +0,01 до +0,16. Это подтверждается и данными спектроскопии, согласно которым ГК пахотного чернозема являются более зрелыми и окисленными соединениями по сравнению с ГК залежной почвы.
Таблица 10. Влияние орошения на элементный состав гуминовых кислот обыкновенного чернозема и темно-каштановой почвы (атомные проценты)
| Вариант | Золь- ность, % | С | Н | N | О | Н:С | О:С | С:N | w |
| Обыкновенный чернозем | |||||||||
| Залежь | 4,76 | 43,8 | 35,6 | 2,5 | 18,1 | 0,81 | 0,41 | 17,5 | +0,01 |
| Неорошаемый | 8,27 | 44,9 | 32,8 | 2,3 | 20,0 | 0,73 | 0,45 | 19,5 | +0,16 |
| Орошаемый, севооборот | 7,00 | 47,0 | 31,7 | 2,5 | 18,8 | 0,68 | 0,40 | 18,8 | +0,13 |
| Темно-каштановая почва | |||||||||
| Неорошаемая | 6,25 | 46,7 | 30,4 | 1,8 | 21,1 | 0,65 | 0,45 | 25,9 | +0,23 |
| Орошаемая, севооборот | 5,51 | 46,5 | 31,7 | 1,7 | 20,1 | 0,68 | 0,43 | 27,4 | +0,18 |
| Орошаемая, монокультура | 6,18 | 42,8 | 33,0 | 1,6 | 22,6 | 0,77 | 0,53 | 26,8 | +0,29 |
Под влиянием орошения и севооборотов с многолетними травами интенсифицируются процессы обновления ГК, что ведет к уменьшению степени их окисленности. Возделывание монокультуры озимой пшеницы при орошении минерализованной водой вызывает развитие окислительной биохимической деструкции гуминовых кислот. Она сопровождается частичным разрушением азотсодержащих группировок и циклических структур о чем можно судить по увеличению атомных отношений Н:С с 0,65 до 0,77 и О:С с 0,45 до 0,53. Не исключено, что в условиях монокультуры резче проявляется негативное влияние на процесс гумусообразования легкорастворимых солей содержащихся в поливной воде.
Согласно данным термического анализа (табл. 11) периферическая и центральная части ГК чернозема залежи представлены двумя группами неоднородных по термоустойчивости компонентов.
Таблица 11. Влияние орошения на термическую характеристику гуминовых кислот обыкновенных черноземов и темно-каштановых почв
| Вариант | Максимальная температура эффекта, 0С Потеря массы, в % от общей массы | Z |
| Залежь | 95, 215, 290, 450, 505 11,6 10,5 11,6 40,7 25,6 | 0,33 |
| Неорошаемый чернозем | 100, 190, 235, 300, 440, 500 11,3 5,7 4,7 11,3 34,9 32,1 | 0,32 |
| Орошаемый чернозем, севооборот | 95, 220, 270, 450, 490, 545, 600 10,6 7,1 14,1 28,8 10,1 7,1 22,2 | 0,31 |
| Неорошаемая темно-каштановая почва | 87, 315, 462, 556, 695 21,1 21,1 33,0 16,8 8,0 | 0,37 |
| Орошаемая темно-каштановая почва, севооборот | 90, 294, 450, 470, 550, 720, 22,0 22,0 16,1 13,3 15,6 11,0 | 0,39 |
| Орошаемая темно-каштановая почва, монокультура | 82, 125, 295, 466, 487, 530, 607 12,8 13,7 18,6 15,7 19,6 11,8 7,8 | 0,59 |
Коэффициент Черникова-Кончица (Z), позволяющий судить о соотношении циклических и алифатических структур в молекулах гумусовых веществ составил 0,33, что говорит о доминировании конденсированных циклов в составе ГК залежного чернозема. Длительное сельскохозяйственное использование почв при высокой культуре земледелия, в том числе и в условиях орошения, усиливает дифференциацию компонентного состава ГК, однако не отражается на соотношении циклических и алифатических компонентов в их молекулах. Монокультура озимой пшеницы при орошении минерализованной водой вызывает негативную трансформацию гуминовых кислот темно-каштановой почвы. Наряду с усилением внутримолекулярной дифференциации алифатических и циклических структур, снижается их термоустойчивость и возрастает роль компонентов периферической части в построении молекул ГК, о чем можно судить по коэффициенту Z, который возрос до 0,59. Увеличение степени алифатичности ГК обусловлено как процессами обновления, так и разрушением циклических структур их ядерной части под влиянием биохимических и физико-химических факторов.
Под влиянием длительного орошения возросла дисперсность гуминовых кислот обыкновенного чернозема и темно-каштановой почвы, что связано с появлением в их составе новых низко- и среднемолекулярных фракций. Средневзвешенная молекулярная масса ГК чернозема уменьшилась с 50700-57700 до 44200-47600, темно-каштановой почвы с 43700 до 32800. В результате краткосрочного орошения темно-каштановой почвы слабоминерализованной водой щелочного типа на 20% уменьшилось относительное содержание высокомолекулярной фракции ГК, а средневзвешенная молекулярная масса снизилась с 43700 до 36200. В целом трансформация молекулярно-массового состава ГК при орошении минерализованными водами связана не только с биохимическими, но и с физико-химическими процессами.
7. Влияние орошения на состав и свойства различных фракций гуминовых кислот обыкновенного чернозема и темно-каштановой почвы
Согласно результатам элементного и термического анализов особенности компонентного состава гуминовых кислот во многом определяют характер их связи с минеральной частью почвы (табл. 12, 13).
Гуминовые кислоты, связанные с обменным кальцием (ГК-II) состоят преимущественно из структур циклического типа; гуминовые кислоты, находящиеся в свободном состоянии (ГК-I) и прочно связанные с глинистыми минералами (ГК-III) сформированы в основном алифатическими компонентами.
В условиях высокой культуры земледелия, характерной для неорошаемого чернозема, свободные гуминовые кислоты сохраняют основные характеристики, свойственные ГК-I залежной почвы: преобладание в составе молекул плохо окисленных алифатических группировок, обогащенность азотом, довольно высокая степень дифференцированности компонентов по термоустойчивости. У гуминовых кислот связанных с кальцием отмечается уменьшение гетерогенности компонентного состава за счет обновления ядерной части менее
термоустойчивыми структурами, с +0,16 до +0,27 возрастает степень окисленности и проявляется тенденция к усилению ароматичности их молекул. Трансформация ГК-III связана с разрушением части алифатических группировок и включением в их состав окисленных и обедненных азотом циклических компонентов с пониженной растворимостью.
Таблица 12. Элементный состав различных фракций гуминовых кислот обыкновенных черноземов Каменной Степи (атомные проценты)
| Вариант | Фракции ГК | С | H | N | O | H:C | O:C | C:N | W |
| Залежь | ГК – I | 32,6 | 44,1 | 3,5 | 19,8 | 1,35 | 0,61 | 9,3 | -0,14 |
| ГК – II | 47,0 | 31,3 | 2,2 | 19,5 | 0,67 | 0,42 | 21,4 | +0,16 | |
| ГК – III | 34,7 | 43,0 | 2,5 | 19,8 | 1,24 | 0,57 | 13,9 | -0,10 | |
| Неорошаемый чернозем | ГК – I | 31,5 | 43,9 | 3,1 | 21,5 | 1,39 | 0,68 | 10,2 | -0,03 |
| ГК – II | 47,8 | 29,0 | 2,2 | 21,0 | 0,61 | 0,44 | 21,7 | +0,27 | |
| ГК – III | 37,2 | 38,6 | 2,5 | 21,7 | 1,04 | 0,58 | 14,9 | +0,13 | |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | ГК – I | 40,5 | 37,2 | 3,5 | 18,8 | 0,92 | 0,46 | 11,6 | +0,01 |
| ГК – II | 43,8 | 35,2 | 2,2 | 18,8 | 0,80 | 0,43 | 19,9 | +0,06 | |
| ГК – III | 35,5 | 42,6 | 2,4 | 19,5 | 1,20 | 0,55 | 14,8 | -0,10 | |
| Орошение, монокультура кукурузы + N200P100K100 | ГК – I | 35,4 | 40,4 | 2,7 | 21,5 | 1,14 | 0,61 | 13,1 | +0,07 |
| ГК – II | 43,9 | 31,9 | 1,5 | 22,7 | 0,73 | 0,52 | 29,3 | +0,31 | |
| ГК – III | 36,2 | 39,5 | 2,5 | 21,8 | 1,09 | 0,60 | 14,5 | +0,11 | |
| Орошение, монокультура кукурузы без удобрений | ГК – I | 38,9 | 33,4 | 1,8 | 25,9 | 0,86 | 0,67 | 21,6 | +0,47 |
| ГК – II | 47,7 | 23,8 | 1,5 | 27,0 | 0,50 | 0,57 | 31,8 | +0,63 | |
| ГК – III | 38,7 | 35,0 | 2,2 | 24,1 | 0,90 | 0,62 | 17,6 | +0,34 |
При наличии в севообороте многолетних трав изменения, которые претерпевают ГК-I под влиянием орошения связаны с включением в их состав менее термоустойчивых новообразованных циклических структур. Это сопровождается увеличением на 9% количества углерода и уменьшением на 7% содержания водорода, что отражается на величине отношения Н:С которая снижается с 1,39 до 0,92, с 2,11 до 0,77 уменьшился и коэффициент Z. Трансформация ГК-II и ГК-III преимущественно связана с обновлением их молекул слабоокисленными, обогащенными азотом компонентами алифатического типа, что повышает их лабильность и способствует уменьшению степени окисленности.
При бессменном возделывании кукурузы с применением высоких доз минеральных удобрений трансформация ГК-I и ГК-II связана с их окислением и частичной минерализацией азотсодержащих компонентов. Гуминовые кислоты прочно связанные с глинистыми минералами по своим показателям близки к
Таблица 13. Термографическая характеристика различных фракций гуминовых кислот обыкновенных черноземов Каменной Степи (числитель – максимальная температура эффекта, 0С, знаменатель – потеря массы в % от общей)
| Вариант | Фракции ГК | Термические реакции | Z | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |||
| Залежь | ГК – I | 75 10,7 | 220 12,5 | 295 24,1 | 385 23,2 | 460 8,1 | 510 8,9 | 525 12,5 | --- | 2,03 |
| ГК – II | 90 12,5 | 285 18,9 | 410 22,9 | 425 11,8 | 460 33,9 | --- | --- | --- | 0,28 | |
| ГК – III | 90 13,5 | 280 22,5 | 385 7,2 | 395 25,2 | 415 31,6 | --- | --- | --- | 1,74 | |
| Неорошае-мый чернозем | ГК – I | 75 10,7 | 215 8,5 | 255 9,6 | 295 20,2 | 395 22,3 | 500 18,1 | 515 10,6 | --- | 2,11 |
| ГК – II | 90 12,7 | 285 17,0 | 405 33,5 | 435 36,8 | --- | --- | --- | --- | 0,24 | |
| ГК – III | 85 15,9 | 230 15,9 | 390 29,9 | 405 38,3 | --- | --- | ---- | --- | 1,20 | |
| Орошение, севооборот с многолет-ними травами | ГК – I | 75 9,1 | 250 13,6 | 305 25,8 | 420 39,4 | 450 7,6 | 465 4,5 | --- | --- | 0,77 |
| ГК – II | 100 13,1 | 285 15,6 | 405 29,4 | 450 41,9 | --- | --- | --- | --- | 0,22 | |
| ГК – III | 80 14,8 | 235 10,2 | 290 10,2 | 390 33,0 | 410 31,8 | --- | --- | --- | 1,68 | |
| Орошение, монокуль-тура кукурузы + N200 P100 K100 | ГК – I | 80 9,3 | 305 36,0 | 380 16,1 | 405 10,7 | 435 9,3 | 460 5,3 | 505 8,0 | 515 5,3 | 1,35 |
| ГК – II | 90 14,8 | 265 17,2 | 405 33,6 | 425 34,4 | --- | --- | --- | --- | 0,25 | |
| ГК – III | 95 13,4 | 230 7,0 | 275 6,4 | 380 25,6 | 395 9,6 | 420 38,0 | --- | --- | 1,28 | |
| Орошение, монокуль-тура кукурузы без удобрений | ГК – I | 80 9,7 | 315 31,3 | 415 47,2 | 435 5,6 | 450 6,2 | --- | --- | --- | 0,53 |
| ГК – II | 100 13,0 | 255 10,4 | 405 27,9 | 415 9,1 | 430 39,6 | --- | --- | --- | 0,14 | |
| ГК – III | 90 12,6 | 305 24,5 | 410 22,5 | 450 40,4 | --- | --- | --- | --- | 0,39 | |
ГК-III неорошаемого чернозема. При бессменном возделывании кукурузы без применения удобрений изменения затрагивают все фракции гуминовых кислот
чернозема, причем носят они отчетливо выраженный деградационный характер. Гуминовые кислоты теряют лабильные компоненты, в том числе и азотсодержащие группировки, обогащаются инертными циклическими структурами с пониженной термоустойчивостью и подвергаются окислению. Наиболее существенные изменения происходят с ГК-I.
Неоднозначные изменения претерпевают различные фракции гуминовых кислот темно-каштановой почвы под влиянием орошения минерализованной водой (табл. 14, 15).
Таблица 14. Влияние орошения водой хлоридно-натриевого типа с минерализацией 1,54 г/л на элементный состав фракций гуминовых кислот темно-каштановых почв (атомные %).
| Вариант | Фракции ГК | C | H | N | O | H:C | O:C | C:N | W |
| Неорошаемая почва | ГК-I | 36,0 | 43,8 | 2,8 | 17,4 | 1,22 | 0,48 | 12,9 | -0,25 |
| ГК-II | 47,1 | 30,0 | 1,4 | 21,5 | 0,64 | 0,46 | 33,6 | +0,28 | |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | ГК-I | 33,2 | 43,5 | 2,8 | 20,5 | 1,31 | 0,62 | 11,9 | -0,08 |
| ГК-II | 45,8 | 32,6 | 1,4 | 20,2 | 0,71 | 0,44 | 32,7 | +0,17 | |
| Орошение, монокультура озимой пшеницы | ГК-I | 34,9 | 39,9 | 2,3 | 22,9 | 1,14 | 0,66 | 15,2 | +0,17 |
| ГК-II | 41,7 | 33,8 | 1,2 | 23,3 | 0,81 | 0,56 | 34,8 | +0,31 |
При использовании темно-каштановой почвы в севообороте с люцерной происходит включение в состав свободных гуминовых кислот окисленных компонентов алифатического типа с пониженной термоустойчивостью, что, по-видимому, дополняется окислительной биодеструкцией какой-то части циклических компонентов ядерной части ГК-I. Об этом можно судить по увеличению с 1,22 до 1,31 отношения Н:С, с 1,39 до 1,56 коэффициента Z и изменению с -0,25 до -0,08 степени окисленности ГК-I. Возросла степень алифатичности и гуминовых кислот прочно связанных с глинистыми минералами, судя по увеличению коэффициента Z с 0,88 до 1,09. Гуминовые кислоты, связанные с кальцием вследствие обогащенности их конденсированными структурами при высокой культуре земледелия устойчивы к воздействию длительного орошения минерализованной водой. Преобладает обновление их молекул азотсодержащими компонентами и циклическими слабоокисленными структурами с пониженной термоустойчивостью, что усиливает дифференциацию ядерной части.
При бессменном возделывании озимой пшеницы происходит отчетливо выраженная деградация гуминовых кислот темно-каштановой почвы. Судя по уменьшению величины отношения Н:С с 1,22 до 1,14, коэффициента Z с 1,38 до 1,16 и изменению степени окисленности ГК-I с -0,25 до +0,17 в их составе возросла доля окисленных циклических структур, обедненных азотсодержащими группировками. Глубокие изменения претерпевают гуминовые кислоты, связанные с кальцием. Это проявляется в потере ГК-II азотсодержащих группировок и разрушении циклических структур ядерной части, что сопровождается усилением дифференциации компонентного состава по термоустойчивости и алифатизацией молекул. Подобная направленность трансформации, по-видимому, свойственна и ГК-III.
Таблица 15. Влияние орошения водой хлоридно-натриевого типа с минерализацией 1,54 г/л на термическую характеристику различных фракций гуминовых кислот темно-каштановых почв (числитель – максимальная температура эффекта, 0С; знаменатель – потеря массы в % от общей)
| Вариант | Фракции ГК | Термические реакции | Z | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| Неорошаемая почва | ГК-I | 88 15,2 | 136 15,2 | 262 26,8 | 355 7,1 | 461 35,7 | - | 1,38 |
| ГК-II | 90 22,6 | 328 19,5 | 445 51,6 | 550 6,3 | - | - | 0,34 | |
| ГК-III | 85 10,0 | 121 16,0 | 287 15,0 | 340 11,0 | 475 48,0 | - | 0,88 | |
| Орошение, севооборот с многолетними травами | ГК-I | 93 21,9 | 130 12,2 | 192 6,7 | 235 28,7 | 475 30,5 | - | 1,56 |
| ГК-II | 95 23,8 | 330 18,5 | 430 23,8 | 475 14,7 | 532 19,2 | - | 0,32 | |
| ГК-III | 85 10,3 | 125 15,0 | 307 23,6 | 350 8,2 | 470 42,9 | - | 1,09 | |
| Орошение, монокультура озимой пшеницы | ГК-I | 84 21,2 | 123 14,1 | 231 9,4 | 312 18,8 | 475 36,5 | - | 1,16 |
| ГК-II | 90 11,8 | 121 11,8 | 332 19,1 | 426 26,4 | 453 19,1 | 533 11,8 | 0,54 | |
| ГК-III | 80 11,7 | 112 18,6 | 337 26,1 | 500 43,6 | - | - | 1,03 | |
В целом негативные изменения, происходящие с ГК темно-каштановой почвы при бессменном возделывании озимой пшеницы и орошении минерализованной водой, имеют не только биологическую природу. В условиях монокультуры резче проявляется отрицательная роль засоления и осолонцевания, обусловленных неблагоприятным химическим составом поливной воды. В результате совместного действия биологического, химического и физико-химического факторов, на фоне качественно иного гидротермического режима, в орошаемой почве формируются ГК с другими составом и свойствами по сравнению с неорошаемой почвой.
8. Особенности элементарных почвообразовательных процессов в орошаемых почвах засушливых регионов
Разработанная И.П. Герасимовым и получившая свое дальнейшее развитие в трудах отечественных и зарубежных ученых (Б.Г. Розанов, С.В. Зонн, Ф.И. Козловский, В.О. Таргульян, Н.А. Караваева, Ф. Дюшофур, Ж.Г. Бокхейм, Д.Б. Нахон, Р.В. Арнольд, Н. ван Бриман и др.) концепция элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП) является важным инструментом познания генезиса и эволюции естественных и антропогенно-измененных почв.
Опыт использования концепции ЭПП применительно к почвам, интенсивно используемым в сельском хозяйстве весьма незначителен. Особенно актуальна эта проблема для почв подвергнутых тем или иным видам мелиораций, которые коренным, или существенным образом изменяют природные условия развития и функционирования почв. Сопоставление орошаемых и неорошаемых почв с помощью группировки ЭПП приведено в таблице 16. При ее составлении учитывался различный характер хозяйственной деятельности на оросительных системах.
При низкой культуре земледелия на орошаемых землях нередки переполивы, подъем уровня грунтовых вод выше критических отметок, несоблюдение агротехники и севооборотов, применение недоброкачественной поливной воды и т.п. Все эти негативные издержки хозяйствования исключены при высоком уровне интенсификации сельскохозяйственного производства. Необходимо отметить, что не все процессы могут быть однозначно диагностированы, и получить свое логичное объяснение. Одни из них, как, например, засоление при использовании для орошения минерализованных вод установлены достаточно твердо, другие процессы (осолодение, подщелачивание, поверхностное оглеение) требуют уточнения, а третьи (тирсификация) выделяются преимущественно на гипотетическом уровне.
Неоднозначна и вероятность проявления элементарных почвообразовательных процессов в условиях орошения. Можно выделить процессы, которые присущи всем орошаемым почвам. В первую очередь это ЭПП метаморфизма органического вещества, оглинивание и дезинтеграция. Для развития других процессов требуется сочетание определенных условий, которые не обязательно должны иметь место в орошаемых почвах. Так, например, выщелачивание возможно лишь в том случае, когда в верхней части профиля присутствуют свободные карбонаты и обеспечивается промывной водный режим. Пептизация тонкодисперсных частиц и интенсивное промачивание почвенного профиля необходимы для проявления лессиважа.
Основные комбинации ЭПП, сформировавшие современный почвенный покров какой-то территории могут оставаться на ведущих позициях и в условиях ирригации. В то же время возможны ситуации, когда доминирующую роль начинают играть инициированные орошением процессы, нетипичные для почв
Таблица 16. ЭПП в орошаемых и неорошаемых почвах степной и сухостепной зон
| Почвы,уро- | Группы ЭПП | |||||||||||||||||
| вень интен- | Метаморфизм органического вещества | Метаморфизм минеральной части почвы | ||||||||||||||||
| сификации | ЭПП | |||||||||||||||||
| Посту-пление орг. остат-ков | Ми-нера-лиза-ция | Гуми-фика-ция | Гуму-сонако-пление | Верти-кальное элювии-рование | Тир-сифи-кация | Инактивация | Дегу-мифи-кация | Регу-мифи-кация | Дезин-тегра-ция | Огли-нива-ние | Гидро-слюди-зация | Оглеение | Под-щела-чива-ние | Сли-тиза-ция | Обес-струк-тури-вание | Острук-туривание | ||
| Неорошае-мые | + | + | + | + | - | - | + | - | - | + | + | + | - | - | - | - | + | |
| Орошаемые | ? | ++ | ||||||||||||||||
| Низкий | + | ++ | + - | + - | + | + | - | ++ | ++ | ++ | + | + | + | ++ | - | |||
| высокий | ++ | ++ | ++ | ++ | + | - | - | - | + | ++ | ++ | ++ | - | - | - | + | + | |
| Почвы,уро- | Группы ЭПП | ||||||||||||
| вень интен- | Элювиальные | Гидрогенно-аккумулятивные | Ирри- | ||||||||||
| сификации | ЭПП | гаци | |||||||||||
| Вы-щела-чива-ние | Декальци-рование | Обессоли-ва-ние | Рассо-ление | Рассо-лонце-вание | Осоло-дение | Лес-сиваж | Вторич-ное засоление | Вторич-ное осолон-цевание | Огип-совы-вание | Окар-бона-чива-ние | Олу-гове-ние | онная эрозия | |
| Неорошае-мые | + | - | - | + | + | + | - | - | - | - | - | - | - |
| Орошаемые | |||||||||||||
| Низкий | ++ | + | + | ++ | ++ | ++ | + | + | + | + | + | + | + |
| высокий | ++ | - | - | ++ | ++ | + | + | - | - | - | - | - | - |
“ + “ наличие процесса; “ - “ отсутствие процесса; “ ++ “ усиление процесса“ + - “ ослабление процесса; “ ? “процесс гипотетичен.
данного региона - вторичное засоление, олуговение, ирригационная эрозия и т.д. Часто развитие того или иного ЭПП сопровождается проявлением сопряженных с ним процессов. Например, вторичное осолонцевание орошаемых почв способствует обесструктуриванию, лессиважу, подщелачиванию и вертикальному элювиированию гумусовых веществ.
По мере удлинения срока орошения может происходить смена одних ЭПП другими, прямо противоположными. Например, при экстенсивном способе хозяйствования на первых этапах ирригации при использовании для полива пресной воды в почвах сухостепной зоны активизируются процессы выщелачивания, рассоления и рассолонцевания. Однако в дальнейшем, по мере пополнения запасов грунтовых вод за счет орошения и их подъема, элювиальные процессы будут постепенно затухать, и в конечном итоге сменятся гидрогенно-аккумулятивными – вторичным засолением, осолонцеваним, огипсовыванием и окарбаначиванием. Им будет сопутствовать оглеение, развивающееся в почвенном профиле в соответствие с положением уровня грунтовых вод. На таком фоне не исключено зарождение процессов слитизации и тирсификации.
На эффективно функционирующих оросительных системах, при соблюдении севооборотов, всего необходимого комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий, почвообразовательный процесс не меняет своей принципиальной направленности. Основные ЭПП (гумусонакопление, оглинивание, выщелачивание), сформировавшие современный почвенный покров степной и сухостепной зон, не только сохраняются в условиях орошения, но и протекают с большей интенсивностью. При этом могут получить начало некоторые сопутствующие процессы, которые, однако, не вносят существенных корректив в сложившийся ход почвообразования.
По-другому складывается ситуация на оросительных системах с низким КПД и экстенсивным использованием орошаемой пашни. Здесь, наряду с развитием различного рода деградационных явлений (дегумификация, обесструктуривание и др.), возможна трансформация черноземов и каштановых почв в луговые, различной степени засоленные и солонцеватые почвы, вплоть до образования полугидроморфных и гидроморфных солончаков и солонцов.
Выводы
1. Экстенсивное использование пашни при орошении минерализованными водами без проведения превентивных мелиоративных мероприятий вызывает быстрое ухудшение свойств темно-каштановых почв. Это проявляется в развитии процессов засоления и осолонцевания, ухудшении качественного состава гумуса, деструкции глиногумусовых комплексов и обеднении пахотных горизонтов гумусом.
2. Длительное орошение пресной водой гидрокарбонатно-кальциевого типа не оказало существенного влияния на солевой состав и физико-химические свойства обыкновенных черноземов. Соблюдение всего комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий позволяет предотвратить существенное ухудшение солевого состава и физико-химических свойств темно-каштановой почвы при длительном орошении водой хлоридно-натриевого типа с минерализацией 1,54 г/л.
3. Под влиянием орошения ухудшается структурное состояние черноземов и темно-каштановых почв. Наиболее ярко обесструктуривание проявляется в условиях монокультуры, особенно при использовании для орошения минерализованной воды. В верхней части профиля орошаемых почв возрастает содержание тонкодисперсных частиц, в том числе и водопептизируемого ила, относительное содержание которого в пахотных горизонтах черноземов не превышает 10%, а в темно-каштановых почвах достигает 27-32% и способствует развитию лессиважа.
4. Под влиянием длительного орошения валовой состав обыкновенного чернозема и темно-каштановой почвы не претерпел существенных изменений, однако в результате интенсификации процесса оглинивания верхняя часть профиля орошаемых почв обогащается аморфными соединениями кремния, алюминия и железа.
5. Минерализационные потери гумуса в результате длительного сельскохозяйственного использования обыкновенного чернозема составили около 30%, а лабильных гумусовых веществ около 60% от исходного содержания. Потеря лабильных фракций органических соединений сопровождается возрастанием гуматности гумуса и роли инертных компонентов в его формировании. При высокой культуре земледелия и насыщении севооборотов многолетними травами в орошаемых почвах складываются благоприятные условия для гумусообразования, даже при использовании слабо минерализованной воды хлоридно-натриевого типа. В орошаемых почвах возрастают содержание и запасы гумуса, количество гуминовых кислот и лабильных гумусовых веществ. Монокультура и при внесении высоких доз минеральных удобрений, оказывает негативное влияние на органическую часть орошаемых почв, особенно при орошении минерализованной водой.
6. Под влиянием орошения ослабляется прочность связи гуминовых кислот с минеральной частью почвы, что при дефиците кальция в почвенном растворе создает предпосылки для передвижения их в нижележащие горизонты. В первую очередь в миграцию вовлекаются новообразованные гуминовые кислоты, обладающие повышенной растворимостью и устойчивостью к коагулирующему действию ионов кальция и особенно магния.
7. Система показателей гумусового состояния позволяет выявить основные закономерности трансформации органической части почв под влиянием длительного сельскохозяйственного использования. Менее информативной она оказалась при сопоставлении орошаемых и неорошаемых почв и не фиксирует отличий между орошаемыми почвами с разными системами земледелия, даже при отчетливом развитии негативных явлений.
8. Комплексом физико-химических методов установлено, что при высокой культуре земледелия под влиянием орошения и севооборотов с многолетними травами активизируется обновление гуминовых кислот за счет включения в их состав циклических соединений. Монокультура в условиях орошения способствует окислительной биохимической деструкции гуминовых кислот, что ведет к разрушению азотсодержащих группировок и ароматических структур, снижению их термоустойчивости, увеличению неоднородности компонентного состава и степени алифатичности. Под влиянием орошения возрастает дисперсность гуминовых кислот и уменьшается их средневзвешенная молекулярная масса.
9. Изучение отдельных фракций, различающихся прочностью связи с минеральной частью почвы, позволило получить более углубленную характеристику состава и свойств гуминовых кислот и особенностей их трансформации под влиянием орошения. Согласно данным элементного и термического анализов в черноземах и темно-каштановых почвах гуминовые кислоты, связанные с кальцием состоят преимущественно из структур циклического типа; гуминовые кислоты, находящиеся в относительно свободном состоянии и прочно связанные с глинистыми минералами сформированы в основном алифатическими компонентами.
10. Изменения свободных гуминовых кислот в условиях орошения имеют общую окислительную направленность, наиболее ярко проявляющуюся в условиях монокультуры. Гуминовые кислоты, связанные с кальцием, благодаря высокому содержанию циклических структур, при высокой культуре земледелия устойчивы к антропогенному воздействию. В таких условиях происходит лишь естественное обновление их молекул слабоокисленными компонентами, не влияющее на степень ароматичности. При низкой культуре земледелия развивается биологическая деградация гуматов кальция, обусловливающая потерю лабильных азотсодержащих компонентов и окисление их молекул вплоть до разрушения циклических структур ядерной части.
11. Трансформация гуминовых кислот прочно связанных с минеральной частью почвы носит разнонаправленный характер. Происходит как активное обновление их новообразованными азотсодержащими и слабо окисленными компонентами алифатической природы (севооборот), так и окислительная деструкция с разрушением значительной части лабильных компонентов, дополняемая включением окисленных циклических структур – продуктов трансформации других фракций (монокультура без удобрений).
12. При нормированном орошении и высоком уровне агротехники возрастает интенсивность элементарных почвенных процессов, сформировавших современный почвенный покров засушливых территорий. Их сложившиеся комбинации могут дополняться новыми процессами, которые не свойственны неорошаемым почвам и не оказывают существенного влияния на уровень плодородия орошаемых почв. Эффективное использование пахотных угодий при орошении слабоминерализованными водами нейтрального типа возможно лишь при соблюдении всего комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий, включающих регулярные промывки и гипсование.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
1. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Влияние длительного орошения на состав и свойства гуминовых кислот темно-каштановых почв // Тезисы докладов 7 делегатского съезда Всесоюзного общества почвоведов. Ташкент. 1985. Ч.2. С.21.
2. Панов Н.П., Мамонтов В.Г., Диало Амаду, Андрусенко И.И. Изменение свойств гуминовых кислот темно-каштановых почв при длительном орошении // Известия ТСХА. 1986. Выпуск № 3. С. 115-119.
3. Мамонтов В.Г., Кончиц В.А., Диало Амаду, Андрусенко И.И. Спектры поглощения и порог коагуляции фракций гуминовых кислот орошаемых и неорошаемых темно-каштановых почв. // Известия ТСХА. 1986. Выпуск № 4. С. 62-67.
4. Панов Н. П., Мамонтов В. Г. Солевой состав темно-каштано-вых почв юга Украины, орошаемых минерализованными водами. // Известия ТСХА. 1987. Выпуск № l. С. 92-97.
5. Панов Н.П., Мамонтов В.Г., Диало Амаду. Шевченко А.В. Элементный состав гуминовых кислот темно-каштановых почв при длительном орошении // Известия ТСХА. 1987. Выпуск № 4 С. 94-98.
6. Кончиц В. А., Андрусенко И. И, Боровский Е. В.; Мамонтов В.Г.
Влияние орошения темно-каштановых почв на молекулярно-массовое распределение гуминовых кислот // Известия ТСХА. 1988. Выпуск № 6. С. 90-94.
7. Мамонтов В. Г., Донюшкина Е. В. Влияние сельскохозяйственного
использования на подвижный гумус черноземов обыкновенных. Тезисы док
ладов УШ Всесоюзного съезда почвоведов Новосибирск, 1989, т. 2. С. 54.
Мамонтов В.Г. Особенности почвообразовательных процессов и плодородие черноземов и каштановых почв при орошении. – М.: ВНИИТЭИагропром, 1990. 77 с.
8. Панов Н.П., Мамонтов В. Г. Особенности органического вещества орошаемых почв. // "Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов Молдавии". Тезисы докладов республиканской конференции. Кишинев 1990, т.1. С. 165-155
9. Мамонтов В.Г., Донюшкина Е.В., Кончиц В.А., Сюняев Х.Х. Сравнительная характеристика методов выделения подвижного гумуса почвы // Известия ТСХА. 1990. Выпуск № 4. С. 62-55.
10. Мамонтов В.Г. Деградация каштановых почв при орошении мине
рализованными водами. // Труды международного симпозиума "Генезис и управление плодородием засоленных почв". М, с. 338-341.
11. Донюшкина Е.В., Мамонтов В.Г. Кончиц В.А., Сюняев Х.Х. Термический анализ лабильного гумуса черноземов. // "Основные итоги исследований по проблеме генезиса и мелиорации почв". М. МСХА. 1993. С. 64-69.
12. Панов Н. П. Мамонтов В.Г. Кончиц В. А. Изменение гумусового состояния темно-каштановых почв при орошении слабоминерализованной водой // Известия ТСХА. 1994. Выпуск № 2. С. 87-92.
13. Панов H.П. Мамонтов В. Г. О негативных явлениях в почвах при орошении. // Почвенные ресурсы Прикаспийского региона и их рациональное использование в современных социально-экономических условиях. Тезисы докладов Международной конференции почвоведов. Астрахань. 1994. С. 151-153.
14. Панов Н.П., Мамонтов В.Г., Воронжева Н.П., Панова И.Н. О методах изучения водопептизируемого ила почв // Известия ТСХА 1996. Выпуск № 3. С. 54-72.
15. Мамонтов В. Г..Кончиц В А. Органическое вещество орошаемых
почв и процессы его трансформации // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов. Санкт-Петербург. 1996, кн. 1. С. 190-191
16. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Особенности трансформации почвенных процессов при орошении почв засушливых регионов // Тезисы докладов Международной конференции "Проблемы антропогенного почвообразования". М. Почвенный институт им.В.В. Докучаева. 1997, т.3. С. 43-45.
17. Ягодкина Н.В., Мамонтов В.Г. К вопросу о факторах структурообразования // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. Суздаль. 2000, кн.1. С. 221
18. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Элементарные процессы в орошаемых почвах аридной зоны. // Проблемы рационального природопользования аридных зон Евразии. М. МГУ. 2000, с. 185-195.
19.Мамонтов В.Г., Родионова Л.П., Быковский Ф.Ф., Сирадж А. Лабильное органическое вещество почвы: номенклатурная схема, методы изучения и агроэкологические функции // Известия ТСХА. 2000. Выпуск № 4. С. 93-108.
20. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Элементарные почвенные процессы при орошении в аридной зоне. // Аграрная наука. 2000. № 12. С. 16-19.
21. Мамонтов В.Г. Панов Н.П. Классификация деградации почв при орошении. // I Международная научная конференция «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия». Ставрополь 2001. С. 148-150
22. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Почвенные процессы в орошаемых черноземах и каштановых почвах и пути предотвращения их деградации. – М.: РАСХН, 2001. 253 с.
23. Мамонтов В.Г. Интерпретация данных водной вытяжки из засоленных почв М. МСХА 2002. 37 с.
24. Панов Н.П. Мамонтов В.Г. Оценка устойчивости и трансформации почвенных процессов при орошении // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: РАСХН. 2002. С.330.
25. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Окислительно-восстановительные процессы в почвах солонцовых комплексов аридной зоны. // В сб. Почвенные режимы и их агроэкологическая оценка. М. МСХА. 2003. С. 190-153.
26. Мамонтов В.Г., Родионова Л.П., Бугаев П.Д, Абрамова О.В., Абубакар Сирадж. Содержание и состав лабильного органического вещества в дерново-подзолистой почве при внесении низких доз органических удобрений // Известия ТСХА. 2004. Выпуск №2. С. 52-60.
27. Мамонтов В.Г., Булгаков Д.С., Попович Е.В. О миграционной способности гуминовых кислот // Агроэкологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии. Владимир. 2004. С. 69-73.
28. Поляков A.M., Мамонтов В.Г., Антонов Е.М., Мухина СВ. Особенности трансформации подвижного органического вещества черноземов Каменной Степи под влиянием антропогенеза // Агроэкологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии. Владимир. 2004. С. 212- 215.
29. Мамонтов В.Г., Панов Н.П. Деградация почв и ее классификация // Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии. М. МСХА. 2004 С. 52-56
30. Кончиц В.А., Абубакер Сирадж, Мамонтов В.Г., Быканова О.М. Влияние органических удобрений на термическую характеристику лабильного гумуса почвы. // Плодородие. 2005 № 1 (22). с. 15-17.
31. Поляков А.М., Мамонтов В.Г., Антонов Е.М., Кончиц В.А., Мухина С.В. Характеристика лабильного гумуса черноземов естественного и антропогенного ценозов // Плодородие. 2005. №5(26). С. 24-26
32. Кирюшин В.И., Мамонтов В.Г., Мазиров М.А., Круглов Ю.В. Агроэкологическая оценка почв // Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий. М. Росинформагротех. 2005. С. 74-122
33. Рукангантамбара Хамуду, Мамонтов В.Г., Кончиц В.А. Термический анализ лабильных гумусовых веществ почв // Плодородие. 2006. №3(30). С. 23-26.
34. Кузелев М.М., Мамонтов В.Г., Мухина С.В., Кончиц В.А. Фосфатное состояние черноземов естественно-антропогенного ландшафта // Плодородие. 2006. №4 (31). С. 19-22
35. Мамонтов В.Г. Методы определения содержания и состава гумуса почвы. Учебно-методическое пособие. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. 2006. 71 с.
36. Мамонтов В.Г., Панов Н.П., Кауричев И.С., Игнатьев Н.Н. Общее почвоведение. Учебник. – М.: КолосС. 2006. 456 с.
37. Кузелев М.М., Мамонтов В.Г., Сюняев Н.К., Свиридов А.К., Черенков В.В. Гумусовое состояние обыкновенных черноземов естественно-антропогенного ландшафта Каменной степи // Известия ТСХА. 2007. Выпуск 3. С. 38-46.
38. Мамонтов В.Г.. Моргунов А.Г.. Собакин Ю.Ю., Бруевич О.М. Влияние окультуривания на оптические свойства лабильных гумусовых веществ // Труды 4 Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере». М., 2007. С. 275-278.
39. Собакин Ю.Ю., Мамонтов В.Г., Рукангантамбара Хамуду, Кончиц В.А. Оптические свойства лабильных гумусовых веществ целинных почв // Плодородие. 2007. № 3 (36 ). С. 10-11.
40. Мамонтов В.Г., Афанасьев Р.А., Родионова Л.П., Быканова О.М. К вопросу о лабильном органическом веществе почв // Плодородие. 2008. №2 (41). С. 20-22.
41. Мамонтов В.Г., Кончиц В.А., Кузелев М.М., Тишкина Е.В. К вопросу о водопептизируемом иле солонцовых почв // Генезис и мелиорация почв солонцовых комплексов. М., РАСХН. 2008. С. 50-62.
42. Мамонтов В.Г., Панов Н.П. Мелиорация солонцов в орошаемых условиях // Генезис и мелиорация почв солонцовых комплексов. М., РАСХН. 2008. С. 220-230.
43. Мамонтов В.Г., Афанасьев Р.А., Родионова Л.П., Быканова О.М. Лабильное органическое вещество почвы // Материалы V съезда Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростов- на-Дону. 2008. С. 82.
